二輥棒材矯直機的設計含5張CAD圖,二輥棒材,矯直機,設計,CAD 二輥棒材矯直機的設計 文獻綜述 摘 要：在飛速發(fā)展的當今社會，重工業(yè)顯的越發(fā)重要，從天上到地下都和重工業(yè)掛鉤，重工業(yè)之一的鋼鐵行業(yè)，在航空、汽車、船舶等工業(yè)部門發(fā)揮著重要作用。國民經(jīng)濟各部門發(fā)展勢必帶動棒材行業(yè)的高精度、高質量發(fā)展，所以為了得到更高質量的棒材，矯直是非常關鍵且必不可少的一道工序。目前國內(nèi)對于二輥矯直機的研究少于多斜輥矯直機，而且多斜輥矯直機存在空矯區(qū)，浪費材料，而二輥矯直機既沒有空矯區(qū)而且結構簡單，最重要的是矯直精度高，因此，對二輥棒材矯直機的研究具有重要的意義。 對二輥棒材矯直機的傳動機構和矯直原理進行了解，進行輥形研究，分析各種曲率之間的關系，以及矯直后工件的平直度要求。從彈塑性基本理論出發(fā)，分析在矯直過程中棒材的應力應變[1]，為二輥棒材矯直機的設計具有參考價值。 關鍵詞：二輥矯直；輥形研究；矯直曲率；應力應變 Abstract: In the rapid development of today's society, heavy industry is more and more important, from the sky to the ground are linked with heavy industry, one of the heavy industry, steel industry, in aviation, automobile, shipbuilding and other industrial sectors plays an important role.The development of all sectors of the national economy is bound to drive the high-precision and high-quality development of the bar industry, so in order to get higher quality bars, straightening is a very key and essential process.At present, the study of two-roll straightener is less than the multi-roll straightener, and the multi-roll straightener has an empty leveling area, a waste of materials, and the two-roll straightener has no air leveling area and the structure is simple, the most important is the straightening accuracy is high, therefore, the study of two-roll bar straightener has important significance. Understand the transmission mechanism and straightening principle of the two-roll bar straightener, study the roll shape, analyze the relationship between various curvatures, and straighten the flatness of the workpiece.Based on the basic theory of elastoplasticity, the stress and strain of the bar in the process of straightening [1] is analyzed, which has reference value for the design of the two-roll bar straightener. Key words: two-roll straightening;Roll shape research;Straightening curvature;Stress and strain 1. 二輥矯直機發(fā)展 作為基礎工業(yè)體系重要組成部分的鋼鐵行業(yè)，特別是特種鋼，是衡量一個國家是否能成為鋼鐵強國的重要標志。制造業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，為國內(nèi)特種鋼的發(fā)展提供了發(fā)展平臺，在汽車、船舶、航空中，對特種鋼的需求量劇增，更加推動著鋼鐵業(yè)迅猛發(fā)展。棒材屬于特種鋼的一種，所占比重大，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，特別是近些年汽車行業(yè)的需求，對高質量高精度的棒材提出很高的要求。而棒材在生產(chǎn)加工和運輸過程中，會受到?jīng)_擊、溫度等因素的影響，從而產(chǎn)生彎曲變形，而對于棒材這類長徑比大的鋼材，長度遠大于直徑，所以在垂直于軸向的方向上更容易產(chǎn)生撓曲變形，或者說是弧形變形，產(chǎn)生了彎曲變形的材料，在使用中存在恢復可能，會嚴重影響使用效果，甚至會造成安全性問題。所以消除這一缺陷，開發(fā)一種在使用前進行矯直的機器顯得至關重要，所以矯直機就應用而生。 按照結構特征矯直機分為三類：平行輥矯直機、斜輥矯直機和壓力矯直機[2]。平行輥矯直機的工作原理是矯直輥在矯直機中平行交錯分布，形成平行的輥縫，工件在輥縫中產(chǎn)生反彎，棒材在輥縫中可以自轉，使矯直連續(xù)化，提高了矯直效率。正是因為棒材在輥縫中有自轉特征，所以對于彎曲程度比較大的工件會造成報廢；斜輥矯直機是為了彌補平行輥矯直機而產(chǎn)生的，在平行輥矯直機的基礎上修改矯直輥的排列方式，使其呈傾斜交錯排列，這樣排列相較于平面反彎的平行排列而言實現(xiàn)的是全方位矯直；壓力矯直機最簡單，原理是尋找彎曲處用壓頭恢復彎曲變形，但是矯直效果是最差的。二輥矯直機又名二斜輥矯直機，屬于斜輥矯直機的范疇，但是矯直原理又和斜輥矯直不盡相同，它是利用輥縫之間本身的曲率實現(xiàn)的工件反彎，二輥矯直機具有獨特的優(yōu)勢：解決多斜輥不能矯直工件頭尾的弊端，以及提高工件光潔度[1]。二輥矯直（如圖1所示）在結構上采用一個凹輥一個凸輥同向轉動的軋輥布置方式，這樣形成具有不同曲率的輥縫，可以實現(xiàn)反復連續(xù)性反彎[3]。而對于二輥矯直中輥縫曲率的形成完全是因為輥型，自然而然，矯直輥型又成了進一步研究的重點。 圖1 二輥矯直機模型簡圖 二輥矯直機國內(nèi)外發(fā)展簡介 國外較早開始工業(yè)發(fā)展，所以今天對于鋼材矯直機已經(jīng)相當成熟，在二輥矯直機市場占據(jù)大比重的是布朗克斯和達涅利這兩家公司。兩家公司分別成立于1940年英國和1971年意大利。布朗克斯公司開發(fā)初一套計算機輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有自動調(diào)整輥子位置的功能，并且該公司可以矯直的棒材范圍大，從Φ5~Φ200mm棒材都可以滿足客戶需求。達涅利公司在兩輥矯直機的設計、制造和調(diào)試上花費巨大的精力，目前已經(jīng)擁有了五代的設計方案。 國內(nèi)的工業(yè)落后于西方國家，由于缺乏經(jīng)驗，在很長的一段時間內(nèi)，國內(nèi)很多工廠重視產(chǎn)量而忽略質量，對于矯直技術視而不見。近些年發(fā)現(xiàn)矯直機所帶來的產(chǎn)品附加值成倍增加，因此引起了國內(nèi)工廠對于矯直技術的潛心研究。在認識到矯直技術的重要程度以后，國內(nèi)大量進口國外設備，學者專家不斷消化吸收，在此基礎上進行改進創(chuàng)新，推動我國矯直技術的飛躍發(fā)展。其中原西安重型研究所和上海第五鋼鐵廠聯(lián)合開發(fā)的Φ55~Φ130mm的七輥高精度棒材矯直機[4]在國內(nèi)外產(chǎn)生了積極影響。就在這一影響下，矯直機企業(yè)紛紛發(fā)展，但是與國外的差距還是很大。 2. 二輥矯直機輥形研究 二輥矯直機屬于斜輥矯直機的一種，但是對棒材的矯直作用不是依靠交錯排列，而是依靠一對輥縫內(nèi)部彎曲曲率的變化，不斷進行旋轉壓彎，使棒材產(chǎn)生塑性彎曲變形，從而達到全方位矯直[5]。而輥縫的反彎曲率是由矯直輥的輥型決定的，外國的學者經(jīng)過多年研究，蘇聯(lián)專家提出了雙曲線輥型設計法與單葉雙曲面設計理論，這一理論計算簡單在國內(nèi)外被長期使用，但是計算時對于圓截面簡化造成了較大誤差，現(xiàn)在已經(jīng)被漸漸的淘汰[6],隨后美國的P.E.等人對截面進行另一種計算，解截面切點的一元四次方程；國內(nèi)從20世紀后期開始大量研究，得到了數(shù)十個輥型計算公式。如陳樹勛提出的相對運動包絡法[7]，及劉天明提出的幾何解析法[8]等。雖然這些計算公式并未達到理想的矯直效果，但是為后續(xù)的研究奠定了基礎。其中東北大學的崔甫教授做了作全面的研究，同時著寫非常詳細的矯直理論書籍，取得了很好的效果。在此之后，很多學者和高校也在作進一步的分析，李偉宇用解析法給出了任意輥形的精確計算公式[9],清華大學、燕山大學、太原科技大學還有部分鋼鐵廠都進行了相關研究，但是到目前為止，還沒有一套標準的計算公式，而且相比于國外還有很大的差距，對輥形設計進一步的研究很有必要?，F(xiàn)在的輥形研究越來越離不開有限元模擬分析。 二輥矯直機的凹凸輥形組成如圖2所示，工作原理：在矯直時要使圓棒材繞軸線旋轉，并在旋轉的同時能使其反彎程度由小到大，再由大到小連續(xù)變化，才能使任何方位的原始彎曲都能得到可靠的反彎矯直，二輥矯直機的作用是強迫圓材在反彎狀態(tài)下旋轉前進，達到矯直的目的[3]。大連理工大學吳優(yōu)等人對凹輥進行設計，因為在凹凸輥中，起重要作用的是凹輥，而凸輥僅有定位作用，吳優(yōu)采用三段式反彎設計凹輥輥型，采用分段式等曲率輥型的重點在于輥型每段反彎曲率比的取值，反彎曲率比取值的合理性直接決定了矯直效果[10]。 圖2 凹凸輥輥形組成 3. 應力應變分析 棒材的矯直是使存在彎曲缺陷的工件消除彎曲的工藝過程，矯直和彎曲是兩個相反的過程，反彎矯直是基于金屬條材矯直理論，所以要了解棒材變形規(guī)律，必須對金屬變形進行分析[11]。棒材的彎曲分彈性變形和塑性變形，在彎曲應力小于屈服極限時屬彈性變形階段，此時的應力應變是線性關系，當隨著彎曲應力的增大漸漸超過屈服極限時，金屬呈現(xiàn)出塑性變形，此時應力應變不再是線性關系。棒材在矯直反彎時，曲率會有一系列變化，包括原始曲率比、反彎曲曲率比、總彎曲曲率比、彈復曲率比、殘留曲率比[1]。 4. 應用和前景展望 根據(jù)工件被矯直的形狀不同分為：管材矯直機和棒材矯直機。管棒材矯直機在應用過程中都是采用旋轉反彎，工件在旋轉中前進，利用塑性彎曲連續(xù)變化消除缺陷。棒材矯直機具有以下特點：圓棒的矯直是利用旋轉使棒材沿軸向產(chǎn)生均勻的彈塑性變形來實現(xiàn)，要矯直的棒材必須部分地處在塑性狀態(tài)，以形成一種殘余變形，這種殘余變形與圓材的原始曲率相反。棒材在輥縫間一邊旋轉，一邊前進并受壓產(chǎn)生彎曲，而這種彎曲必須使圓材達到足夠的塑性變形程度，并且為了獲得矯直還要有一定的塑性長度，圓材在該長度內(nèi)獲得必要的旋轉次數(shù)使圓材任一段長度四周方向各條縱向纖維有較均勻的塑性變形[12-15]。這樣的特點帶來的是矯直的全面性，即從頭到尾都可以矯直，所以近些年來在高精度棒材矯直中越來越受歡迎，應用自然越來越多。 5. 總結 棒材在今后的社會發(fā)展中仍然是基礎建設必不可少的材料，而且基礎建設最能衡量一個國家的穩(wěn)定程度，支撐國家的發(fā)展。棒材在原始出產(chǎn)時，具有很好的平直度，但是受到外力作用，往往會產(chǎn)生彎曲缺陷，發(fā)展一道矯直工序成為重中之重，是提高棒材質量最有效的手段，那么作為矯直工具的棒材矯直機就占有很重要的位置。結構簡單，矯直效果良好的二輥矯直機受到各大廠商的歡迎，因此設計一款新型的二輥矯直機對社會的發(fā)展做出積極貢獻，為后續(xù)研究具有指導意義。 參考文獻 [1] 賈鋒. 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