摘要矫直机是对金属棒材、管材、线材等进行矫直的设备。
轧制出的钢材常出现弧形弯曲、纵向和横向弯曲、瓢曲等缺陷,为此轧后钢材必须经过矫正。
本设计方案以太重集团生产的几种矫直机为参照,结合本案设计要求,设计了九辊矫直机。
本方案以弹塑性弯曲变形理论为设计依据。
主要包括以下内容:矫直机类型,矫直原理,矫直机结构的确定,矫直机基本力能参数计算、力能参数计算、电动机功率计算、工作辊和支撑辊的结构设计与校核、压下机构的设计计算及校核。
关键词:矫直机;工作辊;支承辊;压下机构AbstractStraightening machine is a equipment, which straighten metal bar, pipe workpiece, wire and so on. After rolling, there are arch bending, vertical and horizontal bending, protuberance in steel strip. So it must be straightened. I consulted straightening machine of Tai Zhong Group, combining with the design requirements of the program, then designed the nine roller straightening machine. The project is based on the theory of elasto-plastic bending. It includes the following: the type of straightening machine, the theory of straightening machine and the structure of straightening machine, the calculation of straightening machine’s basic parameters, the structural design and the checking of the work roll and backup roll, the structural design and checking ofscrewdownKey words: Straightening machine; work roll; backup roll; screwdown目录摘要IAbstract II目录III一、前言 11.1 课题研究的意义及现状 11.2 论文主要研究内容3二、方案确定 42.1 矫直机类型 42.2 矫直原理 62.3 矫直机结构8三、设计计算173.1 矫直机基本参数的确定173.2 辊式矫直机的力能参数确定19展望35参考文献36致谢37附件1 38附件2 46一、前言1.1 课题研究的意义及现状在板带材的轧制生产中,由于轧件温度不均,变形不均及轧后冷却不均、运输和其他因素的影响,致使轧制出来的产品常出现波浪弯和瓢曲等缺陷。
为此轧后钢材必须经过矫正,以达到国家规定的质量标准,满足用户的使用要求。
为此我们参照以往的矫直机设计资料,结合当前最新的矫直机设计技术设计了该型矫直机。
本设计方案以实用化、坚固耐用为根本设计思想,兼顾经济性。
矫直技术属于金属加工学科的一个分支,已经广泛应用于日用金属加工业,仪器仪表制造业,汽车、船舶和飞机制造业,石油化工业,冶金工业,建筑材料业,机械装备制造业,以及精密加工制造业。
矫直技术在广度和深度方面的巨大发展迫切要求矫直理论能进一步解决一些疑难问题,推动开发新技术和研制新设备。
尤其在党的十六大之后,要求用信息化带动工业化,矫直技术也要跟上时代。
首先要在矫直机设计、制造、矫直过程分析、矫直参数设定及矫直质量预测等方面搞好软件开发;其次要进行数字化矫直设备的研制,使矫直技术走上现代化的道路,不断丰富金属矫直学的内容。
矫直技术多用于金属条材加工的后部工序,在很大程度上决定着产成品的质量水平。
矫直技术同其他金属加工技术一样在20世纪取得了长足的进展,相应的矫直理论也取得了很大的进步。
不过理论滞后于实践的现象比较明显。
例如矫直辊负转矩的破坏作用在20世纪下半叶才得以解决,但其破坏作用的机理直到20世纪80年代末才被阐明。
另外,就矫直理论的总体来看,仍然处于粗糙阶段,首先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据,如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等;其次是许多技术现象如螺旋弯废品、矫直缩尺、矫直噪声、斜辊矫直特性、斜辊辊形特性、拉弯变形匹配特性等都缺乏理论阐述;再次是理论的概括性不够,一套公式不仅不能包括各种断面型材,甚至不能包括同类断面而尺寸和材质不同的工件,如弯距和矫直曲率等都缺少通用表达式。
矫直技术历史悠久,但其产生时间并未有确切的时间记载。
但从文物发掘中看到我国春秋战国时期宝剑的平直度可以使人想象到当时手工矫直和平整技术已经达到很高的水平。
在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具,小自针锥、大到铁杵,都要求用矫直技术来完成成品的制造。
手工矫直与平整工艺所用的设备与工具是极简单的,如平锤、砧台等。
对大型工件的手工矫直常借助高温加热进行。
古代人在矫直及整形的实践中认识到物质的反弹特性,确立了“矫往必须过正”的哲理,用之于矫直技术颇有一语道破天机之功。
现代矫直机的快速发展是从18世纪末的欧洲产业革命开始的。
到19世纪30年代,冶铁技术发展起来,钢产量迅速成倍的增长。
到19世纪末期时,钢产量增加了50多倍。
钢材产量占钢产量的比重也明显增加。
这时已经出现了锻造机械、轧钢机械和矫直机械。
进入20世纪,以电力驱动代替蒸汽动力为标志,推动了机械工业的发展。
到1914年英国发明了212型五辊式矫直机,解决了钢管矫直问题,同时提高了棒材矫直速度。
20世纪20年代,日本已能制造多辊矫直机。
20世纪30 年代中期,发明了222型六辊式矫直机,显著提高了管材矫直质量。
20世纪60年代中期,为了解决大直径管材的矫直问题,美国萨顿公司研制成功313七辊式矫直机。
20世纪30到40年代国外技术发达国家的型材矫直机及板材矫直机也得到了迅速发展,而且相继进入到中国的钢铁工业及金属制品业。
新中国成立前,在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工厂里可以见到德、英、日等国家制造的矫直机。
20世纪50年代,苏联的矫直机大量的进入到中国,同时,世界上随着电子技术及计算机技术的发展,工业进步速度加快,矫直机的品种、规格、结构及控制系统都得到不断的发展与完善。
20世纪70年代,我国改革开放以后接触到大量的国外设计研制成果,同时也引进许多先进的矫直设备。
如英国的布朗克斯矫直机;德国的凯瑟琳、德马克连续拉弯矫直机及高精度压力矫直机;日本的薄板矫直机等。
与此同时,我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。
从20世纪50年代起提出的双曲线辊形设计的精确计算法及文献提出的矫直曲率方程式到80年代提出的等曲率反弯辊形计算法。
此外,以西安重型机械研究所为代表的科研单位和以太原重型机械厂为代表的设计制造部门完成了大量的矫直机设计研制工作。
进入90年代之后,我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步,一些新研制的矫直机获得了国家的发明专利;一些新成果获得了市、省级部级科技成果进步奖;有的获得了国家发明奖。
如已经研制成功的双向反弯辊形2辊矫直机、复合转毂式矫直机,平行辊异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等。
1.2 论文主要研究内容本矫直机的主要技术参数为:矫直材料Q235,钢板厚度H4?16mm,最大板宽B2100mm;矫直温度400?600℃;矫直速度0.5?1.5m/s;矫直辊辊距280mm;辊径250mm;辊身长2350mm,5个上辊,4个下辊;支承辊辊径280mm、辊身长900mm、3个上辊、4个下辊;最大开度140mm;压下装置采用一台5.5kw、1455r/min的交流电机驱动;主电机一台、200kw、980r/min、交流。
根据设计要求,在本方案中,设计计算了矫直机的基本力能参数,如辊距,辊径等;工作辊的结构与装配方案,并对其进行了校核;支承辊的机构与装配方案,并对其进行校核;压下系统的结构设计。
二、方案确定2.1 矫直机类型2.1.1 压力矫直机轧件在活动压头和两个固定支点间,利用一次反弯的方法进行矫直。
这种矫直机用来矫直大型钢梁、钢轨和大直径(大于φ200~φ300毫米)钢管或用作辊式矫直机的补充矫直。
压力矫直机的主要缺点是生产率低且操作较繁重。
压力矫直机有立式(图2-1a)和卧式(图2-1b)两种。
2.1.2 拉伸矫直机拉伸矫直机也称张力矫直机,主要用于矫直厚度小于0.6毫米的薄钢板和有色金属板材。
通常,辊式板带材矫直机只能有效的矫直轧件的横向或纵向弯曲(即二元形状缺陷)。
至于板带材的中间瓢曲和边缘浪形(三元形状缺陷)则是由于板材沿长度的方向各纤维变形量不等造成的。
为了矫正这种缺陷,需要使轧件产生适当的塑性延伸。
在普通辊式矫直机上虽然能使这种缺陷有所改善,但矫直效果不理想。
这时需要采用拉伸矫直方法。
拉伸矫直的主要特点是对轧件施加超过材料屈服极限的张力,使之产生弹塑性变形,从而将轧件矫直。
图2-1j是矫直单张板材的钳式拉伸矫直机。
这种设备生产率低且夹钳夹住的部分要切除,造成的金属损耗太大。
图2-1k是张力平整组。
他能对成卷带材进行粗矫,也能改善轧件的机械性能。
图2-1l是连续拉伸机组。
它由两个张力辊组成。
拉伸所需的张力由张力辊对带材的摩擦力产生。
这种矫直机主要用于有色金属。
图2-1m是带有张力的辊式矫直机组。
这种结构用于连续矫直高强度薄带材。
但因辊式矫直机的工作辊很难单独调整,同时,在张力作用下,工作辊容易窜动,因而影响了矫直质量。
目前,这种结构的矫直机已被拉伸弯曲矫直机取代。
2.1.3 拉弯矫直机曲的基本原理是当带材在小直径辊子上弯曲时,同时施加张力,使带材产生弹塑性延伸,从而较平。
这种矫直机组一般用在连续作业线上,可以矫直各种金属带材(包括高强度极薄钢板)。
拉伸弯曲机组也可在酸洗机组上进行机械破鳞,以提高酸洗速度。
图2-1 矫直机的基本类型2.1.4 管材、棒材矫直机管、棒材矫直的原理也是利用多次反复弯曲轧件,是轧件矫直。
图2-1g是斜辊式矫直机。
这种矫直机的工作辊具有类似双曲线的空间曲线的形状。
两排工作辊轴线相互交叉。
管棒材在矫直时边旋转边前进,从而获得对轴线对称的形状。
图2-1h是“313”型辊式矫直机。
这种矫直机的设备重量轻,易于调整和维修,用于矫直管棒材时,效果很好。