JCL_十辊矫直机数学模[1]...

3 钢管矫直的变形过程
钢管在矫直前，不仅存在纵向弯曲，而且存在横断 面椭圆变形。钢管在矫直过程中，通过矫直辊的压下量 （偏移）使钢管产生弹塑性弯曲，可以消除钢管的纵向 弯曲，通过调整对置矫直辊的距离（辊缝），使钢管产 生横断面的压扁变形，可以消除钢管横断面椭圆变形， 钢管在矫直过程中，一边旋转一边沿轴线方向前进，做 螺旋运动，矫直辊和轴线成一定角度，钢管最大面积和 轧辊接触，接受充分压扁变形。 影响钢管的矫直质量的因素很多，不仅与管材的规 格、材质有关，而且还与矫直机的辊型、调整规程有关， 而后者影响最大。
7 结论
利用矫直机辊位设定数学模型，可以 Байду номын сангаас制出矫直调整规程，并得到了实际运用， 有效的加快了调整速度，提高了矫直质量。 矫直机的变形是非常复杂的，需要涉 及的知识很多，而变形参数计算公式中很 多参数是经验参数，需要根据实际生产情 况修正，矫直机数学模型的开发，是一项 复杂而长期的工作，需要在以后的工作中 不断优化、提高。
6.4 生产实际使用情况 我们开发了两种辊位设定设定模型，即离线式和嵌入 式，离线式数学模型主要供理论研究使用，嵌入式数学模 型用于指导生产。设定钢管外径、 壁厚、钢级、温度，就 可以计算出轧辊倾角、压下量、偏移量，通过计算机把调 整信号传送到一级PLC控制程序，精确调整轧辊位置。先 试矫一支钢管，然后人工进行微调，实现高精度自动矫直， 提高钢管质量。 测量矫直后钢管精度：管体直度：0.8 mm/m，管端直 度：1.0 mm/m，满足API标准及用户要求。 从矫直结果看，矫直精度大大提高，能够满足生产需 要。同时矫直精度没有达到最初设计要求，这和矫直辊磨 损有关，同时需要积累调整经验参数。
2 钢管矫直辊辊形曲线的设计
2.2基准钢管的选择 基准钢管的选择是矫直辊辊形的设计的前提条件， 从现状看，基准钢管规格的选择方法各不相同。德国 和英国学者认为应该选取最大规格作为基准钢管，而 前苏联、日本及我国学者认为应该选取最小规格作为 基准钢管。 2.3辊形曲线的求解方法 从五六十年代起，国内外陆续发表了不少关于辊 形曲线计算方法的文章，基于不同的设计思想，推导 出了不同的计算公式。基于直管条件设计方法可以划 分为作图法和解析法，作图法包括包络线法、近似圆 法等，解析法包括截辊法、截管法、包络法、共轭曲 面法、共轭曲线法等。作图法误差较大，解析法比较 复杂，计算量大，随着计算机技术的应用，出现利用
4 矫直调整规程的编制
矫直过程主要是弹塑性弯曲和压扁变形，因此调整参 数主要包括倾角、压下量、偏移量和矫直速度。确定这些 参数主要有两种方法，一种是试验研究通过大量试验得到 经验参数，另一种是理论计算，根据矫直辊型及矫直变形 过程计算，可以推导出变形参数计算公式。 4.1 计算轧辊倾角 调整矫直辊的倾角是为了改善辊管的接触情况，国内外各 种文献给出了很多计算公式。 SINαn＝SINα×SQRT((RD+ρ+rx) /(Rd+ρ+r)) 式中：αn——轧辊倾角 α——最大倾角 ρ——辊子喉口半径 Rd——所矫钢管与辊子接触点半径 rx——钢管半径 r——钢管最大半径
5 矫直机辊位设定数学模型的开发
利用编程语言，编写出矫直机辊位设定数 学模型，但是，这种数学模型和实际生产还有 很大出入，生产中可以使用计算得到参数进行 预调整，然后结合钢管来料弯曲情况、矫后钢 管质量、矫直辊磨损情况进行微调。 矫直机辊位设定数学模型有两种，一种是 离线的纯理论模型，一种是嵌入式数学模型， 可以结合生产实际调整情况进行经验积累，不 断修正矫直规程计算公式中的经验数值，更加 完善。
6 JCL十辊矫直机辊位设定数学模型的应用
6.1 JCL十辊矫直机辊型设计 JCL 十辊矫直机就是基于反弯和旋转矫直理论的综合运用 设计的多机架、斜辊式钢管矫直机，十个辊都是主动辊，具有 矫直精度高、表面质量好、残余应力小的特点。 矫直辊辊型曲线设计思想是基于反弯思想设计的，辊型为 双曲线，辊型曲线采取等距曲面法求解，基准钢管选取为∮150。 6.2主要工艺参数如下： 6.2.1 矫直范围 钢管外径：∮70～∮168mm 壁厚：3.5～16mm 长度：6000～14360mm δs（max）＜1180Mpa 6.2.2 矫前状态 钢管弯曲度：≤10mm/m，全长不大于80mm 最高温度：＜150℃ 最高速度：＜2.6m/s 6.2.3 矫直后钢管 管体直度：≤0.5 mm/m, 管端直度：≤0.6 mm/m
2 钢管矫直辊辊形曲线的设计
矫直机的矫直质量在很大程度上 取决于矫直机的辊形，合理的辊形应 该是在矫直过程中，沿矫直辊的整个 工作段钢管与矫直辊完全接触，形成 空间接触带。一种辊型曲线是按照一 种钢管尺寸确定，但是一条钢管生产 线，生产的钢管外径是有一定范围的， 这就要求满足一定尺寸范围的钢管矫 直要求，生产中通过调整矫直辊的倾 角来满足。
1 矫直技术的基本方法和原理
1.1.1压力矫直 轧材在辊子所形成的压力点与支点之间形成反弯，同时不 断改变压下量，就可以使各种程度的原始弯曲得到矫直。 由于轧材原始曲率有随机性和规律性，随机性体现在弯曲 部位和弯曲程度在不同轧材上不同，规律性是指弯曲部位 一般较集中，且变化连续。这样，压力矫直就需要支点可 调、压下量可调，轧材能够自由移动，保证轧材各处弯曲 都能够得到矫直。 1.1.2 递减反弯矫直原理 人们从实践中受到启发：金属材料在明显的塑性弯曲条件 下，弹复能力几乎是相同的，不管轧材各处的原始曲率如 何不同，在经过较大的弯曲后，几乎可以得到各处均一的 曲率。不过，金属的刚性越大，压弯后的残留曲率的均一 性越差，但是随着反弯次数的增加，差值随着减小。
6 JCL十辊矫直机辊位设定数学模型的应用
以矫直139.7*7.72 N80钢管为例
规格 材质 倾角（°） 1＃辊缝值 2＃辊缝值 3＃辊缝值 4＃辊缝值
单位：mm
5＃辊缝值 2＃偏移量 4＃偏移量
139.7*7.72
N80
39.19
137.9
137.7
137.31
137.5
137.7
7.3
6.57
4 矫直调整规程的编制
4.2 计算压下量 从入口侧开始施加压下，通常是管材直径的1-2.5% ， 一般第二对辊的压下量最大，第一、第三、第四、第五 对辊依次减小，以便对管材的圆度误差进行矫直。在国 内，关于压下量的分配理论研究很少，在各种文献上都 未见理论计算公式，生产中，根据钢管的弯曲度、温度、 钢级等条件的不同，一般都是按照经验调整，在这里， 给出一个经验计算公式： △hi=Ki* DZ 式中：△hi——对应机架应调整的辊缝值 Ki——系数，根据钢管的不同，取不同的系数 DZ——所矫钢管的直径 4.3 计算偏移量 △Xi＝Ki*575/DZ 式中：△Xi——所矫机架应调整的偏移量 Ki——系数，根据钢管的不同，取不同的系数 DZ——所矫钢管的直径
鞍钢股份有限公司无缝钢管厂
0 前言
随着石油、天然气、化工、汽车等工业的发展，无缝 钢管的需求量越来越大，质量要求也越来越高，除了对材 质和机械性能提出要求，为了满足加工的要求，钢管的纵 向弯曲度和断面圆度方面要求也非常高。矫直机做为钢管 生产精整线上重要设备，对钢管的最终质量影响很大。国 内外对矫直理论研究很多，有的开发出了数学模型，但是 在生产中得到应用的并不很多。 鞍钢股份有限公司无缝钢管厂使用的矫直机是洛阳中 信机械公司制造的JCL十辊矫直机，是当今最先进的钢管 矫直机，设计矫直精度很高。但是在生产使用中，矫一些 高钢级、薄壁管、大弯曲度的钢管时，矫直质量并不能令 人满意。影响矫直精度的因素很多，如辊形、变形参数、 调整经验都直接影响矫直质量。为了提高矫直质量，满足 用户的需要，我们对钢管矫直机的辊形设计、调整规程、 数学模型的开发做了有益的探索。
2 钢管矫直辊辊形曲线的设计
计算机辅助设计的方法，采用三维造型 C A D 软件设 计辊形，造型过程是轧辊旋转，钢管作为铣刀，将发生 干涉的轧辊部分材料切除，从而得到辊形。基于反弯思 想设计者认为，确定具有某一原始曲率且必须达到一定 矫直精度的钢管所需要的反弯曲线的曲率，按照反弯曲 率设计辊形，使用的都是解析法，有等距曲面法、矢量 法，这种设计思想都是把钢管原始曲率看作单向。由于 钢管在矫直过程中一边旋转一边前进，其原始曲率应该 考虑为双向，且具有双向原始曲率的轧件经过一次反弯 是不能矫直的，被矫钢管必须经过多次弹塑性弯曲才能 达到目的，基于这种思想，国外已经开发出了具有特殊 辊型矫直辊的矫直机。
1 矫直技术的基本方法和原理
金属材料的矫直主要是利用了金属材料的弹塑性变形 的特性，金属材料在明显的塑性弯曲条件下，弹复能力几 乎是相同的，不管轧材各处的原始曲率如何不同，在经过 较大的弯曲后，几乎可以得到各处均一的曲率，从而达到 平直的效果，考虑到不同形状的材料弯曲特性和矫直目标 的差异，在矫直板材、型材时多用反弯矫直法，而在矫直 管材时多用旋转矫直法。 1.1 金属材料的反弯矫直 矫直机是源于“矫枉必须过正”的思想设计出来的，直观 的，人们把弯曲的金属材料根据弯曲程度的不同而加以不 同程度的反向弯曲，从而达到矫直的目的，最常见的是压 力矫直机。
1 矫直技术的基本方法和原理
矫直的理想状态是各处残留曲率趋近于零，这就要 求轧材受到多次反弯变形，并且变形量逐渐递减，一直 到等于纯弹性变形为止。 1.2旋转矫直原理 旋转矫直一般用于圆材矫直，圆形具有抗弯能力全 圆周上一致性、弯曲方向随机的特点，圆材矫直反弯的 同时进行旋转，就能得到全圆周的矫直。
2 钢管矫直辊辊形曲线的设计
2.1矫直辊辊形设计思想 矫直辊形的设计思想，大体可以分为三类：第一种 思想基于直钢管与矫直辊辊身全长接触来设计辊形；第 二种思想认为为了矫直钢管，钢管在矫直过程中必须有 反弯，因此，直钢管与矫直辊辊面接触实际并不存在， 设计辊形的时候必须考虑钢管的反弯因素，在我国，以 崔甫为代表的学者对这种辊形做过深入研究；第三种思 想认为在实际生产中，矫直辊的辊形可以做成分段圆弧、 辊形两侧对称，每侧由2 - 3段圆弧连接而成，各段圆弧 曲率递减，从生产实践来看，这种辊形更切合实际生产， 但是这种辊形的设计，需要积累大量实践经验，理论求 证困难，国内对这种辊形研究不多。