斜辊矫直机

斜辊式矫直机 斜辊矫直机用于矫直管材和圆棒材，使轧件在旋转前进过程中各断面受到多次弹塑性弯曲，最终消除各方向的弯曲和断面的椭圆度。对于圆断面的轧件，斜辊矫直是最有效的矫直方式，所以斜辊矫直机被广泛用于轧制、拉拔、焊管和其他车间。 一、概况 1．斜辊弯曲矫直原理 矫直辊表面呈一定曲线形状，且与轧件成角布置，如图11—19所示。在矫直辊的带动下，轧件既转动又轴向移动，作螺旋前进运动。轧件通过由交错布置的矫直辊所构成的几个弹塑性弯曲矫直单元，各个断面得到多次反弯，达到一定程度的矫直。同时，轧件在旋转中得到不同方向的反弯，也就能够矫直多方向的原始曲率。 轧件通过矫直辊时，每转半周弯曲一次，轧件容易得到多次弹塑性弯曲，所以一般斜辊矫直机的辊数不多，构成l～3个弹塑性弯曲单元，就能达到所要求的矫直精度。 对于管材，除沿长度方向上弯曲的曲率得到消除或减小外，断面形状也同时得到矫直。不仅由于管材弯曲使与辊子接触处断面被压扁，而且可将每对辊子之间的距离凋得比管材直径稍小些，使管材断面更加变扁，从而造成沿圆周方向管壁的应力与变形分 布的不同，即构成方向不同的弹塑性弯曲变形部分。随着管材的转动，沿断面圆周上的变形发生连续交变，形成反复弯曲过程，使椭圆度得到矫直。 2．斜辊式矫直机的应用范围 由图11一19可得几个速度关系：

矫直辊转动的圆周速度 00060Dnv 轧件前进速度(矫直速度) 0sinsvv 轧件转动的圆周速度 0cosnvv

矫直辊转动速度 060sinsDvnD (11—39)

轧件转动速度 60tansdvnd (11—40) 从式(1l一40)可看出，当d值减小而其他条件不变时，dn值会增大。如若保证一定的生产率(以重量计)，

dn值将进一步增大。当dn/d危比值

超过一定数值时，轧件会加剧振动，撞击设备，将产生轧件擦伤和扭曲的现象。所以，当矫直直径很小的轧件时，应采用回转式管材矫直机(图11—20)。 另一方面，生产实践也证明，对于，管材的矫直，斜辊式矫直机的适用范围为/d<100(d、分别为管子外径和壁厚)，对于/d>100的薄壁管，在矫辊式矫直机上矫直时：可能局部丧失稳定，产生塑性折皱或塑性压扁。因此，薄壁管多采用对管子内部施加某种作用方式的矫直方法，如采用带多个偏心辊心棒的矫直方法(表11—1l)。 3．工艺要求和斜辊矫直机的结构组成 为了保证矫直质量，矫直辊应和轧件表面呈线接触，因此，要求对不同直径的轧件采用不同形状的矫直辊。由于轧件的尺寸规格较多，在实际生产中很难满足上述要求。实践证明，采用一种矫直辊辊形曲线，当轧件尺寸改变时，适当改变矫直辊倾斜角度，即可改变轧件与矫直辊的接触情况，也能满足生产上的要求。因此，矫直辊倾斜角要求可调，同时，工艺上还要求随着轧件直径的变化，每对矫直辊之间的距离，也要相应地改变。 根据上述要求，斜辊式矫直机通常由机架、矫直辊、矫直辊升降装置、矫直辊倾角调整装置等组成。 斜辊矫直机按辊子数量可分为二辊(一为凸辊，一为凹辊)、三辊和多辊矫直机，其中2—2—2—1型七辊矫直机和2—2—2型六辊矫直机数量较多，应用较广。随着管材生产的发展，尤其石油用管的增多，二辊矫直机和3—1—3型七辊矫直机也得到了大量应用，有效地消除了管子接头部分的弯曲和椭圆度。 管材矫直机按结构特点制成四种型式：Ⅰ型为立柱式斜辊管材矫直机；Ⅱ型为开式斜辊管材矫直机；Ⅲ型为回转式管材矫直机；Ⅳ型为绞接式三辊组合管材矫直机。管材矫直机的结构型式与基本参数见表11—10。 1．传动系统与结构组成 由图11—21可见，机架是由底座l和上盖8用八个立柱7连接而成的。在机架底座与上盖之间，布置着上下两排共七个尺寸相同的矫直辊2。矫直辊两端装有双列圆锥滚子轴承，并固定在回转圆盘上(图11—22之6)。下排第一、三两个矫直辊的回转圆盘固定在机架底座上，其余五个(上排四个、下排一个)矫直辊的回转圆盘均固定在上下移动横梁3上，上下移动横梁连同其上的矫直辊的升降与回转机构都装在立柱7上。 由图11—22可见，矫直机的四个主动辊(顺钢管入口方向的第一对和第三对)分别由两 台电机1(30kW)经减速机2和万向接轴3驱动，其余三个矫直辊是空转辊。 2．矫直辊的调整 所有的上矫直辊都是可以单独调整的，见图11—21，调整时由电动机5经蜗轮减速机4、压下螺母(蜗轮同时也是压下螺母)，使移动横梁3沿立柱7升降，即可实现压下调整。下排中间辊装在下移动横梁上，同样可调整位置高度。矫直辊的位置高度用指示器6表示。 矫直辊在工作时都应调成同一倾斜角度，见图1l一22。调整时首先松开矫直辊回转圆盘6上的切向长槽中的螺栓4，然后转动人口处的手轮8，经蜗杆7及蜗轮带动回转圆盘6，即可使矫直辊旋转至所需要的角度。各矫直辊倾角调整装置中的蜗杆7是用联轴器5联接在一起的。倾斜角度的大小，用装在回转圆盘上的刻度盘和移动横梁上的指针指示的。矫直辊倾角调整好后，仍用回转圆盘上的螺栓4固定。 3．矫直辊 斜辊式矫直机的矫直辊按结构可分为整体式和组合式的。组合式辊子的辊身是可拆卸的，一般用键联接。辊身的材质分锻钢、铸钢、铸铁和非金属材料。铸钢辊身的寿命高于锻钢辊身寿命，尤其是离心铸造的辊身寿命特别高。当矫直薄壁管和表面质量要求高的管子时，采用胶面辊身或胶木辊身。国内常用辊子材料为：

斜辊矫直机的矫直质量在很大程度上决定于矫直辊的辊形，合理的辊形应该是在矫直过程中沿辊子整个工作段钢管与辊子完全接触，形成空间接触带。显然，精确地确定这种辊形曲线将是相当困难的。一种辊形曲线是按一种钢管尺寸制定的，但又必须适应一定尺寸范围的钢管矫直要求，这往往是通过调整辊子的倾角来满足。另一方面，随着辊子磨损，辊形也在不断变化。因此，在保证一定矫直质量的前提下，采用某种近似的简化曲线作为辊形曲线也是可以的。 按钢管的最大直径和选择较大的倾角设计辊形曲线，对于较小直径，可调整辊子，使倾角适当减小。一般矫直机的倾角范围为25°～35°。下面介绍一种与理想圆柱体为线接触的辊形曲线的确定方法——包络线作图法。 认为沿辊子轴线上连续排列着半径按一定规律变化的无数个球体，这无数个球面所构成的包络面即为辊形曲面，其轮廓线——包络线即为辊形曲线。 如图1l一23所示，垂直于轧件轴线作若干截面，截辊子轴线于点1Z、2Z、3Z……

iZ……nZ和1Z、2Z、3Z……iZ……nZ。 点o分别与点1Z、2Z、3Z……iZ……

nZ连线，可相继得到辊子与轧件的接触点的投影点l′、2′、3′……i′……n′和l″、

2″、3″……i″……n″。该诸点连线即为辊面与轧件接触线的投影线。当辊子回转一周 时，点i的轨迹线是距点iZ的距离为iR=iZi的一些点所构成的圆，也正是以点iZ为中心以iR为半径的球体与轧件的切点圆。则沿辊子轴线无数个半径iR按确定规律连续变化的球体与轧件的切点圆，就构成诸球体的包络面，此包络面即为所求的辊形曲线。以iZ为圆心，以iR为半径作圆弧与过点i的辊子轴线的垂线相交于点i (在图中点i为切点圆的最外点)，此类点l、2、3……i…n的连线就构成了以iZ为圆心以iR为半径的诸圆的包络线，此线即为所求的辊形曲线。诸球体的半径为

式中 0R——辊身中部半径(最小半径)； 0r——钢管半径(应按最大直径计算)；

iZ——球体中心至辊轴线中点。的距离；

一一矫直辊倾角。 由此得出辊形曲线的包络线作图法(图11—24)： 已知0r、0R和，选定点o和点o，作出辊子与轧件的中心线(其交角即为角)。自点o

沿辊子中心线选取点1Z、2Z、3Z……iZ……nZ，过诸点作轧件中心线的平行线，得到点1Z、2Z、3Z……iZ……nZ。点o与诸点iZ，的连线分别交o圆周于点l′、2′、3′……i′……n′。取半径：0R、111RZ、221RZ、331RZ……1iiRZ ……1nnRZ，分别以点o、1Z、2Z、3Z……iZ……nZ。为圆心作圆，诸圆的包络线即为

所求的辊形曲线。 辊形曲线的解析法，即将辊形曲线上的各点(切点)以坐标值确定下来(图11—24中的i

Z

及按式(11—41)计算的iR)，则便于制造和测量。以图解法解算式，虽然难于十分精确，但是由于这种方法直观方便，所以在实践中仍有使用价值。 矫直。 7)可在酸洗机组中作为机械破鳞装置。采用0．5％～1．5％的延伸率，对氧化铁皮结合牢固的带材，也可取得良好破鳞效果，从而能降低酸液消耗，并显著提高机组速度。 8)用于镀锌机组，可使锌花更细致，镀层更均匀。 9)与张力矫直机相比，拉伸弯曲矫直机中带材的张应力小得多，不会断带，也不影响带材质量。但应指出，拉伸弯曲矫直机只能矫直连续带材，不能矫直单张板材。 二、拉伸弯曲矫直机的矫直原理 拉伸弯曲矫直时，处于张紧状态下的带材经反复弯曲，在拉伸和弯曲应力叠加作用下， 产生塑性延伸变形，因而被矫平。 带张力带材的弯曲状态与单纯弯曲状态下的带材有着明显的差别。在图11—3的几种弹塑性弯曲状态中，不论弯曲如何剧烈，带材上半断面纤维的拉伸变形，总是与下半断面纤维的压缩变形对称发生，带材的中性层与断面几何中心处于同一位置，不会发生偏移，轧件弹复后，断面上虽然存在残余应变．但中心层不会产生延伸。带张力带材在弯曲时则不同，由于张应力与弯曲应力的叠加，使断面上拉伸应力区扩大，压缩应力区减小，因而带材的中性层将向弯曲曲率的中心方向偏移。 图11—27表示了带张力带材经过一个弯曲辊剧烈弯曲时，各个断面上的应力分布。带材进入弯曲辊时，其弯曲曲率是逐渐加大的。在0～2段，带材处于弹性变形状态，此后，表层应力超过屈服极限，进入弹塑性变形状态。在断面4的位置，弯曲最为剧烈。从图中可看出，带材断面的中性层明显的偏移了，在断面4的位置，偏移量A4取决于由张力产生的拉伸应力的大小。显然，在中性层以上部分，由于应力的叠加，轧件产生明显的弹塑性延伸变形。 图11—28显示了带材经过两个弯曲辊反复弯曲，在一个矫平辊上消除残余曲率，使带材的各层纤维均产生了均匀的弹塑性拉

伸变形A的过程。带材的有瓢曲或边缘浪形的部分所受的张应力小于平直部分，反弯时产生的变形也小于平直部分，因而带材经拉伸弯曲矫直机后，其瓢曲或边浪得以消除。 三、拉伸弯曲矫直机的结构