矫直机

2、轧件弹塑性弯曲过程中的曲率变化
轧件弯曲过程可以用曲 率变化来说明，主要使用以 下几个曲率。 （1）原始曲率1/r0：轧件在 矫直弯曲前所具有的曲率。r0 为轧件原始弯曲半径。曲率 的方向用正负号表示。“＋” 表示弯曲凸度向下，“－” 表示弯曲凸度向上。等于零 表示轧件的原始状态是平直 的。
（2）反弯曲率1/ ：在外力矩作用下，轧件强制弯曲后的 曲率称为反弯曲率。在压力矫直机和辊式矫直机上，反 弯曲率是通过矫直机的压头和辊子的压下来获得的。反 弯曲率的选择是决定轧件能否矫直的关键。轧件矫直的 实质就是要选择“适量”反弯曲率，以便使轧件在外力 矩消除后，经过弹性恢复而变直。反弯曲率的正负号与 原始曲率相关，与原始曲率方向相同时符号相反，方向 相反时符号相同。
三、轧件弯曲时的弯曲力矩
假设：矫直弯曲时，对轧件施加的外力矩等于其内力矩；轧 件弯曲前后的横截面仍保持为一平面，并且在横截面内的变 形大小与到中性层的距离成正比。 不考虑加工硬化，视金属为理想弹塑性体，在塑性变形区内 的应力值为金属屈服强度s 。
弯曲轧件所需外加力矩为：
M 2 z z dF 2 z s dF
又称阿氏辊系，用于矫直管、棒材，其长辊为驱动辊、 短辊为压弯辊
是阿氏辊系的演化，专用于管材的矫直
以辊形的凸凹变化实现对短圆材的矫直，还能矫直圆 材两端和压光圆材表面
典型的7辊辊系，在生产中大量使用，可以看作是两种 原始形态的阿氏辊系 （a）与（b）的综合
辊系中两端辊主要起压扁矫直和圆整作用，中间辊保证 较长的塑性弯曲区，可获得良好的表面质量和矫直质量。
3. 斜辊矫直机
上述上下工作辊轴线平行的辊式钢板矫直机和辊式型钢 矫直机，在矫直管、棒等圆形断面轧件时存在两个致命的缺 点： 第一，只能矫直圆材垂直于辊轴的纵向剖面上的弯曲；
第二，自转现象使轧材产生严重的螺旋形弯曲（俗称麻 花弯）。
因此，管棒材等圆形断面轧件一般在上下轴线相交错且 辊形为三维双曲面的斜辊矫直机上矫直。
辊系可以增大第3对辊处塑性弯曲区的长度，使这 种辊系可以真正成为管棒材两用的矫直辊系
第8章 矫直机
矫直的必要性： 轧件在轧制、冷却和运输过程中，由于各种因素的影响，往往 产生形状缺陷。如钢轨、型钢和钢管经常出现弧形弯曲；某些型钢 （如工字钢）的断面会产生翼缘内并、外扩和扭转等；板材和带材 则会产生纵向弯曲（波浪形）、横向弯曲、边缘浪形和中间瓢曲以 及镰刀弯等。为了消除这些缺陷，轧件需要在矫直机上进行矫直。
原理：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 矫正。 应用：用来矫正大型钢 梁、钢轨和大直径（大 于φ200~300mm）钢管或 用作辊式矫直机的补充 矫直。 缺点：生产率低且操作 较繁重。 类型：有立式和卧式之 分。
2、辊式矫直机(板材 、带材、型钢用)
原理：轧件多次通过 交错排列的转动着的辊 子，利用多次反复弯曲 而得到矫正。 特点：生产率高且易于 实现机械化，在型钢车 间和板带车间获得广泛 应用。 类型：类型较多
（3）总变形曲率1/rc：它是轧件弯曲变形的变化量，是原 始曲率与反弯曲率的代数和，即： 1/rc＝1/r0＋1/ （4）残余曲率1/r：当去除外负荷后，轧件在弹性内力矩的 作用下，经过弹复后所具有的曲率称为残余曲率。如果1 /r＝0，则表示轧件已矫直。 （5）弹复曲率1/ y：弹性恢复阶段，轧件弹性恢复的曲率 。它等于反弯曲率与残余曲率的代数差，即：
③ 纯塑性弯曲（假想的弹塑性弯曲极限状态）：整个材料 断面的纵向纤维应力都超过了材料的屈服极限，都处于 塑性变形状态。在外力去除后，在弹性内力矩作用下， 纵向纤维的变形只能恢复弹性变形部分。
（2）轧件的弹塑性弯曲 当轧件在矫直弯曲变形时，轧件中同时存在弹性变形 和塑性变形，因此为弹塑性弯曲变形。包括弹塑性弯曲变 形阶段和除去外负荷后的弹性恢复阶段。
4、拉伸矫直机
原理：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 轧件矫平。 类型 （1）j图为夹钳式拉伸矫 直机，一个夹钳固定，一 个夹钳可动。由于单张矫 直，生产率低，端部会造 成较大的废料头，金属损 耗较大。 （2）k图、l图、m图均 为拉伸矫直机，其用途如 教材。
5、拉伸弯曲矫直机
为了防止矫直辊在矫直过程中产生挠曲变形，在矫直辊 上设有支持辊，通常下工作辊和下支持辊固定不动，上工作 辊和上支持辊可集体地在高度方向上调节。
图3.2-18 具有支持辊的平行辊列矫直机示意图
特点： 前后辊都具有相同的反弯曲率，板材从矫直机出来后具 有较大的残余曲率。矫直质量不高。
应用：
矫直厚度为4~40mm 中厚板。 辊数：通常5~13，其中5~7个辊子于矫直厚板。
（1）c图为上辊单独调整辊式矫直机，上排每个工作辊可 单独调整，调整方式比较灵活。多用于辊数较少且辊距 较大的矫直机，如矫直型钢和钢管。 （2）d图为上辊整体平行调整辊式矫直机，前后设有单独 调整的上工作辊，主要起导向作用，以利于被矫钢材的 导入和导出。多用于矫直厚度为4-12mm以上的钢板。 （3）e图为上辊整个倾斜调整辊式矫直机，这种调整方式 可以使被矫钢板的反弯曲率从大到小，符合矫直金属的 变形规律，该矫直机多用于矫直厚度为4mm以下的板带 材。 （4）f图为上排工作辊局部倾斜调整的矫直机，这种调整 方式可增加钢材大变形弯曲次数，多用于矫直薄板。
每个辊子的压下量恰好能矫直前面相邻辊子处的最大残余 曲率，是残余曲率逐渐减少的矫直方案。
小变形量矫直方案特点 (1) 优点：总变形曲率小，矫直轧件时功率消耗小。 (2) 不能完全消除残余曲率。增加辊数可以进一步减小 曲率变化范围。
2. 大变形量矫直方案
原理：轧件上不同方向，不同数值的原始曲率，经过同 一个反弯曲率的弹塑性反弯后，其残余曲率有趋向一致的特 性。正是轧件的这一特性，使得轧件经多次交变的弹塑性弯 曲后，其残余曲率逐渐趋向一致，形成单值残余曲率，然后 再进一步矫直。 方案：在前几个辊子采用比小变形矫直方案大得多的压 下量，使轧件得到足够大的弯曲，迅速缩小残余曲率变化范 围，接着后面的辊子采用小变形方案，反弯曲率逐渐减小， 使轧件趋于平直。
一、轧件的弹塑性弯曲变形
1、弹塑性弯曲变形过程
（1）三种弯曲变形 如下图，在外负荷力矩作用下，轧件产生弯曲，凹面 受压应力，凸面受拉应力，表面层应力最大，
① 纯弹性弯曲：轧件表面层的最大应力小于等于材料的屈服 极限，则外力去除后，材料的变形能够全部弹性恢复。 服从虎克定律。
E
② 弹塑性弯曲：表层应力超过材料的屈服极限，产生塑性 变形，而中性层的应力仍然小于等于材料的屈服极限。 外力去除后，各层的变形可弹性恢复一部分。
大变形量矫直方案特点 （1）可以用较少的辊子获得较好的矫直质量； （2）由于过分增大轧件的变形程度，使轧件内部的 残余应力增加，影响了产品的质量，并增加了矫 直的能量消耗。
二、辊式矫直机的结构
1. 板材辊式矫直机
（1）平行辊列矫直机 下排辊子固定不动，上排辊子可以调整
图3.2-17 平行辊列矫直机示意图
3、管棒材矫直机
（1）g图为一般斜辊式矫直机 。这种矫直机的工作辊具有 类似双曲线的空间曲线的形 状，两排工作辊轴线互相交 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。 （2）h图为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 （3）i图为偏心轴式矫直机， 用来矫直薄壁管。
8.1 矫直机的类型
矫直原理：使钢材的弯曲部位承受相当大的反向弯 曲或拉伸，使该部位产生一定的弹塑性变形，当外力去 除后，钢材经过弹性回复，然后达到平直。 根据矫直机的结构特点，矫直机可以分为压力矫直 机、辊式矫直机、管棒材矫直机、张力矫直机（拉伸矫 直机）及拉伸弯曲矫直机等类型。
1、压力矫直机
原理：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，从而矫平。 特点：能耗小，矫直质量高。 用途：一般用在连续作业线上，可矫直各种金属带材。 也可用在酸洗机组上进行破鳞。
矫直机
8.2 弹塑性弯曲的基本概念及轧件的 反弯矫直
在压力矫直机、辊矫直机及拉伸弯曲矫直机中，轧件 经过弹塑性及弯后矫平的。为此，简要介绍弹塑性弯曲的 基本概念及轧件的反弯曲矫直原理。
设有送入辊和送出辊，辊数通常为7~17。
应用：
广泛用于矫直厚度小于4mm的薄板，有时也用矫直 中板。
（3）可调矫直辊挠度的矫直机
支持辊是分段式的。矫直时根据板材的浪弯或瓢曲的部 位不同，通过调整某列支持辊，使工作辊的相应部位预先产 生挠度，有针对性地矫直板材的中部或边部缺陷。
图3.2-20 可调矫直辊挠度的矫直机示意图
弹复曲率1/y与金属的原始曲率1/r0和反弯曲率1/ 的关系
2 2 s 1 sb h 1 y EJ 4 3 1 1 E r 0 2 2 sb h 1 s EJ 4 3 1 E r c
特点：两端轴承受力均匀，机座刚性较好。但操作人员看 不到钢材的矫直情况，给调整工作造成困难，并且更换辊 多用于矫直大型钢材
通常在入口和出口处设臵一对立辊。其作用是引导钢材 正确地进入矫直机并适当矫直钢材的侧弯。
型钢矫直机辊数较少： 大型钢材矫直机：7~9辊 中小型钢材矫直机：7~11辊
0
z0
h 2 z0
(3.2 3)
式中dF: 微分面积 用s表示z积分整理后：
2 M s( z0

z0
0
z 2 dF 2 zdF )
h 2 z0
(3.2 4) ( 3.2 10)
s (W S )
式中W：弹性变形区的抗弯截面系数 S：塑性变形区的塑性截面系数
四、弹复曲率