二辊矫直机毕业论文

p本科毕业设计（论文）钢管二辊矫直机结构及工艺设计燕 山 大 学2011年 6 月 摘要本科毕业设计（论文）80mm钢管二辊矫直机结构及工艺设计摘要二辊矫直机在制造业中有广泛的应用，实际生产中也起着至关重要的作用。二辊矫直机在试行中非常成功，同时矫直理论逐步得到了完善。本文首先介绍了矫直机在世界和中国的发展情概况，对矫直机进行了详细的分类，并对不同类型矫直机的工作原理和各自的特征进行了系统的介绍。本文重点讨论了二辊矫直机矫直方法的性能和优点，详细介绍了二辊矫直技术，对其作了结构参数、力能参数、工艺参数的计算，如辊形、轧制力、轧制功率、倾斜角等，并对矫直辊进行了应力应变分析。最后，介绍了二辊矫直机的基本构造及其各部分的作用。关键词:斜二辊矫直机；矫直变形；多次反弯；辊形曲线AbstractA two-roll straightening machine is applied extensively in manufacturing industry. It also plays an important role in actual production. A two-roll straightening machine design is successfully trial-produced. In the meantime it is completed that the theory of straightening technology.At the beginning, Two-roll straightening machines history in the world is referred in this article. Two-roll straightening machines type is presented. It is systematically introduced that the principle of work and design features of different style machines.It is emphasized that the capability and advantage of straightening process by means of two-roll straightening machine. Some master and process parameters in the rolling ,for instance structure, capability and technic are presented in forms. It contains rolling shape, rolling force, power and elevation angle，also the structure of straightening machine design and computation of roll profile curve . The technology is introduced in greater details, also the structure of straightening machine design and function of every part.Keywords: Two-roll straightening; Defomation straightening; Various Reverse bending ; Roll profile curve.目录目 录摘要IIAbstract第1章 绪论11.1 课题背景1第2章 矫直机的概况22.1矫直设备的发展概况22.2矫直设备的分类3第3章 不同矫直机的工作原理63.1压力矫直机的工作原理63.2平行辊矫直机的工作原理63.3旋转弯曲式矫直机73.3.1斜辊矫直机73.3.2转毂式矫直机73.4拉伸与拉弯矫直机8第4章 斜二辊矫直机的工作原理94.1矫直棒材的基本原理94.2斜辊矫直机的分类94.3斜二辊矫直机概况104.4斜辊矫直机的工作原理104.5二辊矫直机的优缺点13第5章 80mm斜二辊矫直机的技术数据145.1已知技术数据14第6章 矫直机辊形的设计156.1辊型计算公式推导156. 2矫直机辊形计算16第7章 矫直机力能参数的计算187.1矫直力的计算187.1.1确定导程t197.1.2求弹性极限弯矩197.1.3求倾角207.1.4轴承承受力的总和217.2二辊矫直机功率计算217.2.1轴承消耗的功率217.2.2滑动摩擦消耗功率227.2.3滚动摩擦消耗功率227.2.4塑性弯曲变形所消耗的功率227.3矫直机驱动功率的计算22第8章 矫直辊的强度校核248.1矫直辊的受力分析与校核24第9章 矫直机的其它组成部分289.1主传动装置的选择和校核289.1.1电动机的选择289.1.2减速器的选择289.1.3联轴器的选择289.2角度调节机构299.3径向调节机构(压下)299.4导板及其调整机构299.5进料口侧导向装置的作用及其调整方式309.6喷嘴装置309.7机架部分31结论32参考文献33致谢35附录136附录253附录365附录473VII第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景轧件在加热，轧制，热处理及各种精整等工序加工过程中，由于塑性变形不均，加热和冷却不均，剪切以及运输和堆放等原因，必然产生不同程度的弯曲，瓢曲，浪形，镰弯和歪扭的塑性变形，或内部产生残余应力，这在成为合格的产品之前，都必须采用矫直机进行矫直加工，矫直轧件形状和消除内应力。所以，矫直机是轧制车间必不可缺少的重要设备，而且也广泛用于以轧材作坯料的各种车间，如汽车，船舶制造厂等。目前，轧材品种规格的多样化和对其形状精度要求的提高，促进了矫直理论和矫直机结构的研究工作的快速发展及矫直技术水平的不断提高。矫直不同品种规格的轧材，采用不同结构形式和不同规格的矫直机。所以矫直机的结构形式繁多，矫直方式也大不相同。 按工作原理不同分为五大类:1.反复弯曲式矫直机(如压力矫直机及辊式矫直机)；2.旋转弯曲式矫直机(如斜辊式矫直机)；3.拉伸矫直机(如钳式拉伸矫直机,连续拉伸矫直机)；4.拉弯矫直机；5.拉坯矫直设备。轧制，焊接及热处理后钢管的主要缺陷是纵向弯曲，横向弯曲的椭圆度，以及非圆钢管的扭曲。为了消除这些缺陷，采用钢管矫直机，利用多次弹塑性纵向弯曲或拉伸来矫直钢管的纵向弯曲；用弹塑性扭转矫直扭转的钢管；有时是扭转及拉伸联合起来对钢管进行矫直二辊矫直机适用于直管材、棒材，使轧件在螺旋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。其矫直精度高、结构简单、调整方便，虽然效率低，但在机械制造、冶金、仪器、仪表工业中仍有广泛的用途。 1 第2章 矫直机的概况 第2章矫直机的概况2.1矫直设备的发展概况矫直技术产生的确切时间尚未找到准确的文字记载。但从文物发掘中看到我国有秋战国时期宝剑的平直度可以使人想像到当时手工矫直和平整技术已经达到很高水平。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、大到铁杆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“矫枉必须过正”的哲理，用之于矫直技术颇有一语道破之功，用之于改造社会也有指导意义。由于中国社会的特殊条件，好多技术停留在手工状态，18世纪末叶到19世纪初叶，欧洲进行了产业革命，逐步实现了用蒸汽动力代替人力机械化生产代替了手工作坊。19世纪30年代冶铁技术发展起来，当时英国的生铁产量已由7万吨增长到19万吨，增加了2.7倍。19世纪50年代开辟了炼钢技术发展的新纪元。随着平炉炼钢技术的发明，钢产量增长迅速。到19世纪末时，钢产量增加50多倍。钢材产量占钢产量的比重也显著增加。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。英国在1905年制造的辊式板材矫直机可能是我国见到的最早的一台矫直机。20世纪初已经有矫直圆材的二辊式矫直机。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斜辊矫直机。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型七辊式矫直机(KTC型矫直机)。20世纪3040年代国外技术发达国家的型材矫直机及板材矫直机近年来我国的反弯辊形七斜辊矫直机、多斜辊薄壁管矫直机、三斜辊薄铜管矫直机、双向反弯行二辊矫直机等研究方面相继取得成功。在矫直高强度合金钢方面也获得很好的矫直质量。其矫后的残余挠度为0.20.05mm/m。此外，从20世纪60年代以后拉伸和拉弯矫直设备得到了很大的发展，对带材生产起了重要作用。20 世纪80年代末90年代初,西安重型机械研究所与上海第五钢铁厂联合开发了55130mm的高精度棒材矫直机。1993 年西安重型机械研究所向重庆特钢提供了一套2090mm的二辊矫直机，主要矫直合金钢和不锈钢棒材，棒材规格为20903006000mm，原始不直度 4，屈服极限s 950MPa，矫直精度1，表面粗糙度Ra3.21.6，矫直速度4350m/min，主电机功率为902kw。2001年我国自主研发的 JBLR-130六辊棒材矫直机,可以矫直高温状态下钛合金棒材,也可应用于其他金属在高、低温状态的管棒材的矫直，直线度误差小于1mm，填补了国内斜辊式热矫直机的空白。 JBLR-130六辊棒材矫直机采用当时世界上最先进的全接触高次曲线辊型与凹凸园弧混合布置的复合辊型，其矫直原理是多斜辊与二辊矫直原理的综合，是一种新型的矫直机。2008年中国重型机械研究院为上海宝钢设计制造了一套70250mm的棒材矫直机2008年由攀成钢川冶厂自主研制的720mm六辊钢管矫直机生产完成，这是继中信重工后诞生的国内第二大规格的钢管矫直机。它的研制成功标志着我国生产大型钢管矫直机水平达到了一个新的高度。2010年4月22日，大连金牛股份有限公司60200mm棒材矫直机组技术设计审查会在西重所召开。此次60200mm棒材矫直机的设计与以往较小规格的棒材矫直机相比作了比较大的改进并采用了专利技术“嵌入式预应力机架”及“液压动态恒压矫直方法”。2.2矫直设备的分类现代矫直设备品种较多，规格更多。按工作原理不同划分为五大类。第一类称为反复弯曲式矫直机，如压力矫直机及辊式矫直机，它们是靠压头或辊子在同一平面内对工件进行反复压弯并逐渐减小压弯量，直到压弯量与弹复量相等而变直。第二类称为旋转弯曲式矫直机，是工件在塑性弯曲状态下以旋转变形方式从大的等弯矩区向小的等弯矩区过渡，在走出塑性区时弹复变直、旋转者可以是工件，可以是矫直工具，也可以是变形方位。如常见的斜辊矫直机、转毂式矫直机及平动式(过去常称为振动式)矫直机。第三类称为拉伸矫直机，它依靠拉伸变形把原来长短不一的纵向纤维拉成等长度并进入塑性变形后经卸载及弹复而变直，如钳式拉伸矫直机及连续拉伸矫直机。第四类称为拉弯矫直机。它是把拉伸与弯曲变形合成起来使工件两个表层的较大拉伸及全截面的拉伸变形三者不在同一时间发生，全断面各层纤维的弹复变形也不是同时发生的，既防止了板带的断裂，又提高了矫直质量。第五类称为拉坯矫直设备，它是在拉动连铸坯下行的同时使铸坯的弧形弯曲渐伸变直，其拉力主要用于克服外部阻力，而铸坯本身在高温状态下所需的矫直拉力是较小的。 其次是按用途不同进行分类：一为矫直型材的矫直机，如型材压力矫直机、型材辊式矫直机及型材拉伸矫直机；二为板材矫直机，如板材辊式矫直机及板材拉伸矫直机;三为带材矫直机，如连续拉伸矫直机及拉弯矫直机；四为管棒材矫直机，如斜辊矫直机、转毂矫直机及管材拉伸矫直机；五为线材矫直机，如转毂矫直机及平立辊复合矫直机；六为薄壁异型管的平动式矫直机；七为连铸拉坯矫直机；八为特殊用途矫直机，如瓦楞板矫直机，圆锯片矫直机，钢丝绳矫直机等。再次是按结构特征进行分类：一为压力矫直机，如机械压力矫直机、液压压力矫直机及微机程控压力矫直机等；二为平行辊式矫直机，简称辊式矫直机，如简支辊式矫直机及悬臂辊式矫直机；三为斜辊式矫直机，如二斜辊矫直机，三斜辊矫直机及各种各样的多斜辊矫直机等；四为转毂矫直机，如滑动模式转鼓矫直机，滚动模式转毂矫直机，斜辊式转毂矫直机及复合式转毅矫直机等；五为拉伸矫直机，如机械拉伸矫直机、液压拉伸矫直机及连续拉伸矫直机等；六为拉弯矫直机，如机械拉弯矫直机、液压拉弯矫直机及液膜拉弯矫直机等；七为拉坯矫直机，如普通拉坯矫直机及多辊拉坯矫直机；八为特殊结构矫直机，如行星式矫直机及平动式矫直机等。 按上述原则分类的矫直机还可进一步按具体用途、具体结构、传动方式及控制方式等不同再做细化分类，每个细化分类中都可用不同规格形成产品系列。本说明书是以工作原理为主将矫直机划分为五大类，外加一类特种矫直机。然后再控其结构特征及用途不同分五章内容介绍。分类如下：1.反复弯曲式矫直机(如压力矫直机及辊式矫直机)；2.旋转弯曲式矫直机(如斜辊式矫直机)；3.拉伸矫直机(如钳式拉伸矫直机,连续拉伸矫直机)；4.拉弯矫直机；5.拉坯矫直设备； 5 第3章 不同矫直机的工作原理 第3章不同矫直机的工作原理3.1压力矫直机的工作原理压力矫直机与辊式矫直机同属于利用反复弯曲并逐渐减小压弯挠度方法达到矫直目的的设备。因为它是最简单的矫直设备，就从这种矫直机开始讨论。压力矫直机的工作原理是将带有原始弯曲的工件支承在工作台的两个活动支点之间用压头对准最弯部位进行反向压弯的。当压弯量与工件弹复量相等时，压头撤回后工件的弯曲部位变直。如此进行，工件各弯曲部位必将全部变直从而达到矫直的目的。当然凭经验设定的压弯量很难准确的与工件的弹复量相等，所以在头一次反向压弯后要检测弹复量与压弯量的差值即残留挠度值，用此值修正第二次压弯量，用新压弯量进行再次反向压弯，再检测，直到矫直为止。通常靠人的感观和经验确定压弯量时，常需3次以上的修正工作。现代使用微机来设定压弯量则只需1-2次修正工作而且速度快，质量稳定。压力矫直机是最简单的设备，具有投资少，应用灵活的特点。在生产能力较低和质量要求不高的情况下得到广泛的应用。但其本身也存在着生产效率低下，生产能力不高的特点。3.2平行辊矫直机的工作原理从压力矫直机到辊式矫直机在技术上完成一次较大的跨越，这个跨越的理论基础就是金属材料在较大弹塑性弯曲条件下，不管其原始弯曲程度有多大区别在弹复后所残留的弯曲程度差别会显著减小，甚至会趋于一致。平行辊矫直机是把简短的压力矫直法变成辊式连续矫直法，从入口到出口交错布置若干个互相平行的矫直辊，按递减压弯规律进行多次反复压弯以达到矫直的目的。不仅显著提高了工作效率，而且可以获得很高的矫直质量。利用两组平行辊将其辊系进行直角组合或称平立辊组合，及将一组水平辊和一组垂直辊组合起来形成复杂辊系，可以对二维弯曲严重的线材及小型材进行矫直。因此平行辊矫直机必须具备以下两个基本特征：第一是具有相当数量交错配置的矫直辊以实现多次反复弯曲；第二是压弯量可以调整，能实现矫直所需要的压弯方案。平行辊矫直机属于连续式反复弯曲的矫直设备，这种矫直机克服了压力矫直机断续工作的缺点，使矫直效率成倍提高，使矫直工序得以进入连续生产线。但是，平行辊矫直机在矫直管、棒等圆形断面条材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的弯曲。若矫直其他各方位的纵向剖面的弯曲常需要进行多次的变方位的矫直过程；第二，圆材在矫直过程中容易产生自转现象，不仅达不到矫直目的，反而要产生严重的螺旋形弯曲(俗称麻花弯)，使产品报废。究其原因，前者是圆材弯曲具有全方位的特性，在矫直某一纵向剖面时对与其垂直的纵向剖面无矫直能力，即对侧向弯曲不能矫直。后者乃系偏心压弯条件下辊子对圆材压力将构成对圆材轴线的转矩，当这种转矩超过辊面与圆材之间的摩擦转矩时，圆材便会产生自转。而自转一旦产生便将连续不断。由自转形成的螺旋弯曲也将越转越严重。3.3旋转弯曲式矫直机3.3.1斜辊矫直机鉴于平行辊矫直机的以上缺点，为了有针对性的解决问题，可在平行辊矫直机的入口侧，或入、出口两侧增设夹送辊组，以防止工件自转。不过，要想达到全方位矫直还要增加一台侧弯矫直机，组成平立辊系矫百机。这样的矫宜机辊数增加很多，机组长度及重量成倍增加、动力消托及占地面积都要增大。为了探求把平面反弯矫直变成全方位反弯矫直的新方法，人们设想使工件在旋转前进中受到反复压弯的矫直方法。如果把平行辊矫直机上、下两排辊皆按某一角度对工件轴线装成倾斜并使两徘辊轴互相交叉状态，则在调好压下量之后，工件通过辊缝时便可受到旋转压弯，达到全方位反弯矫直目的。3.3.2转毂式矫直机转毂式矫直机的工作原理与斜辊矫直机基本相同，前者是通过转毂内设置的矫直工具绕工件旋转使工件在前进中得到矫直；后者是工件在斜辊作用下绕其自身轴线旋转并在前进中经过反复弯曲而变直。从相对运动的原则来看，两者同属旋转矫直；从运动主体来看，前者为工具旋转，后者为工件旋转。转毅式矫直机的旋转矫直丁具有多种结构型式，老式的工具是在转筒内设置若干个孔模，它们交错配置在工件轴线上，使工件在通过孔模时产生反复弯曲。由于孔模与工件表面的相对滑移和滑转而产生很大摩擦力造成较大磨损，产生根多热量，矫直工具寿命很矩，大部分的功变为无益的消耗。为了克服这种缺点，对矫直工具进行了不断的改进，其中比较典型的有两种，一是斜辊结构，在转毂内设置两个或3个以上的斜辊；二是滚动孔模结构，它相当于在孔模外部装上滚动轴承，并使孔模的斜角可调，在转毅转动时交措配置的滚动孔模对工件进行螺旋形的反复压弯而达到矫直目的。归纳起来，现有的转毂式矫直机多属于上述3种结构即滑动模式结构，滚动模式结构及斜辊式结构。3.4拉伸与拉弯矫直机拉伸矫直的机理是利用金属工件不直时其纵向纤维长短不齐，而长短不齐的纤维受到塑性拉伸达到长短相等之后，卸掉外力时必然以基本相等的弹复恢复到稳定状态，以达到矫直的目的。拉伸矫直法除了前面谈到的应力会向薄弱部位迅速集中造成边部开裂、甚至拉断，以及表面产生滑移线等缺点外，还因全断面的拉伸所需矫直力很大，耗能偏高，很不经济。如果能使拉伸变形不同时在截面上达到最大值，则会克服上述缺点。于是想到在拉伸同时加上弯曲，使带材一侧的拉伸得到叠加，用较小的拉力便可得到较大的拉伸变形，使带材另一侧的拉压相互抵减而不产生塑性变形。这种矫直要比全断面的拉伸矫直无疑是节约能耗，而且消除了拉断或拉裂的危险。拉弯矫直过程中每次拉弯的拉伸量和弯曲量的匹配不同，而可以产生变形性质上的变化。9 第4章 斜二辊矫直机的工作原理 第4章斜二辊矫直机的工作原理4.1矫直棒材的基本原理本次设计矫直的是钢管，由以上矫直原理可以看出应该用旋转反弯式矫直机，应该用弯曲矫直理论对其进行矫直。轧制，焊接及热处理后钢管的主要缺陷是纵向弯曲，横向弯曲的椭圆度，以及非圆钢管的扭曲。为了消除这些缺陷，采用钢管矫直机，利用多次弹塑性纵向弯曲或拉伸来矫直钢管的纵向弯曲；用弹塑性扭转矫直扭转的钢管。有时是扭转及拉伸联合起来对钢管进行矫直。轧材的矫直分为粗矫和细矫。在轧制，拉拔和热处理后直接进行粗矫，以保证产品的运输的可能，这对完成其他精整工序是必要的。在轧材冷却过程中，进行这种矫直最为合理。为了进行粗矫，一般采用链式矫直机，花辊式和槽型式矫直机，以及钢管横向移动的螺旋辊式矫直机。钢管的精矫和其它精整工序，往往一起进行，其目的在于使制品最终达到所要求的条件。为此，一般采用斜辊式，转子式，扭转拉伸矫直机及钢管的螺旋辊式矫直机。应当指出，上述的所有矫直机，比较容易消除钢管的纵向弯曲，而消除椭圆度很困难。椭圆度只能在斜辊式和转子式中矫直，因为在后两种矫直机中存在着钢管和矫直辊的相对回转。如果钢管的原始曲率太大，那么，在冷却过程中，就不可能完全消除曲率。因此在制定钢管综合制造工艺过程时，必须规定轧制时钢管弯曲允许的范围。例如，在加热过程中使钢管旋转。4.2斜辊矫直机的分类斜辊矫直机主要包括所有棍子轴线对圆材轴线倾斜放置的辊式矫直机。首先是二斜辊矫直机，可简称为二辊矫直机，也是辊数最少的斜辊矫直机；其次是三辊矫直机，它与二斜辊矫直机一样，三个辊子都在同一段圆材周围工作，都靠辊子本身的凸凹辊形使圆材产生反弯达到矫直的目的；第三，双列配置的多斜辊矫直机，其中包括多种配置方式的辊系结构，辊数最多可达11辊；第四，按三列配置式或313配置的多斜辊矫直机。 4.3斜二辊矫直机概况斜二辊矫直机用于矫直棒材，也可用于矫直厚壁管材。早期的二辊矫直机多是卧式结构，其矫直辊压弯平面与地面平行，圆材的轴线高度是不变的，圆材的下表面所接触的工作线高度应该可以调整。圆材的下支撑导板也必须及时调整高度以适应支撑各种直径圆材的需要和对磨损的补偿。圆材在辊缝中除需要防止下落外，还防备上跳的可能，故在辊缝上面也要装有可调节的导向板。当凸辊的转向向下带动圆材转动时，只在二辊的出口处设置导向套也可以防止圆材上跳，故可以不设置上导板。随着工业的发展，圆材的规格越来越多，直径也越来越粗，在用卧式矫直机进行矫直不仅输送装置需要经常调整高度，很不方便，而且机械占地面积也明显增大，于是大量二辊矫直机应运而生。立式二辊矫直机向高度空间增大，同时为矫直时的过载保护及机械送料提供了空间上的方便。4.4斜辊矫直机的工作原理二(斜)辊矫直机可简称为二辊矫直机。其工作原理在斜辊矫直理论中独具特点。它对工件的矫直作用不是依靠各辊之间的交措压弯使工件产生塑性弯曲变形，而是依靠一对辊缝内部弯曲曲率的变化而达到。为了说明工件在辊缝内矫直的道理，首先要对旋转压弯有一理解。工件被旋转压弯也可以相对地把工件看成为一个螺旋形扁钢，用压辊压在扁钢的边缘上以扁钢为轨道向前行走扁钢在压辊处被压弯并在辊子走过后弹复变直。这样辊子对螺旋形扁钢的相对运动就同平行辊对长条形扁钢的相对运动一样只不过后者的矫直运动为平行矫直运动，前者为旋转矫直运动，它们的机理是一致的。但是旋转矫直的工件并不是螺旋形扁钢而是圆形棒材。图4-1 集中力弯曲与等弯矩弯曲的旋转矫直变形图如图 4-1a所示的棒材在旋转前进中受辊3压弯，并在压弯处的截面33上产生塑性压缩(上面的影线部分)与拉伸(下面影线部分)变形。当此截面旋转前进到77位置处被辊7从反向压弯，而且其压弯量正好可使在33位置已被压弯的棒材得到矫直。其矫直过程的纵向变形如图4-1b，断面变形如图4-1d所示。不过圆材弯曲一般是全方位的弯曲，把33位置的弯曲理解为cg方位的弯曲，同样在ae.bf及ch从各方位的弯曲也都应得到矫直。于是，应该在l5的各位置上都设置压弯辊，不管上述各方位的原始弯曲如何。都经受较大的压弯，然后同时旋转前进到59的各位置，并被同样设置钠各反向压弯辊压弯后弹复变直，达到全长度及全方位的矫直目的。结合上面提到的螺旋形扁钢可以把ae,bf,cg及dh4个方位用4条扁钢来代替，并设其厚度为时、则4条扁钢经过大小两次正反压弯后各自得到矫直也等于整个圆材得到矫直。可见当圆材只在一处受到大压弯时，其弯矩如图41c的虚线M-x所示；在其反向受到小压弯时其弯短如图中虚线所示，其结果只能矫直一个扁纲或cg一个方位。而要矫直圆材则必须在圆材旋转的半周中或在其半个导程(t2)上造成等弯短的大压弯状态来代替想像的各压弯辊，然后又在其下半周内造成等弯矩的小压弯(与弹复量相等)才可能实现其变形为图41中(d2)与(d3)之和。同时还须明确图41中的前半周(左侧的t2长度)是在单一方向原始曲率条件下进行旋转的。但是全方位原始弯曲却是的弯曲，因此在两个半周的旋转之前还需要有半周的旋转弯曲，以消除使之变成或，即单一方向的原始弯曲。这样我们可以概括地说、二辊矫直的必要条件是工件在辊缝中先要经过至少一个导程的等曲率大变形压弯然后要经过至少半个导程等曲率小变形(与矫直曲率相适应变形)的反向压弯。前者可使工件各处的残留弯曲达到一致程度，后者可使工件全长得到矫直。也可以简单地说之为“先统一，后矫直”，这句话同大变形小残差的平行辊矫直法的含义是一致的。二辊矫直的原理虽然简单，但其实现方法仍然包含一些较为复杂的措施：如材质不匀会使残留弯曲难以统一，也会使残留弯曲难以被一次矫直；工件尺寸公差较大时常需施以过大的压弯量；工件的刚性偏大时常需增加压弯次数；考虑到辊子磨损、新辊缝的弯曲曲率必须适当增大等。因此辊缝多采用对称形式，入口侧辊缝起到咬入及预矫作用；出口侧辊缝起到矫直作用；辊腰处的等曲率区为中区，起到统一残留弯曲的作用。二辊矫直机还有可能遇到矫直管材的情况，一般是厚壁管，此时的辊缝的弯曲程度可以明显减小，中心出曲率压弯之外的其他区域便可按线性递减原则来安排辊缝的曲率变化。4.5二辊矫直机的优缺点二辊矫直机的优越性包括：1)使工件得到全长矫直，解决了工件头尾两端在一般矫直机上不能矫直的难题；2)使矫直质量得到明显提高，能把矫后的残留挠度减少到0.10.5mm/m；3)对圆材的外径有较强的团整作用，显著地减少了圆材的椭圆度；4)可以有效地消除矫直后的圆材径缩现象，能保证工件的尺寸精度；5)在矫直的同时能提高表面粗糙度。二辊矫直机的缺点包括：1)矫直速度比较低，大约只有7-50m/min。可以采用大斜度的矫直辊来解决这个问题；2)导扳的消耗量较大，不过在光亮工件的矫直中使用尼龙导板，以及在大直径工件的矫直中使用辊式导扳，也使这一缺点有所改善。3)对管材的矫直容易造成缩径，故不能用于矫直径厚比为D：15的管材，不过随着辊形设计及导板的改进，径厚比的范围也可以增大。15 第5章 80mm斜二辊矫直机的技术数据 第5章80mm斜二辊矫直机的技术数据5.1已知技术数据来料规格：50mm80mm的钢管来料长度：19mm来料壁厚：410mm来料材质：合金钢材料屈服极限：900Mpa材料弹性模量：206109pa二辊矫直机矫直速度：30m/min倾角：2025二辊矫直机的年产能：10万吨第6章 矫直机辊形的设计 第6章 矫直机辊形的设计二斜辊矫直机最关键最重要的部分就是矫直辊的辊形。二斜辊矫直机的轧辊有两种辊形：一种是“线接触”型，别一种是“悬空弯曲”型。“悬空弯曲”型的辊子矫直机，由于辊子倾斜角比较小(5l5)，矫直速度较低，一般只有l020mmin。钢管的矫直度虽然很高，但钢管的端部矫直不了。“线接触”型辊由于塑性长度大，这种辊子的倾斜角较大，因此矫直速度很高，可达50m/min。所矫直钢管的直度可达l：4000，甚至达l：10000。并且钢管的端部也可以得到矫直。从前面二斜辊矫直机原理的讨论中已基本了解二辊矫直辊缝应具备的三段矫直能力。中段为辊腰段，它的辊形需使圆材受到较大而且均匀的弯曲变形，达到先统一残留弯曲的目的。第二段为腹段，要把已经统一的残留弯曲矫直，达到消除残留弯曲的目的。第三段为辊胸段，要把一些意外未被矫直或误差的部位进行补充性的矫直，达到精矫的目的。6.1辊型计算公式推导辊腰段辊形的弯曲程度应使各种原始弯曲受到反弯后的弹复能力趋于一致。由于二辊矫直机对工件原始弯曲要求较严格，一般不超过弹性弯曲曲率，即。但考虑工件在进入二辊矫直机前往往要经过预矫工序，故其内部的原始变形历史已经存在，应把原始变形量包括在内，则取。此时留给辊腹段的残留曲率比为。将其视为辊腹段的原始曲率比，则此段辊形应具有的矫直曲率比为。经辊腹段矫直后总曲率比的变化为 ， 弹复能力为 此段的残留值为及 。可见辊腹段的。这个残留值相当于 940MPa的高强度直径为10mm棒材残留lmmm的矫直精度。考虑到更高强度、更细棒材或更高精度要求进一步在辊胸段采用或1.4的辊形曲率比，并按每半周一次线性递减方式减到辊段。从第一次压弯实地曲率比差值为2，第二次为008，第三次为零的规律来看，辊腰处的压弯量可以有较大的变化范围，而辊腹及辊胸段的压弯可以认为是基本不变的。这样结合矫直原理中的辊缝模型可以写出各段辊缝长度及其曲率半径值。辊腰段：，辊腹段：，辊胸段：，转半周后按线性递增法取值。上面各式中的系数按小直径取小值，大直径取大值。辊子长度在一定辊缝长度条件下可以写出辊子工作长度为辊端圆角半径R可按圆材直径取值如，则辊子全长为：在个别情况下，入手结构尺寸限制，辊子工作长度可以缩短，如取时，。辊子直径须先确定凹辊辊腰直径考虑到结构安装及强度条件，根据实践经验，采用 。凸辊辊腰直径要在凹辊辊形设计完成之后，选定其辊腹到辊胸段内可能与工件接触最多、压力最大处的辊径为凸辊辊腰直径。从矫直原理出发采用三段三曲率反弯的空间曲线进行矫直已经在实践中得到了充分的验证，其辊缝形态示于图5-1。各段辊缝长度皆用界出线长度表示。由于辊子斜角为，故接触线长度之间在如下的大致关系： ，。在辊胸段凸辊用形成辊形后，凹辊端部的过渡线弯曲半径会逐步大于。故越靠近辊端其辊缝间隙越大，这既符合曲率递减原则又给工件咬人创造了宽松的条件。单项弯曲的辊缝在矫直细圆材时，由于弯曲严重造成辊腰与辊端的直径差值增大，不仅会造成很大的相对滑动，而且工件出入辊缝时要产生很大的倾斜，操作很不方便，有时产生工件的甩摆并伤及操作者，很不安全。6.2矫直机辊形计算已知数据：钢管的最小直径为50mm,最大直径为80mm。被矫直材料的屈服极限：，弹性模量 ，辊子的斜角为=2025，矫直速度为30m/min。设计同向反弯的矫直辊辊形。圆材的弹性极限弯曲半径 辊腰段压弯半径辊腹段压弯半径辊胸段压弯半径粗管的螺旋导程：细管的螺旋导程：辊腰段长度： 取辊腹段长度：辊胸段长度： 取辊端圆角取辊子工作长度辊子全长：凹辊腰直径：取 图6-1，绘制的矫直辊的三维图17 第7章 矫直机力能参数的计算 第7章 矫直机力能参数的计算图7-1 单向反弯辊缝受力简图7.1矫直力的计算由于二辊矫直机辊形有单向弯曲与双向弯曲之分其矫直力也不同而矫直力大小与辊缝的压弯程度密切相关，由于本机型的辊形设计采用单向反弯曲辊形，因此按单向反弯曲辊形来计算矫直力及矫直功率。由于等弯曲率区内的弯矩不变，它必然由一个外力偶构成工件内部的等弯矩区。首先从图6-1上力来看，在段内它形成的弯矩是线性递增的。虽然这个弯矩一开始是弹性弯矩但很快增大为弹塑性弯矩(弹性段长度可略去不计)，新的力偶矩应由来形成，而且只在转半周之后就需形成的力偶矩，以便在下半周内完成的等弯矩弯曲。进入到辊腰段时，由于增大弯矩须达到，值，故需在之外再增加一个力偶矩值。这种人为的受力摸型是与辊形曲线的曲率变化过程基本一致的，是会接近实际受力状态的，于是可以计算图中的各矫直力矫直力总和为：所以图 7-2 轧件与矫直辊的相对位置简图7.1.1确定导程t圆材的螺旋导程：7.1.2求弹性极限弯矩弹性截面系数，为使该二管矫直机还能满足矫直50mm80mm的棒材，则计算弹性截面系数时按80mm的棒材计算最大的弹性极限弯矩：N.m求矫直力取总和为：把的值，代人公式 求得矫直力总和：7.1.3求倾角矫直辊轴承承受的力为辊面法向力之和，为了简化计算，假设凹凸辊受力点基本相同，如图6-2所示，接触角与倾斜角基本相等，则所以 所以 其中，为凸辊辊腰直径，由与工件接触最多、压力最大的辊径确定，选取倾斜角。代入得：7.1.4轴承承受力的总和7.2二辊矫直机功率计算7.2.1轴承消耗的功率设矫直辊的辊径直径为，轴承摩擦系数为、辊子转速为则轴承摩擦消耗功率为： ，其中，辊径直径=0.5D=210 mm辊子转速摩擦系数取0.002所以 7.2.2滑动摩擦消耗功率凸凹辊辊腰直径分别为和，工件与辊面之间摩擦系数为，则滑动摩擦消耗功率为：，其中，由于和取值近似，所以滑动摩擦功率忽略。7.2.3滚动摩擦消耗功率工件与辊面之间滚动摩擦系数为f，辊子斜角为，工件直径为d，则两者之间的滚动摩擦消耗功率为：7.2.4塑性弯曲变形所消耗的功率工件的纯塑性弯曲曲率比的最大值为，而最小值为0，故其平均值为，其相应的，于是可知工件旋转弯曲能耗比为，所以 塑性弯曲变形所消耗的功率为：式中将代人到以上公式中，得到考虑到矫直过程中，工件一般不和矫直辊全长接触，而只是在4t长度上受到矫直力。所以，实际的矫直功率约为7.3矫直机驱动功率的计算矫直机总功率为：矫直机驱动总功率为：其中： 矫直机的传动效率，=095097，取=096。23 第8章 矫直辊的强度校核 第8章 矫直辊的强度校核8.1矫直辊的受力分析与校核该矫直机中的矫直辊采用辊套与轴配合装配成整套矫直辊的方式，非常有利于矫直辊的更换，当辊子磨损到一定程度时，更换一新辊套即可。凸辊受力分析剪力和弯矩简化如图8-1所示图8-1 凸辊受力简图列方程解出其反力 ,其最大弯矩 Mmax= Fa/2其最大挠度在二辊矫直机上，一般取辊长 L=J,则图中 Sd=L/3，所以 a =L/3根据前面的计算值，辊套中心处惯性矩，分别将数据代入上式中得：矫直辊中心的抗弯截面模量：最大弯矩：最大弯曲应力说明强度完全满足要求。通过Solidworks对绘制的简化模型进行分析得到如下结果首先划分网格，如图8-2所示：图8-2 简化辊的网格划分图进行计算，得到的应力结果如图8-3所示：图8-3 简化辊的应力分析图得到的位移分析结果如图8-4所示：8-4 简化辊的变形分析图27 第9章 矫直机的其他组成部分 第9章 矫直机的其它组成部分二辊矫直机主要包括以下机构：主传动机构，矫直辊，辊座及压下装置，平衡装置，机架部分，圆柱形辊角度调节机构及双曲线行辊角度调节机构，移动和抬升导向机构，前后导向机构，喷嘴机构和矫直机本体机座等部分组成。9.1主传动装置的选择和校核主传动装置包括：电动机，减速器，联轴器9.1.1电动机的选择根据力能参数计算得到的电动机的驱动功率，又由本矫直机采用交流电动机驱动。应该选择满足规定的转速范围内能均匀连续的无极调速，并能输出额定转矩，且适用于经常运行在高速范围的条件。所以选用Y2系列的电动机，额定功率为130kw。9.1.2减速器的选择减速器是原动机和工作机间独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需求。减速器的选择主要与电机转速，矫直辊工作转速及电动机的功率有关，因此，根据前面的计算数据可知，减速器的传动比 i=1484/129.65=11.446,取i=11.2。根据手册选择减速器，能够满足所需功率，转矩和变速比的减速器ZLY200-11.2。9.1.3联轴器的选择联轴器主要用作连接两轴，使两者一起回转，以传递运动和转矩。联轴器只能在机器停车后拆开时，才能把两轴分离。定其类型时，主要根据矫直机辊调整量和联轴器允许的倾角等因素。二辊矫直机的联轴器最好选用万向接轴，因其结构紧凑，工作可靠，允许较大的倾斜角和高转速。矫直机的载荷变换不大，且转速不高，工作是启动不频繁，而且传动时有 较大的倾角，故选用WSD型十字万向接轴。9.2角度调节机构为了使钢管与矫直辊间的接触达到最大接触（即辊身全长相接触，且接触线不间断）必须调节矫直机的矫直辊角度。根据理论计算分析，本二辊矫直机上辊调节角度为 1224，下辊调节角度为 1220。本设计中的二辊矫直机上下辊调节角度范围完全满足角度要求，其调节机构采用非自动方式，即手动调节。整个下辊装置由轴承座、转动调节手柄、角度指针等组成，下辊装置的底座中开一个弧形长条孔，这样通过底座的条孔用2 个 M20 的螺栓与下辊座联结成一体，且下辊轴承座为一圆形座，其周围由B2040 和 B2060 的销轴精确定位。当需要调节矫直辊的角度时，就松开两个 M20 的螺栓，搬动调节手柄到达要求的角度位置后紧固两个螺栓即可达到目的，而辊座中有一个定心衬套，以便使其调节角度时以定心衬套为中心，精确的到达位置而不改变矫直棒材的中心。上辊装置基本与下辊装置的结构一致，调节方式与下辊装置是一样的，上下辊装置按照矫直棒材的要求同时调整达到矫直产品的要求。整个角度调节机构是一个既保证精度要求，又简单实用的调节装置。9.3径向调节机构(压下)为在矫直辊中夹紧钢管棒材在辊座间弯曲，矫直机的矫直相对钢管向调节。本矫直机中采用上辊移动，导向滑块的方式，即压下调节机构。双曲线辊的压下调整机构一般应在辊的角度调节之后进行。调节机构采用电机传动蜗轮蜗杆减速器减速，蜗杆减速器输出轴直接装配一开式齿轮与另一小齿轮啮合。该小齿轮装在一升降滑座之中，升降滑座中装配一升降螺母和与计数器同步的大齿轮，再联接计数器。这样电机传动带动齿轮而升降螺母转动，可使上辊座在四个立柱中上升和下降。同时计数器作用，对升降行程，计数转化成相应的行程数据，其机构上还装设位置传感器，对于机构中升降的起始点由位置传感器确定9.4导板及其调整机构导板装置的作用是防止被矫棒材偏离矫直中心线。此装置位于两辊辊缝之间，用来支撑被矫直钢管以免被钢管在进入辊缝前由于自身重力而产生的弯曲造成矫直误差。偏离矫直中心线，此导板装置可根据被矫直钢管的粗细及辊缝的大小进行更换，以适应矫直不同直径钢管的需要。旋转手柄带动丝杠旋转，丝杠与螺母为螺纹联结。螺母和保护板用螺栓固定在一起，螺母不动，丝杠旋转前进。通过离合器时，左面丝杠转动并与外面的箱体分开，箱体不转，但左侧丝杠前进时可以推动箱体移动，右侧丝杠与箱体连在一起，可前后移动却不能做回转运动，其前后运动可带动齿条移动，齿条齿轮为相互啮合关系，所以齿轮随其做旋转运动，而齿轮，偏心轮同为通过键固定在心轴上共同动作。偏心轮的转动通过四根导柱在上下的运动趋势，从而带动导板机构的降低和升高动作。转动手轮带动丝杠转动，丝杠被圆柱销固定在挡环上，使丝杠只能做圆周回转运动而不能前后移动。这样，在导板架内与丝杠螺纹联结的滑块即随丝杠回转做前后移动。而滑块与整个导板是固定联结在一起的，滑块的前后移动就形成了导板的前后移动，达到导板的平移的目的。9.5进料口侧导向装置的作用及其调整方式此装置的作用是保持待矫直钢管稳定准确地进入矫直辊缝，其位于进入矫直辊辊缝的入口前端。当调整了矫直辊的倾斜角度及双曲线辊的压下量之后，势必造成矫直辊中心线与进料口侧向导引口的位置偏差。这时须对导引口直径及其位置进行调整，以满足正常矫直的要求。调整导引口的直径，首先应根据被矫直的直径对导引管材进行更换，然后，对其位置进行调整。调整导引口的左右位置时，只须调整导板的位置固定螺栓的安装位置即可；调整导引管上下位置时，只须增大或减小导引管下面垫圈的厚度即可。9.6喷嘴装置其作用是用乳化液来冷却和润滑被矫直钢管，提高被矫直材料的表面质量，不至于被划伤。9.7机架部分根据安装各辊的机构和工作状况的需要，机架材料为铸钢35，因为其焊接性能好，故较大的铸件均用铸钢35。31 结论 结论大学最后一学期的毕业设计即将结束，半年的毕业设计有遗憾也有收获。毕业设计是对大学四年所学知识的综合运用，它考察了对所学知识的掌握，以及运用这些知识的综合能力，对我们即将毕业的大学生来说，它是我们走向社会的一个必要阶段。设计过程中，在知道老师的帮助下，我查阅了很多资料和图纸，并且上网查阅了相关的知识，使我对课题有了更深的了解。在此设计中，对斜二辊管材矫直机的结构特点、工作原理、各基本参数的选取、结构的设计、各主要部件的选取和校核，都做了详细的阐述。二辊矫直机的效果取决于合理的辊型设计，我国现在的研究多集中于辊型的几何设计，而对于矫直过程变形机理，以及辊型与矫直精度之间的关系尚无完整的理论，这对于辊型设计构成了一大障碍，我们需要在这些方面做出努力。本次设计任务使我认识到了自己的很多不足。首先是自己的理论知识体系不能系统起来，过去学过的很多知识现在都不是很清楚了，不能够利用理论知识解决实际问题，基础知识掌握的不是很扎实。其次，毕业设计比以前的课程设计查阅的资料多，数据的计算和分析量大，全面提高了我们综合运用相关知识和分析解决问题的能力，毕业设计可以说是理论和实际的最佳结合。最后，毕业设计是一次对我们专业知识综合素质能力的全面测试，它极大地开拓了我们的视野，让我们学到了很多书本上学不到的东西，积累和丰富了一定的实践经验。在这次走向社会之前的完整的、系统的设计训练中，从最开始的不知所措，到课题的最终完成，每一个环节都是经过不懈的努力完成的，其中既有成功的喜悦也有失败的教训。由于时间仓促，还有我的水平有限和经验的不足，在本次的设计中还有很多的缺陷和漏洞，敬请老师批评指正。31 参考文献 参考文献1 刘宝衍. 轧钢机械设备M. 北京: 冶金工业出版社, 2004, 157184.2 邹家祥. 轧钢机械设计M. 北京: 机械工业出版社, 2007, 374437.3 Seung-Cheol Kim, Sung-Chong Chung. Synthesis of the muliti-step straightness control system for shaft straightening processesJ. Mechataronics, 2002, 12(46): 139156.4 A. Perna , F. J. Martnez-de-Pison, J. Ordieres, etal. Fine tuning straightening process using genetic algorithms and finite element MethodsJ. Ironmaking and Steelmaking, 2010, 37(2): 119127.5 莫施宁(苏). 弯卷机和矫直机M. 北京: 机械工业出版社, 2004, 189198.6 刘志亮. 棒材二辊矫直机辊形及变形机理研究J.燕山大学工学博士 论文, 2004.7 崔甫. 矫直原理和与矫直机械M. 北京: 冶金工业出版社, 2002, 109111.8 刘志亮, 张文志, 王英杰. 二辊矫直机矫直精度及实验研究J. 燕山大 学学报, 2008, 32(2): 100105.9 许立忠, 龚景安. 机械设计M. 燕山大学, 2007.10 许立忠, 周玉林. 机械设计M. 北京: 机械工业出版社, 1983.11 曹洪德. 塑性变形力学基础和轧制原理M. 北京: 机械工业出版社, 1981.12 黄维勇, 汪恩辉, 张超，等. 斜辊式二辊矫直滚光机辊形的设计J.重型机械, 2006, 45(4): 4648.13 陈建国, 胡大超. 二辊矫直机凸辊辊形参数的研究J. 机械设计与研究, 2008, 24(1): 101105.14 A. I. Titarenko, Yu. N. Bel