拉伸彎曲矯直機原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

1、拉伸彎曲矯直機原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用【摘要】拉伸彎曲矯直機是近代發(fā)展起來的一種新型矯直設(shè)備，它綜合了輻式矯直機和拉伸矯直機的優(yōu)點。拉伸彎曲矯直機由矯直機工作機座、彎曲輻組、矯直輻組、張力輻組等結(jié)構(gòu)組成。它能消除帶材的瓢曲、 邊緣浪形和鐮刀彎等三元形狀缺陷?，F(xiàn)場安裝使用拉矯機之后，帶材的平直度由原來的15I提高到4I,板形質(zhì)量得到了明顯改善。【關(guān)鍵詞】拉拉伸彎曲矯直機張力延伸率1前言拉伸彎曲矯直機組（簡稱“拉矯機”）是為適應(yīng)帶材高要求的平直度需要發(fā)展起來的一種新型矯直設(shè)備， 它綜合了輻式矯直機和拉伸矯直機的優(yōu)點，它的工作特點是在張力輻拉伸和彎曲輻連續(xù)交替反復(fù)彎曲的聯(lián) 合作用下使帶材產(chǎn)生塑性延伸而獲得板

2、帶矯直，它能消除帶材的瓢曲、邊緣浪形和鐮刀彎等三元形狀缺陷，明顯提高了板形質(zhì)量。2拉矯機原理2.1車昆式矯直的原理板材在輻式矯直機上矯直時，板材是在矯直輻的壓力作用下發(fā)生純彎曲彈塑性變形，其中性層即零應(yīng) 力軸線仍然是矩形截面的幾何軸線。2.2張力矯直的原理帶材在連續(xù)張力機上矯直時，在張力輻的張力作用下，橫截面產(chǎn)生均勻的拉伸應(yīng)力，而獲得均勻的塑 性伸長。2.3拉伸彎曲矯直的原理連續(xù)拉伸彎曲矯直機綜合了連續(xù)張力矯直機與輻式矯直機的特點，其是在張力輻的拉伸和彎曲輻連續(xù) 交替反復(fù)彎曲的聯(lián)合作用下使帶材產(chǎn)生塑性延伸而獲得矯直的工藝過程。矯直過程是使處于張力作用下的 帶材，經(jīng)過彎曲輻劇烈彎曲時，帶材由于彎

3、曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力的聯(lián)合作用產(chǎn)生彈塑性延伸變形，從而使三 元形狀缺陷得以消除，隨后再經(jīng)矯直輻將殘余曲率矯平。彎曲輻的作用使得帶鋼單面受到塑性延伸變形，并且造成整個橫截面上的應(yīng)力不均，根據(jù)這種變形原 理，帶張力的帶鋼至少要通過兩個彎曲輻，進行整個板面均勻的延伸，再經(jīng)過一個矯直輻，對殘余應(yīng)力進 行重新分布均衡。為了適應(yīng)不同厚度帶鋼的矯直需要，要設(shè)置兩組彎曲-矯直輻。3拉矯機的結(jié)構(gòu)拉矯機由張力車昆組與拉伸彎曲機座組成，據(jù)不同的工藝要求和現(xiàn)場條件，這兩組有多種形式。3.1拉伸彎曲機座拉彎矯直機座使帶材產(chǎn)生拉伸彎曲變形， 由彎曲輻單元與矯直輻單元組成， 彎曲輻由兩個或多個小直 徑的彎曲輻，它使帶材在張力作

4、用下，經(jīng)過劇烈的反復(fù)彎曲變形，導(dǎo)致帶材產(chǎn)生塑性延伸，以達到工藝要 求的延伸率。彎曲輻機座的結(jié)構(gòu)，要據(jù)工藝要求進行合理確定結(jié)構(gòu)形式，工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)滿足工藝要求使用性能，應(yīng) 用方便合理，設(shè)備制造工藝能達到設(shè)備要求性能。3.1.1彎曲車昆單元彎曲輻的作用：彎曲輻用做產(chǎn)生彎曲應(yīng)力并在拉伸應(yīng)力的聯(lián)合作用下產(chǎn)生彈塑性延伸，實現(xiàn)鋼帶的塑 性延伸，因為彎曲輻的彎曲應(yīng)力在帶鋼的橫截面上呈方向性，在單側(cè)實現(xiàn)的塑性延伸，為達到兩側(cè)的變形 均勻，必須采用方向相反的兩個彎曲輻，彎曲輻用以實現(xiàn)帶鋼的塑性延伸，消除帶材的三元缺陷。彎曲輪的型式很多，根據(jù)需要選擇各種彎曲輻結(jié)構(gòu)組成形式，以達到校正不同種類帶鋼的目的。3.1.1.

5、1彎曲車昆結(jié)構(gòu)彎曲輻組成類型：多支撐輻系型、V型浮動輻型、Y型浮動輻型等結(jié)構(gòu)形式組成，一般的根據(jù)帶鋼的厚度進行結(jié)構(gòu)形式的選擇，矯直一般薄帶鋼時選用多支撐輻系型，并根據(jù)校平帶鋼厚度范圍要求，選擇單彎或雙彎結(jié)構(gòu)。矯平高強度帶材或極薄帶材時，選用V型浮動輻型或丫型浮動輻型的結(jié)構(gòu)形式，對于AKC鋼經(jīng)過二次冷軋后在冷硬狀態(tài)下進行矯直，bb560MPa, bs530MPa,對于因瓦合金則屈服極限更高，選用浮動輯型。彎曲輪的布置形式：多排彎曲輻形式，多排彎曲輯形式彎曲輯直徑較大，通常用于矯直屈服極限較低的帶材，如bs= 300350MPa。根據(jù)帶材要求厚度范圍，選用單彎或雙彎成對布置形式，彎曲輪的調(diào)整結(jié)構(gòu)：

6、彎曲輻調(diào)整壓下深度，以調(diào)整彎曲輪上的包角，實現(xiàn)延伸率的控制。彎曲輻的調(diào)整結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、功能實現(xiàn)、性能特點要適應(yīng)于工藝要求，能便利實現(xiàn)工藝 性能，達到功能實現(xiàn)保證質(zhì)量需要。彎曲輻機座的自動傾斜控制，整個機座可傾斜土10。o以此改變帶鋼的出口角度，實現(xiàn)拉伸量調(diào)節(jié)并消除橫向彎曲。出口順導(dǎo)輻順導(dǎo)車昆直徑大約為200mm3.1.1.2彎曲輻工藝技術(shù)參數(shù)彎曲車昆直徑：彎曲車昆直徑，與帶材厚度及帶材的屈伏限有關(guān)，采用小直徑彎曲車昆時， 不僅矯正效果好，而且還能相應(yīng)的減小帶材單位張力。但輻子直徑過小，將使輻子轉(zhuǎn)速增加，輻子磨損加大而降低使用壽命；相應(yīng)的剛性減小，降低矯正質(zhì)量，應(yīng)有提高剛性的措施。資

7、料表明：a型式彎曲輯推薦彎曲輯最小直徑為30mm,帶材厚度增加時輯子直徑相應(yīng)增加。浮動輯形式多用于矯正極薄的高強度帶材，因帶材的彎曲半徑和輻子半徑相近，減小輻子直徑對矯正質(zhì)量影響很大， 其直徑最小可達620mm，帶材越薄，材料屈服極限越高，則輻徑應(yīng)該越小。屈服極限對彎曲輻直徑選擇的 影響：材料屈服極限越高，則車昆徑應(yīng)越小。3.1.2矯直車昆單元矯直輻的作用：矯直輻用以完成彎曲校正帶材上的殘余應(yīng)力，使應(yīng)力分布均勻，改善帶材上的應(yīng)力分 布結(jié)構(gòu)，在帶材橫截面上平衡對稱（沿縱向及橫向）。矯直輻由一個或幾個矯直輻組成，用以將劇烈彎曲后的帶材矯平。矯直輻的形式有多種，有的采用大輻矯直，有的主張采用小輻矯直

8、，有的布置為輻式矯直機的方式， 有的布置為彎曲輻方式等，根據(jù)現(xiàn)有的研究表明：歐美多采用大輻方式，而德國希望為小輻模式，在這些 理論研究中國內(nèi)接觸很少，對矯直輻的作用機理還沒有深入的了解和認識。最終板形的質(zhì)量影響是看矯直 的效果，即是最終在鋼板上的應(yīng)力分布。矯直輻將彎曲輻劇烈彎曲矯直的帶材上的殘余應(yīng)力在張力拉伸和小包角的聯(lián)合作用下消除。矯直輻上 的包角較小在整個帶材斷面上有相同的延伸，以便將帶材上的微小殘余應(yīng)力消除保證帶材具有高度的平直 度。矯直輻系有相應(yīng)的順導(dǎo)輻、矯直輻組、出口導(dǎo)向輻等。3.2張力車昆組張力輻組一般由入口和出口呈S形分布的張力輻組成，作用是使帶材產(chǎn)生一定的張力，后張力輻組的 線

9、速度高于前張力輻組，帶鋼的張力是由線速度差產(chǎn)生的。入口張力輻的作用是提高入口段張力，使帶鋼 達到拉伸所需的拉伸力；出口張力輻的作用是使帶鋼張力降低到輸出值。張力輻的數(shù)目及布置形式?jīng)Q定于帶材拉彎所需的最大拉伸力和工藝現(xiàn)場條件。3.2.1張力車昆的直徑確定張力輻直徑的原則是帶材在張力輻上應(yīng)保持彈性變形，主要據(jù)不同帶厚條件進行相應(yīng)的計算確 定。張力車昆直徑計算公式為D=hE/ bsh一帶材厚度，E一帶材彈性模量，bs一帶材屈伏限。此公式計算出張力輻直徑往往過大，實際選定張力輻直徑時允許帶材在輻子有少量的彈塑性彎曲變形， 一般輯徑在5001500mm圍內(nèi)，據(jù)帶材不同厚度合理選用。3.2.2張力車昆的數(shù)

10、量張力輻的數(shù)量主要取決于矯直帶材時所需的張力值，張力輻依靠輻面與帶材的摩擦力傳遞張力，所傳 遞的張力值與輻面摩擦系數(shù)及帶材對張力輻的包角有關(guān)。張力計算公式有T2=Tief“f-帶材與車昆面的摩擦系數(shù)，a-帶材在車昆上包角總和，a為弧度值，取實際包角，e自然對數(shù)的底e = 2.718。實際使用的是由于金屬彈性變形實際包角a小于理論包角a,理論包角乘以0.80.9換算成實際包角a。一般理論計算包角a為450時，實際包角a為（0.80.9）a = 360405，則弧度值&=6.283 7.06858。對于鋼車昆子與帶鋼的摩擦系數(shù)f取0.150.18，對于包膠車昆f取0.180.28 ,當(dāng)表面

11、橡膠磨光后，摩擦系數(shù)f應(yīng)比原有數(shù)值降低50%左右。經(jīng)驗選取摩擦系數(shù)的取值，進行擴大系數(shù)的計算。摩擦張力輻的張力由入口張力和出口張力組成，張力是由帶鋼與輻子間的摩擦力形成的，出入口之間的張力關(guān)系為張力擴大系數(shù)ef，從上式看張力差只與摩擦系數(shù)f、實際包角a有關(guān)，但是擴大系數(shù)的實現(xiàn)要靠張力輻電機提供出相應(yīng)的傳動力矩，傳動力矩過小實現(xiàn)不了這個擴大系數(shù)，傳動力矩過大則產(chǎn)生 打滑現(xiàn)象。張力輻外端的小張力由此張力輻系統(tǒng)外的張力設(shè)備提供；必須由此外加張力實現(xiàn)在張力輻上的 壓應(yīng)力來產(chǎn)生摩擦力，這個外張力增大張力輻提供的張力也相應(yīng)增大，此外壓應(yīng)力應(yīng)在運行時保持穩(wěn)定。電動機的力矩M=2T（ef -1）/D（電動機狀

12、態(tài)T1T2）張力輯擴大張力為丁2以-1）,電動機的功率計算為：N=Mn/（9550門）M一張力車昆上傳動力矩,N2 mn一張力車昆的轉(zhuǎn)速r/min；7一張力車昆上的傳動效率（包括電機效率），取7 = 0.8。3.2.3張力輻的布置形式張力輻的布置形式有多種，工藝要求使得工藝設(shè)備選型不一，則工藝設(shè)備布置位置也不一致，工藝設(shè) 備結(jié)構(gòu)及張力輻的布置形式也會不一樣。一般有兩輪式和四輪式。4.拉矯機在實際中的應(yīng)用1700mmfx伸彎曲矯直機組為例。4.1拉矯機的參數(shù)4.1.1拉矯機基本工藝參數(shù)工藝速度：Max220m/min；穿帶速度：30m/min ;機組設(shè)計延伸率：Max.3%;開卷張力：20kN;

13、卷取張力：40kN;拉矯段張力：210kN;機組長度：40m；機組標高：900mm機組產(chǎn)量：30萬噸/年；矯直鋼帶規(guī)格：0.15 - 1.5mm3 800- 1580mm4.1.2延伸率工藝控制要求延伸率控制對拉伸彎曲矯直機矯正板形有很大影響，帶材延伸率的變化范圍一般在0.5 %3%。通常的帶材材質(zhì)為普通碳鋼，延伸率一般選取在0.8 %1.5%范圍內(nèi)。4.2應(yīng)用效果和存在的問題拉矯機組未投產(chǎn)之前，曾經(jīng)因為帶材存在浪形、瓢曲等缺陷而造成產(chǎn)品質(zhì)量降級，影響正常銷售。拉矯機投入使用之后，通過設(shè)定合理的延伸率和彎曲輪的壓下量及出入口張力，帶材的邊浪和中間浪得到了明顯矯直平整?，F(xiàn)以0.6 3 1150m

14、m SPC鋼帶為例，對拉矯機的使用效果做一說明。生產(chǎn)0.6 3 1150mnSPCG岡帶，設(shè)定延伸率為0.5%，第一彎曲車昆壓下深度為6.5mm,第二彎曲車昆壓下深 度為4.5mm矯直車昆的壓下深度為3.2mm和2.5mm入口張力設(shè)定為28.5kN，出口張力設(shè)定為40.5kN。生 產(chǎn)中根據(jù)出口帶材的平直度對矯直機的壓下量進行微調(diào)整，使帶材的平直度達到最佳。使用拉矯機前后帶 材的平直度對比情況如圖1所示：由圖1可以看出，使用拉矯機之后，帶材的平直度得到了明顯改善，浪形由原來的15I降低到41。對較薄規(guī)格的帶材，拉矯機的使用效果會更加明顯。但是，拉矯機對于退火料的拉伸矯直，板形的平直度雖然得到改善，但板形表面易出現(xiàn)拉矯紋，在延伸率大