帶鋼板帶拉彎矯正中的三維形狀缺陷

帶鋼板帶拉彎矯正中的三維形狀缺陷

1拉彎變形原理板的本質是帶鋼的不同長度。在彎曲校正過程中，板帶在曲線的上彎曲，板帶同時受到拉伸應力和彎曲應力的聯合作用。在這一點上，應力狀態(tài)是伸展和彎曲應力疊加的應力狀態(tài)。由于應力疊加，板帶彎曲變形后的中性層不穿過其截面的形狀中心，而是沿著板帶的壓力范圍位移，因此本帶的拉伸應用壓縮變形來補償。因此，在反復彎曲后，板帶的拉伸應用變形和壓縮變形無法相互補償，因此板帶的彈性延伸。由于存在帶殼和帶有泡沫變形等三維缺陷的板帶，以彎曲校正。由于其缺點，在板帶橫向中的張應力分布和彎曲輥上的彎曲速率分布不同。在直線處，張應力和彎曲的曲線較大。在缺陷處，張應力和彎曲的曲線很小。根據相關的拉彎變形原理，糾正后，帶鋼的硬度大于帶鋼的硬度，帶鋼的形狀缺陷消除了帶鋼的形狀缺陷并校正帶鋼的形狀。2帶鋼變形彎曲變形的彎曲2.1拉伸應變型延伸率及殘余延伸率對稱邊浪的產生是由于帶鋼邊部纖維的延伸大于中部纖維的延伸,設延伸分布為:ε0(y)=εd(2yb)2,(1)ε0(y)=εd(2yb)2,(1)式中,εd為帶鋼邊部點和中點的延伸率之差;b為帶鋼寬度.由圖1可見,具有對稱邊浪的帶鋼在彈塑性拉伸彎曲狀態(tài)下,產生新的延伸率為:ε(y)={ε1-εd(2yb)2|y|＜ε1εdb2ε＞εd0|y|≥ε1εdb2ε＞εdε1-εd(2yb)2ε1≤εd,(2)ε(y)=?????????ε1?εd(2yb)20ε1?εd(2yb)2|y|＜ε1εdb2|y|≥ε1εdb2ε＞εdε＞εdε1≤εd,(2)式中,ε1為張力拉伸應變.對稱邊浪的矯直結果,主要表現為帶鋼邊部點與中點的最終殘余延伸率差Δε.(1)當ε1≤εd時邊部點不產生延伸,僅中部產生延伸,稱此種變形狀態(tài)為非展開狀態(tài),若中點纖維應力為σ0,則殘余延伸率之差為Δε=εd-(ε1-σ0E′),(3)式中,E′=E/(1-μ2),其中,E為帶鋼彈性模量,μ為泊松比.(2)當ε1>εd時沿整個寬度纖維均產生延伸,稱為展平狀態(tài),設邊部點應力為σd,則殘余延伸率之差為:Δε=σ0E′-σdE′.(4)2.2殘余延伸率結果分析中浪的產生是由于帶鋼中部纖維的延伸大于邊部纖維的延伸,設延伸分布為:ε0(y)=εd-εd(2yb)2,(5)同理,具有中浪的帶鋼在彈塑性拉伸彎曲狀態(tài)下,產生新的延伸為(圖2):ε(y)={ε1+εd(2yb)2-εd|y|≥b2√1-ε1εdε1≤εd0|y|＜b2√1-ε1εdε1+εd(2yb)2-εdε1＞εd,(6)中浪的矯直結果,主要表現為帶鋼中點與邊部點的最終殘余延伸率差Δε.(1)當ε1≤εd時中點不產生延伸,僅邊部點產生延伸,此種狀態(tài)亦為非展形狀態(tài),若邊部纖維應力為σb,則殘余延伸率差為Δε=εd-(ε1-σbE′).(7)(2)當ε1>εd時,沿整個寬度纖維均生延伸,稱為展平狀態(tài),設中間點的應力為σ0,則殘余延伸率之差為Δε=σbE′-σ0E′.(8)2.3殘余延伸率差異當帶鋼為邊中復合浪時,設其延伸率分布為ε0(y)=εd2(cos4πby+1),(9)由圖3可見,具有邊中復合浪的帶鋼在彈塑性拉伸彎曲狀態(tài)下,產生新的延伸率為ε(y)={03b8≤y≤b2,|y|≤b8,-b2≤y≤-3b8ε1＞εdε1-εd2(cos4πby+1)-3b8＜y＜-b8,b8＜y＜3b8ε1-εd2(cos4πby+1)ε1≤εd.(10)邊中復合浪的矯正結果,主要表現為帶鋼中點、邊部與±b4點的最終殘余延伸率差Δε.(1)當ε1≤εd時,中點、邊部點不產生延伸,僅±b4點及其周圍產生延伸,此種變形亦為非展形狀態(tài),若±b4點處纖維應力為σ0,則殘余延伸率差為:Δε=εd-(ε1-σ0E′).(11)(2)當ε1>εd時,沿整個寬度纖維均產生延伸,稱為展平狀態(tài),設邊部及中點的纖維應力為σb,則殘余延伸率之差為Δε=σ0E′-σbE′.(12)2.4殘余延伸率差異當帶鋼為四分浪時,設延伸率分布為:ε0(y)=ε02(1-cos4πby).(13)由圖4可見,具有四分浪的帶鋼彈塑性拉伸彎曲狀態(tài)下產生新的延伸率為:ε(y)={ε1-εd2(1-cos4πby)3b8≤y≤b2,|y|≤b8,-b2≤y≤-3b8ε1＞εd0-3b8＜y＜-b8,b8＜y＜3b8ε1-εd2(1-cos4πby)ε1≤εd.(14)四分浪的矯直結果,主要表現為帶鋼邊部、中點與±b4處的最終殘余延伸率差Δε.(1)當ε1≤εd時,±b4處纖維不產生延伸,僅在邊部及中點周圍產生延伸,此種變形屬非展平狀態(tài),若邊部、中點處的纖維應力為σ0,則殘余延伸率差為:Δε=εd-(ε1-σ0E′).(15)(2)當ε1>εd時,沿整個寬度纖維均產生延伸,稱為展平狀態(tài),設四分浪處的纖維應力為σb,則殘余延伸率之差為Δε=σ0E′-σbE′.(16)3拉緊機工藝參數對板形的影響和控制3.1拉矯機組成中的塑性延伸率分析盡管隨拉伸彎曲矯直機所在機組的不同對其工作能力有著不同的要求,但冷軋廠設置拉伸彎曲矯直機組的通用功能便是用來改善來料的各種板形缺陷.因而盡管不同機組拉矯機在其具體機械結構上可能有所差異,但其基本工藝條件卻是類同的.眾所周知,影響拉矯機工作性能的最關鍵的工藝參數便是設定延伸率ε,根據實際工作情況,特對其組成做出以下解析:ε=εp+εa+εe+ε1(17)式中,εp為矯正來料板形缺陷所需的塑性延伸率;εa為考慮具體工藝要求附加的塑性延伸率;εe為帶鋼彈性恢復的延伸率;ε1為拉彎機組本身延伸率損失.對于理想彈塑性材料,εp基本可認為是與材料性能無關的幾何量,但對于有明顯加工硬化的材料來說,其強化模量E1越高則矯直相同數量板形缺陷所需的設定延伸率越大.εe與帶鋼的規(guī)格、材質有關,ε1與拉彎機組運行時帶鋼的打滑有關.附加的塑性延伸率εa是考慮到延伸率沿板帶橫截分布不均的影響,而且拉矯過程不僅僅只是一個將帶鋼浪形剛好拉平的過程,還需綜合考慮其它工藝要求(如酸洗機組的破鱗);另外諸如張力輥輥徑的失配等也需要附加的延伸率補償.由此可見,最佳延伸率的設定,其著眼點一個是從矯正來料板形來看的最佳值,一個是從考慮具體工藝要求來看的最佳值.二者對機組的要求既有其一致的地方,也有沖突的地方,其平衡點即為最佳延伸率.3.2拉伸和彎曲非織造布的原因在拉矯機工藝的研究過程中,拉伸和彎曲對帶鋼延伸貢獻的問題自始至終為人們所關注,對這一問題的研究不僅直接推動了拉彎矯直理論的深入發(fā)展,同時也將直接影響拉矯機在實際使用過程中的工藝.限于研究方法、著眼角度的不同,人們甚至也得出了截然相反的結論.張力和彎曲程度的增大都將有利于帶鋼的延伸,但片面地強調拉伸和彎曲對帶鋼延伸的貢獻都是不妥的.事實上,如果將拉彎過程中的拉伸和彎曲作用分解,無論是拉伸(T=σs/10～σs/3)還是彎曲(純彎曲)都無法使帶鋼產生如此大的塑形延伸,由此可見,拉矯過程根本不是拉伸作用和彎曲作用的簡單疊加,在使帶鋼產生塑形延伸的過程中二者是相輔相成、缺一不可的,是一種耦合的作用.拉伸和彎曲失配的結果通常導致帶鋼無法獲得要求的延伸率,從而造成產品板形缺陷,嚴重時甚至會引起設備問題.4拉矯機拉矯后帶鋼的屈曲分析帶鋼浪形的存在,必然導致張力及延伸率沿帶鋼橫截面分布的不均.由此可見,對于拉矯后的帶鋼板形來說,一方面是尋求其產生板形缺陷的臨界條件,即帶鋼屈曲分析;另一方面是在一定的殘余內應力作用下,拉矯后帶鋼產生翹曲變形的大撓度變形分析,即后屈曲分析.由于其實質等同于軋后帶鋼的屈曲和后屈曲分析,借鑒這方面的研究結果無疑是有益的.由此可見,在研究拉矯機延伸率沿帶鋼分布不均對帶鋼板形的影響