二輥棒材矯直機(jī)的設(shè)計(jì)含5張CAD圖

二輥棒材矯直機(jī)的設(shè)計(jì)含5張CAD圖,二輥棒材,矯直機(jī),設(shè)計(jì),CAD 二輥棒材矯直機(jī)的設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)綜述 摘 要：在飛速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，重工業(yè)顯的越發(fā)重要，從天上到地下都和重工業(yè)掛鉤，重工業(yè)之一的鋼鐵行業(yè)，在航空、汽車、船舶等工業(yè)部門發(fā)揮著重要作用。國民經(jīng)濟(jì)各部門發(fā)展勢(shì)必帶動(dòng)棒材行業(yè)的高精度、高質(zhì)量發(fā)展，所以為了得到更高質(zhì)量的棒材，矯直是非常關(guān)鍵且必不可少的一道工序。目前國內(nèi)對(duì)于二輥矯直機(jī)的研究少于多斜輥矯直機(jī)，而且多斜輥矯直機(jī)存在空矯區(qū)，浪費(fèi)材料，而二輥矯直機(jī)既沒有空矯區(qū)而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，最重要的是矯直精度高，因此，對(duì)二輥棒材矯直機(jī)的研究具有重要的意義。 對(duì)二輥棒材矯直機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和矯直原理進(jìn)行了解，進(jìn)行輥形研究，分析各種曲率之間的關(guān)系，以及矯直后工件的平直度要求。從彈塑性基本理論出發(fā)，分析在矯直過程中棒材的應(yīng)力應(yīng)變[1]，為二輥棒材矯直機(jī)的設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞：二輥矯直；輥形研究；矯直曲率；應(yīng)力應(yīng)變 Abstract: In the rapid development of today's society, heavy industry is more and more important, from the sky to the ground are linked with heavy industry, one of the heavy industry, steel industry, in aviation, automobile, shipbuilding and other industrial sectors plays an important role.The development of all sectors of the national economy is bound to drive the high-precision and high-quality development of the bar industry, so in order to get higher quality bars, straightening is a very key and essential process.At present, the study of two-roll straightener is less than the multi-roll straightener, and the multi-roll straightener has an empty leveling area, a waste of materials, and the two-roll straightener has no air leveling area and the structure is simple, the most important is the straightening accuracy is high, therefore, the study of two-roll bar straightener has important significance. Understand the transmission mechanism and straightening principle of the two-roll bar straightener, study the roll shape, analyze the relationship between various curvatures, and straighten the flatness of the workpiece.Based on the basic theory of elastoplasticity, the stress and strain of the bar in the process of straightening [1] is analyzed, which has reference value for the design of the two-roll bar straightener. Key words: two-roll straightening;Roll shape research;Straightening curvature;Stress and strain 1. 二輥矯直機(jī)發(fā)展 作為基礎(chǔ)工業(yè)體系重要組成部分的鋼鐵行業(yè)，特別是特種鋼，是衡量一個(gè)國家是否能成為鋼鐵強(qiáng)國的重要標(biāo)志。制造業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，為國內(nèi)特種鋼的發(fā)展提供了發(fā)展平臺(tái)，在汽車、船舶、航空中，對(duì)特種鋼的需求量劇增，更加推動(dòng)著鋼鐵業(yè)迅猛發(fā)展。棒材屬于特種鋼的一種，所占比重大，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是近些年汽車行業(yè)的需求，對(duì)高質(zhì)量高精度的棒材提出很高的要求。而棒材在生產(chǎn)加工和運(yùn)輸過程中，會(huì)受到?jīng)_擊、溫度等因素的影響，從而產(chǎn)生彎曲變形，而對(duì)于棒材這類長(zhǎng)徑比大的鋼材，長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直徑，所以在垂直于軸向的方向上更容易產(chǎn)生撓曲變形，或者說是弧形變形，產(chǎn)生了彎曲變形的材料，在使用中存在恢復(fù)可能，會(huì)嚴(yán)重影響使用效果，甚至?xí)斐砂踩詥栴}。所以消除這一缺陷，開發(fā)一種在使用前進(jìn)行矯直的機(jī)器顯得至關(guān)重要，所以矯直機(jī)就應(yīng)用而生。 按照結(jié)構(gòu)特征矯直機(jī)分為三類：平行輥矯直機(jī)、斜輥矯直機(jī)和壓力矯直機(jī)[2]。平行輥矯直機(jī)的工作原理是矯直輥在矯直機(jī)中平行交錯(cuò)分布，形成平行的輥縫，工件在輥縫中產(chǎn)生反彎，棒材在輥縫中可以自轉(zhuǎn)，使矯直連續(xù)化，提高了矯直效率。正是因?yàn)榘舨脑谳伩p中有自轉(zhuǎn)特征，所以對(duì)于彎曲程度比較大的工件會(huì)造成報(bào)廢；斜輥矯直機(jī)是為了彌補(bǔ)平行輥矯直機(jī)而產(chǎn)生的，在平行輥矯直機(jī)的基礎(chǔ)上修改矯直輥的排列方式，使其呈傾斜交錯(cuò)排列，這樣排列相較于平面反彎的平行排列而言實(shí)現(xiàn)的是全方位矯直；壓力矯直機(jī)最簡(jiǎn)單，原理是尋找彎曲處用壓頭恢復(fù)彎曲變形，但是矯直效果是最差的。二輥矯直機(jī)又名二斜輥矯直機(jī)，屬于斜輥矯直機(jī)的范疇，但是矯直原理又和斜輥矯直不盡相同，它是利用輥縫之間本身的曲率實(shí)現(xiàn)的工件反彎，二輥矯直機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：解決多斜輥不能矯直工件頭尾的弊端，以及提高工件光潔度[1]。二輥矯直（如圖1所示）在結(jié)構(gòu)上采用一個(gè)凹輥一個(gè)凸輥同向轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥布置方式，這樣形成具有不同曲率的輥縫，可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)連續(xù)性反彎[3]。而對(duì)于二輥矯直中輥縫曲率的形成完全是因?yàn)檩佇?，自然而然，矯直輥型又成了進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。 圖1 二輥矯直機(jī)模型簡(jiǎn)圖 二輥矯直機(jī)國內(nèi)外發(fā)展簡(jiǎn)介 國外較早開始工業(yè)發(fā)展，所以今天對(duì)于鋼材矯直機(jī)已經(jīng)相當(dāng)成熟，在二輥矯直機(jī)市場(chǎng)占據(jù)大比重的是布朗克斯和達(dá)涅利這兩家公司。兩家公司分別成立于1940年英國和1971年意大利。布朗克斯公司開發(fā)初一套計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)整輥?zhàn)游恢玫墓δ?，并且該公司可以矯直的棒材范圍大，從Φ5~Φ200mm棒材都可以滿足客戶需求。達(dá)涅利公司在兩輥矯直機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試上花費(fèi)巨大的精力，目前已經(jīng)擁有了五代的設(shè)計(jì)方案。 國內(nèi)的工業(yè)落后于西方國家，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，國內(nèi)很多工廠重視產(chǎn)量而忽略質(zhì)量，對(duì)于矯直技術(shù)視而不見。近些年發(fā)現(xiàn)矯直機(jī)所帶來的產(chǎn)品附加值成倍增加，因此引起了國內(nèi)工廠對(duì)于矯直技術(shù)的潛心研究。在認(rèn)識(shí)到矯直技術(shù)的重要程度以后，國內(nèi)大量進(jìn)口國外設(shè)備，學(xué)者專家不斷消化吸收，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，推動(dòng)我國矯直技術(shù)的飛躍發(fā)展。其中原西安重型研究所和上海第五鋼鐵廠聯(lián)合開發(fā)的Φ55~Φ130mm的七輥高精度棒材矯直機(jī)[4]在國內(nèi)外產(chǎn)生了積極影響。就在這一影響下，矯直機(jī)企業(yè)紛紛發(fā)展，但是與國外的差距還是很大。 2. 二輥矯直機(jī)輥形研究 二輥矯直機(jī)屬于斜輥矯直機(jī)的一種，但是對(duì)棒材的矯直作用不是依靠交錯(cuò)排列，而是依靠一對(duì)輥縫內(nèi)部彎曲曲率的變化，不斷進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓彎，使棒材產(chǎn)生塑性彎曲變形，從而達(dá)到全方位矯直[5]。而輥縫的反彎曲率是由矯直輥的輥型決定的，外國的學(xué)者經(jīng)過多年研究，蘇聯(lián)專家提出了雙曲線輥型設(shè)計(jì)法與單葉雙曲面設(shè)計(jì)理論，這一理論計(jì)算簡(jiǎn)單在國內(nèi)外被長(zhǎng)期使用，但是計(jì)算時(shí)對(duì)于圓截面簡(jiǎn)化造成了較大誤差，現(xiàn)在已經(jīng)被漸漸的淘汰[6],隨后美國的P.E.等人對(duì)截面進(jìn)行另一種計(jì)算，解截面切點(diǎn)的一元四次方程；國內(nèi)從20世紀(jì)后期開始大量研究，得到了數(shù)十個(gè)輥型計(jì)算公式。如陳樹勛提出的相對(duì)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)法[7]，及劉天明提出的幾何解析法[8]等。雖然這些計(jì)算公式并未達(dá)到理想的矯直效果，但是為后續(xù)的研究奠定了基礎(chǔ)。其中東北大學(xué)的崔甫教授做了作全面的研究，同時(shí)著寫非常詳細(xì)的矯直理論書籍，取得了很好的效果。在此之后，很多學(xué)者和高校也在作進(jìn)一步的分析，李偉宇用解析法給出了任意輥形的精確計(jì)算公式[9],清華大學(xué)、燕山大學(xué)、太原科技大學(xué)還有部分鋼鐵廠都進(jìn)行了相關(guān)研究，但是到目前為止，還沒有一套標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式，而且相比于國外還有很大的差距，對(duì)輥形設(shè)計(jì)進(jìn)一步的研究很有必要。現(xiàn)在的輥形研究越來越離不開有限元模擬分析。 二輥矯直機(jī)的凹凸輥形組成如圖2所示，工作原理：在矯直時(shí)要使圓棒材繞軸線旋轉(zhuǎn)，并在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)能使其反彎程度由小到大，再由大到小連續(xù)變化，才能使任何方位的原始彎曲都能得到可靠的反彎矯直，二輥矯直機(jī)的作用是強(qiáng)迫圓材在反彎狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，達(dá)到矯直的目的[3]。大連理工大學(xué)吳優(yōu)等人對(duì)凹輥進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)樵诎纪馆佒?，起重要作用的是凹輥，而凸輥僅有定位作用，吳優(yōu)采用三段式反彎設(shè)計(jì)凹輥輥型，采用分段式等曲率輥型的重點(diǎn)在于輥型每段反彎曲率比的取值，反彎曲率比取值的合理性直接決定了矯直效果[10]。 圖2 凹凸輥輥形組成 3. 應(yīng)力應(yīng)變分析 棒材的矯直是使存在彎曲缺陷的工件消除彎曲的工藝過程，矯直和彎曲是兩個(gè)相反的過程，反彎矯直是基于金屬條材矯直理論，所以要了解棒材變形規(guī)律，必須對(duì)金屬變形進(jìn)行分析[11]。棒材的彎曲分彈性變形和塑性變形，在彎曲應(yīng)力小于屈服極限時(shí)屬彈性變形階段，此時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變是線性關(guān)系，當(dāng)隨著彎曲應(yīng)力的增大漸漸超過屈服極限時(shí)，金屬呈現(xiàn)出塑性變形，此時(shí)應(yīng)力應(yīng)變不再是線性關(guān)系。棒材在矯直反彎時(shí)，曲率會(huì)有一系列變化，包括原始曲率比、反彎曲曲率比、總彎曲曲率比、彈復(fù)曲率比、殘留曲率比[1]。 4. 應(yīng)用和前景展望 根據(jù)工件被矯直的形狀不同分為：管材矯直機(jī)和棒材矯直機(jī)。管棒材矯直機(jī)在應(yīng)用過程中都是采用旋轉(zhuǎn)反彎，工件在旋轉(zhuǎn)中前進(jìn)，利用塑性彎曲連續(xù)變化消除缺陷。棒材矯直機(jī)具有以下特點(diǎn)：圓棒的矯直是利用旋轉(zhuǎn)使棒材沿軸向產(chǎn)生均勻的彈塑性變形來實(shí)現(xiàn)，要矯直的棒材必須部分地處在塑性狀態(tài)，以形成一種殘余變形，這種殘余變形與圓材的原始曲率相反。棒材在輥縫間一邊旋轉(zhuǎn)，一邊前進(jìn)并受壓產(chǎn)生彎曲，而這種彎曲必須使圓材達(dá)到足夠的塑性變形程度，并且為了獲得矯直還要有一定的塑性長(zhǎng)度，圓材在該長(zhǎng)度內(nèi)獲得必要的旋轉(zhuǎn)次數(shù)使圓材任一段長(zhǎng)度四周方向各條縱向纖維有較均勻的塑性變形[12-15]。這樣的特點(diǎn)帶來的是矯直的全面性，即從頭到尾都可以矯直，所以近些年來在高精度棒材矯直中越來越受歡迎，應(yīng)用自然越來越多。 5. 總結(jié) 棒材在今后的社會(huì)發(fā)展中仍然是基礎(chǔ)建設(shè)必不可少的材料，而且基礎(chǔ)建設(shè)最能衡量一個(gè)國家的穩(wěn)定程度，支撐國家的發(fā)展。棒材在原始出產(chǎn)時(shí)，具有很好的平直度，但是受到外力作用，往往會(huì)產(chǎn)生彎曲缺陷，發(fā)展一道矯直工序成為重中之重，是提高棒材質(zhì)量最有效的手段，那么作為矯直工具的棒材矯直機(jī)就占有很重要的位置。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，矯直效果良好的二輥矯直機(jī)受到各大廠商的歡迎，因此設(shè)計(jì)一款新型的二輥矯直機(jī)對(duì)社會(huì)的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)，為后續(xù)研究具有指導(dǎo)意義。 參考文獻(xiàn) [1] 賈鋒. 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