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二辊矫直机的原理 1 斜辊矫直机 二频冲程机是倾斜冲程机的一种。但其工作原理在斜辊矫直机中独具特点。在多斜辊矫直机出现前后,人们创造出了二斜辊矫直机,它的矫直功能来自于辊形的凹凸变化。它是以矫直短圆材的独特性能而受到重视,并填补了这种矫直机的空白。它又以能矫直圆材两端(其他辊式矫直机都有半个辊距发空矫区)和能压光圆材表面(辊子斜角很小时)而得到不断发展。 2 辊子矫直机型 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。如图1所示。“悬空弯曲”型的辊子矫直机,由于辊子倾斜角比较小(5°～15°),矫直速度较低,一般只有10～20m/min。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50米/分。所矫直钢管的直度可达1:4000,甚至达1:10000。并且钢管的端部也可以得到矫直。 2.1 辊腹段的变形量与辊子长度 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。 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C0≤1。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C0=2。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。这个残留值相当于的高强度直径为10mm棒材残留1mm/m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0.08,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。 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R≥dmin,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Sb=t时,。 辊子直径须先确定凹辊辊腰直径(Dg)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2。各段辊缝长度皆用界出线长度表示。由于辊子斜角为α,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ρb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入创造了宽松的条件。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。 2.2 工件与辊子的连心线 经过上述讨论之后,现在有条件进行辊形曲线的计算,主要利用空间封闭的矢量关系和立体解析几何原理结合上述辊缝形态,制出相应的数学模型,通过计算机可以完成各种辊形设计。 先从凸辊来讨论,参看图3,图中为辊腰段,q1q2为辊腹段,q2q3为辊胸段。各段曲率半径简写为ρ1ρ2及ρ3,其曲率中心分别为。把圆材视为环形,图中各环段到曲率中心的半径线L1、L2及L3与辊、棒中心连线的交点为O1、O2及O3到辊腰处圆材中心的距离,以及到各辊段处圆材中心的距离分别为O1、O2、O3、L1、L2及L3。工件与辊子各段的接触点为m0、m1、m2及m3。图中q1、q2及q3分别为各段对应的圆材中心。通过各接触点的辊面与圆材表面的公法线必将通过它们的轴心形成连心线:q1p1、q2p2及q3p3。设定各矢量长度为: 3 矫直辊辊形的设计 已知数据:dmin=4mm,dmin=16mm,v=25m/min。被矫直材料的屈服极限: σmax=60kg/mm2,E=2.06×104kg/mm2,辊子的斜角为α=10°～20°,设计同向反弯的矫直辊辊形。圆材弹性极限弯曲半径 4 每种成分的扭曲半径 按细圆材计