大规格异型断面铝型材高精密辊式矫直机研制

肖帆 赵晨

摘 要：文章介绍了铝型材高精密辊式矫直机的原理和机械结构，对相关的设计参数进行了研究，分析了其具有的创新点。

关键词：矫直机；辊式；铝型材；机械结构

1 概述

大规格铝型材是交通运输、建筑、船舶乃至航空航天领域中广泛应用的重要结构用材。近年来，市场上对铝型材的需求越来越大，同时，对材料的力学性能，产品的外观质量的要求也越来越高。根据材料的特性和矫直的效果，本课题研发的矫直机为悬臂梁结构的十二辊高精密矫直机。能够实现对大规格异型断面高精密铝型材直线度和断面形状进行精密矫直、可有效提高淬火后铝型材的端部矫直效果。

2 工作原理分析

辊式矫直机属于连续性反复弯曲式矫直机，其发展基础为压力矫直机，但与压力矫直机不同，其克服断续工作缺陷，因而工作效率更高，从而在连续生产中得以广泛应用，是技术中的一次大跨越。其工作主要是材料在弹塑性弯曲程度差别较大的情况下，通过弹复后，其残留弯曲程度会明显降低，甚至逐渐趋于一致，利用这一理论完成对材料的矫直目的。生产过程中，工件原始曲率的大小和方向均是不相同的，辊式矫直机的矫直原理就是使工件在矫直辊压下力的作用下，在同一工作平面内通过交错配置的工作辊进行反复压弯，直至弹塑性变形在工件上发生，并逐渐降低残余曲率，致使工件趋于平直。

3 矫直机的结构特点和技术参数

大规格异型断面铝型材高精密辊式矫直机结构主要由主传动部分、分齿箱部分、脱节装置、万向联轴器、机架、上辊系、下辊系、压下机构、压上机构、矫直工具等几大部分组成。

3.1 主传动部分

矫直机主传动部分包括主电机、主联轴器、减速器以及减速器联轴器等几部分组成，为设备工作提供动力。

3.2 分齿箱部分参数的确定

矫直机分齿箱部分主要是将主传动部分传递过来的动力平均分为十二份并实现输出，分别提供给十二根矫直辊轴。

分齿箱技术参数表：

3.3 脱节装置

针对不同矫直型材特点，矫直机上辊轴可以实现被动和主动不同驱动转换，因此开发出了矫直机专用脱节装置。

3.4 万向联轴器

由于此次开发的设备针对其产品为高精密型材矫直，因此要求其各矫直辊轴同步性要求较高，因此我们此次设备选择的为球笼式同步万向联轴器。（回转直径：D=130mm摆角α=12° 公称扭矩T≥12KN.m 疲劳扭矩T≥4.5KN.m）

3.5 机架

本次研发设计的矫直机机架完全采用钢板焊接结构，在保证质量性能的前提下，可缩短制造周期、降低生产成本。

3.6 上辊系

该矫直机上辊系共6根辊轴，通过脱节装置可以实现选择性驱动。辊轴安装在轴承座内，在压下装置的带动下可上下调整；上辊前后轴承均采用调心滚子轴承，并通过手动旋转齿轮带动螺纹副来实现轴向移动，调节灵活、轻松，定位准确，误差≤0.25mm。

3.7 下辊系

该矫直机下辊系共6根辊轴，全部为主动辊，并与上辊系各辊对称布置，直接以滑动配合装于机架上的轴孔内，并通过万向接轴与主传动齿轮分配箱相连。下辊前后轴承均采用调心滚子轴承，下辊轴承座侧面贴靠在机架立柱的内侧面。

3.8 压下机构

矫直机压下机构与上辊轴承座相连，通过电机带动齿轮副、蜗轮副及螺纹副来进行电动压下，压下量变化数值通过安装的光电编码器进行检测，利用触摸屏程序设定调节量，通过自动控制系统自动完成辊缝和压下量调整，也可手动微量调整，并在触摸屏上显示。压下机构一端设有平衡弹簧及平衡螺母，主要来消除压下螺丝与螺母之间的间隙，减少冲击。装配后可同步升降，升降工作行程为250mm。

3.9 压上机构

压上机构与下辊轴承座相连，通过电机带动齿轮副、蜗轮副及螺纹副来进行电动压上，同时也可手动调整，压上量变化数值通过安装的光电编码器进行检测，利用触摸屏程序设定调节量，通过自动控制系统自动完成辊缝和反弯量调整，也可手动微量调整。在上下辊调节时定位准确，误差≤0.5mm，可进行单辊点动和多辊联动，并能进行自锁。装配后可同步升降，升降工作行程为150mm。

3.10 矫直工具

本设备针对EL4094、EL4090、EL10907A等不同规格型材设计开发出了三套矫直工具。每组矫直工具均由调整垫、型材调整辊、型材支撑辊、型材支撑保护辊、型材矫直辊等部分组成，根据来料规格，可进行适当组合调整。

4 设备的创新点

（1）矫直机上辊系设计有脱节装置，可以实现上辊系选择性驱动，以满足不同工况要求下矫直工艺要求。（2）分齿箱与矫直辊轴之间采用球笼式同步联轴器，能够最大限度保证各矫直轴之间的同步性，减少传动误差。（3）机架完全采用钢板焊接结构，相比以往铸焊结构，可缩短设备制造周期，降低生产成本。（4）整个设备的压上压下部分，全部采用标准螺旋升降机结构，降低了设备整体制造难度，提高了设备可靠性。（5）矫直工具采用组合式结构，与整体开孔型结构相比，增加了产品的可更换性，并增强了工具对产品的适应性，保证了矫直效果。

5 结束语

通过对大规格异型断面铝型材高精密辊式矫直机的工作原理和结构特点的介绍与分析，可以得出本矫直机具有制造周期短，成本低，并且可以连续矫直并保证矫直效果等特点。在实际的生产与应用中，其优越性会越来越突出，具有良好的经济效益。

参考文献

[1]邹家祥.轧钢机械设计[M].北京：冶金工业出版社，1988.

[2]催甫.矫直原理与矫直机械[M].北京：冶金工业出版社，2002.

[3]徐灏.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2000.