二辊滚光矫直机结构分析及力学模型建立

赵婧博　钟 威（北方重工集团有限公司压延设备分公司，辽宁　沈阳　110141）



二辊滚光矫直机结构分析及力学模型建立

赵婧博钟 威
（北方重工集团有限公司压延设备分公司，辽宁沈阳110141）

摘要：经济的快速发展促进了民众对于棒材的需求,同时为加快工作效率,对于棒材的加工精度也提出了更高的要求。本文将在分析矫直机工作原理的基础上对如何做好二辊滚光矫直机进行分析阐述。

关键词：二辊滚光矫直机；结构特点；设计要点

在传统的矫直机工作过程中多采用的是人工观测的方式来控制管材等的压弯量，既效率低而且精度也不高，通常都将其作为粗矫直设备使用。为提高矫直的效果需要做好对于管、棒材等的原始弯度等数据的检测，并根据检测的数据设置最佳矫直点与压弯量，以往的矫直工作中多依靠人工检测的方式来对上述数据进行测量，为提高工作效率，通过使用二辊滚光矫直机来对以往传统矫直机无法矫直或是矫直精度不高的管、棒等材料进行矫直加工。

1 管、棒钢材矫直原理简述

金属条材在生产、运输、锻造、挤压、轧制等过程中会由于种种原因而导致其发生或多或少的弯曲、歪扭等，其在轧制、锻造、挤压过程中所产生的残余应力将会使得金属条材产生不同程度的弯曲或是扭曲，因此，为了提高金属条材的直线度应当对其进行后续的矫直加工。在矫直机工作的过程中多依靠的是反向弯曲后矫直原理进行加工的，下文将以条材曲率变化来对矫直机工作原理进行阐述。管、棒等材料的原始曲率（即未进行矫直前的曲率）以进行表示。对于管材的弯曲方向可以使用±加以标记，＋表示条材弯曲凸度向上的曲率，－表示弯曲凸度向下的曲率，对于条材中的平直部分的曲率为0.钢材在外力作用下发生的强制反弯的曲率被称为反弯曲率，通常以来进行表示，在二辊滚光矫直机中，其主要是依靠辊子的压力来获得反向弯曲压力的。其中反完曲率的大小直接影响到弯曲矫直的效果。总变形曲率其描述的是钢材弯曲变形的变化量，其使用来表示，其值为。在进行计算时e要注意±的使用。e残余γ0曲率是指钢材经过轧制后弹复后所具有的曲率，使用进行标示，其具体数值为：的计算结果。为确保钢材的矫直效果需要使得＝0，及相当于使得以上就是管材反向弯曲的基本原则。

2 二辊滚光矫直机的工作原理及设计要点

2.1 二辊滚光矫直机工作原理。有别于传统的矫直机，二辊滚光矫直机在工作时不是依靠各辊之间的交错挤压来使得条材产生塑性弯曲来产生矫直效果，其主要是依靠一对辊缝内部弯曲曲率的变化来进行钢材的矫直的。在二辊滚光矫直机工作过程中所进行的旋转压弯可以将钢材认为是一个螺旋形的扁钢，用压辊压在扁钢的边缘上以扁钢为轨道向前行走，扁钢将在压辊处被压弯并在辊子走过后弹复变直，从而产生矫直效果。在二辊滚光矫直机工作过程中，棒材在旋转前进中受到压辊的压力，并在压辊作用处的截面上产生塑性压缩与拉伸的组合变形，当管材继续前进会受到压辊所产生的反向压弯作用，其所产生的压弯量将使得已经被压弯的棒材得到矫直。而对于圆形钢材的弯曲需要进行全方位的弯曲，需要在管材前进的过程中通过压弯辊的动作来实现压弯，并在前进中设计各反向压弯锟压弯后弹复变直从而实现全长度及全方位的矫正效果。二辊滚光矫直机的工作原理较为简单，在矫直工作中需要采用一些复杂的措施来加以实现，为避免管材材质不均匀以及工件尺寸误差、矫直机辊子磨损等对矫直效果所带来的影响，因此在二辊滚光矫直机中辊缝主要采用的是对称的形式，在入口侧辊缝主要起到咬入及预矫的作用，而出口侧则主要起到矫直的作用，在二辊滚光矫直机辊腰处的等曲率区为中区，将起到统一残留弯曲的效果。在矫直厚壁管材的过程中，辊缝的弯曲程度在明显的降低，其塑形变形深度与壁厚可以相等，因此，在辊腰区的曲率设置无需过大，从而较直区的曲率变化范围明显减小，因此，除了辊腰区仍需要等曲率压弯外其他的压弯区域可以直接按照线性递减原则来安排辊缝的曲率变化。在二辊滚光矫直机的工作过程中，管、棒材料在辊缝之间被同向旋转的凸凹辊弯曲并施加反向旋转，通过对圆材施加对称倾斜的力，圆材将会边旋转边前进，从而实现对于管、棒材的矫直。

2.2 二辊滚光矫直机矫直力的计算。在进行二辊滚光矫直机矫直力的计算时需要考虑矫直辊形单向弯曲与双向弯曲之间的区别对矫直力的影响，其矫直力的大小与辊缝大压弯程度联系较为密切。此型二辊滚光矫直机中主要采用的是单向反弯曲辊形，需要按照单向反弯曲辊形来对矫直力进行计算。在计算时由于矫直机中等弯曲率区内的弯矩是相同的，因此，其必然会在外力偶的作用下形成钢材内部的等弯矩区。在工件的受力的中的一段区域其弯矩F3呈现出线性递增效果，此弯矩最初表现为弹性弯矩，逐步增大为弹塑性弯矩F2，并在继续旋转半周后转变为F2S′d/2的力偶矩，从而在后半周内完成M2等弯矩弯曲。在钢材进入到辊腰部分时需要增大弯矩使其达到M1，因此需要增加额外的力偶矩F2Sd/2，以上建立的二辊滚光矫直机受力模型是较为接近钢材实际受力状态的。其中矫直力如下所示：

二辊滚光矫直机的导程t

粗棒螺旋导程：

t1＝π×90×tan15°＝75.22mm细棒螺旋导程：

t2＝π×20×tan25°＝29.28mm二辊滚光矫直机弹性极限弯矩

从而钢材所受到的矫直力的总和为：

在二辊滚光矫直机的受力分析中发现，钢材的受力接触角与倾斜角基本相等：

因此，二辊滚光矫直机轴承所承受的总力为：

二辊滚光矫直机的功率消耗主要有：轴承的消耗、滑动摩擦所带来的消耗以及滚动摩擦和塑形变形所带来的消耗，需要在计算总消耗功率来对电机功率进行选择。

结语

二辊滚光矫直机在钢材的矫直加工中发挥着越来越重要的作用，本文在分析二辊滚光矫直机工作原理的基础上对二辊滚光矫直机设计过程中所需要的相关参数进行了分析计算。

参考文献

[1]崔甫.矫直原理与矫直机械[M].北京：冶金工业出版社，2002（05）.

中图分类号：TG333

文献标识码：A