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 職位:機械相關專業。

拉伸彎曲矯直機的設計應用
北京建萊機電技術有限公司
Beijing Keen Lloyd Electromechanic Technology Co.,Ltd.

 

 

    隨著近年來對帶材的需求量日益增加,對帶材的平直度要求也不斷提高,拉伸彎曲矯直機作為矯直機組的重要設備之一,在各種帶材的生產中越來越受重視.
1.拉伸彎曲矯直機的特點
    帶材矯直時,承受一定的張力,經過彎曲輥反復彎曲,在疊加拉伸和彎曲應力作用下產生彈塑性延伸變形,使原來的纖維得到伸長,從而消除三元形狀缺陷。拉伸彎曲矯直機具有如下特點:
1)能消除帶材的浪形、瓢曲和鐮刀彎等三元形狀缺陷,提高板形質量。
2)退火后的帶材經過拉伸彎曲矯直后,機械性能有明顯改善,某些性能的改善甚至超過平整的效果.
3)彎曲輥組和矯直輥組均為被動輥,因而可與帶材同步運動,不會因打滑而擦傷帶材表面.
4)適用于各種帶材的矯直,延伸率可控制在0~3%范圍內.
2.拉伸彎曲矯直機的結構及應用
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    拉伸彎曲矯直機的種類很多,常見的矯直機從工作輥的數量分類可以歸納為3種:a一對彎曲輥加一個矯直輥組,b兩對彎曲輥加一個矯直輥組,c兩對彎曲輥加多個輥矯直輥組。見圖1。
圖1
    拉伸彎曲矯直機的主要作用是獲得好的帶材平直度,只有經過多次彎曲才能使帶材應力分布均勻,多次彎曲可以獲得更大的延伸率,所以一臺拉伸彎曲矯直機至少需要二個彎曲輥組和一個矯直輥,如圖1a。
圖1a所示的矯直機在國內被稱為一彎一矯拉伸彎曲矯直機,為了達到矯直后帶材應力分布均勻,帶材彎曲量應該逐漸減小,這樣就限制了矯直機能力的發揮,尤其是矯直薄帶材,厚度小于0.25mm以下時不易獲得好的矯直效果。
    圖1b的拉伸彎曲矯直機有兩對彎曲輥和一個矯直輥,經過兩對彎曲輥可以獲得較大的延伸率,再利用出口矯直輥消除應力不均,去除橫向彎曲。這種矯直輥組的配置對難于矯直的厚度0.15mm的帶材也可以進行很好的矯直,這在實際使用中已得到驗證。
    圖1中的c種輥組配置的拉伸彎曲矯直機除了可以消除橫向彎曲之外,還可以消除帶材的縱向彎曲,使帶材的應力分布更加均勻,獲得更高質量的矯直效果。圖1c的拉伸彎曲矯直機在配置較高的精整線中采用。
3.拉伸彎曲矯直機的基本參數確定
    拉伸彎曲矯直機中帶材的拉力決定于帶材斷面面積、材料屈服強度和延伸率;拉力FL可由下面的公式計算:
FL=kbhss
式中 k──拉力系數,k根據經驗選通常取0.15-0.4;
b──帶材寬度;
h──帶材厚度;
ss ──帶材屈伏限。
    使用同一臺矯直機,板厚越厚,k值選取越小,由于彎曲輥數量有限,要獲得2%的延伸率,張力不能取值很小。
    拉伸彎曲矯直機中彎曲輥直徑與帶材厚度及帶材的屈伏限有關,彎曲輥徑小,不僅矯直效果好,而且還可相應減小帶材張力。輥子直徑過小,則磨損大使用壽命低,由于輥子一般較長,也難以保證輥子的加工精度,因此不必過于苛求減小輥徑。拉伸彎曲矯直機采用的最小彎曲輥直徑通常不小于25mm,當帶材厚度增加時,輥子直徑也相應增加,以保證其強度。彎曲輥直徑D可由下面兩公式計算:

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式中:E──帶材的彈性模量。
    第一個公式假設拉力小,帶材較厚度而輥徑很細,拉伸變形小而彎曲變形大;第二個公式假設拉力大,彎曲變形小,帶材只有塑性拉伸而無塑性壓縮。因此兩公式的計算結果應具體分析,并參考現有的設備,確定合適的輥徑。
    帶材拉彎矯直后的總延伸率e并非越大越好,通常在0.5-3%之間可以使帶材獲得很好的矯直,實際生產中的延伸率按材料種類、帶材厚度及彎曲情況根據經驗確定。
    拉伸彎曲的延伸率可以由下面兩公式計算:
e=FL/Dbss
e=(Dbss2+16E FL)/Dbss(16E+ss)
    第一個公式假設拉力小,帶鋼較厚度而輥徑很細,拉伸變形小而彎曲變形大;第二個公式假設拉力大,彎曲變形小,帶鋼只有塑性拉伸而無塑性壓縮。
    由于帶材原始曲率不同,帶材的彈塑性變形應力也不是線性,再加之上述多種假設條件,延伸率的計算結果與實際生產中獲得的延伸率有較大差距。尤其是假設條件對計算結果的影響大,當板厚與輥徑比大于1:15時,計算結果已經不可參考。
4.拉伸彎曲矯直機的設計實例
    國內鋁行業目前所廣泛使用的一種兩彎一矯機架打開式拉伸彎曲矯直機,對于較薄帶材(0.1~1mm)比較成熟,其結構簡單,重量輕的優點突出,然而其對于矯直較厚些的帶材(1.2~3mm),由于其結構形式,考慮其輥組及機架的強度剛度的不足,張力如果太大,將對設備的安全構成威脅,因此而難以適用.
    我司根據目前行業的生產需要,設計開發了兩彎兩矯,機架為整體形式的拉伸彎曲矯直機,剛性好,安裝方便。解決了厚薄帶材張力加大后,結構的安全性問題,并通過對工作輥的調整,既能生產薄帶材,又能生產厚薄帶材,實現了帶材厚度上大跨度的要求.
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圖2 拉伸彎曲矯直機機座輥系圖
    1-彎曲輥組2-橫彎輥組 3-縱彎輥組 4-轉向輥 5-上彎曲輥組
    6-下彎曲輥組 ?7-工作輥 8-中間輥 9-支撐輥
    拉伸彎曲矯直機由兩組彎曲輥組,一組橫彎輥組及一組縱彎輥組組成, 機座輥系如圖2
    上彎曲輥組和下彎曲輥組是使帶材產生塑性變形的主要部位,上下輥組必須成對使用,可以用兩對也可用一對。下彎曲輥組的工作位置由齒輪電機傳動蝸輪蝸桿升降機調整。
    矯橫彎輥組用于消除帶材的橫向彎曲,使用中根據帶材的彎曲度調整下矯直輥組的壓上量。矯橫彎輥組的工作位置由齒輪電機帶動蝸輪蝸桿升降機調整。
    矯縱彎輥組的工作位置由齒輪電機帶動蝸輪蝸桿升降機控制,壓下機構中裝有位置傳感器,能夠準確控制輥組的位置。矯縱彎輥組主要用于消除帶材的縱向卷曲。
    拉矯機工作輥的特點是細且長,硬度高表面光潔度高。輥面硬度通常在HRC62-65或HS86-92,要達到這樣高的硬度,淬火非常關鍵,處理不好整個輥子將報廢,我們通過與制造廠合作,在輥子材料及熱處理工藝上精心設計,已經攻克難關。
    拉伸彎曲矯直機通常具有工作輥快速打開功能,當帶材焊縫接頭通過矯直機時,工作輥應該快速打開,等焊縫離開后再快速閉合,這樣可以避免工作輥被劃傷,當焊接的帶材厚度不同時也需要注意。目前較好的焊接可以實現焊縫處的厚度不大于母材的1.1倍,焊接強度不低于母材,焊縫可以通過拉伸彎曲矯直機不抬輥,但是拉伸彎曲矯直機的設計不能缺少快速打開的功能,許多情況出現如發現鄒帶、帶材厚度寬度規格變化時,均需要工作輥快速打開。
    拉伸彎曲矯直機工作輥經常需要清理或更換,一套簡單方便的換輥裝置對于矯直機非常重要。
4.結束語
    隨著我國市場需求的不斷變化和競爭的日趨激烈,帶材產品的品種和規格越來越多,帶材的性能,厚度精度及板形的要求也越來越高,拉伸彎曲矯直機在各種生產線上的需求更加廣泛,拉伸彎曲矯直機的國產化也越來越成熟,我們還應結合其生產情況去克服改進其不足,以使其作用得到更加有效的發揮,為我國優質帶材的生產貢獻力量.

 

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