拉弯矫直机的作用机理

拉弯矫直机的作用机理

近年来，铝材料在建筑、印刷、包装等行业的应用越来越广泛，客户对铝条的质量要求也越来越高。对轧制后的带材进行矫直成为提高产品质量必不可少的工序,而拉弯矫直机组能有效改善板形,提高产品竞争力。本文探析拉弯矫直机基本参数的确定方法,以期能为实际生产中工艺参数的制定和工艺优化提供科学根据。1板带材拉弯矫直的原理带材经过冷轧工序时,由于在宽度方向上的纵向延伸不均匀,会产生波浪、翘曲、侧弯等板形不良的缺陷。它们都是带材内部出现内应力的结果。为使板带材内应力分布趋于均匀以消除板形缺陷,需要对板带材进行矫直。拉弯矫直的原理是依据材料的弹塑性延伸理论。出、入口张力辊组为带材施加一定的张力,带材在张力作用下连续通过上下交替布置的多组小直径的弯曲辊,在拉伸和弯曲的联合作用下,带材沿长度方向产生纵向塑性延伸,从而减少了带材内部纵向内应力分布的不均匀性,改善带材的平直度。2矫直单元设计拉弯矫直机主要由弯曲矫直单元和张力辊组这两部分组成。弯曲矫直单元包括弯曲辊单元和矫直辊单元,弯曲辊使带材产生弯曲变形,矫直辊则用于消除带材横向和纵向弯曲。张力辊组包括入口张力辊组和出口张力辊组,用于提供弯曲矫直所需的张力。2.1矫直结构设计在不考虑张力辊数目的前提下,根据弯曲矫直单元的配置的不同,拉伸弯曲矫直机主要有以下几种形式,如图1所示。图a是根据拉伸弯曲矫直机的设计理念,将连续纯拉伸矫直和弯曲矫直简单组合起来,矫直效果优于连续纯拉伸矫直,但是对于厚度小于0.25mm的薄料,矫直效果不理想;图b是在正、反弯交替布置的两对弯曲辊的后面,增设一个矫直辊组,矫直效果比前者好,理想的最小矫直厚度可达到0.15mm;图c为多重拉弯矫直机,矫直辊组数目多,刚性好(因为增加了支承辊)因此可有效消除带材的横向弯曲和纵向弯曲,矫直效果比前两者都要好。2.2矫直辊的配置弯曲矫直辊组的作用是使处于张力状态的带材在弯曲作用下产生塑性延伸以达到工艺要求的延伸率。为了达到理想的板形,弯曲矫直单元除了包括弯曲辊组以外,还应配置有矫直辊单元。这是因为带材经过弯曲辊后,会产生残余弯曲,这需要矫直辊进行改善。由于两个弯曲辊对带材的压下方向相反,压下量不等,故带材在两个弯曲辊处的的弯曲量不同,这就是带材产生残余弯曲的原因。如果不配置矫直辊的话,带材将因残留的横向弯曲和纵向弯曲的存在而影响矫直效果。弯曲辊的辊径与来料的性能及厚度有关,在满足强度的前提下,辊径尽量选小。小辊径弯曲辊对带材产生的弯曲曲率大,带材所受的弯曲应力大,弯曲效果好。小辊径的另一个优点是可以减少张力辊电机的能耗,这是因为带材是在拉伸应力与弯曲应力的联合作用下产生变形的,小辊径可对带材产生大的弯曲应力,那么拉伸应力就可以减小,从而带材所需张力变小,所需张力辊电机功率减小从而能耗降低。但是由于小辊径的弯曲辊刚性小,会影响弯曲矫直的效果,故弯曲辊辊径不能太小,需满足刚性要求。弯曲辊一般为被动辊,可以避免因传动误差产生的辊身速度差对带材表面造成擦划伤。关于矫直辊的最优化的结构形式的应用,行业内还没有形成定论,国内对于这方面的研究更少。在国外的铝加工设计及生产厂家中,欧美与德国则存在不同的理念。欧美主张矫直辊采用直径较大的辊子,利用弯曲辊的形式进行矫直。德国则主张采用小直径矫直辊通过辊式矫直机的方式进行矫直。无论采用何种形式,目的都是一样,就是消除弯曲辊后带材的残余弯曲。2.3张力辊的作用张力辊的作用是使带材产生一定的张力,带材的张力是由线速度差产生的。为避免带材因张力作用被矫直辊擦伤,张力辊都采用胶辊的形式,即外层衬有一层聚氨酯橡胶。张力辊组一般由入口和出口呈S形分布的张力辊组成,入口张力辊的作用是提高入口段张力以达到机列所需的拉伸力;出口张力辊的作用是使带材张力降低到输出值。现代拉弯矫机列中多采用四辊式布置,即入口及出口各4根张力辊。带材绕张力辊形成包角,在摩擦力的作用下,带材在入口张力辊组处的张力逐级增大,张力在入口辊组的最后一根辊与出口辊组的第一根辊之间达到最大值,然后通过出口辊组逐级减小。这样不仅可以降低开卷张力与卷取张力,而且降低了每根张力辊所承担的扭矩,大大提高了机组的张力调节精度。由于入口及出口张力辊组均为4根辊,穿带操作比较麻烦,尤其是对于厚料,穿带操作很费事费力。实际操作中,多采用薄料穿带,利用缝合机将本卷薄料的料尾与下卷厚料的料头结合,免去了人工穿带的麻烦。3拉弯机的拉张率的确定3.1间接控制方式拉弯矫直机中最主要的工艺参数是带材的延伸率。弯曲辊的压下量和张力的大小决定了带材延伸率的大小。通过控制弯曲辊的压下量和带材张力来控制带材延伸率,称为延伸率间接控制方式。通过直接控制前后张力辊组的转速差来控制带材延伸率,称为延伸率直接控制方式。实际生产中,究竟采用何种控制方式是由被矫带材的状态决定的。一般而言,硬态及特硬态带材采用间接控制方式,其它状态的带材采用直接控制方式。3.2重视延伸率的设定值实际操作中,带材伸长率的选择取决于带材的平直度。来料不同,伸长率的设定也不同。图2为设备设计部门提供的一组经验数据,由图可见,根据不同来料的平直度状况,施加不同的延伸率,可获得不同的带材平直度。根据实际操作经验,如果单纯为了矫直带材,0.3%∼0.8%的延伸率可使大多数的来料达到理想的矫直效果,考虑到极限情况如严重板形缺陷及张力辊打滑、速度偏差等因素的存在,延伸率的设定值一般不超过1.5%。如果需要在满足矫直效果的前提下达到改善带材机械性能的目的,延伸率需要增加到2%∼3%。如果如果设定值过大,不止造成不必要的机组能耗的增加,还有可能导致带材产生横向弯曲。带材张力、弯曲辊压下量(即带材对弯曲辊的包角)等因素,均会影响拉伸弯曲矫直过程中带材的延伸率。故实际生产中,为达到一定的延伸率,可通过不同的方案来实现,如大张力小包角、小张力大包角等。一般而言,在延伸率不超过3%时,延伸率随着张力增大而增大;当张力一定时,延伸率随着带材与弯曲辊的包角的增加而增加,当包角超过30°时,延伸率增加不明显。通过多种工艺参数的调整,可实现对多种规格和不同板形的来料进行矫直。4弹性变形、塑性变形带材的拉伸弯曲矫直过程是个十分复杂的力能转变过程,在拉伸弯曲状态下,带材的延伸变