一种高精度切管矫直机的研制

一种高精度切管矫直机的研制

1矫直机的应用首先，研究了目前国内外的几种倾斜辊调整机。6个和7个圆形旋转机枪的鼓列形状为2-2-2、2-2-1和3-1-3。20世纪90年代，国外还有14个标准辊直机。辊列配置为2-2-2-2-2-2-2-2-2（2和3代表对齐，1代表交叉）。据统计六、七辊矫直机的矫直精度为0.1%~0.35%(ATMNA公司标书)。这些矫直机是按传统的斜辊矫直原理进行设计的,辊列布置主要为对置形式。我们知道,斜辊矫直是复杂的技术,由于矫直管材比棒材更加复杂,近百年来对管材矫直基本理论的研究进展不大,仍借用型材、板材的矫直理论。为了解决最新提出的高精度薄壁管材的矫直问题,为了简化实验手段,降低成本,减少工期,提高效益,则必须对传统的斜辊矫直原理进行突破性的研究。传统的斜辊矫直原理分析归纳以下几点:(1)上、下对置辊布置,并为主传动,不但有利于管材的矫直,而且有矫圆功能,也能增强横向的稳定性。(2)增加矫直环节(或辊数),有利提高直线精度,但增加辊面与管面接触区长度更有效。因为可以提高在接触区内的螺距个数。(3)认为增加对置辊的压紧力,以增加塑性区长度,有利矫直。(4)认为最大弯曲部分得到矫直的同时,最小弯曲部也得到矫直,不存在矫弯曲问题。(5)正确设计辊形,使其具有较长的接触线长,以便获得近似等曲率弯曲。(6)变形量的分配应由小到大再到小。实践证明:现有的矫直机不论怎样调整其精度不能再高,说明矫直原理存在不足和问题。经研究认为第(1)条是合理的,但并不充分,对置辊也有不良的作用,存在大的辊轧力,具有矫弯的负作用;第(6)条观点符合金属的弹塑性变形规律;第(3)条适用于棒材,不适用管材,特别是薄壁管材,因为管材很难形成大的塑性区;第(4)条是不正确的,实际上存在矫弯作用,它是矫直机不论怎样调其精度不能再提高的原因;第(5)条观点实际上是办不到的;第(2)条所提增加矫直环节是不正确的,但增加接触区长度,对于管材是不适宜的。综上所述,我们提出如下四个观点:(1)关于“漏矫”观点。矫直时,管子在螺旋前进过程中,当弯曲的负方向(凹向)与反弯方向一致时,得不到应有的矫直作用,甚至会加剧弯曲,一般地每隔一个螺距出现一次。传统的单环节矫直机(六、七辊)就存在这个问题。(2)关于“正负”作用原理。在一个矫直环节中,矫直辊对管子不仅有矫直的“正”作用,还同时有矫弯的“负”作用,它们同时存在,只是“负”作用小于“正”作用。对置辊正作用大,负作用也大,对矫正圆度有利,交错辊正作用大,负作用小。参见图1。(3)用“辗轧效应”原理设计辊形,以小倾角设计辊形,加大倾角使用以减小接触线长度,这样,一方面降低辗轧作用力,改善表面质量,另一方面降低负作用。这一点与传统观点完全不同。(4)采用多环节不等辊距布置,由坯料入口到出口辊距逐渐减小,这一点只有采用交错辊才能实现。所立4条是吸收传统观点的有益部分,并进行综合力学分析而得到的,是对传统观点的继承、修正与创新,它能良好地符合客观规律,因此,所设计的矫直机方案,定能提高矫直精度,并建立长期未解决的斜辊矫直机可能的矫直精度数学模型。数学模型表达如下:ρ终=ρ1反/ηnηn=N1⋅N2⋯Nn[μ(b)g(xi⋅μ)]n⋅tjn−1δ≈100028ρ终(‰)ρ终=ρ1反/ηnηn=Ν1⋅Ν2⋯Νn[μ(b)g(xi⋅μ)]n⋅tjn-1δ≈100028ρ终(‰)式中ρ1反—第一环节达到矫直时反弯曲率半径;ηn—负作用系数;1/ηn—矫直率;N1…Nn—矫直辊布置方式(对置、交错)影响系数,对置时为2、3,交错时为1;μ(b)—接触线长度与距离当量比,取0.2~0.4;g(xi·μ)—辊形与摩擦系数函数;tj—调节影响系数,为计算方便,经归纳分析,并取平均值,对置辊布置取1.8~2.5交错布置取3~4。为此推出最新的十一辊对置辊与交错辊组合辊列布置及不等辊距布置方案。2交错布置辊的优点如前所述,通过数模分析,采用十一辊对置辊与交错辊组合辊列布置及不等辊距布置方案,矫直精度能达到0.006%~0.03%,可以满足要求,见图2所示。辊列布置如附图所示,0#辊是斜辊喂料机的辊子,其余是矫直机本体的辊子,T0>T1>T2>T3。前6个辊(图示1、2、3、4、5、6)为对置辊,它的优点是既起矫直作用,也起矫圆作用,这是我们需要的,同时又由于它能形成完整的包角,所以也能保证矫直过程横向稳定,弯曲变形大部分在这个环节进行。鉴于对置辊负作用大,所以,后面采用五个交错辊(7、8、9、10、11)它可以消除对置辊的负作用,提高矫直精度,且因后面矫直环节中变形小,不致于重新压扁管子,而破坏圆度,这就充分利用两者的优点而克服其缺点。这种组合最终形成三个半矫直环节,并且形成三种辊距T1>T2>T3,一方面弥补“漏矫”问题,另一方面扩大了产品可矫规格范围,并保证各规格的矫直精度基本趋于一致。交错布置辊不但能以少辊数布置成多个矫直环节,以大大提高精度,还能降低辗轧力,特别是以上述第(3)条的孔型设计方法,更能降低辗轧力,有效地提高外表面质量,克服表面压痕、螺旋纹等缺陷,保证管材特别是薄壁管材的矫直质量。多环节对置辊布置的矫直机(十四辊),因矫直辊的负作用,“漏矫”、辗轧力等问题没有解决,所以精度的提高是有限的。3数学模型的应用(1)本数学模型由三项基本参量表示,即辊子的布置方式、辊形函数(方括号中)和调节影响系数,这一点符合客观规律。实际上决定一台矫直机的矫直精度不可能只取决辊形,调节等使用技术也是很重要的。(2)数学模型具有广泛意义,既适用多环节矫直机,也适用单环