关于矫直机的设计与实现.doc

摘要矫直机是对金属棒材、管材、线材等进行矫直的设备轧制出的钢材常出现弧形弯曲、纵向和横向弯曲、瓢曲等缺陷,为此轧后钢材必须经过矫正本设计方案以太重集团生产的几种矫直机为参照，结合本案设计要求，设计了九辊矫直机本方案以弹塑性弯曲变形理论为设计依据主要包括以下内容：矫直机类型，矫直原理，矫直机结构的确定，矫直机基本力能参数计算、力能参数计算、电动机功率计算、工作辊和支撑辊的结构设计与校核、压下机构的设计计算及校核关键词：矫直机；工作辊；支承辊；压下机构AbstractStraightening machine is a equipment, which straighten metal bar, pipe workpiece, wire and so on. After rolling, there are arch bending, vertical and horizontal bending, protuberance in steel strip. So it must be straightened. I consulted straightening machine of Tai Zhong Group, combining with the design requirements of the program, then designed the nine roller straightening machine. The project is based on the theory of elasto-plastic bending. It includes the following: the type of straightening machine, the theory of straightening machine and the structure of straightening machine, the calculation of straightening machine’s basic parameters, the structural design and the checking of the work roll and backup roll, the structural design and checking of screwdown Key words: Straightening machine; work roll; backup roll; screwdown目录摘要 IAbstract II目录 III一、前言 11.1 课题研究的意义及现状 11.2 论文主要研究内容 3二、方案确定 42.1 矫直机类型 42.2 矫直原理 62.3 矫直机结构 8三、设计计算 173.1 矫直机基本参数的确定 173.2 辊式矫直机的力能参数确定 19展望 35参考文献 36致谢 37附件1 38附件2 46一、前言1.1 课题研究的意义及现状在板带材的轧制生产中，由于轧件温度不均，变形不均及轧后冷却不均、运输和其他因素的影响，致使轧制出来的产品常出现波浪弯和瓢曲等缺陷。

为此轧后钢材必须经过矫正，以达到国家规定的质量标准，满足用户的使用要求为此我们参照以往的矫直机设计资料，结合当前最新的矫直机设计技术设计了该型矫直机本设计方案以实用化、坚固耐用为根本设计思想，兼顾经济性矫直技术属于金属加工学科的一个分支，已经广泛应用于日用金属加工业，仪器仪表制造业，汽车、船舶和飞机制造业，石油化工业，冶金工业，建筑材料业，机械装备制造业，以及精密加工制造业矫直技术在广度和深度方面的巨大发展迫切要求矫直理论能进一步解决一些疑难问题，推动开发新技术和研制新设备尤其在党的十六大之后，要求用信息化带动工业化，矫直技术也要跟上时代首先要在矫直机设计、制造、矫直过程分析、矫直参数设定及矫直质量预测等方面搞好软件开发；其次要进行数字化矫直设备的研制，使矫直技术走上现代化的道路，不断丰富金属矫直学的内容 矫直技术多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产成品的质量水平矫直技术同其他金属加工技术一样在20世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得了很大的进步不过理论滞后于实践的现象比较明显例如矫直辊负转矩的破坏作用在20世纪下半叶才得以解决，但其破坏作用的机理直到20世纪80年代末才被阐明。

另外，就矫直理论的总体来看，仍然处于粗糙阶段，首先就是其基本参数的确定还要依靠许多经验算法和经验数据，如辊数、辊距、辊径、压弯量及矫直速度等；其次是许多技术现象如螺旋弯废品、矫直缩尺、矫直噪声、斜辊矫直特性、斜辊辊形特性、拉弯变形匹配特性等都缺乏理论阐述；再次是理论的概括性不够，一套公式不仅不能包括各种断面型材，甚至不能包括同类断面而尺寸和材质不同的工件，如弯距和矫直曲率等都缺少通用表达式 矫直技术历史悠久，但其产生时间并未有确切的时间记载但从文物发掘中看到我国春秋战国时期宝剑的平直度可以使人想象到当时手工矫直和平整技术已经达到很高的水平在我国古代人的生活与生产中使用的物品与工具，小自针锥、大到铁杵，都要求用矫直技术来完成成品的制造手工矫直与平整工艺所用的设备与工具是极简单的，如平锤、砧台等对大型工件的手工矫直常借助高温加热进行古代人在矫直及整形的实践中认识到物质的反弹特性，确立了“矫往必须过正”的哲理，用之于矫直技术颇有一语道破天机之功现代矫直机的快速发展是从18世纪末的欧洲产业革命开始的到19世纪30年代，冶铁技术发展起来，钢产量迅速成倍的增长到19世纪末期时，钢产量增加了50多倍。

钢材产量占钢产量的比重也明显增加这时已经出现了锻造机械、轧钢机械和矫直机械进入20世纪，以电力驱动代替蒸汽动力为标志，推动了机械工业的发展到1914年英国发明了212型五辊式矫直机，解决了钢管矫直问题，同时提高了棒材矫直速度20世纪20年代，日本已能制造多辊矫直机20世纪30 年代中期，发明了222型六辊式矫直机，显著提高了管材矫直质量20世纪60年代中期，为了解决大直径管材的矫直问题，美国萨顿公司研制成功313七辊式矫直机20世纪30到40年代国外技术发达国家的型材矫直机及板材矫直机也得到了迅速发展，而且相继进入到中国的钢铁工业及金属制品业新中国成立前，在太原、鞍山、大冶、天津及上海等地的一些工厂里可以见到德、英、日等国家制造的矫直机20世纪50年代，苏联的矫直机大量的进入到中国，同时，世界上随着电子技术及计算机技术的发展，工业进步速度加快，矫直机的品种、规格、结构及控制系统都得到不断的发展与完善20世纪70年代，我国改革开放以后接触到大量的国外设计研制成果，同时也引进许多先进的矫直设备如英国的布朗克斯矫直机；德国的凯瑟琳、德马克连续拉弯矫直机及高精度压力矫直机；日本的薄板矫直机等与此同时，我国科技界一直在努力提高自己的科研设计和创新能力。

从20世纪50年代起提出的双曲线辊形设计的精确计算法及文献提出的矫直曲率方程式到80年代提出的等曲率反弯辊形计算法此外，以西安重型机械研究所为代表的科研单位和以太原重型机械厂为代表的设计制造部门完成了大量的矫直机设计研制工作进入90年代之后，我国在赶超世界先进水平方面又迈出了一大步，一些新研制的矫直机获得了国家的发明专利；一些新成果获得了市、省级部级科技成果进步奖；有的获得了国家发明奖如已经研制成功的双向反弯辊形2辊矫直机、复合转毂式矫直机，平行辊异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等1.2 论文主要研究内容本矫直机的主要技术参数为：矫直材料Q235，钢板厚度H 4―16mm，最大板宽B 2100mm；矫直温度400―600℃；矫直速度0.5―1.5m/s；矫直辊辊距280mm；辊径250mm；辊身长2350mm，5个上辊，4个下辊；支承辊辊径280mm、900mm、34个下辊；最大开度140mm；压下装置采用一台5.5kw、1455r/min的交流电机驱动；主电机一台、200kw、980r/min、.1 矫直机类型 压力矫直机轧件在活动压头和两个固定支点间，利用一次反弯的方法进行矫直这种矫直机用来矫直大型钢梁、钢轨和大直径（大于φ200～φ3002-1a）和卧式（图2-1b）两种。

拉伸矫直机拉伸矫直机也称张力矫直机，主要用于矫直厚度小于0.6毫米的薄钢板和有色金属板材通常，辊式板带材矫直机只能有效的矫直轧件的横向或纵向弯曲（即二元形状缺陷）至于板带材的中间瓢曲和边缘浪形（三元形状缺陷）则是由于板材沿长度的方向各纤维变形量不等造成的为了矫正这种缺陷，需要使轧件产生适当的塑性延伸在普通辊式矫直机上虽然能使这种缺陷有所改善，但矫直效果不理想这时需要采用拉伸矫直方法拉伸矫直的主要特点是对轧件施加超过材料屈服极限的张力，使之产生弹塑性变形，从而将轧件矫直图2-1j是矫直单张板材的钳式拉伸矫直机这种设备生产率低且夹钳夹住的部分要切除，造成的金属损耗太大图2-1k是张力平整组他能对成卷带材进行粗矫，也能改善轧件的机械性能图2-1l是连续拉伸机组它由两个张力辊组成 拉伸所需的张力由张力辊对带材的摩擦力产生这种矫直机主要用于有色金属图2-1m是带有张力的辊式矫直机组这种结构用于连续矫直高强度薄带材但因辊式矫直机的工作辊很难单独调整，同时，在张力作用下，工作辊容易窜动，因而影响了矫直质量目前，这种结构的矫直机已被拉伸弯曲矫直机取代 拉弯矫直机曲的基本原理是当带材在小直径辊子上弯曲时，同时施加张力，使带材产生弹塑性延伸，从而较平。

这种矫直机组一般用在连续作业线上，可以矫直各种金属带材（包括高强度极薄钢板）拉伸弯曲机组也可在酸洗机组上进行机械破鳞，以提高酸洗速度图2-1 矫直机的基本类型 管材、棒材矫直机管、棒材矫直的原理也是利用多次反复弯曲轧件，是轧件矫直 图2-1g是斜辊式矫直机这种矫直机的工作辊具有类似双曲线的空间曲线的形状两排工作辊轴线相互交叉管棒材在矫直时边旋转边前进，从而获得对轴线对称的形状图2-1h是“313”型辊式矫直机这种矫直机的设备重量轻，易于调整和维修，用于矫直管棒材时，效果很好图2-1i是偏心轴式矫直机用来矫直薄壁管 辊式矫直机在辊式矫直机上轧件多次反复弯曲而得到矫直辊式矫直机生产率高而且容易实现机械化，在型钢车间和板带材车间获得广泛应用辊式矫直机的类型很多，在图2-1中图c～h2-1c是上排每个工作辊可单独调整的辊式矫直机这种调整方式较灵活，但由于结构配置上的原因，它主要用于辊数较少、辊距较大的型钢矫直机图2-1d是整排上工作辊平行调整的矫直机通常，出入口的两个上工作辊（也称导向辊）做成可以单独调整的，以便于轧件的导入和改善矫直质量这种矫直机广泛用来矫直4～12mm2-1e是整排上工作辊可以倾斜调整的矫直机。

这种调整方式使轧件的弯曲变形逐渐减小，符合轧件矫直时的变形特点它广泛用于矫直4毫米以下的薄板图2-1f是上排工作辊可以局部倾斜调整（也称翼倾调整）的矫直机这种调整方式可增加轧件大变形弯曲的次数，用来矫直薄板2.2 矫直原理若轧件具有单值曲率的圆弧，则用三个辊子使其反弯至曲率为，且连续通过，即可完全矫直但实际情况中，轧件的原始曲率沿长度方向往往是变化的，不仅是多值的，而且弯曲方向也不同，所以仅用三个辊子的矫直方法是不行的为了保证矫直质量，必须增加矫直辊的数量辊式矫直机一般至少要五个工作辊本设计方案采用的是上下辊平行排列的矫直方案，即上排辊相对下排辊平行排列，集体升降，矫直时所有上排辊子的压下量相同，除首尾辊外，其余各辊子处轧件弯曲至相同的曲率时，矫直原始曲。