二辊矫直机矫直精度提高的途径

    二斜辊矫直适用于矫直厚壁管材、棒材,其矫直精度高,结构简单、调整方便,在银亮材生产、气缸油缸、电机轴、仪器仪表等工业中有着广泛的应用。

二辊矫直的效果取决于合理的辊形设计,对辊形的研究, 在上世纪已取得了很多的成果[14]我们在生产研究中, 从矫直过程变形机理出发,导出了辊形曲线与矫直精度的关系。并以此为依据, 充分利用了前人在几何设计上取得的成果, 在实践中取得了很好的效果。

二辊矫直机的两辊由互成一斜角的凸辊和凹辊组成, 管、棒位于二者辊缝之中, 两辊同向旋转, 在摩擦力的带动下, 圆材一边旋转一边前进, 其前时速度为: 

 

式中——辊子平均直径, mm

n0——辊子的转速, r/min

α——辊子轴线与圆材轴线夹角

圆材旋转一周前进的距离: 

式中 d ——圆材的直径, mm 

由于二辊矫直效果取决于与辊子接触良好的那一段, 所以以下讨论都以全长上辊子同圆材压紧的辊形为前提。在矫直过程中, 圆材的曲率等于对应点辊缝的曲率, 如示意图1a、由于圆材沿辊缝旋转前进, 则某一截面的指定方向y 的曲率在矫直过程中的变化为:

 

式中fx)——辊缝的曲率

θ ——圆材的转角

由图1b, Cy 的两个极点xixi+1之间, 圆材历经一个反弯到曲率Ci+1的过程, 并且xi+ 1-xi=P/2, 若取此截面进入辊缝时曲率半径方向为y向,则有: 

 

整个矫直过程中圆材共经 n=2L/P 次反弯(L为辊缝长度)。由上述的分析知, 圆材的矫直过程是一个多次弯曲的过程, 弯曲曲率Ci决定于辊缝曲率f(xi) , 反弯次数决定于辊长和节距为2L/P 次弯曲, 为分析弯曲中的曲率变化, 以圆棒为例讨论其弯曲与回弹关系。

由图1b 知, 在矫直的多次旋转反弯中, 上次的残余曲率为下次弯曲的初始曲率。矫直中棒材的残余曲率的变化为一个迭代过程,而矫直就是一个经多次反弯, 曲率收敛于定值C*的过程。

经过多次反弯, 棒材各处曲率趋近于定值C*, 又由于棒材在矫直中不断旋转, 使得各点曲率主法线旋转, 最终形成了一条逼近直线的螺旋线,如图2

收敛精度也会影响矫直的精度, 如棒材各点的曲率收敛到C*+ΔC*, 则最终形成的轴线曲线会叠加一个δ(x)的曲率,δ(x)取值在±ΔC*之内。δ(x)分布是随机的, 若取对矫直精度影响最大的极限形态, 则叠加的δ(x)= ΔC* ,这部分主要由圆材直径公差和矫直过程中的振动等其它因素引起。

同时,辊缝曲率f(xi)是矫直机的核心, 合理的f(xi)可使最终曲率C*, 所需反弯次数少, 收敛的精度高等。传统矫直思想多集中于曲率的减小, 但从最终轴线的形状上可看出, 增加被矫直件最终残余曲率在单位长度中的正负交替次数, 也是一种行之有效的办法。如图3, 曲线1为一段圆弧曲率半径为R ,曲线2为二段相互反向的圆弧, 曲率半径也是R ,δ2 仅为δ11/4左右, 二辊机中减小节距有与此类似的作用。 

通过以上讨论,可见要提高精度:

(1) 减小C*的值;

(2) 提高C*的收敛精度;

(3) 减小节距,即在矫直辊长一定的情况下,增加旋转次数(合理节距兼顾精度和生产效率);

(4) 合理选取坯料直径公差;

(5) 加强矫直的稳定性。

 

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参考文献

1  崔甫.矫直理论与参数计算.北京:机械工业出版社.1994

2  A.M.马斯基列逊等.管材矫直机.西安重型机械研究所一室译.北京:机械工业出版社,1979

3  崔甫.矫直原理与矫直机械.北京:冶金工业出版社.2002.7

4  西安重型机械研究所的高精度棒(管)材矫直机简介.重型机械.1994