CN104162560A - 二辊矫直倾角及辊缝工艺参数确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二辊矫直过程中倾角及辊缝大小的确定方法，属于二辊矫直机技术领域。首先，确定棒材矫直所需的反弯半径。接着，在此基础上结合三点弯曲理论和全接触假设，确定稳定矫直时凹凸辊轴线与棒材轴线的倾角(为凹辊轴线与棒材轴线间倾角，为凸辊轴线与棒材轴线间倾角)和辊缝值大小，和与以下变量有关。={，，，，，，}；={，，，，}。其中，为所在凹凸辊截面至辊腰的距离；为棒材与凹凸辊接触处的矫直辊半径；为棒材的半径；为棒材弯曲半径；为凹凸辊的辊腰半径；；为倾角α时凹辊所施加的最大挠度值；为棒材与凹辊接触两点在XY平面的投影距离；、

Description

二辊矫直倾角及辊缝工艺参数确定方法

技术领域

本发明属于二辊矫直机技术领域，具体涉及二辊矫直过程中倾角及辊缝大小的确定方法。

背景技术

棒材在轧制、热处理、运输过程中受到各种因素的影响，往往产生形状和多方位弯曲的缺陷，为了消除这些缺陷，获得高质量的成品，因此棒材需要在矫直机上进行矫直。除了辊形影响棒材矫直精度外，工艺参数倾角及辊缝也是影响棒材的实际弯曲程度与精度的关键因素。现在工厂进行棒材矫直时，倾角及辊缝是工人按照经验设定，没有一个理论依据，导致矫直精度低，矫直辊磨损严重，矫直质量差和矫直辊原备件消耗快是困扰企业的两个难题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种二辊矫直过程矫直辊的倾角及辊缝工艺参数的确定方法。按照此方法确定的倾角及辊缝参数，可在保证矫直质量的前提下，减缓矫直辊的磨损，克服凭经验设定带来的弊端，提供指导工人生产操作的理论方法，能够解决企业的上述生产难题。

本发明是这样实现的：凹辊倾角决定了可以达到的最大弯曲挠度，而通过调节辊缝，来实现弯曲挠度从0到最大弯曲挠度内变化的目的，辊缝的改变使得凹凸矫直辊与棒材的接触情况各异，其中，图1为大辊缝短线接触情况，此种情况的棒材与凹辊接触面积太少，容易产生高的接触应力和在棒材表面留下压痕，凹辊与棒材之间的磨损也大；图3为全接触情况，这种工作状态下辊子的设计和制造都严格，同时矫直力也急剧增加，增大了能耗；图2所示的状态是比较合理的接触，此种接触状态下稳定矫直得到的棒材的矫直精度满足要求，矫直辊与棒材有较长的接触线，接触应力降低，棒材表面压痕小且矫直力减小。棒材稳定矫直状态下，预矫区、精矫区、圆弧区三段接触线长度满足                                                时，上述力能参数指标和矫直质量都能最好的得到兼顾，实践生产也证明了这点。其特征是这种接触近似于三点弯曲状态，因此，将其简化为三点弯曲情况进行辊缝参数δ的确定，如图6所示，δ的参数表达式为：

其中的有关参数按如下方法确定：

；

；

~；

~。

公式中参数的意义如下：

为倾角α时凹辊所施加的最大挠度值；为棒材与凹辊接触处的矫直辊半径；为凹辊的辊腰半径；为棒材弯曲半径； 为棒材的半径；为棒材与凹辊接触两点在XY平面的投影距离；为所在凹辊截面至辊腰的距离；为棒材与凹辊轴线的夹角； ；、为修正系数。

公式中的参数、的确定过程如下：

本发明包括棒材矫直所需的反弯半径的确定，棒材与凹凸辊接触位置及夹角的确定和辊缝大小的确定。

首先，确定棒材矫直所需的反弯半径。根据平面假设、曲率角概念、金属矫直理论得到棒材矫直所需的反弯半径，式中E为弹性模量，r--₀为棒材半径，σ_s为屈服强度；为反弯半径；C_w为考虑中性层偏移量的反弯曲率比。

    其次，确定棒材与凹凸辊接触位置。矫直辊分为辊腰区、辊腹区和辊胸区，其中辊腰区是“统一残留弯曲”，辊腹区是精矫区，辊胸区则是补充矫直，矫直过程中棒材与辊胸区最先接触，三点弯曲中的两个端点必然在凹辊辊胸段，中间点在凸辊辊腰段，实际凹辊的磨损部位出现在辊胸段，凸辊磨损部位出现在辊腰段都证明了这点。

接着，确定棒材与凹凸辊轴线的夹角。棒材与凹辊间的夹角决定了棒材所能达到的最大弯曲程度，与凸辊间夹角决定了棒材等曲率塑性变形区的深度，现结合棒材矫直所需的反弯半径即可确定其夹角大小。在矫直过程中只有在棒材与凹辊完全接触状态下，如图3所示，棒材弯曲程度最大，此时棒材与凹辊的位置关系如图4(a),与凸辊的位置关系如图4(b)所示。假设棒材与凹凸辊首先在半径为的辊面接触，用截面法截取MN段凹凸辊分析。

二辊矫直机在稳定矫直状态时，棒材轴线与凹凸辊轴线的夹角为，；所在凹凸辊截面至矫直辊中间平面的距离，，t为导程；棒材与凹凸辊在N—N面内的距离计算复杂，因此将其简化后使用系数加以修正。

根据上述已知条件，确定出凹辊施加的最大挠度值为：

。

凸辊施加的挠度值为：

。

同时，棒材完全进入矫直辊且辊缝较大时，棒材与凹辊首先点接触，随着辊缝的变小，在不考虑棒材与凹辊的接触变形情况下，棒材与凹辊接触状态由点接触变为线接触，接触线在平面XY上的投影即，，如图4(a)所示。棒材与凸辊接触线在平面XY上的投影即，如图4(b)所示。

根据图中几何关系，推导出棒材与凹辊在稳定矫直时挠度值为：

。

棒材与凸辊在稳定矫直时挠度值为：

。

最终，联立得到棒材轴线与凹凸辊轴线间夹角为：

其中，计算凹辊轴线与棒材轴线夹角时，符号取“+，-，+” ，，与取凹辊相应辊型尺寸；计算凸辊轴线与棒材轴线夹角时，符号取“-，+，-” ，，与取凸辊相应辊型尺寸。

最后，确定辊缝值的大小。如图7所示，此种情况是二辊矫直过程比较合理的一种接触状态，因为此种状态下，在矫直精度得到保证的同时，增大了棒材与凹凸辊接触线长度，降低接触应力和矫直力，减小矫直辊磨损速度和棒材表面压痕，在二辊矫直实际生产中常用。理论推导凹辊施加最大挠度值是以全接触为依据，因此计算得到的最大挠度值需要系数修正，故辊缝值大小为：

。

本发明的优点及积极效果：

1.改善矫直辊受力状态，减缓矫直辊磨损；

2.保证矫直质量，节省能耗；

3.克服对经验依赖的弊端，提高了工作效率和经济效益；

4.为实际生产提供理论依据。

附图说明

图1为棒材与凹辊大辊缝短线接触示意图

1—凹辊     2—棒材     3—凸辊。

图2为棒材与凹辊局部接触示意图

1—凹辊     2—棒材     3—凸辊。

图3为棒材与凹辊全局接触示意图

1—凹辊     2—棒材     3—凸辊。

图4为凹凸辊与棒材接触几何位置示意图

1—凹辊     2—棒材    3—套筒。 

图5为图4中I部分放大图

1—凹辊     2—棒材。

 图6为图4中II部分放大图

1—凸辊     2—棒材。

图7为棒材三点弯曲示意图

1—凹辊     2—棒材     3—凸辊。

具体实施方式

二辊矫直机在设计优化过程，根据某钢厂的工艺要求，如矫直棒材直径为93mm，长度为6m，原始最大挠度为10mm/m，矫直速度为35m/min，屈服极限为930Mpa。

根据上述已知数据，按照公式就可以确定设定的矫直辊倾角α和辊缝值δ大小，取=1.0005，=1.00028，=1.06，计算得出, =13.30? ，=17.12?93.71mm。

Claims (2)

1.二辊矫直机矫直过程倾角的确定方法，其特征是当棒材稳定矫直状态时，棒材轴线与凹凸辊轴线间倾角为                                                ，即倾角由综合变量按照下列的关系给定：

其中，计算凹辊轴线与棒材轴线夹角时，符号取“+，-，+” ，，与取凹辊相应辊型尺寸；计算凸辊轴线与棒材轴线夹角时，符号取“-，+，-” ，，与取凸辊相应辊型尺寸；为棒材与凹凸辊接触处的矫直辊半径；为凹凸辊的辊腰半径；为棒材弯曲半径； 为棒材的半径；为所在凹凸辊截面至辊腰的距离； 。

2.二辊矫直机矫直过程辊缝大小的确定方法，其特征是棒材稳定矫直状态时，凹凸辊滚腰间辊缝为，即辊缝由综合变量按照下列的关系给定：

其中的有关参数按如下方法：

~

~

其中为倾角α时凹辊所施加的最大挠度值；为棒材与凹辊接触处的矫直辊半径；为凹辊的辊腰半径；为棒材弯曲半径； 为棒材的半径；为棒材与凹辊接触两点在XY平面的投影距离；为所在凹辊截面至辊腰的距离；为棒材与凹辊轴线的夹角； ；、为修正系数。