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1、第十二章 矫直设备,第一节 矫直基本概念与设备,一、轧制产品几何缺陷 在轧制生产中，由于轧件温度不均、轧制过程中变形不均、轧后冷却不均及其他因素影响，致使轧制产品出现弯曲等现象，都将其归结为轧制产品的几何缺陷：,1板带材的瓢曲和波浪弯1）瓢曲板材的纵横向同时出现浪弯，呈瓢形凸起或凹下；2）波浪弯板带材纵向出现的单边或双边浪弯。2异型材不均匀变形 1）弯曲由于冷却不均匀导致的侧向弯曲，如钢轨等；2）扭曲同样由于冷却原因产生的纵向和横向弯曲组合，如不对称型钢等；,二、矫直的定义 在金属型材或板材的弯曲部位施加足够大的反向弯曲或拉伸变形，使该部位产生一定的弹塑性变形，当外力去除之后，型材经过弹性回复
2、后达到平直，这一工艺过程就称为矫直。,矫直机基本型式,三、矫直设备的类型 根据矫正型材类型及对施加弯曲方式的不同，矫直机分为:1压力矫直机 1）工作原理：型材安放于活动压头和两固定支点之间，利用一次反弯的方法进行矫正；2）特点：设备结构简单，效率低，只能矫正简单弯曲，主要用于大型型材补充矫直。2辊式矫直机 1）工作原理：型材通过上下两排轴线平行、排列相互交错矫正辊，经过多次反复弯曲得到矫正；2）特点：设备结构较复杂，连续工作，生产效率高，主要用于板材和型材矫直。,型材辊式矫直机结构图,型材辊式矫直示意图,3管棒材矫直机 1）工作原理：圆柱形管棒材边前进边旋转，通过上下两排具有特殊形状、轴线相互
3、交叉矫正辊，获得与其轴线对称的平、直管棒材；2）特点：矫正辊多采用悬臂式布置，调整和维修方便，连续工作，生产效率高，矫正质量好。,四、拉伸矫直机（张力矫直机）对轧件施加外拉力，使其平直而达到矫直目的，分为：（1）钳式拉伸矫直机 用于单件矫直型材或薄板，生产效率低，轧件损失大；（2）辊式拉伸矫直机 用于连续矫直薄板带，生产效率高，轧件损失小；五、拉伸弯曲矫直机 拉伸矫直与辊式矫直联合作用的矫直方法。,拉伸弯曲矫直机,拉伸矫直机,第二节 矫直原理,一、压力矫直概念 矫直过程，实质上是轧件在外负荷弯曲力矩作用下产生的弯曲变形过程。当轧件矫直弯曲变形时，在轧件中同时存在着弹性变形和塑性变形。在外负荷弯
4、曲力矩作用下弹塑性弯曲变形阶段和除去外负荷弹性回复阶段。,二、压力矫直基本原理1原始曲率轧件初始曲率用1/r0表示，表示轧件弯曲凸度向上或者向下；2反弯曲率为使轧件平直而施加的与原始曲率相反的曲率，用1/表示；3总变形曲率原始曲率与反弯曲率之和轧件；4弹复曲率反弯曲率与残余曲率之差。,轧件矫直准则：反弯曲率等于弹复曲率,三、轧件反弯阶段的变形形态,轧件在反弯阶段弹塑性弯曲变形分为：（1）弹性弯曲局限状态；（2）弹塑性弯曲状态；（3）纯塑性弯曲状态。,四、压力矫正过程的应力与应变分析1金属矫正过程中应力分布假设：（1）矫正时对金属施加的外力矩等于其内力矩；（2）轧件任意断面在弯曲前后都为平面；（
5、3）横截面内变形大小与到中性层距离成正比；（4）轧件为理想弹塑性体，塑性变形区内应力为金属屈服s；,弯曲矫正时横截面上弹塑性应力分布图,第三节 辊式轿直机的矫正原理,由于金属原始弯曲曲率大小和方向是不同，辊式矫直机的每个矫直辊都使金属产生弯曲变形，金属经过多次反复弯曲以消除曲率的不均匀，从而使弯曲曲率从大逐渐变小而使其平值。,一、轧件在辊式矫正机矫正过程与矫正工艺,1、辊式矫正机的矫正过程 轧件在交错排列的矫正辊之间经过多次反复反向弯曲，使轧件曲率的不均匀度逐渐减小，进而矫正。根据轧件的厚薄不同，矫正机的辊数也不同，从5辊到29辊都有。根据每个辊子使轧件产生的变形程度和最终消除曲率的方法的不同
6、，可有多种矫正方案。工艺上常用的小变形方案和大变形方案。,1.小变形矫直方案 矫直原则：每个辊子的压下量可以单独调整，只消除前一个辊子产生的（或留下的）最大残余曲率，经多次反弯后，残余曲率逐渐减小，轧件趋于平直。,小变形矫直方案残余曲率变化图,图表示采用小变形方案时轧件的曲率变化图。小变形方案优、缺点：优点：总变形曲率小，所需矫正能量小。缺点：一般而言，原始曲率Cr0是未知的。难于确定矫正辊的压下量。,2.大变形矫直方案,基本原理：在前几个辊采用比小变形方案大得多的压下量，使轧件一开始就得到足够大的弯曲，迅速缩小残余曲率的变化范围，使具有不同曲率的轧件，经过几次剧烈的反弯（大变形）以后，原有的
7、原始曲率的不均匀度被消除，形成单值残余曲率，再予以矫平。该方案的矫正辊数比较少，矫正质量较高。但对轧件的变形程度不应过份加大，以减小轧件内部的残余应力。,二、辊式矫正机基本参数计算,作用在辊式矫正机上的矫正力 其本假设：将轧件看作受许多集中载荷的连续梁，集中载荷即矫正辊对轧件的压力。如图所示。,辊式轿直机基本参数1辊距t 辊距t对矫正质量有重要影响。金属之所有能被矫直，必须使其受到相当大的弹塑性反弯变形。变形与金属的强度、几何尺寸有关，可以得到最小和最大允许辊距：式中 s金属屈服极限；h被矫板材厚度mm；E矫直辊弹性模量。上述辊距t是根据理论分析得出，具体选用时，还要参考现有的矫直机系列标准来
8、确定。,2辊径D 矫直辊辊径取决其强度，根据已确定的辊距确定。3辊数n 增加辊子数目就是增加金属的反弯次数，辊数的增加有利于提高矫正质量，确定辊数的原则应当在保证矫正质量的前提下，使辊子数目尽量少。4辊身长度L5轿直速度v 矫直速度主要根据生产率来确定，还要考虑到被矫产品的种类。,第四节 辊式矫直机的结构1板材矫直机（1）基本构成：电机、减速器、联接轴、矫直辊、送料辊、机架。（2）特点：由于矫直辊细而长，故一般都带支承辊；都采用闭式机架。,2型钢矫直机特点：矫直辊由辊轴和带孔型的辊套组成，上排矫直辊都不带压下。（1）悬臂式（开式）矫直机 换辊方便，调整灵活；矫直辊轴承受力不均。,（2）闭式矫直
9、机,矫直辊套位于轴承之间，刚度好，承载能力大，适合矫直大型型材；但操作和换辊不方便。,3斜辊矫直机,平行辊型钢矫直机只能矫直垂直于辊轴的纵向弯曲，对于螺旋弯曲（麻花状）和不规整圆，只能采用上下辊轴线交错且辊形为特殊曲线的斜辊矫直机。,管棒材矫直机示意图,四、拉伸矫直机,特点：将型材矫直机无法矫直的轧件，通过外拉力使其平直，结构简单，操作容易。单件生产，生产效率低，轧件收得率低；,五、拉伸弯曲矫直机,工作原理：将辊式矫直与拉伸矫直特点结合起来，使拉伸与弯曲联合作用于轧件，对薄板卷矫直效果和效率都高于弯曲矫直；结构特点：主要结构由张力辊组和矫直辊组构成，矫直和拉伸变形同时进行。,拉伸弯曲矫直机结构
10、图,其他类型矫直机,思考题,1.什么是轧件的几何缺陷，轧件几何缺陷有那几类？2.轧制车间的矫直机有那几种类型？3.金属型材或板材矫直的矫正准则是什么？4.请论述辊式矫直机矫直的基本原理；5.请论述管棒材矫直机矫直的基本原理；6.拉伸矫直机和拉伸弯曲矫直机工作原理如何？7.矫直过程的实质是什么？8.什么是大变形方案和小变形方案？8.辊式轿直机有那些基本参数？,第九章 剪切与锯切设备,概 述,剪切机是轧钢车间重要辅助设备。用于对轧件进行定尺及头尾剪切。按其结构和工作特点可以分为：平刃剪、斜刃剪、圆盘剪和飞剪。,第一节 平行刃剪切机,1.主要用途 剪切机上下刀片彼此平行，通常用于热横向剪切初轧方坯或
11、板坯，又称钢坯剪切机；也用于冷剪切中、小型型材。,一、上切式平刃剪1曲柄连杆式上切式剪切机 上下剪刃平行放置，剪切时下剪刃不动，由曲柄连杆机构带动上剪刃向下运动完成剪切 特点：结构和运动简单，但被剪切轧件易弯曲，剪切断面不垂直。,实例一 20兆牛上切式剪切机,结构特点：由曲柄连杆机构、上剪刃与连杆之间的补强块、上剪台液压平衡、液压压板、快速换剪刃机构、上下剪台夹紧缸及扩大行程机构组成。,实例二 活连杆上切式剪切机,剪切能力为1.6MN的钢坯剪。结构特点：电机经减速机经二级减速后驱动曲轴使活动连杆上下摆动。1.不剪切时：上刀台由剪机顶部的汽缸提至最高位置，活连杆由汽缸向左拉至上刀台左侧空凹槽内摆
12、动。2.剪切时：上刀台下降，左汽缸将活连杆向右顶至上刀台右方高出剪切位置，连杆在曲柄带动下上下滑动将钢坯剪断。3.剪切完成：左汽缸再将连杆拉回左侧上刀空槽内上下空摆动。上刀台由平衡重锤将上刀台吊起。顶部汽缸用以实现上刀台的快速上下运动。完成一次剪切后，等待下一次剪切。,剪机特点：1.操作速度快，实际剪切次数多。用活连杆取代传统离合器。2.增大了上下刀台间距离（即开口度），使其适应不同剪切工况要求（如弯头轧件等）。,二、下切式平刃剪 剪切时上下剪刃都运动，由曲柄连杆机构依次带动上剪刃和下剪刃分别运动，按照“最小阻力原则”，最终由下剪刃向上运动来完成剪切。其特点是结构和运动都非常复杂，但被剪切轧件
13、不易弯曲，剪切断面垂直平整，比较典型的是浮动轴式平刃剪。,浮动轴双偏心式下切式剪切机,下切式剪切机是50年代从前苏联引进，最大剪切力为1000吨1500吨。用于初轧方坯剪切，由具有两个自由度的曲柄连杆机构组成。机构复杂但剪切力大、剪切质量可靠。,浮动轴剪切机剪切过程示意图,1.压板和上刀台一起向下运动；2.上刀台停住，压板继续向下，直至压住轧件；3.下刀台向上运动，托住轧件，完成剪切；4.上刀台、压板上升回到初始位；5.下刀台托住轧件下降，回到初始位置。,三、平刃剪主要参数 剪切力、剪刃行程、剪刃长度和剪切次数等。1剪刃行程 主要根据被剪轧件的最大厚度来h来确定，应能保证轧件顺利通过刃口并切断
14、为原则。根据实践经验，剪刃行程可按下式确定：式中 H1辊道上表面至压板下表面距离，一般取H1h（5070）mm；,上下剪刃重叠量，其值为525mm；压板低于上剪刃量，其值为525mm；辊道上表面高出下剪刃量，其值为520mm。,2剪刃长度 由被剪轧件横截面最大宽度B确定。小型型钢剪切机，剪刃长度L取：板坯剪切机，剪刃长度L取：3剪切次数 指每分钟内，剪刃不间断上下运动的次数，保证轧制周期内剪切完规定的全部轧件。4剪切力 剪切机重要力参数，表示其最大剪切能力。根据被剪轧件的材质、温度及最大断面来计算出需要的最大剪切力。,第二节 斜刃剪,上下剪刃互成一定的交角，一般是上剪刃倾斜，下剪刃水平放置，斜
15、刃剪用于冷剪宽厚比较大的板材。1斜刃剪剪切特点 剪切时剪刃只接触轧件一部分，剪切力比剪刃平放时要小，但剪刃行程加大，同时产生了侧向推力。,2斜刃剪结构 斜刀片剪切机主要用来剪切钢板，剪刃与水平面所成的倾角使得其实际剪切面积远小于轧件的横截面积，从而可以大大减小剪切力。斜刃剪一般分为：（1）按照机架结构的不同，分为闭式和开式斜刃剪；（2）按照剪刃传动方式不同，分为电动剪和液压剪；（3）也可分为上切式和下切式。,3斜刃剪基本参数确定剪切力、剪刃行程、剪刃长度、剪切次数剪刃倾斜角等。（1）剪刃行程 根据被剪轧件最大厚度h确定，考虑剪刃倾斜时引起的行程增加量：式中 Hp相当于平刃上下剪刃的开口度；H1
16、剪刃倾斜引起的行程增加量；剪刃倾斜角。（2）剪刃长度根据被剪轧件横截面最大宽度b确定，一般取：,（3）剪刃倾斜角 角过大会造成板材的弯曲和变形增大，降低产品质量，剪切时产生侧向推力还会使剪切过程不稳定。角过小，剪切力增大，设备重量将加大。一般取：13（4）剪切次数 是指每分钟内，剪刃不间断上下运动的周期次数，可参照平刃剪进行。（5）剪切力 是剪切机重要力参数，表示其最大剪切能力。根据被剪轧件的材质、厚度来计算出需要的最大剪切力。,4.斜刃剪的结构,斜刃剪有机械式与液压式两种。前者一般为电机驱动曲柄连杆式，后者为液压缸驱动。同样有上切式与下切式的不同型式。以下介绍部份典型结构实例。,第三节 圆盘
17、式剪切机,圆盘剪剪刃由上下两个轴线平行排列圆盘构成，用于连续纵向剪切板材、带材边缘或将其剪切成窄条。1圆盘剪结构（1）每个圆盘剪刃都安置在单独传动轴上的圆盘切边剪；（2）多对圆盘剪刃安置在上下两根公共传动轴上圆盘分条剪。,2.圆盘剪剪切原理 结构：由上下圆盘形反向旋转刀片组成。用途：剪切运动着的钢板及带钢，厚度2030mm.为使其剪下的切边下弯，上下剪刃要前后错开，或上刀直径小于下刀直径，剪切后的部份应进行卷取或碎边。,3圆盘剪基本参数（1）剪切力P式中 P1纯剪切力，由被剪材质确定；圆盘刀片偏斜角 上下圆盘剪刃重叠量 z1计算系数，剪边时取z11.4,（2）圆盘刀片直径 D（40125）h（
18、3）刀盘厚度（0.060.1）D（4）刀盘侧向间歇（911）h 式中 h被剪板厚度。,第四节 飞剪机,专门用于横向剪切运动中轧件的剪切机称为飞剪。飞剪设置在连续式轧机轧制线上，剪除轧件头和尾，也可设置在横切机组上，将钢卷剪成定尺长度。飞剪系统由一套特别设计的机械系统及电气控制系统构成。,1对飞剪的基本要求（1）剪切过程中，剪刃保持等速或稍大于被剪轧件的速度作平移运动，在运动中完成剪切；（2）根据不同要求，被剪轧件的长度可以通过定尺机构调节。,2飞剪类型飞剪按结构分类：（1）圆盘式飞剪；（2）双滚筒式飞剪；（3）曲柄连杆式飞剪；（4）摆式飞剪。按运动轨迹分类：剪刃作圆周移动和非圆周复杂运动。,（
19、1）用途：小型线材车间冷床前粗剪长度或进精轧前剪去轧件头尾。（2）结构与运动原理：飞剪由一对转动方向相反圆盘刀片组成；刀盘圆周分速度与轧件运动方向保持一致，轴线与轧件运动方向倾斜一角度。轧件沿诱导板进入始终旋转的圆盘刀片完成剪切。,3.圆盘式飞剪,4.曲柄连杆式飞剪（1）用途：剪切厚度较大的钢坯或钢板；（2）结构及运动原理：剪切机构由四连杆构成；空切机构为曲柄、摆杆；刀架作平移运动，剪切质量好。缺点：结构复杂，动力特性较差。,第五节 热 锯,剪切机剪切轧件时，使轧件切断面受压变形。故对钢管、型钢等异形断面轧件，为保证质量，只能采用锯切方式。根据工作方式和结构形式，锯切设备分为：（1）热锯机；（
20、2）飞锯。,1.热锯机的类型与结构 根据锯片的送进方式的不同，热锯机可以分为：（1）固定式热锯机 特点：无送进机构和横移机构，靠气动小车将轧件送往锯片。（2）摆式热锯机 特点：靠自身重力摆动来锯切轧件。（3）杠杆式热锯机 特点：靠液压或曲柄连杆机构移动热锯，实现锯切。（4）滑座式热锯机 锯机整体在滑座上横移，齿轮齿条送进完成锯切。（5）四连杆式热锯机 靠四连杆机构送进完成锯切。,2.热锯机基本参数（1）锯齿形状形状：狼牙型、鼠牙型、三角形；特点：锯齿强度好、能耗少、噪声低、修磨齿方便。（2）锯片直径 是热锯主要结构参数，锯片直径取决于被锯轧件的最大断面尺寸：锯切方钢 D10A+300mm（A为方钢边长）锯切圆钢 D8 d+300mm（d为圆钢直径）锯切角钢 D3B+350mm（B为角钢对角线长度）锯切槽钢 DC+400mm（为C钢材宽度）（3）锯片厚度s（0.180.20）Dmm,思考题,1.平刃剪和斜刃剪在结构及工作原理上有什么不同？2圆盘剪剪切原理与斜刃剪有什么类似之处？3飞剪最大特点是什么？4.论述活动连杆上切式剪切机的剪切过程。4.论述浮动偏心轴下切式剪切机的剪切过程。5.论述曲柄连杆式基本结构。6.滑座式热锯机和四连杆式热锯机锯片送进方式。,
