二輥矯直傾角及輥縫工藝參數(shù)確定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及二輥矯直過程中傾角及輥縫大小的確定方法，屬于二輥矯直機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】。首先，確定棒材矯直所需的反彎半徑。接著，在此基礎(chǔ)上結(jié)合三點(diǎn)彎曲理論和全接觸假設(shè)，確定穩(wěn)定矯直時(shí)凹凸輥軸線與棒材軸線的傾角(為凹輥軸線與棒材軸線間傾角，為凸輥軸線與棒材軸線間傾角)和輥縫值大小，和與以下變量有關(guān)。={，，，，，，}；={，，，，}。其中，為所在凹凸輥截面至輥腰的距離；為棒材與凹凸輥接觸處的矯直輥半徑；為棒材的半徑；為棒材彎曲半徑；為凹凸輥的輥腰半徑；；為傾角α?xí)r凹輥所施加的最大撓度值；為棒材與凹輥接觸兩點(diǎn)在XY平面的投影距離；、為修正系數(shù)。本發(fā)明可在保證矯直質(zhì)量前提下有效改善矯直輥受力狀態(tài)，減緩矯直輥磨損，節(jié)省能耗，克服對經(jīng)驗(yàn)的依賴，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】二輥矯直傾角及輥縫工藝參數(shù)確定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于二輥矯直機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及二輥矯直過程中傾角及輥縫大小的確定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]棒材在軋制、熱處理、運(yùn)輸過程中受到各種因素的影響，往往產(chǎn)生形狀和多方位彎曲的缺陷，為了消除這些缺陷，獲得高質(zhì)量的成品，因此棒材需要在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直。除了輥形影響棒材矯直精度外，工藝參數(shù)傾角及輥縫也是影響棒材的實(shí)際彎曲程度與精度的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)在工廠進(jìn)行棒材矯直時(shí)，傾角及輥縫是工人按照經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，沒有一個(gè)理論依據(jù)，導(dǎo)致矯直精度低，矯直輥磨損嚴(yán)重，矯直質(zhì)量差和矯直輥原備件消耗快是困擾企業(yè)的兩個(gè)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種二輥矯直過程矯直輥的傾角及輥縫工藝參數(shù)的確定方法。按照此方法確定的傾角及輥縫參數(shù)，可在保證矯直質(zhì)量的前提下，減緩矯直輥的磨損，克服憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定帶來的弊端，提供指導(dǎo)工人生產(chǎn)操作的理論方法，能夠解決企業(yè)的上述生產(chǎn)難題。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:凹輥傾角決定了可以達(dá)到的最大彎曲撓度，而通過調(diào)節(jié)輥縫，來實(shí)現(xiàn)彎曲撓度從O到最大彎曲撓度內(nèi)變化的目的，輥縫的改變使得凹凸矯直輥與棒材的接觸情況各異，其中，圖1為大輥縫短線接觸情況，此種情況的棒材與凹輥接觸面積太少，容易產(chǎn)生高的接觸應(yīng)力和在棒材表面留下壓痕，凹輥與棒材之間的磨損也大；圖3為全接觸情況，這種工作狀態(tài)下輥?zhàn)拥脑O(shè)計(jì)和制造都嚴(yán)格，同時(shí)矯直力也急劇增加，增大了能耗；圖2所示的狀態(tài)是比較合理的接觸，此種接觸狀態(tài)下穩(wěn)定矯直得到的棒材的矯直精度滿足要求，矯直輥與棒材有較長的接觸線，接觸應(yīng)力降低，棒材表面壓痕小且矯直力減小。棒材穩(wěn)定矯直狀態(tài)下，預(yù)矯區(qū)、精矯區(qū)、圓弧區(qū)三段接觸線長度滿足
￡1: L2-.?1:1:2時(shí)，上述力能參數(shù)指標(biāo)和矯直質(zhì)量都能最好的得到兼顧，實(shí)踐生產(chǎn)也證明了這點(diǎn)。其特征是這種接觸近似于三點(diǎn)彎曲狀態(tài)，因此，將其簡化為三點(diǎn)彎曲情況進(jìn)行輥縫參數(shù)δ的確定,如圖6所示，δ的參數(shù)表達(dá)式為:
I ~Ia-
δ = X: ^A+^j(pw+r0) - -~(pw-r0)
其中的有關(guān)參數(shù)按如下方法確定:
Ca =如+ro)~' tan — 1? +?);
V = 2.^2+琦.通2& ; r = 1.0 ?1.3 ；
F= 1.0 ?1.003。
[0005]公式中參數(shù)的意義如下:
^為傾角a時(shí)凹輥所施加的最大撓度值；為棒材與凹輥接觸處的矯直輥半徑；!為凹輥的輥腰半徑；Pvt為棒材彎曲半徑；4為棒材的半徑'n為棒材與凹輥接觸兩點(diǎn)在XY平面的投影距離；4!為Am所在凹輥截面至輥腰的距離4?為棒材與凹輥軸線的夾角；沒=ZCO3S ;忙、y為修正系數(shù)。
[0006]公式中的參數(shù)?、V的確定過程如下:
本發(fā)明包括棒材矯直所需的反彎半徑的確定，棒材與凹凸輥接觸位置及夾角的確定和輥縫大小的確定。
[0007]首先，確定棒材矯直所需的反彎半徑。根據(jù)平面假設(shè)、曲率角概念、金屬矯直理論得到棒材矯直所需的反彎半徑Pw =，式中E為彈性模量，A為棒材半徑，O s為屈服


W.S
強(qiáng)度；Av為反彎半徑；cw為考慮中性層偏移量的反彎曲率比。
[0008]其次，確定棒材與凹凸輥接觸位置。矯直輥分為輥腰區(qū)、輥腹區(qū)和輥胸區(qū)，其中輥腰區(qū)是“統(tǒng)一殘留彎曲”，輥腹區(qū)是精矯區(qū)，輥胸區(qū)則是補(bǔ)充矯直，矯直過程中棒材與輥胸區(qū)最先接觸，三點(diǎn)彎曲中的兩個(gè)端點(diǎn)必然在凹輥輥胸段，中間點(diǎn)在凸輥輥腰段，實(shí)際凹輥的磨損部位出現(xiàn)在輥胸段，凸輥磨損部位出現(xiàn)在輥腰段都證明了這點(diǎn)。
[0009]接著,確定棒材與凹凸棍軸線的夾角。棒材與凹棍間的夾角決定了棒材所能達(dá)到的最大彎曲程度，與凸輥間夾角決定了棒材等曲率塑性變形區(qū)的深度，現(xiàn)結(jié)合棒材矯直所需的反彎半徑即可確定其夾角大小。在矯直過程中只有在棒材與凹輥完全接觸狀態(tài)下，如圖3所示，棒材彎曲程度最大，此時(shí)棒材與凹輥的位置關(guān)系如圖4 (a)，與凸輥的位置關(guān)系如圖4(b)所示。假設(shè)棒材與凹凸輥首先在半徑為苧的輥面接觸，用截面法截取MN段凹凸輥分析。
[0010]二輥矯直機(jī)在穩(wěn)定矯直狀態(tài)時(shí)，棒材軸線與凹凸輥軸線的夾角為, a? 'Ri所在凹凸輥截面至矯直輥中間平面的距離2，t為導(dǎo)程；棒材與凹凸輥在N— N面內(nèi)的距離計(jì)算復(fù)雜，因此將其簡化后使用系數(shù)7加以修正。
[0011]根據(jù)上述已知條件，確定出凹輥施加的最大撓度值t為:
~+ rO ) - ￠14.' ^an flO - (βθ + rD ) °
[0012]凸輥施加的撓度值ξτ為:
4=Cr0 +r；)-^r2(PH+r0f -(Iir Imaf。
[0013]同時(shí)，棒材完全進(jìn)入矯直輥且輥縫較大時(shí)，棒材與凹輥首先點(diǎn)接觸，隨著輥縫的變小，在不考慮棒材與凹輥的接觸變形情況下，棒材與凹輥接觸狀態(tài)由點(diǎn)接觸變?yōu)榫€接觸，接觸線在平面XY上的投影即,如圖4(a)所示。棒材與凸輥接觸線在平面XY上的投影即σρ，如圖4(b)所示。
[0014]根據(jù)圖中幾何關(guān)系，推導(dǎo)出棒材與凹輥在穩(wěn)定矯直時(shí)撓度值^為:
ζΛ = Cpw +T0) — ^ipw +r0 f -1i42 H- /?2 ■ tan ?
[0015]棒材與凸棍在穩(wěn)定矯直時(shí)撓度值為:
ξτ =Cz3W -ro)--j(Pw\hr2 + ■ tan af。
[0016]最終，聯(lián)立得到棒材軸線與凹凸輥軸線間夾角為:
a = arctanj^?士 2(馬 + r0 )2 - Λ0 ± /? + Zr0 + '、取pw 土廠。)2 _ + R12 ■ ski2 θ) |
其中，計(jì)算凹輥軸線與棒材軸線夾角t λ時(shí)，符號取“+，_，+” Ji=iiA^3i, Ri與巧取凹輥相應(yīng)輥型尺寸；計(jì)算凸輥軸線與棒材軸線夾角％時(shí)，符號取“_，+，，h =hT的,Ri與鳥取凸輥相應(yīng)輥型尺寸。
[0017]最后，確定輥縫值的大小。如圖7所示，此種情況是二輥矯直過程比較合理的一種接觸狀態(tài)，因?yàn)榇朔N狀態(tài)下，在矯直精度得到保證的同時(shí)，增大了棒材與凹凸輥接觸線長度，降低接觸應(yīng)力和矯直力，減小矯直輥磨損速度和棒材表面壓痕，在二輥矯直實(shí)際生產(chǎn)中常用。理論推導(dǎo)凹輥施加最大撓度值^是以全接觸為依據(jù)，因此計(jì)算得到的最大撓度值^
需要系數(shù)r修正，故輥縫值5大小為:
5 r ' ijl + -j(Pw +rof~^~ - Cpw - rO)。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果:
1.改善矯直輥受力狀態(tài)，減緩矯直輥磨損；
2.保證矯直質(zhì)量，節(jié)省能耗；
3.克服對經(jīng)驗(yàn)依賴的弊端，提高了工作效率和經(jīng)濟(jì)效益；
4.為實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為棒材與凹輥大輥縫短線接觸示意圖1 一凹輥 2—棒材 3—凸輥。
[0020]圖2為棒材與凹輥局部接觸示意圖1 一凹輥 2—棒材 3—凸輥。
[0021]圖3為棒材與凹輥全局接觸示意圖1 一凹輥 2—棒材 3—凸輥。
[0022]圖4為凹凸輥與棒材接觸幾何位置示意圖1 一凹輥 2—棒材 3—套筒。
[0023]圖5為圖4中I部分放大圖 I 一凹輥 2—棒材。
[0024]圖6為圖4中11部分放大圖1 一凸輥 2—棒材。
[0025]圖7為棒材三點(diǎn)彎曲示意圖1 一凹輥 2—棒材 3—凸輥。

【具體實(shí)施方式】
[0026]二輥矯直機(jī)在設(shè)計(jì)優(yōu)化過程，根據(jù)某鋼廠的工藝要求，如矯直棒材直徑為93mm，長度為6m,原始最大撓度為矯直速度為35m/min,屈服極限為930Mpa。
[0027]根據(jù)上述已知數(shù)據(jù)，按照公式就可以確定設(shè)定的矯直輥傾角α和輥縫值δ大小，取 ^=1.000] I =1.00028，r =1.06，計(jì)算得出，Λ =13.30°，％ =17.12° J = 93.71mm。
【權(quán)利要求】
1.二輥矯直機(jī)矯直過程傾角的確定方法，其特征是當(dāng)棒材穩(wěn)定矯直狀態(tài)時(shí)，棒材軸線與凹凸輥軸線間傾角為α,即傾角《由綜合變量按照下列的關(guān)系給定:a = arctan|.^備2(g + r0 f _ R0 ± + 2r0 +^(pw±r0)2 -拉 + R13-sm 2 | 其中，計(jì)算凹輥軸線與棒材軸線夾角￡^時(shí)，符號取“+，_，+”，h=h&K3i，Ri與h取凹輥相應(yīng)輥型尺寸；計(jì)算凸輥軸線與棒材軸線夾角％時(shí)，符號取“_，+，_，，Ji =IiT mt >Ri與A取凸輥相應(yīng)輥型尺寸；A為棒材與凹凸輥接觸處的矯直輥半徑；A為凹凸輥的輥腰半徑；Pw為棒材彎曲半徑；R為棒材的半徑所在凹凸輥截面至輥腰的距離；Θ = ZCO3E。
2.二輥矯直機(jī)矯直過程輥縫大小的確定方法，其特征是棒材穩(wěn)定矯直狀態(tài)時(shí)，凹凸輥滾腰間輥縫為3，即輥縫由綜合變量按照下列的關(guān)系給定:
I2 ^,δ = K.ξΑ+ ^(pw +r0)- {pw - r0) 其中的有關(guān)參數(shù)按如下方法:= iY2iRiA+rat -L..^ Sa)2 - (R0A +? )η = 2.U + ■ sin 2 5
r = 1.0 ' 1.3
r=1.0 ?I 003 其中^為傾角α?xí)r凹輥所施加的最大撓度值；為棒材與凹輥接觸處的矯直輥半徑；Ag為凹輥的輥腰半徑；Pw為棒材彎曲半徑；!力棒材的半徑P為棒材與凹輥接觸兩點(diǎn)在XY平面的投影距離；&為所在凹輥截面至輥腰的距離；七為棒材與凹輥軸線的夾角；& = ZCOjE ; 、y為修正系數(shù)。
【文檔編號】G06F19/00GK104162560SQ201410319560
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】馬立峰, 馬自勇, 馬立東, 黃慶學(xué), 楚志兵 申請人:太原科技大學(xué)