1、鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页 1 绪论 1 1 矫直设备的发展 1 1 1 矫直设备的发展概况 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。 20 世纪初已经有矫直圆材的二辊式矫直机。 20 世纪 30 年代中期发明 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 型七辊式矫直机。 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，有小到 1.6mm 金属丝矫直机和大到 600mm 管材矫直机。有速度达到 300m/min 的高速矫直机和
2、精度达到 0.038mm/m 的高精度矫直机。 同时也引进许多先进的矫直设备。进入 90 年代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、省及部级科技成果进步奖；有的获得了国家发明奖。近年来我国在反弯辊形七斜辊矫直机，多斜辊薄壁转毂式矫直机，平行辊异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等研制方面相继取得成功， 1 1 2 矫直作用 轧制和热处理后的管材有一系列的缺陷，其中主要的是纵向弯曲和横断面的椭圆度。为了消除这些缺陷，需设置斜辊式钢管矫直机，在矫直过程中，钢管在矫直辊间作直 线前进的同时还进行旋转运动，通过钢管在矫直辊中反复多次弹性弯曲使
3、钢管达到矫直的目的。 1 2 矫直设备分类 1 2 1 矫直机的分类 按工作原理不同划分为五大类。第一类称为反复弯曲矫直机，它们是靠压头或辊子在同一平面内 对工件 进行反复压弯并逐渐减小压弯量，直到压弯量与弹复量相等而变直。第二类称为旋转弯曲式矫直机，是工件在塑性弯曲状态下以旋转变形方式从大的等弯矩区向小的等弯矩区过渡，在走出塑性区时弹复变直。第三类称为拉伸矫直机，它依靠拉伸变形把原来长短不一的纵向纤维拉成等长度并进入塑性变形后经卸载及弹复而变直。第四类称 为拉弯矫直机。它是把拉伸与弯曲变形合成起来使工件两个表层的较大拉伸及全截面的拉伸变形三者不在同一时间发生，全断面各层纤维的弹复变形也不是同
4、时发生的，既防止了板带的断裂，又提高了矫直质量。第五类称为拉坯矫直设备，它是鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 2 页 在拉动连铸坯下行的同时使铸坯的弧形弯曲渐伸变直，其拉力主要用于克服外部阻力，而铸坯本身在高温状态下所需的矫直力是较小的。 具体进一步分类如图 1.1 所示： ,图 1.1 （）拉坯矫直机 拉坯矫直机在连铸系统中占有重要位置，取得了很大发展，已经自成体系。 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 3 页 1 2 2 钢管矫直机分类及适用范围 在矫直管、棒等圆形断面条材时若采用平行辊矫直机则存在两个致命的缺点：第一，只能矫直圆材垂直于辊轴的纵向剖面上的弯曲。若矫直其它各方面的
5、纵向剖面的弯曲常需要进行多次的变方位的矫直过程；第二，圆材在矫直过程中容易产生自转现象，不仅达不到矫直目的，反而要产生严重的螺旋形弯曲（俗称麻花弯），使产品报废。为了消除上述的缺点，在生产中常采用斜辊矫直机。 常见的斜辊矫直机的类型及用途： 1、 2 斜辊矫直机：这种矫直机用于矫直棒材，也可用于矫直厚壁管材。 2、 3 斜辊矫直机：只适用于矫直长度较小，直径较大，壁厚很薄的小量管材，故至今没有发展起来。 3、 多斜辊矫直机 (1)、 212 型 5 辊式矫直机：适用范围宽，表面质量好，可以一机多用。但上辊稳定性低，传动系统复杂，制造成本高。 (2)、 222 型 6 辊式矫直机：这种矫直机既可
6、以矫直管材又可以矫直棒材。 4、 6 辊以上的斜辊矫直机 (1)、 12121 型 7 辊式矫直机：这种矫直机主要用于矫直高强度管材及厚壁管材，不仅可以矫直管材的弯曲度也可 以消除管材的随圆度。 (2)、 1 12（ 8）型 8 辊式矫直机：它有较广的适用范围，可以用于管材张力减径生产线、焊管生产线、挤压生产线、电镀生产线及有色金属管的轧制生产线。 5、 313 型斜辊矫直机：这种矫直机只能用于大直径圆材的矫直。 1 2 3 斜辊矫直机的典型辊系 1、 1-1（ 5）辊系 如图 1.2（ a）所示，上下辊一一交错，此辊系常驻由个辊子组成，上三下二，上辊短，下辊长。入口侧长辊处可使圆材得到较大的
7、均匀的塑性弯曲，到出口侧长辊处则按较小的塑性弯曲进行压弯在反复后达到矫直的目的。 2、 212 辊系 如图 1.2（ b）所示， 5 辊式管材矫直机的专用辊系，它把原来辊系中两端短辊移到长辊上方，形成两对压紧辊。 3、 2 辊系 如图 1.2（ c）所示，它的矫直功能来自辊形的凸凹变化，它是以矫直短圆材的独特性而受到重视，又以能矫直圆材两端和能压光圆材表面而得到不断发展。 4、 12121 辊系 如图 1.2（ d）所示，可以把它看成是图 1.2（ a）和图 1.2（ b）两鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 4 页 种辊系的综合。圆材在压紧辊间的塑性变形区得到延长，压扁矫直和圆整能力得到
8、增强，矫直速度有所提高，对管棒材矫直都可适用。 5、 222 或 2-2（ 6）辊系 如图 1.2（ e）所示，个辊子全部为驱动辊，这种辊系的两端辊主要起压扁矫直和圆整作用，并有利于工件的咬入，中间辊可以保证较长的塑性弯曲区，使已经压扁矫直部分尚存的弯曲得到矫直。 6、 2221 或 2-21（ 7）辊系 如图 1.2（ f）所示，此辊系是在 222 辊系后面增加一辊，新增加一个辊子起的作用很大，它可以增大第 3 对辊处塑性弯曲区的长度，并在压下量合适的条件下易于达到工作弹复变直的要求。而且这种改进的辊系对于矫直管材也有提高质量的作用。 7、 21-1（ 9）辊系 如图 1.2（ g）所示，这
9、种矫直辊系入口端的一对压紧辊可以保证工件 快速咬入和对管材的压扁矫直作用， 3 个长辊处可以实现段递减的等曲率性变性区，有助于提高矫直速度。 8、 313 辊系 如图 1.2（ h）所示，此辊系比较特殊，前后各用个斜辊按相隔 120环抱管材，既可以按三角压扁方式起到矫直和圆整作用，又可以利用中间辊进行三段的连续压弯，可用较小的压弯改善压扁矫直效果，使大直径薄壁管找到了较好的矫直途径。 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 5 页 图 1.2 斜辊矫直机的典型辊系 1 3 斜辊矫直的工作原理 斜辊矫直机一般采用旋转反弯矫直原理，旋转反弯矫直主要用于圆材矫直，旋转矫直中最常见的方法是多斜辊矫直法
10、，是在斜辊矫直机上进行的。由于圆材的原始弯曲是多方位的。因此，在矫直时要使圆材绕轴线旋转，并在旋转的同时能使其反弯程度由小到大，再由大到小连续变化，才能使任何方位的原始弯曲都能得到可靠的反弯矫直。斜辊矫直机的作用是强迫圆材在反弯状态下旋转前进 ，达到矫直的目的。如图 1.4 所示： 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 6 页 1 K-x 曲线 2 M-x 曲线 图 1.4 旋转反弯矫直过程中弯矩与塑性区分布 圆材在斜辊间反弯前进，走过每一个螺旋导程时反弯量的减少梯度和圆材塑性变形层的深度及均匀度是矫直质量的决定因素。因此，圆材在塑性区内旋转次数或称高频弯曲次数越多，各处纵向纤维的变形量差别
11、越小，结果各处的残余曲率差也越小，从而使圆材变直。相对而言，如果使弯曲延长，在旋转导程不变的条件下，也等于增加高频弯曲次数，同样可提高矫直质量 。 1 4 219 矫正机简介 本次毕业设计的 219 矫正机采用八柱预紧式封闭机架和 2-2-2-1 复合辊系统。 下面简述工作过程和结构特点。 矫直机组具有手动控制和半自动控制两种工作方法。手动控制用于安装调试，换辊，检修作业；半自动控制用于正常矫直生产作业。其机组工作过程简述如下： 上料台架上排布好待矫直的钢管后，拔料器动作将一支待矫直钢管送入输送辊道。布轩在输送辊道的光电检测装置检测到钢管后，入口辊道升起，输送钢管前进；当布轩在入口辊道出口端的
12、光电检测装置检测到钢管后，入口导板动作，使钢管对中顺利进入矫直机；当 钢管头部被咬入第一对矫直辊后，入口导板打开，入口辊道下降，钢管在桥直机城经反复旋转弯曲变形后被矫直。当钢管尾部离开第七号辊（导辊）后，出口辊道升起，将矫直后的钢管输送到下一工序，即完成一根钢管的矫直。当钢管离开第三对辊子后，主传动系统发出信号指令输入辊道抬起迎接下一根待矫钢管。 2、结构特点： (1)、采用了八柱预紧式封闭机架和 2-2-2-1 复合辊系统，提高机架刚度和矫直度。 (2)、上辊座升降采用二柱导向，导向精度较高，安装调整方便。 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 7 页 (3)、上辊采用液压平衡和锁紧，消除
13、了螺旋副的间隙和其他安装间隙， (4)、提高了机架的刚度，消除了咬入时的冲击。 (5)、下辊采用液压缸锁紧，工作可靠。 (6)、下辊升降电气传动安装在机座侧面，以便于检修和调整。 (7)、转角调整采用电机螺旋升降器机构 (8)、矫直辊轴承座与转盘做成一体式 (9)、换辊工具采用杠杆平衡砣结构形式。 (10)、润滑（稀油和干油）按钮安装在主操作台上，以方便操作。 2 矫直机总体方案的确定 2 1 矫直方案及传动方案的确定 2 1 1 矫直方案 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 8 页 方案一： 采用 2-2-2-1 型 7 辊式矫直机，此矫直机是使用数量 最多的矫直机之一。这种矫直机既可矫
14、直管材也可以矫直棒材，具有稳定性高，矫直表面质量好，操作方便等优点。 方案二： 采用 2-1-2 型 5 辊式矫正机，这种矫直机的优点是适用范围宽，表面质量好，可以一机多用。缺点为上辊稳定性低，传动系统复杂，制造成本高。 方案三： 采用 1-2-1-2-1 型 7 辊式矫正机，这种矫直机主要用于矫直高强度管材及厚壁管材， 可以保持工作的良好的表面质量，并且可以提高矫直速度。所以它有较广的适用范围，可以用于管材张力减径生产线、焊管生产线等。但制造成本高。 综上分析，采用方案一。 2 1 2 传动方案 斜辊矫直机的传动方式有齿轮和万向接轴传动两种。 方案一：齿轮传动如图 2.1 所示 1-长辊 2
15、-拉杆 3-右立板 4-集油盘 5-端板 6-传动轮 8-短辊 9-左立板 10-压下手轮 图 2.1 卧式矫直机齿轮传动 此图为齿轮传动的卧式斜辊矫直机，它是由两个分配轴及圆锥齿轮直接传动矫直辊的。这种传动比较紧凑，调节辊子斜角的范围可以很大，但辊子轴头齿轮受辊径限制不能太大，其强度也受限制。此外，齿轮系统包含在辊座转盘之内，润滑及密封也不太 方鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 9 页 便。 方案二：万向接轴传动（如图 2.2 所示） 图 2.2 立式斜辊矫直机结构图 万向接轴的一端与辊子轴头相联，电动机与减速分配齿轮箱的出轴相联，电动机与减速分配齿轮箱用联轴器联接。这种传动方式使润滑
16、、维修及换辊等工作得到改善。此图为立式机架的斜辊矫直机。这种矫直机采用万向接轴传动比较普遍，其优越性更大。电动机及减速分配齿轮箱可单独装在地基上，与机器本体分离较远，使结构明显简化。具有调节方便，工作线高度不变，机器本体与传动系统的震动互不干扰等优点。由于其上下辊都可传动 ，因此，咬入条件及表面质量有改善。这种矫直机传动方式的不足之处是占地面积和机架高度大。 2 2 上横梁的压下装置 2 2 1 上横梁工作原理描述 为适应不同规格钢管能在矫直机中顺利的实现矫直，上横梁装配必须实现以下功能： 1、 应不同规格的待矫直钢管，上、下工作辊系中的辊距要求可调，同时必须能够承受上工作辊系传递给上横梁的反
17、力； 2、 矫直机要能稳定、精确矫直，必须在工作过程中上工作辊系不能上、下窜动；保鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 10 页 证矫直辊辊面与钢管能够良好的接触，矫直辊必须圆周方向能够调整； 3、 矫直机要达到高精度，上、下工作辊必须锁紧，在 工作过程中不能转动； 2 2 2 压下调整方案的确定 为了满足上述工作原理要求，下面分别对上述四点要求分别阐述： 1、矫直机要适应不同规格的待矫直钢管，上、下工作辊系中的辊距要求可调。这一要求，我们采取三种方案加以分析和比较。 上工作辊系上下调整有很多种方案可以实现： 方案一：通过液压缸推、拉动上横梁来实现上工作辊系移动。 优点：结构简单，制造成本低廉，控制简单。 缺点：液体具有可压缩性和液压传动准确性随油温变化较为明显等原因，所以上工作辊系调整好后很难保证准确位置不变，这样矫直机的工作精度很难保证。 方案二 ：采用减速电机带动齿轮齿条： 优点：可以通过机械制动实现上横梁准确定位并锁紧，工作较为可靠。 缺点：传动机构相当笨拙、复杂，制造成本高，可靠性一般。 方案三：采用减速电机带动螺旋副来实现上横梁升降：如图 1.5 所示
