1、吕扁管矫直切断结构设计摘 要矫直技术多用于金属条才的加工的后部工序，在很大程度上决定着生产产成品的质量水平。矫直技术同其他金属加工技术一样在20 世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论比取得了较大的进步。 关键词吕扁管；矫直；切断 中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0104-02 1 矫直切断机特点 矫直切断机结构草图见下图 3-1。具体结构图见 A0 图 采用先进的矫直方式，不同于传统的压力矫直机，该矫直机矫直速度和精度都比较高，实际生产中免维护。铝扁管矫直后残余硬力小，解决了常规矫直切断机铝扁管矫直后屈服点测不出的现象、机械性能、散热性
2、能下降等问题。 1、矫直速度快低速为 60m/mm、高速为 80m/mm，由于采用了三级压线轮牵引，保证了设备在高速运转时铝扁管不会打滑。铝扁管切断采用液压随动剪切，保证了矫直过程的连续性，前后矫直用槽轮机构，使铝扁管矫直后前后面成为弧形面，这样既节省材料有减少了倒角量。 2、液压随动剪切采用 PLC 控制，剪切时间可调整以适应不同的定尺长度、线径和材质对切断的要求。此外切断部分还装有电子计数装置以满足实际生产对计量的要求。 3、采用机械电气联锁，可满足设备运行过程中安全生产的要求。该设备主要采用液压驱动该设备液压原理图如下图： 下面对原理图进行分析：根据设计要求使液压系统性能要求是速度平稳，
3、进给速度稳定，功率合理系统效率高，发热少。 矫直设备的液压系统的工作原理： （1）夹紧： 按下启动按钮，电磁铁均不通电，行程阀不动作，其油路为： 进油路：滤油器 2泵 3单向阀 6减压阀 7换向阀 12夹紧缸上腔 回油路：夹紧缸下腔换向阀 12节流阀 11油箱 1 （2）推动： 电磁铁 1YA 通电，其他均不通电，行程阀不动作，其油路为： 进油路：滤油器 2泵 3换向阀 8推动缸左腔 回油路：推动港右腔调速阀 10换向阀油箱 1 （3）剪切： 电磁铁都不通电，行程阀动作：其油路为： 进油路：滤油器 2泵 3单向阀 6减压阀 7换向阀 12行程阀13单向阀 14剪切缸左腔 回油路：剪切缸右腔换向
4、阀 12节流阀 11油箱 1 （4）松开： 电磁铁 3YA 通电，其他的均不通电，行程阀不动作，其油路为： 进油路：滤油器 2泵 3单向阀 6减压阀 7换向阀 12夹紧缸下腔 回油路：夹紧缸上腔换向阀 12节流阀 11油箱 1 （5）返回： 返回包括推动缸返回与剪切缸返回。电磁铁 2YA 通电，电磁铁 3YA通电。行程阀动作。其油路为： 推动缸进油路：滤油器 2泵 3换向阀 8单向阀 9推动缸右腔 推动缸回油路：推动缸左腔换向阀 8油箱 1 剪切缸进油路：滤油器 2泵 3单向阀 6减压阀 7换向阀 12剪切缸右腔 剪切缸回油路：剪切缸左腔顺序阀 14行程阀 13换向阀 12节流阀 11油箱 1
5、 现在设备正朝着高精度，高效率，数字化，柔性化的方向发展。虽然，一些设备的运动部分和控制部分基本已被电器传动所代替，但是在夹紧固定，平衡装置，运动传递等辅助动作使用液压控制还是不可缺少的，为了适应现代设备发展，对液压系统和元件提出要求如下： 为了减少温升，减少油箱尺寸，节能和保证夹紧力和平衡力的稳定，广泛地采用变量泵以降低噪声。 为了减少可换向冲击，影响精度，广泛采用比例电磁阀和无冲击电磁阀。 为了简化液压回路，可采用复合阀。 2 矫直方案 铝扁管的矫直方案要根据其本身的几何特性机械特性来确定，由于铝扁管上下面互相平行，前后面是弧形面，故在选择矫直辊时，上下矫直辊应为互相平行的圆柱形辊子。前后
6、矫直辊应为表面带有沟槽的矫直辊。因为铝扁管在矫直过程中除由于高向压缩产生纵向延伸外，在宽度方向的变形使铝扁管边部出现宽展。当轧件的宽度比 B/H 小于六的热轧条件时必须考虑宽展，冷轧时的宽展量一般不超过 1%，可忽略不计。铝扁管变形区前后有不变形的外区影响，宽展主要在入辊面与中性面之间（即后滑区产生） ，在中性面与出辊面之间有少量增加。从铝扁管长度方向看，铝扁管前后端由于没有外区的影响，金属易延伸，宽展也较大，当热轧时辊身中部磨埙严重或中部温度低、两边辊径温度太高时，铝扁管宽向中部延伸慢，铝扁管端部出现鱼尾。与此相反，当铝扁管中部延伸比两边快时，端部常出现“舌头” 。在轧制软的有色金属时容易出
7、现这类纵向、横向变形不均匀的现象，致使切除前后端的金属埙失增加。为了避免上述现象的产生我们选择了冷轧并且在冷轧机边设有立辊，使铝扁管两边部受到压缩并增加局部延伸，可以减少宽展。立辊结构如图 3 铝扁管的表面有四条纵肋和数条相隔一定距离的横肋，四列纵肋对称布置，且横肋平行分布。在生产实际中采用负公差轧制工艺，使得纵肋大于横肋高度。铝扁管的弯曲既有规律性又有随机性，规律性是铝扁管不会在纵肋所在的平面内发生弯曲；随机性是铝扁管的弯曲部位不确定的，且在高速轧制过程中，由于铝扁管受到拉伸作用使得铝扁管的弯曲方向不能确定，针对上述特点采用如图两种矫直方案 通过对比发现方案 1 与方案 2 的不同之处在于方
8、案 1 上下矫直辊的轴线在同一垂直面内而方案 2 的轴线确不在。方案 1 在矫直过程中弯曲次数少，弯曲程度小。方案 2 与此相反，因为铝扁管塑性好易变形，弯曲次数多，程度大会使铝扁管内部散热格发生变形，表面的直线度降低。经分析方案 1 较合理。 铝扁管由夹紧装置拉伸作用，先进入前后矫直辊，而后进入上下矫直装置，进行预矫直处理，之后又经过两次上下矫直和两次前后矫直，使铝扁管达到最终的矫直效果，最后铝扁管进入剪切装置和承料架。完成整个矫直过程。在上下矫直装置中，采用一侧矫直辊单独可调的辊式矫直方式，因矫直辊的轴线与铝扁管的对称中心线互相垂直，故辊子在铝扁管表面上作纯滚动。前后矫直部分采用槽形矫直辊
9、，它是根据铝扁管的外形设计的。此矫直辊前后对应，共有三对，它在机构中不仅起矫直作用还起导向作用。 3 矫直切断机结构参数选择 3.1 辊距的选择 平行辊矫直切断机发展历史较长，辊系结构形式很多，且主要与用途有关；其次也与矫直质量要求有关。这里首先介绍几种过去的典型辊系，示于 4-3 辊系上辊组平行升降的辊系，主要用于热矫厚板、粗矫板材和在展卷机后平整带材等工作。辊系 b 比 a 有所改进。两端辊单独调整，有利于中间个辊加大压下，也有利于两端辊的咬入及提高矫直质量，主要用于热矫板材。他用于冷矫时相当于五辊矫直机，但中间各辊等于增加反复弯曲次数，提高了统一残留弯曲的能力，使最后一辊的矫直效果更稳定
10、。辊系 c 是一种灵活性较大的多用途辊系，上辊可以调成平行升降，单向倾斜和双向倾斜等形式。第一个用途如图中 a 第二个用途如图中 b 第三个用途为可以进行反复及双向咬入的矫直。辊系 d 按线性递减压下的板材矫直辊系，辊系 e 是型材矫直的常用辊系。 除这些典型的辊系在生产实践中还会遇到更多不同形式的辊系，尤其近代新研制和新设计的辊系值得作介绍。 缩短空矫区和消除断轴事故的努力一直在进行着。通过仔细分析，矫直机除两端辊外各辊受力都较大，尤其两端第三辊之间的各辊受力都较大而且相近。如果考虑误操作的可能性，可以认为当两端第一辊受力为 F 时，两端第二辊受力为 3F，其余中间各辊受力为 4F。这样的受
11、力分布为缩短空矫区提供了条件，即缩小两端辊间距的办法使工件头尾经历正负两次短距离的反弯，可使空矫区成倍缩短。JY9-80 型矫直机，其空矫区为 150mm，比同样能力的 9x720mm 矫直机的空矫区 360mm 缩小将近一半，对矫直质量的提高及补矫工作的减轻都十分明显。现在从理论上探讨可知，工件在生产及运输当中受外力作用产生头部弯曲的可能性与端头长度的平方成正比。即从材料力学中棒端顶弯力为 F=3.14EI/L，可知，棒端长度越增大，顶弯力迅速减小，即越容易变弯。也就是说在工件两端 360mm 处的弯曲要比 150mm 处的 3.24 倍。或者说 360mm 处的弯曲要比150mm 处的大的
12、多。所以把 150-360mm 区间内的弯曲矫直，会对矫直质量的提高做出很大贡献。有铝扁管的特性结合上述分析矫直铝扁管不能用异辊距矫直机应采用定辊距矫直机，矫直辊之间的距离为 t=150mm。 3.2 辊径的选择 铝扁管辊式矫直机的结构参数包括辊径 D、辊距 t、辊数 n，运动参数主要是矫直速度 v，其中最主要的参数是 D、t，它们对板材的矫直质量有重要的影响。T 已经确定下面来确定 D 值 矫直的基本条件是要使铝扁管产生弹塑性弯曲变形。对铝扁管矫直机，前面几个矫直辊的反弯曲率必须满足下列条件：= 式中弹塑性弯曲的最小弹复曲率 J材料的屈服极限 与板材的材质、截面尺寸密切相关。而 又取决于辊径
13、 D 和 t 之间是有一定的比例关系的。 一般板材的 越大，板厚 h 越薄，板材原始变形越大，都应选择较小的 D 和 t。通常一台矫直机上要矫直一定厚度范围内的板材，当按最薄板材厚度选择 D 和后，应按被矫直的最大厚度的板材对矫直辊进行强度校核。 当被矫直的板材的厚度为 38mm（用户提出要求时）根据有关标准初选 D=88 3.3 辊缝的选择 辊缝是两个矫直辊辊面间的间隙。选择合理的辊缝可以消除因矫直辊互相接触而产生的矫直辊磨损和附加能量的消耗。辊缝使矫直辊的轧槽深度减小，从而提高了矫直辊的强度和刚度。 辊缝的大小取决于矫直机的结构，辊缝值的选择如表 5-1 3.4 刀具的工艺参数 通过斜刃剪
14、与圆盘剪的对比可以得出，斜刃剪用于热轧后的剪切，剪切较厚的板带材，剪刃间隙较大，无重叠系数，切口断面不齐，易出现毛刺，卷边等缺陷。而圆盘剪正好弥补了这些缺点，圆盘剪使用的是两对刀盘固定在单独的心轴上，剪切时圆盘刀以等于铝扁管的运动速度做圆周运动，形成了一对无端点剪刀。正因为圆盘剪具有上述优点，所以必须对圆盘剪作出一下要求：剪切时刀片受到挤压、弯曲和磨损，因此刀片必 须有足够的强度和韧性，并保证高的强度。刀片的硬度应大于 55HRC刀刃被磨钝时，刀片的的厚度及外圆均应重磨。刀片设计时，应尽量利用所有的四个刃口，为了提高刀片的耐磨性，可以在刃口上堆焊坚硬的合金刚。常用的剪刃材料有 9CG、5CrW
15、ZSi、55GrNiW 等。圆盘剪的刀盘形状如图 5-2 3.5 矫直辊轴承的确定 矫直辊轴用来支撑转动的矫直辊，保持矫直轴在机架中的正确位置，并承受有矫直辊传来的轧制力。其主要特点如下： 1 承受很高的单位压力，由于矫直辊轴承的外围尺寸受到箱体窗口和矫直轴轴径尺寸的限制，而较短的矫直轴又必须采用很大的许用弯曲应力，所以矫直辊轴承的单位压力很高为普通轴承允许单位压力 25 倍 2 矫直辊轴承要进行人工冷却，矫直辊轴承由于有很高的弯曲应力而产生很大的热量，因此在工作要进行冷却。根据轴承的结构或在矫直轴轴径上浇水，或用强力循环油达到冷却。 3 工作条件恶劣，除了高负荷外，矫直辊轴承既要承受高温，同
16、时又必须用水冷却，因此温度不稳定。而且污水、氧化铁皮和尘土容易落入，润滑也较困难。矫直辊轴承的工作温度高达 300甚至更高。 根据上述轴承的工作特点，矫直辊应具有足够的强度和刚度，摩擦系数小，耐冲击，能吸硬质颗粒等；在结构上其径向尺寸尽可能小，以便采用较大的矫直辊直径；要有良好的润滑和冷却条件；要便于换辊。 可见正确地选择轴承的型号及轴瓦材料对保证轴承正常工作，提高产品的尺寸精度延长轴承寿命，提高矫直机的作业率，减少能量损耗具有重要意义。 通过几种型号的对比，角接触球轴承具备上述特点。 3.6 其它参数的选择 滚数 n 增加可增加反弯曲次数，提高矫正质量，但也会增加铝扁管的加工硬化和矫直功率的
17、消耗，故其选择原则是在保证矫正质量的前提下，尽量减少 n 根据文献10选择 n=12 辊身长度 L 与铝扁管的最大宽度有关，通常被矫板材宽度 20mm，再加适当的余量我们选 L=30mm 矫直速度 v 主要与生产率有关，与铝扁管的厚度、温度（热态或冷态）有关，我们根据文献10选择矫直速度 v=0.3/s 结论 通过对铝扁管矫直切断结构的设计，使我们进一步了解了矫直机器工作原理及其结构，该设备的出现大大的提高了铝扁管的生产效率和矫直精度，降低了成本，减轻了劳动强度，改变了以往传统的生产方式，为铝扁管的高效率生产开创了先河。现在有很多企业采用这种设备。 参考文献 1 崔甫.矫直原理与矫直机械.冶金工业出版社，1991. 2 姜佩东.液压气动技术.高等教育出版社，2001. 3 李文刚.新型高精度管材矫直机.冶金工业出版社，1999， （5）：16-19. 4 刘玉文，赖兴涛.管材矫直辊辊型设计方法.北京工业出版社，2001（4）：35-37. 作者简介 王冬洪（1985） ，汉，河南周口，本科？，研究领域：隧道设备研发。
