畢業(yè)設(shè)計（論文）-六輥管材矯直機(jī)設(shè)計

六輥管材矯直機(jī)設(shè)計摘要管棒材矯直機(jī)是用于消除圓截面軋材的彎曲變形、橢圓變形以及其他類型的復(fù)雜變形的機(jī)器，目前使用的矯直機(jī)主要有二輥、五輥、六輥、和七輥矯直機(jī)等。本設(shè)計的主要內(nèi)容包括介紹了無縫鋼管的開展?fàn)顩r、無縫鋼管的生產(chǎn)流程、管棒材矯直機(jī)的概述、管棒材矯直機(jī)矯直理論技術(shù)的開展、矯直原理以及矯直工藝等理論，確定了矯直機(jī)的總體方案。在力能計算局部完成了管材彎矩、管材變形能、管材接觸線長度、矯直力、矯直機(jī)驅(qū)動功率等計算，此外萬向接軸及矯直輥傳動軸等主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，并對角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的傳動裝置進(jìn)行了分析，對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。關(guān)鍵詞：矯直機(jī)、矯直輥、強(qiáng)度校核ThedesignofsixrollerpipestraighteningmachineAbstractThefunctionoftube-barsstraighteningmachineisreaducingbendingdeform,ovalingdeformandothercomplexdeformoftubebars.Atpresent,thereare2、5、6and7-rollsstraighteningmachineThemaincontentsofthismanualintroducedthedevelopmentofseamlesssteelpipe,theproductionprocessofseamlesssteelpipe,straighteningmachinetubedevelopment,StraighteningprincipleandStraighteningprocesstheories,todeterminetheoverallprogramofstraighteningmachine.Incalculationofforceandenergyparameters,ithascalculatedthemomentofpipe,thedeformationenergyofpipe,thelengthofcontactlineofpipe,straighteningforceandthedrivepowerofstraighteningmachine.Inaddition,checktheinstensityofuniversalcouplingofstraighteningrollandsoon,andThemaincomponentsofStraighteningrollerandShaftarechecked.Atthesametime,itanalysisesanddesignsthedrivingdeviceofangnlaradiustablemechanism.Keywords:straighteningmachine;straighteningroll；StrengthCheck目錄TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 I第一章緒論 1我國無縫鋼管行業(yè)的開展?fàn)顩r 1無縫管的生產(chǎn)工藝流程 3矯直機(jī)概述 6矯直理論技術(shù)的研究方向 8彎曲矯直理論 11矯直彎曲時的變形過程 13矯直過程中的曲率變化 14第二章六輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)分析及矯直原理 16矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)配置 16六輥管材矯直機(jī)矯直原理 16壓扁矯直 16彎曲矯直 17第三章力能參數(shù)計算 18技術(shù)參數(shù)確實定 183.2管材彎矩確實定 18確定彈性區(qū)半徑 18管材彎矩確實定 19管材變形能確實定 20管材的彈塑性彎曲變形能 20管材彈塑性旋轉(zhuǎn)彎曲變形能 22管材接觸線長度確實定 23力能參數(shù)的計算 23矯直力的計算 23驅(qū)動功率的計算 25第四章矯直輥的設(shè)計 28矯直輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計 28輥數(shù)確實定 28輥徑確實定 28輥長確實定 28輥距確實定 29矯直機(jī)中主要部件的強(qiáng)度校核 29電動機(jī)的選擇 29矯直輥的強(qiáng)度校核 30第五章矯直機(jī)主要零部件的選擇與校核 33傳動軸的校核 33萬向接軸的校核 33萬向接軸十字軸的校核 33萬向接軸叉頭強(qiáng)度校核 35軸承的選擇與校核 36鍵的校核 37主傳動局部電機(jī)軸上鍵的校核 37矯直輥軸伸出鍵的校核 38第六章角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計及計算 39電機(jī)容量的選擇 39蝸桿傳動設(shè)計計算 40耐磨性計算 41自鎖性的校核 43螺桿強(qiáng)度計算 43螺紋牙的強(qiáng)度計算 44結(jié)束語 46參考文獻(xiàn) 47第一章概述隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速開展，通信、電子、軍工、航天等高科技領(lǐng)域?qū)Ω呔裙懿牡囊笤絹碓絿?yán)格，現(xiàn)行GB3639-1983?冷拔或冷軋精密無縫鋼管?和GB8713-1988?液壓和氣動缸筒用精密內(nèi)徑無縫鋼管?遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足客戶的要求，更嚴(yán)格的指標(biāo)只能表達(dá)在供貨合同之中。面對高精度管材的需求日益增多，開展制造各種規(guī)格的高精度矯直機(jī)是非常必要的。但目前，我國高精度管材占需求總量的比例還較小，而且高精度管材矯直機(jī)的價格是同規(guī)格矯直機(jī)價格的2至2.5倍〔僅指國內(nèi)大于10輥的矯直機(jī)〕。根據(jù)這一現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為，如果矯直機(jī)的使用頻率較高，可使用輥數(shù)較多的高精度管材矯直機(jī)；如使用頻率不太高，那么可采用二次矯直工藝〔即采用普通矯直機(jī)進(jìn)行兩次矯直，同樣可到達(dá)很高的精度〕，用低本錢換取高效益。矯直機(jī)是焊管生產(chǎn)線中的重要輔助設(shè)備,管材在焊接及飛剪后存在著比擬明顯的彎曲,以至影響在精整工序中的流動,管材經(jīng)過矯直機(jī),鋼管通過互相交差傾斜的輥子,一面旋轉(zhuǎn)一面前進(jìn),承受均勻的徑向力和連續(xù)的縱向彎曲,使沿整根管子的長度和圓周方向發(fā)生連續(xù)的縱向和徑向彈性變形和塑性變形,從而到達(dá)矯直和減小橢圓的目的,并對鋼管外表起到光潔和強(qiáng)化作用.鋼管是一種重要的經(jīng)濟(jì)鋼材，世界各國都十分重視鋼管生產(chǎn)的開展，近年來，我國對鋼管需求的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了粗鋼的增長速度，但我國目前生產(chǎn)數(shù)量仍比擬少，鋼管產(chǎn)量僅占鋼材產(chǎn)量的2.5～3％，同時品種和質(zhì)量也不能滿足國民經(jīng)濟(jì)開展的需求。因此，通過技術(shù)改造和改善管理來發(fā)揮無縫鋼管機(jī)組的作用有重要意義。我國無縫鋼管行業(yè)近幾年出現(xiàn)了有史以來最快的開展，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整成效顯著，鋼管自給率逐年提高。鋼管產(chǎn)量到達(dá)2123萬噸，占全球鋼管產(chǎn)量的25％以上。技術(shù)改造和投資創(chuàng)歷史新高，技術(shù)裝備大為改善，出現(xiàn)了兩個百萬噸級的無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)，跨入全球大鋼管集團(tuán)的行列。如同中國鋼鐵工業(yè)的開展一樣，盡管近幾年鋼管行業(yè)取得了令人矚目的成就，從產(chǎn)量上已占全球1/4以上，但從技術(shù)裝備、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品檔次、企業(yè)的經(jīng)營規(guī)模和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等與國際先進(jìn)水平仍有一定的差距。通過分析無縫鋼管行業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的開展趨勢和格局，以及我國無縫鋼管行業(yè)所取得的成績和存在的問題，使我們認(rèn)識到：國內(nèi)市場具有一定優(yōu)勢和開展空間，國際市場空間越來越大，主要靠競爭來提高市場占有率。為進(jìn)一步提高競爭力，必須抓住目前的大好時機(jī)，盡快縮小產(chǎn)品在品種、質(zhì)量和本錢上與國際先進(jìn)水平的差距，盡快使生產(chǎn)裝備和工藝技術(shù)到達(dá)國際先進(jìn)水平，使我國成為真正的世界鋼管生產(chǎn)強(qiáng)國。無縫鋼管是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要原材料之一，是一種經(jīng)濟(jì)型鋼材品種，被廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、煤炭、機(jī)械、軍工、航空航天等行業(yè)。世界各國，特別是工業(yè)興旺國家都十分重視無縫鋼管的生產(chǎn)和貿(mào)易。中國經(jīng)濟(jì)增長帶動了無縫鋼管行業(yè)的開展，從國際經(jīng)驗來看：快速增長并不是各個產(chǎn)業(yè)均衡增長的產(chǎn)物，而是由幾個更快增長的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)帶動。不同時期主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)不同，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)換和推動經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速增長。從國內(nèi)經(jīng)驗來看：近幾年來，一批新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)浮出水面，帶頭的是住宅、汽車、電子通訊和城市根底設(shè)施建設(shè)，這些是具有一定的最終產(chǎn)品性質(zhì)的先導(dǎo)行業(yè)。這些先導(dǎo)行業(yè)拉到了一批中間投資品性質(zhì)的產(chǎn)業(yè)，主要是鋼鐵、有色金屬、建材、機(jī)械、化工等材料和裝備行業(yè)。以上兩個方面又拉到了電力、煤炭、石油等能源行業(yè)和港口、鐵路、公路等運輸行業(yè)的增長。正是以上各行業(yè)的快速增長帶動了整個無縫鋼管市場的需求，促進(jìn)了無縫鋼管行業(yè)的快速開展。國內(nèi)外無縫鋼管市場，目前均處于消費增長期，國內(nèi)無縫鋼管消費量將保持較快的增長速度，為我國無縫鋼管的開展提供了有利時機(jī)。隨著能源、交通、石化用管需求量不減，高性能品種增長迅速。能源、交通、石油化工等設(shè)施的建設(shè)和維修所需無縫鋼管仍在鋼材市場需求中占有相當(dāng)重要的地位。近幾年對高性能、新品種的需求量增長較快，例如高性能油井管、大口徑電站鍋爐用管、耐腐蝕、耐低溫的石化用管以及不銹鋼管等。另外，輸送石油、天然氣、成品油、煤漿、礦漿等流體的管線管，尤其是高強(qiáng)度管線用管的需求量將大幅上升。由于國內(nèi)的生活水平不斷提高，人們對住房、汽車、家電的需求也不斷增大，從而促進(jìn)建筑業(yè)、設(shè)備制造等行業(yè)的高速開展。同時，對無縫鋼管的需求增加、品種及質(zhì)量要求的提高，無縫鋼管品種向高技術(shù)含量方向不斷有新的開展。無縫鋼管生產(chǎn)已有一百多年的歷史，隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，特別是近幾十年液壓和自控技術(shù)的應(yīng)用，使各種軋管方法日趨完善，產(chǎn)品精度和品質(zhì)越來越高。不管用哪種方法生產(chǎn)無縫管，大體上都包括以下根本工藝環(huán)節(jié)：管坯準(zhǔn)備→加熱→穿孔→鋼管延伸→再加熱→定減徑→冷卻→鋼管精整無縫鋼管工藝流程圖如下圖：圖1.1無縫鋼管工藝流程圖1.管坯準(zhǔn)備：無縫管生產(chǎn)用坯料多采用連鑄管坯或軋制坯。管坯質(zhì)量由管坯生產(chǎn)廠工藝來保證。來自管坯生產(chǎn)廠的長坯料，需在管子廠分截成成品管所對應(yīng)的長度，管坯截斷常采用剪斷，折斷，鋸斷和火焰切斷四種方式，其中以鋸切最好，已被廣泛采用。2.加熱：管坯加熱的目的是降低金屬的變形抗力和改善剛的塑性。管坯加熱在環(huán)形加熱爐內(nèi)以一定的速度經(jīng)過低溫預(yù)熱，高溫加熱和均勻加熱三個階段后到達(dá)金屬接受變形時所需要的最正確溫度。3.穿孔：穿孔的工藝任務(wù)是將實心管坯料穿軋成壁厚均勻，無缺陷的空心毛管，作為后工序繼續(xù)加工的毛坯，是無縫管生產(chǎn)的關(guān)鍵工序。4.連軋機(jī)、脫管機(jī)：該局部的工藝目的是將毛管壁厚進(jìn)一步軋薄到滿足機(jī)組工藝所需要的壁厚。5.再加熱爐：由于軋管延伸后的荒管已有較大的不均勻降溫，需進(jìn)行再加熱爐進(jìn)行第二次均勻加熱，加熱到定減徑和再線處理所需要的溫度。再加熱一般采用步進(jìn)爐，也有采用感應(yīng)爐。6.定減徑：定徑或減徑是熱軋鋼管成型的最后一道工序環(huán)節(jié)。它的目的是最終確定鋼管的外徑和壁厚。定徑是在多機(jī)架定徑機(jī)和減徑機(jī)中通過變徑變形進(jìn)行的。為了克服荒管在減壁過程中的增壁效應(yīng)，現(xiàn)代定減徑機(jī)均帶有張力?，F(xiàn)代化機(jī)組都采用三輥式。7.冷床、管排鋸：定徑后的鋼管在專門的冷床上冷卻到常溫?，F(xiàn)代軋管機(jī)組上，定減后的鋼管往往是成品管長度的2～7倍尺，所以在冷床后設(shè)有排鋸將鋼管切成所需要的單倍尺長度。8.精整：定徑冷卻后的鋼管根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求分別進(jìn)行矯直，切頭，熱處理，無損探傷，管端加工，噴標(biāo)志，測長稱重，包裝等不同的工藝組合，然后入成品庫存放。這一系列工序統(tǒng)稱為精整工藝。Φ180機(jī)組生產(chǎn)在管坯、熱軋和精整三個區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。管坯區(qū)：管坯由煉鋼廠連鑄車間供給，來料長度為4m～8m，其直徑為Φ180mm。成捆管坯經(jīng)稱重后進(jìn)入管坯區(qū)存放在倉庫料架內(nèi)，經(jīng)測長、稱重后送往兩組冷鋸線上進(jìn)行切割，切成1.5m～4.5m的定尺坯，然后送往環(huán)形爐上料臺架存放。進(jìn)入加熱區(qū)的管坯在入爐輥道上逐支稱重后用裝料機(jī)裝放環(huán)形爐中加熱。坯料均勻加熱到所需溫度后用出料機(jī)取出放在臺架上，經(jīng)過鏈?zhǔn)揭扑蜋C(jī)快速送到菌式穿孔機(jī)前臺。熱軋區(qū)：在菌式穿孔機(jī)前臺，液壓推料機(jī)將管坯送入菌式穿孔機(jī)內(nèi)將管坯穿孔成空心毛管，再由鏈?zhǔn)揭扑蜋C(jī)將毛管快速移送到MPM軋機(jī)前穿入芯棒。將穿有芯棒的毛管送到連軋機(jī)軋制線上依靠芯棒限動機(jī)構(gòu)直接穿棒，穿棒后的毛管經(jīng)前臺高壓水除鱗裝置除鱗，由芯棒限動機(jī)構(gòu)送入五機(jī)架連軋管機(jī)軋成荒管。軋制完的荒管進(jìn)入脫管機(jī)中將荒管從芯棒上脫下。芯棒通過芯棒限動機(jī)構(gòu)快速返回原始位置，側(cè)向翻出，經(jīng)返回輥道上的冷卻噴嘴噴水進(jìn)行冷卻。再經(jīng)過再加熱爐加熱〔也可略去該工序〕。進(jìn)入張力減徑機(jī)中軋制的鋼管必須經(jīng)脫管機(jī)后的切頭切尾鋸切割后才能進(jìn)入機(jī)內(nèi)軋制。經(jīng)過定張減機(jī)后的鋼管逐根測徑、測厚、測長，由移鋼機(jī)輸送到冷床上冷卻到100℃以下。冷卻后的鋼管被送到冷鋸機(jī)切成定尺，進(jìn)入中間庫存放或直接送往精整線。精整區(qū)：定尺的鋼管經(jīng)過矯直機(jī)的六輥斜矯到精度要求，再進(jìn)行無損探傷，倒棱，熱處理等工序加工成成品，包裝，庫存。矯直機(jī)概述軋件在加熱、軋制、精整、運輸及各種加工過程中，由于外力作用，溫度變化及內(nèi)力消長等因素的影響，往往產(chǎn)生不同程度的彎曲、瓢曲、浪形、鐮歪曲等塑性變形或內(nèi)部剩余應(yīng)力。為了消除這些形狀缺陷和剩余應(yīng)力，獲得平直的軋件，軋件需要在矯直機(jī)上進(jìn)行矯直。產(chǎn)業(yè)革命后，機(jī)械生產(chǎn)代替手工生產(chǎn)，機(jī)械矯直成為主流。英國于1905年制造出輥式板材矯直機(jī)，20世紀(jì)初已經(jīng)有矯直圓材的二輥式矯直機(jī)。到1914年英國創(chuàng)造了“212〞型五輥矯直機(jī)〔阿布拉姆遜式Abramsen〕,解決了鋼管矯直問題，同時提高了棒材矯直速度。20世紀(jì)20年代，日本已能制造多斜輥式矯直機(jī)。20世紀(jì)30年代中期創(chuàng)造了“222〞型六輥矯直機(jī)，顯著提高了管材矯直質(zhì)量。20世紀(jì)60年代中期，美國Sutton公司研制成功了“313〞型七輥式矯直機(jī)〔KTC型矯直機(jī)〕解決了大直徑管材矯直問題。20世紀(jì)30—40年代國外技術(shù)興旺國家的型材及板材矯直機(jī)得到迅速開展。與此同時出現(xiàn)了拉伸矯直機(jī)。20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)的矯直機(jī)大量進(jìn)入我國，同時隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的開展，工業(yè)進(jìn)步速度加快，矯直機(jī)的品種、規(guī)格、結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)都得到了不斷的開展和完善。我國在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備的同時，研制成功了反彎輥型七斜輥矯直機(jī)、多斜輥薄壁管矯直機(jī)、三斜輥薄銅管矯直機(jī)、雙向反彎輥形二輥矯直機(jī)、復(fù)合輪轂式矯直機(jī)、平行輥異輥距矯直機(jī)及矯直液壓自動切料機(jī)等，在矯直高強(qiáng)度合金鋼方面也已獲得很好的矯直質(zhì)量。所謂矯直就是使軋件的彎曲部位承受相當(dāng)大反向彎曲或拉伸，是該部位產(chǎn)生一定的彈塑性變形，當(dāng)外力去除后，軋件經(jīng)過彈性回復(fù)，然后到達(dá)平直。因此，腳趾甲是軋制車間必不可少的重要設(shè)備，而且廣泛用于以軋材作坯料的各種車間，如汽車、船舶制造廠等。由于軋件品種規(guī)格的多樣化和對其形狀精度要求的不同，所需的矯直方式和矯直設(shè)備也各有不同。按用途和工作原理，矯直機(jī)可分為以下幾種根本形式。=1\*GB1⒈壓力矯直機(jī)壓力矯直機(jī)是將軋件的彎曲部位支撐在工作臺的兩個支點之間，用丫頭對準(zhǔn)最彎部位進(jìn)行反向壓彎。壓頭撤回后工件的彎曲部位變直。這種矯直機(jī)用來矯直大型鋼梁、鋼軌、型材、棒材和管材。=2\*GB1⒉平行輥矯直機(jī)平行輥矯直機(jī)是由上、下兩排相互交錯排列的矯直輥、機(jī)架和傳動裝置等部件所組成。這種矯直機(jī)克服了壓力矯直機(jī)斷續(xù)工作的缺點，從入口到出口交錯布置假設(shè)干個相互平行的矯直輥，被矯軋件通過上述排列的輥子，按遞減壓彎規(guī)律對軋件進(jìn)行屢次反復(fù)壓彎以到達(dá)矯直目的，能獲得很高的矯直質(zhì)量。廣泛應(yīng)用于板材和型材的矯直。這種矯直機(jī)生產(chǎn)率高且易于實現(xiàn)機(jī)械化，得到了廣泛應(yīng)用。=3\*GB1⒊斜輥矯直機(jī)斜輥矯直機(jī)采用具有類似雙曲線形狀的工作輥相互交叉排列，圓材在矯直是邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn)，從而獲得對軸線對稱的形狀。主要用于矯直棒料和管材。=4\*GB1⒋拉伸〔張力〕矯直機(jī)板帶材的縱向或橫向彎曲可以在一般輥式矯直機(jī)上有效的矯直，而其中間瓢曲或邊緣浪形需要采用拉伸矯直的方法，使金屬長短不齊的纖維受到塑性拉伸后到達(dá)矯直目的。主要用來矯直極薄帶材和復(fù)雜斷面異型材。=5\*GB1⒌拉彎矯直機(jī)當(dāng)帶材在小直徑的彎曲輥子上彎曲時，同時施加張力，使帶材產(chǎn)生彈塑性延伸，從而矯直。一般設(shè)在連續(xù)作業(yè)線上，用以矯直各種金屬帶材尤其是薄帶材。=6\*GB1⒍扭轉(zhuǎn)矯直機(jī)對發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的軋件，施加外扭矩使其反向扭轉(zhuǎn)而矯直。是用來消除軋件斷面相對軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形的一種矯直設(shè)備，主要用于矯直型材。除上述矯直機(jī)外，還有一種特殊用途矯直機(jī)，如與連鑄機(jī)組融為一體的拉坯矯直機(jī)等?？傊?，隨著矯直技術(shù)的開展，矯直設(shè)備也將不斷創(chuàng)新，出現(xiàn)更多新型的矯直機(jī)，以滿足生產(chǎn)的不同要求。隨著科學(xué)技術(shù)的開展進(jìn)步，新的矯直設(shè)備和矯直技術(shù)的研究越來越深入，但在一些領(lǐng)域還不能滿足需求。如矯直根本參數(shù)確實定還要依靠許多經(jīng)驗算法和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，如輥數(shù)、輥距、輥徑、壓彎量及矯直速度等；許多矯直技術(shù)現(xiàn)象如螺旋彎廢品、矯直縮尺、矯直噪聲、斜輥矯直特性、斜輥輥型特性、拉彎變形匹配特性等都缺乏相應(yīng)的理論闡述。這些都嚴(yán)重影響了矯直理論和技術(shù)的開展，同時它們也是關(guān)于矯直理論的研究重點。目前，國內(nèi)外有關(guān)矯直理論技術(shù)的研究方向主要集中在以下幾個方面=1\*GB1⒈數(shù)學(xué)模型的精度及矯直設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算精度。=2\*GB1⒉對矯直理論和技術(shù)的實驗方法的研究。=3\*GB1⒊新型設(shè)備的研制、開發(fā)和改良。=4\*GB1⒋產(chǎn)品精度的提高。在矯直根本理論和技術(shù)的研究方面，國外的研究人員開展的較深入。早在六十年代，前蘇聯(lián)的研究人員就發(fā)表了全面、系統(tǒng)的論述和分析管材的矯直理論、矯直工藝及介紹管材矯直機(jī)的根本型式和結(jié)構(gòu)。他們應(yīng)用彈塑性根本理論說明了管材的矯直理論，發(fā)表了確定矯直機(jī)根本計算參數(shù)的方法；詳細(xì)地探討了管材矯直機(jī)主要部件的結(jié)構(gòu)，并推薦了矯直機(jī)的選型原那么。明確被矯直管材在矯直過程中所受的彎矩分布及管材內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系的討論，始終是管材矯直理論研究中的重點內(nèi)容。我國的崔甫在矯直理論系統(tǒng)化作出了很大的努力。他從彈塑性彎曲的根本理論出發(fā)，總結(jié)和歸納了國內(nèi)外有關(guān)的研究成果，對各種金屬軋材的矯直原理和矯直工藝做了較為系統(tǒng)和細(xì)致的描述和分析。提出了在各種矯直條件下矯直機(jī)的力能參數(shù)、工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算和確定方法；同時還介紹了許多現(xiàn)代矯直技術(shù)和工藝。他成功地運用了“相對量〞地概念；將“相對量〞的概念引入矯直理論的分析中，較好的解決了矯直中軋材內(nèi)部的彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū)的分布界區(qū)的劃分；從而能夠拋開各種彎曲狀態(tài)的宏觀形式，而只針對彈性區(qū)和塑性區(qū)的界區(qū)參數(shù)——彈區(qū)比ζ和塑彎比M時只提出了理論處理意見；但作為制定實際矯直工藝方案的根本參數(shù)ζ和M，應(yīng)該有一種更簡便、更適合應(yīng)用于實際確實定方法；以對實際矯直工作起到確切的指導(dǎo)作用。在這方面的工作還有待于進(jìn)一步的研究。改良現(xiàn)有的矯直設(shè)備、研制和開發(fā)新的設(shè)備；不斷地提高管材矯直的質(zhì)量和精度，一直是矯直研究工作者的一大目標(biāo)。劉德漢采用增加矯直輥數(shù)量，增多管〔棒〕材在矯直過程中反彎次數(shù)的方法即“綜合矯正〞，它克服了斜輥矯直機(jī)不能矯直管〔棒〕材的頭尾，及高速矯直時由于管〔棒〕材高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的甩擺等缺點；使管〔棒〕材在張緊的狀態(tài)下進(jìn)行反復(fù)彎曲和壓扁成型矯正。這樣可以使多種矯正效果迭加和穩(wěn)固，互相補(bǔ)充，進(jìn)而提高矯正效果。實踐證明“綜合矯正〞是提高管〔棒〕材矯直質(zhì)量的途徑之一。八十年代許多新型矯直機(jī)的研制，從不同的角度使管〔棒〕材的矯直精度、矯直生產(chǎn)率和矯直機(jī)的使用范圍等各方面得到了提高、增長和擴(kuò)大。它們的出現(xiàn)使矯直技術(shù)提高到一個新的水平。矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括矯直輥的傾斜角度、反彎曲率、接觸長度、輥身長度及輥型曲線等，其中對矯直輥輥型的設(shè)計和研究是矯直機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)研究的重點。我國在70—80年代取得了一批研究成果。馬香峰在研究管〔棒〕材矯直機(jī)的輥型時假定矯直過程中管〔棒〕材是理想圓柱體，由等距曲面的觀點出發(fā)，既研究了管〔棒〕材呈直狀態(tài)下和呈彎曲狀態(tài)下的輥型曲面；還討論了直管輥如何進(jìn)行角度調(diào)整而得到更好的接觸狀況，為多輥鋼管矯直機(jī)和二輥矯直機(jī)的輥型設(shè)計提出了統(tǒng)一的計算方法。姚中從輥型曲線理論公式出發(fā)，簡化了輥型曲線方程式，并證明計算精度是適宜的。劉天明在國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者對輥型研究成果的根底上，對直圓材接觸雙曲線輥型的研究成果進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納和總結(jié)，提出了更為簡便的計算方法和輥型曲線的作圖方法。建立正確的矯直模型使矯直力能參數(shù)的理論計算更符合實際，計算精度進(jìn)一步提高，這一問題至今還沒有令人滿意的結(jié)果。崔甫對二輥管材矯直機(jī)矯直管材的情況作了詳盡的分析和研究，并根據(jù)沖模中金屬受力狀況的力學(xué)處理方法建立了二輥矯直機(jī)的矯直力學(xué)模型，還通過實驗驗證精確度。結(jié)果證明，力學(xué)模型根本正確。它側(cè)重理論，對一些實際的影響因素考慮不全，使其計算精度不夠高。德國的W.Guericke論述了管〔棒〕材在斜輥矯直機(jī)上進(jìn)行矯直時，當(dāng)管〔棒〕材處于矯直力的作用后的彎曲狀下，使管〔棒〕材產(chǎn)生塑性彎曲所需扭矩確實定，它不同于其他通過效率系數(shù)或摩擦系數(shù)來估算扭矩的方法，他考慮了塑性變形區(qū)的長度和旋轉(zhuǎn)彎曲的變形能而使計算結(jié)果的精度提高。蘭清國那么對“313〞型鋼管矯直機(jī)的矯直力、矯直功率的計算進(jìn)行了分析。他將處于輥下的鋼管處理為兩端固定梁的力學(xué)模型。分別計算鋼管在反復(fù)彎曲過程中的矯直力和矯直功率；然后在計算鋼管在夾持輥中產(chǎn)生橢圓壓扁變形所需要的矯直力和矯直功率，最后將其疊加，即得到總的矯直力和矯直功率。但結(jié)果與實際相比偏大，它只對矯直機(jī)的設(shè)計有一定的參考價值，對掌握設(shè)備的能力和狀況來說，精度是不夠的。在管材矯直機(jī)的實驗研究方面，除優(yōu)化矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)外，對矯直機(jī)的力能參數(shù)的測定是一項很重要的內(nèi)容，其中二輥矯直機(jī)是重中之重。目前，國內(nèi)外對矯直理論、矯直工藝和矯直設(shè)備的研究正在進(jìn)一步擴(kuò)展和深化。如向大斷面型材、一機(jī)多用和提高矯直速度等方向開展。同時，研究領(lǐng)域也不斷地拓展，研究分支也越來越多。如進(jìn)一步向提高矯直精度、提高數(shù)學(xué)模型精度、減少剩余應(yīng)力、減少頭尾的損失、減少外表的損傷及功率消耗等方面深入。彎曲矯直理論隨著工業(yè)領(lǐng)域中冶金技術(shù)的迅速開展和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，新的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝相繼出現(xiàn)。特別是在鋼鐵產(chǎn)品方面，對鋼鐵材料的質(zhì)量和精度都提出了較高的要求。在鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)中，經(jīng)熱加工或冷加工的產(chǎn)品有的由于材料內(nèi)部缺陷或和剩余應(yīng)力的影響；有的由于外部機(jī)械的作用或外部環(huán)境的改變等，都產(chǎn)生一定程度的形狀缺陷。盡管隨著生產(chǎn)設(shè)備及工藝水平的不斷改良和提高，產(chǎn)品的形狀缺陷已經(jīng)大大減少，但仍需進(jìn)一步減少或消除其形狀缺陷，使其質(zhì)量和精度得到進(jìn)一步的提高。因此，矯直理論的研究有了必然。矯直理論就是對各種形狀缺陷的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究，消除各種形狀缺陷。一句話，矯直是與彎曲相反的工藝過程。它的目的就是正確地分析和描述矯直過程中呈現(xiàn)的一系列的現(xiàn)象，尋求與實際相吻合的規(guī)律；確定矯直參數(shù)間的關(guān)系，用以指導(dǎo)生產(chǎn)；并研制和開發(fā)新型、高效、高精度的矯直設(shè)備，使產(chǎn)品的質(zhì)量和精度不斷得到提高。矯直技術(shù)的歷史可以追溯到人類勞動開始，先是感性認(rèn)識，然后才產(chǎn)生了手工反彎矯直。隨著生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，提高矯直生產(chǎn)率和擴(kuò)大矯直產(chǎn)品的規(guī)格和品種的要求愈高，這就出現(xiàn)了機(jī)械反彎矯直，它標(biāo)志著連續(xù)矯直技術(shù)的誕生。隨著相關(guān)技術(shù)和工藝的進(jìn)步，矯直技術(shù)和工藝和設(shè)備得到了迅速開展，對矯直理論和技術(shù)的研究工作也逐漸開展并系統(tǒng)化。國外對矯直理論和技術(shù)的研究起步較早，具有相當(dāng)?shù)膹V泛性，得到了許多已應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，產(chǎn)生了重大的經(jīng)濟(jì)效益。矯直技術(shù)較興旺的國家如前蘇聯(lián)、德國、英國、和日本等，從四十年代起生產(chǎn)的矯直設(shè)備就形成了系列產(chǎn)品。在矯直理論、工藝和設(shè)備的研究方面也做了大量的工作，并取得了大量的較有影響的成果。國內(nèi)的有關(guān)技術(shù)人員在矯直理論和技術(shù)的研究方面亦做出了很大的努力，是矯直理論和技術(shù)的研究工作得到了廣泛的重視；并取得了不少令人矚目的研究成果，其中局部成果的水平居世界領(lǐng)先地位。隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的開展，各行業(yè)對矯直設(shè)備種類、數(shù)量、矯直精度的要求日益增加，我國目前已形成了自行設(shè)計和生產(chǎn)的板、帶、線、型、管材的矯直設(shè)備的能力，設(shè)備的精度和控制水平也不斷提高。特別是改革開放以來，在引進(jìn)和吸收國外先進(jìn)的矯直設(shè)備和技術(shù)的根底上，不斷推動矯直理論和技術(shù)的研究工作向前開展。為適應(yīng)眾多生產(chǎn)領(lǐng)域開展的需求，在矯直理論和技術(shù)研究成果的根底上，國內(nèi)外目前已開發(fā)研制了許多新型矯直設(shè)備。這些矯直設(shè)備從不同角度加強(qiáng)了設(shè)備的能力，拓寬了應(yīng)用范圍。其中有些設(shè)備突破了傳統(tǒng)的矯直概念，從而開拓了矯直理論和技術(shù)研究工作的新領(lǐng)域，使矯直技術(shù)得到了極大開展，如輥式矯直機(jī)的進(jìn)一步開展，出現(xiàn)了超薄管材、高強(qiáng)度合金材、異形截面材等新的矯直方法；拉伸矯直的開展引起了對拉伸矯直方法的更大規(guī)模的理論研究；其他如液壓張力矯直機(jī)、行星多輥矯直機(jī)等高精度的矯直設(shè)備也相繼問世。除此以外，矯直理論和技術(shù)的開展正趨向于在機(jī)械機(jī)構(gòu)方面和傳動方式方面向便于操作和維護(hù)、擴(kuò)大設(shè)備適用性、降低能量消耗、改善工作條件等方面開展。如壓下量的數(shù)字顯示技術(shù)、無級調(diào)速技術(shù)、可變輥距矯直機(jī)等。軋件的矯直就是使軋件承受一定方式和大小的外力，產(chǎn)生一定的塑性變形，當(dāng)除去外力后，在內(nèi)力作用下產(chǎn)生彈性恢復(fù)變形，從而得到正確的軋件形狀。軋件的矯直過程，實質(zhì)是彈塑性變形的過程。按軋件的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)，可分為彎曲矯直、拉伸矯直、拉彎矯直、扭轉(zhuǎn)矯直等根本矯直方式，彎曲矯直方式廣泛應(yīng)用與壓力矯直機(jī)、平行輥矯直機(jī)、斜輥矯直機(jī)和拉彎矯直機(jī)。在這類矯直機(jī)上，軋件的矯直過程由兩個階段組成，在外負(fù)荷彎曲力矩作用下的彈塑性彎曲階段即反彎階段和除去外負(fù)荷后的彈性恢復(fù)階段即彈復(fù)階段。下面簡要介紹彎曲矯直理論。軋件在矯直機(jī)上的彎曲變形，實際上是一個橫向彎曲過程。但假設(shè)軋件厚度h與矯直軋件時的兩個支點間距離t的比值〔h/t〕很小時，可忽略剪應(yīng)力的影響，近似認(rèn)為矯直軋件時的彎曲是純彎曲變形。軋件在外載荷彎曲力矩M作用下產(chǎn)生彎曲變形時，中性層以上的縱向纖維受到拉伸變形，中性層以下的縱向纖維受到壓縮變形，如下圖。根據(jù)外載荷力矩M的大小，軋件彎曲變形有三種情況:圖1.2軋件彎曲變形示意圖=1\*GB1⒈純彈性彎曲。在外載荷彎曲力矩作用下，軋件外表層的最大應(yīng)力小于或等于材料的屈服極限，各層的縱向纖維都處于彈性變行狀態(tài)。外載荷去除后，在彈性內(nèi)力矩的作用下，縱向纖維的變形能夠全部彈性恢復(fù)。這種彎曲變形稱為純彈性彎曲變形。=2\*GB1⒉彈塑性彎曲。隨著外載荷彎曲力矩的增大，軋件各層纖維繼續(xù)產(chǎn)生變形。當(dāng)外載荷增加到一定值是，軋件表層縱向纖維應(yīng)力超過了材料屈服極限，纖維產(chǎn)生塑性變形。外載荷越大，塑性變形區(qū)有表層向中性層擴(kuò)展的深度也越大。當(dāng)去除載荷后，在彈性內(nèi)力矩的作用下，各層縱向纖維的變形可彈性恢復(fù)一局部，而無法全部恢復(fù)。這種彎曲變形稱為彈塑性彎曲變形。=3\*GB1⒊純塑性彎曲。隨著外載荷力矩的繼續(xù)增大，整個軋件斷面的縱向纖維應(yīng)力都超過了材料的屈服極限，所有縱向纖維都處于塑性變形狀態(tài)。當(dāng)去除外載荷后，在彈性內(nèi)力矩作用下，縱向纖維的變形只能恢復(fù)彈性變形局部。這種彎曲變形稱為純塑性彎曲變形。由上述可知：當(dāng)軋件矯直彎曲變形時，在軋件中同時存在有彈性變形和塑性變形，稱為彈塑性彎曲變形；軋件彈塑性彎曲變形過程由兩個階段組成，即在外載荷彎曲力矩作用下的彈塑性彎曲變形階段和除去外載荷后的彈性恢復(fù)階段。矯直過程中的曲率變化軋件的矯直過程可以用曲率的變化來說明。=1\*GB1⒈原始曲率軋件在矯直前所具有的曲率，以表示。是軋件的原始曲率半徑。曲率的方向用正負(fù)號表示：+表示彎曲凸度向上的曲率；—表示彎曲凸度向下的曲率。=2\*GB1⒉反復(fù)曲率在外力矩的作用下，軋件被反向強(qiáng)制彎曲后所具有的曲率。反彎曲率的選擇是決定軋件能否被矯直的關(guān)鍵。在壓力矯直機(jī)和輥式矯直機(jī)上，反彎曲率是通過矯直機(jī)的壓頭或輥子的壓下獲得的。=3\*GB1⒊總變形曲率它是軋件彎曲變形的曲率變化量，是原始曲率和反彎曲率的代數(shù)和，即=+=4\*GB1⒋剩余曲率它是軋件經(jīng)過彈性恢復(fù)后所具有的曲率。在輥式矯直機(jī)上，前一個輥子下的剩余曲率為進(jìn)入后一個輥子軋件的原始曲率，即其中符號i是指第i次彎曲=5\*GB1⒌彈復(fù)曲率它是軋件彈復(fù)階段的曲率變化量，是反彎曲率與參與曲率的代數(shù)差，即=—顯然，軋件被矯直時有，那么由上式得=或=上式表示了矯直軋件的根本原那么：要使原始曲率為的軋件得到矯直，必須是反彎曲率在數(shù)值上等于彈復(fù)曲率。因次，正確計算彈復(fù)曲率進(jìn)而確定反彎曲率的大小是完成軋件矯直的前提和關(guān)鍵所在。第二章六輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)分析及矯直原理矯直機(jī)主要由傳動裝置、回轉(zhuǎn)圓盤裝置、上下輥調(diào)整裝置和機(jī)架幾局部組成。矯直機(jī)上裝有六個相同尺寸的雙曲面形矯直輥。六個矯直輥成“2-2-2〞型布置。其中四個是轉(zhuǎn)動的，其余兩個是從動的；三個低于矯直中心線，三個高于矯直中心線。矯直輥相對矯直中心均傾斜一定角度布置，這樣才能使管材獲得旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的運動，并能保證管材的所有外表都獲得矯直。矯直機(jī)的機(jī)架由上橫梁、機(jī)座、三根立柱、螺母組成。機(jī)架上裝有工作機(jī)構(gòu)和各部件。其中包括四個輥子的升降調(diào)整機(jī)構(gòu)，其中三個位為上輥，一個為中間下輥。通過調(diào)整，可使上排三個輥子和中間下輥實現(xiàn)高度上的升降，已得到矯直中管材的反彎曲線。矯直輥除可沿高度方向調(diào)整外，全部六個輥子都可在水平面內(nèi)實現(xiàn)傾角調(diào)整，適應(yīng)與不同規(guī)格的管材相接處的要求。輥子的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)是由電動機(jī)經(jīng)減速機(jī)和渦輪來構(gòu)成的。矯直機(jī)上配置兩個傳動裝置，分別由兩個主電機(jī)經(jīng)齒輪減速器和萬向接軸來驅(qū)動上排兩個端輥和下排的兩個端輥。而中間一對輥子的傳動是依靠它們與矯直管材外表間的摩擦而形成。六輥矯直機(jī)的輥系配置為“2-2-2〞型。管材在通過三對矯直輥的輥縫中時，將先后經(jīng)歷三個塑性變形區(qū)，產(chǎn)生三次塑性變形。由此可見，只要使當(dāng)?shù)卣{(diào)整輥子的傾角，并選取適合的的壓下量，就可以產(chǎn)生較大的塑性變形區(qū)；使管材在塑性變形區(qū)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)增加，進(jìn)而到達(dá)理想的矯直效果。由于矯直輥的壓下，輥縫小于管材外徑。管材通過三對輥時，均受到縱向反復(fù)彎曲和橫向反復(fù)壓扁，管材的直度和圓度均可提高。六輥矯直機(jī)正是將反復(fù)彎曲矯直和反復(fù)壓扁矯直兩種矯直方法有機(jī)的結(jié)合在一起，才使管材表層金屬纖維進(jìn)入彈塑性狀態(tài)而產(chǎn)生拉、壓應(yīng)力獲得矯直的效果。鋼管處于上下對置的兩矯直輥的輥縫中，假設(shè)調(diào)整輥縫間距，即調(diào)整輥子的壓偏量；使其小于鋼管的外徑，那么在輥子壓緊力的作用下，將鋼管斷面壓扁成為橢圓。鋼管與矯直輥接觸受壓的地方進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，其外邊緣產(chǎn)生壓應(yīng)力；內(nèi)邊緣產(chǎn)生拉應(yīng)力。同時，在鋼管與矯直輥接觸點回轉(zhuǎn)90°角，鋼管外邊緣產(chǎn)生拉應(yīng)力；內(nèi)邊緣產(chǎn)生壓應(yīng)力。從鋼管外表層到內(nèi)表層均受力；產(chǎn)生的應(yīng)力從拉應(yīng)力到壓應(yīng)力其量不等。外表層產(chǎn)生的壓應(yīng)力遠(yuǎn)大于拉應(yīng)力；內(nèi)表層產(chǎn)生的拉應(yīng)力遠(yuǎn)大于壓應(yīng)力。由于壓扁時產(chǎn)生的拉、壓應(yīng)力不等，因此，為獲得較好的矯直效果，還必須同時進(jìn)行彎曲矯直，使應(yīng)力得以平衡。六輥矯直機(jī)借助中間一對輥使鋼管產(chǎn)生反向彎曲。彎曲撓度的大小必須保證使作用于鋼管上的彎矩能使鋼管變形超過屈服極限而產(chǎn)生彈性變形。矯直時，鋼管由于被施加了縱向彎曲，使得每單元的邊緣均受壓作用。在中間一對輥處可形成較長的接觸區(qū)，使彈塑性變形區(qū)的長度相應(yīng)增加。有前面的分析可知，這對提高矯直質(zhì)量是非常有利的。由于鋼管在回轉(zhuǎn)一周的過程中所產(chǎn)生的拉、壓應(yīng)力差與壓扁矯直時所產(chǎn)生的拉、壓應(yīng)力差之間的均衡作用，是鋼管沿圓周的縱向纖維的反復(fù)拉壓變形趨于一致，進(jìn)而使彈復(fù)能力趨于一致。壓扁矯直時，三對矯直輥對鋼管斷面都有壓扁作用，使之進(jìn)入彈塑性狀態(tài)；因此，在彎曲矯直時，即使鋼管不產(chǎn)生較大的反彎撓度，也有可能獲得較好的矯直效果。這樣，對六輥矯直機(jī)矯直管材的原理做出了比擬合理的解釋。關(guān)于高精度管材矯直原理的幾點看法為了提高矯直精度，目前國內(nèi)已有數(shù)臺高精度管材矯直機(jī)，從原理上講這些矯直機(jī)是普通矯直機(jī)的組合，其根本原理就是盡可能地增加矯直單元，提高矯直精度。國內(nèi)目前已有17輥管材矯直機(jī)，矯直精度可到達(dá)小于等于0.1mm/m。筆者運用二次矯直的理論及方法，在生產(chǎn)實踐中使矯直精度到達(dá)小于等于0.1mm/m。總結(jié)矯直理論與實踐的幾點看法如下。根據(jù)矯直理論應(yīng)采用復(fù)合矯直機(jī)型。從目前國內(nèi)的現(xiàn)狀來看，許多廠家仍采用單一的彎曲矯直機(jī)型，但該機(jī)型不具備矯直高精度管材的必要條件。對此，建議采用復(fù)合矯直機(jī)型，即選用立式主動對輥矯直機(jī)，其中上輥可以單獨調(diào)整，以滿足各種不同的矯直方案。輥矯直機(jī)，其中上輥可以單獨調(diào)整，以滿足各種不同的矯直方案。目前國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家的矯直機(jī)，矯直輥仍采用20世紀(jì)五六十年代的輥型，即雙曲線輥型。筆者根據(jù)多年的研究認(rèn)為，這種輥型作為精密矯直機(jī)輥型是不可取的，其理由如下：由于輥型曲線設(shè)計不合理，所以曲線與管材的接觸線太短而且不充分。在生產(chǎn)現(xiàn)場還往往出現(xiàn)矯直輥輥底不接觸而兩側(cè)曲線接觸的狀況，如圖"所示。當(dāng)采用復(fù)合矯直方案中的壓扁矯直時，因壓扁矯直過程中兩輥間距小于理論圓，管材在雙曲線輥型上產(chǎn)生了三點彎曲單元，使已矯直的管材再次被矯彎，達(dá)不到高精度矯直的要求。筆者認(rèn)為，合理的輥型應(yīng)盡可能增加矯直輥外表與管材的接觸長度。圖1矯直輥兩側(cè)接觸示意根據(jù)矯直理論與矯直輥和被矯管材的幾何關(guān)系可知：矯直過程中它們的接觸線是一對相對180度的平行螺旋線。平行螺旋線長度的增加可減少單位壓力對管材外表的壓力，減少管材外表螺紋痕跡，減小成品管的矯直應(yīng)力。在壓扁矯直中，增加管材在矯直過程中相互覆蓋的重迭率，有助于提高成品管材的矯直質(zhì)量，這是因為當(dāng)管材與輥子的接觸線增加時，其本質(zhì)是增加了管材在壓扁矯直過程中的壓扁矯直次數(shù)。采用大變形矯直方案不同的矯直方案，其矯直效果是不一樣的。理論與實踐經(jīng)驗證明，采用大變形量矯直，可以獲得高精度的矯直質(zhì)量。所謂大變形矯直，就是前幾個輥子采用大的變形量，使管材得到足夠大的彎曲，很快縮小剩余曲率的范圍；后幾個輥子采用小變形量。變形量的分布為遞減狀態(tài)。圖2為矯直過程中的彎矩圖示。從圖2可以看到：ab段為彈性變形區(qū)，此時的Mw為彈性彎矩，該段的反彎變形撓度?為式中p———矯直力；l———輥距；E———被矯管材的彈性模量；J———被矯管材截面的慣性矩。由于管材是螺旋前進(jìn)的，所以當(dāng)管材進(jìn)入bc段后將產(chǎn)生彈塑性變形。bc段是矯直中最重要的區(qū)域，該段管材的彎曲方向隨意且無任何規(guī)律。在理想狀態(tài)下應(yīng)使通過bc段管材的任意斷面都得到一次以上的彎曲矯直，且矯直次數(shù)越多，矯直的質(zhì)量就越好。因此，增加管材在bc段中的彎曲次數(shù)很重要。圖2矯直過程中的彎矩示意根據(jù)矯直輥與管材的關(guān)系，得出管材通過彈塑性bc段的彎曲次數(shù)m，即式中N———矯直輥組成的輥距個數(shù)；D———被矯管材直徑；Mw———彈性彎矩；Ms———塑性彎矩；α———矯直輥軸線與矯直中心線之間的夾角。在實際操作中可通過改變角度α的大小來改變彎曲次數(shù)，由于N、L、Mw、Ms在矯直機(jī)選型時已確定，所以應(yīng)考慮選擇經(jīng)濟(jì)合理的參數(shù)。2應(yīng)用實例在立式七輥矯直機(jī)、六輥全主動傳動矯直機(jī)上進(jìn)行了一次矯直和二次矯直試驗。矯直設(shè)備精良，一次矯直的精度很高，為二次矯直獲得更高的精度打下了根底。兩次矯直獲得了較高的精度(表1)。表1兩次矯直試驗的結(jié)果第三章力能參數(shù)計算矯直鋼管的直徑鋼管的壁厚㎜鋼管材料的強(qiáng)度極限Mpa3.2管材彎矩確實定給定原始撓度f=10㎜/m原始曲率：=12505㎜反彎曲率：取輥距離t=1530壓下量壓下率管子外徑=經(jīng)查軋鋼機(jī)械[1]得因為所以此時將改為，已深入到r內(nèi)，所以小圓有塑性變形。彈性彎曲時外力矩與軋材內(nèi)部的彎曲力矩應(yīng)是平衡的。即用內(nèi)應(yīng)力算出的軋件內(nèi)部彎曲力矩必將與外力矩大小相等方向相反。所謂理想弾塑性金屬是只有明顯的屈服極限而沒有強(qiáng)化的金屬。其彎矩M的積分式為其中：b——矩形斷面寬度——彈性區(qū)應(yīng)力將代入上式并積分得到上式是對于矩形斷面來說的，對于遠(yuǎn)觀來說那么為即：式中：是圓形斷面的彈性極限彎矩，那么式子還可以寫為Nm其中塑彎比為：因為管材變形能與圓材變形能相似，所以用大圓變形能，減去小圓變形能，即可得到管材變形能由可知，U=〔3-5〕式中——————管材大圓彎曲變形能——————管材小圓彎曲變形能=〔3-6〕式中——————塑性變形能——————彈性變形能塑性變形能===彈性變形能=======式中===U===由可知，〔3-7〕大圓旋轉(zhuǎn)變形能==N.mm總變形能為:=Nm/m小圓旋轉(zhuǎn)變形能=====Nmm==Nmm所需數(shù)據(jù)轎直輥直徑400mm矯直輥長度800mm轎直輥兩輥間距1530mm轎直鋼管直徑mm壁厚mm屈服極限MPa斜輥矯直的壓下量不需要采用大變形方案?？衫脠A材與輥子的運動學(xué)關(guān)系，寫出圓材的導(dǎo)程關(guān)系式由可知，t=〔3-8〕式中D————————圓材直徑————————輥子的傾角令J＞t=該式稱為接觸線長度準(zhǔn)那么，即矯直機(jī)在矯直的鋼管是的接觸線長度J＞t=〔3-9〕4×177×tan30.09°=㎜管材除受到矯直輥的彎曲作用外，還受到其碾壓，扭轉(zhuǎn)和摩擦作用。因此為簡化計算過程，須對其受力進(jìn)行必要的簡化。由可知，〔3-10〕式中b———————壓緊輥與圓材的接觸寬度，㎜b=〔0.〕l取b=160㎜，㎜R————————————鋼管外徑，㎜=N〔3-11〕==N式中k————第一根輥與第三根輥支撐點間的距離。〔3-12〕==N〔3-13〕==N〔3-14〕==N輥子的摩擦阻力矩由，〔3-15〕式中m——————————輥子軸承的摩擦系數(shù)，=————輥子軸承處直徑，選雙列滾子軸承，根據(jù)[2]，選軸承號3003788，內(nèi)徑=190mm,(GB286-64),B=104mm.==N.㎜摩擦功率〔3-16〕式中——————矯直速度，=m/s——————輥子直徑，=mm=kw塑性彎曲功率〔3-17〕==9Kw塑性旋轉(zhuǎn)彎曲功率〔3-18〕其中：——棍子的輥速其中：——轎直輥的傳動速度=矯直機(jī)的驅(qū)動功率〔3-19〕式中——————摩擦功率，kw—————塑性彎曲功率，kw———塑性旋轉(zhuǎn)彎曲功率，kw—————傳動功率，=第四章矯直輥的設(shè)計斜輥矯直機(jī)的根本結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括：輥數(shù)、輥徑、輥長以及輥距選擇輥數(shù)n的原那么是在保證矯直質(zhì)量的前提下，使輥數(shù)盡量少。輥數(shù)與輥系配置直接相關(guān)，用于管材矯直采用2-2-2型輥系，本設(shè)計采用的使六輥式，即輥數(shù)n=6。除輥型設(shè)計外，還有輥子腰部直徑，輥子長度等，輥腰直徑在管材直徑大于150mm時取。根據(jù)對一些經(jīng)典斜輥矯直機(jī)的統(tǒng)計，輥腰直徑與管材直徑d有以下關(guān)系：由=mm=400mm棍子在d>150mm時，取輥子全長：==800mm0.9)兩排輥同樣長度，一般取短輥斜輥的另一個結(jié)構(gòu)參數(shù)是輥距t，=26403520mm取t=3000mm根據(jù)前面計算的轎直鋼管所需要的驅(qū)動功率，可以選出適宜的電動機(jī)，但是由于本次設(shè)計除轎直普通大直徑鋼管還可以轎直小直徑的鋼管，所以進(jìn)行綜合分析評價，才能確定出最大的驅(qū)動功率，并由此選出相應(yīng)的電動機(jī)。經(jīng)分析比擬，轎直，壁厚25mm，材質(zhì)為合金鋼管所需的驅(qū)動功率最大為2X125Kw，據(jù)此選電動機(jī)。功率太大，所以選兩臺電機(jī)單獨驅(qū)動JZ-51異步電動機(jī)，額定功率22/FC%,14.5/FC60%。額定轉(zhuǎn)速750/1900r/min，設(shè)備重量340kg。電機(jī)的輸出扭矩由〔4-6〕==280選擇減速機(jī)NGW62,JB1799-76,i=20通過減速機(jī)連接軸后傳給矯直機(jī)的扭轉(zhuǎn)力矩為:〔4-7〕式中————減速器、連接軸的效率，i———————減速器的減速比，i=20==5320再根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)力矩，每根軸的扭轉(zhuǎn)力矩分別為：矯直輥分輥身和輥徑。在計算過程中，對輥身只進(jìn)行彎曲計算，對輥徑進(jìn)行彎曲與扭轉(zhuǎn)計算，對傳動端的軸頭只進(jìn)行扭轉(zhuǎn)計算。=1\*GB1⒈輥身的彎曲校核使用滾動軸承，由于軸承外徑較大，輥頸尺寸不能太多大，可以接近取值，?。?，取系數(shù)0.5。，d=200mm輥身收到的最大的彎矩是由引起的，由【3】查得〔4-8〕〔4-9〕==Mpa查得，即＜，輥身滿足強(qiáng)度要求=2\*GB1⒉輥頸的彎扭校核輥頸危險斷面上的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分別為：=式中===按第四強(qiáng)度理論計算：==即＜，輥徑滿足強(qiáng)度要求=3\*GB1⒊傳動端軸頭的扭轉(zhuǎn)校核由【3】查得45鋼[]=,那么計算的彎矩因單向回轉(zhuǎn)，是轉(zhuǎn)矩脈動循環(huán)，，那么截面C輥身處的當(dāng)量彎矩為：==輥頸處計算：==軸頭處的計算彎矩：=25740Nm==傳動端頭滿足要求。第五章矯直機(jī)主要零部件的選擇與校核選擇材料為45鋼由(5-1)式中d———————連接軸直徑,㎜取d=250㎜查得，＜，萬向接軸滿足要求根據(jù)光彈試驗及有限元法的計算證實，十字軸的最大應(yīng)力產(chǎn)生在軸頸直線與圓弧連接處，如下圖(5-2)式中R————圓周力Q至十字軸中心的距離那么A—A斷面的彎曲應(yīng)力為：(5-3)=B—B斷面的彎曲應(yīng)力為：=(5-4)查十字軸材料的許用應(yīng)力，＜，＜，故十字軸滿足強(qiáng)度要求如下圖，一般情況下，危險截面是叉頭的弧形彎曲局部，即斷面A—A。因此只需校核A—A斷面即可，為使計算簡便，可將A—A斷面近似看做橢圓形，其長軸為a,短軸為b那么A—A斷面彎曲應(yīng)力為：(5-5)對橢圓的A—A斷面(5-6)=(5-7)A—A斷面的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：(5-8)對橢圓的A—A斷面(5-9)按第四強(qiáng)度理論，A—A斷面的合成應(yīng)力為：(5-10)查許用應(yīng)力，即＜，所以斷面的強(qiáng)度校核滿足要求，故萬向接軸叉頭滿足強(qiáng)度要求由，選用型號為，3153138型調(diào)心滾子軸承。軸承的