【文章內(nèi)容簡介】 性、非線性問題。 （ 2） 一體化的處理技術(shù)：主要包括集合模型的建立、自動(dòng)網(wǎng)格劃分、加載、求解、后處理、優(yōu)化設(shè)計(jì)等許多功能及實(shí)用工具。 （ 3） 豐富的產(chǎn)品系列和完善的開發(fā)體系：不同的產(chǎn)品配套，應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域如航空、航天、船舶、汽車、軍工、鐵道、土木、機(jī)械、電子、核工業(yè)、能源、建筑、醫(yī)療等。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 8 第 2章 斜輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)分析及矯直原理的討論 CKM3 型 6 1500 斜輥矯直機(jī)的結(jié)構(gòu) 包鋼無縫廠目前應(yīng)用的無縫鋼管矯直機(jī)是由前蘇聯(lián)制造的 CKM3 型 6 1500 六輥立式矯直機(jī)。該矯直機(jī)主要承擔(dān) 100℃以下的無縫鋼管的矯直工作。矯直的鋼管外徑在φ 219―φ 377mm 之間。自 91 年又開始試矯φ 426mm 的鋼管。矯直鋼管的材料主要為20＃鋼、氣瓶鋼、 J55 接箍料等。 矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)配置 圖 21 六輥管材矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)配置 如圖 21 所示。矯直機(jī)主要有傳動(dòng)裝置回轉(zhuǎn)圓盤裝置上下輥調(diào)整裝置和機(jī)架幾部分組成。 矯直機(jī)上裝有六個(gè)相同尺寸的雙曲面形矯直輥。六個(gè)矯直輥成“ 222”型布置。其中四個(gè)是傳動(dòng)的，其余兩個(gè) 是從動(dòng)的；三個(gè)低于矯直中心線，三個(gè)高于矯直中心線。矯直輥相對矯直中心線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(yùn)動(dòng)，并能保證管材的所有表面都獲得矯直。 矯直機(jī)的機(jī)架有上橫梁、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(gè)棍子的升降調(diào)整機(jī)構(gòu)，其中三個(gè)為上輥，一個(gè)為中間下輥。通過調(diào)整，可使上排三個(gè)輥?zhàn)雍椭虚g下輥實(shí)現(xiàn)高度上的升降，以得到矯直中管材的反彎曲線。矯直內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 9 輥除可沿高度方向調(diào)整外，全部六個(gè)輥?zhàn)佣伎稍谒矫鎯?nèi)實(shí)現(xiàn)傾角調(diào)整，適應(yīng)與不同規(guī)格的管材相接觸的要求。輥?zhàn)拥慕嵌日{(diào)整機(jī)構(gòu)是有電動(dòng)機(jī) 經(jīng)渦輪減速機(jī)和扇形渦輪來構(gòu)成的。 矯直機(jī)上配置兩個(gè)傳動(dòng)裝置，分別由兩個(gè)主電機(jī)經(jīng)齒輪減速器和萬向接軸來驅(qū)動(dòng)上兩個(gè)端輥和下排的兩個(gè)端輥。而中間一對輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)依靠它們與矯直管材表面間的摩擦而形成。 該矯直機(jī)的主要技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)如下： 矯直管材的直徑范圍 φ 114～φ 529mm 矯直管材的最小長度 6000mm 輥距 1500mm 輥長 900mm 輥 子傾角調(diào)整范圍 24176。 15′～ 31176。 45′ 管材的壁厚 φ 114～φ 426mm ≤ 16mm φ 426～φ 529mm ≤ 12mm 矯直速度 ～ sm 主電機(jī)數(shù)量 2 主電機(jī)轉(zhuǎn)速 300～ 1500rpm 矯直機(jī)的工藝參數(shù) 對六輥矯直機(jī)而言，主要的工藝參數(shù)是指矯直輥的壓下量和傾角。矯直輥的壓下量是使被矯管材產(chǎn)生反彎所必須的條件。因此，壓下量選取和確定的合適與否，直徑關(guān)系到被矯直管材的矯直質(zhì)量。若壓下量過小，管材在矯直輥間所形成的反彎狀態(tài)不足以使管材產(chǎn)生足夠大的彈塑性變形，則矯直效果不明顯；反之，若壓下量過大，又容易造成管材被矯凹，甚至斷面被矯扁的現(xiàn)象。按該六輥矯直機(jī)目前應(yīng)用的工藝方案，壓下量是根據(jù)被矯管材的外徑來確定的。通過本文的分析和研究，我們認(rèn)為，為了確定合適的壓下量，在考慮管材外徑的同時(shí)，還 必須考慮管材的材質(zhì)來確定。表 21 為該矯直機(jī)采用的壓下量的制度。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 10 表 21 六輥矯直機(jī)的壓下量（ mm） 壁厚 管徑 6 6～ 8 8～ 10 10～ 12 12～ 15 16～20 《 299 9 6 5 3 299～426 ～ 10 6～ 5～ 7 4～ 426～529 8 5 該矯直機(jī)的矯直工藝是經(jīng)冷卻的管材由輥道送入推料機(jī)的導(dǎo)料槽內(nèi)，此時(shí)電機(jī)帶動(dòng)推料機(jī)的推桿將軋桿平穩(wěn)地推進(jìn)到入口嘴孔時(shí)管材在第一對輥?zhàn)犹?，第二?duì)輥?zhàn)?主要起壓下作用，再有第三隊(duì)輥?zhàn)映隽?，從矯直機(jī)出來的管子由輸送輥道送走。針對矯直不同規(guī)格的管材來調(diào)整矯直輥的角度和壓下量。一般說來，矯直輥角度應(yīng)保證圓材每個(gè)橫截面在各輥處的塑性變形不重復(fù)或保證各輥處的“等曲率” 接觸區(qū)的長度不小于圓材的一個(gè)導(dǎo)程，矯直輥調(diào)整角度的范圍是 24176。 15′～ 31176。 45′。等距雙曲面矯直輥形，當(dāng)管材尺寸改變時(shí)，適當(dāng)調(diào)整矯直輥的傾斜角度，即改變鋼管于矯直輥的接觸情況就可滿足生產(chǎn)上的要求。故矯直輥傾斜角度可調(diào)；同時(shí)工藝上要求隨著鋼管直徑的變化，每對矯直輥的距離也相應(yīng)改變。 調(diào)整安裝角時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn) 鋼管與矯直輥工作表面的接觸情況，當(dāng)接觸線長度占矯直輥工作長度的 43 時(shí)才正確，第一對輥可略短一些，但也必須超過矯直輥工作長度的 32 ，矯直輥的角度調(diào)整參考值如下表 22。矯直輥的輥型是按照傾角為 31176。 45′，矯直最大鋼管直徑φ 529mm 的條件下設(shè)計(jì)的。所以在矯直其它尺寸的鋼管時(shí)，必須對矯直輥的傾角進(jìn)行調(diào)整，使被矯直輥的磨損比較均勻，以得到穩(wěn)定的矯直過程，獲得較高和較穩(wěn)定的矯直質(zhì)量。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 11 表 22 矯直輥的傾角 鋼管外 徑（ mm） 矯直輥角度 鋼管外徑（ mm） 矯直輥角度 114 24176。 15′ 245 26176。 46′ 127 24176。 30′ 273 27176。 17′ 133 24176。 37′ 299 27176。 45′ 140 24176。 46′ 325 28176。 14′ 146 24176。 53′ 351 28176。 43′ 159 25176。 07′ 377 29176。 11′ 168 25176。 18′ 402 29176。 36′ 178 25176。 30′ 426 30176。 00′ 194 25176。 49′ 450 30176。 24′ 219 26176。 19′ 529 31176。 45′ 矯直原理 彎曲變形與曲率 金屬條材在矯直加工中的受力狀態(tài)基本上屬于集中載荷作用。在斜輥矯直狀態(tài)下圓材與輥面間雖有一段接觸區(qū)，但受力并非均勻，存在駝峰狀受力區(qū)。圖 所示，設(shè)此工件的原始狀態(tài)時(shí)彎的，具有原始彎曲半徑 0? ，此單位弧長 Oa =1，它對應(yīng)的弧心角為 0A 它們之間的關(guān)系為： 0A =0Oa? =01? 弧線 Oa 的曲率也是用01? 表示，只是單位量綱不再是 rad，而是 1m? 。它們的數(shù)值完全相同，故曲率也可用 0A 表示，但需寫為 0A =01? 0A （單位為 1m? ）既是原始曲率，也可以理解為原始曲率角。由于按角度概念進(jìn)行曲率運(yùn)算會(huì)帶來很多方便，以后各種曲率皆按曲率角進(jìn)行計(jì)算。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 12 A ∑A sAfA wA0olo0o1aba 1a 2Af 圖 22 彎曲時(shí)的曲率變化 現(xiàn)在按圖 22 所示對具有原始曲率 0A 的 Oa 工件進(jìn)行反彎達(dá)到 1Oa 狀態(tài)。此時(shí)形成的反彎曲率為 wA ，其相應(yīng)的曲率半徑為 w? 。故有 1wwA ?? 工件 Oa 由 0A 彎到 wA 成為 1Oa 狀態(tài)，總的曲率變化量就是總的曲率角變化量為 0 wA A A? ?? （ 21） 這個(gè)總曲率角在圖 22 上相當(dāng)于一個(gè)三角形 01OOb? 中 b 角的外角，它相當(dāng)于曲率角內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 13 由 0A 變到零，再由零變到 wA ，總的變化當(dāng)然是 0 wAA? 。在由 0 wA O A?? 的變化過程中曲率半徑由 0? 增到無窮大，再由無窮大減到 w? 。而新曲率半徑只能借助曲率角來計(jì)算，即 011wA A A?? ??? ? 000111 www???????? ?? （ 22） 在撤銷外力后，工件必將釋放其彈性勢能形成彈性返回現(xiàn)象。由于上述彎曲包含著彈塑性變形，其塑性變形部分為永久性變形，故彈復(fù)動(dòng)作不能回歸原狀，只能按其彈性勢能大小返回到 2Oa 狀態(tài)。此時(shí) 2Oa 所對應(yīng)的弧心角為 cA ,稱之為殘余曲率（角），與其相對應(yīng)得曲率半徑為 c? ，同理 cA 1c??。工件由 1Oa 彈復(fù)到 2Oa ，其曲率角的變化由 wA變到 cA ，其減小量即為彈復(fù)量，以 fA 表示，則 f w cA A A?? (23) fA 稱為彈復(fù)曲率（角），在圖 22 中表現(xiàn)為右側(cè)的 w? 與 c? 兩個(gè)半徑 線間的夾角。 彈復(fù)后工件處于穩(wěn)定狀態(tài)，它與原始狀態(tài)之間的差別不會(huì)再改變，而形成為永久性差別，工件的不可恢復(fù)的變形稱為永久變形。它所對應(yīng)的曲率變化稱為塑性彎曲曲率（角），即 0? 與 c? 兩個(gè)半徑線間的夾角： 0scA A A?? （ 24） 當(dāng)原始彎曲方向與壓彎方向一致時(shí)，即同向壓彎時(shí)，式 21 及 24 中 0A 改為負(fù)值即可。當(dāng)工件原始狀態(tài)無彎曲時(shí)， 0 0A? 。 當(dāng)工件反彎后變直時(shí)， 0cA? ，式 23 變?yōu)? wfAA? 或 0wfAA?? （ 25） 此式即為矯直曲率方程式。為使工件矯后變直，必須選用一個(gè)正好與 彈復(fù)曲率相等的反彎曲率對工件進(jìn)行矯直。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 14 要把曲率變化與工件變形聯(lián)系起來，需要把工件的斷面厚度考慮在內(nèi)。首先參考圖23a 。仍以單位長度工件 MN 來分析，由于其斷面高度為 H ，彎曲時(shí)除中性層 MN 不變形外，其上部產(chǎn)生拉伸變形，其下部產(chǎn)生壓縮變形，根據(jù)平截面原則，各層纖維的變形大小與該層至中性層的距離成正比。已知彎曲 半徑為 ? ，曲率（角）為 A ，在距中心層 z 高度處纖維層的變形可由幾何關(guān)系寫為 ()z z A zA? ? ?? ? ? ? （ 26） ε zε hM Nlhε tzρλAoHAε zzε hH/Zoε zε hzabNMoHQPαl 圖 23 彎曲變形圖 這個(gè)變形值相當(dāng)于以 z 為半徑按 A 角大小所畫的弧長，即圖 23b 中所畫出的 z? 弧。為更直接地反映在工件圖形上，可以先算出 A 的正切角 ? ，即 arctanA?? （ 27） 再以 ? 為依據(jù)，在工件圖形上作斜截線 ab ，參看圖 23c 。此斜線上各點(diǎn)與截面線POQ 的距離就是各點(diǎn)所處縱向纖維的變形值。如任意點(diǎn) z 處的變形，按圖 23c 可寫成 ta nz z zA???? （ 28） 此結(jié)果與式 26 一致。同理，邊層纖維變形為 ta n22h HHA???? （ 29） 從上述結(jié)論中看出：彎曲變形不僅可以計(jì)算出來，而其也可以用作圖法求出。本文后面出現(xiàn)的彎曲變形圖，都是根據(jù)這個(gè)原理給出的。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 15 式 29 中的 A 值加腳標(biāo)后可以 代表各該曲率（角），當(dāng)用式 21 及式 23 來計(jì)算其邊層纖維變形時(shí)，則總變形量為 0()22 wHHA A A? ??? ? ? （ 210） 塑性變形量為 00( ) ( )2 2 2s s c w fH H HA A A A A A? ? ? ? ? ? ? （ 211） 彈復(fù)變形量為 2ffHA? ? （ 212） 殘余變形 量為 ()22c c w fHHA A A? ? ? ? （ 213） 這些變形也可用作圖法，如圖 24 所示。 Haa2a 1a3