板材辊式矫直机辊数分析

张玉昆

摘要：在我国快速发展过程中，我国经济在快速发展，社会在不断进步，从理论计算的角度，给出了大变形、小变形矫直方案辊数确定流程图，并以5辊和7辊为例，从矫后残余曲率、达到的最大塑性变形率、矫后钢板厚度方向的残余应力、矫直力、功率等多方面深入分析辊数多少的区别，为板材辊式矫直机辊数选取时提供依据。

关键词：矫直机;辊数;曲率;塑性变形率

引言

矫直是轧制生产中不可缺少的重要工序，对于板材来讲，矫直主要用于解决板材的弯曲和屈曲.矫直机的结构参数和力能参数是设计和使用矫直机的主要依据，参数的合理与否，直接影响矫直机的使用性能.相对一定的矫直条件和矫直精度要求，存在着最少辊数允许值，虽然增加辊数可提高矫直精度，但机体的尺寸、重量、加工、维护及能耗等都相应有所增加，因此有必要确定矫直板材所需的最佳辊数.

1辊式矫直机工作原理

中厚板辊式矫直机矫直原理是指弹塑性弯曲较大的条件下，板材在弹复后所余留下来的弯曲程度会明显缩小，随着压弯量的减少，余留的弯曲慢慢趋于零而达到矫直板材的目的中厚板辊式矫直机的工作原理是指板材在零张力下经过多次连续性反复弯曲，板材外层金属产生一定屈服，而中间层金属不产生屈服，这种矫直方式可以使板材产品达到较高级别的平直度，形成的残余应力可以通过进一步的弯曲得以被消除，从而使这些板材符合国家标准和用户使用要求。

2板材辊式矫直机辊数的分析

2.1辊数的确定

传统的大变形、小变形矫直方案确定辊数的方法是以残余曲率为目标，板材经过几次反弯后，当残余曲率控制在允许范围内时停止增加辊数。从理论计算的角度来看，7辊辊系完全可以满足高精度矫直需求，且辊数超过7之后，对提高矫直精度的效果减慢。但实际使用中若要得到高精度的板形要求，常見到9辊及以上的矫直机，其原因之一为小变形压下值易算而不易调，算的很准而调整却较难，尤其在机架刚度较低的情况下，调准之后工作时各辊互相影响，便会失去准确性。原因之二为材质不匀及尺寸公差会造成理论值与实际值之间有差距。原因之三为侧弯及扭曲对矫直效果有影响。为此常用增加辊数的办法来弥补上述的不足。

2.2辊式矫直机的分类

板材经过工作辊的多次连续反复弯曲而达到矫直目的，所以辊式矫直机不仅生产效率高而且容易实现自动化控制。辊式矫直机按照工作辊的调整方式可以分为以下几种：上排工作辊单倾斜调整的矫直机、上排工作辊整体倾斜调整的矫直机、上排工作辊双侧倾斜调整的矫直机、上排工作辊整体平行调整的矫直机、上排工作辊单独调整的矫直机。辊式矫直机除了按照工作辊的调整方式来划分外，还可以按照矫直机所矫直板材的规格划分为：薄板辊式矫直机、中薄板辊式矫直机、中厚板辊式矫直机三种.

2.35辊和7辊的比较

单纯从理论计算的角度，不考虑设备本身刚度、来料尺寸误差及特殊板形等情况的影响，以5辊和7辊为例，在来料板材参数和除辊数外辊系其他结构参数相同的情况下，分别计算了多组数据（即不同板材规格、不同辊系大小），从矫后残余曲率（即矫后平直度）、达到的最大塑性变形率、矫后钢板厚度方向的残余应力、矫直力、功率进行计算对比，发现规律一致，鉴于篇幅限制，本文只举出两组计算数据示例。

2.4矫直辊磨损机理

辊式矫直机矫直板材时，矫直辊与板材以及与支承辊之间的相互挤压摩擦会导致矫直辊的磨损。从磨损机理上来看，矫直辊的磨损主要分为粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损及疲劳磨损几种形式.粘着磨损是指矫直辊在高温或高压作用下与板材及支承辊相互挤压摩擦，接触表面微观颗粒在几个材料表面上互相转移，发生材料微粒脱落的现象。磨粒磨损指在矫直力的作用下，金属板材表面产生的氧化铁皮被碾碎成磨粒，在矫直辊连续循环转动过程中这些磨粒不停的划损矫直辊表面，对矫直辊造成磨粒磨损。腐蚀磨损是由于矫直辊一直处于氧化性环境下工作，矫直辊与板材接触摩擦使得辊身表面温度升高，使矫直辊氧化加快，在外力作用下，氧化层破裂形成了高温氧化磨损;矫直辊表面与其周围介质相互作用发生反应，造成了化学磨损。这些磨损形式构成了腐蚀磨损。疲劳磨损是矫直辊常见缺陷之一，也就是所谓的剥落。矫直辊工作层或芯部结合层不可避免地存在显微裂纹，矫直过程中工作辊不停旋转，矫直辊在周期性接触应力和热应力的综合作用下疲劳剥落形成凹坑，导致疲劳磨损。矫直辊磨损是由粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损及腐蚀磨损相互影响共同引起的。国内外许多科研人员对工作辊的磨损失效进行了深入研究。矫直机工作辊磨损与其他磨损在形成机理上是基本相同的。从摩擦学角度分析，矫直辊的磨损可理解为微观与宏观的变化：微观磨损是矫直板材过程中工作辊表面材料微观组织不断损坏消耗的过程;而肉眼明显可见的、表面摩擦引起的极大损坏就表现为宏观磨损。

2.5预防矫直机工作辊失效及提高其使用寿命的措施

本文认为预防矫直辊的失效提高其使用寿命可以从以下几方面采取相应的措施。1）从工艺角度出发，合理安排冷却水的分布与流量，防止矫直辊因温度变化受急冷急热作用产生裂纹。2）制定合理的换辊周期，当矫直辊出现裂纹时，需对其进行磨削修复以防止裂纹的扩展。3）对于那些经过多次磨削修复的矫直辊应该重新进行淬火处理。矫直辊表面的淬火层会因为过多的磨削修复而消失，为提高表面硬度，避免危险断面上的载荷超过疲劳强度，重新进行淬火是很有必要的。4）被矫板材的规格要严格遵守矫直辊设计能力。板材的宽度、厚度、表面质量、原始板型都对矫直辊有较大影响，如果超出矫直辊最初设计的能力，会降低其使用寿命。5）支承辊能有效地提高工作辊轴向的强度和刚度，同时为了保护好工作辊，对支承辊有较高的要求。为保护好工作辊表面避免滑伤，支承辊辊面硬度要比工作辊的低，同时用圆弧修正支承辊边缘，使其对工作辊分布的载荷更加均匀。6）避免矫直操作不当损伤矫直辊。控制好压下调整量，压下量太大会使工作辊负荷成倍增加，容易造成工作辊的失效。7）提高矫直机操作人员的操作技巧和责任心，规范操作行为，杜绝不合理操作方式引发的矫直故障。

结语

（1）对相同规格的带材，只要压下量设定的合适，5辊矫直机和7辊矫直机均能达到矫后平直度的目标值;（2）达到相同最大塑性比的情况下，5辊矫直机各辊压下量大于7辊矫直机的;（3）压下量相同时，7辊矫直机比5辊矫直机产生的最大塑性比大;（4）达到相同最大塑性比的情况下，矫后厚度方向的残余应力值7辊矫直机比5辊矫直机下降约17%;（5）达到相同最大塑性比的情况下，7辊矫直机比5辊矫直机所需矫直力和功率提高约63%。以上结论能够为矫直机辊数选择时提供判断依据，在综合各项指标后确定既经济又合理的辊数。

参考文献

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