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  拉弯矫直机的设计与试验 通常，铝条的直度差是由于带材料的纵向延伸不均匀，造成的。因此，额外的内应力不足，皮带材料不稳定，出现了波浪状、波浪和折叠等不平衡缺陷。拉弯矫直机的原理是通过给带材施加纵向拉伸和连续反复弯曲应力,使带材沿宽度方向上产生不同程度的纵向永久延伸,消除不均匀内应力,达到矫直带材的目的。 然而,来料的各项参数,如厚度、宽度、屈服强度、不平度等的变化,均会影响真实的操作中各种参数的设定和最终矫直效果。因此,操作人员的经验、操作技巧和判断能力,往往在实际控制中起着关键作用,而对拉弯矫直原理的认识和对力能参数的正确理解,则是实现正确操作的基础。 1 张力辊内压张力变化 与传统设计相比,现代拉弯矫直机多设计成8辊张紧形式,这样既增大了整个机组的张力调节范围,减小了开卷/卷取张力,又降低了每根张力辊上的扭矩载荷,提高了张力调节精度,如图1所示。 带材在较小的开卷张力情况下进入入口张力辊组,绕张力辊身形成包角,在带材与辊面之间摩擦力的作用下,带材张力逐级放大,在R1.4与R2.1之间达到最大值,然后再通过出口张力辊组逐级减小,在卷取段恢复到较小的张力值。在各段上的带材张力分布如图2所示。 2 带材拉伸弯曲矫直过程所需历史稳定性的控制 拉弯矫直机列张力的设定值是以带材伸长率设定值的大小为基础的,而伸长率的选择取决于输入带材的平直度状况。图3是来自设备设计厂家的一组试验数据,图中曲线表明,针对不同的来料平直度状况,施加不同的延伸变形,能够得到不一样的情况的带材平直度。 通常在冷轧机上生产的带材,在没有AFC系统自动控制的情况下,离线 I单位;而在有AFC系统精确控制的情况下,冷轧带材的离线 I单位以内。理论上,对于平直度在200 I单位以内的带材,施加0.6%以下的伸长率,均可获得理想板形甚至零缺陷。而实际上,带材的来料情况千差万别,伸长率的设定也不是一成不变的,带材的拉伸弯曲矫直过程是一个十分复杂的力能转变过程。在拉伸弯曲状态下,带材的延伸变形包括弹性变形和塑性变形两部分。其中弹性变形量可根据虎克定律计算得出,即: ΔLL=σEΔLL=σE 对于5×××合金,Rp 0.2值最高可达300 MPa,E为铝的杨氏模量,一般取7×104MPa。计算可知,在极限情况下,拉伸铝材的弹性变形量约为0.43%。而矫直带材所需的塑性变形量可依据输入带材的平直度导出:对于100 I单位的来料,即ΔLL×105=100ΔLL×105=100,矫直带材所需的塑性变形量约为0.1%。 实际经验表明,施加0.3%～0.6%的伸长率可使大多数铝带材得到矫直。考虑到极限情况及张力辊速度偏差、打滑等因素,伸长率设定值一般在0.8%以下。施加过大的伸长率会加大不必要的传动载荷,增加机组能耗。同时过量的拉伸变形会导致带材形成“舟”状横弯(图4b)。虽经反向弯曲能部分消除,但操作不当会形成“弓”形缺陷,如图4c所示。 3 列出各段张力的确定 要使带材产生需要的延伸,就必须在机列各段设定适当的张力值。 3.1 提高表面张力 张力的设定取决于待加工的带材的规格范围和张力辊的数量。张力辊表面多涂有聚氨酯包敷层,以最大限度地提高表面摩擦力。相比而言,8辊张紧形式具有更大的张力放大能力,因此不需要过大的开卷张力,这既减少开卷电机负荷,又防止带材因应力不均匀而局部屈服产生不均匀变形。一般开卷张应力取材料屈服极限的8%～20%,根据带材横截面积可计算出开卷绝对张力值。卷取张力一般为开卷张力的1.1～1.5倍。 3.2 张力辊面的弯曲变形 从开卷段到弯曲矫直段的张力放大是通过几组“S形”分布的张力辊来实现的,这也是带材实现拉伸弯曲变形的前提。如图5所示。 在①和②张力辊之间分别施加入口张力T1和出口张力T2,并且T2T1,对应的带材速度V2V1,那么,每一阶段上带材的拉伸变形量和速度变化可依据下列公式计算: V12=V1×(1+Δε1) V2=V12×(1+Δε2) 式中Δε1=T12?T1E×t×wΔε1=Τ12-Τ1E×t×w Δε2=T2?T12E×t×wΔε2=Τ2-Τ12E×t×w 假定原始长度为S=S0的一段带材,连续经过两次拉伸变形后,长度变成S1=S0+ΔS1,S2=S0+ΔS1+ΔS2。通过计算可知,实际上带材在这一阶段的拉伸变形量是非常小的,可完全忽略不计。对于与张力辊面接触部分的带材,则是随着张力递增逐渐延伸的,这一微小变化可完全通过张力辊面的弹性蠕动而确保带材与辊面不可能会发生相对滑动。 整个张力辊组的张力放大系数可由欧拉公式计算得出 T2=T1ef θ 式中:θ—带材绕入口张力辊组的包角之和,取弧度值; f—带材与辊面间的摩擦因数。 通常,将带材绕每个张力辊的包角设计成230°,整个入口辊组的包角之和θ为920°,转换成弧度为16.06。对于聚氨酯辊面,摩擦因数约为0.15～0.25,在辊面清洁和带材为冷轧表面的条件下,可取f=0.18。计算入口辊组的张力放大倍数K: K=T2/T1=ef θ=18 由此可知,在正常生产条件下,开卷张力为8 MPa时,经张力辊组放大后,理论上可在弯曲矫直段产生144 MPa的拉伸应力,这足以保证带材产生必要的拉伸弯曲变形。 另外需要指出的是,张力辊直径也是影响最终矫直效果的主要的因素。首先受空间位置决定,辊径不可能设计得过大,而决定最小辊径的依据是必须能防止带材产生由绕辊身弯曲所引起的纵向拱弯或使之保持最小程度。可依据下面的经验公式计算: D=tx×E/Re 式中:tx—加工带材的最大厚度; Re—加工带材的最小屈服极限。 对于厚度最大、屈服极限最低的带材,绕辊身弯曲时最容易产生屈服。例如:tx=0.8 mm,Re=70 MPa,E=7×104MPa时,计算可得到,需要的张力辊直径最小为800 mm,而辊径D越大对带材越有利。 3.3 拉弯矫直机 如前面所述,在弯曲矫直段上带材张力达到最大值(R1.4-R2.1段),该段也是带材产生弹、塑性变形最集中的区域。带材通过弯曲工作辊时的应力状态可视为拉伸应力和弯曲应力的组合。见下面的表达式: R=Tt×w+E×td+tR=Τt×w+E×td+t 式中:T—R1.4与R2.1之间的张力值; t×w—带材的横截面积; d—工作辊包角的曲率直径,极限情况下等于工作辊直径d0。 从设计角度讲,减小工作辊直径d0也是增大弯曲应力的有效途径。工作辊的尺寸和数量是带材厚度范围、屈服强度、生产线速度、拉伸张力、伸长率等诸因素的函数。对于给定的带材材质而言,工作辊直径取决于在带材最小厚度时的

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