北京化工大学毕业设计
第3章 结构设计
第3.1节 辊的布置与设计
3.1.1、布辊方案与结构
在最初的方案中图3·1，对管材的展开曾采用多组支架，而考虑到UHMWPE的加工性能，虽然160℃超过了材料的熔点，但是材料的性质决定了它的内应力不能全部释放，内应力没有完全释放就会产生不贴合支架的变形，而不贴合支架的变形必然受力不均匀，这将导致最终产品不能完全展平，甚至是出现板材断裂的现象。因此考虑用辊压的方法对管材施加变形力，这样受力较均匀。
图3·1 最初支架方案
辊组设置较多板材成型厚度就越精确，质量相应就越好，但成本相应就会提高；而设置较少会出现板材未压平，厚度不均匀等缺陷。初步设计为4组异形辊。异形辊为压辊，目的是对展开的板材施加作用力，使其受力变形到需要的状态，板材经过支架初步展开后进入辊组，第一组辊设计为向上翘曲的，即上辊为凹形辊，下辊为凸形辊如图3· 2第一组辊。第一组辊子上辊和下辊的中高都是200mm，两辊跨度都是
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1320mm，辊壁厚都是20mm，上辊端部外径320mm，下辊端部外径80mm。设置第一组辊子的目的是进一步使管材展开，并对板材的厚度定型。
图3·2 第一辊组模型图
第二组辊组的设计展开弧度应更小，设计为直辊，两辊外径都为200mm，辊子跨
度1320mm，壁厚20mm，下辊的轴线高度和第一组辊子相同，第三组、第四组的下辊轴线高度与第一组都相同，这样设计的目的在于板材在展开和压制定型的过程中，更加平稳。辊组设计如图3·3，第二组辊设计目的是初次实现展平，在展平的同时也能使板材厚度更加均匀。
第三辊组的设计弧度与第一辊组反向，即上辊为凸形辊，下辊为凹形辊。两辊中高200mm，壁厚20mm，上辊端部外径80mm，下辊端部外径320mm，和前两辊组一样，上辊为施力辊，轴承座可移动，下辊为固定辊，主动转动。此结构的设置会使管材展平后向原曲率的反向弯曲变形，因为超高分子量聚乙烯材料的性质，在加热过熔点20℃时内应力没有释放完全，反向弯曲使板材释放一部分内应力，展平后回弹缩小，有利于板材保持平展。第三辊组如图3·4。
第四辊组设计与第二辊组相同，设计为直辊，目的为第二次展平板材，使辊压出的板材基本平展，并能再次修正板材厚度方向的偏差，保证出箱的板材的厚度均匀和平展。设计如图3·5。
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图3·3 第二辊组模型图
图3·4 第三辊组模型图
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图3·5 第四辊组模型图
上述四组辊子的上辊都是施力辊，油缸提供加载。四组辊在热风箱内的排布图如3·6图3·7。
图3·6 箱体内部四辊排布
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图3·7 箱体内部四辊排布
3.1.2、辊筒的加工方法
辊的设计应尽量减小重量，参考轧辊的结构设计[26]，设计为中空筒状，辊筒的制造方法采用离心浇注的方法[27-29]，异形辊的制造只要改变铸型的形状浇注。
图3·8 直辊卧式浇注方案图
异形辊的制造参考直辊浇注的方案见图3·8，若直接改变铸型铸造出的异形辊厚度不均匀，铸件厚度不均匀冷却收缩会出现缺陷。因此要对铸造工艺进行改进，初步方案是在筒壁内加筒芯，铸造后拔模取出即可。对于凸形辊的铸造不能一次成型，需要二次成型。
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