1000mm立式矫直机辊系设计
第二章矫直原理
2.1矫直原理
在型钢钢铁生产，最是钢在原始曲率修正的大小和方向是随机的，多值已经属于原始的轧件弯曲矫直问题。矫直辊矫直原理是：多个弹塑性变形，消除原始曲率不均匀性，并逐渐变平，以达到矫正的目的。表，尤其是钢铁主要采用辊矫直矫直机，可分为两种，冷矫直和热矫直。型钢由于不同材质、规格和尺寸，需要变形的数量也不同，因此辊辊矫直机的数量也有很大差异。通常，型钢矫直机辊数多为5-13个，其中5-7辊的多用于型钢矫直。可以按照每一个矫直辊型钢产生的变形程度并最终消除残余曲率的方法，可分为小变形矫直方案，大变形和倾斜校正方案。
(1)小变形矫直方案
矫直方案的原则是：使用矫直变形量消除支撑前辊最大残余曲率。为达到消除该辊最大原始曲率目的，该辊的反弯曲率
111?w应等于钢板的弹复曲率
1?f， 即
?w??f 。小变形矫直方案优势在轧件原始曲率较大。可以迅速消除原始曲率
值之间的差异。
(2)大变形矫直方案
部分在这种情况下的多值原始曲率和曲率弯曲变形，弹性越大复杂曲率差异越小,成品钢的残余曲率在较小的范围内。根据这一特点，在第二和第三辊采用大相对于反弯曲率，轧件的一部分价值总额的弯曲变形曲率玩双曲率接近一个值在同一个方向,残余曲率减小，几乎可以迅速使轧件长度方向曲率单个值。然后几变形后，轧件通常是平直的，达到矫正的目的。
(3)整体倾斜矫直方案
矫直方案主要是研究数量前后通过调整结束,使其首端的压下量对其相对反弯曲率CW?3?5，尾端压下量的相对反弯曲率CWn?1?1。当确定第二辊及倒数第二辊( n - 1辊) 上的反弯曲率后，就可按线性规律确定其它矫直辊的反弯曲率。本矫直方案的优点是按照钢板矫直过程的变形特征。
型钢在热轧钢板用户要求尺寸和形状精度越来越高。除了其他方面，用户需求部分必须连续，而且没有可能有害的内部压力的目的。内应力以及弯曲和平面度误差是由以下的原因造成的：
沿截面高度方向和宽度方向上的不均匀塑性变形,例如在轧制过程。 轧件的不均匀冷却部分，例如在冷却床上或在热轧过程或温度控制的过程。
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平面度误差弯曲或边缘波和中部折叠形式，这种误差可以被理解为钢板长度的长度或宽度。一块平的型钢钢铁，所有沿长度方向和纤维材料的宽度相同的长度。
矫直的任务是基于钢特殊形状的平面度超差，为了弥补长度差异，适用于特殊的形成是用来消除弯曲和波形。
在这个过程中,最重要的事情是确定钢板的变形状态取代变形将导致内部应力状态的不确定性。这是通过在矫直机的入口段对钢板进行较强的弯曲来实现的。
通常，弯曲一块型钢时会产生对称弯曲应力分布的应力状态。
弹性应力
σσsσs 弹-塑性应力 塑性应力
图2-1 弯曲应力分布的应力状态
图2-2无内应力弯曲
如果型钢，有很多不同的内部拉应力和压应力(当有边缘波或中央隆起)，堆
栈到内部应力、弯曲应力分布的不对称中心线的应力分布。
图2-3型钢中央内部应力分布
图2-4弯曲应力与内部应力叠加
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这种形式的应力分布造成下述情况：
1) 在存在内部拉应力时，型钢顶面的伸长量大于钢板底面的压缩量。 2) 在存在内部压应力时，型钢底面的压缩量大于钢板顶面的伸长量。 当存在内部拉应力时，通过多次交变弯曲，钢板稍微伸长。 相反，当存在内部压应力时，通过上述弯曲，钢板稍微缩短。
沿垂直部分的内部压力可以导致波形，不同长度由交变弯曲补偿，并使中央凸和边缘波减少。 调整设备，这些可以任意选择使用辊式矫直机可以使用不同的方式或矫直机的长度方向沿宽度方向调整，前提是消除钢波形。矫直过程，必须使每转动后钢钢筋的绝对值减少尽可能的均匀。
在这个过程中，最后把弯曲的数量必须是弹性的矫直机矫直后离开扁钢。 平行辊矫直机是目前使用最广泛的矫直机。可以除以厚度钢板矫直机矫直机，中厚钢板矫直机矫直机和表。型钢矫直机，它的容量限制可以中厚板、地板往往中板；薄板矫直机的能力限制会造成中板，下限可以适当的表；薄板矫直机的厚度很薄,大板矫直的宽度。板宽与矫直机的能力及结构复杂程度有密切关系。首先板厚决定辊径尺寸；其次是板宽决定辊长尺寸；第三是辊数决定着矫直质量；第四是辊子重叠数决定矫直质量及表面粗糙度；第五是矫直温度决定矫直机的结构特点[15]。
2.2弯曲变形与曲率
金属应力状态矫直过程中基本上是集中载荷。在立辊矫直矫直和压力条件下，考虑到工件的弹性压扁，弯曲和接触载荷点也形成一个小的区域。小段的力学分析,考虑弯曲和变形的曲率,也非常接近实用和方便。现在从微小弧段上取一
?单位弧长Oa，如图2-5所示，设工件原始状态是弯曲的，具有原始曲率?0，此
?单位弧长即Oa=1，它所`对应的弧心角为A0，它们之间的关系为：
A0??弧长Oa的曲率也是用1?Oa?0?1?0
mm?1。表示，只是单位量纲不再是弧度rad，而是?01他们的数值完全相同，故曲率也是用A0表示，但需写为A0??0。A0（单位为
mm?1）即是原始曲率，也可以理解为原始曲率角。由于按角度概念运算会带来
许多方便，以后各种曲率皆按曲率角进行运算。
??现在按图2-5所对原始曲率A0的Oa工件进行反弯达到Oa1状态。此时形成
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的反弯曲率为Aw，其相应的曲率半径?w。故有：Aw?1?w
??工件Oa由A0弯到Oa1状态，总的曲率变化量就是总的曲率角变化量为：
A??A0?Aw
这个总曲率角在图2-5中相当于一个三角形?O0O1b中b角的外角，他相当于曲率角由A0变到Aw，总的变化当然是A0?Aw。在由A0?O?Aw的变化过程中曲率半径由?0增到无穷大，再由无穷大减到?w。而新曲率半径只能借助曲率角来计算，即：
????0?w111 ???11A?A0?Aw???0w??0?w取消外力后，工件将释放其弹性势能形成弹性恢复现象。因为包含弯曲弹塑性变形，塑性变形是一个永久变形,所以复杂的行动不能回到初始状态，只能按
?弹性势能大小返回到Oa2所对应的弧心角为Ac，称之为残留曲率（角），与其对应的曲率半径为?c，同理Ac=1?c
??。工件由Oa1弹复到Oa2，其曲率角的变化由
Aw变到Ac，其减小量，以Af表示，则：
图2-5 弯曲时曲率变化
Af?Aw?Ac
Af为弹复曲率(角)，在图1-5中表现为右侧的?w与?c两个半径线间的夹角。
等待复杂的工件处于稳定状态后，它与原状态的区别不会改变，并成为永久性差异，不可恢复的变形成为永久变形的部分。它所对应的曲率变化称为塑性弯
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曲曲率（角），即?0与?c两个半径线间的夹角：
As?A0?Ac
当弯曲方向与压弯方向一致时，即同向压弯时，上式中的A0改为负值即可。当工件原始状态无弯曲时，A0=0。
当工件反弯后变直时，Aw?Af或Aw?Af?0。此式即为矫直曲率方程式。为了使矫直后的工件变直，必须选择一个恰逢弹性复杂曲率等于反弯曲率为矫直工件。
为了进一步了解和矫直原理，相对于曲率的概念处理。首先设定弹性极限曲率(角)为At，它相当于工件表层纤维达到弹性极限变形时的曲率值。
At?2?t H现在定义：各种曲率对弹性极限曲率的比值为曲率比，用c表示，c也是采用各种脚标以区别各种曲率比的不同名称。总弯曲率比为：
C??A? At其它如：原始曲率比、反弯曲率比、弹复曲率比、残留曲率比及塑性曲率比等分别表示为：
C0?AfA0AAA Cw?w Cf? Cc?c Cs?s AtAtAtAtAt前面给出的各种曲率方程式可以用曲率比写出：
Cf?Cw?Cc或Cf?Cw?Cc?0
Cs?C0?Cc或Cs?C0?Cc?0
C??Cw?C0或C??Cw?C0?0
从上述分析中看出：残留变形是残留弯曲所反映的变形，是外在可见的变形。弯曲变形可以理解为矫直时的反弯变形，明确了弯曲变形就等于明确了矫直变形[16]
。
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