鈦合金管材復(fù)合輥型矯直機(jī)輥型曲線及仿真研究

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1、鈦合金管材復(fù)合輥型矯直機(jī)輥型曲線及仿真研究第1章緒論管材在軋制、熱處理和運(yùn)輸過(guò)程中，由于受加工中設(shè)備施加的外力、加工冷卻中溫度的變化和變形時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力等因素影響，在軸線方向呈現(xiàn)彎曲，這種彎曲一般是空間彎曲，在截面上其圓度也會(huì)發(fā)生變化[1]。所以，對(duì)于加工后的管材必須進(jìn)行矯直以提高其直線度和圓度。對(duì)彎曲的工件先施加較大的反向彎曲，然后依靠工件彈復(fù)使原始彎曲減小，彈復(fù)后再次施加遞減的反向反彎以求最終工件彈復(fù)到平直狀態(tài)，其思想與現(xiàn)代矯直理論相符。1.1矯直機(jī)分類現(xiàn)代矯直設(shè)備種類繁多，為了研究矯直理論與裝備，下面從結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分類。第一類為壓力矯直機(jī)，主要適用于矩形、菱形條材、大鍛件及鋼坯；第二

2、類為平行輥矯直機(jī)，主要矯直板材，早期管材矯直機(jī)亦使用平行輥矯直機(jī)，但其不能矯直管棒材空間各方向彎曲且矯直中管材自轉(zhuǎn)易產(chǎn)生麻花彎，因此對(duì)于管棒材矯直不再使用此種矯直機(jī)；第三類為斜輥矯直機(jī)，主要矯直棒材及管材，它能夠使管材在矯直機(jī)中螺旋前進(jìn)，從而能矯直管棒材空間個(gè)方向彎曲，斜輥矯直機(jī)具體分類如圖1-1所示。壓力矯直機(jī)與輥式矯直機(jī)都是利用施加一反向彎曲，使彈復(fù)后的殘余曲率小于初始曲率，如此反復(fù)，當(dāng)最后殘余曲率接近零時(shí)，達(dá)到矯直目的[2]。第四類為轉(zhuǎn)轂矯直機(jī)，其矯直原理與斜輥矯直機(jī)矯直原理相同。轉(zhuǎn)轂矯直機(jī)工件固定而矯直工具旋轉(zhuǎn)，后者相反；第五類為拉伸矯直機(jī)，初始彎曲的工件其縱向纖維的長(zhǎng)度不等，在

3、工件縱向施加一外力使縱向纖維長(zhǎng)度相等，卸掉外力后縱向纖維有基本相等的彈復(fù)量以恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)使工件達(dá)到矯直目的。第六類是拉彎矯直機(jī)，它是拉伸矯直時(shí)附加彎曲，使拉伸變形不同時(shí)在一截面上達(dá)到最大值，避免拉伸矯直應(yīng)力向薄弱部位的集中；第七類為拉胚矯直機(jī)，主要使連鑄過(guò)程中鋼坯由彎曲狀態(tài)變成平直狀態(tài)；第八類為特殊結(jié)構(gòu)矯直機(jī)。.....1.2斜輥矯直機(jī)及理論發(fā)展斜輥矯直機(jī)矯直輥與圓材成一定角度，在矯直輥轉(zhuǎn)動(dòng)下帶動(dòng)管材邊前進(jìn)邊旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)在輥縫或者各輥之間的彎曲達(dá)到矯直的目的。斜輥矯直根據(jù)其對(duì)圓材的反彎方式不同分為多斜輥矯直機(jī)和二輥矯直機(jī)[3]。多斜輥矯直機(jī)依靠成對(duì)的矯直輥或者交錯(cuò)布置的矯直輥之間施加不同的

4、壓彎量，使管材在矯直過(guò)程中實(shí)現(xiàn)不同程度的壓彎和彈復(fù)達(dá)到矯直的目的。產(chǎn)業(yè)革命后，各國(guó)相繼對(duì)多斜輥矯直機(jī)進(jìn)行研究[4-9]。1914年，阿布拉姆森研發(fā)了交錯(cuò)布置的五斜輥矯直機(jī)，后又經(jīng)改進(jìn)成212型五斜輥矯直機(jī)。1920年，日本出現(xiàn)了2-2-2型六斜輥矯直機(jī)，提高了矯直速度和矯直質(zhì)量。上世紀(jì)六十年代在六斜輥矯直機(jī)基礎(chǔ)上添加一個(gè)斜輥用以增大塑性區(qū)，進(jìn)一步提高矯直質(zhì)量，另一種七斜輥矯直機(jī)為3-1-3型七斜輥矯直機(jī)，這種矯直機(jī)對(duì)薄壁管材有很好的矯直效果。同時(shí)期也出現(xiàn)九斜輥矯直機(jī)，前置兩個(gè)對(duì)輥用以壓扁咬入管材其后七個(gè)斜輥交錯(cuò)布置，這種結(jié)構(gòu)布局大大提高矯直速度和質(zhì)量。對(duì)于多斜輥矯直理論和設(shè)備的研究我國(guó)較

5、晚，早期主要借鑒蘇聯(lián)理論，取得相應(yīng)成果，推動(dòng)我國(guó)矯直技術(shù)的進(jìn)步。二輥矯直機(jī)在輥長(zhǎng)上分為多個(gè)反彎段，由于反彎曲率比從輥腰到輥端遞減，所以管材在二輥輥縫中實(shí)現(xiàn)先增大后減小的反彎，最終使管材得到矯直。國(guó)外對(duì)其研究較早，英國(guó)布朗克斯公司生產(chǎn)了13個(gè)規(guī)格的二輥矯直機(jī)，矯直范圍為Φ1.5~Φ250mm。比戈伍德公司生產(chǎn)了8個(gè)規(guī)格的二輥矯直機(jī)，能夠矯直Φ4.5~Φ178mm直徑的圓材。日本共和機(jī)械設(shè)計(jì)的F型二輥矯直機(jī)能矯直直徑Φ200mm以下的圓材。此外，英國(guó)羅伯遜公司、日本川崎機(jī)械公司、法國(guó)DMS公司、美國(guó)梅達(dá)特公司、蘇聯(lián)基洛夫機(jī)床廠等都對(duì)二輥矯直機(jī)的發(fā)展做出

6、貢獻(xiàn)。........第2章管材矯直原理軋制、焊接或熱處理后的金屬管材往往存在著一系列的缺陷，其中主要的缺陷是縱向彎曲和管材橫斷面直徑不等。這些缺陷可以在輥式矯直機(jī)上消除。管材通過(guò)在斜輥式矯直機(jī)中，多次彈塑性彎曲來(lái)矯直管材。本文設(shè)計(jì)的復(fù)合輥型矯直機(jī)管材在前置六輥的輥?zhàn)g形成塑性彎曲區(qū)，亦可在后置二輥輥縫中按照所設(shè)計(jì)曲率的彎曲，以求殘余曲率最小，達(dá)到更高的直線度。在各個(gè)矯直輥中施加一定壓扁，使管材圓度提高。下面從彈塑性變形理論入手，闡述矯直基本原理。2.1彈塑性變形應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系由于材料存在加工硬化現(xiàn)象，在塑性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變呈現(xiàn)復(fù)雜的曲線關(guān)系如圖2-1a)所示。為了簡(jiǎn)化對(duì)彈塑性彎曲

7、過(guò)程的分析，往往將材料看成理想的彈塑性體，忽略加工中的加工硬化，即塑性變形時(shí)的應(yīng)力是常數(shù)且等于屈服極限σt，如圖2-1b)所示。把實(shí)測(cè)具有加工硬化曲線的金屬材料做理想金屬進(jìn)行簡(jiǎn)化，對(duì)于矯正熱狀態(tài)下的工件，其誤差不大；對(duì)于矯正冷狀態(tài)下的工件，其計(jì)算誤差將會(huì)變大。故對(duì)于研究常溫狀態(tài)下的管材矯直時(shí)，不能視材料為理想金屬進(jìn)行簡(jiǎn)化，一般如圖2-1c)所示，把強(qiáng)化階段視為線性強(qiáng)化，以此進(jìn)行理論推導(dǎo)，以求減小計(jì)算誤差[39]。....