機械專業(yè)-鋼筋矯直切斷機的設計【含CAD圖紙】

機械專業(yè)-鋼筋矯直切斷機的設計【含CAD圖紙】,含CAD圖紙,機械,專業(yè),鋼筋,矯直,切斷,設計,CAD,圖紙 鋼筋矯直切斷機的設計 摘 要 設計較為全面、系統(tǒng)地研究了冷軋帶肋鋼筋的矯直理論及矯直及矯直切斷機的基本形式、結(jié)構(gòu)、參數(shù)和選型方法，確定了鋼筋矯直切斷機的總體設計方案。設計運用材料力學和彈塑性力學的基本原理，將矯直過程中的鋼筋看成一個連續(xù)彎曲的梁，對冷軋帶肋鋼筋的彎曲變形作了詳盡的闡述。設計對冷軋帶肋鋼筋的矯直原理作了進一步的敘述，在此理論的基礎上，研究分析了矯直系統(tǒng)參數(shù)確定方法。提出了新的輥系配置方案，并針對此種新的輥型配置方案，計算出了矯直系統(tǒng)力學參數(shù)及矯直功率。設計設計了一種較為簡單實用的剪切機構(gòu)。設計創(chuàng)造性的在矯直切斷機上引入了行程開關(guān)，實現(xiàn)鋼筋的自動定尺切斷，提高了自動化程度。 鋼筋技術(shù)推廣的社會和經(jīng)濟效益十分顯著，因此高強鋼筋得到了廣泛應用。歐美等工業(yè)發(fā)達國家對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的性能要求較高，多采用可焊鋼筋，其實物的質(zhì)量高于標準規(guī)定。盤卷供料的鋼筋需經(jīng)矯直切斷后才可使用，目前國內(nèi)滿足矯直性能要求的高強鋼筋矯直切斷機還很少，市場上急需該類產(chǎn)品。設計在理論分析的基礎上，充分聯(lián)系實際中已有的矯直切斷機原理結(jié)構(gòu)，在降低機器成本的基礎上，提高了切斷效率，并實現(xiàn)了自動化。 關(guān)鍵字： 冷軋帶肋鋼筋；矯直；行程開關(guān)；剪切 Abstract This dissertation comprehensively and systematically investgates straightening technology og cold-rolled ribbed bars,straightening theory of bars,the straightening machines basis type,congigureation,parameter and the method of choosing bars straightening machine type. Utilizing the basis of material mechanics, elastic-plastic mechanics and regarding a bar as a continous bending beam in the peocess of straightightening, bend transform of cold ribbed bars is explained elaborately. Straightening theory of cold-rolled ribbed bars is farther depicted and on the basis of this theory, confirming method of straightening system parameter is researched. The new roller type configuration theme is put forward and straightening system mechanical parameter and straightening power of this new theme is calculated. An simple cutting mechanism is designed.The dissertation draw into the distance-button on the straightening machines, the bars can be cutting in certain size automly, make it more automly. The dissertation on the basis of theory analyse, combine with the straightening machines used, on the basis of lower cost, raise the cutting efficiency, and to be autom. Keywords: Cold rolld ribbed bars; Straightening; Distance-button; Cutting 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1國內(nèi)外鋼筋矯直切斷技術(shù)的發(fā)展狀況 1 1.2冷軋帶肋鋼筋的概述 1 1.2.1鋼筋的種類 1 1.2.2冷軋帶肋鋼筋的表面形式 2 1.3課題的提出和意義 2 第2章 鋼筋矯直理論及金屬材料的彈塑性彎曲 3 2.1矯直理論與技術(shù)總體概況 3 2.1.1 國內(nèi)外對矯直理論和技術(shù)的研究綜述 3 2.1.2矯直基本理論和技術(shù)的研究 3 2.1.3對矯直設備和矯直質(zhì)量的研究 4 2.2對鋼筋類金屬材料彈塑性彎曲的分析 5 2.2.1概述 5 2.2.2彈塑性彎曲的變形過程 6 2.2.3彈塑性彎曲的彎矩 6 2.2.4強化金屬材料彈塑性彎曲的彎矩 8 2.2.5彈塑性彎曲的變形能 8 2.2.6旋轉(zhuǎn)彎曲的變形能 10 2.3本章小結(jié) 11 第3章 矯直裝置的選取和分析 12 3.1矯直原理 12 3.1.1反彎矯直、拉伸矯直及拉彎矯直 12 3.1.2旋轉(zhuǎn)矯直 12 3.2冷軋帶肋鋼筋矯直機矯直系統(tǒng)參數(shù)設計 16 3.2.1矯直輥的研究設計 16 3.2.2矯直輥輥系的配置 21 3.2.3 矯直速度 22 3.2.4對矯直質(zhì)量影響的幾個因素 23 3.2.5矯直系統(tǒng)設計計算 23 3.3轉(zhuǎn)轂式斜輥矯直力能參數(shù)計算 24 3.4轉(zhuǎn)轂式斜輥矯直機矯直功率計算 26 3.4.1鋼筋低頻彎曲塑性變形所需功率 26 3.4.2旋轉(zhuǎn)彎曲的塑性變形功率 26 3.4.3矯直輥摩擦功率 26 3.4.4轉(zhuǎn)轂軸承摩擦功率 27 3.5設計計算 27 3.6本章小結(jié) 29 第4章 鋼筋矯直切斷機的總體方案 30 4.1冷軋帶肋鋼筋矯直切斷機使用范圍及特點 30 4.2軋帶肋鋼筋切斷機技術(shù)性能指標 30 4.3總體方案及工作原理 30 4.3.1導入裝置和壓緊裝置： 31 4.3.2 矯直裝置 31 4.3.3切斷機構(gòu) 32 4.3.4承料機構(gòu) 32 4.3.5傳動系統(tǒng) 32 4.4本章小結(jié) 32 第5章 鋼筋矯直切斷機剪切機構(gòu)的分析與研究 33 5.1概述 33 5.1.1生產(chǎn)工藝對切斷定尺的精度和生產(chǎn)能力的要求 33 5.2剪切形式的分類 33 5.3設計計算 34 5.4本章小結(jié) 34 第6章 鋼筋矯直切斷機的承料機構(gòu) 35 6.1承料機構(gòu)分析 35 6.2鋼筋矯直切斷機承料機構(gòu)的設計 35 6.3本章小結(jié) 35 結(jié)論 36 致謝 37 參考文獻 38 1 鋼筋矯直切斷機的設計 摘 要 設計較為全面、系統(tǒng)地研究了冷軋帶肋鋼筋的矯直理論及矯直及矯直切斷機的基本形式、結(jié)構(gòu)、參數(shù)和選型方法，確定了鋼筋矯直切斷機的總體設計方案。設計運用材料力學和彈塑性力學的基本原理，將矯直過程中的鋼筋看成一個連續(xù)彎曲的梁，對冷軋帶肋鋼筋的彎曲變形作了詳盡的闡述。設計對冷軋帶肋鋼筋的矯直原理作了進一步的敘述，在此理論的基礎上，研究分析了矯直系統(tǒng)參數(shù)確定方法。提出了新的輥系配置方案，并針對此種新的輥型配置方案，計算出了矯直系統(tǒng)力學參數(shù)及矯直功率。設計設計了一種較為簡單實用的剪切機構(gòu)。設計創(chuàng)造性的在矯直切斷機上引入了行程開關(guān)，實現(xiàn)鋼筋的自動定尺切斷，提高了自動化程度。 鋼筋技術(shù)推廣的社會和經(jīng)濟效益十分顯著，因此高強鋼筋得到了廣泛應用。歐美等工業(yè)發(fā)達國家對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的性能要求較高，多采用可焊鋼筋，其實物的質(zhì)量高于標準規(guī)定。盤卷供料的鋼筋需經(jīng)矯直切斷后才可使用，目前國內(nèi)滿足矯直性能要求的高強鋼筋矯直切斷機還很少，市場上急需該類產(chǎn)品。設計在理論分析的基礎上，充分聯(lián)系實際中已有的矯直切斷機原理結(jié)構(gòu)，在降低機器成本的基礎上，提高了切斷效率，并實現(xiàn)了自動化。 關(guān)鍵字： 冷軋帶肋鋼筋；矯直；行程開關(guān)；剪切 Abstract This dissertation comprehensively and systematically investgates straightening technology og cold-rolled ribbed bars,straightening theory of bars,the straightening machines basis type,congigureation,parameter and the method of choosing bars straightening machine type. Utilizing the basis of material mechanics, elastic-plastic mechanics and regarding a bar as a continous bending beam in the peocess of straightightening, bend transform of cold ribbed bars is explained elaborately. Straightening theory of cold-rolled ribbed bars is farther depicted and on the basis of this theory, confirming method of straightening system parameter is researched. The new roller type configuration theme is put forward and straightening system mechanical parameter and straightening power of this new theme is calculated. An simple cutting mechanism is designed.The dissertation draw into the distance-button on the straightening machines, the bars can be cutting in certain size automly, make it more automly. The dissertation on the basis of theory analyse, combine with the straightening machines used, on the basis of lower cost, raise the cutting efficiency, and to be autom. Keywords: Cold rolld ribbed bars; Straightening; Distance-button; Cutting 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1國內(nèi)外鋼筋矯直切斷技術(shù)的發(fā)展狀況 1 1.2冷軋帶肋鋼筋的概述 1 1.2.1鋼筋的種類 1 1.2.2冷軋帶肋鋼筋的表面形式 2 1.3課題的提出和意義 2 第2章 鋼筋矯直理論及金屬材料的彈塑性彎曲 3 2.1矯直理論與技術(shù)總體概況 3 2.1.1 國內(nèi)外對矯直理論和技術(shù)的研究綜述 3 2.1.2矯直基本理論和技術(shù)的研究 3 2.1.3對矯直設備和矯直質(zhì)量的研究 4 2.2對鋼筋類金屬材料彈塑性彎曲的分析 5 2.2.1概述 5 2.2.2彈塑性彎曲的變形過程 6 2.2.3彈塑性彎曲的彎矩 6 2.2.4強化金屬材料彈塑性彎曲的彎矩 8 2.2.5彈塑性彎曲的變形能 8 2.2.6旋轉(zhuǎn)彎曲的變形能 10 2.3本章小結(jié) 11 第3章 矯直裝置的選取和分析 12 3.1矯直原理 12 3.1.1反彎矯直、拉伸矯直及拉彎矯直 12 3.1.2旋轉(zhuǎn)矯直 12 3.2冷軋帶肋鋼筋矯直機矯直系統(tǒng)參數(shù)設計 16 3.2.1矯直輥的研究設計 16 3.2.2矯直輥輥系的配置 21 3.2.3 矯直速度 22 3.2.4對矯直質(zhì)量影響的幾個因素 23 3.2.5矯直系統(tǒng)設計計算 23 3.3轉(zhuǎn)轂式斜輥矯直力能參數(shù)計算 24 3.4轉(zhuǎn)轂式斜輥矯直機矯直功率計算 26 3.4.1鋼筋低頻彎曲塑性變形所需功率 26 3.4.2旋轉(zhuǎn)彎曲的塑性變形功率 26 3.4.3矯直輥摩擦功率 26 3.4.4轉(zhuǎn)轂軸承摩擦功率 27 3.5設計計算 27 3.6本章小結(jié) 29 第4章 鋼筋矯直切斷機的總體方案 30 4.1冷軋帶肋鋼筋矯直切斷機使用范圍及特點 30 4.2軋帶肋鋼筋切斷機技術(shù)性能指標 30 4.3總體方案及工作原理 30 4.3.1導入裝置和壓緊裝置： 31 4.3.2 矯直裝置 31 4.3.3切斷機構(gòu) 32 4.3.4承料機構(gòu) 32 4.3.5傳動系統(tǒng) 32 4.4本章小結(jié) 32 第5章 鋼筋矯直切斷機剪切機構(gòu)的分析與研究 33 5.1概述 33 5.1.1生產(chǎn)工藝對切斷定尺的精度和生產(chǎn)能力的要求 33 5.2剪切形式的分類 33 5.3設計計算 34 5.4本章小結(jié) 34 第6章 鋼筋矯直切斷機的承料機構(gòu) 35 6.1承料機構(gòu)分析 35 6.2鋼筋矯直切斷機承料機構(gòu)的設計 35 6.3本章小結(jié) 35 結(jié)論 36 致謝 37 參考文獻 38 40 第1章 緒 論 1.1 國內(nèi)外鋼筋矯直切斷技術(shù)的發(fā)展狀況 鋼筋矯直切斷機在建筑行業(yè)運用廣泛，國內(nèi)外對鋼筋矯直切斷機的研究也比較多，國內(nèi)對于鋼筋矯直切斷機的需求空間很廣，但國內(nèi)的矯直切斷機只能滿足一般的需求，對于一些矯直精度較高，切斷質(zhì)量要求也較高的鋼筋就無法滿足了，需要從國外進口有關(guān)設備，總體來說國內(nèi)的技術(shù)還落后于國外。 由于冷軋帶肋鋼筋需要經(jīng)矯直切斷后才可使用，但目前對于冷軋帶肋鋼筋矯直的理論研究還不是很完善，冷軋帶肋鋼筋矯直的無劃傷問題一直沒有得到很好的解決，冷軋帶肋鋼筋矯直機的系統(tǒng)參數(shù)設計也主要是依據(jù)普通圓鋼筋矯直機的有關(guān)參數(shù)。 國內(nèi)的機器最缺少的技術(shù)就是矯直技術(shù)了，而這一方面國際上有些國家發(fā)展的較好，如前蘇聯(lián)，德國和日本在這方面起步較早。國內(nèi)有關(guān)技術(shù)人員也在矯直理論和技術(shù)的研究方面作出了很大的努力，其中有部分成果的水平居領(lǐng)先地位，如列入1998河北省企業(yè)技術(shù)開發(fā)第二批計劃的GTK6/12數(shù)控冷軋帶肋鋼筋矯直切斷機已經(jīng)解決了有關(guān)技術(shù)上的難題其水平已達到國內(nèi)領(lǐng)先地位，它在提高矯直質(zhì)量、保證矯直后鋼筋表面無劃傷的基礎上，采用了數(shù)控技術(shù)，提高了自動化程度，實現(xiàn)了自動定長切斷、記數(shù)(鋼筋長度、單根重量、總重、鋼筋總數(shù))及自動停車等功能。 1.2 冷軋帶肋鋼筋的概述 1.2.1 鋼筋的種類 建筑上常用的鋼筋分為熱軋鋼筋，冷拉鋼筋，熱處理鋼筋，鋼絲和鋼絞線等許多類。 在常溫下對鋼筋進行加工稱為“冷加工”。用冷加工方法可以使熱軋鋼筋的強度得以提高，是節(jié)約鋼材行之有效的方法之一。常用的冷加工方法有冷拉和冷拔兩種，近十年來，又發(fā)展了冷軋和冷軋扭等方法。 冷軋帶肋鋼筋是采用強度較低，塑性較好的普通低碳鋼或低合金鋼熱軋圓棚條鋼筋為母材，經(jīng)冷軋或冷拔工藝減徑后在其表面冷軋成具有三面或兩面月牙形的鋼筋。 鑒于目前國內(nèi)生產(chǎn)的冷軋帶肋鋼筋的母材品種較多，冷軋加工工藝也不盡相同，冷軋帶肋鋼筋的強度差異較大，國際《冷軋帶肋鋼筋》將冷軋帶肋鋼筋分為LL550、LL650、和LL800三個級別。在本課題中所設計的鋼筋基本性能。 LL550級鋼筋強度較低，主要用以替代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的小直徑熱軋I級光圓鋼筋，做鋼筋混凝土機構(gòu)中的受力鋼筋、架立鋼筋、分布鋼筋。LL550級鋼筋宜用Q215熱軋圓盤防金軋制，鋼筋的公稱直徑有八種規(guī)格。 冷軋帶肋鋼筋是近三十多年國外發(fā)展的一個新鋼種，具有抗拉強度高和延伸率好的特性，與普通熱軋線材比較，可節(jié)約金屬材料30—40%以上，并使鋼筋混凝土強度和預應力混凝土構(gòu)件強度提高，節(jié)約水泥。 1.2.2 冷軋帶肋鋼筋的表面形式 我國生產(chǎn)的冷軋戴了鋼筋大部分為三面帶有月牙形橫肋，鋼筋的外形如圖1-1示。橫肋沿鋼筋橫截面周圈上分布，且其中必須有一面的方向與另兩面反向。肋中心線與鋼筋縱軸夾角B為40°~60°。肋兩側(cè)面與鋼筋表面斜角a不得小于45°。肋間隙總和應不大于公稱周長的20%。相對肋面積f按下式計算： (1-1) 式中 F——一個肋的縱向截面積： B——肋與鋼筋軸線的夾角； D——鋼筋公稱直徑； C——肋的間距。 在生產(chǎn)實際中，除三面冷軋帶肋鋼筋外，還有少數(shù)廠家生產(chǎn)兩面帶肋的冷軋鋼筋，有的生產(chǎn)表面有壓痕的冷軋帶肋鋼筋。個別廠家還生產(chǎn)表面帶陰螺紋的冷軋鋼筋，以減少肋造成的應力集中現(xiàn)象。 由圖1-2可知，冷軋帶肋鋼筋均無物理屈服點的硬鋼，則條件屈服強度采用，圖中所示，其曲線表現(xiàn)一段較長的非彈性過程，說明彈性和塑性關(guān)系比較優(yōu)化，綜合力學性能較好。 LL550級冷軋帶肋鋼筋的曲強比在0.9左右。JGJ95-95編制組根據(jù)LL550，LL650和LL800級三種強度級別，測得冷軋帶肋鋼筋的彈性模量變化范1.888~1.984x，鋼筋的彈性模量E=1.9. 1.3 課題的提出和意義 我們所設計的該種鋼筋切斷機在參考國內(nèi)已有機型的基礎上加以改進，減低了成本，在矯直技術(shù)上又加以改進，增加了行程開關(guān)使其可以自動定長切斷，承料槽也加以改進，使得鋼筋可以自動落下，上面研究重點即課題研究內(nèi)容： 針對冷軋帶肋鋼筋，提出新的系統(tǒng)參數(shù)設計，提高矯直質(zhì)量、保證矯直后鋼筋表面 無劃傷。 針對新的輥系配置方案，確定力學模型，精確矯直功率計算。 提高效率，使得矯直速度達到36m/min,提高了效率，但提高矯直速度的同時又要保證矯直質(zhì)量。 定尺切斷，在36m/min的條件下進行切斷，且達到切斷誤差小于5mm。 采用行程開關(guān)提高自動化程度。實現(xiàn)自動定長剪切，鋼筋可以自動落料。 第2章 鋼筋矯直理論及金屬材料的彈塑性彎曲 2.1 矯直理論與技術(shù)總體概況 冷軋帶肋鋼筋具備十分顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，因此將得到廣泛應用。但是由于冷軋帶肋鋼筋直徑較細和受加工方法的限制，一般都是成卷供貨。在使用過程中，除采用長線臺座先張法生產(chǎn)預應力空心板等構(gòu)件不存在矯直外，采用短線法生產(chǎn)預應力構(gòu)件以及做非預應力鋼筋用時，一般多需要經(jīng)過矯直處理后方可以使用，否則混凝土構(gòu)件中的曲折鋼筋將會影響構(gòu)件受力性能。因此，鋼筋矯直是鋼筋加工中的一項重要工序。鋼筋矯直切斷機能自動矯直和定尺切斷鋼筋，并可清除鋼筋表面的氧化皮和污跡。同時要求矯直后鋼筋表面無劃傷、無扭轉(zhuǎn)、強度不受損失、切斷長度準確。因此，對冷軋帶肋鋼筋采用的精整技術(shù)—矯直工藝和技術(shù)的研究，其作用就愈為突出。 對矯直技術(shù)和理論的研究，目的在于正確的分析和描述矯直過程中呈現(xiàn)的一系列現(xiàn)象，尋求和實際相吻合的規(guī)律；確定矯直參數(shù)見的相互關(guān)系，用以指導生產(chǎn)；研制和開發(fā)新型、高效、高精度的矯直設備，使鋼材產(chǎn)品的質(zhì)量和精度不斷得到提高。 國外對矯直理論和技術(shù)的研究起步較早，具有相當?shù)膹V泛性，取得了許多研究成果。許多成果已應用于實際生產(chǎn)中，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。矯直技術(shù)發(fā)達的國家，如前蘇聯(lián)、德國、英國和日本等，從四十年代起，生產(chǎn)的矯直設備就形成了系列產(chǎn)品，在矯直理論、工藝和設備的研究方面也作了大量的工作，并取得了一批較有影響的成果。 國內(nèi)有關(guān)的技術(shù)人員在矯直理論和技術(shù)的研究方面亦作出了很大的努力，使矯直理論和技術(shù)的研究工作得到了廣泛的重視，并取得了不少令人屬目的研究成果。其中部分成果的水平居領(lǐng)先地位。隨各行業(yè)對矯直設備的種類、數(shù)量日益增加的需要，我國目前已形成了自行設計和生產(chǎn)板帶線型管材的矯直設備的能力，設備的精度和控制水平也不斷提高。在引進和吸收國外先進的矯直設備和技術(shù)的基礎上，更加高效，高精度的矯直設備相續(xù)問世，不斷的推動矯直理論和技術(shù)的研究工作向前發(fā)展。 2.1.1 國內(nèi)外對矯直理論和技術(shù)的研究綜述 新的矯直設備的出現(xiàn)及矯直技術(shù)的新發(fā)展，必然在很多方面引起對矯直理論和技術(shù)的深入研究。目前，國內(nèi)外有關(guān)這方面的研究工作抓喲集中在以下幾個新型矯直設備的研制、開發(fā)和改進；產(chǎn)品矯直精度的提高。 2.1.2 矯直基本理論和技術(shù)的研究 在矯直基本理論和技術(shù)的研究方面，國外發(fā)展的較早。二十世紀六十年代，前蘇聯(lián)的一些研究人員就發(fā)表了全面系統(tǒng)的論述和分析管材的矯直理論、矯直工藝以及介紹管材矯直機的基本型式和結(jié)構(gòu)的文獻近些年來，國內(nèi)外的科技人員對矯直參數(shù)問題作了很多研究。Ruppin深入探討了多輥彎曲矯直過程中軸向拉伸載荷和壓下量的關(guān)系，并對壓下量和矯直效果的關(guān)系做了詳細的研究，得到了一些有意義的結(jié)論；應用旋轉(zhuǎn)矯直機矯直，深入研究了矯直工藝對線材性能的影響，給出了詳細的實驗數(shù)據(jù)，指出鋼筋矯直后一般表現(xiàn)為延伸率增大，強度降低，矯直后抗拉強度值平均下降5%。德國分析了輥式矯直提高棒、帶性能的先決條件和可能性；認為彎曲后的殘余應力是彎曲時的應力和卸載應力的集合疊加，最大殘余應力發(fā)生在介于線材中心和表面的區(qū)域，彎曲半徑越小，殘余應力越大，其研究結(jié)果表明，輥式矯直也可以看成彎曲變形，多輥單方向矯直就可以顯著降低殘余應力，矯直過程中大的彎曲半徑對殘余應力的消除是有利的。 同時許多研究人員對矯直機結(jié)構(gòu)參數(shù)也進行了較為深入的研究。結(jié)構(gòu)參數(shù)包括矯直輥的傾斜角度、反彎曲率、接觸長度、輥身長度及輥型曲線等，而對矯直輥輥型的設計和研究一直是矯直機結(jié)構(gòu)單數(shù)研究的中心。資料針對在管棒材矯直機的輥型研究中均假定矯直過程中管棒材是理想圓柱體，而與實際情況中管棒材均呈彎曲狀態(tài)的情況不相符合的問題，作者由等距曲面的觀點出發(fā)，研究了管棒材呈彎曲狀態(tài)時與之接觸的輥型曲面，而且討論了矯直輥的角度調(diào)整問題，使得在實際中得到更好的接觸狀態(tài)。文獻中/則簡化現(xiàn)有的輥型曲線的理論公式，通過引入無量綱的中間變量，使得用參數(shù)方程表達的輥型曲線方程式變得便于記憶和求解。文獻中對有關(guān)問題的簡單、直觀及實用的處理方法在設計中有較好的借鑒作用。文獻5在國內(nèi)外對輥型研究成果的基礎上，對直圓材全接觸雙曲線輥型的研究成果進行了系統(tǒng)的總結(jié)，并提出了高度概括性的意見，找出了更為簡明的計算方法和輥型曲線的作圖方法。在文獻中德國的確定矯直扭矩時，考慮了塑性變形區(qū)的長度和旋轉(zhuǎn)彎曲的變形能，使得計算結(jié)果的精度得到提高；文獻對“313”鋼管矯直機的矯直力、矯直功率的計算進行了分析，并引入了疊加原理，對矯直機的設計工作有一定的參考價值。 2.1.3 對矯直設備和矯直質(zhì)量的研究 對于理論的研究就是為了更好的指導實踐，所以改進現(xiàn)有的矯直設備，研制和開發(fā)新的設備以及不斷的提高矯直質(zhì)量，一直是研究工作者的目標。文獻均涉及了這個問題，其中，文獻對提高管材的矯直精度的途徑進行了探討和試驗。提出了“綜合矯直”的理論觀點，使多種矯直效果疊加和鞏固，進而提高了矯直效果。論述了提高矯直質(zhì)量的先覺條件和可能性，即增加被矯軋材的塑性變形區(qū)的長度。文獻各自發(fā)表了所研制的管材的新型矯直機，從各個不同的角度使管棒材矯直的精度、生產(chǎn)率和矯直機的適用范圍等個方面得到了提高。 在眾多的文獻中，文獻在使矯直理論系統(tǒng)化方面進行了總結(jié)。提出了在各種矯直條件下矯直機的力能參數(shù)、工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算和確定方法；同時還介紹了許多現(xiàn)代矯直技術(shù)和工藝。 2.2 對鋼筋類金屬材料彈塑性彎曲的分析 2.2.1 概述 鋼筋在矯直機上被矯直,是通過自身的彈塑性彎曲變形來實現(xiàn)的。因此，探究鋼筋的矯直原理以及制定矯直方案應從研究金屬材料的彈塑性彎曲變形著手。 金屬材料的彈塑性彎曲變形過程在外力矩作用下的彎曲階段和外力矩去除后的彈性恢復階段組成。金屬材料在外力矩的作用下彎曲時，除中性層因應力為零不會變形外，其它各層縱向纖維都要發(fā)生伸長或縮短的變形。外力矩去除后的變形恢復是個內(nèi)力釋放過程，亦稱彈性恢復。 圖2-1 在彎曲方式上，有受彎矩作用的純彎曲；有受橫向載荷作用的梁彎曲；有繞過圓柱體受拉力作用而產(chǎn)生的拉彎；有圓形材料在旋轉(zhuǎn)中受橫向載荷作用而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)彎曲如圖2-1所示；有板材在軋制過程中由于變形不均而產(chǎn)生的雙向波浪彎曲。前三種彎曲都屬于單方向的彎曲，稱之為一維彎曲；旋轉(zhuǎn)彎曲與波浪彎曲為二維彎曲；綜合彎曲為三維彎曲。 實際上，彎曲變形的應力應變關(guān)系不能簡化為簡單彎曲或壓縮的應力應變關(guān)系。在金屬材料的橫截面上，除表層和中性層以外，各層均處于三向應力狀態(tài)，圖2-2所示。 圖2-2 材料橫截面上所發(fā)生的應力應變關(guān)系只與彎曲程度有關(guān)。在材料的縱向，應力應變的分布與變化情況隨彎曲的類型而異。在純彎曲的情況下，材料縱向各截面的應力應變都是一樣的。在受橫向集中載荷壓彎的情況下，塑性變形區(qū)按拋物線規(guī)律沿縱向分布在兩個邊層之間，如圖2-3 所示。塑性變形區(qū)按雙曲線規(guī)律分布在兩個邊層之間，如圖2-3 所示。 圖2-3 拉彎時，塑性變形區(qū)將按一個特殊的曲線規(guī)律分布在邊層，如圖2-3 所示。 根據(jù)平截面原理，各層纖維的變形協(xié)調(diào)關(guān)系必然是線形的，而且塑性變形必將由最外層纖維開始。由于鋼筋的彎曲與矯直過程中曲率半徑值比其本身直徑大得多，從塑性變形的最外層到最內(nèi)層，造成的誤差是不大的，也就是不計三向應力的影響來處理鋼筋的彎曲和矯直問題。 2.2.2 彈塑性彎曲的變形過程 軋件在矯直機上的彈塑性彎曲的變形過程，實際上是一個橫向彎曲過程。 彈塑性彎曲 隨著外載荷的增加，軋件各層纖維繼續(xù)產(chǎn)生變形。當所受外力矩達到一定數(shù)值后，軋件表層縱向纖維應力超過了材料的屈服極限，靠近表面層一部分區(qū)域的纖維層產(chǎn)生塑性變形。外力矩越大，塑性變形區(qū)由表層向中性層擴展的深度越大。去除外載荷后，在彈性內(nèi)力矩作用下，各層縱向纖維的變形可彈性恢復一部分，但無法全部恢復，軋件中將保留殘余應變和殘余應力。這種彎曲變形稱為彈塑性彎曲變形。 2.2.3 彈塑性彎曲的彎矩 2.2.3.1 理想金屬材料彈塑性彎曲的彎矩 彎矩是引起軋件彎曲變形的外因，任何彎曲狀態(tài)都是內(nèi)力與外力平衡的結(jié)果。在這里，本文只討論圓形斷面金屬材料的彎矩。 按圖2-6的應力應變模型，求其彈塑性彎矩為 圖2-6 將σ=Σz/R代入上式，積分后將ζ=R/R代入并整理，得 (2-1) 式中 ζ彈區(qū)比， ζ= (2-2) 其塑彎比為 (2-3) 當ζ－>0時,得最大塑彎比為1.7，則最大彈塑性彎矩為1.7Mt。 為了在以后矯直理論分析的需要，下面對原形彎曲塑性區(qū)的分布規(guī)律加以明確。按圖2-7及內(nèi)外彎矩的平衡條件可知 (2-4) 故 (2-5) 這是一條類似立方拋物線的ζ-x曲線，它隨L及F值的改變而改變。如使材料中點受力最大，即達到極限彈塑性彎矩時，得 (2-6) 將此值代入式(2-2)后，得 (2-7) 式(2-3)表示一條在材料中點產(chǎn)生“塑性鉸”的塑性區(qū)分布規(guī)律的曲線， 圖2-7中的ζ—x曲線。 圖2-7 在最大載荷情況下，極限彈塑性彎矩Mt發(fā)生在 (2-8) 處，即材料中點兩側(cè)0.21L范圍內(nèi)為塑性變形區(qū)S=0.42L. 在這種載荷作用下,塑性區(qū)內(nèi)各截面的塑彎比 的變化規(guī)律可由下式 (2-9) 看出與x的線形關(guān)系,它同圖上M-x曲線的Mt以下部分是一致的。 圓材的關(guān)系，即式(2-1)所代表的曲線，與ζ—-x曲線相似而方向反。 2.2.4 強化金屬材料彈塑性彎曲的彎矩 冷軋帶肋鋼筋為強化金屬材料。由于強化金屬材料的屈服限不大明顯，在塑性區(qū)內(nèi)存在著彈性增強現(xiàn)象；塑性區(qū)的范圍又較窄，容易出現(xiàn)表面裂紋損傷等原因。要使軋件產(chǎn)生足夠的塑性變形，常需適當加大其彎曲程度和增加彎曲次數(shù)。這就要求盡量精確的計算其彎曲力矩和其彎矩的最大許可值，以及與此最大許可值相對應的最大彎曲程度，以此來確定其設備能力和工藝方案。 由塑彎比強化法則，即強化材料的塑彎比等于理想塑彎比減去強化系數(shù)與理想塑彎比的乘積，再加上強化系數(shù)λ與彈區(qū)比ζ的比值。得圓形斷面塑彎比為 (2-10) 其強化彎矩為 (2-11) 由式(2-5) (2-12) 式中 ζ——邊層應力比； σ——邊層最大應力。 代入(2-4)中，求出 (2-13) 2.2.5 彈塑性彎曲的變形能 2.2.5.1 一次彎曲的變形能 材料彎曲時外力作功的一部分用于彈性變形；另一部分用于塑性變形；還有一小部分變成熱量而散失。為了計算矯直功率，需要把它們分開計算出來，首先討論的是前兩種變形所需之能量。其中 ——彈性變形能。 E——塑性變形能，即 對于多次彎曲，第二次彎曲的屈服點稍有降低，其余各次彎曲的屈服點基本一致，可以認為矯直過程中的反復彎曲所需之彎矩和變形功基本不受彎曲次數(shù)的影響，而只與彎曲程度有關(guān)。 2.2.5.2 強化金屬材料的彎曲變形能 圖2-5 如前所述，則在考慮強化金屬材料的一維彎曲變形能時，只需求出一次彎曲變形能即可。對于圓形斷面材料，按圖2-8和圖2-9，先寫出彈性變形能積分式 (2-15) ;; (2-16) ; 圖2-9 可得 (2-17) 塑性變形能的積分式為 (2-18) 積分得 (2-19) 總變形能為彈性變形能和塑性變形能之和，當彎曲次數(shù)為n時，式2-10乘以n即可。 2.2.6 旋轉(zhuǎn)彎曲的變形能 2.2.6.1 理想金屬旋轉(zhuǎn)彎曲的變形能 圖2-10 旋轉(zhuǎn)彎曲的彈塑性變形常發(fā)生在軸類零件的超負荷工作中及圓材旋轉(zhuǎn)矯直過程中。因此，在這里仍采用旋轉(zhuǎn)彎曲這一概念。為了分析上的方便，取單位長度圓材，求出其在彈塑性彎曲狀態(tài)下，轉(zhuǎn)轂旋轉(zhuǎn)一周時所需能量。按圖2-10所示的圓形斷面瞬時應力應變模型，轉(zhuǎn)轂旋轉(zhuǎn)一周后，在斷面上形成彈塑性變形的環(huán)形區(qū)，其寬度在Rt與R兩個半徑區(qū)。 而塑性變形能可由下面的積分式求出 (2-20) 代入上式，積分整理得 (2-21) 壓彎之后的總的變形能為 (2-22) 2.3 本章小結(jié) 本章運用材料力學和彈塑性力學的基本原理，應用彈區(qū)比系數(shù)ζ，強化系數(shù)λ，推導計算了強化金屬材料的彈塑性彎曲的彎矩。運用變形能概念，詳述了理想金屬材料和強化金屬材料的一次彎曲和多次彎曲過程，及其旋轉(zhuǎn)彎曲過程，并計算了相應的變形能公式，為以后的矯直力功率的計算打下了理論基礎，為闡述矯直原理作了很好的理論鋪墊。 第3章 矯直裝置的選取和分析 3.1 矯直原理 可用于盤條料矯直的方法有反彎矯直、拉伸矯直、拉彎矯直及旋轉(zhuǎn)矯直等。 3.1.1 反彎矯直、拉伸矯直及拉彎矯直 反彎矯直是發(fā)展最早的矯直方法，它是直觀地將彎曲的金屬條料，根據(jù)原始的彎曲程度不同，加以不同程度的反向彎曲，達到矯直的目的。為適應大量生產(chǎn)的要求，常采用一種連續(xù)式多輥遞減壓下的反彎矯直方法。該方法比較適合于板材的一維彎曲矯直。 拉伸矯直法是不管軋材原始彎曲形態(tài)如何，只要拉伸變形超過金屬的屈服極限，并達到一定程度，使各條縱向纖維的彈復能力趨于一致。這樣在彈復后，軋材即被矯直。 拉伸矯直是全斷面同時被拉伸，容易拉裂或拉斷軋材，如果在拉伸的同時加上反復的彎曲，則各斷面將在不同時間內(nèi)，兩側(cè)都受到較大的拉伸變形，從而取得很好的矯直效果，這就是拉伸矯直。 拉伸和拉彎矯直雖然動力消耗小，但矯直設備縱向長度太長，不宜和剪切機配合使用。并且比較適合薄板矯直，對于盤條料，斷面常為圓形，由于在全圓周各個方向上抗彎能力的一致性，造成了圓材彎曲方向的隨機不定，所以采用平面性多輥反彎矯直法對圓材進行矯直，很難達到滿意的矯直下效果。 從以上的分析可看出，反彎矯直、拉伸矯直和拉彎矯直方法都不太適合盤條料的高效矯直。 3.1.2 旋轉(zhuǎn)矯直 鑒于單純的反彎矯直存在上述問題，針對具有圓斷面或類圓斷面的棒材，如果棒材能一面旋轉(zhuǎn)，一面進行反彎矯直，正好可以得到全圓周性的矯直效果。圓材軸向纖維在經(jīng)受了較大的彈塑性變形后，彈復能力逐漸趨于一致，這種變形的反復次數(shù)越多，彈復能力越接近一致，矯直質(zhì)量越好。在旋轉(zhuǎn)矯直中最常見的方法是多斜輥矯直，在一般斜輥矯直機中，被矯直鋼筋一邊旋轉(zhuǎn)，一邊進行反彎矯直，在螺旋前進過程中各斷面受到多次彈塑性彎曲，最終消除各方向的彎曲，得到全周性的矯直效果。 據(jù)圖3-1得出一般斜輥矯直機 子與鋼筋的轉(zhuǎn)速，分別如下： (3-1) 式中 v——矯直速度； D——輥子轉(zhuǎn)動直徑； d——鋼筋公稱直徑； 由式(3-2)可看出，當d值減少而其它條件不變時，nd值會增大。另一方面，為保證一定的生產(chǎn)率(以重量計)，nd值將進一步增大，產(chǎn)生很大的離心力，由此在導向裝置上將產(chǎn)生很大的沖擊、振動和噪音。另外，鋼筋長度較長時容易產(chǎn)生甩尾現(xiàn)象，有時可能造成人身事故。當超過一定數(shù)值時，鋼筋加劇振動，撞擊設備，產(chǎn)生擦傷和扭曲現(xiàn)象。顯然，這種旋轉(zhuǎn)矯直方法，也不適合于盤條料的邊開卷邊矯直的生產(chǎn)要求。所以，當矯直直徑小的盤料鋼筋時，采用轉(zhuǎn)轂式矯直機。 圖3-1 斜輥矯直時鋼筋與矯直輥的關(guān)系 轉(zhuǎn)轂矯直也是一種旋轉(zhuǎn)矯直方法，但該矯直方法是利用轉(zhuǎn)轂的旋轉(zhuǎn)代替圓材的旋轉(zhuǎn)，可達到同樣的矯直目的。而且由于圓材不旋轉(zhuǎn)，因此很適合于邊開卷邊矯直的盤料。 3.1.2.1 孔模式轉(zhuǎn)轂矯直法 如圖3-2所示為轉(zhuǎn)轂矯直法中的一種孔模式轉(zhuǎn)轂矯直裝置的簡圖。它是發(fā)展最早的一種轉(zhuǎn)轂矯直裝置。由于孔模隨轉(zhuǎn)轂旋轉(zhuǎn)，由此圓材的彎曲變成了全圓周性的旋轉(zhuǎn)彎曲，它屬于高頻彎曲。但由于孔模沒有送料作用，故在轉(zhuǎn)轂前后要裝設送料和拉料輥子，轉(zhuǎn)轂矯直機所用的孔模按等間距配置在轉(zhuǎn)轂內(nèi)，其交錯的偏心量可調(diào)，孔模的形狀可作成圓孔形或開口形，如圖3-2所示。兩端孔模起定位作用，中間孔模起反彎作用，孔模常采用偶數(shù)個，以減少偏心量。拉料輥與送料輥同時工作，因此兩者常采用一個電機帶動。 1-送料輥 2-轉(zhuǎn)轂 3-孔模 4-拉料輥 圖3-2 孔模式轉(zhuǎn)轂矯直機簡圖 但孔模式轉(zhuǎn)轂矯直本身有許多缺點：摩擦損失大孔模的消耗大圓材表面容易損傷頭部送料困難因轉(zhuǎn)動摩擦力很大，盤料尾部常隨轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)動，得不到矯直，造成損耗大送料受阻時，孔模將把條材磨細，甚至磨斷。采用斜輥代替孔模，即斜輥式轉(zhuǎn)轂矯直，會顯著地克服上述缺點。因而又發(fā)展了斜輥式轉(zhuǎn)轂矯直方法。 3.1.2.2 斜輥式轉(zhuǎn)轂矯直法 轉(zhuǎn)轂內(nèi)裝有多個傾斜布置的矯直輥，與鋼筋保持相適應的角度，構(gòu)成多個彎曲單元。矯直過程中，斜輥隨轉(zhuǎn)轂高速公轉(zhuǎn)的同時，斜輥繞本身軸線自轉(zhuǎn)，鋼筋從矯直輥所形成的孔形中通過(鋼筋被拉動而不轉(zhuǎn)動)，在前進過程中鋼筋各斷面受到多次彈塑性彎曲，最終消除各方向的彎曲，得到全周性的矯直效果。圓材軸向纖維經(jīng)受較大的彈塑性變形后，彈復能力逐漸趨于一致。各條軸向纖維在全長范圍上都經(jīng)過數(shù)次以上的由小到大，再由大到小的拉壓變形。在此過程中，即使由于原始狀態(tài)不同而經(jīng)受的變形量互有差異，但只要變形是足夠的，彈復能力就必將是接近的。這種變形反復次數(shù)越多，彈復能力越接近一致，矯直質(zhì)量越好。 該方法用斜輥代替孔模，以克服上述孔模式矯直的缺點。同時斜輥還有送料作用，使牽引輥消耗的功率減少很多甚至僅起導向作用，其矯直原理和斜輥矯直機一樣。圖3-3所示為多輥式轉(zhuǎn)轂矯直機簡圖，也可以采用二輥式轉(zhuǎn)轂矯直方法，這種矯直機的牽引輥只需考慮承受一定的壓緊力，以保證圓材不隨轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)動。 1- 鋼筋 2-轉(zhuǎn)轂 3-矯直輥 圖3-3多輥式轉(zhuǎn)轂矯直機簡圖 采用斜輥式轉(zhuǎn)轂矯直機矯直的優(yōu)點是：鋼筋在矯直過程中不旋轉(zhuǎn)，沒有甩尾現(xiàn)象，鋼筋表面不受損傷，特別適合帶肋鋼筋的矯直。由于采用復合輥系，鋼筋在全長范圍內(nèi)都獲得了矯直，矯直精度高。同時也克服了二輥框架矯直機速度低、側(cè)導板磨損嚴重和咬入困難的缺點。結(jié)構(gòu)簡單，既可矯直直定尺料，也可矯直盤卷料。 但若用它矯直粗鋼筋時，由于轉(zhuǎn)轂的離心力與其半徑的立方成正比，則旋轉(zhuǎn)速度將受到限制而不宜采用，故僅適合于矯直直徑較小的鋼筋。冷軋帶肋鋼筋的截面最近似于圓形。因此，在本設計中采用斜輥式轉(zhuǎn)轂矯直法。 3.1.2.3 斜輥式轉(zhuǎn)轂矯直矯直原理 轉(zhuǎn)轂式斜輥矯直采用交變彎曲小變形矯直方案，基本原則是，進入輥的棒材，經(jīng)過反彎和彈復后，其最大原始曲率應完全消除。其優(yōu)點是在原始曲率值較大時，能較快地消除原始曲率的差值，而在原始曲率值較小時，可以節(jié)省功率。 下面分析轉(zhuǎn)轂式斜輥矯直過程中鋼筋所受的變形情況。參見圖4-5，在其彎矩圖中，M-x的關(guān)系為 (3-3) 在x=lt處， M= Mt=Flt/2 ；S代表彈塑性變形區(qū)長度。S以外部分為彈性變形區(qū)，這一區(qū)間的長度用表示，兩端對稱。 圖中c為彈性邊界曲線， 關(guān)系式為： (3-4) 此式表明，在塑性區(qū)內(nèi)ζ值隨著x的減少而迅速減少，即塑性變形迅速深入，直到鋼筋中心處，鋼筋通過矯直輥的過程恰好是塑性區(qū)由小變大，再由大變小的變化過程，因此周圍每條軸向纖維的變形將是不一致的。但是隨著前進中轉(zhuǎn)轂旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增加，可以明顯減少這種不一致性。 圖3-4 多斜輥矯直的彎曲矩與塑性變形區(qū) 在S區(qū)內(nèi)，當高頻轉(zhuǎn)數(shù)達到4以上時，鋼筋矯直效果有明顯提高，但提高高頻轉(zhuǎn)速受到各方面的限制，如轉(zhuǎn)轂在高頻轉(zhuǎn)速中因偏心而產(chǎn)生很大的離心力，產(chǎn)生振動和噪音；鋼筋尾部容易產(chǎn)生甩尾現(xiàn)象，造成事故等。增加矯直輥輥數(shù)相當于增加低頻彎曲次數(shù)，加長塑性區(qū)，假設采用5個矯直輥，等于把S區(qū)擴大3倍，若在每個矯直輥下的S區(qū)內(nèi)的高頻轉(zhuǎn)數(shù)為4，則相當于在S區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)轂旋轉(zhuǎn)12次，也等于增加了鋼筋的高頻彎曲次數(shù)，而且在各個矯直輥下鋼筋變形不同步性，進一步保證鋼筋的矯直質(zhì)量。 由此可以得出對斜輥矯直理論的幾點概括： 斜輥矯直不是依靠壓下量的遞減，而是依靠鋼筋在轉(zhuǎn)轂內(nèi)前進過程中所受彈塑性彎曲的由小到大，再由大到小的連續(xù)變化，使得鋼筋變直。 斜輥矯直主要依靠足夠的接觸區(qū)長度及在接觸區(qū)一定的高頻彎曲次數(shù)，而不是單單依靠矯直輥數(shù)目的增加。不過增加矯直輥數(shù)目對提高矯直速度的影響更為重要。 斜輥矯直的壓下量不需采用大變形方案。同時注意在轉(zhuǎn)瞽式斜輥矯直過程中，后面矯直輥的壓下量應比前面矯直輥的壓下量小些。 增設壓緊輥和正確設計輥型對斜輥矯直矯直質(zhì)量有重要影響。 斜輥矯直中矯直輥的傾斜角度不僅對于接觸條件及高頻彎曲次數(shù)有直接影響，也對于保證鋼筋各個斷面的變形在各矯直輥下不發(fā)生同步性的重復有決定作用。 3.2 冷軋帶肋鋼筋矯直機矯直系統(tǒng)參數(shù)設計 在本設計中，采用1-1-2 (3/3)輥系方案，曲線輥與鋼筋保持相適應的角度，六個斜輥隨轉(zhuǎn)轂高速旋轉(zhuǎn)，同時斜輥繞本身軸線轉(zhuǎn)動，使得在矯直過程中，輥子與鋼筋之間的摩擦形式由滑動變?yōu)闈L動，大大減少了兩者之間的摩擦損耗。被矯的冷軋帶肋鋼筋在輥間前進過程中，鋼筋軸向各條纖維都經(jīng)受一次以上的由小到大，再由大到小的拉壓變形，從而得到圓周性的矯直效果，最終達到一定的矯直精度。且能塑性變形反復的次數(shù)越多，矯直精度越好。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖4-6所示： 圖 3-5輥系配置示意圖 3.2.1 矯直輥的研究設計 3.2.1.1 輥形的設計 鋼筋的矯直質(zhì)量，很大程度上決定于輥形的設計。合理的矯直工藝對輥形的要求是，盡量增加鋼筋與輥子接觸區(qū)的長度，增大接觸面積，并且在接觸區(qū)內(nèi)盡量使彎曲率一致。按照這一思想，在直鋼筋的條件下導出理論輥形曲線公式，盡管有不同的表達形式，但均代表同一條曲線。在實際矯直過程中，由于斜輥的壓下量，使鋼筋產(chǎn)生一定程度的反向彎曲，形成帶有一定曲率的鋼筋與輥子接觸。因此實際輥形與理論輥形曲線相比必然有一定的誤差。理論輥形曲線Rx的表達式為： (3-5) 式中 X——從輥腰到所取截面(垂直于輥子軸線)的距離(mm)； Rx——距輥腰 處的輥形半徑(mm)； Ro——矯直輥輥腰半徑(mm)； r——被矯鋼筋的最大半徑(mm)； a——矯直輥傾角(。)； ——矯直輥對鋼筋的包角。 在實際設計中，值與理想假設有所不同，假定為，則求的近似輥形 ： (3-6) 光圓鋼筋矯直時，輥子同鋼筋的接觸點E只能在B和D點之間，且假設點E為點B和點D的中點。剖面線處為冷軋帶肋鋼筋正截面圖。當與光圓鋼筋同一公稱直徑d的冷軋帶肋鋼筋被矯直時，考慮到冷軋帶肋鋼筋的表面形狀，為保證矯直后的鋼筋無劃傷，矯直輥面應與鋼筋的最大截面相接觸，在A-A截面中，截面形狀不規(guī)則，以最小橢圓包絡截面。冷軋帶肋鋼筋外徑r1大于公稱半徑r，輥子上點B和點D發(fā)生變化。鋼筋外徑接觸點E發(fā)生變化，靠近D點，而不是取點B和點D中間，設定E點所對應的中心角 為： (3-7) 式中、 分別為B、D兩點所對應的中心角。角度由公式(3-8)確定 (3-8) 而角度由下述方法求出。橢圓方程為： (3-9） 將B點的橫坐標代入式(3-9），求得B點的縱坐標為 由此可以求出角度的正切值： 得 設定取 1.08~1.13即得 (3-11) 將式(3-10)和式(3-11)代入式(3-7)，最后取得： 將公式（3-11）代入公式(3-7)即可看出，任一位置X處的矯直輥半徑與r和有關(guān)，可以表示為 即矯直輥輥形與基準鋼筋半徑r、矯直輥輥腰半徑、矯直輥傾角等原始參數(shù)有關(guān)。 3.2.1.2 基準鋼筋半徑r的選取 本文認為，應以矯直鋼筋平均直徑的偏大值來設計直輥，首先是因為以矯直機矯直范圍中的之間鋼材為基準設計矯直輥，當用于矯直可矯鋼筋范圍中的最大和最小鋼筋時，矯直機調(diào)整幅度?。怀C直輥與被矯鋼筋接觸線上各點的相對滑動速度也就越小，矯直輥的磨損也就灰愈均勻，鋼筋表面產(chǎn)生劃傷的可能性就會愈小。即 圖3-6 矯直輥輥形比較 3.2.1.3 輥腰直徑與輥距的設計 在選定基準鋼筋半徑r后，就應根據(jù)實際需要選擇矯直速度，而矯直速度與矯直輥輥腰直徑及矯直輥傾角有關(guān)，所以 的選擇應考慮其對矯直速度的影響。此外矯直輥輥腰半徑 的選擇還應考慮矯直穩(wěn)定性和矯直輥的磨損均勻性。在其它參數(shù)相同的情況下， 越大，矯直輥輥形越平緩見圖(3-8)，矯直輥磨損就越均勻，也不易在被矯直鋼筋表面產(chǎn)生劃傷等矯直缺陷，但輥形越平緩，矯直輥對被矯鋼筋的約束能力就越弱，矯直時鋼筋易偏離矯直中心線，矯直穩(wěn)定性就越差。此外，在矯直輥旋轉(zhuǎn)角速度一定的情況下，越大，矯直速度也就越大，產(chǎn)量也就越高。反之，則情況相反。同時， 在斜輥矯直中，由于鋼筋與矯直輥的接觸線較長，從而不必按斜輥接觸強度來計算輥徑。輥腰直徑比輥端直徑細，且輥身較長，因此要求輥子有足夠的彎曲強度，輥子的兩端不僅有可能與壓彎的鋼筋相接觸而且是鋼筋在矯直時必須通過的部分，因此，輥端成圓角。矯直輥輥長的選擇首先要 保證鋼筋與矯直輥之間的接觸線達到足夠的長度，以滿足矯直輥和鋼筋的接觸長度要求，避免因應力過大而造成壓痕、劃傷等矯直缺陷；其次，輥長的選擇還要與輥距相匹配，以保證機器結(jié)構(gòu)尺寸要求。在統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎上，用類比法進行了參數(shù)的確定。 輥腰半徑 R0=(2.5~5) 對于轉(zhuǎn)轂式多斜輥矯直機來說，輥距P是矯直機的一個基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，它主要受結(jié)構(gòu)條件、強度條件和矯直可能性的約束，既影響矯直質(zhì)量，又決定著矯直機的尺寸。首先，須從矯直機的結(jié)構(gòu)尺寸進行考慮，其次，須對機器受力進行考慮，在矯直彎矩一定的情況下，輥距越大，矩直力越小，機器受力情況越好，矯直輥和機架的強度要求也就越易滿足。輥距P越小，矩直力越大，矯直輥受到的扭轉(zhuǎn)應力和輥身接觸應力增大，使得輥身表面過早磨損和削落，影響矯直輥壽命，同時也易于擦傷鋼筋表面；同時，對矯直可能性進行考慮，鋼筋直徑d值越小，為實現(xiàn)塑性變形，鋼筋在斜輥之間的彎曲半徑也應越小。輥距越小，對鋼筋可能產(chǎn)生的反彎曲率越大，矯直質(zhì)量越高，因此，應盡量選擇較小的輥距，綜合考慮，確定輥距的原則是：既要保證矯直質(zhì)量又要滿足矯直輥的強度要求。 輥距 P= (1.2~4.4) 由文獻[4]可知，在彈塑性變形區(qū)內(nèi)，矯直輥應繞基準鋼筋旋轉(zhuǎn)2周以上。對于基準鋼筋，矯直輥旋轉(zhuǎn)一圈前進的導程為，于是彈塑性變形區(qū)長度 應滿足： (3-13) 由文獻[5]可知： (3-14) 將式(4-13)代入式(4-14)，得： (3-15) 3.2.1.3 矯直輥傾斜角的設計 矯直輥傾角的選擇除考慮矯直速度外，還應考慮矯直質(zhì)量和矯直穩(wěn)定性。在其它參數(shù)相同的情況下，當增大時，輥形變陡(見圖3-9)，矯直速度增大，產(chǎn)量增加；轉(zhuǎn)轂旋轉(zhuǎn)一周，鋼筋前進的導程也增大，這樣鋼筋在彈塑性彎曲矯直區(qū)中的彎曲矯直次數(shù)為 (注：為彈塑性變形區(qū)長度)就減少，矯直質(zhì)量就不易保證，同時，傾角越大，鋼筋與矯直輥接觸線越短，接觸應力就越大，易出現(xiàn)矯直缺陷，但由于輥形變陡，矯直穩(wěn)定性會變好。反之，則情況相反。 由接觸區(qū)長度準則，傾斜角最大值可由下式得出 (3-16) 式中 d——矯直鋼筋直徑(mm) L——矯直輥工作部分長度(mm) 輥子工作部分長度L： (3-17) 式中 ——輥腰半徑(mm)； r——鋼筋半徑(mm)； ——矯直輥傾斜角； ——理論輥形中距輥腰 處矯直輥的包角。 將式(3-17)代入(3-16)中，得： (3-18) 理論上= ，矯直輥對鋼筋的包容度為28%，滿足矯直條件。將數(shù)據(jù)代入上式，解得 由文獻[給出， (3-19) 可以近似地把 代入上式后，傾斜角的最小值可由式(3-20)求出 (3-20) 另外從鋼筋與雙曲線輥形接觸后保持直線狀態(tài)來考慮，鋼筋直徑d越大，輥子的傾斜角越大。同時考慮到在實際操作中，值越大，兩矯直輥在鋼筋軸線方向所形成的有效空間越大，進料容易。又因為鋼筋理論出口速度v=0.6m/s，鋼筋出口速度提高，在冷軋帶肋鋼筋矯直過程中，為避免劃傷，必須保證鋼筋肋頂面與矯直輥面接觸，而且接觸面積盡量大，由GB13788-92，冷軋帶肋鋼筋三面肋沿鋼筋橫截面周圈上均勻分布，其中有一面必須與另兩面反向，肋中心線和鋼筋縱軸線夾角為，則取值為和,取值范圍為。但隨值增大，鋼筋與輥子接觸區(qū)長度減少，與輥子一次接觸的肋面數(shù)目減小，鋼筋接觸應力增大，肋面易被壓傷。綜合考慮上述因素，取宜取偏大值。 3.2.2 矯直輥輥系的配置 斜輥矯直主要依靠足夠的接觸區(qū)長度及在接觸區(qū)內(nèi)一定的高頻彎曲次數(shù)，而不單靠輥數(shù)的增加。增加輥數(shù)等于增加低頻彎曲次數(shù)，加長塑性區(qū)，其對提高矯直速度更為重要。同時。，也增加了鋼筋的硬化和矯直功率，而且結(jié)構(gòu)更大。為此，在保證矯直質(zhì)量的前提下，輥數(shù)盡量少些。 輥數(shù)的多少直接取決于輥系的配置方式，輥系的配置方式對于矯直質(zhì)量、被矯直鋼筋的尺寸和形狀精度具有重要的影響。在本設計中，綜合1-1和2-2輥系配置的特性，采用了前四個斜輥1-1，后兩個斜輥2-2的復合配置方式。 圖3-10 1-1輥系配置示意圖 圖3-11 2-2輥系配置示意圖 1-1輥系適用于一般棒材及厚管材的矯直，被矯直鋼筋受三次低頻彎曲，形成三個塑性彎曲區(qū)，若在彈塑性變形區(qū)內(nèi)，每個矯直輥繞鋼筋旋轉(zhuǎn)4次，則等于在彈塑性變形區(qū)內(nèi)，矯直輥繞鋼筋總共旋轉(zhuǎn)12次，即增加了高頻彎曲次數(shù)，得到較好的矯直效果，但是鋼筋頭尾在小于或等于半個輥距的長度內(nèi)得不到矯直，有時會造成大量的切頭損失。 2-2輥系中，在矯直輥的對面加上壓緊輥，擴大了鋼筋塑性變形區(qū)，只要保證圓材壓緊區(qū)，圓材的每層圓周上的纖維將受到一致的變形，即使圓材的原始彎曲較大，在受到相同的較大彎曲之后，各條纖維的塑性變形雖有不同，但彈復能力會基本一致，故能得到明顯的矯直效果。同時2-2輥系能消除圓材的甩尾和由此引起的噪音，有利于鋼筋兩端的矯直，且不易產(chǎn)生表面擦傷，能保護冷軋帶肋鋼筋的表面質(zhì)量。成對配置的輥系還可以對管材橢圓度有圓整作用；起到配置的作用，減小轉(zhuǎn)轂的偏心，減輕振動。但隨著轉(zhuǎn)轂質(zhì)量增加，動載荷增大，矯直功率也隨之增加。在相同功率條件下，矯直速度降低。 為了保證矯直速度本設計中v=36m/min，減少轉(zhuǎn)轂的動載荷，綜合前兩種輥系的優(yōu)點，采用1-1-2(3/3)的輥系配置方式，尾部兩個矯直輥同時起固端作用，實現(xiàn)了鋼筋的全長矯直，能夠取得很好的矯直效果。 1-矯直輥 2-矯直鋼筋 3-轉(zhuǎn)轂 圖3-12 1—1—2(3/3)輥系配置示意圖 3.2.3 矯直速度 鋼筋前進的速度，即矯直速度，目前，關(guān)于矯直速度的理論與實驗研究都不多，有的只是按統(tǒng)計經(jīng)驗來確定矯直速度，在本文中把鋼筋看作直材，對于矯直過程中的打滑現(xiàn)象，用系數(shù)r來表示。 (3-21)從而鋼筋的前進速度為 (3-22) 加入修正系數(shù)(取0.92~0.96)，得 圖3-13 鋼筋與矯直輥的運動關(guān)系 3.2.4 對矯直質(zhì)量影響的幾個因素 3.2.4.1 壓下量對矯直質(zhì)量的影響 鋼筋的縱向彎曲是應用彈塑性彎曲矯直原理實現(xiàn)矯直的。對于1-1-2(3/3)型轉(zhuǎn)轂式斜輥矯直機來說，由于二、三、四輥的偏移(壓下量)；鋼筋呈彈塑性彎曲狀態(tài)，經(jīng)過多次彈塑性反復彎曲而實現(xiàn)矯直(圖4-15)。關(guān)于壓下量的大小，各國給出的公式各不相同，且差別極大，如文獻[15]建議彈塑性變形高度應達到80%，而文獻[51]則認為彈塑性變形高度達到35%即可實現(xiàn)矯直目的，文獻[52]對矯直所需的軸反彎曲線曲率進行了數(shù)值分析和計算，得到的結(jié)果與文獻[51]基本相符。實際上壓下量的大小應視矯直機的輥距和被矯鋼筋的原始彎曲度、材質(zhì)、規(guī)格和輥子磨損情況作相應的調(diào)整。在其它參數(shù)相同的情況下，輥距越大，鋼筋原始彎曲度越大，材料屈服強度越大、直徑越小，輥子磨損情況越嚴重，壓下量應取的越大，反之，則情況相反。 3.2.4.2 矯直速度對矯直