[发明专利]中大直径钢材棒料二辊矫直机凹辊设计方法

权利要求书

1.一种中大直径钢材棒料二辊矫直机凹辊设计方法，其特征在于包括以下步骤：

—取值：读取待矫直棒材的最小直径dmin，最大值直径dmax，待矫直棒材的屈服极限σ_t，辊子的斜角最小值α_min，端部圆角R，凹辊辊径D_g；

—设计反向三段式的二辊矫直凹辊辊形，凹辊曲线从中间对称轴开始到凹辊末端分别为辊腰段、辊腹段、辊胸段和圆角区，设定辊腰段曲率半径为ρ₁，辊腹段曲率半径为ρ₂，辊胸段曲率半径为ρ₃；

将dmin和σ_t代入公式(1)得出棒材的弹性极限曲率半径ρ_t；

ρ_t＝Ed min/2σ_t (1)；

公式中，E＝2.1e⁵Mpa为标准值；

将棒材的弹性极限曲率半径ρ_t代入公式(2)、公式(3)和公式(4)，得出辊腰段曲率半径为ρ₁，辊腹段曲率半径为ρ₂，辊胸段曲率半径为ρ₃；

ρ₁＝0.5ρ_t (2)；

ρ₂＝0.68ρ_t (3)；

ρ₃＝0.833ρ_t (4)；

—将dmax和α_min代入公式(5)得出导程t，

t＝π×d_max×tanα_min (5)；

—由于按反向设计，凹辊的各段曲率半径为：辊腰段曲率半径为-ρ₁，辊腹段曲率半径为ρ₂，辊胸段曲率半径为ρ₃；

因此，根据上述-ρ₁、ρ₂、ρ₃、t、R和D_g参数，根据空间矢量法即可求出设计的凹辊辊形。

2.根据权利要求1所述的中大直径钢材棒料二辊矫直机凹辊设计方法，其特征在于：

所述公式(2)、公式(3)和公式(4)由如下步骤得出：

通过矫直过程中棒材残余曲率比的变化规律确定出辊腰段，辊腹段，辊胸段这三段反弯曲率比的选择；

每一段的曲率半径如公式(6)所示：

ρ_x＝(1/C_wx)×ρ_t (6)；

其中，ρ_t为棒材的弹性极限曲率半径，

ρ_x为不同段的反弯曲率半径，

C_wx为不同段反弯曲率比取值，

x＝1为辊腰段，x＝2为辊腹段，x＝3为辊胸段；

由于二辊矫直过程为“先统一，再矫直”，因此，假设棒材在辊腰部分达到曲率的统一，在辊腹与辊胸部分实现矫直，在二辊矫直过程中，棒材要经过多个导程进行矫直，原始曲率C₀只是相对与棒材进行第一次反弯矫直而言，而之后的每次反弯认为其原始曲率是上一次反弯的残留曲率，通过分析确定矫直过程中的曲率变化情况是一个迭代的过程，如公式(7)所示：

$\begin{array}{c}{C}_{0\left(i\right)}=C_{w\left(i\right)}-\frac{4}{\mathrm{\π}}\[\frac{1}{3}(\frac{5}{2}-\frac{1}{{(C_{0(i-1)}+C_{w\left(i\right)})}^2}){(1-\frac{1}{{(C_{0(i-1)}+C_{w\left(i\right)})}^2})}^{1/2}+\\ \frac{(C_{0(i-1)}+C_{w\left(i\right)})}{2}\arcsin \frac{1}{(C_{0(i-1)}+C_{w\left(i\right)})}\]\end{array}---\left(7\right);$

通过公式(7)确定统一曲率的迭代次数，残余曲率比与反弯曲率比三者之间的关系，来确定每一段的反弯曲率比；

得出，辊腰段曲率比：C_w1＝2，辊腹段曲率比：C_w2＝1.47，辊胸段曲率比：C_w3＝1.2；

将C_w1、C_w2和C_w3分别代入公式(6)，即得出

ρ₁＝0.5ρ_t (2)；

ρ₂＝0.68ρ_t (3)；

ρ₃＝0.833ρ_t (4)。