[发明专利]中大直径钢材棒料二辊矫直机凹辊设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及棒材轧制与冶金领域，一种中大直径钢材棒料二辊矫直机凹辊设计方法。

背景技术

目前，涉及对矫直凹辊辊型曲线的创新，特别是基于φ50-φ70直径的中大直径的钢材棒料。随着机械工业和国民经济各部门生产的发展和技术进步，对钢材产品质量的要求越来越高。为了获得较为平直的钢材棒料，消除弯曲，则钢材棒料需要在矫直机上进行矫直。

二辊矫直具有精度高、质量好的特点，并且实现全程性矫直，它作为一种精整技术，始终在矫直领域占有重要的一席之地。

二辊矫直在矫直原理上有其特殊性，它的矫直过程和矫直原理与多斜辊矫直有很大的区别，它的矫直质量既不取决于辊数，也不取决于辊子配置，而是取决于辊型。由于二辊矫直的矫直效果取决于辊型，故二辊矫直的凹辊的辊型设计成为能否获得理想工件的核心内容。

现阶段的辊形设计方法主要有双曲线式辊型，拟合圆弧式辊型，单圆弧式辊型以及反弯式辊型，而前3种辊型在综合设计方法和矫直效果等方面不如反弯式辊型，所以反弯式辊型得到广泛的应用。

反弯式辊型必须保证棒材在两辊之间获得矫直所需要的反弯曲率。而目前大多数的二辊矫直矫辊辊型的反弯曲率是依靠经验取值，对于特定直径的棒材，尤其是中大直径的钢材棒料，缺乏特定矫辊的反弯曲率，使矫直后的棒材难以得到直线度与椭圆度的要求，并且矫直后的棒材表面质量也不达标，导致废品的产生。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种中大直径钢材棒料二辊矫直机凹辊设计方法，用以解决现有的二辊矫直矫辊辊型的反弯曲率是依靠经验取值，对于特定直径的棒材，尤其是中大直径的钢材棒料，缺乏特定矫辊的反弯曲率，使矫直后的棒材难以得到直线度与椭圆度的要求，并且矫直后的棒材表面质量也不达标，导致废品的产生的缺点。本发明采用的技术手段如下：

一种中大直径钢材棒料二辊矫直机凹辊设计方法，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σt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。

作为优选所述公式(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，