張卓 牛野

北方重工集團(tuán)有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110141

隨著國(guó)內(nèi)刀具制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型和產(chǎn)品工藝的改進(jìn)和升級(jí)，矯直技術(shù)的改進(jìn)在整個(gè)過(guò)程中變得越來(lái)越重要，特別是在一些短圓柱合金工具鋼的矯直中。目前，短圓柱合金工具鋼在刀具生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，如鉆頭、鉸刀、圓柱銑刀等。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家大多采用長(zhǎng)直桿材料或卷?xiàng)U材料對(duì)短鋼條進(jìn)行拉直，然后對(duì)拉直后的鋼條材料進(jìn)行切割，使鋼條達(dá)到長(zhǎng)度要求。該方法矯直的短鋼筋精度較低，不能滿足質(zhì)量要求，在剪切過(guò)程中容易失去原有的矯直精度。新型自動(dòng)短棒材矯直機(jī)的功能是在進(jìn)入下一道工序前對(duì)柱狀棒材進(jìn)行精密矯直，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的直線度和質(zhì)量，使經(jīng)過(guò)精密矯直后的產(chǎn)品質(zhì)量得到了很大的提高。通過(guò)理論分析輥之間的接觸力在新的自動(dòng)短鋼筋矯直機(jī)，矯直輥系統(tǒng)的模型建立了基于ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真軟件，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)，每個(gè)接觸點(diǎn)的力15-roll矯直輥系統(tǒng)的進(jìn)行了分析。

1 矯直原理和矯直輥系系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家大多采用孔式輪轂矯直機(jī)對(duì)棒材進(jìn)行矯直。輪轂上的每個(gè)孔型相互交錯(cuò)。在牽引輥和輪轂的驅(qū)動(dòng)下，輪轂內(nèi)設(shè)置的幾個(gè)孔模具圍繞桿件旋轉(zhuǎn)，使桿件可以提前校直。

孔型輪轂矯直機(jī)采用旋轉(zhuǎn)反向彎曲矯直原理。旋轉(zhuǎn)矯直是一種全方位矯直。由于棒材的初始彎曲是多向的，棒材由多個(gè)彈塑性彎曲矯直單元組成，由交錯(cuò)孔模具形成，使每個(gè)截面得到多個(gè)后彎，達(dá)到一定程度的矯直。同時(shí)，桿在輪轂旋轉(zhuǎn)過(guò)程中向不同方向彎曲，可以使原曲率向多個(gè)方向伸直。當(dāng)棒材通過(guò)孔模時(shí)，每個(gè)孔模形成多個(gè)彈塑性彎曲元件，使棒材的彎曲程度不斷由大變小，從而達(dá)到所需的矯直精。

目前國(guó)內(nèi)短鋼條矯直，由于待矯直鋼條的長(zhǎng)度和尺寸，不可能采用孔型輪轂矯直機(jī)矯直。根據(jù)旋轉(zhuǎn)彎曲矯直機(jī)的工作原理，采用了一種新型的自動(dòng)短鋼條矯直機(jī)?？资捷嗇灣C直機(jī)與新型自動(dòng)短鋼條矯直機(jī)的不同之處在于，前者在輪轂上設(shè)置多個(gè)孔，使輪轂繞棒材旋轉(zhuǎn)，而棒材不旋轉(zhuǎn)，而后者通過(guò)滾輪系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)棒材主動(dòng)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)前者通過(guò)牽引輥使桿沿軸線移動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)輪轂內(nèi)的多個(gè)孔模具會(huì)旋轉(zhuǎn)并拉直桿，而后者則通過(guò)改變壓力輥的壓降量和壓力輥的位置來(lái)拉直桿。因此，新型自動(dòng)短桿矯直機(jī)可以從矯直原理上解決輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)和彈塑性彎曲問(wèn)題[1]。

自動(dòng)短鋼條矯直機(jī)可以在線測(cè)量和識(shí)別參數(shù)，并將人工智能相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于矯直過(guò)程的控制。檢測(cè)裝置安裝在機(jī)架上。當(dāng)短鋼條旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器測(cè)量多點(diǎn)彎曲脈沖量和對(duì)應(yīng)相位，然后用一定的算法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，最終確定彎曲方向和最大彎曲位置。壓輥沿短鋼條軸向移動(dòng)到最大彎曲位置，通過(guò)計(jì)算壓頭行程得到精確的壓量。每次彎曲后，對(duì)矯直效果進(jìn)行跟蹤和測(cè)試，通過(guò)逐漸減少壓入量來(lái)實(shí)現(xiàn)短鋼條的矯直。

2 基于ADAMS的輥系動(dòng)力學(xué)仿真

為了進(jìn)一步驗(yàn)證力學(xué)模型的準(zhǔn)確性，采用SOLIDWORKS三維工程設(shè)計(jì)軟件對(duì)軋輥系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和幾何模型的建立。在簡(jiǎn)化幾何模型的基礎(chǔ)上，引入ad-ams進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，研究了15輥矯直輥系統(tǒng)各輥間接觸點(diǎn)的受力情況。

2.1 仿真模型及參數(shù)

在模型參數(shù)中，軋輥材料為鋼材。對(duì)于普通材料的摩擦系數(shù)，在沒(méi)有潤(rùn)滑的情況下，軋輥之間的靜摩擦系數(shù)為0.15，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。定義了各滾子之間的接觸，并利用ADAMS自動(dòng)求解滾子系統(tǒng)各接觸點(diǎn)處的力。根據(jù)實(shí)際約束條件，在每個(gè)托輥上增加旋轉(zhuǎn)副，對(duì)壓力輥施加向下的壓力F，對(duì)兩端的主動(dòng)托輥施加向下的預(yù)緊力F。在兩側(cè)的上、下主動(dòng)滾輪上增加初轉(zhuǎn)速[2]。

2.2 仿真結(jié)果分析

輥系A(chǔ)對(duì)稱分布，接觸點(diǎn)B與C、D與G、E與F在輥系中對(duì)稱分布。仿真結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出，各接觸點(diǎn)處的力隨時(shí)間變化不大，逐漸趨于穩(wěn)定。輥系對(duì)稱點(diǎn)的接觸力差較小。由于ADAMS仿真中考慮了重力、軸承摩擦等因素的影響，各接觸力大小均偏離理論計(jì)算值，平均誤差為4。7%，內(nèi)部原因[3]。

3 實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證仿真結(jié)果的可靠性，在自動(dòng)短桿矯直機(jī)上對(duì)矯直輥上的電阻應(yīng)變儀進(jìn)行了測(cè)試。軋輥系統(tǒng)表面的應(yīng)變片在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變，通過(guò)無(wú)線傳輸將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻變化，再轉(zhuǎn)化為電壓變化，最后送入放大器。最后，用標(biāo)定曲線計(jì)算了接觸力的大小。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）以新型自動(dòng)短棒材矯直機(jī)為基礎(chǔ)，介紹了15輥矯直輥系統(tǒng)的矯直原理和結(jié)構(gòu)。通過(guò)理論分析，以15輥矯直輥系統(tǒng)的接觸力、方向角、幾何角等參數(shù)為研究對(duì)象，建立了15輥矯直輥系統(tǒng)的力學(xué)模型。通過(guò)MATLAB編程，采用迭代計(jì)算方法，計(jì)算了矯直輥系統(tǒng)各輥間的接觸力。

（2）利用ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真軟件，建立了十五輥矯直輥系統(tǒng)的幾何模型，分析了各輥在輥系工作狀態(tài)下的接觸力。由于仿真中考慮了重力、摩擦力等因素，各滾子系統(tǒng)的接觸力與理論計(jì)算值存在偏差，平均誤差為4。在合理范圍內(nèi)，驗(yàn)證了15輥矯直輥系統(tǒng)理論分析力學(xué)模型的可靠性。

（3）在自動(dòng)短桿矯直機(jī)上對(duì)15輥矯直機(jī)之間的受力進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果一致，相對(duì)誤差小于7%，進(jìn)一步驗(yàn)證了理論分析和仿真結(jié)果的可靠性。分析15輥矯直輥系統(tǒng)中軋輥之間的接觸力，有利于軋輥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，有利于軋輥系統(tǒng)的變形分析和優(yōu)化，為設(shè)備的改進(jìn)提供理論依據(jù)。