2800中板熱矯直機主傳動系統(tǒng)的設計【說明書+CAD】

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Roder 11986; Avent 1989）。數據顯示出了塑性變形和V角之間的近乎線性的關系。正是因為這個，大多數的數據必須和V角一起作為縱坐標，而塑性變形作為橫坐標。這樣第一個最小二次方曲線就出現了。隨后的圖形就說明了這些變量之間的一致的比例關系。 V角深度 以前的研究者（Holt 1971; Roder 1985）已經得出這樣的結論：塑性變形和深度比是成比例的，這個深度比就是指的V角深度與鋼板寬度W的比。對Roder 在6507℃（12007℉）～6807℃（61507℉）范圍內的測試數據的再次研究對于V角深度的影響無關緊要。由于數據稀少，不論是深度比是0.75還是0.67，都不會導致一貫發(fā)生的塑性變形。為了進一步評估這一現象，我們又組織了一連串的實驗，深度比分別為0.5、0.75和1，V角從207變到607。對于其中每一個情況，我們都用了至少3中溫度作用于最初平直的鋼板上，并且將結果求平均值。結果顯示在圖2中，對三種深度比、三種V角和2個增加了的比率進行了對比。 增量比率反映了控制力常常在V字形熱度區(qū)域產生一個大小相當于鋼板最大彎曲功率25%或者50%的瞬間力。就像在圖2中看到的那樣，深度比75%和100%軌跡相近。實際上，75%的深度比在6中情況之中的一個情況中導致較大一些的塑性變形。當和其它的兩個相比較時，50%的深度比產生了一個不穩(wěn)定的行為。在6個當中的3中情況中，50%的深度比產生了較小的塑性變形。在另外的3中情況中，塑性變形是很相似的。 為了進一步分析這種行為，我們將一些鋼板毀壞并且再將它們矯直。毀壞程度是很大的，以至于我們要在大多數的鋼板上都要施加至少20的熱度。因此，更多的令人滿意、意義重大的平均塑性變形就從這次測試中得到了。結果顯示在圖3中，對應一種增量比0.5和兩個V角深度比0.75、1.0。 再次說明塑性變形的樣式和V角深度比沒有一個直接的關系。 因此，盡管直覺告訴我們，增加V角深度比可以增加塑性變形，但是對于這一結論卻沒有實驗證據。我們可以得到如下結論，0.75～1.0之間的V角深度比對塑性變形的影響是很小的。但是，0.5的V角深度比可能會減小塑性變形。 鋼板厚度和寬度 研究者一般認為鋼板的厚度對塑性變形的影響是可以忽略的。唯一的數據說明鋼板厚度必須足夠小以便于熱量能夠平衡地滲透鋼板。實際的厚度一般在19～25mm（3∕4-1 in.）之間。厚一點的鋼板可以兩邊都進行加熱以保證熱量在厚度方向上的均衡滲透，或者將鋼板稍微傾斜也可以實現。圖4表示了不同厚度的鋼板的測試結果。 每一個長條代表了作用于單獨一個鋼板的至少3個熱度的平均值。這個測試中沒有應用控制力。結果說明可能發(fā)生在大多數熱度情況下的鋼板的變化。但是，對于三種不同的V角，并沒有鋼板厚度上的明顯的模式。結果的隨意性說明塑性變形不是鋼板厚度影響的結果。我們在前面擁有較少參數的測試中也發(fā)現了相似的傾向（Roder 1985）。 除了鋼板的厚度，鋼板的三種寬度也進行了研究，示于圖5中。塑性變形是三種熱度情況下的變形的平均值。我們留心了一個作用在102mm（4-in.）的鋼板上的罕見的極低的平均值。但是，卻沒有發(fā)現介于203mm(8-in)和302mm(12-in)寬度之間鋼板中的區(qū)別。這些測試的結果表明鋼板寬度和塑性變形之間并沒有一個清楚的關系。Roder(1985)所做的測試同樣說明了一個相似的傾向。 總起來說，鋼板厚度和寬度對塑性變形的影響是很小的。測試結果確確實實說明了熱矯直過程中的鋼板反應的變化情況。這里所說的波動對變化特征的影響比鋼板幾何形狀對它的影響要顯著。從而，鋼板幾何形狀是作為影響塑性變形行為的輔助因素來看待的。 溫度 熱矯直中一個最重要的也是很難去控制的參數就是被加熱材料厚度方向上的溫度。影響溫度的因素有火焰口的大小、火焰的強烈程度、加熱速度和鋼板的厚度。在這個實驗中，Roder(1985)讓富有經驗的操作者加熱，并且對其熱度進行了仔細的測量。他發(fā)現這些操作者，在通過顏色來辨別溫度時，通常判斷誤差大約為567℃(1007℉)，而且在很多情況下都有1117℃(2007℉)那么大。從而，在溫度控制中有相當可觀的變化，即使這是很有經驗的人做的。 為了進一步清楚的定義Roder實驗中數據所顯示的變形行為，我們在鋼板上作用了很多的加熱溫度來進行研究，從3707℃到8157℃，并且有一個567℃的增量。結果顯示在圖6中，這里每一個數據點代表了三種熱度循環(huán)，并且這些點由一條直線連接起來以便于辨認。 這里一個很清楚并且有規(guī)則的隨著溫度的增加塑性變形也增加的曲線關系就有了。曲線之所以那么有規(guī)律，是因為這些溫度的調節(jié)是由一個技師來完成的，并且增量的調節(jié)也是步調一致的。 大多數研究者認為對于除了淬火和調質處理了的高強度鋼以外的所有的鋼板的最大的加熱溫度是6507℃。對于碳鋼，更高的溫度會導致更大的變形；但是，平面以外的扭曲有可能發(fā)生，而且表面損壞如蝕斑在7607-8707℃時會產生。同時，溫度超過7007℃可能導致分子組成的變化進而可能導致冷卻時材料性能上的變化。在這點上的極限安全溫度是6507℃。對于淬火、調質處理的鋼，熱矯直過程可以進行，但是對于A514和A709(等級在100和100W)溫度必須控制在5937℃,對于A709(等級為70W)溫度為5667℃，以保證調質溫度不會超過所需的溫度并且不會影響材料的性能。允許的能被熱矯直的淬火、調質鋼和Shanafelt和Horn（1984）所建議的正好相反；但是，文章中并沒有提及反作用。 為了控制加熱溫度，對于不同厚度的鋼板，我們要采取不同的加熱速度和火焰口的大小、類型。但是只要溫度很快達到合適的水平，收縮影響還是相似的。這個結論已經被兩個實驗證明了，在這兩個實驗中，我們選擇了不同的鋼板，也用了不同強烈程度的火焰。其一，我們用了低強度的火焰緩慢地增加到6507℃,另一個中，火焰強度很大同時快速地增大到最高溫度。兩種情況下地變形很相似。 控制力 控制力這個術語既可以是外在的力，也可以是內在的力。這些力如果能被合理的利用，可以促進矯直過程。但是，不能被合理地理解，控制力會擾亂甚至是阻礙矯直過程。熱矯直地基本理論就是產生塑性變形導致厚度方向上的擴充，然后就是冷卻階段的縱向彈性收縮。 盡管操作者已經意識到在矯直過程中的控制力的重要性，但是很少有研究者去量化它的影響。我們組織了一連串的測試用來估計這個參數。實驗當中，我們在一塊鋼板上作用了一個控制力，最后這個控制力在強軸方向上產生了一個傾向于減小V角的瞬間力。這個瞬間力是沒有量綱的，它只是在V角處產生了這個瞬間力的比率。這個測試包含有從0到50%變化的控制比，其中有四個不同的V角而且V角延伸至要么四分之三鋼板厚度要么整個鋼板厚度。結果顯示在圖7和8中。 從這個數據中我們得出如下的結論：塑性變形的變化和控制比的變化成比例的，合適的外在負載會很大程度上促進熱矯直過程。Roder(1985)?也研究了不同的控制力的影響，也發(fā)現了相似的表現。但是數據點的數量很有限。 圖7和8中顯示的結果是基于無形變的鋼板在不同的數據點上進行了三到四次的加熱得出的。任何一個確定的參數的總的數據點大約都是6或者更少。盡管這數據說明了基本參數所所引起的變化傾向，但是數據太少以致于不能夠包含令人滿意的價值。為了彌補這個缺陷，我們做了另外一組實驗，這實驗是用了最初是被損壞了的同樣6mm厚的鋼板，然后進行加熱一直到矯直完成。這兩個鋼板被加熱至熱度為20到100。表格一中給出了這個實驗中各個參數和塑性變形的概要情況。 加熱溫度是6507℃。其中的一些結果被劃分在圖9中用以說明控制力的影響。平均是三種情況下的平均數。平均數的95%的置信區(qū)間也示于圖9中,它提供了熱矯直中典型的分散的測驗數據。我們再一次發(fā)現塑性變形和控制力時成比例的。 我們沒有發(fā)現其中一個很有趣的現象，那就是最初的幾次加熱導致了相當大的塑性變形，特別是第一次加熱。這些最初的加熱過后，塑性變形就一致變得比較小，并且后來的加熱中再也沒有顯示出什么有意義的變化。這種現象要歸因于在損壞過程中產生的最初的殘余應力。這個結果的含義就是理論公式應該建立在有相當多的實驗數據的基礎上，而不是只有幾個數據。這里所提到的所有的數據中，序列中所有熱度的平均值都應用到了。就像預料中的那樣，當3個或多個熱度的平均值作用于平直鋼板上，10個或者更多的熱度的平均值作用于損壞了的鋼板上時候，二者每一熱度所發(fā)生的變化是很相似的。 第二種類型的有可能施加到鋼板的外部控制力就是軸向控制力。同樣也進行了一連串的測試，這個測試是對于每一V角我們都在鋼板上施加了軸向的迭加負載。這個負載產生了一個138MP的軸向應力或者說是相當于公稱屈服應力56%的實際應力。這些結果表示在圖8中，以便于和彎曲控制力產生的結果相比較。應用軸向載荷并不是一個很有效增加塑性變形的方法。 為了概括這個實驗研究的結果，已經發(fā)現的由V角產生的對塑性變形有很重要的影響的參數主要有：(1)V角；(2)鋼板溫度；(3)外在的控制力。V角深度在通常范圍內，也就是鋼板寬度的四分之三或者更大，看起來對變形影響很小。同樣地，只要是需要的加熱模式和溫度能夠達到，鋼板的尺寸對變形的影響也很小。 概要和結論 由于鋼板是任何軋制或者建筑的基本的元素，所以理解鋼板在熱矯直過程中的反應是最基本的。一些熱矯直的實驗過程都已經備份了文件，這些實驗是對70的鋼板樣品采用近乎600的加熱循環(huán)來進行的。我們對很多因素進行了估計以便于了解它們對塑性變形的影響，這些塑性變形是鋼板上每一V字形熱度產生的。另外，我們也建立了一個數學模型用來預測塑性變形的大小。 在研究的實際范圍內，熱矯直過程中對塑性變形有著最重要的影響的一個因素就是V字形熱度的角度、V角區(qū)域的最高溫度和外部力。已經證實了塑性變形和V角、溫度、外部力是有著直接的比例關系的，盡管數據上有一點波動。另一方面，和鋼板寬度有關的V角的深度對于鋼板寬度75%的V角深度并沒有什么重大意義。只要是熱供應過程中熱量能夠很好的滲透鋼板，鋼板厚度也可視為無關緊要。為了幫助工程師來預測鋼板在熱矯直過程中的反應，我們建立了一個簡單的數需公式。這個公式表示的是每一的熱度上的平均塑性變形與V角、鋼板溫度、外部力的大小、熱膨脹系數和屈服應力之間的關系。公式和實驗數據吻合的很好，并且是第一個包含有鋼板加熱溫度、外部力的大小的簡單計算公式。這種分析方法將會擴展至很大，從而包含有軋制成型行為，軸向加載物質和簡單的和復雜的桁架。