鋁型材矯直機的設計要點

隋永豐

鋁型材矯直機的設計要點

隋永豐

（遼寧忠旺機械設備制造有限公司，遼寧遼陽111003）

通過闡述鋁型材矯直機的矯直原理、常用的矯直機結構、自鎖式鉗口的夾緊原理及等比例拉伸等，介紹鋁型材矯直機的技術特點及設計思路，并通過理論計算結合使用效果對設備幾個主要參數作了設計、討論。該類型矯直機的使用對拉伸矯直設備方案選型及設計具有參考意義。

鋁型材擠壓；拉直機；設計

鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬，其強度高、重量輕、塑性好、易加工、抗蝕性和光澤明亮的表面等優良特性，在航空、航天、汽車、軌道交通、機械制造、船舶，建筑，裝修及化學工業中有著越來越廣泛的應用。本文對鋁型材矯直機進行研究，分析其技術特點及設計思路。

1 型材矯直的原理

由于鋁合金型材（以下簡稱型材）在擠出過程中經過牽引、淬火、搬運等工序后會產生彎曲變形，不同的截面位置會產生集中應力，為了解決這個問題，就要求型材在擠出冷卻到常溫后，對擠出的型材進行矯直校形。

鋁型材矯直機工作原理為：型材擠壓后經淬火冷卻、牽引機牽引后其縱向纖維必然長短不齊，而長短不齊的纖維受到塑性拉伸達到長短相等之后卸掉外力時，必然以基本相等的彈復量恢復到穩定狀態，以達到矯直目地。

2 型材矯直的機結構設計

型材矯直的方法有很多種，采用矯直機為工廠中最常見的拉伸矯直法（見圖1）.其方法為在拉伸軌道（5）上調整固定拉伸頭（6），使拉直機的移動拉伸頭（3）與固定拉伸頭（6）間的距離可以夾住一根被拉直型材（4），然后移動拉伸頭（3）與固定拉伸頭（6）將被拉型材（4）的兩端夾緊，最后主拉直缸（1）通過主拉直桿（2）拉動移動拉伸頭（3）向左移動，使被拉直型材（4）產生塑性變形，達到矯直的目的。整個拉直機位于拉伸軌道上，而拉伸軌道通過拉伸座與基礎相連。

圖1 型材矯直機

3 固定拉伸頭的調整方式

由于擠出型材的種類不同，定尺長度也不同，這就使得兩個拉伸頭之間的距離必須是可變的，移動拉伸頭（3）由于與主拉直缸（1）相連，所以可以通過改變固定拉伸頭（6）的位置來調整兩個拉伸頭之間的距離。主要是通過固定拉伸頭（6）上的液壓馬達帶動固定拉伸頭（6）在拉伸軌道（5）上移動，在固定拉伸頭（6）的底部有異型插銷機構，當固定拉伸頭（6）行走至合適位置后，異型插銷伸出，插入到拉伸軌道（5）上的銷孔中，使得固定拉伸頭與拉伸軌道剛性聯接，起到固定作用。

4 夾鉗的自鎖性分析

矯直機的鉗口采用自鎖虎鉗式鍥形鉗口，這種鉗口只需給一個初使的預壓力u，在拉伸過程中就可以根據拉伸力T的大小自動的改變夾緊力，拉伸的力越大，鉗口對型材的夾緊力就越大（見圖2），并在預夾緊裝置中增設液壓減震元件減小工件斷裂時的彈性沖擊。

圖2 夾鉗的自鎖性分析

以鉗口的上半部份為例進行分析，經過推算可以得出斜面鍥角大小的公式：

式中：斜面的鍥角為α；型材與鉗口間摩擦系數為μ1；鉗口上面與楔面的摩擦系數為μ2.

從上式1可得，鉗口斜面鍥角α的大小只與型材與鉗口間摩擦系數為μ1和鉗口上面與楔面的摩擦系數為μ2有關，斜面的鍥角α越小，自鎖性就越好，但是也會增加鉗口夾緊的行程，這樣不但會加大鉗口的外形尺寸，還會影響鉗口夾緊時的速度。要想增大斜面鍥角的角度，就應該加大μ1及減小μ2.加大μ1的方法是使鉗口粗糙化，如刻紋，或做成細小鋸齒形鉗口等；減小μ2的途徑是磨光楔面，并涂上潤滑脂進行潤滑[1]。

根據機械設計手冊可知，楔面上的摩擦系數按鋼與鋼摩擦，取μ2=0.1，型材與鉗口之間磨擦系數按鋁與鋼摩擦，取μ1=0.3[2]，將這兩個數值代入式（1）得出α≤11°.如果將鉗口上銑出細小的鋸齒，可加大鉗口與型材之間的咬合，使摩擦系數μ1趨向于1，代入式（1）得出α≤39.3°.所以如果采用夾鉗夾緊達到自鎖的情況下，α角必須在11°～39.3°之間選取。不過為了使自鎖效果明顯且不使鉗口的外形太大，α角需要在設計時根據情況選取，在大多工廠中設計者把α角取到23°，即可達到自鎖要求，又不至使鉗口的外形過大，經過驗證比較合理。

5 鉗口的高度和寬度確定

鉗口的高度值由被拉直型材的最大外型尺寸決定，高度值應該在最大型材高度的基礎上增加20～30 mm；寬度值由最大加工范圍決定，并在最大型材的兩邊留有20%左右的余量以必免型材在鉗口上擺放位置不正引起的偏移，由于每根型材的彎曲量不盡相同，所以不允許多根型材同時拉直。

6 等比例拉伸原理

從材料力學知識可知，塑性材料當應力達到σe之前屬于彈性階段，在此階段型材在拉伸時滿足胡克定律，即應力σ與應變ε之間成正比例關系[3]。當應力達到σe之后型材屬于屈服階段，只要型材應力超過σe增加到某一數值時，應力基本保持不變，而應變顯著增加。所以要求拉直機在拉伸型材時使型材在達到屈服階段之時停止拉伸，在此之前是彈性變形，遵循胡克定律，當應力與應變的關系不成比例時即停止拉直。

7 等比例拉伸的檢測方法

由于型材的塑性變形屈服點很難檢測，為了達到工藝要求標準，要對已拉伸型材進行檢測，可由附屬裝置采用最終形變法作為檢測標準。在拉伸開始前，取型材任意位置兩點，將測試儀夾頭固定在型材上，取樣檢測長度100 mm～200 mm，根據型材可自由調整，記錄顯示屏上初始數值，拉伸矯直結束后，記錄拉伸后的數值，通過計算得出是否滿足工藝要求的拉伸比例。如果不滿足，在電控操作箱上的工業觸摸顯示屏上輸入修正值，為了達到最理性的效果，可重復此操作，直到滿足工藝要求。

當此種型材滿足工藝要求后，可將其工藝方案儲存到PLC中，等到下次再生產此類型材時可以直接調出此工藝，節省調試時間及提高成材率。

8 結束語

鋁型材通過矯直機矯直后能有效地改善其自身的彎曲問題及應力集中現象，通過自鎖形式夾鉗夾緊型材，可以減化鉗口的結構，減少下壓式鉗口帶來的功耗損失。引用了等比例拉伸原理，使拉伸實現自動化控制，將對促進國內高精度型材的生產起到良好的作用。

[1]崔甫.矯直原理與矯直機械[M].北京：冶金工業出版社，2002.

[2]成大先.機械設計手冊第1卷[M].5版.北京：化學工業出版社，2008.

[3]劉鴻文.材料力學[M].4版.北京：高等教育出版社，2004.

Key Design Points of Aluminum Profile Straightened

SUI Yong-feng
（Liaoning Zhongwang Machinery Equipment Manufacturing Co.，Ltd.，Liaoyang Liaoning 111003，China）

Analyze the key design points of aluminum profile straightened through elaborating the straightening principles of straightened，common strengthener’s structure.The technical characteristics and design notion of aluminum profile straightened is proposed.Sever almain parameters are designed and discussed by means of theoretically computing concerning the practical effects.The successful application of the stretcher is instructive and referential to the type selection and design of stretcher.

aluminum profile extrusion；stretcher；design

TG333.2.3

A

1672-545X（2017）02-0133-03

2016-11-02

隋永豐（1979-），男，遼寧遼陽人，工程師，大專，主要從事鋁擠壓機后部設備的研發與制造。