1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1研究目的及意义
伴随着新世纪的到来,制造工业对于国民经济的发展越来越具有举足轻重的作用,通用机械设备、机车、机床等加工制造行业大量使用直线导轨一类零件,导轨零件由原始胚料经过粗加工、精加工、热处理等工艺手段制成零件半成品的过程中无法防止出现弯曲变形,若对此不采取矫直处理会干扰该工件的后序加工以及使用,严重时会造成一定数量的次品甚至废品。例如精密直线导轨是制造装备的核心构件之一,是制造装备主要功能部件相对位置和运动的基准,其精度直接影响设备加工成形运动之间的相互位置关系,进而影响到整个制造装备的产品加工精度。随着生产发展的需要,国内企业对全自动矫直机的需求也越来越大。为适应我国企业对自动矫直设备的需求、替代进口,研发我国自主知识产权的全自动精密矫直机显得尤为重要。压力矫直法目前众多矫直方法中研究最多,也是应用最广泛的一种矫直方法,是一种通过施加外部载荷使弯曲工件产生逆向形变进而达到矫直目的的方法,故有时又被称为为压力矫直法。由于压力矫直在矫直方面具有一系列的优点:易于操作、适应性广、矫直压力高、工作范围广等特点,因此广泛应用在截面形状复杂的工件尤其是轴类零件及硬度高的特种钢等方面。
目前,国内生产的矫直设备应用于冶金行业、无缝钢管行业的钢管矫直机或棒材矫直机。机床导轨、汽车、摩托车、微型电机轴、纺织罗拉轴、气动轴、铜材、直线轴等必须用的专用设备。由于矫直理论和技术水平的限制,矫直行程很难根据工件实际情况进行调整,设计矫直力与实际矫直力有较大的差异,并且矫直设备整体自动化控制程度不高,因此,目前矫直技术的发展难以满足制造装备企业对矫直设备高精度、智能化和自动化的需求。尤其在柔性精密压力矫直技术的研发上仍是空白。国际上仅少数发达国家如意大利、美国等开发了此类自动化程度较高的压力矫直设备,其技术水平代表当前的先进水平。国内从意大利GALDABINI公司进口的矫直设备,其典型产品JENNYSTEP50——6矫直机,包括部件有:工件旋转装置、滚轮托料装置、工件传送装置。因此,精密直线导轨矫直技术及应用研究旨在提高制造装备关键零部件—滚动直线导轨副的加工精度,从而增强我国机床工具行业在精密机床方面的制造能力,对提高整个制造装备产业链的竞争力具有一定的现实意义。而且,该技术可以扩展到具有多弧度初始弯曲的其他各类导轨、电梯导轨、铁路轨道、无缝钢管、油田钻杆、型钢等对称和非对称截面的条材工件的生产加工过程中,可进行全自动高精度高柔性矫直,在其矫直过程发挥关键作用。精密柔性矫直设备的开发,将满足钢铁、冶金、汽车、机床等行业金属条材高精度高柔性矫直的市场需要。所形成自主知识产权的软硬件技术及其系统,在精度上能达到国外同类产品的水平,同时价格将是国外同类产品的1/2左右。矫直设备的成功开发将填补国内空白,替代国外进口产品,促进机床导轨、电梯导轨、铁路轨道、无缝钢管、油田钻杆等相关制件的精度水平赶超国际先精密直线导轨是制造装备的核心构件之一,是制造装备主要功能部件相对位置和运动的基准,其精度直接影响设备加工成形运动之间的相互位置关系,进而影响到整个制造装备的产品加工精度。直线精度是精密直线导轨最重要的性能指标,也是本课题的重点研究内容。由于直线导轨毛坯在轧制、锻造、挤进水平,并为进入国际市场奠定基础。
1.2国内外研究现状分析
工业上,常用的矫直方法有:压力矫直法、平行辊矫直法、斜辊矫直法、转毅矫直法、拉伸矫直法和拉弯矫直法等。压力矫直法即反弯矫直法,指针对弯曲的金属条材,根据原始挠度的不同加以不同程度的反向弯曲,从而达到矫直的目的。反弯压力矫直设备是应用反弯矫直理论设计而成的:金属条材在压头与支点之间形成反弯,并不断改变压下行程,可使各种大小的挠度得到矫直;在压力矫直工艺中,由于条材各处的原始曲率的不同,因此条材可分为若干单弧度段分别进行反弯矫直,且支点距可调,压下量可调,保证压力集中作用在原始曲率最大处。条材能翻转角度,从而使各个方向的弯曲得到矫直。辊式矫直法一般应用于平板类、金属型材等截面形状简单的零件,采用流水线作业,矫直效率较高。辊式矫直机主要由主传动系统、机架、压下系统、辊系、上辊平衡系统、导辊升降装置、弯辊装置及换辊装置等组成。国外在辊式矫直设备的研究上,从简单的拉伸矫直机、二辊式矫直机,到多辊式矫直机、全自动辊式矫直机,适应范围从中厚板高温矫直到普通型材常温矫直,这些矫直机操控性好,加工精度高,价格昂贵。近年来,我国在反弯辊形七斜辊矫直机、多斜辊薄壁管矫直机、三斜辊薄铜管矫直机、双向反弯辊形二辊矫直机、复合转毅式矫直机、平行辊异辊距矫直机及矫直液压自动切料机等研制方面相继取得一定的成功,但是这些机器专业化程度高,适用性不够广泛,当产品发生变化时,生产线几乎要重新构建。普通在线拉伸矫直机主要适应于常用轻金属型材的拉伸矫直,主要是针对铝型材,其长度较一长,需要拉伸的力量较小。而对于中厚板,则一般采用高温拉伸矫直机。相对于其他矫直方法,反弯压力矫直机具有矫直力大、精度可控性高、加工柔性好等特点,可广泛应用于大型管、棒材、非对称截面型材、机床滚动导轨、电梯导轨、无缝钢管、油田钻杆等具有特定截面形状和特定功能的条形零件的矫直工序中。但是,长期以来,压力矫直工艺的实施大多数是由工人凭经验来估计矫直压下量,对工件进行反复测量和试矫,此法不仅效率低,劳动强度高,而且不易保证精度,工件的综合性能也受影响。随着自动化技术、测试技术和计算机技术的飞速发展,矫直设备逐步向着数控化,柔性化,自动化和智能化方向发展。自20世纪七、八十年代起,发达国家对自动化精密矫直技术投入大量的人力、物力开展研究工作。意大利、德国、日本、美国等少数发达国家先后研制出各具特点的全自动精密矫直机:如意大利GALDABINI公司、德国MAE公司、美国EITEL公司、日本精机株式会社开发出的自动矫直机等;由于全自动矫直机增加了精确测量装置、自动送取料装置和计算机控制系统,因而加工效率和精度明显提高,集中表现在自动化、智能化、测量精度高和生产效率高等方面。这些都表明当前在一些发达国家矫直技术研究已经发展到了一个较高的水平,但是由于技术保密,目前能够在国内获得其矫直技术方面的资料较少。国内方面,研究成果主要集中于针对轴类和管棒材类零件的矫直技术的相关设备之上:合肥工业大学与合肥锻压机床有限公司联合开发的轴类零件全自动矫直设备—YH40型自动精密液压矫直机,可有效保证测量精度达5脚,矫直精度达10μm—20μm;西安重型机械研究所开发了10MN液压压力棒材矫直机,针对以前压力矫直机的缺点采用出了三维扫描检测、跟随式检测机构、压力矫直专家系统等技术,使压力矫直机得以融入连铸或锻造生产线,成为在线生产设备,该机组可以矫直中300mm以下的棒材或锻件;长春试验机研究开发的H型、c型自动矫直机测量精度为±5μm,矫直精度可达0.02—0.10mm,动力源既有使用传统的液压装置,也有装备可控精度较高的机电伺服系统。与此同时,国内外有关的科研和技术人员在对于矫直过程的相关技术做了大量的研究,取得了不少研究成果,总体来说,可以归纳为以下几个方面内容:矫直行程计算理论、基本回弹理论、矫直工艺、矫直设备和矫直加工精度提升技术等。2. 研究的基本内容与方案
（1）研究压力矫直加工过程中的矫直反弯特性
压力矫直的工作原理是先将具有弯曲特征的工件以两端支撑的形式固定在工作台上,通过用压头在最弯部位施加反向压力,使其在反向发生弯曲,保证反向压弯量等于其工件回弹量,卸除压力,进而压直工件的弯曲部位,达到矫直的目的。因此,我们又把压力矫直称为反弯曲矫直。矫直相关理论方法却很少对外界公布,对矫直理论的研究还有很大的欠缺。因此,开展压力矫直加工过程中的矫直反弯特性研究具有重要意义。研究主要通过材料力学的知识并与实验相结合来研究反弯过程以及相关规律特性。
（2）进行压力矫直加工过程中的矫直反弯特性建模
3. 研究计划与安排
（1）第1-2周：查阅国内外相关资料进行学习和研究，完成文献调研；
（2）第3-4周：完成开题报告和英文翻译，对压力矫直理论进行深入学习；
（3）第5-6周：通过查阅相关知识对矫直特性建模；
4. 参考文献（12篇以上）
[1]王臣.重轨压力矫直变形残余应力的数值模拟及实验研究[d].内蒙古科技大学,2007.
[2]李骏,邹慧君,熊国良,陈慧.压力矫直过程模型的有限元分析及应用[j].重型机械,2004,01:28-30.
[3]何谦.金属条材精密矫直行程预测算法及软件开发[d].武汉理工大学,2011.
