如图8所示,拉矫机的张紧辊作用力的方向是两对张力辊相互对拉,因而一个辊组是电动状态,另一个辊组是发电状态.看上去电动机的功率很大,但使用了直流母排之后只消耗很少的电能,通过连接两对辊组之间的带钢可以将电动张紧辊的部分能量传递到发电辊上去,产生出电能,冲抵一部分从网上消耗的能量.

　　对于电动状态的3号、4号辊处于主动状态,辊子在电机的驱动下拖动带钢运转,带钢在辊子表面从出口侧到入口侧张力逐步升高,弹性伸长也慢慢变得大,速度慢慢的变快,即：V＞V1＞V2.对于发电状态的1号、2号辊处于被动状态,辊子被带钢动运转,带钢在辊子表面从出口侧到入口侧张力逐步下降,弹性伸长也慢慢变得小,速度越来越慢,即：V＞V1＞V2.这样,带钢在辊子表面各处的速度不一致,就会使带钢在辊子表面产生打滑.为了减小这种打滑,保证带钢处于张紧状态,可适当改变辊径,使D1＞D2、D3＞D4.从而补偿两只辊子之间带钢速度之差.

　　拉矫机比传统的矫直方法有一系列优越性.与传动的辊式矫直机相比,其结构紧密相连,重量轻,维修方便,操作容易.与传动的拉伸式矫直机相比,给带钢施加的张力小,不会断带,也不可能影响带材质量,能耗也较小.因而拉矫机大范围的应用于镀锌、彩涂、连退、酸洗等连续生产线m/min.

　　要改善板形就必须给带钢施加拉应力.在张力作用下的带钢在弯曲辊上发生变形的情况就大不一样了.其最大不同点就是中性面产生了偏离,如图12所示,拉应力和压应力叠加的结果使应力为零的中性面偏向了下方,使拉伸区域扩大了,而压缩区域减小了.如果张力与弯曲应力得到一定效果的配合,其叠加的拉伸应力超过了带钢的屈服强度则会产生塑性变形.在强化弹塑性变形状态下,考虑屈服以后的强化,则应力曲线超过屈服点后仍是一条斜线,只是斜率发生了倾斜.如果中性面偏向下方的程度足以使带钢的中心层也发生了塑性变形,就会发生总体上的塑性拉伸变形,也就是我们为了改善板形所希望的结果.也就是说,只有中心层产生了塑性变形,才能使带钢在拉矫过程中产生永久性塑性变形,从而改善板形.

　　为了分析简便,我们将带钢的标准拉伸曲线作一简化,将超过屈服点后的屈服和强化变形曲线简化为一条直线,这样带钢的拉伸应变曲线就变成了两条斜率不等的直线,第一阶段直线的斜率为弹性模量E,第二阶段直线的斜率也称为强化弹性模量E´,

　　如11图所示,在拉伸变形时,起初短纤维先沿O1a1线产生弹性变形,短纤维变形后的长度与长纤维一致时,长纤维也开始沿O2a2线产生弹性变形.随着拉力的增加,短纤维受到的拉力先达到屈服极限,开始沿a1b1线产生塑性变形和强化,随之长纤维也达到屈服极限,开始沿a2b2线产生塑性变形和强化,当短纤维的弹性变形和塑性变形总量达到设定的延伸率时,变形停止,开始卸载.短纤维沿b1c1线线产生回复.经过以上的拉伸变形回复以后短纤维的总塑性伸长量为O1c1,长纤维的总塑性变形伸长量为O2c2,可见O1c1O2c2,最终长短纤维的差为,比原先的小了许多,但却不能为零,即经过拉矫后的长短纤维长度仍有差距,板子仍有浪形.这与前面的分析结果绝大多数都是一致的.

　　消除L形弯曲是通过使带钢产生与在最后一道弯曲辊处产生的弯曲变形方向相反的变形来实现,此变形量在数量要比原弯曲变形量小的多,所以其压入量必须与弯曲辊分开控制.在弯曲辊对应的位置设置了两只上矫直辊,其作用是使带钢绷紧而且高度保持不变,同时又不能使带钢在其表面产生太大的变形,所以辊径较大.

　　防止C形弯曲的方法是在拉矫机的出口设置了一个抗C形弯曲的辊子,使带钢进一步绷紧,在横向处于平行状态,因而不致产生C形弯曲.抗C形弯曲辊处于拉矫机的最末端,不能让带钢在其辊面上产生较大的弯曲,带来新的影响,因而辊径较大.由于镀锌带钢的C形弯曲对产品的使用性能的影响不太大,不少生产线的拉矫机都设置抗C形弯曲辊.

　　拉矫机前后的张紧辊是拉矫工序不可分割的最基本的组成部分.最早的拉伸矫直机就是一对张紧辊组,在此基础上加上弯曲和矫直装置才发展成了拉矫机,所以其作用不可忽视.虽然拉矫工序的张紧辊组与生产线其它张紧辊的原理、结构没有过大的区别,但其功能、驱动方式等与其它张紧辊却有本质上的不同.

　　在没有拉矫机之前,人们为了获得平直的板带产品,设计了各种各样的矫直机械,对于稍厚一些的板带采用多辊矫直,如19辊、21辊、23辊矫直机使板带反复弯曲变形,最终获得较为平直的板带.对于较薄一些的板带使用拉伸矫直机,如用钳口使板子拉伸,或使用张力辊将带钢获得较高的张力从而使板形得到某些特定的程度的改善.拉矫技术是在拉伸矫直机和辊式矫直基础上发展起来的.综合了两者的优点而又克服了部分局限性,成为带钢矫直最常用的方法.

　　拉矫机是拉伸弯曲矫直机的简称,其主要由发挥拉伸作用的前后张紧辊、发挥弯曲作用的弯曲辊组、发挥矫直作用的矫直辊系组成的.

　　拉矫工序的基本功能有两大方面：一是改善板形,通过使带钢拉伸并且进行弯曲矫直之后,可以部分消除带钢的边浪、中浪等浪形和C形弯曲、L形弯曲,从而改善了带钢的平直度.二是改善加工性能,通过拉伸弯曲作用与光整一样会使带钢在后续的变形时减轻或不再有屈服平台,由此产生均匀变形,提高加工性能.

　　带钢在拉伸弯曲时的变形如图9所示.图a是存在两侧边浪的带钢,其边部纤维长,中部纤维短；图b是进入拉矫机的张力辊后,较高的张力使长短纤维均发生弹性变形,其变形后长度相同；图c是在进入弯曲辊后,拉伸和弯曲的共同作用使长短纤维均发生了塑性变形,总长度仍然相同,所不同的是原来的长纤维产生的塑性变形量小,原来的短纤维产生的塑性变形大；图d是张力和弯曲应力全部去除去后带钢发生弹性变形恢复,只留下塑性变形,这时原来的短纤维比长纤维获得的永久塑性变形较大,与长纤维长度的差距缩小了,但长纤维仍然较长,短纤维仍然较短.反映到板形上就是浪的高度减小或波长加长.即拉矫机只能减轻波浪、改善板形,却不能从根本上消除波浪,获得十分理想的平整带钢.中国有句古话叫做矫枉必须过正.就是说要完全消除波浪就必须对短纤维比长纤维施加更大的张力和弯曲作用,产生弹性和塑性变形后其长度大于原来的长纤维一定的数量,从而在外力除去,弹性变形恢复后,长短纤维的长度一致,从而获得完全平整的板形.但是,在目前条件下的矫直设备,还不具备这样的功能.

　　上式还能够准确的看出,对于改善板形而言,只要使带钢产生的实际延伸率大于带钢长短纤维的长度差和带钢弹性伸长量后一定数值即可,并不是越大越好.

　　如果带钢受纯弯曲作用,而无拉力作用,拉应力与压应力转变的临界面即应力为零的中性面就是带钢的几何对称面,即中心层.带钢在通过第二个弯曲辊产生的变形也同样如此,其拉应力或压应力基本相同而方向正好相反.经过如此一个循环后变形叠加的结果是拉伸和压缩变形相消,不管是只产生弹性变形还是既产生弹性变形又产生塑性变形都是如此,带钢不会产生伸长,更不会消除波浪改善板形.

　　弯曲辊组的基本功能是使带钢在辊子上产生弯曲,从而对矫直效果起到很大的促进作用.

　　由于带钢在辊子上产生弯曲变形最大处是在与辊子的接触点,其最小曲率半径即与辊子相同,辊径越小,变形作用越大,因而弯曲辊径在保证适当的前提下尽可能做的比较小.为了使直径很小的弯曲辊有较高的刚度,不致在带钢的作用下自身产生弯曲变形,影响拉矫后的板形,对于带钢用弯曲辊一般都使用支撑辊.最简易的支撑辊有两列,支撑辊分成数节,以安装支架将压力传递到机架上,保证支撑辊不产生弯曲,也就保证了工作辊的刚度.但这种结构工作辊与支撑辊有的地方接触,有的地方处于架空状态,接触到的地方磨损大,而不接触处磨损小,两者之间有一道显而易见的分界线,使工作辊上产生一道道印子,这些印子在与带钢作用时会复印到带钢上形成辊痕.进一步的改进是将支撑辊设计成两层,在外层支撑辊与工作辊之间增加两根通长的中间支撑辊,这就使一节节外层支撑辊造成的不均匀磨损转嫁到中间支撑辊上,减轻了工作辊的不均匀磨损作用,使带钢上的辊印减轻.近几年为了适应高精度的汽车板生产的需要,出现了四层弯曲辊组,使这种影响更为减少.

　　从上式能够准确的看出：矫直以后的板形与原板的板形有关,原板的浪形严重,长短纤维的差越大,矫直的长短纤维的差也越大.

　　矫直后的板形还与带钢材料在屈服点以后的塑性和强化特性有关.越小,即塑性越好,强化作用越弱,则拉矫后的板形就越好；越大,即塑性越差,强化作用越强,则拉矫以后的板形越差.对于塑性极好的超深冲板的很小,通过拉矫很容易改善其板形,而高强度板的较大,拉矫后改善板形的效果也较差.只有当材料超过屈服点后发生纯塑性变形,应变曲线时,才能使为零,获得理想状态的平整带钢.

　　拉矫机之所以能使带钢的板形改善其实质是原来纤维长短不一的带钢在高张力和弯曲辊的作用下产生弹性和塑性变形,变形后原来长纤维和短纤维的长度基本趋于一致而实现的.如果带钢的总变形量足够大,足以使原来处于浪形处的长纤维也开始产生塑性变形,就能起到改善板形的作用.在这种情况下,对于长短不等的纤维而言,其弹性变形量是基本相同的,不同的是塑性变形量.在同时受到拉伸作用时,短纤维的塑性变形量大,因而在变形结束张力除去后长度伸长较多,长纤维的塑性变形量小,外力除去后长度伸长较少,这样就使长短纤维的长度趋于一致,使浪形改善.如图10所示.

　　拉矫段是生产线张力最大的地方,生产线的张力除光整机和卷取机以外,其它地方大都为了能够更好的保证带钢的正常运行,而拉矫段的张力是为了使带钢产生塑性变形,因而需要较高的张力才能达到这一目的.拉矫机的前后两对张紧辊都是速度控制模式的,其中入口侧的张力辊一般是作为生产线的速度基准辊,这也显示了拉矫张紧辊在整个生产线中的特殊地位.

　　若只靠张紧辊矫直带钢,就要使张紧辊产生的张力超过带钢的屈服强度,也就要消耗大量的能量,对传动装置的要求很高,设备的磨损与故障率很高.在工艺方面,对于塑性较好的带钢会产生滑移线,带钢不是在整个长度方向上各处均匀地被拉伸变形而是在局部区域产生较大的伸长,并且厚度减薄,这当然是很不理想的.另外,如此大的张力也会使带钢在边部开裂部位产生应力集中而被拉断.要克服这样一些问题就必须有弯曲辊组与之相配合,有机的结合起来,等同发挥作用.

　　在驱动控制技术不太成熟之前,拉矫机的驱动大多采用机械式的差动齿轮系统驱动,以此来实现两个张力辊组的速度差,并能无级调速.此系统有两台电机,一台主电机提供动力,另一台辅助电机控制两个辊组之间的速度差.由于此方案机械系统复杂,而且磨损严重,故障率高,现已被直流或交流电机调速系统取代.

　　我们取带钢横截面中最长和最短的纤维对它们在拉力作用下的弹性变形和塑性变形作一分析.由于带钢在拉矫过程中受到的外力除张力外,还有弯曲应力,而弯曲应力是由拉应力和压应力组成的,而且最大的作用是拉伸应力,所以通过拉伸变形的分析就能代表带钢的主要变形规律.

　　除用于镀锌线外,连续拉矫机还用于酸洗、退火、镀锡、彩涂、重卷、钢材加工等生产线,为满足多种需要设计成各种布置形式.一般上下两对同样的弯曲辊组成一个弯曲单元,上面两只上矫直辊和下面一只矫直辊组〔多用弯曲辊组代替〕组成一个矫直单元.弯曲辊单元可以有一个,也可以有两个,而矫直单元一般只用一个,所以有一弯一矫和两弯一矫之分.两弯一矫的两组弯曲辊可以同时使用,而大多一用一备,以保证在生产线正常运作的情况下换辊.常见的弯曲辊组大多是两层支撑辊加一个工作辊,但也有一层支撑辊加一个工作辊,甚至也有只用一个工作辊的.这样就有了多种不同的组合.

　　为了保证工作辊在工作中不产生任何弯曲变形,在弯曲辊组安装时必须使第一层支撑辊与第二层支撑辊以与工作辊之间接触良好,间隙均匀.由于带钢板形的原因和有时带钢存在镰刀弯在辊子上游动前行等情况的影响,工作辊可能会产生轴向串动,一定要使用止推轴承进行轴向定位.

　　带钢在拉伸弯曲过程中消除了一部分波浪的同时,由于带钢在大张力作用下反复产生弯曲变形,也会对板形带来新的影响,主要是经过最后一道弯曲辊后遗留下来的残余变形,这使带钢产生L形弯曲,还有在大张力作用下带钢产生的C形弯曲.矫直辊组就是要分别消除带钢的L形弯曲和C形弯曲.