随着机械工业和国民经济各部门生产的发展和技术进步,对钢材产品质量的要求越来越高。轧后精整是产品质量提高的重要工序,棒材在加热、轧制、冷却、热处理以及运输过程中,由于各种因素的影响,往往存在多方位弯曲的缺陷。为了消除弯曲,获得平直成品,棒材需要在矫直机上进行矫直。二辊矫直具有精度高、质量好的特点,它作为一种精整技术,始终在矫直领域占有重要的一席之地。目前,国内外对于二辊矫直机的研究,主要集中在简单的辊型曲线设计上,对二辊矫直的矫直精度和变形过程缺乏深入的研究。因此对二辊矫直过程中复杂的辊型设计和各种场变量的变化规律展开研究,具有重要的理论价值和实际意义。本文从圆材弹塑性理论出发,详细分析二辊矫直过程变形机理,分析各种曲率之间的关系。提出曲率比的概念并分析曲率比与外力矩的关系及弯曲程度沿纵轴的分布规律,建立曲率方程式从而计算棒材的矫直精度。设计了典型产品的新型辊型曲线。设计了六段式反弯曲率、三段式反弯曲率、单值反弯曲率和双曲线的矫直辊辊型曲线。通过对二辊矫直机辊型曲线、矫直精度和斜角的研究,提出二辊矫直机精度的理论计算公式,并计算六段式反弯曲率、三段式反弯曲率、单值反弯曲率和修正的双曲线矫直辊辊型曲线的矫直精度,对矫直精度的理论值与实测数据进行比较。对矫直辊辊径进行多目标优化设计计算。建立矫直辊体积计算的模型,给出了矫直辊的弯曲和接触变形的计算模型,给出了矫直精度和矫直变形能计算模型,分别以矫直辊体积和变形最小为多目标函数和以矫直辊体积和矫直精度为多目标函数,应用遗传算法对矫直辊进行多目标优化设计,计算出矫直辊中径和与相配合的来料直径。同时绘制最优化解及性能跟踪等曲线,对所计算的数值与引进设备的实际矫直辊直径进行比较。建立圆棒材矫直过程的三维弹塑性有限元计算模型,对二辊矫直过程进行模拟计算。分析了棒材在矫直过程中的应力、应变变化过程;并分析了矫直后棒材内的残余应力分布状况;分析了特定点应力、应变以及位移在整个矫直进程中的变化规律;对各种辊型的矫直辊矫直过程模拟结果进行矫直精度比较。计算了矫直力和矫直功率,对矫直力的理论计算值与实测值和模拟值进行了比较分析,所计算的数值与实际比较接近,为实际生产提供可靠的参考依据。