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        高強(qiáng)度中厚板精密數(shù)控開(kāi)卷線淺析

        2013-08-16 07:43:08張紹芳展立娟龐東平
        鍛壓裝備與制造技術(shù) 2013年6期
        關(guān)鍵詞:修邊中厚板落料

        莊 峰,李 星,張紹芳,展立娟,龐東平

        (濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司,山東 濟(jì)南 250022)

        0 引言

        進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),我國(guó)的鋼鐵工業(yè)以每年20%以上的增長(zhǎng)率迅速發(fā)展,已經(jīng)接近10億噸的產(chǎn)能,其中中厚板作為重要的鋼材品種,一直占鋼材總產(chǎn)量的20%左右。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,對(duì)高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕、低屈服比、焊接性能優(yōu)良的中厚板的需求非常強(qiáng)勁,已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、造船、工程機(jī)械等領(lǐng)域,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。

        針對(duì)高強(qiáng)度中厚板矯平時(shí)內(nèi)應(yīng)力難以釋放、易回彈、龜背不易消除、氧化皮難以清除、修邊圓盤(pán)刀易崩刃等特點(diǎn),需要配置有高精度矯直機(jī)、自動(dòng)調(diào)整修邊機(jī)組、低噪聲碼垛、刷料除塵等功能的高強(qiáng)度中厚板精密數(shù)控開(kāi)卷矯平生產(chǎn)線。

        1 生產(chǎn)線工藝流程

        如圖1所示,該生產(chǎn)線工藝流程為:上料→開(kāi)卷→引料頭→粗矯直機(jī)→切頭→活套儲(chǔ)料→糾偏→修邊→碎邊切斷→活套儲(chǔ)料→糾偏→精矯直機(jī)→測(cè)長(zhǎng)→刷料除塵→剪切→輸送→垛料→出料→液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。

        圖1 高強(qiáng)度厚板開(kāi)卷校平生產(chǎn)線的工藝流程圖

        2 生產(chǎn)線主要設(shè)備的性能特點(diǎn)

        2.1 單輥獨(dú)立調(diào)整式重型矯直機(jī)

        如圖2所示,一般的重型矯直機(jī)的機(jī)架主要采用上滑塊整體平行或傾斜式調(diào)整的焊接式機(jī)架,由于高強(qiáng)度厚板卷材基本是熱軋材質(zhì),具有熱處理性能不穩(wěn)定、板厚不均勻、板內(nèi)應(yīng)力過(guò)大等特點(diǎn),在矯直過(guò)程中往往按通用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的機(jī)身剛度不能承受局部特殊應(yīng)力變形而產(chǎn)生整體彎曲,造成矯直輥隨機(jī)座的整體變形而彎曲,進(jìn)而使輥系間的輥縫呈拋物線狀放大趨勢(shì),既無(wú)法貼合原始板態(tài)又引起了支撐輥的嚴(yán)重偏載,使得原始板料未能達(dá)到良好的矯直效果,對(duì)于高強(qiáng)度中厚板的矯平質(zhì)量更加無(wú)從保證。通用的解決方法是繼續(xù)增加滑塊和底座的高度,緩解機(jī)身剛度變形,但帶來(lái)的是成本的增加,同時(shí)由于卷材的不穩(wěn)定性可能還會(huì)繼續(xù)碰到類(lèi)似問(wèn)題,因而并未能從根本上解決這類(lèi)問(wèn)題。

        針對(duì)這種狀況,研發(fā)了單輥獨(dú)立調(diào)整式重型矯直機(jī),如圖3所示。該設(shè)備有以下特點(diǎn):

        圖2 通用矯直機(jī)受力機(jī)架變形圖

        圖3 單輥獨(dú)立調(diào)整式重型矯直機(jī)原理圖

        (1)采用了矯直機(jī)預(yù)應(yīng)力機(jī)架。與焊接式機(jī)架相比,這種機(jī)架具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、重量輕的特點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力機(jī)架主要包括拉桿及液壓螺母、立柱、上橫梁和底座等幾部分,通過(guò)高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力拉桿和液壓螺母將底座、立柱和上橫梁緊密連接在一起。當(dāng)矯直機(jī)工作時(shí)受矯直力的作用,預(yù)應(yīng)力拉桿和立柱的受力得到再分配,拉桿受力增加產(chǎn)生拉伸變形,立柱受力減少發(fā)生壓縮變形,充分發(fā)揮了各部件材料的性能。

        (2)改多輥整體調(diào)整為單輥獨(dú)立調(diào)整機(jī)構(gòu)。根據(jù)中厚板矯直原理,中厚板矯直時(shí)最佳的彎曲曲率在第3根矯直輥處最大,沿矯直機(jī)出口方向逐漸減小。而目前大部分矯直機(jī)采用整體壓下上矯直輥的調(diào)整方式,這就很難進(jìn)行上述調(diào)整以達(dá)到中厚板的最佳彎曲順序。單輥獨(dú)立調(diào)整式重型矯直機(jī)通過(guò)調(diào)整下輥處能夠相互滑動(dòng)的楔形塊來(lái)實(shí)現(xiàn)矯直輥的單獨(dú)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)了對(duì)中厚板料的反向彎曲和帶負(fù)載壓料。

        (3)由于板材在軋制過(guò)程中產(chǎn)生的縱向彎曲(波浪形)、橫向彎曲、邊緣浪形、中間瓢曲和鐮刀彎等缺陷,可通過(guò)對(duì)矯直輥上輥的撓度進(jìn)行相應(yīng)的曲率調(diào)整(圖4),改善板材的不良缺陷,獲得理想的板型。

        圖4 不同板材缺陷時(shí)矯直輥的調(diào)整模型

        (4)在上滑塊(圖5)設(shè)計(jì)時(shí),采用高截面設(shè)計(jì),并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析,滿足了矯直機(jī)剛度的要求。在底座(圖6)設(shè)計(jì)時(shí),由于增加中間支撐,使得底座截面高度較橫梁變低,通過(guò)對(duì)底座進(jìn)行有限元分析,滿足矯直機(jī)剛度要求。

        圖5 矯直機(jī)滑塊受力分析圖

        圖6 矯直機(jī)底座受力分析圖

        (5)采用單獨(dú)傳動(dòng)方式,即每根矯直輥都由各自的電動(dòng)機(jī)提供矯直力矩,因這些獨(dú)立控制回路集中在一個(gè)負(fù)載補(bǔ)償控制裝置中,所以控制了鋼板在入矯直機(jī)時(shí)的力矩過(guò)載峰值,保證矯直過(guò)程中負(fù)載分布均勻。解決了通常傳動(dòng)中因軸向力引起的各矯直輥的額外扭矩負(fù)載,避免了傳動(dòng)裝置中傳動(dòng)聯(lián)接軸和齒輪的損壞。

        2.2 自動(dòng)調(diào)整徑、軸向刀隙的全自動(dòng)調(diào)整修邊機(jī)組

        現(xiàn)代中厚板生產(chǎn)線上常用的修邊剪,按剪切方式和結(jié)構(gòu)可分為鍘刀剪、擺動(dòng)剪、圓盤(pán)剪、滾切剪和液壓剪等類(lèi)型。由于圓盤(pán)剪與其他剪切類(lèi)型相比,具有可連續(xù)滾動(dòng)剪切、速度快、產(chǎn)量高、效率高、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn),所以在高強(qiáng)度中厚板修邊選用圓盤(pán)剪;其剪切原理如圖7所示。圓盤(pán)剪主要由傳動(dòng)裝置、固定機(jī)架、移動(dòng)機(jī)架、上下刀軸、機(jī)座、寬度調(diào)整裝置、刀盤(pán)調(diào)整機(jī)構(gòu)及碎邊切斷等組成,如圖8所示。

        圖7 圓盤(pán)剪剪切簡(jiǎn)圖

        傳動(dòng)裝置分別布置在剪切線中心線的兩側(cè),兩側(cè)電機(jī)利用同步軸以及電氣同步來(lái)保證對(duì)板兩邊同步剪切;由于兩側(cè)機(jī)架上分別安裝了上下刀盤(pán)、刀盤(pán)調(diào)整機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)裝置,通過(guò)移動(dòng)左右機(jī)架可以滿足不同寬度鋼板的修邊要求;通過(guò)機(jī)械提升修邊剪的上刀盤(pán),改變上下刀軸的中心距,實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)重合量的調(diào)整,滿足了不同厚度和材質(zhì)的鋼板對(duì)不同刀盤(pán)重合量的需求;由減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)下刀軸的定位鎖緊螺母,使下刀軸軸向微移,從而實(shí)現(xiàn)了圓盤(pán)刀的側(cè)向間隙的調(diào)整,保證剪切鋼板的毛刺大小。

        圖8 修邊機(jī)組的組合結(jié)構(gòu)示意圖

        針對(duì)高強(qiáng)度中厚板對(duì)修邊的廢邊難卷取的缺陷,采用了廢邊在線連續(xù)切斷,減少操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了生產(chǎn)效率。

        2.3 低噪聲動(dòng)力對(duì)中機(jī)動(dòng)翻轉(zhuǎn)垛料裝置

        針對(duì)現(xiàn)有落料裝置噪聲大的缺點(diǎn),開(kāi)發(fā)了低噪聲動(dòng)力對(duì)中機(jī)動(dòng)翻轉(zhuǎn)垛料裝置,如圖9所示。采用帶動(dòng)力馬蹄式托輥,由于馬蹄式托輥旋轉(zhuǎn)時(shí)各部分的線速度不同,實(shí)現(xiàn)了板料在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的自動(dòng)對(duì)中,避免了板料在輸送過(guò)程中的跑偏現(xiàn)象。鋼板在落料時(shí)采用機(jī)械翻轉(zhuǎn)落料機(jī)構(gòu)替代傳統(tǒng)的液壓或氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)落料機(jī)構(gòu),這樣可以實(shí)現(xiàn)板料的同步落料,從而降低接料工位落差,避免了以往鋼板翻轉(zhuǎn)落料不同步引起的摔板現(xiàn)象,使落料噪聲降到最低。

        3 生產(chǎn)線的自動(dòng)化技術(shù)

        高強(qiáng)度中厚板精密數(shù)控開(kāi)卷線的電氣系統(tǒng)主要由PLC、人機(jī)界面、直流調(diào)速器組成,并采用PROFIBUS-DP總線連接,提高了通訊速度及抗干擾能力,減少了連線故障率,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行速度在線調(diào)整補(bǔ)償及整條生產(chǎn)線的速度匹配。并使用觸模式液晶彩色顯示器,實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話,使得各控制器故障代碼直接顯示,加快了查找故障原因和排除故障的速度,提高了生產(chǎn)效率。該電氣系統(tǒng)具有長(zhǎng)度尺寸設(shè)定、板料狀態(tài)監(jiān)控、自動(dòng)計(jì)數(shù)、速度調(diào)整、自動(dòng)/手動(dòng)進(jìn)給,連續(xù)剪切、故障報(bào)警、系統(tǒng)保護(hù)等功能。因采用SIEMENS STEP7編程軟件、SIEMENS PROTOOL組態(tài)軟件,所以實(shí)現(xiàn)了HMI與PLC的動(dòng)態(tài)鏈接。

        4 同類(lèi)產(chǎn)品比較

        該高強(qiáng)度中厚板開(kāi)卷線與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比,其主要技術(shù)水平達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品指標(biāo),屬國(guó)際先進(jìn)水平。表1按產(chǎn)品分類(lèi)進(jìn)行項(xiàng)目指標(biāo)對(duì)比。

        表1 高強(qiáng)度中厚板開(kāi)卷線國(guó)內(nèi)外技術(shù)對(duì)比

        5 結(jié)束語(yǔ)

        高強(qiáng)度中厚板精密數(shù)控開(kāi)卷線的研發(fā)滿足了汽車(chē)、造船、機(jī)車(chē)車(chē)輛、鋼結(jié)構(gòu)及鋼材加工配送等行業(yè)對(duì)高精度、高效率板材加工的需求。

        該生產(chǎn)線的主要特點(diǎn)可以概括為“五高、四節(jié)、三低、二少、一快”,即:五高——生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、柔性化程度高、成品精度高、可靠性高;四節(jié)——節(jié)省原材料、節(jié)省能源、節(jié)省中間轉(zhuǎn)序、節(jié)省人力;三低——制件廢品率低、生產(chǎn)噪聲低、勞動(dòng)強(qiáng)度低;二少——設(shè)備投資少、維護(hù)費(fèi)用少;一快——板厚變化后參數(shù)設(shè)置快。

        [1]王國(guó)棟.中國(guó)中厚板軋制技術(shù)與裝備[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009.

        [2]崔 甫.矯直原理與矯直機(jī)械[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002.

        [3]鄒家祥.軋鋼機(jī)械[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2000.

        [4]邊金生.軋鋼機(jī)械設(shè)備[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1998.

        [5]張 凱,李 娜,閆 軍.臺(tái)階式雙圓柱頭開(kāi)卷機(jī)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),2011,46(3).

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