韓姝紅，朱偉見，夏浩

（1.鞍鋼教育培訓(xùn)中心；2.鞍鋼股份冷軋廠，遼寧 鞍山 114032）

隨著鋼鐵行業(yè)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)冷軋帶鋼的需求量越來越大，同時(shí)對(duì)鋼帶質(zhì)量的要求也越來越高。為更好地提高冷軋帶鋼的產(chǎn)品質(zhì)量，占據(jù)更大的市場(chǎng)份額，為企業(yè)創(chuàng)效，鞍鋼股份公司冷軋廠在原有的老鹽酸機(jī)組上進(jìn)行了改造，在原有米巴赫焊機(jī)的后面新增了一臺(tái)沖孔機(jī)，目的是在帶頭帶尾的焊接處進(jìn)行沖孔，以實(shí)現(xiàn)帶鋼焊縫的準(zhǔn)確跟蹤，滿足整條機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行。沖孔機(jī)需要滿足以下條件：保證在帶鋼焊縫附近的帶鋼中間位置沖孔；沖頭壽命要滿足5000 卷/個(gè)；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沖孔。為滿足以上條件，設(shè)計(jì)了一款打孔機(jī)，并應(yīng)用于冷軋生產(chǎn)線。

1 產(chǎn)線介紹

鞍鋼冷軋薄板廠1#生產(chǎn)線是年產(chǎn)60 萬噸優(yōu)質(zhì)冷軋板的冷軋酸洗—軋機(jī)聯(lián)合機(jī)組生產(chǎn)線，產(chǎn)品品種主要有低碳鋼（SPHC,SPHD,SPHE）、結(jié)構(gòu)鋼（St37-2,St44－ 2,St50-2,St52-3）、汽車結(jié)構(gòu)用鋼（SAPH310～440）、汽車大梁用鋼板（B510L）、汽車車輪用鋼（B330CL，B380CL，B420CL）、冷變形用熱軋細(xì)晶粒鋼板（QstE340TM～550TM）、鍋爐和壓力容器用鋼板（SB410，19Mn6）、IF 鋼及熱軋酸洗板等。主體設(shè)備包括：具有液壓閉環(huán)自動(dòng)厚度控制的五機(jī)架連軋機(jī)，高效全氫罩式退火爐，平整、橫切機(jī)組和新增加的出口雙卷取及飛剪設(shè)備。采用淺槽紊流鹽酸洗工藝，運(yùn)用先進(jìn)的板型控制技術(shù)，高精度的厚度控制技術(shù)等，使厚度控制精度有了可靠的保證。產(chǎn)線工藝流程見圖1。

圖1 冷軋生產(chǎn)工藝流程

2 打孔機(jī)設(shè)計(jì)背景

冷軋廠1#線鹽酸洗機(jī)組設(shè)備老化，產(chǎn)品質(zhì)量不好，產(chǎn)品種類單一。2011 年，冷軋廠對(duì)鹽酸洗機(jī)組設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，頭部焊機(jī)采用米巴赫閃光焊機(jī)，由于投入資金問題，焊機(jī)利舊。但是由于機(jī)組設(shè)計(jì)的是酸洗連軋生產(chǎn)機(jī)組，為保證連軋生產(chǎn)的順利進(jìn)行，需要準(zhǔn)確確認(rèn)帶鋼頭尾焊接焊縫位置，所以在機(jī)組升級(jí)改造時(shí)，增加了焊縫跟蹤系統(tǒng)。焊縫跟蹤是通過焊機(jī)后沖孔機(jī)沖出的圓孔進(jìn)行跟蹤。原有焊機(jī)后沖孔設(shè)計(jì)在帶鋼邊部，在焊縫跟蹤過程中由于帶鋼的寬度不同，不同規(guī)格鋼帶的沖孔位置有偏差，在焊縫跟蹤時(shí)會(huì)發(fā)生誤差。所以機(jī)組設(shè)備升級(jí)改造中，沖孔機(jī)的設(shè)計(jì)改造是必不可少的一部分。

3 沖孔機(jī)設(shè)計(jì)方案

3.1 沖孔機(jī)設(shè)計(jì)方案制定原則

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行尺寸測(cè)量并設(shè)計(jì)，確保沖孔機(jī)的安裝無誤差。

（2）對(duì)沖孔機(jī)的上下機(jī)架、沖孔和沖模進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算，確保沖孔機(jī)的強(qiáng)度和壽命。

（3）利用原有的液壓系統(tǒng)，與焊機(jī)焊接程序相銜接，保證沖孔機(jī)沖孔的穩(wěn)定性。

3.2 沖孔機(jī)的力學(xué)分析

3.2.1 沖孔機(jī)沖壓力的計(jì)算

在計(jì)算沖孔機(jī)的沖壓力時(shí)，沖孔最小尺寸與孔的形狀、材料機(jī)械性能和材料厚度有關(guān)。計(jì)算后進(jìn)行驗(yàn)證分析，這樣才能保證沖孔機(jī)對(duì)所有帶鋼沖孔的穩(wěn)定性。最小可沖孔眼尺寸見表1。

表1 最小可沖孔眼尺寸（為板厚的倍數(shù)）

根據(jù)表1，1#生產(chǎn)線選擇鋼（σb ＞700MPa)，圓孔直徑1.5 倍板厚，則可設(shè)計(jì)的最小沖孔直徑為1.5×1.6=9.0mm，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，為了提高沖頭的壽命和沖頭的安全性，選擇沖孔大小為15mm。

考慮沖孔是帶鋼完全受到剪切力的作用使得帶鋼被沖穿，利用剪切力公式可以得到以下計(jì)算數(shù)據(jù)。

可以計(jì)算出液壓缸給與帶鋼的最小沖孔力為：

液壓系統(tǒng)壓力為P=8MPa，由此可以計(jì)算出液壓缸活塞面積為

根據(jù)以上的計(jì)算數(shù)據(jù)，我們可以選擇液壓缸的活塞直徑為250mm，再結(jié)合沖孔機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸，最終選擇液壓缸活塞直徑為280mm，沖孔機(jī)的沖孔液壓缸選擇完成。

根據(jù)以上分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，決定在焊機(jī)挖邊剪和牽引小車之間設(shè)計(jì)安裝1 臺(tái)新制的沖孔機(jī)，沖孔機(jī)沖孔大小為φ15mm 大小的圓孔，液壓缸活塞直徑為280mm，沖孔帶鋼厚度為1.8～6.0mm 的沖孔機(jī)，可以適用于所有生產(chǎn)品種與規(guī)格。

3.2.2 沖孔機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)沖孔機(jī)安裝的位置和空間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量，在保證安裝空間不與其他設(shè)備干涉的情況下，我們選擇沖孔機(jī)的外形尺寸為2380×1696×550，沖孔機(jī)分為上下兩個(gè)框架，然后利用螺栓連接，同時(shí)連接部位用絕緣板隔開，避免焊機(jī)絕緣不好造成焊機(jī)燒損，機(jī)構(gòu)簡圖見圖2。安裝完成后，經(jīng)過試車沖孔效果很好，達(dá)到準(zhǔn)確跟蹤的目的。

圖2 沖孔機(jī)設(shè)計(jì)簡圖

4 結(jié)語

不同寬度鋼板由于沖孔位置不同，造成連軋生產(chǎn)中帶鋼焊縫跟蹤不準(zhǔn)確，從而影響連續(xù)作業(yè)，通過計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備現(xiàn)狀的結(jié)合，設(shè)計(jì)出一款適合冷軋1#生產(chǎn)線的沖孔機(jī)，滿足以下條件。

（1）在頭尾焊接焊縫附近帶鋼沖孔位置居中，改善不同寬度邊部沖孔跟蹤不準(zhǔn)確問題。

（2）采用沖孔大小為15mm，滿足每個(gè)沖頭工作5000個(gè)鋼卷。

（3）液壓缸活塞直徑為280mm，保證連續(xù)自動(dòng)沖孔。

安裝完成后，經(jīng)過試車沖孔效果很好，達(dá)到準(zhǔn)確跟蹤目的，保證了產(chǎn)線的連續(xù)化生產(chǎn)。