查德根
(上海寶菱冶金設(shè)備工程技術(shù)有限公司 上海 201900)
汽車外板是冷軋帶鋼系列產(chǎn)品中的高端產(chǎn)品,主要應(yīng)用在家用汽車外圍板、門面板、翼子面板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩面板、頂蓋面板等外觀要求很高的部位。目前,隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展,汽車外板的需求量不斷增長(zhǎng),品質(zhì)需求也不斷提升。重卷檢查機(jī)組是汽車外板生產(chǎn)線中末端的生產(chǎn)機(jī)組,是對(duì)帶鋼進(jìn)行質(zhì)量檢查的關(guān)鍵機(jī)組[1]。由于國(guó)內(nèi)汽車外板生產(chǎn)機(jī)組技術(shù)工藝、機(jī)組裝備以及電氣控制技術(shù)的起步較晚,設(shè)計(jì)理論有待完善,機(jī)組的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量水平總體不高,經(jīng)常產(chǎn)生多種質(zhì)量缺陷[2]。本文在分析汽車外板重卷檢查機(jī)組的基本功能和工藝需求的基礎(chǔ)上,制訂汽車外板重卷機(jī)組的生產(chǎn)工藝流程,研究機(jī)組基本設(shè)計(jì)方法,提出保證帶鋼表面質(zhì)量和邊部質(zhì)量的具體方案和措施,并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。
外板生產(chǎn)重卷檢查機(jī)組的基本功能包括:外板的分卷、重卷、切邊、表面檢查、涂油、取樣、切廢,要求生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生任何影響使用的表面缺陷[2]。具體地說(shuō),重卷機(jī)組的工藝需求包括:1)分卷。將上道來(lái)自鍍鋅工序的大卷根據(jù)用戶的重量要求分成若干小卷,以滿足不同客戶的批量需求。2)重卷??捎糜跈z查和記錄帶鋼表面缺陷、對(duì)上道工序的帶鋼缺陷確認(rèn)、切除有缺陷的帶鋼,也可以選擇將帶鋼翻面重卷,選擇表面質(zhì)量較好的一面作為汽車外板表面。3)切邊。采用高精度的切邊剪切除帶鋼邊部缺陷,去除帶鋼邊部毛刺,提供下游用戶質(zhì)量合格并符合寬度要求的帶鋼。4)表面質(zhì)量檢查??赏ㄟ^(guò)質(zhì)檢人員肉眼觀察、借助頻閃儀檢查或停機(jī)打磨檢查,發(fā)現(xiàn)、記錄、確認(rèn)鍍鋅層表面缺陷以及輥印、劃傷等影響使用的其他缺陷。汽車外板生產(chǎn)對(duì)表面質(zhì)量要求非常嚴(yán)格,一般要達(dá)到O5板的要求。要求表面打磨后無(wú)肉眼可見的表面缺陷,且鋼板雙面缺陷不能影響涂漆后或電鍍后的外觀質(zhì)量。5)表面涂油。為了保持帶鋼表面品質(zhì)防止帶鋼在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中生銹和防腐蝕,還要進(jìn)行帶鋼表面涂油處理。6)取樣。取樣的帶鋼可用于機(jī)組旁的離線質(zhì)檢臺(tái)上板型精度檢查、基板打磨檢查或提供實(shí)驗(yàn)樣板。7)切廢,指切去帶頭、帶尾或帶鋼有缺陷的部分,保證提供給下游用戶合格的產(chǎn)品。8)為保持帶鋼合格成材率,保持帶鋼表面質(zhì)量,重卷檢查等生產(chǎn)過(guò)程中不得產(chǎn)生影響帶鋼品質(zhì)的新缺陷。
機(jī)組的設(shè)計(jì)依據(jù)是用戶提供的生產(chǎn)產(chǎn)品大綱和工藝需求,設(shè)計(jì)目標(biāo)是滿足機(jī)組生產(chǎn)產(chǎn)量需求、滿足機(jī)組生產(chǎn)工藝需求、保證機(jī)組生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括工藝方案制訂、總體設(shè)計(jì)計(jì)算、基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)等,機(jī)組產(chǎn)品質(zhì)量的保證體現(xiàn)在機(jī)組總體方案設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)中。
根據(jù)生產(chǎn)工藝需求,確定機(jī)組總體設(shè)計(jì)方案。1)機(jī)組配置開卷機(jī)、入口剪、切邊剪、立式及臥式檢查臺(tái)、涂油機(jī)、取樣臺(tái)、卷取機(jī)等工藝設(shè)備,滿足工藝生產(chǎn)需求。2)機(jī)組配置為實(shí)現(xiàn)工藝需求的輔助設(shè)備,如入口運(yùn)輸小車、轉(zhuǎn)向輥、夾送輥、糾偏輥、導(dǎo)板臺(tái)、廢料廢邊收集、出口運(yùn)輸小車等,以及實(shí)現(xiàn)這些功能的電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)。3)為實(shí)現(xiàn)機(jī)組連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,在機(jī)組入口段配置一臺(tái)窄搭接焊機(jī),將前后帶鋼焊接起來(lái),保證機(jī)組帶鋼的生產(chǎn)產(chǎn)量和使用效率。4)為保證帶鋼表面質(zhì)量和邊部質(zhì)量,機(jī)組配置帶頭定位裝置和糾偏系統(tǒng)。
根據(jù)總體方案制訂重卷機(jī)組生產(chǎn)的基本工藝流程:入口鞍座接受來(lái)自行車鋼卷→入口鋼卷小車自動(dòng)對(duì)中上卷→開卷機(jī)開卷→入口轉(zhuǎn)向夾送輥輔助帶鋼穿帶及運(yùn)行→入口剪剪切帶頭帶尾廢料→焊機(jī)將前后帶鋼焊接實(shí)現(xiàn)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行→糾偏輥糾偏保證帶鋼對(duì)中精度→切邊剪剪邊→去毛刺輥去除帶鋼邊部毛刺→檢查站表面質(zhì)量檢查→涂油機(jī)涂防銹油→出口剪分切帶鋼、切除焊縫→出口取樣臺(tái)取樣→出口轉(zhuǎn)向夾送輥輔助帶鋼運(yùn)行→卷取機(jī)卷取帶鋼→出口小車自動(dòng)卸卷→稱重及打捆→入庫(kù)或包裝。
3.2.1 機(jī)組裝備
根據(jù)產(chǎn)品大綱和工藝流程,計(jì)算確定機(jī)組技術(shù)參數(shù),設(shè)計(jì)機(jī)組具體方案。圖1是為某大型鋼廠開發(fā)的重卷檢查機(jī)組布置簡(jiǎn)圖,機(jī)組主要技術(shù)參數(shù):機(jī)組年產(chǎn)量12萬(wàn)噸/年,來(lái)料鋼種鍍鋅板、軟鋼和高強(qiáng)鋼,帶鋼屈服強(qiáng)度130MPa~780MPa,帶鋼厚度0.45mm~2.5mm,寬度800mm~1880mm,鋼卷內(nèi)徑Φ508mm或Φ610mm,外徑Φ900mm~Φ2100mm,鋼卷重量Max.38t,機(jī)組速度Max.200m/min、外板檢查速度Max.80 m/min,涂油量0.2~2.5g/m2/面等。機(jī)組設(shè)備包括入口段設(shè)備、剪切段設(shè)備、檢查段設(shè)備、出口段設(shè)備、糾偏系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及流體輔助系統(tǒng)等。
圖1 機(jī)組布置簡(jiǎn)圖1-入口鋼卷小車;2-開卷機(jī);3-直頭機(jī);4-入口剪;5-焊機(jī);6-切邊剪;7-檢查站;8-涂油機(jī);9-出口剪及取樣設(shè)備;10-卷取機(jī);11-出口鋼卷小車;12-機(jī)組封閉
1)入口段設(shè)備包括入口鋼卷小車、開卷機(jī)、直頭機(jī)、入口剪、焊機(jī)等,完成自動(dòng)上卷、開卷、直頭、帶頭帶尾切廢、前后帶鋼焊接等功能;切邊段完成帶鋼切邊、去毛刺、廢邊收集功能。
2)檢查站段布置可用于帶鋼表面的雙面立式、臥式以及打磨檢查。機(jī)組將主操作室和檢查站合二為一,嵌入機(jī)組之中,使得機(jī)組布置緊湊,操作方便。檢查站檢查區(qū)域配有特殊照明,通過(guò)固定式和手持式頻閃儀對(duì)帶鋼表面質(zhì)量缺陷進(jìn)行人工分析檢查。
3) 出口段設(shè)備包括涂油機(jī)、出口剪、取樣裝置、卷取機(jī)、卸卷小車、稱重打捆貼標(biāo)等。機(jī)組采用臥式靜電涂油機(jī)涂油以防止帶鋼表面生銹和被腐蝕。出口剪用于自動(dòng)分卷、廢板剪切和取樣剪切操作。卷取后的鋼卷通過(guò)鋼卷小車自動(dòng)卸卷,在出口鞍座完成稱重、打捆、貼標(biāo)等作業(yè)。
4)機(jī)組的糾偏系統(tǒng)包括開卷機(jī)CPC 、切邊剪CPC自動(dòng)對(duì)中裝置、卷取機(jī)EPC 自動(dòng)對(duì)邊裝置,以實(shí)現(xiàn)帶鋼穿帶、運(yùn)行、切邊以及邊部對(duì)齊。
5)電氣系統(tǒng)包括控制、傳動(dòng)和儀表。要求保證所有執(zhí)行元件的動(dòng)作和聯(lián)鎖,保證運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備的速度匹配,保證在機(jī)組恒速運(yùn)行過(guò)程、加減速過(guò)程中帶鋼沒(méi)有松弛現(xiàn)象,保證外板生產(chǎn)的高精度控制。流體輔助系統(tǒng)用以控制實(shí)現(xiàn)設(shè)備元件的動(dòng)作執(zhí)行。
6)機(jī)組封閉用于防止機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程中蚊蟲﹑灰塵對(duì)帶鋼的污染,保持外板生產(chǎn)的潔凈環(huán)境。
3.2.2 工作原理
機(jī)組的生產(chǎn)周期可以劃分為以下四個(gè)階段,以實(shí)現(xiàn)機(jī)組基本功能和工藝需求。
1) 自動(dòng)上卷:機(jī)組準(zhǔn)備上新卷時(shí),上一卷鋼卷的帶尾停止在焊機(jī)位置,等待與新卷(本卷)帶鋼的帶頭焊接,以實(shí)現(xiàn)帶鋼連續(xù)運(yùn)行。入口鋼卷鞍座接新卷,由鋼卷小車完成鋼卷高度和寬度對(duì)中后插入開卷機(jī)卷筒,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上卷。
2) 帶鋼穿帶:開卷帶頭由開卷機(jī)及開頭器導(dǎo)入入口轉(zhuǎn)向輥,在入口剪進(jìn)行帶頭切廢處理后,到達(dá)焊機(jī)焊接等待位置與上一卷帶鋼的帶尾焊接起來(lái)。焊接后的帶鋼經(jīng)過(guò)切邊剪、檢查站等運(yùn)行至出口剪,由出口剪剪切焊縫和切廢。上一卷帶鋼的帶尾經(jīng)出口轉(zhuǎn)向輥由卷取機(jī)收卷,并由出口鋼卷小車接卷輸出。本卷帶鋼帶頭通過(guò)出口轉(zhuǎn)向輥送入卷取機(jī)卷筒,皮帶助卷器輔助帶鋼穿帶到卷取機(jī)卷筒上,完成穿帶過(guò)程。
3) 帶鋼運(yùn)行:穿帶完成后,機(jī)組加速,帶鋼正常運(yùn)行。帶鋼正常運(yùn)行時(shí),切邊剪切下的廢邊絲由地下廢邊卷取機(jī)卷取收集。經(jīng)過(guò)去毛刺后的帶鋼進(jìn)入立式檢查站,在檢查站檢查人員通過(guò)頻閃儀及目測(cè)對(duì)帶鋼正反表面質(zhì)量進(jìn)行檢查,通過(guò)站內(nèi)的臥式檢查平臺(tái)可對(duì)帶鋼上表面進(jìn)行在線打磨及檢查。然后,帶鋼通過(guò)涂油機(jī)涂防銹油,經(jīng)出口轉(zhuǎn)向輥至卷取機(jī)收卷。
4) 自動(dòng)卸卷:當(dāng)每一卷鋼卷卷取完成時(shí),在出口剪處分切后由卷取機(jī)完成帶尾收卷。由出口鋼卷小車接卸卷,并將鋼卷運(yùn)出,稱重和打捆后由行車吊運(yùn)入口。
機(jī)組設(shè)計(jì)按照階段可劃分為總體設(shè)計(jì)、基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)等階段。本文僅介紹總體設(shè)計(jì)中的機(jī)組產(chǎn)量計(jì)算基本原理[4]。
3.3.1 年總生產(chǎn)時(shí)間
T=(T0-Tm)·η
(1)
式中:T—年總生產(chǎn)時(shí)間,h;
T0—日歷時(shí)間(8760小時(shí)/年),包括機(jī)組年修時(shí)間和定修時(shí)間,h;
Tm—停機(jī)時(shí)間,h;
η—時(shí)間利用率。
3.3.2 單卷帶鋼的生產(chǎn)時(shí)間和輔助時(shí)間
(2)
式中:T1—單卷帶鋼的生產(chǎn)時(shí)間,min;
L—帶鋼總長(zhǎng),m;
L0—穿帶長(zhǎng)度,m;
v—帶鋼正常運(yùn)行速度,m/min;
(3)
式中:T2—單卷帶鋼的輔助生產(chǎn)時(shí)間,min;
t1—帶鋼從焊機(jī)到出口剪的穿帶時(shí)間,min;
t2—帶頭帶尾切廢時(shí)間,min;
t3—焊機(jī)調(diào)整及焊接時(shí)間,min;
t4—切邊剪刀具自動(dòng)調(diào)整時(shí)間,min;
t5—加減速時(shí)間,min;
t6—停機(jī)檢查時(shí)間,min;
t7—取樣時(shí)間,min;
t8—鋼卷入口出口鋼卷小車在干涉區(qū)內(nèi)的上卷及運(yùn)行時(shí)間,min;
t9—出口鋼卷小車在干涉區(qū)內(nèi)的接卷及運(yùn)行時(shí)間,min;
t10—分卷時(shí)間,min;
n—鋼卷分卷數(shù),個(gè)。
3.3.3 某規(guī)格帶鋼機(jī)組小時(shí)產(chǎn)量
(4)
式中:Pu—帶鋼機(jī)組小時(shí)產(chǎn)量,t/h;
T1+T2—單卷帶鋼的總生產(chǎn)時(shí)間,min;
G—來(lái)料卷重量,t;
η1—成材率,經(jīng)驗(yàn)值取95%。
3.3.4 機(jī)組年產(chǎn)量
若以上為平均規(guī)格帶鋼,則年產(chǎn)量為:
P=T·Pu
(5)
式中:P—機(jī)組年生產(chǎn)量,t;
T—年總生產(chǎn)時(shí)間,h;
Pu—帶鋼機(jī)組小時(shí)產(chǎn)量,t/h;
帶鋼表面質(zhì)量和邊部質(zhì)量控制技術(shù)是汽車外板設(shè)計(jì)的重要組成部分。其中,帶頭定位技術(shù)可以大大減少帶頭印缺陷,機(jī)組帶鋼跑偏糾偏技術(shù)可以保證帶鋼的邊部對(duì)齊精度,是汽車外板生產(chǎn)中保證品質(zhì)的主要手段。
帶鋼表面缺陷的產(chǎn)生原因主要包括:1)前道工藝機(jī)組遺留下來(lái)的缺陷,例如帶鋼表面浪形、鐮刀彎、輥印、邊裂、表面殘存物等。2)本機(jī)組輥?zhàn)颖砻嫒毕莓a(chǎn)生的復(fù)映缺陷。輥?zhàn)颖砻嫒毕莅ū砻娌馁|(zhì)有凹坑、凸起、劃痕、點(diǎn)蝕、輥面裂紋等。帶鋼運(yùn)行時(shí)輥?zhàn)雍蛶т撝g產(chǎn)生擠壓,輥面缺陷便復(fù)映到帶鋼表面。3)擦劃傷。包括帶鋼運(yùn)行過(guò)程中與輥?zhàn)又g的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、帶鋼運(yùn)行過(guò)程中松弛帶鋼抖動(dòng)時(shí)與固定導(dǎo)板臺(tái)之間接觸以及卷取帶鋼過(guò)程中的層與層之間相對(duì)滑移產(chǎn)生的擦劃傷。4)帶頭印、帶尾印。機(jī)組運(yùn)行時(shí)卷取機(jī)、開卷機(jī)心軸漲開與鋼卷一起回轉(zhuǎn),導(dǎo)致帶鋼帶頭、帶尾尾與相鄰層帶鋼擠壓,帶鋼表面產(chǎn)生壓印并依次傳遞到相鄰層,產(chǎn)生帶頭印和帶尾印。以生產(chǎn)0.8mm外板帶鋼為例,帶頭印長(zhǎng)度可達(dá)50m以上,嚴(yán)重?fù)p壞了帶鋼表面質(zhì)量。
外板機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)保持帶鋼表面質(zhì)量的采取措施包括:優(yōu)化簡(jiǎn)化機(jī)組布置、減少帶鋼與輥系接觸、提高輥?zhàn)颖砻尜|(zhì)量、輥?zhàn)优渲幂伱媲鍧嵮b置、保證電氣控制系統(tǒng)精度、機(jī)組封閉以及采用帶頭定位技術(shù)。
圖2 帶頭定位裝置的基本組成1-出口轉(zhuǎn)向輥;2-出口導(dǎo)板臺(tái);3-帶頭位置檢測(cè)傳感器;4-軟區(qū)位置檢測(cè)傳感器;5-特殊橡膠套筒;6-卷取機(jī)
圖2所示的帶頭定位裝置通過(guò)利用機(jī)組出口轉(zhuǎn)向輥、出口導(dǎo)板臺(tái)和卷筒等機(jī)組部件,采用定制帶有軟區(qū)的特殊橡膠套筒,配置帶頭位置檢測(cè)傳感器、套筒軟區(qū)位置檢測(cè)傳感器以及電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。帶鋼準(zhǔn)備卷取時(shí),出口轉(zhuǎn)向夾送輥將帶頭穿帶送至抬起的導(dǎo)板臺(tái),導(dǎo)板臺(tái)上部的帶頭檢測(cè)傳感器感應(yīng)并檢測(cè)到帶頭的位置。同時(shí),帶有軟區(qū)的特殊橡膠套筒與卷取機(jī)卷筒一起回轉(zhuǎn),位于卷筒上部的軟區(qū)位置傳感器檢測(cè)到套筒的軟區(qū)位置。機(jī)組控制系統(tǒng)計(jì)算出帶頭需要繼續(xù)移動(dòng)的距離和卷筒軟帶停止的位置,并使得帶鋼帶頭正好落在套筒軟區(qū)中心位置,完成帶頭定位。以生產(chǎn)0.8mm厚外板帶鋼為例,采用帶頭定位技術(shù)后帶頭印圈數(shù)可小于10圈,帶頭印的長(zhǎng)度不超過(guò)15m,而且壓印程度明顯減弱。
帶鋼邊部缺陷包括帶鋼邊部質(zhì)量缺陷和鋼卷卷取邊部不對(duì)齊缺陷。邊部缺陷包括帶鋼剪邊尺寸偏差、邊裂、邊浪、邊部毛刺等。鋼卷卷取的邊部不對(duì)齊缺陷包括內(nèi)外圈溢出邊、整卷塔形、錯(cuò)層偏差等缺陷。
機(jī)組通過(guò)配置具有寬度、側(cè)隙、重疊量自動(dòng)設(shè)定及調(diào)節(jié)的高精度切邊剪,剪去邊裂等不合格的邊部缺陷,也保證帶鋼寬度精度;通過(guò)切邊剪出口布置的去毛刺裝備,去除或壓平帶鋼邊部毛刺等缺陷。機(jī)組沿帶鋼運(yùn)行方向布置三套自動(dòng)糾偏系統(tǒng)防止帶鋼跑偏,保證邊部對(duì)齊精度。其中,在機(jī)組入口側(cè)入口轉(zhuǎn)向輥后布置一套糾偏系統(tǒng),即開卷機(jī)自動(dòng)糾偏對(duì)中(1# CPC,Center-Position- Control),提高來(lái)料帶鋼的初始對(duì)中精度;機(jī)組中間段布置一套糾偏裝置,即切邊剪前自動(dòng)糾偏對(duì)中(2#CPC,Center-Postion-Control),保證帶鋼進(jìn)入切邊剪前的對(duì)中精度,保持切邊剪連續(xù)剪邊;出口段出口轉(zhuǎn)向輥前布置一套邊部糾偏裝置,即卷取機(jī)自動(dòng)糾偏對(duì)邊(EPC,Edge-Position-Control),保證出口帶鋼邊部對(duì)齊精度。機(jī)組從入口到出口布置的三套糾偏裝置,糾偏精度逐漸提高,直至卷取時(shí)的邊部對(duì)齊精度達(dá)到用戶交付標(biāo)準(zhǔn)。
通過(guò)分析汽車外板重卷檢查機(jī)組的基本功能和工藝需求,提出了汽車外板重卷機(jī)組的基本設(shè)計(jì)和產(chǎn)量計(jì)算基本方法;帶鋼表面質(zhì)量和邊部質(zhì)量保證的技術(shù)手段為生產(chǎn)高品質(zhì)汽車外板提供技術(shù)基礎(chǔ)。利用該設(shè)計(jì)方法和技術(shù)手段,已經(jīng)成功地為寶鋼等國(guó)內(nèi)大型鋼廠設(shè)計(jì)開發(fā)了多條汽車外板重卷檢查機(jī)組,達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)穩(wěn)定順行,在國(guó)內(nèi)同行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。