异型型材拉拔精整生产线

2012-11-18郝金川赵恒亮

重型机械 2012年2期

石斌，郝金川，赵恒亮

(大连华锐重工集团股份有限公司，辽宁大连 116013)

0 概述

随着市场对异型型材需求的变化，对异型型材的断面形状和产品质量的要求越来越高。日本某工业株式会社为了提高型材质量，进入高端产品市场，与大连重工起重集团有限公司合作开发了长方形8 mm×27 mm～30 mm×100 mm、正方形20 mm～55 mm异型型材连续拉拔精整生产线。全线可实现自动化远程控制，具备在线连续生产高精度、高质量异型断面型材的能力，产品缺陷率几乎为零。

1 异型型材拉拔精整生产线工艺布置

异型型材拉拔精整生产线主要生产高精度异型断面的轨道钢，其生产工艺布置流程如图1所示。

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of production line

坯料经人工进行表面检查后由输送辊道运往两辊轧机进行头部的轧制，以配合后续拉拔机进行拉拔。轧头后的坯料经步进式加热炉进行加热，以达到相应的温度。加热后的坯料在进行拉拔前还需进行酸洗和润滑的预处理，以除去炉生氧化铁皮，并在坯料表面附着一层润滑剂，以减小拉拔时生产的摩擦阻力。然后，轧制后的坯料头部穿过拉拔机模具钳口，在拉拔小车的配合下完成异型型材的拉拔。拉拔后的轧件在进入矫直机前需进行四个表面的弯曲扫描，并根据扫描数据调整矫直机水平辊和立辊的开度口，以确保每根轧件矫直的精度。矫直后的轧件还需进行表面和内部探伤，全部合格的轧件才能进行成品的切分、打捆和装箱等程序。

该工艺的关键工序有两个:一个是坯料选材;另一个是预处理过程中酸洗液和润滑液的使用。

1.1 坯料选材

为了生产出高精度、高质量的异型型材，在坯料的选择过程中需要注意以下几点:

(1)毛坯的表面质量，即锈蚀情况、氧化程度、表面是否凸凹不平等都会影响冷拔后的质量，可造成麻点、麻面、凸凹、划沟等现象;

(2)毛坯的内在质量，如有夹渣、裂纹等，拔制后可造成裂缝、拔断皱褶等;

(3)坯料的形位公差如直线度、同轴度、圆柱度、平面度等都会影响拉拔后产品的质量;

(4)加工余量的选择，加工余量不宜太大，否则即使经多次的拉拔仍无法实现最终尺寸，却使型材发生加工硬化、应力增大、塑性降低，从而降低了材料的机械性能;

(5)要防止生产过程中非工艺因素产生的缺陷如:表面碰伤、撞伤、吊运过程中的擦伤以及其它机城刮伤等。

1.2 预处理工艺

坯料的预处理过程主要包括酸洗和润滑两部分。

(1)对坯料进行酸洗除去型材表面的炉生氧化铁皮，减少拉拔时的摩擦，降低拉拔阻力，防止在拔制时产生划道等缺陷。氧化铁皮的分为三层:最外层为Fe2O3，极薄，占1% ～2%;中间层为 Fe3O4，较薄，占 4% ～18%;最里层为FeO，最厚，占80%～85%。在硫酸酸洗过程中坯料表面容易形成以 Fe2O3、Fe3O4为主的“黑渣”，在后续生产中形成黑斑，因 FeO、Fe3O4易溶于盐酸，为防止黑斑的形成，在酸洗池中加入适当浓度的NaCl，可有效去除坯料表面的黑斑。酸洗时间约30 min，酸洗过程中要经常翻动，以确保酸洗均匀。如果酸洗时间过长或酸液浓度过高，会对坯料酸蚀过度而产生麻点、凸凹，反之则达不到酸洗的效果，无法去除坯料表面的氧化皮、油污。

(2)对坯料进行表面润滑减小拉拔时的摩擦阻力。传统的型材润滑多采用磷化加皂化的方式进行润滑，型材表面微小缺陷容易被表面处理层所覆盖，表面质量无法保证，且润滑时间较长，生产效率低。和传统润滑工艺相比，采用树脂作润滑剂作为型材润滑，因为树脂具有极强的附着能力，同时也有相当好的延展性能，且润滑所需要用的时间大大降低，可有效的提高生产率。其润滑的原理是不经过磷化过程而靠树脂极强的附着能力附着在坯料表面。此种润滑原理与磷化加润滑(皂化)相比有明显的区别，经拉拔出来的型材呈铁基体的本色，既有高的光洁度又有漂亮的色泽，且润滑处理时间短，生产效率高。

2 主要生产装备

根据工艺要求选择工艺设备是决定生产线技术水平和工艺特色的关键，在工艺方案确定以后，选择不同的生产设备可能对项目的最终发展方向起到决定性的作用，以下是本异型型材拉拔精整生产线主要工艺设备。

2.1 轧头机

轧头机主要为拉拔机配套，将坯料头部轧制成规定的形状和尺寸，以便坯料头部能够顺利穿过拉拔模具。轧头机由轧辊、减速传动等组成。轧头机具有结构紧凑，传动平稳可靠，使用安全、方便、噪音小、生产效率高便于维修等特点。轧头机代替以往空气锤加热锻打的老式工艺，轧制中心线与拉拔机中心线一致，以便达到高效、高质、节能、环保的目的。

2.2 步进式加热炉

加热炉采用侧进侧出方式，辊道出钢。炉体设计考虑各钢种加热工艺制度及冷热装炉的复杂性，步进梁及其框架设计成分段结构，这样即可满足炉底分段操作，又可两段炉底梁以一个整体同步运行。炉底传动采用具有良好的升降框架和平移框架的定心装置的双轮斜轨式步进机构，从而使步进机构易于安装调整，运行平稳可靠，减少了型材跑偏现象。步进梁机构采用节能型的液压系统，可降低电机容量。系统配有变量泵和比例阀，可以实现坯料的“慢起慢停”、“轻托轻放”，可减少氧化铁皮脱落，避免因撞击引起的水冷梁绝热层破损及擦伤炉内坯料。步进梁立柱和双水管采用纵梁结构，使立柱数量减少近一半，有利于水梁黑印的消除和减少散热面积降低能耗。

2.3 拉拔机

拉拔机由电机驱动装在同一主轴上的两个完全相同且相位相差180°的双面圆柱凸轮，带动两台拉拔小车交替往复运动。每台拉拔小车上均装有夹钳，当两个小车交替地从前向后移动时，即可连续不断地将型材拉出模孔，实现对型材的连续拉拔。小车在凸轮的控制下完成加速、匀速、减速、回程等运动，并在匀速段夹持型材进行拉伸变形。

两台拉拔小车的钳口相互交替地夹持型材，而钳口的打开与闭合却由同一液压系统来控制，保证两台小车准确同步。该液压控制系统由机械部分和泵源动力部分组成。在柱塞液压缸与钳口液压缸组成闭合的液压油路中，设有凸轮控制装置。该装置是通过装在同一主轴上的径向凸轮，控制两柱塞液压缸的交替工作。跟随径向凸轮周期曲线的变化控制两柱塞液压缸动作，其柱塞缸所处的油路产生压差，从而控制两驱动钳口液压缸的动作，使其在匀速段、加速段、减速段夹住棒材，回程段松开型材。

拉拔钳口安装在夹钳导板内，可在导向滚柱内自由移动。钳口的形状决定了被拉伸型材的形状和尺寸。其最大优点是型材呈直条状通过拉拨机，型材截面不受弯曲应力的作用、长度不受限度。产品的尺寸和形状公差能得到很好的控制。

设置在小车前部的拉模座采用球形设计，可在自由定心的情况下进行固定，操作调整方便，使拉伸时模具与小车在一条直线上，提高拉拔品质和直线精度。

2.4 矫直机

矫直机采用两台10辊悬臂式定节距矫直机，矫直速度10～35 m/min。两台矫直机采用90°布置。分别对轧件的四个表面进行矫直。每台矫直机均由机架、上矫直辊装配、下矫直辊装配、上矫直辊压下装置、矫直辊轴向调整装置、盖板、进出口可调式导向装置、出口槽钢整形装置、主传动系统以及润滑配管等部分组成。

矫直机机架采用Q345B钢板整体焊接而成。

下矫直辊装配由矫直辊轴、轴承、辊环、杯套以及端盖等部分组成。矫直辊轴为42CrMo，由三组双列调心滚子轴承和一组双向推力球轴承支撑，端盖采用旋转骨架接触密封。辊轴的两端支撑轴承分别通过两个杯套安装在矫直机机架的安装孔内，并可在安装孔内自由的移动。矫直辊辊环与辊轴间为双键联接，通过双螺母锁紧，由菊花形垫圈定位。下矫直辊环更换时，只需将双螺母松开半圈后，将菊花形垫圈旋转一定的角度，便可用辊径拆卸工具对辊环实施更换。该机构可实现矫直辊辊环的快速更换。

上矫直辊装配与下矫直辊装配的形式基本相同。区别在于整个上矫直辊安装在一个整体的滑座内。在滑座的前后两侧面设有自润滑耐磨衬板，整个上矫直辊装配滑座可在上矫直辊压下装置的驱动下进行压下或抬起。

上、下矫直辊轴向调整装置设置在上、下矫直辊轴的尾部，用于实现上、下矫直辊轴向的调整。该机构由一台交流电机驱动蜗杆蜗轮旋转，通过与蜗轮内孔的螺纹付推动整个上、下矫直辊装配做轴向运动，从而实现其轴向的调整。

每套上矫直辊均设有一套压下装置。每套压下装置由一台交流电机通过齿轮付同时驱动两套蜗轮蜗杆压下机构或一个指针盘。指针盘用于显示上矫直辊的压下行程。两套蜗轮蜗杆压下机构由一个刚性联轴器相联。同时在操作侧的压下蜗杆轴端部还设有手动压下调整手轮，以便通过手动对压下进行微调。每套压下蜗轮蜗杆机构的下部均设有一套弹簧平衡机构，用于平衡上矫直辊的重量。

在矫直机的进出口侧还设有导向装置。可以根据轧件的规格进行人工手动调整。

矫直机的主传动系统由一台交流变频调速电机、联合减速机及5根万向接轴、联轴器等部分组成。电机通过联轴器驱动复合减速机，减速机输出轴通过五根万向接轴直接驱动下矫直辊工作。

2.5 探伤设备

该生产线配有涡流探伤仪和超声波探伤仪各1台，分别检测棒材的表面缺陷和内部缺陷，2台设备可以单独在线使用，最大检测速度为1 m/s。

涡流探伤仪在线检测，具有对产品质量进行标识功能，能检测出产品近表面的凹坑、折叠、擦伤、央渣、耳子、雀皮等自然缺陷。若产品出现周期性的缺陷。则可以进行提醒报警，还具有检测数据的输入、记录、存储、统计、查询及通讯功能。

超声波探伤主要是判断型材内部有无缺陷，若有缺陷时，确定缺陷的大小和位置，进而评价其有无使用价值和修复的可能性。超声波探伤机是利用超声能透入型材的深处，并由一界面进入另一界面，在界面边缘发生反射的特点来检测型材内部缺陷。当超声波束自探头发射穿透至型材内部，遇到缺陷与型材表面时就会分别发出反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形可判断缺陷位置和大小。检测精度可达1.2 mm×15 mm，检测速度在0～1 m/s。

2.6 贴标机

形式:气动贴标;

签字符:数字、字母、标记;

字符插入:计算机联网自动采集或手动键盘输入;

贴标速度:≤25次/min;

贴标精度: ±1 mm。

2.7 打捆机

该打捆机由压紧头、打捆头、升降台板、供线装置、电气和液压设备组成，采用液压传动和可编程序(PLC)控制。打捆机各执行机构的动作由液压系统完成，工作平稳无冲击，系统响应速度快。液压泵站设置了一个备用泵，以实现泵体在线更换的要求。操作系统设置手动和自动操作两种模式，可随意调整系统压力。具有良好的维护性能，使维修人员容易接近维修部位。系统还设置故障自动报警系统，一旦出现故障可以立即发现并快速解决。

3 精整效果

精整后，型材的外形尺寸、表面清洁度、弯曲度、各项物理指标均得到了极大改善。通过全自动贴标机组和打捆机组，使型材的商品化包装质量得到了极大提高。漏磁探伤、超声波探伤检测系统配备有检测缺陷的存贮、打印、喷标，缺陷材料的声光报警，全自动剔除等功能，型材经过漏磁和超声波无损检测，其表面质量和内部质量获得了可靠保证，产品的供货质量得到了提高，为出口钢材创造了条件。