變斷面軋制

介紹

直接軋製成形產量大，設備投資相對較少，工具消耗少，經濟效益好·隨著計算機技術和自動控制技術的發展，我國在型鋼軋制自動化方面已取得很大進步，軋機的自動壓下正向使用數學模型的計算機控制方向發展·但對變斷面零件直接軋制自動壓下的研究較少，對工藝分析也十分有限，限制了其在生產中的套用·採用智慧型化數控軋機軋制零件可實現零件的少、無切削加工，尤其是尺寸較大，形狀複雜的零件，用其它方法很難加工成形·採用軋製成形可大幅度提高材料利用率，提高產品的機械性能和生產效率，有很大的經濟效益·１智慧型化壓下控制系統變斷面零件高精度軋製成形要解決２個問題：一是軋機在軋制過程中的壓下控制；另一個是保證軋件的尺寸精度·根據目前我國軋機的裝備水平，變壓下計算機控制是較好的方法，但由於軋機本身的彈跳，軋輥的磨損及軋制時軋件溫度波動等隨機因素的影響，僅對壓下系統本身數控難以保證變斷面零件軋制的尺寸精度，必須在軋制過程中對軋件尺寸線上檢測並反饋給計算機，使之與初始值比較，然後對輥縫進行微調·目前型鋼產品的高精度軋制及線上檢測仍然是軋鋼行業中的一個難點，國內外已有的幾種檢測方式存在著各種各樣的問題，各有優缺點·如非接觸的光電式受軋件溫度和現場環境的水霧、粉塵影響較大；而放射線檢測又對人體有害，用放射線測厚儀測量Ｈ型鋼的腰部和兩腿厚原理如圖１所示；機械式接觸檢測受軋件本身尺寸的限制檢測不了凸緣型鋼的腰部，該方法的另一個重要不足是不能對軋件尺寸進行適時調整［１，２］·圖１放射線測厚儀測量Ｈ型鋼原理［１］本研究是在壓下系統數控的條件下，對軋件尺寸線上檢測並反饋給計算機與初始設定值進行比較的方法·對輥縫進行微調，可以保證在軋制過程中適時調整輥縫，軋制出高精度尺寸的變斷面零件·智慧型化壓下數控系統原理如圖２所示·在控制壓下的同時，對軋制力、電機扭矩及電機轉速進行了輔助測量，使之與壓下規程相匹配·本系統以光柵感應尺作為位移感測器件·變斷面零件軋機智慧型化數控壓下系統具有如下功能：（１）軋件線上檢測精度達０．００５ｍｍ，數顯解析度達到０．００１ｍｍ；圖２智慧型化壓下數控系統原理１—位移感測器；２—驅動電機；３—微型計算機；４—軋件檢測系統·（２）壓下系統可以在高溫條件下工作，耐高溫１２００℃，可以滿足生產現場的要求；（３）感測器核心部位完全處於密封狀態，在軋鋼生產現場水霧、粉塵、熱、躁聲及震動環境下，可保證測量精度；（４）數控壓下系統具有溫度補償、磨損補償、震動補償及調零點功能；（５）可同時進行多路、多方向尺寸檢測；（６）智慧型化數控系統與計算機相連線，可自動記錄、列印，通過建立資料庫，實現軋機壓下規程的自動調整·在變斷面零件軋制時，首先按零件的形狀和尺寸預設壓下規程，輸入給計算機·在軋制過程中，檢測系統實時線上測量軋件尺寸，並與設定值比較；同時位移光柵感測器將瞬時軋輥輥縫值也傳遞給計算機，兩者進行對比，然後將補償後的信號輸給驅動電機，重新調整軋件尺寸·測量數據和結果在顯示器上實時顯示出來·２智慧型化數控壓下系統的實驗研究２１實驗軋機參數軋輥尺寸：水平輥直徑３２０～３６０ｍｍ，最大輥身長２２０ｍｍ；立輥直徑２２０～２６０ｍｍ，最大輥身高１１０ｍｍ·壓下行程：水平輥８０ｍｍ，立輥２０ｍｍ·壓下速度：水平輥０．５ｍｍ／ｓ，立輥０．５ｍｍ／ｓ·軋輥平衡為彈簧式，驅動方式為萬向接軸；水平輥軸承為銅瓦，立輥軸承為滾動軸承；驅動主電機為直流調速式，供電方式用可控矽，主電機功率為５４ｋＷ，轉速為０～５９０ｒ／ｍｉｎ·光柵感應尺：量程為２４０ｍｍ，測量精度為０００５ｍｍ·微型計算機：４８６型，主頻為６６ＭＨｚ·主要輔助設備有：數字式扭矩儀：測量範圍為０～１０００ｎｍ，用於測量高速軸扭矩·同時也可測量主電機轉速，測量範圍為０～１６０００ｒ／ｍｉｎ·壓力感測器：測量力能參數，單側最大測量範圍為２００ｋＮ，採用４８６計算機採集和記錄·２２軋制方式為提高控制系統的反應速度，以４８６計算機為操作台和記錄器，編制了帶有人工智慧的控制軟體，可記錄、統計和分析測量結果，可根據前一根軋件的測量結果來調整壓下規程，並將結果在顯示器上顯示出來；在軋制力測量中有過載報警·實驗採用矩形斷面坯料軋制變斷面零件，沿長度方向上各斷面的壓下量不等，導致軋件的寬展量不同·為控制軋件寬度，採用特殊的軋制方式，藉助前述智慧型化數控壓下系統和軋件尺寸線上檢測系統調整壓下，軋出一定寬度的變斷面型材·２３實驗結果及分析利用智慧型化數控壓下系統，本文用鉛試樣進行了變斷面零件模擬軋制·產品形狀主要有兩種：一種是變斷面汽車板簧；另一種是全長等寬的變厚度條形件·本文主要分析變斷面汽車板簧的模擬軋制，以檢驗智慧型化數控壓下系統的可靠性和有效性·實驗用試樣軋前為矩形斷面，尺寸為１０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ，軋後軋件厚度為３．０～７．５ｍｍ，寬度為２１～２８ｍｍ·如圖３所示·軋出的軋件精度較高，全長寬度的尺寸偏差在０．５ｍｍ之內，厚度變化平整、均勻，滿足產品尺寸公差要求·圖３軋件形狀示意圖軋制變斷面零件，軋件變形的一個顯著特點是軋後不等寬，對於型材生產，它是決定產品形狀的重要因素，也是影響產品尺寸精度的重要因素·在本實驗中軋件寬展量沿長度的分布關係如圖４所示，軋件寬展量與壓下率的關係如圖５所示·從圖４中可以看出，變斷面零件在長度方向上寬展均勻，變化平滑，而軋件寬展量與壓下率近似成正比，接近於線性關係·圖４寬展量沿長度分布—擬合線；○—測量點連線·圖５寬展量與壓下率的關係——擬合線；○—測量點連線·３結論通過對變斷面零件軋制智慧型化數控壓下系統研究及實驗分析，可以得出如下結論·（１）採用數控壓下系統和軋件尺寸線上檢測系統的閉環控制，可以明顯提高變斷面零件軋制的尺寸精度·在使用直徑３６０ｍｍ軋機軋制１０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ矩形斷面坯料時，軋件寬展偏差小於０．５ｍｍ·（２）採用智慧型化控制軟體，可提高控制精度和便於人機互動，提高管理水平·（３）變斷面零件軋制時，軋件寬展量與壓下率成正比關係·本系統運行可靠，尺寸精度較高變斷面零件軋制數控壓下系統@趙憲明@吳迪$東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室變斷面零件，數控，壓下通過採用數控壓下系統和軋件尺寸線上檢測系統的閉環控制，實現了變斷面零件軋製成形的數控壓下，並用典型模擬件進行了試軋·在使用直徑３６０ｍｍ軋機軋制１０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ矩形斷面坯料時，軋件寬展偏差小於０．５ｍｍ·結果表明，該系統可以明顯提高變斷面零件軋制的尺寸精度·編制的智慧型化控制軟體，便於人機互動，提高管理水平，對變斷面零件直接軋製成形具有很大的實際意義和套用價值·１王廷溥·金屬塑性加工學軋制理論與工藝·北京：冶金工業出版社，１９９５．１４３～１４９２劉德民，遲道坤·汽車變斷面板簧軋機伺服系統分析及套用·汽車技術，１９９８，３：２１～２４遼寧省博士啟動基金３所示·軋出的軋件精度較高，全長寬度的尺寸偏差在０．５ｍｍ之內，厚度變化平整、均勻，滿足產品尺寸公差要求·圖３軋件形狀示意圖軋制變斷面零件，軋件變形的一個顯著特點是軋後不等寬，對於型材生產，它是決定產品形狀的重要因素，也是影響產品尺寸精度的重要因素·在本實驗中軋件寬展量沿長度的分布關係如圖４所示，軋件寬展量與壓下率的關係如圖５所示·從圖４中可以看出，變斷面零件在長度方向上寬展均勻，變化平滑，而軋件寬展量與壓下率近似成正比，接近於線性關係·圖４寬展量沿長度分布—擬合線；○—測量點連線·圖５寬展量與壓下率的關係——擬合線；○—測量點連線·３結論通過對變斷面零件軋制智慧型化數控壓下系統研究及實驗分析，可以得出如下結論·（１）採用數控壓下系統和軋件尺寸線上檢測系統的閉環控制，可以明顯提高變斷面零件軋制的尺寸精度·在使用直徑３６０ｍｍ軋機軋制１０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ矩形斷面坯料時，軋件寬展偏差小於０．５ｍｍ·（２）採用智慧型化控制軟體，可提高控制精度和便於人機互動，提高管理水平·（３）變斷面零件軋制時，軋件寬展量與壓下率成正比關係·本系統運行可靠，尺寸精度較高變斷面零件軋制數控壓下系統@趙憲明@吳迪$東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室變斷面零件，數控，壓下通過採用數控壓下系統和軋件尺寸線上檢測系統的閉環控制，實現了變斷面零件軋製成形的數控壓下，並用典型模擬件進行了試軋·在使用直徑３６０ｍｍ軋機軋制１０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ矩形斷面坯料時，軋件寬展偏差小於０．５ｍｍ·結果表明，該系統可以明顯提高變斷面零件軋制的尺寸精度·編制的智慧型化控制軟體，便於人機互動，提高管理水平，對變斷面零件直接軋製成形具有很大的實際意義和套用價值·１王廷溥·金屬塑性加工學軋制理論與工藝·北京：冶金工業出版社，１９９５．１４３～１４９２劉德民，遲道坤·汽車變斷面板簧軋機伺服系統分析及套用·汽車技術，１９９８，３：２１～２４遼寧省博士啟動基金。