異型型材拉拔精整生產(chǎn)線

石 斌，郝金川，趙恒亮

(大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司，遼寧 大連 116013)

0 概述

隨著市場(chǎng)對(duì)異型型材需求的變化，對(duì)異型型材的斷面形狀和產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高。日本某工業(yè)株式會(huì)社為了提高型材質(zhì)量，進(jìn)入高端產(chǎn)品市場(chǎng)，與大連重工起重集團(tuán)有限公司合作開發(fā)了長(zhǎng)方形8 mm×27 mm～30 mm×100 mm、正方形20 mm～55 mm異型型材連續(xù)拉拔精整生產(chǎn)線。全線可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制，具備在線連續(xù)生產(chǎn)高精度、高質(zhì)量異型斷面型材的能力，產(chǎn)品缺陷率幾乎為零。

1 異型型材拉拔精整生產(chǎn)線工藝布置

異型型材拉拔精整生產(chǎn)線主要生產(chǎn)高精度異型斷面的軌道鋼，其生產(chǎn)工藝布置流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of production line

坯料經(jīng)人工進(jìn)行表面檢查后由輸送輥道運(yùn)往兩輥軋機(jī)進(jìn)行頭部的軋制，以配合后續(xù)拉拔機(jī)進(jìn)行拉拔。軋頭后的坯料經(jīng)步進(jìn)式加熱爐進(jìn)行加熱，以達(dá)到相應(yīng)的溫度。加熱后的坯料在進(jìn)行拉拔前還需進(jìn)行酸洗和潤(rùn)滑的預(yù)處理，以除去爐生氧化鐵皮，并在坯料表面附著一層潤(rùn)滑劑，以減小拉拔時(shí)生產(chǎn)的摩擦阻力。然后，軋制后的坯料頭部穿過(guò)拉拔機(jī)模具鉗口，在拉拔小車的配合下完成異型型材的拉拔。拉拔后的軋件在進(jìn)入矯直機(jī)前需進(jìn)行四個(gè)表面的彎曲掃描，并根據(jù)掃描數(shù)據(jù)調(diào)整矯直機(jī)水平輥和立輥的開度口，以確保每根軋件矯直的精度。矯直后的軋件還需進(jìn)行表面和內(nèi)部探傷，全部合格的軋件才能進(jìn)行成品的切分、打捆和裝箱等程序。

該工藝的關(guān)鍵工序有兩個(gè):一個(gè)是坯料選材;另一個(gè)是預(yù)處理過(guò)程中酸洗液和潤(rùn)滑液的使用。

1.1 坯料選材

為了生產(chǎn)出高精度、高質(zhì)量的異型型材，在坯料的選擇過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn):

(1)毛坯的表面質(zhì)量，即銹蝕情況、氧化程度、表面是否凸凹不平等都會(huì)影響冷拔后的質(zhì)量，可造成麻點(diǎn)、麻面、凸凹、劃溝等現(xiàn)象;

(2)毛坯的內(nèi)在質(zhì)量，如有夾渣、裂紋等，拔制后可造成裂縫、拔斷皺褶等;

(3)坯料的形位公差如直線度、同軸度、圓柱度、平面度等都會(huì)影響拉拔后產(chǎn)品的質(zhì)量;

(4)加工余量的選擇，加工余量不宜太大，否則即使經(jīng)多次的拉拔仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)最終尺寸，卻使型材發(fā)生加工硬化、應(yīng)力增大、塑性降低，從而降低了材料的機(jī)械性能;

(5)要防止生產(chǎn)過(guò)程中非工藝因素產(chǎn)生的缺陷如:表面碰傷、撞傷、吊運(yùn)過(guò)程中的擦傷以及其它機(jī)城刮傷等。

1.2 預(yù)處理工藝

坯料的預(yù)處理過(guò)程主要包括酸洗和潤(rùn)滑兩部分。

(1)對(duì)坯料進(jìn)行酸洗除去型材表面的爐生氧化鐵皮，減少拉拔時(shí)的摩擦，降低拉拔阻力，防止在拔制時(shí)產(chǎn)生劃道等缺陷。氧化鐵皮的分為三層:最外層為Fe2O3，極薄，占1% ～2%;中間層為 Fe3O4，較薄，占 4% ～18%;最里層為FeO，最厚，占80%～85%。在硫酸酸洗過(guò)程中坯料表面容易形成以 Fe2O3、Fe3O4為主的“黑渣”，在后續(xù)生產(chǎn)中形成黑斑，因 FeO、Fe3O4易溶于鹽酸，為防止黑斑的形成，在酸洗池中加入適當(dāng)濃度的NaCl，可有效去除坯料表面的黑斑。酸洗時(shí)間約30 min，酸洗過(guò)程中要經(jīng)常翻動(dòng)，以確保酸洗均勻。如果酸洗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或酸液濃度過(guò)高，會(huì)對(duì)坯料酸蝕過(guò)度而產(chǎn)生麻點(diǎn)、凸凹，反之則達(dá)不到酸洗的效果，無(wú)法去除坯料表面的氧化皮、油污。

(2)對(duì)坯料進(jìn)行表面潤(rùn)滑減小拉拔時(shí)的摩擦阻力。傳統(tǒng)的型材潤(rùn)滑多采用磷化加皂化的方式進(jìn)行潤(rùn)滑，型材表面微小缺陷容易被表面處理層所覆蓋，表面質(zhì)量無(wú)法保證，且潤(rùn)滑時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。和傳統(tǒng)潤(rùn)滑工藝相比，采用樹脂作潤(rùn)滑劑作為型材潤(rùn)滑，因?yàn)闃渲哂袠O強(qiáng)的附著能力，同時(shí)也有相當(dāng)好的延展性能，且潤(rùn)滑所需要用的時(shí)間大大降低，可有效的提高生產(chǎn)率。其潤(rùn)滑的原理是不經(jīng)過(guò)磷化過(guò)程而靠樹脂極強(qiáng)的附著能力附著在坯料表面。此種潤(rùn)滑原理與磷化加潤(rùn)滑(皂化)相比有明顯的區(qū)別，經(jīng)拉拔出來(lái)的型材呈鐵基體的本色，既有高的光潔度又有漂亮的色澤，且潤(rùn)滑處理時(shí)間短，生產(chǎn)效率高。

2 主要生產(chǎn)裝備

根據(jù)工藝要求選擇工藝設(shè)備是決定生產(chǎn)線技術(shù)水平和工藝特色的關(guān)鍵，在工藝方案確定以后，選擇不同的生產(chǎn)設(shè)備可能對(duì)項(xiàng)目的最終發(fā)展方向起到?jīng)Q定性的作用，以下是本異型型材拉拔精整生產(chǎn)線主要工藝設(shè)備。

2.1 軋頭機(jī)

軋頭機(jī)主要為拉拔機(jī)配套，將坯料頭部軋制成規(guī)定的形狀和尺寸，以便坯料頭部能夠順利穿過(guò)拉拔模具。軋頭機(jī)由軋輥、減速傳動(dòng)等組成。軋頭機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，使用安全、方便、噪音小、生產(chǎn)效率高便于維修等特點(diǎn)。軋頭機(jī)代替以往空氣錘加熱鍛打的老式工藝，軋制中心線與拉拔機(jī)中心線一致，以便達(dá)到高效、高質(zhì)、節(jié)能、環(huán)保的目的。

2.2 步進(jìn)式加熱爐

加熱爐采用側(cè)進(jìn)側(cè)出方式，輥道出鋼。爐體設(shè)計(jì)考慮各鋼種加熱工藝制度及冷熱裝爐的復(fù)雜性，步進(jìn)梁及其框架設(shè)計(jì)成分段結(jié)構(gòu)，這樣即可滿足爐底分段操作，又可兩段爐底梁以一個(gè)整體同步運(yùn)行。爐底傳動(dòng)采用具有良好的升降框架和平移框架的定心裝置的雙輪斜軌式步進(jìn)機(jī)構(gòu)，從而使步進(jìn)機(jī)構(gòu)易于安裝調(diào)整，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，減少了型材跑偏現(xiàn)象。步進(jìn)梁機(jī)構(gòu)采用節(jié)能型的液壓系統(tǒng)，可降低電機(jī)容量。系統(tǒng)配有變量泵和比例閥，可以實(shí)現(xiàn)坯料的“慢起慢?！?、“輕托輕放”，可減少氧化鐵皮脫落，避免因撞擊引起的水冷梁絕熱層破損及擦傷爐內(nèi)坯料。步進(jìn)梁立柱和雙水管采用縱梁結(jié)構(gòu)，使立柱數(shù)量減少近一半，有利于水梁黑印的消除和減少散熱面積降低能耗。

2.3 拉拔機(jī)

拉拔機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝在同一主軸上的兩個(gè)完全相同且相位相差180°的雙面圓柱凸輪，帶動(dòng)兩臺(tái)拉拔小車交替往復(fù)運(yùn)動(dòng)。每臺(tái)拉拔小車上均裝有夾鉗，當(dāng)兩個(gè)小車交替地從前向后移動(dòng)時(shí)，即可連續(xù)不斷地將型材拉出?？祝瑢?shí)現(xiàn)對(duì)型材的連續(xù)拉拔。小車在凸輪的控制下完成加速、勻速、減速、回程等運(yùn)動(dòng)，并在勻速段夾持型材進(jìn)行拉伸變形。

兩臺(tái)拉拔小車的鉗口相互交替地夾持型材，而鉗口的打開與閉合卻由同一液壓系統(tǒng)來(lái)控制，保證兩臺(tái)小車準(zhǔn)確同步。該液壓控制系統(tǒng)由機(jī)械部分和泵源動(dòng)力部分組成。在柱塞液壓缸與鉗口液壓缸組成閉合的液壓油路中，設(shè)有凸輪控制裝置。該裝置是通過(guò)裝在同一主軸上的徑向凸輪，控制兩柱塞液壓缸的交替工作。跟隨徑向凸輪周期曲線的變化控制兩柱塞液壓缸動(dòng)作，其柱塞缸所處的油路產(chǎn)生壓差，從而控制兩驅(qū)動(dòng)鉗口液壓缸的動(dòng)作，使其在勻速段、加速段、減速段夾住棒材，回程段松開型材。

拉拔鉗口安裝在夾鉗導(dǎo)板內(nèi)，可在導(dǎo)向滾柱內(nèi)自由移動(dòng)。鉗口的形狀決定了被拉伸型材的形狀和尺寸。其最大優(yōu)點(diǎn)是型材呈直條狀通過(guò)拉撥機(jī)，型材截面不受彎曲應(yīng)力的作用、長(zhǎng)度不受限度。產(chǎn)品的尺寸和形狀公差能得到很好的控制。

設(shè)置在小車前部的拉模座采用球形設(shè)計(jì)，可在自由定心的情況下進(jìn)行固定，操作調(diào)整方便，使拉伸時(shí)模具與小車在一條直線上，提高拉拔品質(zhì)和直線精度。

2.4 矯直機(jī)

矯直機(jī)采用兩臺(tái)10輥懸臂式定節(jié)距矯直機(jī)，矯直速度10～35 m/min。兩臺(tái)矯直機(jī)采用90°布置。分別對(duì)軋件的四個(gè)表面進(jìn)行矯直。每臺(tái)矯直機(jī)均由機(jī)架、上矯直輥裝配、下矯直輥裝配、上矯直輥壓下裝置、矯直輥軸向調(diào)整裝置、蓋板、進(jìn)出口可調(diào)式導(dǎo)向裝置、出口槽鋼整形裝置、主傳動(dòng)系統(tǒng)以及潤(rùn)滑配管等部分組成。

矯直機(jī)機(jī)架采用Q345B鋼板整體焊接而成。

下矯直輥裝配由矯直輥軸、軸承、輥環(huán)、杯套以及端蓋等部分組成。矯直輥軸為42CrMo，由三組雙列調(diào)心滾子軸承和一組雙向推力球軸承支撐，端蓋采用旋轉(zhuǎn)骨架接觸密封。輥軸的兩端支撐軸承分別通過(guò)兩個(gè)杯套安裝在矯直機(jī)機(jī)架的安裝孔內(nèi)，并可在安裝孔內(nèi)自由的移動(dòng)。矯直輥輥環(huán)與輥軸間為雙鍵聯(lián)接，通過(guò)雙螺母鎖緊，由菊花形墊圈定位。下矯直輥環(huán)更換時(shí)，只需將雙螺母松開半圈后，將菊花形墊圈旋轉(zhuǎn)一定的角度，便可用輥徑拆卸工具對(duì)輥環(huán)實(shí)施更換。該機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)矯直輥輥環(huán)的快速更換。

上矯直輥裝配與下矯直輥裝配的形式基本相同。區(qū)別在于整個(gè)上矯直輥安裝在一個(gè)整體的滑座內(nèi)。在滑座的前后兩側(cè)面設(shè)有自潤(rùn)滑耐磨襯板，整個(gè)上矯直輥裝配滑座可在上矯直輥壓下裝置的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行壓下或抬起。

上、下矯直輥軸向調(diào)整裝置設(shè)置在上、下矯直輥軸的尾部，用于實(shí)現(xiàn)上、下矯直輥軸向的調(diào)整。該機(jī)構(gòu)由一臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿蝸輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)與蝸輪內(nèi)孔的螺紋付推動(dòng)整個(gè)上、下矯直輥裝配做軸向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)其軸向的調(diào)整。

每套上矯直輥均設(shè)有一套壓下裝置。每套壓下裝置由一臺(tái)交流電機(jī)通過(guò)齒輪付同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩套蝸輪蝸桿壓下機(jī)構(gòu)或一個(gè)指針盤。指針盤用于顯示上矯直輥的壓下行程。兩套蝸輪蝸桿壓下機(jī)構(gòu)由一個(gè)剛性聯(lián)軸器相聯(lián)。同時(shí)在操作側(cè)的壓下蝸桿軸端部還設(shè)有手動(dòng)壓下調(diào)整手輪，以便通過(guò)手動(dòng)對(duì)壓下進(jìn)行微調(diào)。每套壓下蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的下部均設(shè)有一套彈簧平衡機(jī)構(gòu)，用于平衡上矯直輥的重量。

在矯直機(jī)的進(jìn)出口側(cè)還設(shè)有導(dǎo)向裝置?？梢愿鶕?jù)軋件的規(guī)格進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)整。

矯直機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)由一臺(tái)交流變頻調(diào)速電機(jī)、聯(lián)合減速機(jī)及5根萬(wàn)向接軸、聯(lián)軸器等部分組成。電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)復(fù)合減速機(jī)，減速機(jī)輸出軸通過(guò)五根萬(wàn)向接軸直接驅(qū)動(dòng)下矯直輥工作。

2.5 探傷設(shè)備

該生產(chǎn)線配有渦流探傷儀和超聲波探傷儀各1臺(tái)，分別檢測(cè)棒材的表面缺陷和內(nèi)部缺陷，2臺(tái)設(shè)備可以單獨(dú)在線使用，最大檢測(cè)速度為1 m/s。

渦流探傷儀在線檢測(cè)，具有對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)識(shí)功能，能檢測(cè)出產(chǎn)品近表面的凹坑、折疊、擦傷、央渣、耳子、雀皮等自然缺陷。若產(chǎn)品出現(xiàn)周期性的缺陷。則可以進(jìn)行提醒報(bào)警，還具有檢測(cè)數(shù)據(jù)的輸入、記錄、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、查詢及通訊功能。

超聲波探傷主要是判斷型材內(nèi)部有無(wú)缺陷，若有缺陷時(shí)，確定缺陷的大小和位置，進(jìn)而評(píng)價(jià)其有無(wú)使用價(jià)值和修復(fù)的可能性。超聲波探傷機(jī)是利用超聲能透入型材的深處，并由一界面進(jìn)入另一界面，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢測(cè)型材內(nèi)部缺陷。當(dāng)超聲波束自探頭發(fā)射穿透至型材內(nèi)部，遇到缺陷與型材表面時(shí)就會(huì)分別發(fā)出反射波，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形可判斷缺陷位置和大小。檢測(cè)精度可達(dá)1.2 mm×15 mm，檢測(cè)速度在0～1 m/s。

2.6 貼標(biāo)機(jī)

形式:氣動(dòng)貼標(biāo);

簽字符:數(shù)字、字母、標(biāo)記;

字符插入:計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)采集或手動(dòng)鍵盤輸入;

貼標(biāo)速度:≤25次/min;

貼標(biāo)精度: ±1 mm。

2.7 打捆機(jī)

該打捆機(jī)由壓緊頭、打捆頭、升降臺(tái)板、供線裝置、電氣和液壓設(shè)備組成，采用液壓傳動(dòng)和可編程序(PLC)控制。打捆機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作由液壓系統(tǒng)完成，工作平穩(wěn)無(wú)沖擊，系統(tǒng)響應(yīng)速度快。液壓泵站設(shè)置了一個(gè)備用泵，以實(shí)現(xiàn)泵體在線更換的要求。操作系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng)和自動(dòng)操作兩種模式，可隨意調(diào)整系統(tǒng)壓力。具有良好的維護(hù)性能，使維修人員容易接近維修部位。系統(tǒng)還設(shè)置故障自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)故障可以立即發(fā)現(xiàn)并快速解決。

3 精整效果

精整后，型材的外形尺寸、表面清潔度、彎曲度、各項(xiàng)物理指標(biāo)均得到了極大改善。通過(guò)全自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)組和打捆機(jī)組，使型材的商品化包裝質(zhì)量得到了極大提高。漏磁探傷、超聲波探傷檢測(cè)系統(tǒng)配備有檢測(cè)缺陷的存貯、打印、噴標(biāo)，缺陷材料的聲光報(bào)警，全自動(dòng)剔除等功能，型材經(jīng)過(guò)漏磁和超聲波無(wú)損檢測(cè)，其表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量獲得了可靠保證，產(chǎn)品的供貨質(zhì)量得到了提高，為出口鋼材創(chuàng)造了條件。

4 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)型材生產(chǎn)的設(shè)備和技術(shù)已達(dá)到或基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但異型斷面型材的生產(chǎn)技術(shù)水平還沒(méi)有達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。大連重工起重集團(tuán)有限公司與日本某工業(yè)株式會(huì)社合作開發(fā)的異型型材拉拔精整生產(chǎn)線具有設(shè)備自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品精度高、產(chǎn)品質(zhì)量高等特點(diǎn)，為異型型材產(chǎn)品進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)提供了充分條件。

［1］ 周濟(jì)．冷拔新技術(shù)與冷拔設(shè)備使用維護(hù)及產(chǎn)品表面處理工藝實(shí)用全書［M］．北京:中國(guó)冶金出版社，2006．

［2］ 編委會(huì)．最新各種無(wú)縫鋼管熱軋、冷拔生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)與疑難問(wèn)題對(duì)策分析及國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊(cè)［M］．北京:北方工業(yè)出版社．

［3］ 鄒家祥．軋鋼機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1991．

［4］ 馬鵬飛，李美蘭．熱處理技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社．