鋁箔產(chǎn)品厚度控制分析

郭萬(wàn)花

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

1 鋁箔生產(chǎn)過(guò)程中的厚度控制原理

鋁箔的生產(chǎn)過(guò)程中有很多因素會(huì)引起產(chǎn)品的厚度出現(xiàn)偏差，包括：

上道工序造成的厚度偏差影響，機(jī)械、液壓方面的機(jī)架彈性、軋輥偏心、輥系熱膨脹和磨損、軋輥軸承間隙影響，電氣控制方面的模型精度、計(jì)算誤差、響應(yīng)時(shí)間、采樣時(shí)間影響，以及生產(chǎn)工藝方面的壓下量、變形率、加工硬化、軋制速度和張力的變化、冷卻等的影響。

上述各種影響因素的最后結(jié)果是使軋制過(guò)程中的軋制力發(fā)生變化，而軋制力的變化引起機(jī)座彈性變形量的變化。機(jī)座彈性量的變化直接影響軋輥輥縫值，使軋件厚度發(fā)生變化。在軋制過(guò)程中，如果能及時(shí)調(diào)整輥縫，使輥縫調(diào)整量能夠部分或全部抵消由軋制力變化引起的機(jī)座彈性變形量，就能減小甚至完全消除軋件的厚度偏差。

現(xiàn)代化的鋁軋機(jī)都配置有厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)，其原理是通過(guò)液壓壓上系統(tǒng)來(lái)控制軋機(jī)機(jī)座的當(dāng)量剛度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于輥縫的控制，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于軋件厚度的控制?，F(xiàn)代化軋機(jī)的自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)（即AGC系統(tǒng)）一般分為三個(gè)系統(tǒng)：

⑴測(cè)厚儀部分，檢測(cè)軋件的實(shí)際厚度。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，操作人員是根據(jù)測(cè)厚儀顯示的實(shí)測(cè)曲線(xiàn)是否在偏差控制范圍以?xún)?nèi)來(lái)判斷厚度控制異常與否見(jiàn)圖1。

圖1

⑵厚度比較和調(diào)節(jié)部分，主要是將檢測(cè)的軋件實(shí)際厚度與設(shè)定厚度比較，得出厚度偏差值，輸出輥縫調(diào)節(jié)量信號(hào)。

⑶輥縫調(diào)整部分，主要根據(jù)輥縫調(diào)節(jié)量信號(hào)，通過(guò)液壓缸對(duì)輥縫進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以消除或減少軋件的縱向厚度偏差。

一般很容易將厚度偏差異常產(chǎn)生的原因與厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)本身相聯(lián)系，實(shí)際上，厚度控制系統(tǒng)工作的有效性除了與其本身有關(guān)，還取決于軋機(jī)各系統(tǒng)包括坯料的厚度質(zhì)量，如果前述導(dǎo)致厚度偏差的因素的影響程度超出了厚度控制系統(tǒng)要求的范圍，就會(huì)出現(xiàn)厚度偏差超出要求的現(xiàn)象。

以下筆者通過(guò)對(duì)所在企業(yè)鋁箔生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的一些有典型意義的厚度波動(dòng)異?，F(xiàn)象進(jìn)行介紹、分析，供業(yè)界同仁參考。

2 坯料厚度異常的影響

我公司曾經(jīng)發(fā)生過(guò)在冷軋和箔軋過(guò)程中每一個(gè)料卷都會(huì)有一點(diǎn)的厚度波動(dòng)大大超過(guò)控制范圍要求的異?，F(xiàn)象，每卷的厚度波動(dòng)點(diǎn)在相同道次的位置近似，處于頭或尾部見(jiàn)圖2。

在對(duì)冷、箔軋機(jī)進(jìn)行排查未果的情況下，我們將排查重點(diǎn)轉(zhuǎn)向熱軋卷來(lái)料。由于我公司熱軋機(jī)沒(méi)有配置測(cè)厚儀設(shè)備，無(wú)法直觀判斷熱軋過(guò)程中厚度的波動(dòng)情況，因此采取了對(duì)熱軋卷切片測(cè)量厚度變化情況及觀察熱軋過(guò)程中軋制力能參數(shù)變化的檢查辦法。檢查發(fā)現(xiàn)：熱軋卷對(duì)應(yīng)到冷、箔軋出現(xiàn)厚度波動(dòng)時(shí)的相同位置確實(shí)有厚度異常的現(xiàn)象；熱軋過(guò)程中出現(xiàn)厚度異常時(shí)軋制力能參數(shù)也有異常的變化。據(jù)此，我們繼續(xù)對(duì)熱軋工序進(jìn)行排查，最終發(fā)現(xiàn)，熱軋機(jī)在進(jìn)行最后一道次軋制時(shí)，當(dāng)尾部即將離開(kāi)距輥縫處約10m處的轉(zhuǎn)向輥時(shí)，操作手會(huì)習(xí)慣性的進(jìn)行降速來(lái)防止依靠轉(zhuǎn)向輥建立的后張力失去后出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象。而熱軋機(jī)陡然降速會(huì)引發(fā)軋制力能參數(shù)的波動(dòng)，并導(dǎo)致熱軋卷出現(xiàn)厚度異常波動(dòng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，熱軋卷上的降速點(diǎn)與冷箔軋過(guò)程中的厚度波動(dòng)點(diǎn)位置基本一致。分析至此，我們對(duì)熱軋操作手的操作方式進(jìn)行了調(diào)整，將板片即將離開(kāi)轉(zhuǎn)向輥減速改為板片尾部即將進(jìn)入輥縫時(shí)降速，此時(shí)即便出現(xiàn)厚度波動(dòng)，也屬于冷箔軋工序的頭尾升降速段，不會(huì)影響到最終的成材率。

調(diào)整熱軋操作方式，新生產(chǎn)的熱軋卷進(jìn)入冷箔軋工序后，固定點(diǎn)出現(xiàn)厚度波動(dòng)異常的現(xiàn)象消失。這是一次典型的來(lái)料導(dǎo)致厚度波動(dòng)異常的情況。

圖2

3 軋機(jī)液壓系統(tǒng)異常的影響

我公司冷軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)厚度無(wú)規(guī)律波動(dòng)并超出偏差范圍的現(xiàn)象。從測(cè)厚儀顯示曲線(xiàn)看，沒(méi)有明顯的位置規(guī)律。我們使用了在異常出現(xiàn)前生產(chǎn)的熱軋卷進(jìn)行冷軋，異常仍然出現(xiàn)，以此排除了來(lái)料的影響。在排查過(guò)程中，技術(shù)人員對(duì)軋機(jī)的AGC系統(tǒng)、測(cè)厚儀、傳動(dòng)控制、機(jī)械部分等進(jìn)行了全面的檢查，并采取了更換部分控制元件的排除法來(lái)查找異常原因，先后更換了測(cè)厚儀射線(xiàn)源，AGC系統(tǒng)的相關(guān)控制電路板，壓上油缸的控制伺服閥，但始終未能消除異?，F(xiàn)象。

一次偶然的因素，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)軋機(jī)傳動(dòng)液壓系統(tǒng)的變量柱塞泵上的流量指示盤(pán)顯示異常：在軋機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，無(wú)任何液壓執(zhí)行元件動(dòng)作的情況下，變量柱塞泵仍為滿(mǎn)流量輸出（圖3）。

圖3 63PCY14-1B油泵外形圖

檢查發(fā)現(xiàn)，液壓傳動(dòng)泵站安全球閥上的一個(gè)常閉油口處于常開(kāi)狀態(tài)，導(dǎo)致系統(tǒng)流量大量?jī)?nèi)泄，這意味著液壓系統(tǒng)存在大的內(nèi)泄漏點(diǎn)，油泵泵出的液壓油直接流回了油箱（圖4）。

圖4 系統(tǒng)圖

軋機(jī)的液壓系統(tǒng)一般分兩個(gè)部分。液壓壓上系統(tǒng)向壓上油缸、彎輥油缸提供動(dòng)力，屬于伺服控制系統(tǒng)，是軋機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)厚度控制和操作手調(diào)節(jié)板型的重要手段。其它為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，主要向軋機(jī)各作業(yè)點(diǎn)的液壓執(zhí)行原件提供液壓動(dòng)力，如卷筒漲縮、上卸卷小車(chē)的移動(dòng)及升降，等等。我公司冷軋機(jī)機(jī)前裝置上的展平輥升降及上支撐輥的平衡油缸均由液壓傳動(dòng)系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力。機(jī)前裝置的展平輥在軋制過(guò)程中處于壓緊帶材的位置，以使帶材后張力在整個(gè)帶材寬度上分布更加均勻，根據(jù)壓延理論，后張力對(duì)壓延過(guò)程中的厚度變化的影響非常大。上支撐輥平衡油缸的作用是將上支撐輥緊緊頂住，保持壓延過(guò)程中的輥縫穩(wěn)定（圖5）。

圖5

當(dāng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)大的內(nèi)泄漏后，機(jī)前展平輥的壓下油缸及上支撐輥平衡油缸動(dòng)力不足，造成后張力和輥縫出現(xiàn)波動(dòng)，最終造成產(chǎn)品的厚度整體波動(dòng)超差。在將安全球閥關(guān)閉后，軋制過(guò)程完全恢復(fù)了正常。

4 軋輥軸承精度下降的影響

軋輥是軋機(jī)重要的核心部件，對(duì)于其制造精度有很高的要求。尤其是支承輥軸承，要承載巨大的軋制壓力，同時(shí)還要為高精度軋制要求所需的恒輥縫提供精度基準(zhǔn)，為軋輥磨削提供精度基準(zhǔn)。我公司冷軋機(jī)支承輥四列短圓柱滾子軸承的軸承內(nèi)圈為軋輥磨削的精度基準(zhǔn)，圓度和圓柱度要求均在5微米以?xún)?nèi)。

我公司曾發(fā)生過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中厚度整體波動(dòng)偏大的異常，經(jīng)過(guò)多方排查未果情況下，更換支承輥后，異常消失。對(duì)更換下來(lái)的支承輥進(jìn)行檢測(cè)，軸承內(nèi)圈的精度嚴(yán)重超差（圖6）。

圖6

5 結(jié)語(yǔ)

鋁板帶箔軋機(jī)的厚度控制是軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的最重要的控制內(nèi)容之一，也屬于較為復(fù)雜的控制技術(shù)，涉及方方面面的因素。綜合以上介紹和分析，除了要保證設(shè)備的制造、安裝精度及選用高水平的厚度控制系統(tǒng)（AGC）、測(cè)厚儀外，加強(qiáng)日程管理，保證設(shè)備的完好及來(lái)料的質(zhì)量，對(duì)于保證厚度控制的一致性和穩(wěn)定性，有著至關(guān)重要的意義。