論現(xiàn)代鋁箔軋機的設(shè)計特點

常 遠，王懷玉

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

我國國家標準GB/T8005.1-2008中規(guī)定，厚度均一并等于或小于0.2mm，且成卷交貨的 鋁軋制產(chǎn)品稱為鋁箔。厚度0.1mm～0.2mm的鋁箔稱為無零箔；0.01mm≤厚度<0.1mm稱為單零箔；厚度<0.01mm稱為雙零箔。鋁箔具有質(zhì)輕、密閉和包覆性好等一系列優(yōu)點，故在國民經(jīng)濟許多部門及人們?nèi)粘Ｉ钪械玫綇V泛應(yīng)用，目前它主要用于包裝、交通運輸和建筑三大領(lǐng)域。以厚度來分，雙零箔主要用于香煙包裝，單零箔主要用于裝飾、軟包裝和藥品，無零箔主要用于空調(diào)、電子和汽車。

1 現(xiàn)代鋁箔軋制的特點

現(xiàn)代鋁箔軋制的特點是更快、更寬、更薄，軋制鋁箔產(chǎn)品質(zhì)量更高。

(1)軋制速度更快。隨著生產(chǎn)率的提升，鋁箔軋制的速度越來越快。目前世界上鋁箔軋機最高設(shè)計速度已達2500m/min，但并不是速度越快越好。因為隨著速度的提高,軋機機械剛度、強度與自動化控制要求更高，軋機震動等問題也會突顯。目前國產(chǎn)鋁箔粗中軋機最高設(shè)計速度一般為1500m/min，精軋機設(shè)計速度不超過1200m/min。

(2)軋制寬度更寬。目前工作輥寬度已由最初不到600mm，提高到1400mm～2150mm。目前國內(nèi)工作輥輥面寬度最大為2250mm，可軋鋁箔寬度1920mm，而世界上最寬的鋁箔軋機可軋鋁箔寬度為2150mm。

(3)軋制厚度更薄。鋁箔可軋制的最小厚度是衡量鋁箔生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量水平的重要標志之一。鋁箔越薄可使用面積越大，目前大量使用的雙張鋁箔厚度是6.0μm ～6.5μm，而世界上最薄的鋁箔已達4μm，我國已有廠家能批量生產(chǎn)4.5μm的鋁箔。

(4)軋制鋁箔產(chǎn)品質(zhì)量更高。鋁箔產(chǎn)品質(zhì)量通常包括成品率、厚度偏差、針孔數(shù)、斷帶次數(shù)等，其發(fā)展趨勢見表1[1]。

表1 鋁箔產(chǎn)品質(zhì)量一覽表Tab.1 Aluminum foil products quality list

2 現(xiàn)代鋁箔軋機基本組成

鋁箔軋機是生產(chǎn)鋁箔產(chǎn)品的主要設(shè)備，現(xiàn)代鋁箔軋機基本組成如圖1所示。

3 現(xiàn)代鋁箔軋機的設(shè)計特點

為適應(yīng)現(xiàn)代鋁箔軋制的生產(chǎn)特點，現(xiàn)代鋁箔軋機在設(shè)計上有一些新的設(shè)計特點。

(1)輥系軸承的配置。傳統(tǒng)工作輥輥系軸承配置多為四列圓柱滾子軸承+四點接觸球軸承(QJ)，如圖2所示。其中四列圓柱滾子軸承承受徑向力，四點接觸球軸承承受軸向力。四點接觸球軸承是一種分離型軸承，可承受雙向軸向載荷，其內(nèi)、外圈滾道是桃形截面，當無軸向載荷時，鋼球和套圈呈現(xiàn)為四點接觸。當有軸向載荷作用時，鋼球和套圈就成了兩點接觸。四點接觸球軸承最大的優(yōu)點是占用空間比較小，但由于額定載荷較小，同時在軋機產(chǎn)生較大軸向力時，推力軸承經(jīng)常發(fā)生燒損[2]。

圖2 止推軸承為四點接觸球軸承Fig.2 Thrust bearing with four-point contact ball

現(xiàn)代鋁箔軋機工作輥輥系設(shè)計多采用四列圓柱滾子軸承+雙列角接觸球軸承(DB)，如圖3所示。雙列角接觸球軸承配置形式分為背靠背配置(DB)和面對面(DF)配置。背靠背配置(DB)安裝時，力作用點跨距較大，故懸臂端剛性較大，當軸受熱伸長時，軸承游隙增大，軸承不容易卡死破壞。面對面DF安裝時，結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便，當軸受熱伸長時，軸承游隙減小，容易造成軸承卡死燒損?，F(xiàn)代鋁箔軋機工作輥軸承一般采用背靠背配置(DB)。

圖3 止推軸承為雙列角接觸球軸承Fig.3 Thrust bearing with double-column angle contact ball

(2)輥系穩(wěn)定系統(tǒng)?，F(xiàn)代鋁箔軋機多配置了輥系穩(wěn)定系統(tǒng)(圖4)，即在彎輥塊中增加了一組油缸把工作輥軸承座向出口方向壓緊，同時在軋機牌坊內(nèi)增加了一組油缸把支承輥軸承座向入口方向壓緊。這樣做避免了輥系交叉，減小了軋輥軸向力，有效減少了工作輥止推軸承的燒損。

圖4 輥系穩(wěn)定系統(tǒng)Fig.4 Roller stabilization system

(3)輥系的潤滑。傳統(tǒng)輥系潤滑多為油氣潤滑，油氣的泄露會污染軋制油，使軋制油粘度變高，殘留在卷材上的軋制油經(jīng)過退火處理后不會完全消除，會產(chǎn)生退火油斑?，F(xiàn)代鋁箔軋機工作輥軸承采用油池潤滑，支承輥軸承采用稀油循環(huán)潤滑，既滿足高速軸承潤滑需求，又減少了軋制油污染(圖5)。

圖5 輥系的潤滑F(xiàn)ig.5 Lubrication of roller system

(4)工作輥軸承測溫。傳統(tǒng)工作輥軸承測溫多為熱電阻形式，每次換輥時需要插拔熱電阻，比較麻煩?，F(xiàn)代鋁箔軋機通常在彎輥塊中設(shè)計有紅外測溫裝置，每次換輥避免插拔熱電阻，提高了換輥效率(圖6)。

圖6 工作輥軸承測溫Fig.6 Temperature measurement of work roll bearing

(5)軋機驅(qū)動。傳統(tǒng)鋁箔軋機的驅(qū)動多為直流電機驅(qū)動，現(xiàn)代鋁箔軋機越來越多采用交流變頻電機驅(qū)動[3]。與直流傳動相比，交流變頻傳動具有調(diào)速范圍廣，動態(tài)響應(yīng)快，電機維護成本低，速度力矩控制精度高，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生高次諧波干擾等特點。隨著近年來變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，裝置成本的降低，交流變頻傳動已大量應(yīng)用在鋁箔軋機傳動系統(tǒng)中。

(6)來料存放裝置?，F(xiàn)代鋁箔生產(chǎn)來料種類多樣化。鋁箔坯料既有鋼套筒又有紙?zhí)淄?，且套筒長度有變化，因此入側(cè)卷材存放裝置也分別具有能夠托套筒(鋼套筒坯料來料)功能，托卷功能(紙?zhí)淄才髁蟻砹?。而且托套筒功能要求托座位置可調(diào)，以適應(yīng)不同長度鋼套筒。

(7)入側(cè)運卷裝置。同樣的原因入側(cè)運卷裝置要求既能運送鋼套筒坯料(托套筒)，又能運送紙?zhí)淄才髁?托卷)，而且小車行走可以通過編碼器實現(xiàn)自動定位。

(8)入側(cè)開卷機。入側(cè)開卷機錐頭多為臺階式可漲縮錐頭，既能滿足鋼套筒又能滿足紙?zhí)淄查_卷，同時臺階式結(jié)構(gòu)可以分別滿足內(nèi)徑505mm和內(nèi)徑605mm的鋼套筒開卷。

(9)入側(cè)導(dǎo)輥的潤滑。入側(cè)裝置導(dǎo)輥分別有升降偏導(dǎo)輥，夾送輥和三個張緊輥，為滿足高速軋制同時避免泄露污染軋制油，這些導(dǎo)輥軸承的潤滑均為軋制油潤滑。

(10)氣浮送料裝置。為提高生產(chǎn)效率減少輔助時間，分別在入側(cè)裝置和出側(cè)裝置中設(shè)置了氣浮送料裝置，要求氣量可調(diào)以滿足不同厚度帶材，另外要求有排油閥，使軋制過程中涌入氣腔的軋制油及時排出

(11)清輥器。清輥器材質(zhì)為聚氨酯，氣缸壓力可調(diào)既能滿足除油效果，又不傷輥面；輥擦表面為毛氈+百潔布，且沿軋輥軸向可竄動

(12)軋制線調(diào)整裝置。軋制線調(diào)整裝置傳統(tǒng)多為斜楔式，斜楔之間時間長了容易粘連、磨損?，F(xiàn)代鋁箔軋機多采用油馬達驅(qū)動諧波減速器，諧波減速器驅(qū)動絲桿升降機構(gòu)，機構(gòu)內(nèi)有油缸可實現(xiàn)上支承輥平衡功能。諧波減速器具有精度高，效率高，沖擊小，噪音低，體積小，重量輕等特點，廣泛應(yīng)用于電子、航天航空、機器人等行業(yè)。

(13)排煙罩?，F(xiàn)代鋁箔軋機多采用節(jié)能型排煙罩，如圖7所示。

圖7 節(jié)能型排煙罩Fig.7 Energy-saving exhaust hood

其主要特點是在排煙罩內(nèi)部專門配置有排煙管道，直接連接抽風(fēng)管道，減少了無效空氣流動，提高排煙效果，可減小排煙風(fēng)量1/3以上。排煙罩整體可吊走，方便維修。下方有固定支架，照明燈具、CO2噴頭等可裝在其上。傳動側(cè)和操作側(cè)應(yīng)有活動立墻，用于防止煙霧擴散，其中操作側(cè)立墻透明可視。

(14)板型輥配置形式。現(xiàn)代鋁箔軋機都配置有板型輥。板型輥配置形式有兩種，如圖8所示。方案1由板型輥+升降包角輥+固定偏導(dǎo)輥形式，多用于空氣軸承式板型輥，多用于鋁箔精軋機；優(yōu)點是包角輥包角角度不變，缺點是多了一個輥子，增加了帶材擦劃傷的機率。方案2由板型輥+升降偏導(dǎo)輥形式，多用于壓電式(或壓磁式)板型輥，多用于鋁箔粗軋機;優(yōu)點是減少了一個輥子，減少了帶材擦劃傷的機率，缺點是偏導(dǎo)輥的包角角度是變化的。

圖8 板型輥的配置形式Fig.8 Configuration of plate roller

(15)VC輥的應(yīng)用。近年來市場對鋁箔產(chǎn)品的板形精度要求越來越高，同時鋁箔軋機也不斷向?qū)挿l(fā)展，這就使得壓延過程中鋁箔的板形越來越難控制。由于負輥縫軋制的原因，軋輥傾斜和液壓彎輥對板形的控制作用已不明顯。這個時候雖然通過軋輥冷卻控制軋輥熱凸度可減小前兩種控制所剩余的板形局部偏差，但響應(yīng)速度慢，控制效果也隨厚度減薄而減弱。為解決這一問題，可變凸度輥(VC輥)逐步被引入作為支承輥使用，用于消除板形拋物線部分偏差，大幅提高了板形質(zhì)量。其工作原理是通過液壓伺服控制將高壓液壓油經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭送入膨脹的流體室以脹開軸套，在輥身全長形成均勻的機械凸度來補償軋輥在工作時產(chǎn)生的撓度。其特點是響應(yīng)速度快，改善板型明顯(尤其是窄料軋制時)，提高成品率，減少斷帶發(fā)生，減少熱輥時間[4]；缺點是一次性投資較大。

4 結(jié)語

裝備設(shè)計應(yīng)滿足生產(chǎn)要求。現(xiàn)代鋁箔生產(chǎn)呈現(xiàn)出了新的特點，也對鋁箔軋機設(shè)計提出了新要求。鋁箔軋機在設(shè)計時應(yīng)不斷改進，提高設(shè)備生產(chǎn)率，滿足鋁箔生產(chǎn)的使用要求。