銅帶坯雙面銑機(jī)列的優(yōu)化

申 真

(寧波金田銅業(yè)(集團(tuán))股份有限公司,浙江 寧波315034)

2006年引進(jìn)由德國(guó)某公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的DBM9-16*880銅合金雙面銑削機(jī),該設(shè)備2008年投產(chǎn)使用以來(lái)由于設(shè)備設(shè)計(jì)存在缺陷,生產(chǎn)工藝未成熟、操作維護(hù)不到位等因素,出現(xiàn)帶材表面面銑壓坑、邊銑壓坑、帶頭打刀、帶材表面“刀棱”深、有芯開(kāi)卷機(jī)滑軌容易卡死、帶材表面粉塵油污較多,造成后續(xù)軋制異物壓入等問(wèn)題,我們通過(guò)對(duì)設(shè)備、工藝、操作的優(yōu)化改進(jìn),逐一解決了上述問(wèn)題[1]。

1 設(shè)備概述

該銅合金雙面銑削機(jī)整機(jī)采用西門(mén)子PLC控制,控制精度高,響應(yīng)時(shí)間短,機(jī)列配備有EMG自動(dòng)對(duì)中、西門(mén)子轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速編碼器等高精度控制元件,保證了測(cè)量與控制精度,但部分機(jī)械、電氣部件設(shè)計(jì)未考慮周全,引發(fā)故障頻發(fā)和銑削質(zhì)量不良,給生產(chǎn)帶來(lái)很大困擾。該設(shè)備由開(kāi)卷機(jī)、九輥矯直機(jī)、邊銑機(jī)、面銑機(jī)、刷洗機(jī)、卷取機(jī)6大部分組成,如圖1所示。生產(chǎn)工藝過(guò)程如圖2所示[2]。

1-有芯開(kāi)卷機(jī);2-偏導(dǎo)輥;3-EMG對(duì)中;4-九輥矯直機(jī);5-厚度測(cè)量輥;6-邊銑機(jī);7-下銑機(jī);8-上銑機(jī);9-刷洗機(jī);10-反壓輥;11-有芯卷取機(jī)

圖2 雙面銑生產(chǎn)工藝過(guò)程示意圖

設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù):

銅卷坯帶材寬度:300mm～880mm

板厚:9mm～16mm

銅卷坯重量:8t～13t

生產(chǎn)線速度:6m/min～22m/min

銑刀軸規(guī)格:313mm×900mm

面銑削量:0.3mm/面～1.0mm/面

2 設(shè)備改造優(yōu)化內(nèi)容

2.1 帶材表面油污及粉塵問(wèn)題

步進(jìn)爐熱軋來(lái)料表面及邊部有厚厚一層的氧化皮,在銑削過(guò)程中氧化皮(粉塵)容易混入切削乳化液,殘留在帶材表面,經(jīng)過(guò)夾送輥擠壓后,難以去除,送到下游軋機(jī)后就產(chǎn)生異物壓入質(zhì)量問(wèn)題,長(zhǎng)期如此,對(duì)軋機(jī)的軋輥損害較大,嚴(yán)重影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量。

通過(guò)觀察,采用一對(duì)刷輥組成的森田刷洗機(jī),刷洗機(jī)由前后兩對(duì)夾送輥、刷洗箱、積水盤(pán)、一對(duì)刷輥、帶板式過(guò)濾的清水箱組成。刷輥直徑300mm、長(zhǎng)1000mm,通過(guò)改造,解決了帶材表面殘留油污及粉塵的問(wèn)題,刷洗過(guò)的帶材表面光滑整潔,大大提高了雙面銑出料的表面質(zhì)量[3]。

2.2 有芯開(kāi)卷機(jī)滑軌容易卡死問(wèn)題

由于設(shè)計(jì)時(shí),為了使設(shè)備緊湊、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,該雙面銑采用了行業(yè)內(nèi)銑面設(shè)備很少使用的有芯開(kāi)卷方式,整個(gè)開(kāi)卷機(jī)芯軸及減速箱固定在4個(gè)滾動(dòng)導(dǎo)軌副(型號(hào)GCB-65LP1)上,有芯開(kāi)卷機(jī)僅依靠4個(gè)滾動(dòng)導(dǎo)軌副進(jìn)行前后滑動(dòng),調(diào)節(jié)帶材對(duì)中。導(dǎo)軌副在重量為8t～13t料卷重力以及20kN～40kN帶材后張力的作用下,特別是水平方向的力容易將導(dǎo)軌副兩側(cè)框架拉裂,最終導(dǎo)致導(dǎo)軌副失效卡死,優(yōu)化前該導(dǎo)軌副的使用壽命只有1個(gè)月左右。由于該直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)特性,其中保持架部分為較薄弱件。在生產(chǎn)過(guò)程中,開(kāi)卷機(jī)需要前后移動(dòng)來(lái)保證帶材的對(duì)中,由于力臂長(zhǎng)度的關(guān)系,各導(dǎo)軌副受力不均衡,容易造成某個(gè)導(dǎo)軌的框架破裂失效,發(fā)生卡死故障[4]。

根據(jù)上述分析,通過(guò)增加導(dǎo)向輪、導(dǎo)向柱,分?jǐn)倢?dǎo)軌副所受到的傾覆力矩和扭矩,在開(kāi)卷機(jī)四個(gè)角加裝可調(diào)節(jié)的導(dǎo)向輪(圖3),調(diào)整好4個(gè)導(dǎo)向輪的間隙后固定,在開(kāi)卷機(jī)尾部加裝滑動(dòng)導(dǎo)向柱,減少開(kāi)卷機(jī)滑動(dòng)自由度[5]。改造后,開(kāi)卷機(jī)導(dǎo)軌副的使用壽命大大增加,在維護(hù)良好的情況下,其更換周期約6個(gè)月。

1-料卷;2-開(kāi)卷芯軸;3-導(dǎo)向輪;4-滑動(dòng)導(dǎo)向柱

2.3 邊銑壓坑及面銑壓坑

由于熱軋來(lái)料邊部塔形側(cè)彎及裂邊等原因,邊銑機(jī)的抽吸密封容易被帶材撞擊變形失效,漏出的料屑在帶材上被夾送輥壓入表面形成邊銑壓坑,邊銑壓坑一般為直徑10mm左右、深度2mm～6mm的圓形深坑,后續(xù)面銑機(jī)無(wú)法徹底銑凈。解決邊銑壓坑問(wèn)題的關(guān)鍵是邊銑抽吸口的密封問(wèn)題,經(jīng)過(guò)試用不同材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的密封后,我們發(fā)現(xiàn)鋼絲刷效果最好。由于鋼絲刷強(qiáng)度、彈性適當(dāng),被帶材撞擊后不易失效,且能粘連一部分料屑,起到良好的密封作用,能徹底解決邊銑壓坑問(wèn)題,邊銑壓坑數(shù)量由改造前的每卷料15個(gè)左右減少到0個(gè),如圖4所示。

圖4 雙面銑邊銑抽吸口安裝鋼絲刷示意圖

面銑壓坑一般為寬4mm、長(zhǎng)20mm～40mm,深2mm～3mm的長(zhǎng)條壓坑,料卷面銑壓坑在后續(xù)軋制過(guò)程中容易形成孔洞和長(zhǎng)條起皮,對(duì)成品率及質(zhì)量的危害較大。面銑壓坑的形成主要有以下因素:

(1)銑刀的磨削與裝配是否合適。銑刀磨削后的同軸度必須控制在0.1mm以內(nèi);每磨削一把銑刀后都必須用千分尺檢測(cè)5個(gè)測(cè)量段、2個(gè)方向(相差90°)上的的直徑偏差,確保符合要求后才能投入生產(chǎn)。當(dāng)使用新螺釘時(shí)還應(yīng)注意,擰緊時(shí)保留扳手一段時(shí)間的扭矩,以抵消螺釘硬化的殘余應(yīng)力;銑刀每次使用后,在重磨之前應(yīng)檢查并重新緊固所有螺釘。采取這一措施后銑面質(zhì)量良好,沒(méi)有再出現(xiàn)明顯的周期性刀棱,顯著地改善了產(chǎn)品質(zhì)量[6]。

(2)切削乳液的濃度及工藝性能是否合適。根據(jù)生產(chǎn)工藝調(diào)試情況,選用某品牌的全合成切削液,成分為礦物油50%～80%,脂肪酸0～30%,乳化劑15%～25%,防銹劑0～5%,防腐劑<2%,消泡劑<1%;外觀為無(wú)色透明或淡黃色液體,pH值(1%水溶液)為7.0～8.0;密度(20℃)1.04g/cm3～1.08 g/cm3。切削液的濃度應(yīng)保證在3%～8%,根據(jù)不同材質(zhì)的銅材,調(diào)整濃度,以達(dá)到良好的工藝性能[7]。另外,切削乳液的霧化程度、噴射角度對(duì)銑刀的切削能力影響較大,通過(guò)實(shí)驗(yàn),采用可單獨(dú)調(diào)節(jié)的乳液噴射梁,如圖5所示。規(guī)范噴射梁的使用維護(hù)制度,定期拆開(kāi)所有噴嘴進(jìn)行清洗疏通,每次換刀時(shí)檢查是否所有噴嘴霧化效果以壓力適當(dāng),無(wú)滴流現(xiàn)象為好,反之調(diào)節(jié)相應(yīng)噴嘴流量。

圖5 可單獨(dú)調(diào)節(jié)乳液噴射梁示意圖

(3)料屑抽吸風(fēng)量及抽吸口的形狀布局。關(guān)于抽吸風(fēng)管的原設(shè)計(jì)思路是,在銑刀旋轉(zhuǎn)入口方向安裝反吹風(fēng)管,銑刀旋轉(zhuǎn)出口方向安裝抽吸風(fēng)管,利用反吹風(fēng)將料屑送入抽吸風(fēng)管內(nèi)。實(shí)際觀察后發(fā)現(xiàn),抽吸風(fēng)管風(fēng)量不足,反吹風(fēng)管將料屑吹起后反彈跳出銑刀刀倉(cāng),壓入帶材表面。將反吹風(fēng)機(jī)關(guān)閉,反吹風(fēng)管與抽吸風(fēng)管并聯(lián),增大抽吸風(fēng)管截面積,從而增大抽吸風(fēng)量[8]。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后,面銑壓坑問(wèn)題得到了徹底解決,由優(yōu)化前每卷料面銑壓坑30～50個(gè)減少到每卷料0～5個(gè),有效提升了帶材的表面質(zhì)量。

2.4 帶頭打刀問(wèn)題

由于帶材頭部上翹,在穿入刀縫時(shí)容易撞擊銑刀,往往會(huì)造成頻繁換刀降低生產(chǎn)效率,以及傳動(dòng)軸斷裂等設(shè)備事故[9]。通過(guò)總結(jié)分析,造成打刀的主要原因是帶材在穿帶過(guò)程中容易打滑或慣性移動(dòng),原料頭位置是由一個(gè)安裝在被動(dòng)輥上的轉(zhuǎn)矩編碼器測(cè)量,料頭位置檢測(cè)編碼器容易產(chǎn)生較大誤差,從而造成夾送輥、銑刀的錯(cuò)誤動(dòng)作。我們?cè)谙裸娙肟?、上銑入口分別安裝兩個(gè)光電開(kāi)關(guān),用于檢測(cè)帶頭位置信息,當(dāng)帶頭行進(jìn)至上下銑入口夾送輥時(shí),光電開(kāi)關(guān)感應(yīng)后控制夾送輥加緊,保證帶頭不上揚(yáng)后再將刀縫閉合開(kāi)始銑削[10]。

通過(guò)調(diào)整機(jī)架上手柄保證下銑入口上壓板與銑刀切線平行并高0.2mm左右,上銑壓板調(diào)整原則是壓板比上銑刀低0.2mm。通過(guò)改造后,再未發(fā)生料頭打刀事故,保證了設(shè)備無(wú)故障運(yùn)行。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化改造后,帶材邊銑壓坑全部消除,面銑壓坑也基本消失,產(chǎn)品表面質(zhì)量得到了很大提高。帶材穿帶過(guò)程更加可靠可控,提高了生產(chǎn)效率,減少了備件損耗;開(kāi)卷機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,節(jié)約了頻繁更換滑軌的故障時(shí)間,提高了設(shè)備可開(kāi)動(dòng)率。帶材表面的殘留油污、粉塵徹底消除,表面光滑整潔。板形縱橫面及公差都在規(guī)定范圍內(nèi),板面無(wú)波浪,刀紋深為0.02mm～0.03mm,噪音小,銑削平穩(wěn),為下游工序提供了合格的產(chǎn)品。