淺析汽車(chē)覆蓋件開(kāi)發(fā)中的數(shù)字模具設(shè)計(jì)

淺析汽車(chē)覆蓋件開(kāi)發(fā)中的數(shù)字模具設(shè)計(jì)

1提高了作業(yè)效率所謂的無(wú)意識(shí)冷卻是將一根無(wú)限的輥（板材）壓在機(jī)中，經(jīng)多次消耗，直到輥（孔）磨損，然后無(wú)法再研磨。與傳統(tǒng)軋制工藝相比,無(wú)頭軋制沒(méi)有軋件之間的時(shí)間間隔,增加了單位生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)的有效軋制時(shí)間,提高了作業(yè)效率;不存在咬入拋出軋件產(chǎn)生的沖擊載荷,減少了軋件對(duì)軋機(jī)的沖擊,降低了工藝設(shè)備事故和備品備件的消耗。由于其工藝過(guò)程穩(wěn)定,沒(méi)有軋件頭尾失張?jiān)斐傻某叽缙?提高了軋件尺寸精度;對(duì)于板材,也可以使軋件保持恒定張力,穩(wěn)定生產(chǎn)傳統(tǒng)熱軋工藝幾乎不可能生產(chǎn)的超薄規(guī)格鋼板,板厚可軋到0.8mm。對(duì)于棒材,定尺率得到提高,線材可以實(shí)現(xiàn)定重交貨等等。無(wú)頭軋制解決了間斷軋制存在的問(wèn)題,超越了間斷軋制的工藝限制,具有重大的推廣應(yīng)用意義,因此該項(xiàng)技術(shù)的研究與應(yīng)用備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。2細(xì)胞培養(yǎng)中的東南角前蘇聯(lián)重型制造業(yè)中央科學(xué)研究院早在20世紀(jì)40年代末,在世界上率先著手對(duì)棒線材無(wú)頭軋制技術(shù)進(jìn)行研究,并于50年代研制出世界上第一套用于構(gòu)造無(wú)頭長(zhǎng)坯的核心設(shè)備——移動(dòng)式閃光對(duì)焊機(jī),以實(shí)現(xiàn)在線預(yù)熱鋼坯的焊接。20世紀(jì)90年代,日本NKK公司和意大利達(dá)涅利公司也相繼研制出了以移動(dòng)式閃光焊機(jī)為核心設(shè)備用于棒線材生產(chǎn)的無(wú)頭軋制產(chǎn)品。NKK公司稱(chēng)之為棒材無(wú)頭軋制系統(tǒng)(即EBRS-EndlessBarRollingSystem),而達(dá)涅利公司則將該系統(tǒng)稱(chēng)為無(wú)頭焊接軋制系統(tǒng)(即EWR—EndlessWeldingRolling)。1996年3月,世界上第一套采用感應(yīng)對(duì)焊技術(shù)的工業(yè)化帶鋼無(wú)頭軋制生產(chǎn)線在日本川崎制鋼公司千葉廠3#熱連軋機(jī)上正式投入運(yùn)行。1997年P(guān)osco(浦項(xiàng))和Hitachi(日立)有限公司聯(lián)合著手開(kāi)始研制采用剪切、焊接工藝,進(jìn)行中間坯連接的帶鋼無(wú)頭軋制新工藝。1998年4月,日本新日鐵(Nippon)鋼鐵公司大分廠(Oita)研制成功了利用高能激光器對(duì)中間板坯實(shí)現(xiàn)對(duì)焊的鋼板無(wú)頭軋制生產(chǎn)線。2000年,達(dá)涅利公司還成功地研制出了世界上第一套以連鑄連軋技術(shù)為核心的棒線材無(wú)頭軋制系統(tǒng)(即ECR-EndlessCastingRolling),用于意大利烏迪內(nèi)ABS公司的50萬(wàn)t/a特殊鋼棒線材工業(yè)生產(chǎn)。2006~2007年P(guān)osco和Hitachi有限公司采用剪切、焊接工藝進(jìn)行中間坯連接的帶鋼無(wú)頭軋制新工藝投入工業(yè)化生產(chǎn),這種基于擺剪概念的新型固態(tài)連接工藝,實(shí)現(xiàn)了無(wú)頭軋制連接技術(shù)的創(chuàng)新。2009年7、8月份意大利鋼鐵企業(yè)AcciaieriaArvediS.P.A與西門(mén)子公司聯(lián)手打造的世界第一套ESP(EndlessStripProduction)無(wú)頭鑄軋帶鋼生產(chǎn)線在Arvedi開(kāi)始調(diào)試。3帶鋼和棒材的前后應(yīng)用無(wú)頭軋制可以說(shuō)適用于所有長(zhǎng)材的軋制,目前廣泛應(yīng)用在熱軋帶鋼和棒線材生產(chǎn)中。其中又有無(wú)頭軋制和半無(wú)頭軋制的區(qū)別,半無(wú)頭軋制主要應(yīng)用在薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)中。3.1每鋼的長(zhǎng)期進(jìn)精軋傳統(tǒng)的板帶熱連軋精軋機(jī)組生產(chǎn)均以單塊中間坯進(jìn)行軋制,每塊之間都有時(shí)間間隔,因此,每塊鋼不可避免地要經(jīng)過(guò)進(jìn)精軋機(jī)組時(shí)的穿帶、加速軋制、減速軋制、拋鋼、甩尾等一系列過(guò)程。熱軋鋼帶無(wú)頭軋制技術(shù)正是解決這些問(wèn)題的一項(xiàng)重要的技術(shù)突破。3.1.1中間帶坯焊接第一臺(tái)全連續(xù)無(wú)頭軋制熱連軋帶鋼機(jī)組是1996年在日本JFE公司千葉廠投入使用的。其軋機(jī)組成:粗軋機(jī)架3架,精軋機(jī)架7架,輥身長(zhǎng)2030mm,設(shè)計(jì)最高軋速為25m/s,產(chǎn)量為540萬(wàn)t/a。連鑄板坯經(jīng)加熱爐加熱后,在粗軋機(jī)架軋成最大厚度為50mm的中間帶坯,然后進(jìn)入熱卷箱(為了將中間坯無(wú)滯后地供給焊接裝置,在粗軋機(jī)出口側(cè)設(shè)置了3臺(tái)薄帶坯卷取機(jī)。3臺(tái)薄帶坯卷取機(jī)可同時(shí)卷取和開(kāi)卷,以縮短開(kāi)卷的周期時(shí)間,同時(shí)可吸收粗軋和精軋時(shí)間的波動(dòng)。),在熱卷箱后設(shè)有中間帶坯剪斷機(jī),將中間坯坯頭剪切平齊,采用電磁感應(yīng)焊接方法進(jìn)行焊接,焊接工序在先行的中間坯和后行的中間坯同步運(yùn)動(dòng)的焊接裝置內(nèi)進(jìn)行,焊接后的帶坯經(jīng)邊部加熱器均勻加熱后送入精軋機(jī)架軋成所需厚度的帶鋼。由于中間帶坯頭尾已經(jīng)焊接,從理論上來(lái)講是無(wú)限長(zhǎng)的,故稱(chēng)為無(wú)頭軋制。卷取機(jī)前設(shè)有高速帶鋼剪斷機(jī),將高速(最高1200m/min)前進(jìn)的帶鋼切斷分卷(兩臺(tái)卷取機(jī)交替動(dòng)作),工藝流程見(jiàn)圖1。3.1.2高能激光器焊接法1998年4月日本新日鐵(Nippon)鋼鐵公司大分廠(Oita)研制成功了利用高能激光器對(duì)位于粗、精軋機(jī)之間的中間板坯實(shí)施焊接的板材無(wú)頭軋制工藝(見(jiàn)圖2)。該焊接機(jī)是隨動(dòng)的,它可以通過(guò)對(duì)相鄰兩板坯的位置和板寬邊界的檢測(cè),自動(dòng)啟動(dòng)(或停止)焊接、調(diào)節(jié)板坯的焊接間隙。3.1.3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證從1997年P(guān)osco和Hitachi有限公司聯(lián)合著手開(kāi)始研究“采用剪切、焊接的固態(tài)疊壓法”無(wú)頭軋制技術(shù)工藝(見(jiàn)圖3),到2007年1月開(kāi)始在浦項(xiàng)鋼鐵2#熱軋生產(chǎn)廠安裝并進(jìn)行固態(tài)疊壓法無(wú)頭軋制技術(shù)工業(yè)化試生產(chǎn),整整十年時(shí)間?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明接合機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定,效果明顯,無(wú)論坯料規(guī)格如何變化,接合時(shí)間少于0.5s,且接頭處表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。至今,最大45塊坯料(超過(guò)1000t)被連續(xù)地進(jìn)行無(wú)頭熱軋;對(duì)超薄規(guī)格薄板(≤1.2mm),已連續(xù)軋制出最大10卷薄板。由于無(wú)頭軋制生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定,目前,浦項(xiàng)鋼鐵2#熱軋廠采用無(wú)頭軋制每月生產(chǎn)板卷約10萬(wàn)t。3.1.4帶鋼生產(chǎn)企業(yè)鑄軋型無(wú)頭軋制就是連鑄機(jī)和熱連軋機(jī)配置在1條生產(chǎn)線上進(jìn)行連續(xù)鑄軋的工藝(見(jiàn)圖4),具有軋線短、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。意大利鋼鐵企業(yè)AcciaieriaArvediS.P.A與西門(mén)子公司聯(lián)手打造了世界第一套ESP(EndlessStripProduction)無(wú)頭鑄軋帶鋼生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線全長(zhǎng)190m,可生產(chǎn)最大寬度為1570mm,厚度為12.0~0.8mm的帶鋼,產(chǎn)能200萬(wàn)t/a。2009年6月在Arvedi完成調(diào)試工作,全線正式投產(chǎn),2009年底產(chǎn)量40萬(wàn)t。2010年起,采用4班制,平均產(chǎn)量300t/h。工藝及設(shè)備:大包250t,可連澆8~10爐;鑄機(jī)長(zhǎng)17m,弧半徑5m,上水冷下汽霧冷卻,鑄坯速度6.5m/min,鑄坯厚由90~110mm經(jīng)輕壓到70~90mm進(jìn)入粗軋機(jī)組;粗軋機(jī)組由2架主電機(jī)功率分別為3000kW和5500kW的粗軋機(jī)組成,經(jīng)連軋大壓下至10~20mm厚的中間坯。中間坯經(jīng)過(guò)裝機(jī)容量30MW,能在幾秒鐘將其溫度加熱升高約200℃的感應(yīng)加熱爐進(jìn)行溫度補(bǔ)償。精軋機(jī)組由5架4輥精軋機(jī)組成,前3架主電機(jī)功率7000kW,后2架主電機(jī)功率5500kW。之后是層流冷卻裝置、1臺(tái)高速飛剪及3臺(tái)地下卷取機(jī)。3.1.5半鉆頭真軋生產(chǎn)線薄板坯的半無(wú)頭軋制就是超長(zhǎng)連鑄坯的連續(xù)軋制工藝。其生產(chǎn)線上的基本設(shè)備配置和傳統(tǒng)薄板坯連鑄連軋大體相同,但是技術(shù)上有較大變化,鋼水經(jīng)連鑄機(jī)澆鑄成鋼坯后,不需剪切分段直接送入輥底加熱爐進(jìn)行均熱后送入軋機(jī)軋制。如德國(guó)西馬克·德馬克公司設(shè)計(jì)的CSP連鑄機(jī)薄板坯,出結(jié)晶器時(shí)厚63mm,經(jīng)過(guò)液芯壓下離開(kāi)連鑄機(jī)時(shí)鑄坯厚48mm。鑄坯經(jīng)均熱后進(jìn)入7機(jī)架連軋機(jī)組軋制成材。鑄坯不經(jīng)剪切(傳統(tǒng)CSP技術(shù)鑄坯剪斷為40m左右)進(jìn)入加熱爐,加熱爐長(zhǎng)達(dá)300m(傳統(tǒng)CSP技術(shù)為200m左右),輸出冷卻輥道分為兩段,第一段較短,為30m左右,其中快速水冷卻集管段為10m,冷卻段后是超薄帶卷取機(jī)(旋轉(zhuǎn)卷取機(jī));第二段為傳統(tǒng)的層流冷卻和卷取機(jī),主要生產(chǎn)一般規(guī)格的熱帶。這種類(lèi)型的生產(chǎn)線以超薄規(guī)格薄帶為主,其中0.8~3.0mm的帶鋼占60%以上,高強(qiáng)鋼最小厚度為1.2mm,低碳鋼最小厚度可達(dá)0.8mm,由于采用該項(xiàng)技術(shù),雙流連鑄機(jī)最大年產(chǎn)量可達(dá)240萬(wàn)t,半無(wú)頭軋制技術(shù)利用了連鑄坯長(zhǎng)的特點(diǎn),減少了穿帶過(guò)程中產(chǎn)生的帶鋼溫度降低、厚度不易控制和生產(chǎn)不穩(wěn)定的問(wèn)題,有利于薄規(guī)格帶鋼軋制。2004年2月5日熱試投產(chǎn)的華菱集團(tuán)漣源鋼鐵公司薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線就是按半無(wú)頭軋制工藝設(shè)計(jì)建設(shè)的。由德國(guó)西馬克·德馬克公司供貨,投產(chǎn)8個(gè)月后即成功創(chuàng)造世界同類(lèi)型生產(chǎn)線半無(wú)頭軋制268m長(zhǎng)坯的最長(zhǎng)紀(jì)錄,并生產(chǎn)出厚度為0.78mm特薄熱軋帶卷。漣鋼均熱爐長(zhǎng)291.15m,是目前世界上最長(zhǎng)的均熱爐。3.2無(wú)效卷繞技術(shù)在棒制線上的應(yīng)用無(wú)頭軋制在棒線材生產(chǎn)線上的應(yīng)用,以連鑄坯焊接型為主,鑄軋型無(wú)頭軋制應(yīng)用較少,據(jù)報(bào)道新型的中間坯連接技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了一定的工業(yè)性試驗(yàn)。3.2.1日本高松廠的研究與發(fā)展:從計(jì)算到焊接該技術(shù)是連鑄方坯經(jīng)加熱爐加熱后,將前一塊鋼坯尾部和后一塊鋼坯頭部進(jìn)行對(duì)焊(閃光焊接)形成無(wú)頭坯,送熱連軋機(jī)進(jìn)行軋制,名為EWR(EndleesWeldingRolling)。自1998年3月在日本東京高松廠問(wèn)世以來(lái)有了快速地發(fā)展,閃光焊機(jī)設(shè)在加熱爐出料端后,焊接過(guò)程由計(jì)算機(jī)控制,并納入軋鋼自動(dòng)化系統(tǒng),焊接過(guò)程有良好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性,各種斷面形狀和鋼種的鋼坯均能對(duì)焊,最大規(guī)格可達(dá)200mm×200mm。唐鋼公司棒材廠的EWR裝置對(duì)焊165mm方坯所需周期約37~40s,其中焊接時(shí)間約10s。3.2.2加熱爐加熱和均熱該項(xiàng)技術(shù)由意大利達(dá)涅利公司開(kāi)發(fā),并于2000年8月在意大利烏迪內(nèi)ABS公司的50萬(wàn)t/a特殊鋼棒線材工業(yè)生產(chǎn)線中正式投產(chǎn)。鑄機(jī)產(chǎn)品為160mm×200mm鑄坯,共2流。連鑄機(jī)后設(shè)有2個(gè)淬火箱和長(zhǎng)125m輥底式加熱爐,加熱爐前設(shè)有65m長(zhǎng)雙流隧道式爐作為工序間緩沖,熱緩沖能力約為45t。生產(chǎn)線能以單流或雙流生產(chǎn),在單流生產(chǎn)時(shí),連鑄坯可以是14m以上的任意長(zhǎng)度,在連鑄和連軋兩工序間不進(jìn)行任意切割,實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了半無(wú)頭軋制。當(dāng)雙流生產(chǎn)時(shí),連鑄坯切割成45m長(zhǎng),交替送到隧道式爐中,然后送入輥底式加熱爐加熱和均熱。軋機(jī)由18架粗、中軋和預(yù)精軋機(jī)架及3架3輥RSB減定徑機(jī)架組成,在精軋機(jī)前后裝備有控溫軋制所需的必要設(shè)施,包括在線熱處理的淬火及回火(退火)設(shè)施。4在未經(jīng)處理的情況下連接金屬的技術(shù)無(wú)頭軋制工藝技術(shù),除了連鑄連軋型(包括半無(wú)頭軋制),就是金屬連接型。金屬連接是無(wú)頭軋制工藝技術(shù)的關(guān)鍵。4.1中壓壓延的連接技術(shù)中間坯連接技術(shù)是無(wú)頭軋制的關(guān)鍵技術(shù)之一,目前應(yīng)用的有:激光焊接連接法、感應(yīng)加熱連接法、疊軋壓接固態(tài)連接法等。4.1.1縫進(jìn)行局部加熱焊接激光焊接連接法是一項(xiàng)較新的連接技術(shù),當(dāng)被剪切了頭尾的前后軋件端部對(duì)接好后,利用激光對(duì)接縫進(jìn)行局部加熱實(shí)施焊接的工藝方法。焊件端部對(duì)接時(shí)不需要高的焊接壓力,有效地避免了大焊瘤的形成;采用局部加熱,又避免了焊接過(guò)程中金屬的飛濺,可縮短焊接時(shí)間和焊接設(shè)備的長(zhǎng)度。日本新日鐵(Nippon)鋼鐵公司大分制鐵采用這種方法實(shí)現(xiàn)了粗、精軋機(jī)之間的中間板坯焊接。4.1.2“集膚效應(yīng)”作用感應(yīng)加熱連接法是將前一軋件尾端和后一軋件前端保持一微小間隙,在此狀態(tài)下對(duì)板厚方向施加交變磁場(chǎng),軋件端部產(chǎn)生渦流,在“集膚效應(yīng)”作用下,待焊端部被加熱,達(dá)到熔化溫度后,將連接面壓接完成連接。感應(yīng)加熱連接技術(shù)適用的鋼種為極低碳鋼和低碳鋼,對(duì)含Ti、Nb、Si的高強(qiáng)度鋼板的連接及產(chǎn)生Cr氧化物的不銹鋼的連接是困難的,目前尚在試驗(yàn)中。日本JFE千葉廠采用的感應(yīng)加熱連接法,對(duì)接端面升溫到對(duì)焊溫度需要3~5s,從前后板坯對(duì)合、夾緊、加熱到對(duì)焊完成可控制在20s以內(nèi)。4.1.3新型擺剪連接工藝疊軋壓接固態(tài)連接法是利用鋼材在高溫狀態(tài)下塑性大,具有低應(yīng)力粘性流動(dòng)的特點(diǎn)以及充分活化造成的原子擴(kuò)散率來(lái)實(shí)現(xiàn)界面兩側(cè)金屬的冶金結(jié)合方法。采用這種獨(dú)特的新型連接技術(shù),薄的中間坯可在不到1s時(shí)間內(nèi)被連接在一起,是目前所有連接工藝中用時(shí)最短的一種技術(shù)。它利用切頭剪切的動(dòng)作,由局部除鱗、搭接、接合及切頭清理等4個(gè)步驟組成,見(jiàn)圖5。浦項(xiàng)鋼鐵與三菱日立金屬機(jī)械公司開(kāi)發(fā)的這種基于擺剪概念的新型固態(tài)連接工藝,滿足了接合時(shí)間短、接合堅(jiān)實(shí)、易于維護(hù)的要求。2006年7月在浦項(xiàng)鋼鐵2#熱軋生產(chǎn)廠完成安裝,2007年1月開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明,接合機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定,效果明顯,無(wú)論坯料規(guī)格如何變化,接合時(shí)間少于0.5s,且接頭處表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。4.2導(dǎo)電焊接法閃光對(duì)焊是現(xiàn)階段連鑄坯連接應(yīng)用的主要技術(shù),它由閃光(加熱)和頂鍛(壓力下交互結(jié)晶)兩個(gè)階段組成,目前最大焊接截面可達(dá)106mm2。工藝過(guò)程:連鑄方坯經(jīng)加熱爐加熱出爐后,與前1根在軋連鑄坯被安放成對(duì)接形式,利用焊接電流通過(guò)兩連鑄坯接觸點(diǎn)產(chǎn)生的電阻熱,產(chǎn)生強(qiáng)烈火花飛濺,形成閃光,使焊接端面金屬熔化,迅速施加頂鍛力完成的一種壓焊方法,是電阻焊的一種,名為EWR(EndleesWeldingRolling)。當(dāng)連鑄坯被安放成對(duì)接形式接通電源后,連鑄坯逐漸接近、端面局部接觸,工件端面的接觸點(diǎn)在強(qiáng)電流作用下迅速熔化、蒸發(fā)和爆破,使呈高溫粒狀的金屬?gòu)暮缚趦?nèi)高速飛濺而出;舊的接觸點(diǎn)爆破后又形成新的接觸點(diǎn),隨著連鑄坯的不斷送進(jìn),連續(xù)不斷地爆破,以及一定時(shí)間連鑄坯端部的燒損熔化,其焊口和焊接區(qū)域達(dá)到所需要的溫度,在頂鍛壓力作用下液態(tài)金屬擠出焊口,使連鑄坯焊合。5應(yīng)用總結(jié)無(wú)頭軋制理論上適用于所有長(zhǎng)材的生產(chǎn)軋制,如型材、線材、板材和管材等,因此,許多研究機(jī)構(gòu)和單位開(kāi)展了對(duì)無(wú)頭軋制技術(shù)和工藝的研究。5.1板坯連鑄連軋生產(chǎn)線在扁平材無(wú)頭軋制技術(shù)中,以薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線中實(shí)施半無(wú)頭軋制較簡(jiǎn)易可行,我國(guó)漣源鋼鐵公司CSP薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線已有良好的開(kāi)端,特別對(duì)生產(chǎn)薄規(guī)格帶鋼具有顯著優(yōu)越性;鑄軋型無(wú)頭軋制技術(shù)——ESP無(wú)頭帶鋼生產(chǎn)線對(duì)自動(dòng)控制、設(shè)備維護(hù)、操作水平等方面要求較高,2009年Arvedi工廠建設(shè)了ESP生產(chǎn)線;中間坯連接型熱連軋帶鋼無(wú)頭軋制技術(shù)也有廣闊的發(fā)展前景,但中間坯熱連接技術(shù)還有待于進(jìn)一步研究。5.2棒材金屬酶工藝特點(diǎn),我國(guó)現(xiàn)有的連鑄坯連接型棒材東南角在棒線材無(wú)頭軋制技術(shù)中,以連鑄坯焊接型無(wú)頭軋制應(yīng)用最多,在泰國(guó)、馬來(lái)西亞、墨西哥、西班牙等國(guó)若干長(zhǎng)材生產(chǎn)廠都得到采用。我國(guó)第一家