高精度模具扁鋼生產(chǎn)線的研制

高精度模具扁鋼生產(chǎn)線的研制

1高精度模具生物生產(chǎn)生產(chǎn)線隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，壓裂加工制造業(yè)也得到了迅速發(fā)展，壓裂加工行業(yè)已成為國家工業(yè)制造水平的重要標(biāo)志。雖然國內(nèi)的模具工業(yè)發(fā)展也很快,產(chǎn)量已居于世界前列,但仍存在許多問題和差距,如壽命較短、制造周期長、尺寸精度低、表面粗糙度高、成本高。上述問題無一不與模具鋼制造水平密切相關(guān),為此撫順特殊鋼集團(tuán)公司在“九五”初期,建成了一條高精度模具扁鋼生產(chǎn)線。該條生產(chǎn)線是亞洲唯一一條引進(jìn)奧地利GFM公司W(wǎng)F型的具有國際先進(jìn)水平的生產(chǎn)線。該條生產(chǎn)線年產(chǎn)高精度方/扁鋼5萬t,品種(代表鋼種):718、P20、M2、D2、45、T7、9SiCr、60Si2Mn、2Cr13、1Cr18Ni9,規(guī)格:40～310mm×10～80mm、6～8m定尺?？砂碊IN標(biāo)準(zhǔn)尺寸公差的1/2值交貨,矩形斷面的角部極尖(r≤0.5mm)。2u3000機(jī)、輥道、雙冷道間冷液和壓車由鍛造廠或850初軋廠提供的鍛坯或初軋坯經(jīng)檢查清理后運(yùn)至本廠。坯料經(jīng)上料臺架由鏈?zhǔn)揭其摍C(jī)、運(yùn)輸輥道、推鋼機(jī)進(jìn)入端進(jìn)側(cè)出步進(jìn)底連續(xù)3段式加熱爐內(nèi)加熱至出鋼溫度,再由可橫向移動的出鋼機(jī)將坯料推出加熱爐,經(jīng)爐前運(yùn)輸輥道將其運(yùn)入高壓水除鱗機(jī),坯料經(jīng)除磷后由輥道、移鋼機(jī)和Φ650三輥粗軋機(jī)機(jī)前輥道、機(jī)后升降臺往復(fù)送往650軋機(jī)進(jìn)行3～7道次的軋制,再經(jīng)擺式切頭剪切去頭尾后送往WF5-40精軋機(jī)組(5機(jī)架平立布置)進(jìn)行3或5道次可逆、無扭、微張力控制的連續(xù)軋制,軋件經(jīng)鏈?zhǔn)揭其摍C(jī)、輥道運(yùn)至Φ1000mm無齒鋸(砂輪片)進(jìn)行頭尾切除并切成定尺。定尺材根據(jù)要求進(jìn)入熱收集槽收集后紅送退火(或進(jìn)入緩冷坑緩冷),或進(jìn)入保溫箱緩冷,或經(jīng)齒條式步進(jìn)冷床進(jìn)入冷收集裝置進(jìn)行收集。對于需要熱處理的鋼材經(jīng)過垮臺車運(yùn)往熱處理間進(jìn)行處理。后部精整線布有一臺8輥立輥大扁鋼矯直機(jī)、兩臺5輥輥式小扁鋼矯直機(jī)、一臺數(shù)控立式液壓壓力矯直機(jī)和兩臺水平液壓壓力矯直機(jī)。根據(jù)鋼材的不同截面在相應(yīng)的矯直機(jī)上矯直,再運(yùn)至高強(qiáng)度8拋頭拋丸機(jī)內(nèi)進(jìn)行表面清理,后經(jīng)吊車運(yùn)至檢查臺架上由人工肉眼檢查表面、用超聲波探傷儀檢查內(nèi)部質(zhì)量,經(jīng)挑選修磨清理和鋸切等工序后將合格產(chǎn)品包裝入庫。3wf5-40w鋼閥根據(jù)產(chǎn)品大綱要求,選定WF5—40機(jī)組,5機(jī)架2輥軋機(jī)呈平、立、平、立、平布置,軋輥名義直徑400mm。3.1液壓馬達(dá)傳動每架軋機(jī)主傳動由4臺(水平機(jī)架)或3臺(立式機(jī)架)液壓馬達(dá)并聯(lián)驅(qū)動。因可逆軋制調(diào)速范圍大,為縮小液壓馬達(dá)調(diào)速范圍,配有雙變速齒輪座。水平機(jī)架齒輪座與軋輥之間用兩根萬向接軸聯(lián)接。立式機(jī)架齒輪座與變向傘齒輪箱之間由一根主軸聯(lián)接,傘齒輪箱將傳動方向改變90°后也是由兩根萬向接軸同軋輥聯(lián)接。牌坊采用閉式機(jī)架,軋輥由滾動軸承支承,全部軋輥由液壓缸平衡。最高軋制速度4.5m/s。該機(jī)組具有過載保護(hù)功能。3.2出入側(cè)輥?zhàn)訉?dǎo)衛(wèi)水平軋機(jī)軋輥出入側(cè)有兩對立式輥?zhàn)訉?dǎo)衛(wèi)及兩對衛(wèi)板。立式軋機(jī)軋輥出入側(cè)裝有兩個導(dǎo)衛(wèi)支架,其上有兩對水平輥式導(dǎo)衛(wèi),另裝有兩對衛(wèi)板。立式輥?zhàn)訉?dǎo)衛(wèi)以引導(dǎo)軋件在軋制線上,水平輥式導(dǎo)衛(wèi)除引導(dǎo)作用外,還防止立軋道次時,軋件彎曲。衛(wèi)板用來防止軋件貼輥。3.3u3000輥道的速度與軋軋線的關(guān)系在WF5—40機(jī)組出入側(cè)安有導(dǎo)入輥道,輥道的速度隨軋機(jī)速度可調(diào),兩輥道在軋輥端的高度隨軋制線可調(diào),輥道上帶有對中矯直導(dǎo)板且有冷料拒入功能。3.4導(dǎo)衛(wèi)調(diào)整和水平導(dǎo)衛(wèi)控制每架軋機(jī)主傳動由液壓馬達(dá)驅(qū)動,每架軋機(jī)每一道次都可以單獨(dú)調(diào)整軋制速度。一個微信息處理器控制軋制速度,以獲得在軋機(jī)間軋件內(nèi)的微張力。軋輥調(diào)正、立式輥?zhàn)訉?dǎo)衛(wèi)調(diào)整和水平導(dǎo)衛(wèi)支架調(diào)整均由交流伺服電馬達(dá)實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控軸按照軋制程序相對軋制線同步調(diào)整。導(dǎo)入輥道的速度、高度及對中矯直導(dǎo)板開口度,都由數(shù)控軸按照軋制程序控制調(diào)整。視成品尺寸不同,所有扁鋼從合適的方、扁坯開始,可用1、3或5個可逆道次軋成。對大部分成品規(guī)格僅需要3個可逆道次,即:15次壓縮即可。這些程序編入PC后同數(shù)控計算機(jī)(CNC)聯(lián)網(wǎng)。在程序轉(zhuǎn)換2秒和機(jī)組5秒內(nèi)可逆轉(zhuǎn)準(zhǔn)備下道軋制。4gfm軟件的模擬為方便地根據(jù)所軋產(chǎn)品的鋼種和尺寸設(shè)定和修改軋制程序,GFM公司設(shè)計了一種叫Rollmaster的軟件包。為生成軋制某種特定產(chǎn)品的CNC程序,須向計算機(jī)輸入原始條件:鋼種、坯料寬度和厚度、成品寬度和厚度、軋件溫度、軋件速度、張力設(shè)定值等。該程序按照確定的數(shù)學(xué)模型對軋制過程工藝參數(shù)進(jìn)行計算并輸出:各機(jī)架軋后軋件尺寸、輥縫、軋件出口速度、軋件溫度、軋制力和軋制力矩、各道次壓下量、軋制周期等,輸入過程完成后,自動生成的軋制程序存儲在編程站的硬盤上加以修改或備用。GFM軟件中軋制工藝參數(shù)數(shù)學(xué)模型主要有5個類型:①變形區(qū)幾何參數(shù)模型;②寬展模型;③軋制速度模型;④力能參數(shù)模型;⑤軋制溫度模型。4.1u3000內(nèi)—變形區(qū)幾何參數(shù)模型輥縫和軋件變形區(qū)幾何尺寸如圖1所示。咬入長度:Ld=√RΔΗ-ΔΗ24(1)Ld=RΔH?ΔH24???????????√(1)式中R—軋輥半徑;ΔH—變形量。咬入角:α=arcsinLdR(2)α=arcsinLdR(2)中性面距軋輥中心連線的距離:Xs=Ld2-ΔΗ4μ(3)Xs=Ld2?ΔH4μ(3)μ—摩擦系數(shù);中性面角:β=arcsinXsR(4)β=arcsinXsR(4)壓力錐深度:Τs=12(Ldμ-ΔΗ2)(5)中性面處軋件高度:Hs=H1+2R(1-cosβ)(6)4.2導(dǎo)工藝編程特點(diǎn)軋件寬展過程如圖2所示。GFM寬展公式是一個經(jīng)驗(yàn)公式。公式考慮了變形過程中壓下量、原始尺寸、摩擦系數(shù)、輥徑及軋件變形形狀的影響,用它來指導(dǎo)工藝編程。ΔB=2ΔΗΤsΗ1f1f2(7)式中ΔB―軋件的平均寬展量;B0、B1―軋件軋前、后的寬度;f1―形狀影響系數(shù),表示Ld與B0的比值的影響系數(shù),f1≥1。f2―形狀影響系數(shù),表示H0與B0的比值的影響系數(shù),f2≥1。當(dāng)Ld/B0=1時,f1=1Ld/B0＞1時?f1=3√LdB0Ld/B0＜1時?f1=3√B0LdB0/Η0≤1時?f2=3√Η0B0B0/Η0＞1時?f2=1B1=B0+ΔB(8)4.3不考慮張力的轉(zhuǎn)速WF5-40連軋機(jī)組各機(jī)架轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖3所示。連軋機(jī)為保證成品質(zhì)量及順利軋制,必須實(shí)行軋制過程的微張力控制。在初始速度(V0)已知的條件下,系統(tǒng)按秒流量相等的原則(不考慮張力)得出各機(jī)架的轉(zhuǎn)速nw1、nw2、nw3、nw4、nw5。在上述設(shè)定的基礎(chǔ)上,保持nw5不變,其它機(jī)架相對它的后一機(jī)架轉(zhuǎn)速降低一個百分?jǐn)?shù),則有:微張力時各機(jī)架轉(zhuǎn)速為n1、n2、n3、n4、n5。n1=nw1(1-0.5%)4n2=nw2(1-0.5%)3n3=nw3(1-0.5%)2n4=nw4(1-0.5%)1n5=nw5根據(jù)各機(jī)架的機(jī)架的軋輥轉(zhuǎn)速,可以計算出相應(yīng)的入口速度和出口速度,使微張控制得以實(shí)現(xiàn)。4.4不同鋼種的熱動力系數(shù)軋制力的計算結(jié)果,直接影響到輥縫的設(shè)定,也必然影響到軋件的尺寸精度,同時也對各機(jī)架進(jìn)行強(qiáng)度校核,GFM公司給出下列公式計算變形抗力Kfm:Κfm=Κf0Κ1e-m1θ0Κ2ψm2Κ3˙ψm3(9)式中Kf0―材料本身在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度(N/mm2)。K1、K2、K3、m1、m2、m3-材質(zhì)的熱動力系數(shù),其中K1、m1是溫度影響系數(shù),K2、m2是變形程度影響系數(shù),K3、m3是變形速度影響系數(shù)。θ0―變形溫度(℃)。ψ=lnΗ0Η1(10)˙ψ=ψtk(11)tk=2LdV0+V112)對于不同的鋼種具有不同的熱動力系數(shù),已經(jīng)提供了200多個模具鋼號的熱動力系數(shù)。平均單位壓力模型KWM:KWM=KfmKH(13)KH―壓力錐影響系數(shù),ΚΗ=1+ΤSΗ1(14)4.5非軋或非樣品狀態(tài)在計算軋件溫度變化時,分兩種情況,軋制狀態(tài)和非軋制狀態(tài)(傳送階段)來進(jìn)行,在非軋制狀態(tài)即傳送階段,主要考慮了輻射引起的溫降。軋制狀態(tài)主要考慮了軋件與軋輥的傳導(dǎo)熱及軋件變形熱引起的溫度變化。5u3000輥縫尺寸范圍小、可實(shí)現(xiàn)多道次軋件該軋機(jī)具有無孔型(平輥)、數(shù)字控制可調(diào)整導(dǎo)衛(wèi)裝置、液壓馬達(dá)驅(qū)動(與電機(jī)比有響應(yīng)快等特點(diǎn))、計算機(jī)自動生成軋制程序、微張力控制和CNC控制對軋輥的精確調(diào)整等功能,其特點(diǎn)如下:1)由于軋輥無孔型,可實(shí)現(xiàn)短輥身,提高軋機(jī)剛度。但只能生產(chǎn)矩型斷面鋼材。2)由于軋輥空間平/立布置,則形成了空間矩形孔。由于平、立軋機(jī)軋輥輥縫尺寸是連續(xù)無級調(diào)整的,因此該空間矩形孔尺寸也是連續(xù)無級變化的,即可以得到在輥縫極限尺寸范圍內(nèi)的任何尺寸規(guī)格產(chǎn)品。3)由于連軋機(jī)在極短時間里進(jìn)行可逆軋制成為可能,這樣就可以減少的投資。4)可實(shí)現(xiàn)輕壓下和多道次軋制。使軋件尺寸精度高、形狀準(zhǔn)確和角部極尖,即使高合金鋼也不會產(chǎn)生角裂。5)無需換輥、換孔型、換導(dǎo)衛(wèi)和試驗(yàn)軋件。6)傳動采用液壓馬達(dá),具有良好的響應(yīng)特性。7)