異型型材拉拔精整生產(chǎn)線

石 斌，郝金川，趙恒亮

(大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司，遼寧 大連 116013)

0 概述

隨著市場對異型型材需求的變化，對異型型材的斷面形狀和產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。日本某工業(yè)株式會社為了提高型材質(zhì)量，進(jìn)入高端產(chǎn)品市場，與大連重工起重集團(tuán)有限公司合作開發(fā)了長方形8 mm×27 mm～30 mm×100 mm、正方形20 mm～55 mm異型型材連續(xù)拉拔精整生產(chǎn)線。全線可實現(xiàn)自動化遠(yuǎn)程控制，具備在線連續(xù)生產(chǎn)高精度、高質(zhì)量異型斷面型材的能力，產(chǎn)品缺陷率幾乎為零。

1 異型型材拉拔精整生產(chǎn)線工藝布置

異型型材拉拔精整生產(chǎn)線主要生產(chǎn)高精度異型斷面的軌道鋼，其生產(chǎn)工藝布置流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of production line

坯料經(jīng)人工進(jìn)行表面檢查后由輸送輥道運往兩輥軋機(jī)進(jìn)行頭部的軋制，以配合后續(xù)拉拔機(jī)進(jìn)行拉拔。軋頭后的坯料經(jīng)步進(jìn)式加熱爐進(jìn)行加熱，以達(dá)到相應(yīng)的溫度。加熱后的坯料在進(jìn)行拉拔前還需進(jìn)行酸洗和潤滑的預(yù)處理，以除去爐生氧化鐵皮，并在坯料表面附著一層潤滑劑，以減小拉拔時生產(chǎn)的摩擦阻力。然后，軋制后的坯料頭部穿過拉拔機(jī)模具鉗口，在拉拔小車的配合下完成異型型材的拉拔。拉拔后的軋件在進(jìn)入矯直機(jī)前需進(jìn)行四個表面的彎曲掃描，并根據(jù)掃描數(shù)據(jù)調(diào)整矯直機(jī)水平輥和立輥的開度口，以確保每根軋件矯直的精度。矯直后的軋件還需進(jìn)行表面和內(nèi)部探傷，全部合格的軋件才能進(jìn)行成品的切分、打捆和裝箱等程序。

該工藝的關(guān)鍵工序有兩個:一個是坯料選材;另一個是預(yù)處理過程中酸洗液和潤滑液的使用。

1.1 坯料選材

為了生產(chǎn)出高精度、高質(zhì)量的異型型材，在坯料的選擇過程中需要注意以下幾點:

(1)毛坯的表面質(zhì)量，即銹蝕情況、氧化程度、表面是否凸凹不平等都會影響冷拔后的質(zhì)量，可造成麻點、麻面、凸凹、劃溝等現(xiàn)象;

(2)毛坯的內(nèi)在質(zhì)量，如有夾渣、裂紋等，拔制后可造成裂縫、拔斷皺褶等;

(3)坯料的形位公差如直線度、同軸度、圓柱度、平面度等都會影響拉拔后產(chǎn)品的質(zhì)量;

(4)加工余量的選擇，加工余量不宜太大，否則即使經(jīng)多次的拉拔仍無法實現(xiàn)最終尺寸，卻使型材發(fā)生加工硬化、應(yīng)力增大、塑性降低，從而降低了材料的機(jī)械性能;

(5)要防止生產(chǎn)過程中非工藝因素產(chǎn)生的缺陷如:表面碰傷、撞傷、吊運過程中的擦傷以及其它機(jī)城刮傷等。

1.2 預(yù)處理工藝

坯料的預(yù)處理過程主要包括酸洗和潤滑兩部分。

(1)對坯料進(jìn)行酸洗除去型材表面的爐生氧化鐵皮，減少拉拔時的摩擦，降低拉拔阻力，防止在拔制時產(chǎn)生劃道等缺陷。氧化鐵皮的分為三層:最外層為Fe2O3，極薄，占1% ～2%;中間層為 Fe3O4，較薄，占 4% ～18%;最里層為FeO，最厚，占80%～85%。在硫酸酸洗過程中坯料表面容易形成以 Fe2O3、Fe3O4為主的“黑渣”，在后續(xù)生產(chǎn)中形成黑斑，因 FeO、Fe3O4易溶于鹽酸，為防止黑斑的形成，在酸洗池中加入適當(dāng)濃度的NaCl，可有效去除坯料表面的黑斑。酸洗時間約30 min，酸洗過程中要經(jīng)常翻動，以確保酸洗均勻。如果酸洗時間過長或酸液濃度過高，會對坯料酸蝕過度而產(chǎn)生麻點、凸凹，反之則達(dá)不到酸洗的效果，無法去除坯料表面的氧化皮、油污。

(2)對坯料進(jìn)行表面潤滑減小拉拔時的摩擦阻力。傳統(tǒng)的型材潤滑多采用磷化加皂化的方式進(jìn)行潤滑，型材表面微小缺陷容易被表面處理層所覆蓋，表面質(zhì)量無法保證，且潤滑時間較長，生產(chǎn)效率低。和傳統(tǒng)潤滑工藝相比，采用樹脂作潤滑劑作為型材潤滑，因為樹脂具有極強的附著能力，同時也有相當(dāng)好的延展性能，且潤滑所需要用的時間大大降低，可有效的提高生產(chǎn)率。其潤滑的原理是不經(jīng)過磷化過程而靠樹脂極強的附著能力附著在坯料表面。此種潤滑原理與磷化加潤滑(皂化)相比有明顯的區(qū)別，經(jīng)拉拔出來的型材呈鐵基體的本色，既有高的光潔度又有漂亮的色澤，且潤滑處理時間短，生產(chǎn)效率高。

2 主要生產(chǎn)裝備

根據(jù)工藝要求選擇工藝設(shè)備是決定生產(chǎn)線技術(shù)水平和工藝特色的關(guān)鍵，在工藝方案確定以后，選擇不同的生產(chǎn)設(shè)備可能對項目的最終發(fā)展方向起到?jīng)Q定性的作用，以下是本異型型材拉拔精整生產(chǎn)線主要工藝設(shè)備。

2.1 軋頭機(jī)

軋頭機(jī)主要為拉拔機(jī)配套，將坯料頭部軋制成規(guī)定的形狀和尺寸，以便坯料頭部能夠順利穿過拉拔模具。軋頭機(jī)由軋輥、減速傳動等組成。軋頭機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)可靠，使用安全、方便、噪音小、生產(chǎn)效率高便于維修等特點。軋頭機(jī)代替以往空氣錘加熱鍛打的老式工藝，軋制中心線與拉拔機(jī)中心線一致，以便達(dá)到高效、高質(zhì)、節(jié)能、環(huán)保的目的。

2.2 步進(jìn)式加熱爐

加熱爐采用側(cè)進(jìn)側(cè)出方式，輥道出鋼。爐體設(shè)計考慮各鋼種加熱工藝制度及冷熱裝爐的復(fù)雜性，步進(jìn)梁及其框架設(shè)計成分段結(jié)構(gòu)，這樣即可滿足爐底分段操作，又可兩段爐底梁以一個整體同步運行。爐底傳動采用具有良好的升降框架和平移框架的定心裝置的雙輪斜軌式步進(jìn)機(jī)構(gòu)，從而使步進(jìn)機(jī)構(gòu)易于安裝調(diào)整，運行平穩(wěn)可靠，減少了型材跑偏現(xiàn)象。步進(jìn)梁機(jī)構(gòu)采用節(jié)能型的液壓系統(tǒng)，可降低電機(jī)容量。系統(tǒng)配有變量泵和比例閥，可以實現(xiàn)坯料的“慢起慢停”、“輕托輕放”，可減少氧化鐵皮脫落，避免因撞擊引起的水冷梁絕熱層破損及擦傷爐內(nèi)坯料。步進(jìn)梁立柱和雙水管采用縱梁結(jié)構(gòu)，使立柱數(shù)量減少近一半，有利于水梁黑印的消除和減少散熱面積降低能耗。

2.3 拉拔機(jī)

拉拔機(jī)由電機(jī)驅(qū)動裝在同一主軸上的兩個完全相同且相位相差180°的雙面圓柱凸輪，帶動兩臺拉拔小車交替往復(fù)運動。每臺拉拔小車上均裝有夾鉗，當(dāng)兩個小車交替地從前向后移動時，即可連續(xù)不斷地將型材拉出模孔，實現(xiàn)對型材的連續(xù)拉拔。小車在凸輪的控制下完成加速、勻速、減速、回程等運動，并在勻速段夾持型材進(jìn)行拉伸變形。

兩臺拉拔小車的鉗口相互交替地夾持型材，而鉗口的打開與閉合卻由同一液壓系統(tǒng)來控制，保證兩臺小車準(zhǔn)確同步。該液壓控制系統(tǒng)由機(jī)械部分和泵源動力部分組成。在柱塞液壓缸與鉗口液壓缸組成閉合的液壓油路中，設(shè)有凸輪控制裝置。該裝置是通過裝在同一主軸上的徑向凸輪，控制兩柱塞液壓缸的交替工作。跟隨徑向凸輪周期曲線的變化控制兩柱塞液壓缸動作，其柱塞缸所處的油路產(chǎn)生壓差，從而控制兩驅(qū)動鉗口液壓缸的動作，使其在勻速段、加速段、減速段夾住棒材，回程段松開型材。

拉拔鉗口安裝在夾鉗導(dǎo)板內(nèi)，可在導(dǎo)向滾柱內(nèi)自由移動。鉗口的形狀決定了被拉伸型材的形狀和尺寸。其最大優(yōu)點是型材呈直條狀通過拉撥機(jī)，型材截面不受彎曲應(yīng)力的作用、長度不受限度。產(chǎn)品的尺寸和形狀公差能得到很好的控制。

設(shè)置在小車前部的拉模座采用球形設(shè)計，可在自由定心的情況下進(jìn)行固定，操作調(diào)整方便，使拉伸時模具與小車在一條直線上，提高拉拔品質(zhì)和直線精度。

2.4 矯直機(jī)

矯直機(jī)采用兩臺10輥懸臂式定節(jié)距矯直機(jī)，矯直速度10～35 m/min。兩臺矯直機(jī)采用90°布置。分別對軋件的四個表面進(jìn)行矯直。每臺矯直機(jī)均由機(jī)架、上矯直輥裝配、下矯直輥裝配、上矯直輥壓下裝置、矯直輥軸向調(diào)整裝置、蓋板、進(jìn)出口可調(diào)式導(dǎo)向裝置、出口槽鋼整形裝置、主傳動系統(tǒng)以及潤滑配管等部分組成。

矯直機(jī)機(jī)架采用Q345B鋼板整體焊接而成。

下矯直輥裝配由矯直輥軸、軸承、輥環(huán)、杯套以及端蓋等部分組成。矯直輥軸為42CrMo，由三組雙列調(diào)心滾子軸承和一組雙向推力球軸承支撐，端蓋采用旋轉(zhuǎn)骨架接觸密封。輥軸的兩端支撐軸承分別通過兩個杯套安裝在矯直機(jī)機(jī)架的安裝孔內(nèi)，并可在安裝孔內(nèi)自由的移動。矯直輥輥環(huán)與輥軸間為雙鍵聯(lián)接，通過雙螺母鎖緊，由菊花形墊圈定位。下矯直輥環(huán)更換時，只需將雙螺母松開半圈后，將菊花形墊圈旋轉(zhuǎn)一定的角度，便可用輥徑拆卸工具對輥環(huán)實施更換。該機(jī)構(gòu)可實現(xiàn)矯直輥輥環(huán)的快速更換。

上矯直輥裝配與下矯直輥裝配的形式基本相同。區(qū)別在于整個上矯直輥安裝在一個整體的滑座內(nèi)。在滑座的前后兩側(cè)面設(shè)有自潤滑耐磨襯板，整個上矯直輥裝配滑座可在上矯直輥壓下裝置的驅(qū)動下進(jìn)行壓下或抬起。

上、下矯直輥軸向調(diào)整裝置設(shè)置在上、下矯直輥軸的尾部，用于實現(xiàn)上、下矯直輥軸向的調(diào)整。該機(jī)構(gòu)由一臺交流電機(jī)驅(qū)動蝸桿蝸輪旋轉(zhuǎn)，通過與蝸輪內(nèi)孔的螺紋付推動整個上、下矯直輥裝配做軸向運動，從而實現(xiàn)其軸向的調(diào)整。

每套上矯直輥均設(shè)有一套壓下裝置。每套壓下裝置由一臺交流電機(jī)通過齒輪付同時驅(qū)動兩套蝸輪蝸桿壓下機(jī)構(gòu)或一個指針盤。指針盤用于顯示上矯直輥的壓下行程。兩套蝸輪蝸桿壓下機(jī)構(gòu)由一個剛性聯(lián)軸器相聯(lián)。同時在操作側(cè)的壓下蝸桿軸端部還設(shè)有手動壓下調(diào)整手輪，以便通過手動對壓下進(jìn)行微調(diào)。每套壓下蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的下部均設(shè)有一套彈簧平衡機(jī)構(gòu)，用于平衡上矯直輥的重量。

在矯直機(jī)的進(jìn)出口側(cè)還設(shè)有導(dǎo)向裝置。可以根據(jù)軋件的規(guī)格進(jìn)行人工手動調(diào)整。

矯直機(jī)的主傳動系統(tǒng)由一臺交流變頻調(diào)速電機(jī)、聯(lián)合減速機(jī)及5根萬向接軸、聯(lián)軸器等部分組成。電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動復(fù)合減速機(jī)，減速機(jī)輸出軸通過五根萬向接軸直接驅(qū)動下矯直輥工作。

2.5 探傷設(shè)備

該生產(chǎn)線配有渦流探傷儀和超聲波探傷儀各1臺，分別檢測棒材的表面缺陷和內(nèi)部缺陷，2臺設(shè)備可以單獨在線使用，最大檢測速度為1 m/s。

渦流探傷儀在線檢測，具有對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)識功能，能檢測出產(chǎn)品近表面的凹坑、折疊、擦傷、央渣、耳子、雀皮等自然缺陷。若產(chǎn)品出現(xiàn)周期性的缺陷。則可以進(jìn)行提醒報警，還具有檢測數(shù)據(jù)的輸入、記錄、存儲、統(tǒng)計、查詢及通訊功能。

超聲波探傷主要是判斷型材內(nèi)部有無缺陷，若有缺陷時，確定缺陷的大小和位置，進(jìn)而評價其有無使用價值和修復(fù)的可能性。超聲波探傷機(jī)是利用超聲能透入型材的深處，并由一界面進(jìn)入另一界面，在界面邊緣發(fā)生反射的特點來檢測型材內(nèi)部缺陷。當(dāng)超聲波束自探頭發(fā)射穿透至型材內(nèi)部，遇到缺陷與型材表面時就會分別發(fā)出反射波，在熒光屏上形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形可判斷缺陷位置和大小。檢測精度可達(dá)1.2 mm×15 mm，檢測速度在0～1 m/s。

2.6 貼標(biāo)機(jī)

形式:氣動貼標(biāo);

簽字符:數(shù)字、字母、標(biāo)記;

字符插入:計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)自動采集或手動鍵盤輸入;

貼標(biāo)速度:≤25次/min;

貼標(biāo)精度: ±1 mm。

2.7 打捆機(jī)

該打捆機(jī)由壓緊頭、打捆頭、升降臺板、供線裝置、電氣和液壓設(shè)備組成，采用液壓傳動和可編程序(PLC)控制。打捆機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作由液壓系統(tǒng)完成，工作平穩(wěn)無沖擊，系統(tǒng)響應(yīng)速度快。液壓泵站設(shè)置了一個備用泵，以實現(xiàn)泵體在線更換的要求。操作系統(tǒng)設(shè)置手動和自動操作兩種模式，可隨意調(diào)整系統(tǒng)壓力。具有良好的維護(hù)性能，使維修人員容易接近維修部位。系統(tǒng)還設(shè)置故障自動報警系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)故障可以立即發(fā)現(xiàn)并快速解決。

3 精整效果

精整后，型材的外形尺寸、表面清潔度、彎曲度、各項物理指標(biāo)均得到了極大改善。通過全自動貼標(biāo)機(jī)組和打捆機(jī)組，使型材的商品化包裝質(zhì)量得到了極大提高。漏磁探傷、超聲波探傷檢測系統(tǒng)配備有檢測缺陷的存貯、打印、噴標(biāo)，缺陷材料的聲光報警，全自動剔除等功能，型材經(jīng)過漏磁和超聲波無損檢測，其表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量獲得了可靠保證，產(chǎn)品的供貨質(zhì)量得到了提高，為出口鋼材創(chuàng)造了條件。

4 結(jié)語

目前我國型材生產(chǎn)的設(shè)備和技術(shù)已達(dá)到或基本達(dá)到國際先進(jìn)水平，但異型斷面型材的生產(chǎn)技術(shù)水平還沒有達(dá)到國際先進(jìn)水平。大連重工起重集團(tuán)有限公司與日本某工業(yè)株式會社合作開發(fā)的異型型材拉拔精整生產(chǎn)線具有設(shè)備自動化程度高、產(chǎn)品精度高、產(chǎn)品質(zhì)量高等特點，為異型型材產(chǎn)品進(jìn)軍國際市場提供了充分條件。

［1］ 周濟(jì)．冷拔新技術(shù)與冷拔設(shè)備使用維護(hù)及產(chǎn)品表面處理工藝實用全書［M］．北京:中國冶金出版社，2006．

［2］ 編委會．最新各種無縫鋼管熱軋、冷拔生產(chǎn)技術(shù)要點與疑難問題對策分析及國家強制標(biāo)準(zhǔn)實用手冊［M］．北京:北方工業(yè)出版社．

［3］ 鄒家祥．軋鋼機(jī)現(xiàn)代設(shè)計理論［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，1991．

［4］ 馬鵬飛，李美蘭．熱處理技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社．