35 MN“C”型板式張力拉伸機(jī)組

常 瑜，汪恩輝，黃維勇，何 潛，左雁冰

(中國重型機(jī)械研究院股份公司, 陜西 西安 710032)

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35 MN“C”型板式張力拉伸機(jī)組

常 瑜，汪恩輝，黃維勇，何 潛，左雁冰

(中國重型機(jī)械研究院股份公司, 陜西 西安 710032)

為滿足國家對高品質(zhì)鋁合金板材的需求，中國重型機(jī)械研究院股份公司(簡稱中重院)為廣西柳州銀海鋁業(yè)股份有限公司研制了一臺35MN張力拉伸機(jī)，本文主要介紹了該機(jī)組的設(shè)備組成，工藝流程，主要技術(shù)參數(shù)。拉伸機(jī)采用了新型結(jié)構(gòu) “C”型板式結(jié)構(gòu)，滿足了拉伸頭的剛性，加工容易，運(yùn)輸方便。采用ANSYS軟件進(jìn)行強(qiáng)度結(jié)構(gòu)分析。通過現(xiàn)場使用情況表明，該設(shè)備技術(shù)參數(shù)合理，性能滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品綜合質(zhì)量達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

張力拉伸；“C”型板；鋁合金

0 前言

隨著我國航空航天、軍工以及交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，對鋁合金材料特別是高品質(zhì)的鋁合金板材的質(zhì)量要求越來越高，需求越來越迫切。多數(shù)鋁合金板材尤其是經(jīng)過熱處理的高強(qiáng)度合金鋁板材需要經(jīng)過板材拉伸機(jī)進(jìn)行預(yù)拉伸，消除板材殘余內(nèi)應(yīng)力，矯直和平整板材。

目前，我國已經(jīng)逐漸成為鋁合金板材生產(chǎn)和消費(fèi)大國。但是相應(yīng)的應(yīng)用于航空級鋁合金板生產(chǎn)的張力拉伸機(jī)設(shè)備還很少應(yīng)用。目前國內(nèi)投產(chǎn)使用的20 MN以上的鋁合金板材拉伸機(jī)共3臺。一臺是中重院研制開發(fā)的120 MN張力拉伸機(jī)，安裝在西南鋁，主要用于航空用鋁合金厚板拉伸；一臺是70年代重機(jī)廠設(shè)計(jì)制造的60 MN鋁板拉伸機(jī)，安裝在西南鋁,實(shí)際拉伸力只能達(dá)到45 MN，并且因設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等原因，斷帶緩沖功能欠缺，使得該拉伸機(jī)使用性能較差，維護(hù)更換困難；還有一臺也是70年代引進(jìn)的國外二手設(shè)備，拉伸力為40 MN，安裝在東北輕合金廠，也存在類似的問題。因此開發(fā)研制出需求廣泛的中型鋁合金板材拉伸機(jī)對我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

為此,中國重型機(jī)械研究院股份公司(簡稱中重院)為廣西柳州銀海鋁業(yè)股份有限公司設(shè)計(jì)制造了成套設(shè)備——35 MN張力拉伸機(jī)組，用于滿足當(dāng)前航空用鋁合金板材的需要。

1 設(shè)備組成及工藝流程

35 MN張力拉伸機(jī)組由活動機(jī)頭、固定機(jī)頭、主拉伸缸、壓梁、軌道、輔助設(shè)備等組成。整體結(jié)構(gòu)簡圖如圖1。壓梁3沒有直接與基礎(chǔ)作用，而是分別連接于活動機(jī)頭2和固定機(jī)頭6的兩側(cè)，活動機(jī)頭2和固定機(jī)頭6通過下面的行走裝置作用在軌道上，活動機(jī)頭2的后面設(shè)有復(fù)位裝置1，但發(fā)生斷帶沖擊時復(fù)位裝置1對設(shè)備起一定的緩沖保護(hù)作用，大大地減少了對基礎(chǔ)的沖擊，這種設(shè)計(jì)不僅結(jié)構(gòu)簡單，成本不高，而且設(shè)計(jì)巧妙，合理，實(shí)用。

1.復(fù)位裝置 2.活動機(jī)頭 3.壓梁 4.拉伸材料 5.主拉伸缸 6.固定機(jī)頭圖1 35 MN拉伸機(jī)機(jī)組的組成Fig.1 Constitute of 35 MN tension strengthener

該拉伸機(jī)的工藝流程如圖2所示。

圖2 35 MN拉伸機(jī)的工藝流程Fig.2 Process flow of 35 MN tension strengthener

2 機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)廣西柳州銀海鋁業(yè)股份有限公司提出的產(chǎn)品大綱，經(jīng)過計(jì)算，反復(fù)論證比較，最終確定該機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 35 MN拉伸機(jī)機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)

3 拉伸頭“C”型板式結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的拉伸機(jī)用于夾緊拉伸的機(jī)頭采用整體鑄鍛件，雖然剛性好，對于大噸位、寬厚板拉伸機(jī)來說,使用這種結(jié)構(gòu)會存在以下問題:

(1)由于板材最大寬度達(dá)到3 000 mm，故設(shè)計(jì)出的拉伸頭鉗口寬度將近5 000 mm，因其封閉結(jié)構(gòu)限制，一般的鏜床很難實(shí)現(xiàn)夾緊斜面的加工。

(2)拉伸頭整體重量屬于加工極限重量，高達(dá)300多t,轉(zhuǎn)運(yùn)難度大。在加工廠起重能力不能滿足要求時，需用兩臺天車與掛梁進(jìn)行吊裝。這樣一來成本很大。而且整體運(yùn)輸也存在困難。

為了解決以上問題，35 MN拉伸機(jī)采用了“C”型板式組合的設(shè)計(jì)方案。如圖3所示。

圖3 “C”型板式組合的機(jī)頭結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of strengthener-head with C-type-plate

若干“C”型板縱向排列，用上下四個拉桿從側(cè)面連接。“C”型板的片數(shù)由拉伸板帶的寬度決定，并使排布的“C”型板寬度大于拉伸板帶的寬帶。上下兩塊加強(qiáng)板對“C”型板進(jìn)行左右輔助固定，增加了拉伸頭的剛性。上下橫梁用拉桿連接，對“C”型板進(jìn)行上下定位，同時對拉桿施加預(yù)應(yīng)力，也可以增加拉伸頭的剛性。上下鉗口組件分別固定在“C”型板的“C”型腔的上下斜面，鉗口的大小通過上下夾鉗與“C”型板上下斜面配合的相對位置決定，通過液壓缸驅(qū)動上下夾鉗后面的定位桿進(jìn)行定位。

采用“C”型板式組合結(jié)構(gòu)，每塊“C”型板厚度僅200 mm，重量16 t，單獨(dú)進(jìn)行加工，最后組裝起來。鉗口組件是拉伸頭的靈魂部位。上下鉗口組件分別作為一個整體進(jìn)行加工，這樣由于重量輕，既容易加工與運(yùn)輸，又容易保證鉗口的精度。

取整個結(jié)構(gòu)的1/4模型，采用ANSYS軟件進(jìn)行分析計(jì)算。

取兩種工況：鋁合金板材截面尺寸(寬×厚)800 mm×100 mm(最大厚度)；鋁合金板材截面尺寸(寬×厚)3 000 mm(最大寬度)×50 mm拉伸力 35 MN。

分析結(jié)果如圖4、5所示。

鋁合金板材截面尺寸(寬×厚)800 mm×100 mm(最大厚度)

圖4 應(yīng)力應(yīng)變圖Fig.4 Stress and strain contour

鋁合金板材截面尺寸(寬×厚)3 000 mm×50 mm(最大厚度)

圖5 應(yīng)力應(yīng)變圖Fig.5 Stress and strain contour

由圖4和圖5可見，兩種工況下，拉伸頭的最大應(yīng)力均出現(xiàn)在零部件接觸的尖角和棱邊處，應(yīng)力集中嚴(yán)重。但整個機(jī)架上應(yīng)力分布較為均衡，應(yīng)力值為30 MPa左右，位移值為1.5 mm左右。總體看來機(jī)架剛性和強(qiáng)度都很好。

4 結(jié)語

由中重院為廣西柳州銀海鋁業(yè)股份有限公司成套供貨的35 MN張力拉伸機(jī)，改變了傳統(tǒng)的拉伸頭整體鑄鍛造結(jié)構(gòu)，采用了易于加工運(yùn)輸?shù)摹癈”型板式組合結(jié)構(gòu)，通過有限元分析計(jì)算證明此結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性均合理。該設(shè)備目前已經(jīng)調(diào)試完成并順利投產(chǎn)。根據(jù)現(xiàn)場使用情況表明：該設(shè)備技術(shù)參數(shù)合理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品綜合質(zhì)量達(dá)到國際領(lǐng)先水平。該機(jī)組的成功研制，為國家提供了強(qiáng)有力的材料支撐。

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35 MN C-type-plate tension strengthener of Guangxi Liuzhou Yinhai Aluminum Co., Ltd.

CHANG Yu，WANG En-hui， HUANG Wei-yong，HE Qian，ZUO Yan-bing

(China National Heavy Machinery Research Institute Co.,Ltd., Xi’an 710032，China)

For meeting the requirement of the country for high-quality aluminum-alloy material, a 35 MN tension strengthener is developed by China national heavy machinery research institute Co., Ltd., it served Guangxi Liuzhou Yinhai Aluminum Co., Ltd., This article mainly introduced its equipment configuration, process flow, main technical parameters and new C-type-plate structure of the strengthener head, etc., The C-type-plate could increase rigidity of the strengthener head, and easy processing and convenient transportation. Strength structure of the strengthener head is analyzed by ANSYS. The operation results indicate that its technical parameters are reasonable and its capability meet to design require. Not only the equipment operation is stable and reliable, but also the comprehensive quality of products reaches the international one-up level.

tension strengthener; C-type-plate; aluminum alloy

2015-12-21；

2016-06-10

常瑜(1982-)，女，工程師，從事管棒型材矯直設(shè)備的研發(fā)與設(shè)計(jì)工作。

TG333

A

1001-196X(2016)05-0022-04