鋁箔軋機的工作原理與日常維護

郭文俊

（廈門廈順鋁箔有限公司，福建 廈門 361000）

鋁箔軋制有別于一般鋼帶，其特點是負輥間隙軋制。一般說來，在軋制過程中會有一定的輥隙，但是鋁箔軋制過程中，2個工作輥會完全壓緊，輪子的外側部分也與車架上工作輥的彈性變形接觸。當軋制力大于金屬變形阻力時，大大減少了軋制力對箔片厚度的影響，從而降低了軋制速度。所以，張力的緩和成為厚度控制的主要手段。一般說來，當材料厚度達到0.1mm～0.2mm時，工作輥就開始打孔。因為鋁箔很薄，其力學性能急劇下降，對非均勻截面變形十分敏感，對材料的冶金性質十分敏感。

1 鋁箔軋機的基本構成

鋁箔軋機的基本結構是由分卷、卷取、臺面、輸送系統、輔助裝置等組成。工程機械基礎有齒條、輥柱、輥柱軸承、輥動軸承等。輔機包括供給、卸料線圈系統、進料出口、套筒輸送、過程潤滑、油霧潤滑、液壓和氣壓、排放系統、CO2滅火系統、直流電機冷卻系統以及換輥系統等。鋁箔軋機控制系統是鋁箔軋機生產的重要環節。全鋁軋機必須配備完整的電氣驅動系統，包括厚度控制系統、形狀控制系統等，鋁箔軋機按軋制平面寬度劃分尺寸[1]。寬為1800mm以上的軋機稱為大軋機。文中給出了1800mm軋機的具體實例，如圖1所示。高轉速軋機是指超過1200m/min的軋機。現在粗銑刀的最大軋制速度是2500m/min。選用輥速時，粗、中、精軋機不能超過1800 m/min，精軋不能超過1200 m/min，甚至1000 m/min。

圖1 軋機工作輥軸承主要結構

2 鋁箔軋機的工作原理

隨著市場需求的增加和設備設計與制造水平的不斷提高，鋁箔廠生產規模不斷擴大，生產難度不斷加大，箔材的形狀越來越難控制。由于負軋輥縫的側傾，因此輥筒的傾斜、液壓彎曲對輥形無明顯控制作用。根據工作輥與支撐輥的直徑和寬度關系，對輥面和輥中心采用彎曲控制，機械式的凸度控制基本上無效。控軋輥熱凸度可降低前2個控制柜的局部偏差，但響應速度慢、厚度薄、控制效果減弱。為解決這一問題，排除拋物線偏差，國內外軋制機的設計和制造企業采用可變冠輥（VC輥）作為支撐輥，大大改善了外形。VC輥筒是由心軸、軸套、旋轉接頭組合而成的復合支承輥[2]。軸套與軸套之間的輥筒主體中心區域是一個流體腔，內腔充滿了變壓和高壓油。鼓管頸端的套管收縮，該縮節作為內壓油外密封用，實現了輥柱傳動的滑動力矩傳遞。高電壓液壓站中的液壓油是由液壓伺服控制，通過旋轉接頭進入膨脹液腔，使軸套膨脹，形成均勻的機械凸起。VC軋輥直徑在一定范圍內，其擴孔率呈線性關系，可無級調節，可加入閉環控制系統。軋機軋制由于板厚的不同，其軋制通常是將正輥隙軋制改為負輥隙軋制。在控制方面，主要有位置控制、壓力控制和壓力、補償控制、AGC控制等。輥壓機的速度由主控臺的操作人員根據工藝要求設定，經以太網發送到AGC后，送到PLC和各個傳輸系統。轉速設置是以主機為基準的直線速度基準，通過設置工作輥的直徑和減速箱的減速比來確定轉速。速度設定可用于正向和反向寸動設定故障處理。螺旋速度設置在軋制前用于螺紋切削，而軋制線速度需要根據軋制條件設定。按照等速的線性原理，將其分配到各個傳輸系統中。卷繞張力是通過拖動電機擰緊帶子來實現的。該系統是通過卷繞張力產生并轉化成電機軸的拉力轉矩，與電機電磁轉矩相當。直線測速是通過讀出卷取機前導輥的脈沖編碼器速度進行計算的，它是計算線圈直徑的重要變量。新型軋機實行全過程可變編程，將系統分為軋機校準指定系統、變速器串行端口系統、計量控制系統、厚度平控系統、實際控制系統包括機架校準步驟、校準指定系統、支架安全監控等。該系統通過驅動串行系統，實時監測軋機運行狀態。傳動裝置將 PLC 發送的數據保存到RDS系統中，使磨機處于最佳位置[3]。

3 鋁箔軋機日常維護

由于VC輥輪在生產過程中經常使用，所以VC液壓系統的控制直接影響到鋁箔的質量，帶鋼產生邊緣波，液壓系統過高產生中間波。在適當的水力條件下，才能獲得直條材料。因為在生產過程中經常會出現復雜的非對稱形狀缺陷，形狀自動控制系統允許一種或多種VC軋輥系統以及其他控制方式（例如液壓軋輥彎曲和軋輥傾斜）一起進行調整。若同時使用VC輥和液壓彎輥，則可獲得各種輥縫形狀。采用這2種系統結合的方法，導出了動態輥隙設定系統的影響范圍[4]。在VC輥輪參與動作時，增大VC壓力將使彎曲輥輪的整個動作范圍向右下方移動，使整個控制窗口適應較大的范圍。采用VC輥壓系統，可顯著提高帶材的平整度，滿足用戶對最小平整度公差的要求。針對現有冷軋機和鋁箔軋機軋輥彎曲輥的拋物線形偏差的有限調整能力，研制了四級冷軋機和多種凸度支撐輥的鋁箔軋機。原形控制就是針對鏟的變凸控制。現在主要采用的是可變冠支托輥。一類為全長可變冠托輥，二類為托輥，可調節扁平中心部分邊緣的直徑和寬度。調節邊緣凸起，如TP輥或SCR輥等整體凸起。經過試驗，可生產出不同規格的鋁材，其中0.06 mm鋁可產生10μm厚度偏差，10 m/s左右的正常軋制速度。而在電液伺服閥的實際使用中，一定要保證油品純凈防止伺服系統污染，過濾芯要盡量使用條件允許下的最小直徑，并盡量減少油管通道的分枝。按時檢查液壓油液的狀態，檢查內容包括含水量、清潔度、酸值等指標，注意清潔，避免因操作帶來的污染和誤差，給機器帶來不能修復的傷害[3]。定期對管路的清理也尤為重要，需要將附著在管壁上的污垢清理干凈，避免加入新油造成新的污染。

4 常見問題及對策

4.1 鋁箔軋機故障原因

鋁箔軋機在生產工序中易在電氣控制、液壓系統、機械機構等方面產生等問題。這種情況可以通過定期維修，設備維護和檢修來解決。在采用鋁箔軋機時，鋁箔也容易出現特殊的板條損傷問題。卷繞現象在精軋過程中頻繁發生，嚴重影響了生產效率和成品率。造成皮帶損壞的原因通常是線圈張力不穩定。卷取力通常需要根據進口邊箔帶的厚度和卷筒類型來設定。如果拉力太小，重疊就會損壞膠帶，張力會過大。軋機加減速時，卷繞機的線速度和軋輥的線速度不同步，影響出口側輪帶的強度極限。若卷取機線速度超過干式軋輥速度，拉力的增加將導致鋼帶的損壞，輪條有裂邊，軋機進料側或出料邊條邊緣有裂紋，在張力作用下會造成應力集中和條狀斷裂。操作不熟練、張力設定不當、形狀控制不足、軋機失穩加速減速等[5]。

伺服系統主要通過線路進行連接，具有測量簡便、傳輸高速、遙控簡單等優點。電液伺服閥在鋁箔軋機上的應用十分廣泛，電液伺服閥經常出現故障，從而在生產活動中產生很多問題，影響巨大，該文對鋁箔軋機伺服閥的使用與維護進行了探討。電液伺服閥在實際使用過程中，有時會出現腐蝕失效的問題。舉例來說，影響伺服系統在實際生產過程中正常工作的原因如下。伺服閥的閥套或閥芯表面黏附硬顆粒，電氣和液壓伺服閥存在腐蝕故障。再如液壓油中含有含氯溶劑，水液和水易造成腐蝕失效。電力、液壓、伺服閥的閥柱或閥套因各種原因損壞。在損傷過程中，增益失調，無漏損增大。泥沙故障也是伺服系統運行中常見的問題之一。當液壓伺服閥的靜態配比有壓力時，閥套與閥柱之間存在泥沙，易導致下沉失敗。如在實際使用中，環間隔空間能過濾掉比間質空間大的微粒，微粒形成泥沙。隨著污染物顆粒的積累，靜摩擦和動摩阻力顯著增加，降低了伺服閥的穩定性，這時可以延長響應時間，不要直接堵住伺服閥，使伺服系統正常工作。造成伺服閥故障的常見原因：首先，在使用伺服系統時，可能會被液壓油溶解。溶解水或自由水導致伺服閥內腐蝕。長期使用后，電液伺服閥將不能正常工作。在實際生產過程中，電液伺服閥的使用頻率很高。液力部件磨損，部件磨損后還會產生金屬顆粒。電源、液壓、伺服閥損壞嚴重，無法正常工作。其次，用電、液壓伺服閥加油前，需要加油，如新油不能得到有效過濾，則會造成污染，阻礙電液伺服閥正常工作。有伺服閥加油時所用的油過濾器和其他液壓油一樣，會導致油液混合，產生油污，影響電液伺服。在大修和更換輥壓機時，通常需要拉出彎曲機，假如在系統中沒有快速接頭，插頭拔出后沒有采取保護措施，彎曲輥系統將很快發生變化，迅速連接可能受到污染，并在重新安裝后導致污染對象進入系統，造成電氣液壓伺服閥故障。

4.2 鋁箔軋機故障解決對策

伺服系統要求濾波器精度要達到 3μm，但實際上一些過濾器只能達到總精度。請勿使用該類過濾器，污染伺服系統，防止電氣、液壓、伺服閥損壞。通過上述討論，不難看出電氣液壓伺服閥的故障問題最大。必須解決鋁箔軋機伺服系統使用的污染問題。首先，檢查機油是否清潔，筆者認為，在實際使用電液壓伺服閥時，必須注意細節。為防止伺服閥污染，可采用除濕法，在燃料箱上安裝無線通訊器，以保證介質含水量，泵站的循環泵必須24h連續運轉。工作人員必須在附近，隨時監控液壓油的狀況，定期檢查水的成分、清潔度、酸值等。檢查液壓油是否干凈，是否合適。加新液壓油前，必須收集液壓油，用油濾器過濾，確保油過濾器的精確度，確保過濾效果。當液壓系統需要更換部件時，必須對其進行清洗。在鋁箔軋機上使用伺服閥，系統須定期過濾，每半年進行一次清洗。在處理過程中，需要確保過濾精度達到3μm，以便有效地避免電蝕、泥沙等故障，歸納出電氣液壓伺服閥失效的一般原因。

由于負輥縫軋制的原因，軋輥傾斜和液壓彎輥對板形的控制作用已不明顯，同時由于工作輥與支承輥輥徑比的關系及軋機輥面較寬，彎輥控制對于軋輥中部的機械凸度控制基本無效。軋制帶鋼聲卡齒條軸承，聲卡齒條受到的沖擊很大。輥動機架的一側和聲卡底部，腐蝕和磨損程度不同，輥道間隙變大，輥壓主傳動標準在工作中要改變。對于長期維修項目，對話框的表面非常容易被腐蝕、磨損和標準變化所影響。通常采用在線加工和制造方式。即通過機械加工，去除原材料，除去料具表面的損傷層，使表面平整，根據提升襯里的厚度對擴展規格進行修正。該修復方法實際操作簡單，但性質無變化。在使用一段時間后，表面會被腐蝕磨損失效，造成機械處理的壓縮強度和剛度受到影響。若充分考慮軋機剛度敏感性，則幾乎沒有加工空間，該修復方法僅為主要方案。人工氬弧焊可解決機械加工原材料的膨脹問題，但在這種剛性結構下的大尺寸氬弧焊可能導致三重結構的變形。組織變形和平滑變形是致命的，在生產過程中，不能進行任何修改。所以，這種修復方法具有很大的風險，而且通常不會被使用。

聚合物材料可被用于磨機排放的磨損，但在其中，用硅烷金屬材料修復原材料實際效果非常好。聚合物修補材料具有高質量的黏結劑，可以在金屬材料表面牢固地黏接。即便是1900t冷軋，長時間運行中脫落的產品也不會具有很高的拉伸強度。高分子特有的原料類型，對原材料產生良好的抗沖擊能力，防止磨損。此外，產品還具有優異的耐蝕性。研磨精度是否符合廢品標準，更換設備的適應性選擇等問題如不能及時解決，久而久之造成的損失難以估量。根據輥筒相對于刀具設置的程度，如果常規檢測器不能檢測到，可采用高黏度的潤滑脂涂敷層，將表面潤滑脂擦去。如無法修復，可更換與之配套的輥子，從流水線上輥出，以達到理想的生產效果。變速箱每季度至少進行一次清潔。輥子送到極限位置時，必須特別注意輥子的安全運行。在運行軋機時，防止手被鋼板擠壓，通過給料插入。當用吊車吊起檢查時，注意不能撞到機器。按照生產線負責人的指示進行操作。針對水壓和灌裝處理液的不同工藝要求，無信號，輥軸的接觸不產生彈性材料(多層布、廢絲、厚板等)。軋制時，輥輪與鋼軌均為直線接觸或離線接觸。軋制過程中發現軋輥等不規則噪聲時，不能進行軋制。當接觸沖擊如突然斷電或出現異常現象時需要立即停止檢查，所以鋼軋機停機后可進行維修。磨機自動厚度控制系統嚴格遵循軋機操作規程和操作方法。齒輪箱內的維修齒輪箱至少一年清洗一次。根據上述原因，必須采取以下主要對策。加強工序管理，改善工藝參數設置的科學性。

最新的鋁箔軋機在加速和減速之后，通過程序控制器將加速和減速指令送到開卷機和卷取機，加快卷取速度。不然就會損壞鋼帶。導致本軋機帶材損壞的主要原因是不合理的精盤管動態補償。采用改變驅動常數和修正不適當的動態補償，可有效降低汽提現象。強化工藝過程管理，通過預檢及時發現裂紋邊緣，采取修整等措施。強化人員培訓和生產過程管理，提高操作人員的操作水平，使生產過程標準化[6]。

5 結語

我國鋁箔軋機的普及和使用，推動了我國鋁箔行業的發展。為提高國內和國際市場上的競爭能力，無論是生產鋁箔還是生產鋁箔軋機的生產廠家，都要注意其加工精度、安裝精度及日常維護。鋁箔軋機制造企業和鋁箔加工業應盡快提高國際先進水平，以促進我國鋁箔軋機制造業和鋁箔加工業的發展。