寬幅鋁板拉伸機板型控制相關(guān)結(jié)構(gòu)研究

任 濤

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

近年來，新型高強度、高韌性的鋁合金材料熔鑄和加工工藝不斷創(chuàng)新，中厚板材在大型飛機、高鐵車廂、天然氣儲罐、煤車、艦船、汽車、兵器制造等領(lǐng)域的用量逐年增加。鋁合金板材冷加工的后部環(huán)節(jié)，是將熱處理后板材拉伸至塑性變形，產(chǎn)生塑性強化并消除斷面應(yīng)力不均勻情況。為此，大拉伸力、高控制精度的鋁板拉伸機組成為中厚板生產(chǎn)線核心設(shè)備。新型鋁板拉伸機要求性能穩(wěn)定，產(chǎn)品板型質(zhì)量高，機組在控制板型及斷帶保護(hù)都有獨特的結(jié)構(gòu)。機械結(jié)構(gòu)上要精確控制鉗口位置、主拉伸缸同步和機架等量延伸等。在控制系統(tǒng)上要具備自動上料控制、自動板型適應(yīng)及精確延伸率控制。同時具備對生產(chǎn)數(shù)據(jù)(板材初始長度、實際拉伸力、拉伸速度、延伸率、延伸量、系統(tǒng)工作壓力等)的實時采集、顯示與存儲功能。

1 拉伸機主要組成和參數(shù)

鋁板拉伸包含了機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)3部分。機械部分組成為工藝天車(板材上、卸)裝置，活動夾緊裝置，固定夾緊裝置，機架梁體總成，拉伸缸裝置，中間頂升裝置，軌道裝置等。

活動夾緊裝置是指由拉伸缸驅(qū)動的夾緊頭部件，用于對板材頭部的夾緊和拉伸?；顒訆A緊裝置由夾頭鉗口、預(yù)夾緊系統(tǒng)、C型板組、機架裝置、拉伸缸鎖定裝置及入口托輥裝置等組成。固定夾緊裝置是指在拉伸時位置不動的夾緊頭部件，當(dāng)板材長度發(fā)生較大變化時，可通過移動鎖緊機構(gòu)調(diào)整鎖緊孔距適應(yīng)。固定夾緊裝置由夾頭鉗口、預(yù)夾緊系統(tǒng)、C型板組、機架裝置、移動鎖緊裝置機入口托輥裝置組成。機架梁體總成用于承載拉伸缸工作時產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力，主梁上設(shè)置有等間距銷孔可定位固定夾緊裝置，整個梁體采用水平浮動結(jié)構(gòu)，在梁的末端設(shè)有緩沖液壓缸，通過液壓回路消除斷帶時機架部分的沖擊。拉伸缸裝置共有兩套復(fù)合主缸，每套由主拉伸與快速移動缸組成，主拉伸缸采用柱塞結(jié)構(gòu)，柱塞內(nèi)嵌長行程活塞缸，用于快速移動活動夾緊裝置。拉伸缸外套懸浮安裝，在斷帶時通過液壓回路緩沖。頂升裝置由移動小車體、升降弧形面等組成，在板材上料對中過程中起支撐作用，在板材拉伸過程中，頂升弧面板對板材中部施加向上的頂升量，修正板型。軌道裝置用于支撐2套夾頭裝置、中間頂升裝置，采用重型鋼軌組合焊接成型。參考55MN拉伸機主要參數(shù)：

最大板材寬度 3100mm；

最大板材厚度 160 mm；

最大板材應(yīng)力 320MPa；

最大拉伸力 55MN；

最大單位應(yīng)力 45kN/mm。

2 拉伸機控制板型關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

2.1 預(yù)夾緊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化

鋁板帶拉伸全過程，首先要保證鉗口夾緊動作迅速均勻，在大拉伸力作用下，鋁板不會滑動松脫。新的預(yù)夾緊系統(tǒng)需要解決3個關(guān)鍵問題：第一，板材在橫向厚度和板型不均勻；第二，板材厚度變化范圍大；第三，在斷帶極端狀態(tài)下各部件的安全保護(hù)。預(yù)夾緊機構(gòu)主要由牙板、楔形鉗塊、弧形鉗口板、緩沖頭、頂桿、活動架、夾緊主缸、補償缸、鋼絲繩和回拉液壓缸等組成(圖1)。主要分為鉗口功能區(qū)、預(yù)緊力施加功能區(qū)和防斷帶回退功能區(qū)。

1-牙板；2-楔形鉗塊；3-弧形鉗口板；4-緩沖頭；5-頂桿；6-活動架；7-夾緊主缸；8-補償缸；9-鋼絲繩；10-回拉液壓缸圖1 預(yù)夾緊機構(gòu)簡圖Fig.1 Pre-clamping mechanism diagram

鉗口功能區(qū)主要由3個弧形板組合成圓柱，嵌入機架C型板中承受鉗口力。牙板和楔形鉗塊延帶材寬度方向分成等距小塊，通常8～12塊，可適應(yīng)板材不同斷面的板型差。楔形鉗塊頂面有燕尾槽約束斜向運動閉合鉗口，背面設(shè)有耐磨襯板與頂桿頭部相連，底面燕尾槽將牙板固定。鉗口的預(yù)緊力采用雙主缸和多個補償缸兩級施加?；顒蛹茏鳛轫敆U和補償缸的支承架，側(cè)面用輥輪導(dǎo)向。回拉缸通過鋼絲繩始終給斜鍥鉗塊回拉力，用來打開鉗口。頂桿推動斜鍥夾緊板材后自行退回，斷帶時楔形塊回彈不會沖斷頂桿。

預(yù)夾緊系統(tǒng)動作過程分為兩步，主缸完成一次夾緊，補償缸二次夾緊。首先，移動活動夾緊裝置將板材頭部深入鉗口設(shè)定位置，這個位置由系統(tǒng)計算得到，并由設(shè)在中部帶位置傳感器的探桿感應(yīng)板材到位。接著，預(yù)夾緊主缸推動活動架，補償缸行程全部伸出，頂桿向前運動推動楔形鉗塊，直到牙板咬住帶材。此時，補償缸被頂回退，當(dāng)回退量達(dá)到設(shè)定值時系統(tǒng)確認(rèn)主缸到位。拉伸機開始拉伸動作，板材進(jìn)入彈性變形加載階段，達(dá)到設(shè)定拉力門檻時確認(rèn)預(yù)夾緊有效，主缸驅(qū)動所有頂桿退回，過程結(jié)束。

2.2 鉗口平整度控制及優(yōu)化方案

拉伸機鉗口咬住板材端部后，其斜面正壓力形成的摩擦力足夠支撐板材的拉伸力，同時隨著拉伸力增加斜面產(chǎn)生的夾緊力也對應(yīng)增加，直至板材塑性變形到設(shè)定延伸位置。板材橫向各斷面被充分延伸，在強化性能的同時波浪板型也得到了改善，通常經(jīng)過矯直的板材平直度可小于0.5mm/m。

在拉伸機使用過程中，有時會出現(xiàn)板型糾正效果不理想情況，觀察板材兩端會發(fā)現(xiàn)其“牙印”明顯不均勻。此時就需要檢查鉗口平整度。某型號拉伸機現(xiàn)場反復(fù)出現(xiàn)隔一段時間板型控制變差情況，需要重新調(diào)整牙板。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)原因是頂桿定位螺母容易松動，后增加防松裝置解決。該現(xiàn)象也證明，鉗口在接觸板材前始終保證平整度非常重要，在兩者接觸瞬間夾持力會分配給所有牙板，不到位的牙板得到的初始力也較少，最終帶來板材拉伸不均勻。

2.3 頂升裝置對板材的修正效果

鋁合金板材另一類板型缺陷是縱向彎曲，其產(chǎn)生原因是板材上下表面延伸有微量差別，純水平拉伸無法得到修正，通常在25mm以下的薄板較為明顯。因此在拉伸機中部增加頂升裝置，由驅(qū)動輪、機架裝置、升降液壓缸和弧形托板組成。首先要判斷板材的縱彎方向，凸面向下進(jìn)入拉伸機，在拉伸力作用的同時頂升裝置施加向上的矯正力，板材板型得到矯正。通常拉伸板材長度范圍在5m～20m的拉伸機設(shè)置3組頂升機構(gòu)。

3 結(jié)語

近些年，隨著大型寬幅鋁合金熱軋生產(chǎn)線的投產(chǎn)，大噸位拉伸機需求不斷增加，但是隨之而來的是設(shè)備噸位龐大，生產(chǎn)效率下降。因此合理的提出需求，使拉伸機在最佳負(fù)荷狀態(tài)下工作，能夠有效提高板型質(zhì)量和生產(chǎn)產(chǎn)能。