在线轧制工艺在实际生产中的应用

2018-11-29■虞威

金属加工(热加工) 2018年11期

■ 虞威

轧制成形工艺是将等截面钢带在电机的牵引下等速通过一组多道次辊轮进行型材成形的过程。通过在辊轮成形末端增加一组辊弯模具，可直接完成形材辊弯成形，通过调节辊弯模具来实现符合检具的弧度。在辊弯模具后端增加切断机，通过切断模具与设定输出长度，可得到预定弧长的零件。

按照轧制件原有的工艺是先通过辊轮轧制出零件形状、切断成半成品，再经过多道次的后道冲压来得到最终的产品。在此背景下，在线轧制成形是在型材与轧机之间增加自动化冲切专机来实现预冲孔工序，通过伺服电机与光电感应来控制冲压频次与送料速度，从而实现预冲孔成形与切定长的效果。

1.在线轧制工作原理与工艺优势

在线轧制线由一组送料机、预冲压机、辊轧机组、辊弯机组、切断机、承物台组成。卷料放置送料机上，在送料机的牵引下通过预冲压机可实现预冲孔、倒角倒圆、钢印等；辊轧机组通过8～24道辊轮轧制成预定截面；再通过辊弯机组实现零件的辊弯成形，达到预定弧度；设定切断长度，通过切断机得到设定弧长；零件滚落至承料台，得到成品或半成品零件。轧制机组构成如图1所示。

轧制预冲自动化冲切工艺除高效、自动化等特点外，对于一些形状复杂、模具冲压困难的工序也能够起到优良的效果。同时，避免了多道次冲压定位基准转换引起的公差累计，主要有如下优势：①轧制预冲能设计一些模具冲压难以达到的形状，省去后道模具冲压工序，降低了劳动力成本，提高了生产效率。②便于生产管理及5S管理。③轧制预冲避免了累计公差的产生，产品质量稳定性好。④轧制预冲能节省切断废料，降低成本。⑤轧制预冲工艺模具及装夹工位器具采用了快换式形式，可实现工装快速切换使用。

图1 轧制机组构成

图2

2.在线轧制工艺零件开发实例

（1）在线轧制工艺与传统工艺对比以近期开发零件（代号9B）项目为例，9B 项目为两对辊轧带侧冲孔导轨，零件为凹形导轨，两侧壁及地面均有冲孔要求（见图2）。按原有工艺需通过：OP10辊轧成形+OP20倒圆角+OP30切定长+OP40冲底孔（定位孔）+O50冲内侧孔+OP60冲外弧面孔等6道工序来实现。成形工序复杂、定位基准需频繁转换，容易出现漏工序、定位不准等不良现象。考虑到以上因素，公司内部商定后决定启用新产品工艺：在线轧制成形工艺。最初设定方案为所有产品孔在线预冲成形。

（2）在线轧制工艺的试制与应用第一轮调试后发现，所有预冲孔均有不同程度变化。其中，内圆弧面孔出现型面起皱，孔径变小等现象；外圆弧面方孔、圆孔长度方向出现孔径拉长、位置跑动、高度方向出现孔径变小等变化；底面孔出现孔径异形，孔位跑动等现象。针对以上变化，其中内弧面孔型面起皱，由于后道工序中无法改善，不得不将内弧面冲孔改为后道离线冲孔；外弧面孔方孔根据所产生的变化量，冲头长度方向进行缩短，高度方向做成外圆弧形型面；底面孔进行孔位调节及孔径大小调整。

在进行第二轮调试中，根据第一轮出样发生的问题点，进行同步跟踪。其中内弧面由于预冲孔的取消，未发现起皱现象；外圆弧面方孔孔位有明显改善、局部孔径仍旧超差，圆孔由于离边线过近出现凹陷变形。底部圆孔仍旧有孔位跑动的现象。

在接下来的第三、四轮调试中重点调整孔径及孔位的变化，侧边圆孔改为离线冲孔。在尺寸稳定后，第五轮进行小批量试制，零件尺寸基本与第四轮尺寸一致，说明设备、工装对产品尺寸的影响基本可以排除，可以稳定生产。

（3）工艺方案锁定及后续车型开发通过以上五轮调试，最终产品工艺更正为：OP10在线预冲轧制+OP20冲内孔+OP30冲外圆孔及腰孔。产品工序从原有的6道缩减为3道工序，设备及人员占用明显减少。定位基准方面，由于定位孔底孔为在线预冲，后道冲孔过程中统一以底孔定位，不涉及定位孔频繁转换，可保证定位基准一致性。

在随后一个车型类似产品的开发中（代号9C），内弧面预冲孔及外弧面圆孔直接改为后道冲孔，调试的重点改为尺寸的优化。模具上所有孔冲头凹模改为快换镶块，有利于孔尺寸及孔位的快速调整。在进行到第三轮调试时产品尺寸已经锁定。较9C开发减少了两轮调试。

在9B、9C调试后，类似产品的工艺基本可以锁定，并且积累了一定的开发经验：①内圆弧面孔改为后冲。②外圆弧面孔若离搭边太近（一般为5倍料厚）可直接调整为后冲孔。③冲头、凹模改为镶块，实现孔径孔位快速调整与替换。