铜带坯双面铣机列的优化

申 真

(宁波金田铜业(集团)股份有限公司,浙江 宁波315034)

2006年引进由德国某公司设计生产的DBM9-16*880铜合金双面铣削机,该设备2008年投产使用以来由于设备设计存在缺陷,生产工艺未成熟、操作维护不到位等因素,出现带材表面面铣压坑、边铣压坑、带头打刀、带材表面“刀棱”深、有芯开卷机滑轨容易卡死、带材表面粉尘油污较多,造成后续轧制异物压入等问题,我们通过对设备、工艺、操作的优化改进,逐一解决了上述问题[1]。

1 设备概述

该铜合金双面铣削机整机采用西门子PLC控制,控制精度高,响应时间短,机列配备有EMG自动对中、西门子转矩转速编码器等高精度控制元件,保证了测量与控制精度,但部分机械、电气部件设计未考虑周全,引发故障频发和铣削质量不良,给生产带来很大困扰。该设备由开卷机、九辊矫直机、边铣机、面铣机、刷洗机、卷取机6大部分组成,如图1所示。生产工艺过程如图2所示[2]。

1-有芯开卷机;2-偏导辊;3-EMG对中;4-九辊矫直机;5-厚度测量辊;6-边铣机;7-下铣机;8-上铣机;9-刷洗机;10-反压辊;11-有芯卷取机

图2 双面铣生产工艺过程示意图

设备的主要技术参数:

铜卷坯带材宽度:300mm～880mm

板厚:9mm～16mm

铜卷坯重量:8t～13t

生产线速度:6m/min～22m/min

铣刀轴规格:313mm×900mm

面铣削量:0.3mm/面～1.0mm/面

2 设备改造优化内容

2.1 带材表面油污及粉尘问题

步进炉热轧来料表面及边部有厚厚一层的氧化皮,在铣削过程中氧化皮(粉尘)容易混入切削乳化液,残留在带材表面,经过夹送辊挤压后,难以去除,送到下游轧机后就产生异物压入质量问题,长期如此,对轧机的轧辊损害较大,严重影响产品的表面质量。

通过观察,采用一对刷辊组成的森田刷洗机,刷洗机由前后两对夹送辊、刷洗箱、积水盘、一对刷辊、带板式过滤的清水箱组成。刷辊直径300mm、长1000mm,通过改造,解决了带材表面残留油污及粉尘的问题,刷洗过的带材表面光滑整洁,大大提高了双面铣出料的表面质量[3]。

2.2 有芯开卷机滑轨容易卡死问题

由于设计时,为了使设备紧凑、结构简单,该双面铣采用了行业内铣面设备很少使用的有芯开卷方式,整个开卷机芯轴及减速箱固定在4个滚动导轨副(型号GCB-65LP1)上,有芯开卷机仅依靠4个滚动导轨副进行前后滑动,调节带材对中。导轨副在重量为8t～13t料卷重力以及20kN～40kN带材后张力的作用下,特别是水平方向的力容易将导轨副两侧框架拉裂,最终导致导轨副失效卡死,优化前该导轨副的使用寿命只有1个月左右。由于该直线导轨的结构特性,其中保持架部分为较薄弱件。在生产过程中,开卷机需要前后移动来保证带材的对中,由于力臂长度的关系,各导轨副受力不均衡,容易造成某个导轨的框架破裂失效,发生卡死故障[4]。

根据上述分析,通过增加导向轮、导向柱,分摊导轨副所受到的倾覆力矩和扭矩,在开卷机四个角加装可调节的导向轮(图3),调整好4个导向轮的间隙后固定,在开卷机尾部加装滑动导向柱,减少开卷机滑动自由度[5]。改造后,开卷机导轨副的使用寿命大大增加,在维护良好的情况下,其更换周期约6个月。

1-料卷;2-开卷芯轴;3-导向轮;4-滑动导向柱

2.3 边铣压坑及面铣压坑

由于热轧来料边部塔形侧弯及裂边等原因,边铣机的抽吸密封容易被带材撞击变形失效,漏出的料屑在带材上被夹送辊压入表面形成边铣压坑,边铣压坑一般为直径10mm左右、深度2mm～6mm的圆形深坑,后续面铣机无法彻底铣净。解决边铣压坑问题的关键是边铣抽吸口的密封问题,经过试用不同材质、结构的密封后,我们发现钢丝刷效果最好。由于钢丝刷强度、弹性适当,被带材撞击后不易失效,且能粘连一部分料屑,起到良好的密封作用,能彻底解决边铣压坑问题,边铣压坑数量由改造前的每卷料15个左右减少到0个,如图4所示。

图4 双面铣边铣抽吸口安装钢丝刷示意图

面铣压坑一般为宽4mm、长20mm～40mm,深2mm～3mm的长条压坑,料卷面铣压坑在后续轧制过程中容易形成孔洞和长条起皮,对成品率及质量的危害较大。面铣压坑的形成主要有以下因素:

(1)铣刀的磨削与装配是否合适。铣刀磨削后的同轴度必须控制在0.1mm以内;每磨削一把铣刀后都必须用千分尺检测5个测量段、2个方向(相差90°)上的的直径偏差,确保符合要求后才能投入生产。当使用新螺钉时还应注意,拧紧时保留扳手一段时间的扭矩,以抵消螺钉硬化的残余应力;铣刀每次使用后,在重磨之前应检查并重新紧固所有螺钉。采取这一措施后铣面质量良好,没有再出现明显的周期性刀棱,显著地改善了产品质量[6]。

(2)切削乳液的浓度及工艺性能是否合适。根据生产工艺调试情况,选用某品牌的全合成切削液,成分为矿物油50%～80%,脂肪酸0～30%,乳化剂15%～25%,防锈剂0～5%,防腐剂<2%,消泡剂<1%;外观为无色透明或淡黄色液体,pH值(1%水溶液)为7.0～8.0;密度(20℃)1.04g/cm3～1.08 g/cm3。切削液的浓度应保证在3%～8%,根据不同材质的铜材,调整浓度,以达到良好的工艺性能[7]。另外,切削乳液的雾化程度、喷射角度对铣刀的切削能力影响较大,通过实验,采用可单独调节的乳液喷射梁,如图5所示。规范喷射梁的使用维护制度,定期拆开所有喷嘴进行清洗疏通,每次换刀时检查是否所有喷嘴雾化效果以压力适当,无滴流现象为好,反之调节相应喷嘴流量。

图5 可单独调节乳液喷射梁示意图

(3)料屑抽吸风量及抽吸口的形状布局。关于抽吸风管的原设计思路是,在铣刀旋转入口方向安装反吹风管,铣刀旋转出口方向安装抽吸风管,利用反吹风将料屑送入抽吸风管内。实际观察后发现,抽吸风管风量不足,反吹风管将料屑吹起后反弹跳出铣刀刀仓,压入带材表面。将反吹风机关闭,反吹风管与抽吸风管并联,增大抽吸风管截面积,从而增大抽吸风量[8]。经过优化后,面铣压坑问题得到了彻底解决,由优化前每卷料面铣压坑30～50个减少到每卷料0～5个,有效提升了带材的表面质量。

2.4 带头打刀问题

由于带材头部上翘,在穿入刀缝时容易撞击铣刀,往往会造成频繁换刀降低生产效率,以及传动轴断裂等设备事故[9]。通过总结分析,造成打刀的主要原因是带材在穿带过程中容易打滑或惯性移动,原料头位置是由一个安装在被动辊上的转矩编码器测量,料头位置检测编码器容易产生较大误差,从而造成夹送辊、铣刀的错误动作。我们在下铣入口、上铣入口分别安装两个光电开关,用于检测带头位置信息,当带头行进至上下铣入口夹送辊时,光电开关感应后控制夹送辊加紧,保证带头不上扬后再将刀缝闭合开始铣削[10]。

通过调整机架上手柄保证下铣入口上压板与铣刀切线平行并高0.2mm左右,上铣压板调整原则是压板比上铣刀低0.2mm。通过改造后,再未发生料头打刀事故,保证了设备无故障运行。

3 结论

经过上述优化改造后,带材边铣压坑全部消除,面铣压坑也基本消失,产品表面质量得到了很大提高。带材穿带过程更加可靠可控,提高了生产效率,减少了备件损耗;开卷机运行稳定,节约了频繁更换滑轨的故障时间,提高了设备可开动率。带材表面的残留油污、粉尘彻底消除,表面光滑整洁。板形纵横面及公差都在规定范围内,板面无波浪,刀纹深为0.02mm～0.03mm,噪音小,铣削平稳,为下游工序提供了合格的产品。