高精度模具扁钢生产线的研制

高精度模具扁钢生产线的研制

1高精度模具生物生产生产线随着现代工业的快速发展，压裂加工制造业也得到了迅速发展，压裂加工行业已成为国家工业制造水平的重要标志。虽然国内的模具工业发展也很快,产量已居于世界前列,但仍存在许多问题和差距,如寿命较短、制造周期长、尺寸精度低、表面粗糙度高、成本高。上述问题无一不与模具钢制造水平密切相关,为此抚顺特殊钢集团公司在“九五”初期,建成了一条高精度模具扁钢生产线。该条生产线是亚洲唯一一条引进奥地利GFM公司WF型的具有国际先进水平的生产线。该条生产线年产高精度方/扁钢5万t,品种(代表钢种):718、P20、M2、D2、45、T7、9SiCr、60Si2Mn、2Cr13、1Cr18Ni9,规格:40～310mm×10～80mm、6～8m定尺。可按DIN标准尺寸公差的1/2值交货,矩形断面的角部极尖(r≤0.5mm)。2u3000机、辊道、双冷道间冷液和压车由锻造厂或850初轧厂提供的锻坯或初轧坯经检查清理后运至本厂。坯料经上料台架由链式移钢机、运输辊道、推钢机进入端进侧出步进底连续3段式加热炉内加热至出钢温度,再由可横向移动的出钢机将坯料推出加热炉,经炉前运输辊道将其运入高压水除鳞机,坯料经除磷后由辊道、移钢机和Φ650三辊粗轧机机前辊道、机后升降台往复送往650轧机进行3～7道次的轧制,再经摆式切头剪切去头尾后送往WF5-40精轧机组(5机架平立布置)进行3或5道次可逆、无扭、微张力控制的连续轧制,轧件经链式移钢机、辊道运至Φ1000mm无齿锯(砂轮片)进行头尾切除并切成定尺。定尺材根据要求进入热收集槽收集后红送退火(或进入缓冷坑缓冷),或进入保温箱缓冷,或经齿条式步进冷床进入冷收集装置进行收集。对于需要热处理的钢材经过垮台车运往热处理间进行处理。后部精整线布有一台8辊立辊大扁钢矫直机、两台5辊辊式小扁钢矫直机、一台数控立式液压压力矫直机和两台水平液压压力矫直机。根据钢材的不同截面在相应的矫直机上矫直,再运至高强度8抛头抛丸机内进行表面清理,后经吊车运至检查台架上由人工肉眼检查表面、用超声波探伤仪检查内部质量,经挑选修磨清理和锯切等工序后将合格产品包装入库。3wf5-40w钢阀根据产品大纲要求,选定WF5—40机组,5机架2辊轧机呈平、立、平、立、平布置,轧辊名义直径400mm。3.1液压马达传动每架轧机主传动由4台(水平机架)或3台(立式机架)液压马达并联驱动。因可逆轧制调速范围大,为缩小液压马达调速范围,配有双变速齿轮座。水平机架齿轮座与轧辊之间用两根万向接轴联接。立式机架齿轮座与变向伞齿轮箱之间由一根主轴联接,伞齿轮箱将传动方向改变90°后也是由两根万向接轴同轧辊联接。牌坊采用闭式机架,轧辊由滚动轴承支承,全部轧辊由液压缸平衡。最高轧制速度4.5m/s。该机组具有过载保护功能。3.2出入侧辊子导卫水平轧机轧辊出入侧有两对立式辊子导卫及两对卫板。立式轧机轧辊出入侧装有两个导卫支架,其上有两对水平辊式导卫,另装有两对卫板。立式辊子导卫以引导轧件在轧制线上,水平辊式导卫除引导作用外,还防止立轧道次时,轧件弯曲。卫板用来防止轧件贴辊。3.3u3000辊道的速度与轧轧线的关系在WF5—40机组出入侧安有导入辊道,辊道的速度随轧机速度可调,两辊道在轧辊端的高度随轧制线可调,辊道上带有对中矫直导板且有冷料拒入功能。3.4导卫调整和水平导卫控制每架轧机主传动由液压马达驱动,每架轧机每一道次都可以单独调整轧制速度。一个微信息处理器控制轧制速度,以获得在轧机间轧件内的微张力。轧辊调正、立式辊子导卫调整和水平导卫支架调整均由交流伺服电马达实现。由数控轴按照轧制程序相对轧制线同步调整。导入辊道的速度、高度及对中矫直导板开口度,都由数控轴按照轧制程序控制调整。视成品尺寸不同,所有扁钢从合适的方、扁坯开始,可用1、3或5个可逆道次轧成。对大部分成品规格仅需要3个可逆道次,即:15次压缩即可。这些程序编入PC后同数控计算机(CNC)联网。在程序转换2秒和机组5秒内可逆转准备下道轧制。4gfm软件的模拟为方便地根据所轧产品的钢种和尺寸设定和修改轧制程序,GFM公司设计了一种叫Rollmaster的软件包。为生成轧制某种特定产品的CNC程序,须向计算机输入原始条件:钢种、坯料宽度和厚度、成品宽度和厚度、轧件温度、轧件速度、张力设定值等。该程序按照确定的数学模型对轧制过程工艺参数进行计算并输出:各机架轧后轧件尺寸、辊缝、轧件出口速度、轧件温度、轧制力和轧制力矩、各道次压下量、轧制周期等,输入过程完成后,自动生成的轧制程序存储在编程站的硬盘上加以修改或备用。GFM软件中轧制工艺参数数学模型主要有5个类型:①变形区几何参数模型;②宽展模型;③轧制速度模型;④力能参数模型;⑤轧制温度模型。4.1u3000内—变形区几何参数模型辊缝和轧件变形区几何尺寸如图1所示。咬入长度:Ld=√RΔΗ-ΔΗ24(1)Ld=RΔH−ΔH24−−−−−−−−−−−√(1)式中R—轧辊半径;ΔH—变形量。咬入角:α=arcsinLdR(2)α=arcsinLdR(2)中性面距轧辊中心连线的距离:Xs=Ld2-ΔΗ4μ(3)Xs=Ld2−ΔH4μ(3)μ—摩擦系数;中性面角:β=arcsinXsR(4)β=arcsinXsR(4)压力锥深度:Τs=12(Ldμ-ΔΗ2)(5)中性面处轧件高度:Hs=H1+2R(1-cosβ)(6)4.2导工艺编程特点轧件宽展过程如图2所示。GFM宽展公式是一个经验公式。公式考虑了变形过程中压下量、原始尺寸、摩擦系数、辊径及轧件变形形状的影响,用它来指导工艺编程。ΔB=2ΔΗΤsΗ1f1f2(7)式中ΔB―轧件的平均宽展量;B0、B1―轧件轧前、后的宽度;f1―形状影响系数,表示Ld与B0的比值的影响系数,f1≥1。f2―形状影响系数,表示H0与B0的比值的影响系数,f2≥1。当Ld/B0=1时,f1=1Ld/B0＞1时‚f1=3√LdB0Ld/B0＜1时‚f1=3√B0LdB0/Η0≤1时‚f2=3√Η0B0B0/Η0＞1时‚f2=1B1=B0+ΔB(8)4.3不考虑张力的转速WF5-40连轧机组各机架转速关系如图3所示。连轧机为保证成品质量及顺利轧制,必须实行轧制过程的微张力控制。在初始速度(V0)已知的条件下,系统按秒流量相等的原则(不考虑张力)得出各机架的转速nw1、nw2、nw3、nw4、nw5。在上述设定的基础上,保持nw5不变,其它机架相对它的后一机架转速降低一个百分数,则有:微张力时各机架转速为n1、n2、n3、n4、n5。n1=nw1(1-0.5%)4n2=nw2(1-0.5%)3n3=nw3(1-0.5%)2n4=nw4(1-0.5%)1n5=nw5根据各机架的机架的轧辊转速,可以计算出相应的入口速度和出口速度,使微张控制得以实现。4.4不同钢种的热动力系数轧制力的计算结果,直接影响到辊缝的设定,也必然影响到轧件的尺寸精度,同时也对各机架进行强度校核,GFM公司给出下列公式计算变形抗力Kfm:Κfm=Κf0Κ1e-m1θ0Κ2ψm2Κ3˙ψm3(9)式中Kf0―材料本身在标准状态下的屈服强度(N/mm2)。K1、K2、K3、m1、m2、m3-材质的热动力系数,其中K1、m1是温度影响系数,K2、m2是变形程度影响系数,K3、m3是变形速度影响系数。θ0―变形温度(℃)。ψ=lnΗ0Η1(10)˙ψ=ψtk(11)tk=2LdV0+V112)对于不同的钢种具有不同的热动力系数,已经提供了200多个模具钢号的热动力系数。平均单位压力模型KWM:KWM=KfmKH(13)KH―压力锥影响系数,ΚΗ=1+ΤSΗ1(14)4.5非轧或非样品状态在计算轧件温度变化时,分两种情况,轧制状态和非轧制状态(传送阶段)来进行,在非轧制状态即传送阶段,主要考虑了辐射引起的温降。轧制状态主要考虑了轧件与轧辊的传导热及轧件变形热引起的温度变化。5u3000辊缝尺寸范围小、可实现多道次轧件该轧机具有无孔型(平辊)、数字控制可调整导卫装置、液压马达驱动(与电机比有响应快等特点)、计算机自动生成轧制程序、微张力控制和CNC控制对轧辊的精确调整等功能,其特点如下:1)由于轧辊无孔型,可实现短辊身,提高轧机刚度。但只能生产矩型断面钢材。2)由于轧辊空间平/立布置,则形成了空间矩形孔。由于平、立轧机轧辊辊缝尺寸是连续无级调整的,因此该空间矩形孔尺寸也是连续无级变化的,即可以得到在辊缝极限尺寸范围内的任何尺寸规格产品。3)由于连轧机在极短时间里进行可逆轧制成为可能,这样就可以减少的投资。4)可实现轻压下和多道次轧制。使轧件尺寸精度高、形状准确和角部极尖,即使高合金钢也不会产生角裂。5)无需换辊、换孔型、换导卫和试验轧件。6)传动采用液压马达,具有良好的响应特性。7)