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介绍
介绍
直接轧制成形产量大，设备投资相对较少，工具消耗少，经济效益好·随着计算机技术和自动控制技术的发展，我国在型钢轧制自动化方面已取得很大进步，轧机的自动压下正向使用数学模型的计算机控制方向发展·但对变断面零件直接轧制自动压下的研究较少，对工艺分析也十分有限，限制了其在生产中的应用·采用智能化数控轧机轧制零件可实现零件的少、无切削加工，尤其是尺寸较大，形状复杂的零件，用其它方法很难加工成形·采用轧制成形可大幅度提高材料利用率，提高产品的机械性能和生产效率，有很大的经济效益·１智能化压下控制系统变断面零件高精度轧制成形要解决２个问题：一是轧机在轧制过程中的压下控制；另一个是保证轧件的尺寸精度·根据目前我国轧机的装备水平，变压下计算机控制是较好的方法，但由于轧机本身的弹跳，轧辊的磨损及轧制时轧件温度波动等随机因素的影响，仅对压下系统本身数控难以保证变断面零件轧制的尺寸精度，必须在轧制过程中对轧件尺寸在线检测并反馈给计算机，使之与初始值比较，然后对辊缝进行微调·目前型钢产品的高精度轧制及在线检测仍然是轧钢行业中的一个难点，国内外已有的几种检测方式存在着各种各样的问题，各有优缺点·如非接触的光电式受轧件温度和现场环境的水雾、粉尘影响较大；而放射线检测又对人体有害，用放射线测厚仪测量Ｈ型钢的腰部和两腿厚原理如图１所示；机械式接触检测受轧件本身尺寸的限制检测不了凸缘型钢的腰部，该方法的另一个重要不足是不能对轧件尺寸进行适时调整［１，２］·图１放射线测厚仪测量Ｈ型钢原理［１］本研究是在压下系统数控的条件下，对轧件尺寸在线检测并反馈给计算机与初始设定值进行比较的方法·对辊缝进行微调，可以保证在轧制过程中适时调整辊缝，轧制出高精度尺寸的变断面零件·智能化压下数控系统原理如图２所示·在控制压下的同时，对轧制力、电机扭矩及电机转速进行了辅助测量，使之与压下规程相匹配·本系统以光栅感应尺作为位移传感器件·变断面零件轧机智能化数控压下系统具有如下功能：（１）轧件在线检测精度达０．００５ｍｍ，数显分辨率达到０．００１ｍｍ；图２智能化压下数控系统原理１—位移传感器；２—驱动电机；３—微型计算机；４—轧件检测系统·（２）压下系统可以在高温条件下工作，耐高温１２００℃，可以满足生产现场的要求；（３）传感器核心部位完全处于密封状态，在轧钢生产现场水雾、粉尘、热、躁声及震动环境下，可保证测量精度；（４）数控压下系统具有温度补偿、磨损补偿、震动补偿及调零点功能；（５）可同时进行多路、多方向尺寸检测；（６）智能化数控系统与计算机相连接，可自动记录、打印，通过建立数据库，实现轧机压下规程的自动调整·在变断面零件轧制时，首先按零件的形状和尺寸预设压下规程，输入给计算机·在轧制过程中，检测系统实时在线测量轧件尺寸，并与设定值比较；同时位移光栅传感器将瞬时轧辊辊缝值也传递给计算机，两者进行对比，然后将补偿后的信号输给驱动电机，重新调整轧件尺寸·测量数据和结果在显示器上实时显示出来·２智能化数控压下系统的实验研究２?１实验轧机参数轧辊尺寸：水平辊直径３２０～３６０ｍｍ，最大辊身长２２０ｍｍ；立辊直径２２０～２６０ｍｍ，最大辊身高１１０ｍｍ·压下行程：水平辊８０ｍｍ，立辊２０ｍｍ·压下速度：水平辊０．５ｍｍ／ｓ，立辊０．５ｍｍ／ｓ·轧辊平衡为弹簧式，驱动方式为万向接轴；水平辊轴承为铜瓦，立辊轴承为滚动轴承；驱动主电机为直流调速式，供电方式用可控硅，主电机功率为５４ｋＷ，转速为０～５９０ｒ／ｍｉｎ·光栅感应尺：量程为２４０ｍｍ，测量精度为０?００５ｍｍ·微型计算机：４８６型，主频为６６ＭＨｚ·主要辅助设备有：数字式扭矩仪：测量范围为０～１０００ｎｍ，用于测量高速轴扭矩·同时也可测量主电机转速，测量范围为０～１６０００ｒ／ｍｉｎ·压力传感器：测量力能参数，单侧最大测量范围为２００ｋＮ，采用４８６计算机采集和记录·２?２轧制方式为提高控制系统的反应速度，以４８６计算机为操作台和记录器，编制了带有人工智能的控制软件，可记录、统计和分析测量结果，可根据前一根轧件的测量结果来调整压下规程，并将结果在显示器上显示出来；在轧制力测量中有过载报警·实验采用矩形断面坯料轧制变断面零件，沿长度方向上各断面的压下量不等，导致轧件的宽展量不同·为控制轧件宽度，采用特殊的轧制方式，借助前述智能化数控压下系统和轧件尺寸在线检测系统调整压下，轧出一定宽度的变断面型材·２?３实验结果及分析利用智能化数控压下系统，本文用铅试样进行了变断面零件模拟轧制·产品形状主要有两种：一种是变断面汽车板簧；另一种是全长等宽的变厚度条形件·本文主要分析变断面汽车板簧的模拟轧制，以检验智能化数控压下系统的可靠性和有效性·实验用试样轧前为矩形断面，尺寸为１０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ，轧后轧件厚度为３．０～７．５ｍｍ，宽度为２１～２８ｍｍ·如图３所示·轧出的轧件精度较高，全长宽度的尺寸偏差在０．５ｍｍ之内，厚度变化平整、均匀，满足产品尺寸公差要求·图３轧件形状示意图轧制变断面零件，轧件变形的一个显著特点是轧后不等宽，对于型材生产，它是决定产品形状的重要因素，也是影响产品尺寸精度的重要因素·在本实验中轧件宽展量沿长度的分布关系如图４所示，轧件宽展量与压下率的关系如图５所示·从图４中可以看出，变断面零件在长度方向上宽展均匀，变化平滑，而轧件宽展量与压下率近似成正比，接近于线性关系·图４宽展量沿长度分布—拟合线；○—测量点连线·图５宽展量与压下率的关系——拟合线；○—测量点连线·３结论通过对变断面零件轧制智能化数控压下系统研究及实验分析，可以得出如下结论·（１）采用数控压下系统和轧件尺寸在线检测系统的闭环控制，可以明显提高变断面零件轧制的尺寸精度·在使用直径３６０ｍｍ轧机轧制１０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ矩形断面坯料时，轧件宽展偏差小于０．５ｍｍ·（２）采用智能化控制软件，可提高控制精度和便于人机交互，提高管理水平·（３）变断面零件轧制时，轧件宽展量与压下率成正比关系·本系统运行可靠，尺寸精度较高变断面零件轧制数控压下系统@赵宪明@吴迪$东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室变断面零件，数控，压下通过采用数控压下系统和轧件尺寸在线检测系统的闭环控制，实现了变断面零件轧制成形的数控压下，并用典型模拟件进行了试轧·在使用直径３６０ｍｍ轧机轧制１０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ矩形断面坯料时，轧件宽展偏差小于０．５ｍｍ·结果表明，该系统可以明显提高变断面零件轧制的尺寸精度·编制的智能化控制软件，便于人机交互，提高管理水平，对变断面零件直接轧制成形具有很大的实际意义和应用价值·１王廷溥·金属塑性加工学轧制理论与工艺·北京：冶金工业出版社，１９９５．１４３～１４９２刘德民，迟道坤·汽车变断面板簧轧机伺服系统分析及应用·汽车技术，１９９８，３：２１～２４辽宁省博士启动基金３所示·轧出的轧件精度较高，全长宽度的尺寸偏差在０．５ｍｍ之内，厚度变化平整、均匀，满足产品尺寸公差要求·图３轧件形状示意图轧制变断面零件，轧件变形的一个显著特点是轧后不等宽，对于型材生产，它是决定产品形状的重要因素，也是影响产品尺寸精度的重要因素·在本实验中轧件宽展量沿长度的分布关系如图４所示，轧件宽展量与压下率的关系如图５所示·从图４中可以看出，变断面零件在长度方向上宽展均匀，变化平滑，而轧件宽展量与压下率近似成正比，接近于线性关系·图４宽展量沿长度分布—拟合线；○—测量点连线·图５宽展量与压下率的关系——拟合线；○—测量点连线·３结论通过对变断面零件轧制智能化数控压下系统研究及实验分析，可以得出如下结论·（１）采用数控压下系统和轧件尺寸在线检测系统的闭环控制，可以明显提高变断面零件轧制的尺寸精度·在使用直径３６０ｍｍ轧机轧制１０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ矩形断面坯料时，轧件宽展偏差小于０．５ｍｍ·（２）采用智能化控制软件，可提高控制精度和便于人机交互，提高管理水平·（３）变断面零件轧制时，轧件宽展量与压下率成正比关系·本系统运行可靠，尺寸精度较高变断面零件轧制数控压下系统@赵宪明@吴迪$东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室变断面零件，数控，压下通过采用数控压下系统和轧件尺寸在线检测系统的闭环控制，实现了变断面零件轧制成形的数控压下，并用典型模拟件进行了试轧·在使用直径３６０ｍｍ轧机轧制１０．０ｍｍ×２０．０ｍｍ矩形断面坯料时，轧件宽展偏差小于０．５ｍｍ·结果表明，该系统可以明显提高变断面零件轧制的尺寸精度·编制的智能化控制软件，便于人机交互，提高管理水平，对变断面零件直接轧制成形具有很大的实际意义和应用价值·１王廷溥·金属塑性加工学轧制理论与工艺·北京：冶金工业出版社，１９９５．１４３～１４９２刘德民，迟道坤·汽车变断面板簧轧机伺服系统分析及应用·汽车技术，１９９８，３：２１～２４辽宁省博士启动基金。