一種鋁鑄錠表面質(zhì)量缺陷在線自動檢測技術(shù)

周德剛

(乳源東陽光優(yōu)艾希杰精箔有限公司，廣東 韶關(guān) 512721)

一種鋁鑄錠表面質(zhì)量缺陷在線自動檢測技術(shù)

周德剛

(乳源東陽光優(yōu)艾希杰精箔有限公司，廣東 韶關(guān) 512721)

鋁鑄錠在鑄造和均熱過程中，表面會不同程度出現(xiàn)各種表面缺陷和外觀彎曲變形等維度缺陷，只有通過機械銑削的方法除掉鑄錠表面外皮，才能有效地去掉或減少上述缺陷，保證鑄錠軋制后的板材質(zhì)量。通過鋁鑄錠表面質(zhì)量缺陷在線自動檢測系統(tǒng)精確測量出以上變形程度及尺寸形貌特征，可以精確銑除鑄錠表面激冷層和變形量，保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

鑄錠表面缺陷；測距儀測量；制作曲線；水平銑削深度；缺陷診斷

0 前言

鋁鑄錠在鑄造和均熱過程中，表面會不同程度地存在著疏松、縮孔、氣孔、激冷層、夾渣、偏析瘤、冷隔等表面缺陷，只有通過機械銑削的方法除掉鑄錠表面外皮，才能有效地去掉或減少上述缺陷，保證鑄錠軋制后的板材質(zhì)量。

傳統(tǒng)的鑄錠銑削深度都是單點測量，因此該點就代表整個板面的厚度以及水平銑削深度標準，如果出現(xiàn)大面彎曲，表面不規(guī)則或均熱后的壓痕，則該點很難具有代表性。銑削過深則增加成本，銑削過淺則無法有效去除表面缺陷。因此，如何在實現(xiàn)生產(chǎn)效益最大化的前提下又能保證成品率和質(zhì)量，能否準確、高效地確定水平銑削深度就變的十分重要和關(guān)鍵。

本文通過對鑄錠表面檢測的升級改造滿足了產(chǎn)品制造過程的監(jiān)視和測量能力。

1 影響銑削深度的不良質(zhì)量缺陷類型及常規(guī)檢測方法

1.1 均熱時鋁鑄錠放置彎曲缺陷

目前鋁鑄錠均熱用爐大都采用平放鑄錠方式進行，極少采用井式立放方式。平放時鑄錠間采用隔條方式進行疊放（圖1）。鑄錠在高溫均熱后如果墊塊不能全面支撐起鑄錠本身重量則會發(fā)生彎曲下垂現(xiàn)象（圖2）。不同合金下垂程度不同，純鋁系和溫度高的下垂深些，同時純鋁系還會出現(xiàn)較深的墊塊痕。

圖1 鑄錠正常放置方式

圖2 鑄錠均熱后放置發(fā)生彎曲變形

1.2 鑄造過程中垂直方向發(fā)生位移彎曲缺陷

鋁鑄錠在鑄造機鑄造過程中受機械磨損及安裝精度影響，隨著鑄造長度的增加，自身重量引起的橫向力矩增加，因此會產(chǎn)生大面彎曲缺陷。

1.3 常規(guī)診斷手段

目前常規(guī)的檢測是用拉線測量法和端面畫線法，通過在鑄錠上拉一條直線，測量直線與鑄錠最深距離即為彎曲缺陷判斷依據(jù)。但這種方法費工費時，在批量生產(chǎn)中很難對每塊鑄錠進行實際操作。因此在實際運用中很少運用，許多存在的缺陷也很難被及時發(fā)現(xiàn)，易造成銑削深度不夠（如圖3）。

圖3 常規(guī)檢測方法缺陷

2 表面質(zhì)量缺陷在線自動檢測系統(tǒng)

由于常規(guī)檢測方法都是通過人工測量方式進行的，不能實現(xiàn)批量自動檢測，嚴重影響了生產(chǎn)效率及檢測全面性。為此，我們改進開發(fā)了一種非接觸式鋁鑄錠表面質(zhì)量缺陷在線自動檢測系統(tǒng)：通過設立基準點并在銑床入口側(cè)安裝兩個高精測距儀，連續(xù)精準掃描大面的水平定位走勢并將輸出信號轉(zhuǎn)換成曲線圖，通過曲線走勢能將以上缺陷有效檢測出來。

2.1 在線自動檢測系統(tǒng)工作原理及安裝

使用三角形測量法檢測RS-CMOS反射光的位置。通過檢測該變化就能測量目標物的位置，見圖4。

圖4 檢測原理

系統(tǒng)安裝在銑床入口側(cè)的刀盤上（如圖5），并用金屬防護罩包裹，防止鋁屑飛入損壞儀表。安裝好后上一塊鑄錠進行銑削到光滑平面，記下此時測距儀數(shù)值，然后采用常規(guī)“端面畫線法”畫好線并記錄垂直線距離，測量實際銑削量再對比測距儀數(shù)值，即可將差值校正進去，完成數(shù)值校準。

圖5 安裝示意圖

2.2 在線自動檢測系統(tǒng)的硬件選型

從測距儀采用的調(diào)制對象上可以分為：光電測距儀、聲波測距儀。光電測距儀按測距方法，又分為相位法測距儀和脈沖測距儀兩種。測量距離較遠，多用于戶外的，一般選用脈沖測距儀；測量距離不長，環(huán)境光不復雜，精度要求達到毫米級別的，一般選用相位式激光測距儀。超聲波測距儀測量的效果受環(huán)境影響較大，穩(wěn)定和方向性較激光測距儀差，但價格相對便宜。根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境及1mm級精度要求，選用相位式激光測距儀，若為得到高精度數(shù)據(jù)，需采用全反射棱鏡配合。

2.3 在線自動檢測系統(tǒng)

如圖5安裝說明所示，將測距儀安裝在銑床進刀前位置，當鑄錠在銑削行進到刀盤入口側(cè)前就測量出鑄錠外表面與測距儀的距離，并采用數(shù)據(jù)采集軟件一直連續(xù)記錄到鑄錠結(jié)束就可以形成一條鑄錠水平定位走勢圖。圖6是鑄錠的掃描曲線，曲線所示的形狀就是鑄錠外表面的形貌。經(jīng)過簡單的方位換算及處理即可以完整反映出當前鑄錠大面的縱向形貌，見圖7。利用最初的水平基準點并結(jié)合曲線圖，就可以得出鑄錠缺陷深度的最高點和最低點并實時在線反饋給銑削控制系統(tǒng)（見圖8、圖9所示）。PLC根據(jù)最低點缺陷深度加上不同產(chǎn)品的工藝銑削標準來制定最佳目標銑削量和銑削次數(shù)，控制銑床刀盤的進給量，真正將鑄錠表面不良缺陷銑除。

圖6 自動檢測掃描

圖7 根據(jù)掃描圖還原鑄錠形貌

圖8 Y1面檢測

圖9 Y2面檢測

3 在線自動檢測系統(tǒng)的功能

（1）缺陷原因快速查找分析。把兩條曲線放在一起做成鑄錠形貌還原，能快速診斷出前工序不良缺陷的程度及可能發(fā)生狀況。如從圖6和圖7中可看出，左側(cè)存在鑄錠大面彎曲缺陷。如彎曲程度超出標準則要求鑄造機進行快速調(diào)整以消除或減少彎曲程度，這樣既可以提高成材率，又可以及時阻止不良品流出。

（2）銑削深度及表面形貌數(shù)據(jù)保存。通過檢測數(shù)據(jù)的自動記錄保存為后工序產(chǎn)品缺陷追溯和研究提供準確詳細的數(shù)據(jù)依據(jù)。

4 結(jié)論

通過以上鋁鑄錠表面檢測方法的檢測就可以很好地診斷出鑄錠表面質(zhì)量。其中大部分的鑄錠表面缺陷運用在線自動檢測系統(tǒng)都可以實現(xiàn)，僅橫向結(jié)晶器磨損引起的中凸度變化檢測則可以通過端面畫線法即可實現(xiàn)。

鏟齒型PTC加熱器用鋁管的制備方法

中國專利 CN105666055A

本專利介紹了一種鏟齒型PTC加熱器用鋁管的制備方法。該方法主要包括以下步驟：步驟一，通過擠壓成型制作金屬鋁型材，金屬鋁型材為具有設定長度的棱柱結(jié)構(gòu)，金屬鋁型材沿其長度方向設置有中空腔室；步驟二，將制成的金屬鋁型材進行時效處理，使得其韋氏硬度控制在6～12之間；步驟三，將時效處理后的的金屬鋁型材的上表面和下表面上間隔設定距離削出設定厚度的薄片，同時向上翻折成直立狀態(tài)形成一個鰭形齒，最終形成鏟齒型PTC加熱器用鋁管。

可時效硬化鋁合金的熱處理

美國專利US7025839

本專利介紹了一種可時效硬化鋁合金的熱處理工藝，其步驟主要包括：在高溫（TA）下較短時間里靜置合金的階段，適于時效合金；快速冷卻合金到一個較低溫度，以便阻止溶解元素的最初析出；在一定溫度（TB）下靜置該合金，以足夠獲得一個適當水平的二次成核或溶解元素的連續(xù)析出；將該合金加熱到一定溫度（充分接近或高于溫度TA），并在一定溫度（TC）下靜置更充足的時間，以獲得最大強度。

壓縮機結(jié)構(gòu)件用的壓鑄鋁合金

歐洲專利US9038704

本專利提供一種流動性好、伸長率高的壓鑄鋁合金，該合金在壓鑄時不會出現(xiàn)融合現(xiàn)象，特別適合于壓力鑄造各種結(jié)構(gòu)件。該合金的主要化學成分如下（質(zhì)量分數(shù)，%）：8～11Si、0.8～1.9Mn、0.1～0.5Fe、0.2～0.7Mg、0.002～0.15B、0.006～0.017Sr、≤0.25Cu、≤0.35Zn、≤0.25Ti，余下為Al。該合金的伸長率≥9%,抗拉強度≥250kg/cm2。該合金可用來生產(chǎn)壓縮機、冷凍機、加熱通風和空氣調(diào)節(jié)等裝置所需的各種結(jié)構(gòu)件。

鋁基滑動軸承材料

德國專利 19750740

本發(fā)明推薦一種含10%～25%Zn(10%～15%最理想)的鋁基滑動軸承合金。該合金具有很好的承重能力和變形能力，這主要是因為添加了0.2%～2%(0.7%～1.3%最理想)的Mn和Si所致，Mn與Si的比例為0.6～1.5(0.8～1.2最理想)。合金因析出Mn3Si2Al15相固體金屬間化合物而發(fā)生強化，由此可用作軸承材料。

App lication of Surface Deformation Defect Detection and On-line Automatic Detection Technology for Alum inum Ingots

ZHOU De-gang
((Ruyuan Dongyangguang UACJFine Alum inum Foil.Co.,Ltd.,Shaoguan 512721,China)

Various defects on surface of alum inum ingots during casting and homogenizing can be elim inated by m illing.Deforma?tion degree and size,morphology characteristicsof productscan bemeasured by aid of surface deformation defect detection and online automatic detection technology for alum inum ingots,thusalum inum ingot surface chilling layer can bemilled accurately,to en?sure productquality and production efficiency.

ingot surface defect;detection of diastimeter;curve preparation;horizontalm illing depth;defectdiagnosis

TG292

：B

：1005-4898(2017)04-0050-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.04.12

低碳法車輛用高強鋁合金板帶關(guān)鍵技術(shù)成果轉(zhuǎn)發(fā)資助項目（2013B09020008）；廣東省鋁板帶箔加工研究院資助項目（2014B090903012）。

周德剛（1980-），男，浙江東陽人，主要研究方向為鋁合金熔鑄與熱軋裝備自動化改造。

2017-05-26