多輥系工具庫(kù)在有色金屬矯平中的應(yīng)用

李國(guó)慶，盧保強(qiáng)，趙 旭，李玲玉，劉立明，張紅偉

（泰安華魯鍛壓機(jī)床有限公司，山東 泰安 271000）

0 引言

有色金屬元素如鋁、鎂、鈦等具有密度低、重量輕等特點(diǎn)，由其構(gòu)成的合金材料輕質(zhì)且具有良好的綜合機(jī)械性能，在新能源汽車、航空航天、高鐵、船舶等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，為中國(guó)制造業(yè)發(fā)展提供了基礎(chǔ)材料支撐。

矯平機(jī)作為一種高效的板材成形設(shè)備，通過(guò)矯平工藝可有效改善綜合性能，極大提高板材平整度；同時(shí)改善板材的應(yīng)力分布，提高板材狀態(tài)的穩(wěn)定性。需要注意的是，不同材料的成分不同，經(jīng)過(guò)不同熱處理工藝后力學(xué)性能存在差異，板材厚度對(duì)彎曲、起皺等變形缺陷影響程度不一，各種因素變動(dòng)的板材對(duì)矯平機(jī)輥系參數(shù)需求都不相同。企業(yè)希望用一臺(tái)矯平機(jī)解決多種厚度、種類、狀態(tài)材料的加工。

1 現(xiàn)有矯平機(jī)問題

矯平機(jī)為單輥系的配置功能，輥系設(shè)置一定數(shù)量的工作輥，輥系的輥徑、輥距固定，因而可以加工一定范圍的板材，例如行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中就進(jìn)行了推薦，可加工最薄板厚約為標(biāo)稱板材厚度的1/4，超出該最佳范圍的板材，矯平精度下降。此外，當(dāng)板料材質(zhì)改變時(shí)，對(duì)相同厚度范圍的不同板材力學(xué)性能差異難以兼顧，很難在一臺(tái)單輥系矯平機(jī)上取得一致的良好效果。

有色金屬較多用于外觀件場(chǎng)合，因此對(duì)材料表面的光亮度等質(zhì)量要求較高，甚至有表面鏡面的要求；矯平加工過(guò)程中，措施不到位情況下，存在板材板面劃傷和印紋缺陷，需經(jīng)后續(xù)拋光等工藝處理才能達(dá)到光亮度的要求，增加了用戶的成本投入，降低生產(chǎn)效率。

2 多輥系工具庫(kù)研發(fā)

我公司結(jié)合多年的研發(fā)制造經(jīng)驗(yàn)，在分析板材加工特點(diǎn)及設(shè)備控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了多輥系矯平機(jī)，解決有色金屬矯平過(guò)程存在的難題，實(shí)現(xiàn)多種厚度、種類、狀態(tài)板材的高精度、高質(zhì)量矯平。該型設(shè)備目前已在鋁板生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，取得良好的驗(yàn)證效果，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 多輥系矯平機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 多輥系匹配設(shè)計(jì)應(yīng)用

機(jī)床建立輥輪工具庫(kù)系統(tǒng)，工具庫(kù)系統(tǒng)設(shè)置生產(chǎn)需求的多種輥系。輥系結(jié)構(gòu)如圖2 所示，包括工作輥、中間輥、支承輥和輥?zhàn)?。多輥系匹配設(shè)計(jì)應(yīng)用，即每套輥系設(shè)計(jì)不同參數(shù)如輥徑、輥距、輥?zhàn)訑?shù)量等以對(duì)應(yīng)不同板材加工厚度范圍，或?qū)?yīng)不同種類有色金屬板材的力學(xué)性能要求，每套輥系均能保證對(duì)應(yīng)厚度范圍或特定種類板料的矯平效果，利用多套輥系涵蓋全部生產(chǎn)需求板材加工范圍。輥輪工具庫(kù)系統(tǒng)可根據(jù)后續(xù)使用情況進(jìn)行輥系的添加補(bǔ)充。矯平板材時(shí)，在數(shù)控系統(tǒng)中進(jìn)入多輥系輥輪工具庫(kù)系統(tǒng)，選擇相應(yīng)編號(hào)的輥系，即可實(shí)現(xiàn)一定厚度范圍、特定種類板料的加工，從而使單臺(tái)設(shè)備具備多臺(tái)矯平機(jī)的加工能力。

圖2 1#輥系與2#輥系示意圖

以4～40mm 鋁板雙輥系設(shè)計(jì)為例，如表1、圖2所示，1#輥系能夠?qū)崿F(xiàn)厚度12～40mm 板材矯平加工，2# 輥系能夠?qū)崿F(xiàn)厚度4～12mm 板材的矯平加工，在本臺(tái)設(shè)備上可實(shí)現(xiàn)厚度4～40mm 板材的矯平加工，加工厚度范圍較傳統(tǒng)單臺(tái)設(shè)備得到擴(kuò)大。

表1 雙組模塊化輥系對(duì)比

2.2 多組輥系模塊化設(shè)計(jì)

輥輪工具庫(kù)系統(tǒng)中的各套輥系進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，與設(shè)備機(jī)架保持統(tǒng)一的連接接口尺寸，保證部件接口的互換性。輥系結(jié)構(gòu)還包括萬(wàn)向軸和齒輪箱（圖3），多輥系矯平機(jī)中各輥系的齒輪箱輸入軸統(tǒng)一設(shè)計(jì)，使各齒輪箱輸入連接尺寸相同，能與同一套驅(qū)動(dòng)裝置相連，共用一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)矯平機(jī)多輥系的模塊化匹配設(shè)計(jì)，多套輥系在板料矯平時(shí)均能最大化發(fā)揮驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能力。

圖3 輥系側(cè)向結(jié)構(gòu)示意圖

以4～40mm 鋁板雙組模塊化輥系設(shè)計(jì)為例，厚板輥系在板料矯直時(shí)需要的扭矩M1 較薄板輥系在板料矯直時(shí)需要的扭矩M2 大，在相同矯直速度下，厚板輥系所需驅(qū)動(dòng)功率大于薄板輥系所需驅(qū)動(dòng)功率。在進(jìn)行輥系模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，厚板輥系齒輪箱與薄板輥系齒輪箱輸入軸中心高、中心距、外形尺寸均相同。薄板輥系設(shè)計(jì)線速度高，厚板輥系設(shè)計(jì)線速度低；通過(guò)模塊化輥系線速度匹配，使薄板輥系功率需求與厚板輥系的功率需求接近，兩套輥系在工作時(shí)，均能較大限度發(fā)揮驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能力。

2.3 輥系更換裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用

為方便工具庫(kù)系統(tǒng)各套輥系快速更換，提高使用過(guò)程生產(chǎn)效率，有色金屬矯平機(jī)應(yīng)用了多工位自動(dòng)輥系更換裝置，其結(jié)構(gòu)如圖4、圖5 所示。

圖4 輥系更換裝置結(jié)構(gòu)示意圖一

圖5 輥系更換裝置結(jié)構(gòu)示意圖二（俯視圖）

輥系更換裝置布置在矯平機(jī)非傳動(dòng)側(cè)，具備多個(gè)換輥平臺(tái)，每個(gè)換輥平臺(tái)上存放一套特定輥系。各換輥平臺(tái)均具備單獨(dú)的輥系移出裝置和工位調(diào)整裝置。輥系移出裝置用來(lái)實(shí)現(xiàn)輥系從矯平機(jī)框架開口位置的移出和送入（對(duì)應(yīng)圖5 中X 方向)，工位調(diào)整裝置用來(lái)實(shí)現(xiàn)換輥平臺(tái)在換輥底座上位置移動(dòng)（對(duì)應(yīng)圖5 中Y 方向），使放置不同輥系的換輥平臺(tái)都可與矯平機(jī)框架開口位置對(duì)正。輥系更換裝置通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制運(yùn)行，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)來(lái)料信息提示選擇合適換輥平臺(tái)上存放的輥系，進(jìn)行自動(dòng)換輥。

2.4 板材矯平表面質(zhì)量保證技術(shù)

有色金屬矯平機(jī)輥系采用六重式結(jié)構(gòu)（圖6），由于有中間輥的存在，能夠?qū)⒅С休伵c工作輥隔離開，避免因工作輥與支承輥直接接觸部分產(chǎn)生的輥印、痕跡粘附到板材上，避免有色金屬板料表面產(chǎn)生印紋。

圖6 六重式輥系結(jié)構(gòu)示意圖

矯平機(jī)出料口安裝有輥身清理裝置（結(jié)構(gòu)見圖7、圖8），定期對(duì)輥系進(jìn)行清理。輥身清理裝置帶動(dòng)清理帶沿工作輥軸線方向移動(dòng)，清理帶材質(zhì)為棉氈，上、下表面分別與上、下工作輥貼合，用來(lái)吸附輥身上粘附的油污、粉末。利用輥身清理裝置，清除輥系內(nèi)部粉末、油污，避免矯板時(shí)劃傷、污染板面。

圖7 輥身清理裝置結(jié)構(gòu)示意圖一

圖8 輥身清理裝置結(jié)構(gòu)示意圖二（左視圖）

3 結(jié)束語(yǔ)

有色金屬板料矯平機(jī)通過(guò)模塊化多組輥系工具庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用，相對(duì)傳統(tǒng)單輥系矯平機(jī)擴(kuò)大了加工范圍，提高了設(shè)備功能；通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制自動(dòng)換輥裝置實(shí)現(xiàn)輥系快速選擇更換，提高了設(shè)備運(yùn)行效率；利用板材矯平表面質(zhì)量保證技術(shù)，減少有色金屬板料矯平過(guò)程中的板材表面新增印紋、劃傷缺陷，確保表面質(zhì)量，減少對(duì)后續(xù)拋光工序的依賴。