本文摘要：摘要：落料線是用來將冷軋鋼卷開卷、落料、剪切加工的生產(chǎn)線，主要為汽車企業(yè)提供落料壓力成形及板材剪切服務。生產(chǎn)時板料表面存在矯直機輥印缺陷，缺陷占比約2%，嚴重制約著落料線產(chǎn)品質(zhì)量的提升。從矯直機輥印形成原理、現(xiàn)場生產(chǎn)實際進行分析，開展技術優(yōu)
摘要：落料線是用來將冷軋鋼卷開卷、落料、剪切加工的生產(chǎn)線，主要為汽車企業(yè)提供落料壓力成形及板材剪切服務。生產(chǎn)時板料表面存在矯直機輥印缺陷，缺陷占比約2%，嚴重制約著落料線產(chǎn)品質(zhì)量的提升。從矯直機輥印形成原理、現(xiàn)場生產(chǎn)實際進行分析，開展技術優(yōu)化。通過修改矯直機的SIMOTION自動化程序，矯直機速度從50m/min降低到0.6m/min，矯直機蠕動功能增加，消除了矯直機急起急�，F(xiàn)狀，以及通過現(xiàn)場操作方法的優(yōu)化改進，使板料表面矯直機輥印大幅減輕，板料表面矯直機輥印造成的不合格率降低到0.54%，對類似產(chǎn)線有較大的借鑒意義。
關鍵詞：落料;矯直;輥印;程序改進
引言
具有開卷、切頭、清洗、矯直、落料、剪切、堆垛工序的現(xiàn)代化開卷落料線主要由開卷送料系統(tǒng)、壓機和料片堆垛裝置等幾大部分組成，主要為汽車企業(yè)提供落料壓力成形及板材剪切服務[1]。在冷軋鋼板落料剪切中，剪切是生產(chǎn)和質(zhì)量檢查的最后的一道工序，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)[2]。為了滿足顧客日益增長的需求，必須杜絕質(zhì)量缺陷的發(fā)生。在剪切工序所生產(chǎn)的冷軋板中，表面存在輕重不同的矯直機輥印，不能滿足冷軋板用戶的生產(chǎn)要求和需要，特別是汽車板用戶的生產(chǎn)要求[3]。
冶金技術論文投稿刊物：冶金及材料期刊接收化學成分分析測試技術與方法、冶金過程與環(huán)保檢測、形態(tài)/狀態(tài)分析、表面/界面及形貌分析等方面具有一定創(chuàng)新性、先進性的研究成果，實驗室管理、標準物質(zhì)研制、能力驗證與質(zhì)量控制方案的應用與創(chuàng)新，儀器設備的研制與技術改進，綜述與評論等。
據(jù)了解，國內(nèi)類似的開卷落料線都存在著矯直機輥印的質(zhì)量缺陷，且都沒有找到好的解決方法，只是從矯直輥清潔、更換矯直輥、調(diào)整矯直機壓下參數(shù)方面進行調(diào)整優(yōu)化，但沒有得到更好的效果。為解決此問題，本文從自動化程序優(yōu)化以及改進工藝技術操作方法方面開展相應研究，提出了改進措施。矯直機輥印形成的原因和機理.矯直機的矯直原理軋件進入旋轉的工作輥中，經(jīng)過多次的、反復的、正反方向的彎曲變形使其原始曲率的不均勻性得到消除，從而使曲率從大變小，達到矯直的目的[2]。矯直機使鋼材的彎曲部位承受相當大的反向彎曲或拉伸，使該部位產(chǎn)生一定的彈塑性變形，當外力去除后，鋼材經(jīng)過彈性回復，然后達到平直[3]。
1矯直機輥印產(chǎn)生原因分析
輥印是鋼材表面缺陷之一，鋼材表面上呈連續(xù)性或周期性分布的凸起或凹下的印痕。手摸時的凹凸感不明顯，在一定范圍內(nèi)的輥印允許存在。經(jīng)過一段時間的觀察和研究，形成矯直機輥印的主要原因有以下個方面：(1)來料表面臟。平整后的冷板表面吸附著一層由鐵屑、灰塵、平整乳化液殘留物和機械殘油混合在一起的混合體，經(jīng)過剪切工序矯直時，混合體就粘在了矯直機支撐輥與工作輥之間，影響了矯直輥的光潔度，當矯直壓下量較大時，將工作輥與支撐輥上的贓物或油污印到鋼板上，造成矯直后冷板表面存在平行于軋制方向上的有規(guī)律的明暗條紋。(2)矯直輥老化。由于矯直機矯直輥有一定的磨削周期，當矯直輥工作時，磨削周期過長，造成矯直輥老化、精度降低，在矯直帶鋼過程中各支撐輥壓下量參差不齊，也會產(chǎn)生矯直機支撐輥印。
(3)矯直輥精度不夠。由于對矯直機支撐輥和工作輥的性能、尺寸工藝進行限制不到位，造成在線生產(chǎn)時，每個矯直輥磨損程度不同，特別是支撐輥，造成有規(guī)律性矯直機支撐輥印。(4)矯直機設備參數(shù)不精確。隨意性更改基本參數(shù)，無確定參數(shù)，尤其是工作輥、支撐輥磨削值，輥徑大小，輥縫值大小等，造成矯直機支撐輥壓下量分布不均[2]。經(jīng)過現(xiàn)場分析，落料線矯直機輥印形成的原因不屬于上面分析的原因。它形成的原因：落料線矯直機工作部分為矯直輥盒設計，該矯直輥盒由工作輥、中間輥和支撐輥組成，其中工作輥共有17根，為上下布置，輥徑為50mm。
落料線在生產(chǎn)停機時，板料在矯直機內(nèi)呈現(xiàn)波浪狀態(tài)，由于矯直機工作輥自身重力壓下原因，產(chǎn)線重新啟機時，該段板料會出現(xiàn)間距為25mm的無手感輥印。由于產(chǎn)線在停機時矯直機速度由高速運轉直接停止，沒有蠕動速度。在重新啟機時速度由零直接加速至設定速度，也沒有蠕動速度。在這種急停急啟的過程中，矯直輥由于重力作用在板料表面形成了矯直機輥印，這種表面輥印會給汽車廠后續(xù)涂裝工序帶來影響。由于矯直機結構設計、矯直原理及產(chǎn)線自動化程序的設計，該矯直輥印無法完全消除。
矯直機SIMOTION控制原理SIMOTION作為一個單一的系統(tǒng)，集運動控制、邏輯控制與工藝控制功能于一身，能夠最大程度簡化工程系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試時間，同時還能保證較高的循環(huán)率和最高的產(chǎn)品質(zhì)量[4]。SIMOTION運動控制系統(tǒng)由硬件平臺、工程開發(fā)系統(tǒng)(SCOUT)以及運行時的軟件模塊組成。SIMOTION主要包括三大功能：邏輯控制功能(PLC)、運動控制功能以及其他工藝功能。
SIMOTION通過上述三大功能的集成，可以將運動控制功能，邏輯控制功能以及其他工藝功能通過一個系統(tǒng)來實現(xiàn)。SIMOTION有種硬件平臺，即基于控制器的SIMOTION、基于PC的SIMOTION和基于驅(qū)動的SIMOTION。SIMOTION內(nèi)部集成SINAMICS S120驅(qū)動控制單元，特別適合緊湊和模塊化的設計。有多種型號可供選擇(D410、D425、D435、D445和D445)，最多可帶64根軸，最小用戶任務周期為0.5ms，最小總線循環(huán)時間為0.5ms。支持PROFIBUS、PROFINET及工業(yè)以太網(wǎng)等通訊方式[5]。矯直機控制單元由西門子運動控制模塊SIMOTIOND來進行同步和位置控制，既達到矯直的效果，又避免損壞機械結構。電機驅(qū)動模塊選用兩塊3.0A的SinamicsS120雙軸電機驅(qū)動模塊[6]。
由于SIMOTIOND的功能是集成在新的SinamicsS120多軸驅(qū)動系統(tǒng)的控制模板上，將運動控制與驅(qū)動器功能集成在一起，使得系統(tǒng)具有極快的響應速度。矯直機速度控制是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，當進行運動控制時，受控對象的位置、速度信號通過檢測裝置分別反饋給運動控制系統(tǒng)SIMOTION和驅(qū)動系統(tǒng)，SIMOTIOND根據(jù)設定的活套深度和材料進給長度自動調(diào)節(jié)速度，然后與反饋的位置信號、速度信號進行比較，根據(jù)差值信號的大小，由SIMOTIOND通過計算輸出給驅(qū)動裝置來驅(qū)動電機轉動，對材料進給和活套運行進行調(diào)整，接著對矯直機速度進行測量，并返回給SIMOTIOND和驅(qū)動器，進行比較、輸出，循環(huán)反復，不斷調(diào)節(jié)矯直機速度，以保證矯直均勻地向活套送料，與材料進給速度同步[7]。
在生產(chǎn)線停時SIMOTIOND在程序內(nèi)計算速度，自動調(diào)節(jié)矯直機運行，從而控制矯直機速度。 矯直機輥印的解決.落料線矯直機輥印的現(xiàn)狀落料線在生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)準備、質(zhì)量檢查以及故障處理等需要停機，當設備再重新啟動時，發(fā)現(xiàn)料片表面出現(xiàn)沿帶鋼橫向分布的輥印。初步確認輥印是矯直機工作輥由于自身重力壓下以及急停急啟造成的，這種輥印質(zhì)量缺陷占比約0.27。
客戶不能接受此種質(zhì)量缺陷，因此著力解決此問題。.原因分析和改進對策原因分析：生產(chǎn)線停機后帶鋼無蠕動，矯直機程序內(nèi)SIMOTION控制帶鋼立即停止，沒有蠕動功能;帶鋼啟動速度過快，生產(chǎn)啟動時帶鋼急啟以及矯直機輥子的重力作用在帶鋼表面造成輥印。
改進對策：(1)修改自動化控制程序。停機后矯直機從高速降為低速，增加蠕動功能。矯直機停止后，帶鋼速度變?yōu)槿鋭铀俣取?2)修改自動化控制程序。帶鋼停止后先以設定速度的5%運行后，再恢復到正常速度。帶鋼以緩慢速度啟動運行后再恢復到設定速度，板料表面輥印有所減輕。
2現(xiàn)場實際改善情況
落料剪切過程中，需要停機檢查時，矯直機降速到蠕動速度運行[8]。出現(xiàn)兩種狀況：
(1)停機時間較長(約大于10min，時間不確定的原因是停機時活套的深度不確定造成)，矯直機以蠕動的速度進行送料達到圖中的極限深度位置，矯直機停止運行。此后在開始自動剪切時，整條生產(chǎn)線的運行速度按照設定剪切速度的5%運行后恢復，全線按照設定剪切速度運行。
(2)停機時間較短，矯直機以蠕動速度送料，但是未達到極限深度。這時再開始自動剪切時，整條生產(chǎn)線的運行速度按照設定剪切速度運行。操作方法的優(yōu)化改進正常生產(chǎn)時，只安排一次正常停機，此次停機過程需完成板料表面質(zhì)量檢查、尺寸測量、兩個小車托盤位置調(diào)整，堆垛擋塊調(diào)整;同時安排一單獨工位用于質(zhì)量和矯直輥印甩廢，將質(zhì)量缺陷板料和矯直輥印板料甩出[9]。再次啟機后，全程不停機，單工位和雙工位進行自動不停機切換，必要時，采用生產(chǎn)降速，確保換包準備工作跟上生產(chǎn)剪切節(jié)奏，另外整個生產(chǎn)過程不得采用手工甩廢的方式[10]。
(3)每卷安排一次常規(guī)停機，開始生產(chǎn)時將操作側1/2號小車均停放堆垛位置，待1/2號小車托盤位置、堆垛擋塊調(diào)整完成后，將小車開出，進行卷料表面質(zhì)量檢查、尺寸測量，如圖所示。
3結論
(1)通過自動化程序的優(yōu)化修改以及操作方法的優(yōu)化，板料表面輥印大幅減輕，降低了板料表面輥印造成的不合格率1.3%，減少了客戶抱怨和質(zhì)量異議的發(fā)生，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，增加客戶滿意度。
(2)落料線作為鋼卷深加工產(chǎn)線，通過一系列工藝、技術優(yōu)化改進，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，增加企業(yè)核心競爭力，拓展冷軋產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，推動冷軋及深加工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。產(chǎn)品質(zhì)量技術提升的成功應用可以為同行業(yè)其他企業(yè)提供借鑒。
參考文獻：
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[4]//roceedingsof2008NationalSteelRollingProductionTechnologyConference.Dalian:TheChineseSocietyforMetals,2008:.)
[5]韓精華.自動化網(wǎng)絡控制技術在冶金工業(yè)中的應用
[6].中國冶金，2005,15(12):25.(HANJinghua.Applicationofautomaticnetworkcontroltechnologyinmetallurgicalindustry[].Chinametallurgy,2005,15(12):25.)
作者：王占斌
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