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                數控軋環機的研發與使用

                  從1992年開始引進THYSSEN-WAGNER的設備,有1m、4m、5m軋環機,但只局限於軋制鋼件,而且是矩形截面,*大軋環機的徑向軋制力為2000kN,軸向軋制力為1600kN。航天工業和軍事裝備進步都與大推力火箭技術發展緊密相關,高強度精密鋁合金環狀部件是該領域必不可少的部件,尤其我國登月計劃的實施和其他方面需求,使得該種類軋環機應用前景廣闊。

                  基於以上情況,西安重型機械研究所為西南鋁業(集團)有限責任公司研制開發了國內首臺軋制大型鋁合金環件的!5000mm徑軸向數控軋環機。軋環機軋環工作原理如圖1所示。

                  軋環機工作時,主軋輥1在直流電機的驅動下旋轉,帶動工件反方向旋轉,芯輥3在油缸驅動下將環件4向主軋輥壓緊,完成徑向軋制運動。上錐輥5在直流電機的驅動下旋轉,同時在油缸驅動下向下錐輥壓緊,完成軸向軋制運動。定心機構2相應運動保證環件的圓度。

                  2機器結構特點及技術參數2.1結構特點5000mm徑軸向數控軋環機主要由主機、液壓控制系統、潤滑系統、電氣控制系統等組成。

                  2.1.1主機

                  主機主要由機座、徑向軋制、定心機構、環車和軸向軋制等部分組成。

                  機座用地腳螺栓固定在基礎上,機座分成前後兩段。主軋輥裝在與前機座相聯接的機座過橋上,主軋輥由兩臺直流電動機經過減速機驅動,減速機用地腳螺栓固定在地下室的基礎上,減速機與主軋輥用主聯軸器垂直聯結。為了快速更換主軋輥,將兩端支承的主軋輥裝在一個可更換的主軋輥箱中。芯軸裝在一個箱體中,這個箱體裝在芯軸滑座上,該滑座設有水平輥輪和垂直輥輪,在機座導軌上水平運動,並用刮板和吹風裝置清除導軌上的氧化皮等雜物。

                  徑向軋制液壓缸拖動芯軸滑座,通過芯軸和主軋輥對環件的水平擠壓產生徑向軋制力。芯軸用液壓缸進行升降,並可進行高度調節。在升降缸內設有位移傳感器,以監測芯軸的高度位置。在芯軸的下部設有一個氣動快速夾緊裝置,能方便的更換芯軸。擺臂裝在芯軸滑座上,在軋制過程中用於芯軸的上端支承。機器上料和下料時,擺臂與芯軸上部支承及芯軸上部支承液壓調節裝置一起向上擺動。擺臂的擺動是用一對液壓缸傳動的。芯軸上部支承的調節裝置也是用一對液壓缸傳動的。

                  定心裝置支承成圓過程,並在軋制時使環處於中心位置。兩個裝在定心臂上的可更換的定心輥構成了定心裝置。定心輥的定位由各自獨立的液壓缸來進行。兩個定心缸中都設有各自的位移傳感器和壓力(大小腔)傳感器,並在定心臂中設有力傳感器。

                  定心輥高度可調節。在芯軸滑座上固定有高度可以調節的軋制工作臺,在軋制過程中用於環的支承。

                  在軋制過程中,隨著環直徑的擴大,環在兩個環支承小車的輥道上回轉,小車可隨環的擴大跟隨環軸線的位移而▓自動移動。拖動兩個環車的液壓缸中設有各自的位移傳感器。

                  軸向機架用於安裝兩個錐形軸向軋輥。下軸向軋輥固定在軸向機架中,上軸向軋輥裝在軸向滑座中,軸向滑座可在軸向機架中垂直移動。通過上軸向軋輥的向下推進完成軸向軋制。軸向液壓缸產生軸向軋制力。該缸中設有位移傳感器和壓力傳感器(大小腔)。兩個軸向軋輥分別由直流變速電動機和齒輪減速機驅動。軸向機架像芯軸滑座一樣,用水平輥輪和垂直輥輪在機座的導軌上水平運動,同樣用刮板和吹風裝置清除導軌上的氧化皮等雜物。軸向機架的移動█是由液壓缸驅動的,隨著軋制過程中環徑的漲大,軸向機架向背離主軋輥的方向運動。在軸向機架中,下軸向軋輥上部設有測量輥機構,該機構中裝有位置傳感器。在軋制過程中,依靠氣缸的力量測量輥一直靠緊在環的外徑上。

                  2.1.2液壓控制系統為適應自動化軋制過程的需要,將徑向軋制液壓缸、定心液壓缸(兩個)、軸向軋制液壓缸和軸向機架液壓缸均設計成伺服液壓傳動。在這些缸中均設有位移傳感器和壓力傳感器。擺臂上設有角位移傳感器,以適應位置控制和壓力控制的需要。

                  為適應伺服控制,在泵站設有一套伺服控制壓力源,它是由一臺恒壓柱塞變量泵和一臺皮囊蓄能器組成。

                  對徑向軋制液壓缸快速動作、芯軸升降液壓缸、擺臂液壓缸、芯軸上支承調節液壓缸、軸向機架液壓缸快速動作和兩個環車傳動的液壓缸等均采用比例液壓傳動設計。目的是為了實現快速動作,並達到平穩的啟動和停止,以保證停止位置的準確性。在這些缸中均設有位移傳感器。

                  為適應比例控制,在泵站還設有一套比例控制壓力源,它是由三臺柱塞泵和七臺皮囊蓄能器組成。

                  為了滿足模具夾緊、調整和更換,專門設有一臺小流量的高壓力柱塞泵,用電磁換向閥進行控制,操作極為方便。

                  由於該機器主機較龐大,液壓缸設置比較分散,所以將控制閥塊分區集中,如泵站的控制閥塊集中於油箱上,徑向部分的控制閥塊集中於徑向部分端,軸向機架和環車部分的控制閥塊集中於軸向部分端,軸向軋制腔的控制閥塊設置在軸向機架上軸向軋制缸旁,而定心輥缸的控制閥塊就裝在定心缸上。

                  為方便設置*大軋制力,在徑向軋制傳動系統和軸向軋制傳動系統中分別設有比例壓力閥。在四臺主泵出口都設有精過濾器,以保障系統中油液高清潔度的要求。在五臺飼服閥的先導控制口設有高精度過濾器。設置了專用的旁路循環裝置,該裝置包括油液的冷卻、過濾。油泵站設備都集中在油箱上。

                  油箱上設有油溫油位監控儀表,並設有容量足夠大的高精度空氣濾清器。油箱和各閥站都設有接油盤。

                  2.1.3潤滑系統主軋輥軸承、主軋輥支承軸承、芯軸支承軸承和上下軸向軋輥軸承設計為油霧潤滑。主軋輥減速機和兩臺軸向輥減速機設計為稀油潤滑。設有稀油潤滑站,用油泵供給各減速機潤滑油。其他的運動副采用油脂集中潤滑。

                  2.1.4電氣自動控制系統系統功能主要有:主軋輥速度控制及徑向進給控制;錐輥速度控制及軸向進給控制;定心輥控制;軋環位置控制?軋環定位功能,以保證獲得圓形工件;徑向進給,軸向進給協調控制與軋制力限制(保護);輥徑補償;工件體積自動分配;工件熱態到冷態收縮比補償;設備自動定位;軋環機各種操作模式選擇,如:工作/禁止、自動、單動、換模等。

                  自動控制系統的配置及組成:軋環機自動控制系統的基本配置為電氣自動化系統采用二級計算機控制、三層網絡控制結構,構成現代化軋環機的整體控制系統。計算機控制系統采用上、下位兩級計算機控制方案,是集軋制過程控制、過程管理、自動控制和故障報警診斷為一體的計算機控制系統。下位機即自動控制計算機,完成全部自動控制功能,上位機即過程管理計算機,完成系統過程管理功能。

                  2.2技術參數2.2.1成品環尺寸及精度

                  徑軸向數控軋環機的創新點(1)大力矩,是國產軋制力*大的軋環設備,也是首臺軋制大型鋁合金環件的設備。

                  (2)高精度,在同類環軋設備中,軋制環件的精度*高。

                  (3)高效率,在國內同類軋環設備中,完成軋制環件的時間*短。

                  (4)大直徑,在國內同類環軋設備中,軋制的環件直徑*大,高度*大,它填補了我國軋制大直徑,大高度鋁合金環件的空白。

                  (5)新工藝,在我國首創軋制大直徑高強度精密鋁合金環件工藝計算機軟件。

                  4實驗驗證及技術應用5000mm徑軸向數控軋環機已於2006年7月在西南鋁業(集團)有限責任公司一次試車成功,設備各項性能指標完全達到設計要求。為用戶創造了良好的經濟效益和社會效益。機器設計創新點已經成功應用於青島φ5000mm徑軸向數控軋環機。

                  5結論5000mm徑軸向數控軋環機的研制成功與順利投產,為我國大型鋁合金環件的軋制生產鋪平了道路,解決了我國航天和兵器工業急需解決的問題,填補了我國在軋制高強度精密鋁合金環件領域的空白;同時對促進重大裝備國產化目標順利實現,提高我國設計制造水平、增強綜合國力具有重大意義。

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