金属挤压机动梁精度恢复技术创新研究.pdf

第 卷 第 期有色金属加工 年 月 :./.金属挤压机动梁精度恢复技术创新研究王华星杨胜泉刘永义(.中铝洛阳铜加工有限公司河南 洛阳.博澳精密工业(大连)有限公司辽宁 大连)收稿日期:作者简介:王华星()男高级工程师主要从事铜加工装备、工艺、信息化等方面企业管理、技术研发与改进工作摘 要:文章采取在线机加工修复缺陷的技术是大型卧式挤压机机械状态维修、精度恢复技术上的一种理念创新推行应用范围广示范效果明显是稳定和提高挤压机设备性能的一种发展趋势关键词:卧式挤压机偏心调整机加工中图分类号:文献标识码:文章编号:()金属挤压机是金属结构材料生产的重要装备广泛应用于黑色、有色金属生产加工领域可生产管材、棒材、线材、型材等结构形式的产品 其加工金属结构材料的方法称为挤压生产法是金属压力加工的一种主要方法该方法的工作原理是利用金属塑性成形特性采取机械外力以三向压应力方式强迫金属变形以使金属材料结构形态发生改变实现将金属锭坯加工成需求的结构性材料有色金属挤压机经过上百年的发展史其产品的材料组织成分和结构形态也在不断发展与创新多元成分、复杂结构、精准尺寸已成为产品的发展趋势在卧式金属挤压机挤压生产过程中常见的质量问题就是挤压管材偏心的问题其产品形态特性是以截面圆形管材内外径不同心(偏心)偏差、壁厚不均为显现形式也是一个产品几何尺寸精度的问题直接影响后续的直接使用或后道延伸工序的加工 经观察和统计发现其偏差缺陷量的大小和装备精度密切相连一般情况下偏差缺陷量小的可以通过后续的轧制、拉伸工序或机加工进行纠正超过一定数值偏差缺陷量大的制品将无法继续加工或使用只能直接报废此类质量缺陷将导致产品成材率、生产效率的下降和制造成本的上升影响企业的健康发展大型金属挤压机具有造价高、结构庞大、机械寿命长的特点在生产实践维修应用中存在着解体难、维修成本高的状况同时也存在因维修时间长影响产品市场稳定的问题 精准施策、降低维修难度、缩短维修工期、减少维修成本是一个重大的维修课题 挤压机精度研究与分析分析卧式金属挤压机产品质量缺陷产生原因时首先分析的是挤压机是否正常完好、状态精度是否在许可范围内 经过挤压机结构和应用形态分析可以知道其运动部件的磨损、承压件的规范度、挤压工具完好状态等都是引起挤压管材产生偏心的因素 一般情况下及时在工装方面采取预防和纠正措施生产时即可有效减轻和消除产品的缺陷达到下游工序或客户的需求 常规采取的措施是通过调整或更换滑板来弥补运动件磨损量通过更换合格的生产工具实现工装稳定通过增加补偿体或解体拆卸加工维修挤压动梁承压区域的恢复基准在以上涉及设备精度恢复的因素中前两项措施相对容易和经常实施后一项措施挤压动梁承压区域维修存在难度 挤压动梁因其结构庞大位置特殊在其承压区域纠正变形存在着技术复杂、经济代价大、长期得不到解决的现实问题 因而在这里我们研究和剖析卧式挤压机挤压动梁承压区域的形态变化从而达到解决管材生产中产生偏心缺陷的问题.挤压机结构分析金属卧式挤压机是使用最广泛的挤压机以水平方式安装 主要由机械框架部分、液压部分、辅助机械化和电气部分组成机械框架为设备的主体结构是我们研究的重点 多数挤压机机械框架采用三梁四柱式的预应力结构即前横梁、挤压动梁、后横梁和预应力框架力 有色金属加工第 卷柱 挤压动梁依附在框架力柱的导轨上是一个双向运动结构件其动力由液压缸提供在挤压动梁上还装有挤压杆、穿孔系统等生产性工具 预应力框架内还有 型导向的挤压筒座、供锭机构、残料分离机构和滑动模座等其他附属结构部件.机械结构件受力与变形分析机械框架作为工作核心单元框架内各种动态要素在此发生相互作用形成一个封闭力的作用体 主要承受作用力的部位是动梁承压面、前梁承压面以及相关挤压生产工具如承压垫、挤压杆、垫片、模具等工作中液压缸柱塞的作用使得挤压动梁产生水平作用力通过挤压工具传递给热态挤压锭坯使得锭坯发生定向形变达成预定设计几何结构的产品在锭坯形变的过程中由初始低于挤压中心线的偏载力形成作用力与反作用力逐渐向近似中心线演变同时工装和锭坯自身还存在一定的向下的重力 在挤压作用力、反作用力和工装及锭坯重力等力的共同作用下必然会产生与挤压中心线方向有一定偏差的合力 通过以上受力分析我们即可得知实际挤压力的中心线和机械框架结构的中心线存在一定的差异我们再分析一下生产过程中在挤压合力作用下受力体的变形情况 生产中挤压合力处于一种交变状态挤压动梁及前梁承压区域的局部沿受力方向产生弹性变形当受力区域超过材料许可应力结构就会产生永久塑性变形 由于挤压工具采用的是热处理后 类别的合金钢材料其强度和硬度远高于主机动梁承压区域基材(中碳钢)的材料性能变形的部分就必然体现在动梁的承压区域 同时工作中合力方向还受到铸锭尺寸规则性、基体位置等方面的影响存在不定向转移的现象随着受力时间的推移在挤压冲击力的作用下承压区域也遵循强者愈强弱者愈弱原则受力端面局部结构性的塑性变形就会加大 变形超过设计许可范围后导致设备工作基准发生由量到质的变化工作精度降低生产中挤压产品管材、型材就会出现壁厚不均、偏心等现象无法进行后续加工和使用.挤压管材偏心的调整卧式铜及铜合金挤压机生产管材时产品质量精度常规设计为偏心率 设备运行初期或经过精度调整后在一定时段内精度是可以保证达到设计范围内的 但是随着挤压生产持续运行在各种内外因素的影响下出现滑道磨损、基体局部变形导致挤压运动精度下降超出许可范围造成管材产品偏心、壁厚不均 设备纠偏策略常规采用以下几种主要措施:()采取偏心垫片的方式 采用在挤压动梁承压区域变形面加偏心调整垫片来减少制品偏心率的措施 主要措施是:当设备中心线工作中发生偏离之后调整滑板位置或挤压工具位置也无法恢复到设计许可范围内时通常采用拆除挤压生产工具系统后对挤压动梁承压区域端面进行中心线同轴度、垂直平面度等方面检测 测量工具主要选用千分尺、千分表、平尺、垂吊等对于大型挤压机也可借助激光经纬仪、水准仪、全站仪等手段检测 根据检测结果对于变形区域采用相应的局部补偿补偿多采用斜垫片方式 实践中检测到动梁承压区域端面变形存在沿中心线下 范围内不定向的现象变形最大的不一定在正下方受压力大的地方压缩量最大形成侧向斜面 通过测量薄厚区间加工制作一面倾斜、另一面平面的圆形斜垫片安放在对应的变形区不规则的局部凹陷还可补偿薄垫片增加贴合度从而改善承压区域端面垂直度实现对中纠偏的目的()通过定期大型维修方式 设备解体大修是一种完全补偿方式在专用机加工设备上对动梁承压区域端面进行修复实现原始设计的基准和功能 主要方法是:挤压动梁解体后在维修工厂对动梁承压面磨损和变形件区域进行补焊修复然后进行机加工或者直接对动梁承压区域端面进行机加工然后增加平垫片的补偿方式恢复该部件的原始设计尺寸精度最后重新组装挤压机各零件、部件使整个设备的精度恢复到原始设计 适应现代设备精度恢复的技术创新企业装备技术团队对企业多年来挤压机生产纠偏工作实践经验进行充分、全面、系统性总结和分析并开展对国内五十余台在用大型卧式铜、铝挤压机及其他有色金属挤压机应用情况调研及专业咨询结合企业卧式挤压机现场实际提出在线修复的设想联合专业机床公司技术人员成立课题组共同分析、探讨和研发经多次方案优化和模拟试验研制出一套可以在挤压机不解体的情况下、快速在线处理动梁承压区域端面不平度的机械加工装置 应用后成功恢复挤压动梁承压区域端面精度及设备基准精度.创新设计理念抛弃大修方能恢复设备精度的传统观点运用精准施策、靶向用药的思路解决关键问题把设备精度 第 期有色金属加工调整问题和修理问题区分开来明确调整界限范围从而使复杂问题简单化 创新思路重点是以问题、目标、结果为导向针对挤压机设备基准精度的特点抓住动梁机械结构精度决定运动精度这一关键要素寻找如何用最经济、最简便、用时最少的方法进行设备动梁承压结构功能恢复达到解体大修此关键部位修理的效果.创新设计方案课题组团队深度开展分析研究制定了创新工作方案即在设备不解体的情况下设计一种非人力驱动的特殊机械加工装置对挤压动梁承压区域已经发生变形的承压端面进行机加工加工后使得承压端面平面规则化且与挤压中心线处于垂直的相对关系实现在线修复此加工装置命名为在线端面加工装置()工作原理 该创新方案是一种特殊的机械铣削加工方式 工作时首先将特制的在线端面加工装置安装在挤压动梁上适宜的位置上定位然后手动将装置上双头刀具调整到合适的加工位置启动装置主电机驱动传动齿轮系统双头刀具开始公转和自转运动控制刀具的铣削进给量实现对挤压动梁端面缺陷切削加工通过循序渐进的、多层次的铣削加工操作达到预期的尺寸精度()设备组成 主要有支承系统、操作机构、回转机构、驱动系统、切削机构和电气部分(图)支承系统包括:上盖、支承板、联接板、固定基座上盖安装在支承板上方支承板通过联接板与固定基座连接利用挤压梁上的螺孔定位紧固固定在挤压梁上 操作机构包括:手柄、支架、若干组齿轮传动模块支架安装在支承系统上手柄安装在支架上手柄与齿轮传动模块连接若干组齿轮传动模块依次传动连接支承系统操作系统回转机构驱动系统切削机构图 在线机械结构加工装置总图.回转机构包括:回转体由回转主轴、旋转基板、手动回转传动系统组成通过手动达到 旋转 驱动系统、刀具和电气部分由电机、齿轮转动系统主轴组成 切削机构包括:刀体、旋转刀体、主轴移动套筒、齿轮齿轮安装在主轴上端移动套筒安装在齿轮上主轴下端连接旋转刀体旋转刀体上安装若干刀体电气部分通过开关、接触器、小型编程器形成相关控制()基本参数 外形尺寸:高 宽 长 电机 主轴转数 转/进刀行程 手动轮旋转一圈回转盘回转移动 可采用手动操作方式和巡航两种操作方式()主要工作步骤 利用挤压动梁上工装专用螺孔将在线端面加工装置定位、紧固在挤压动梁端面上 刀具装在旋转刀架上转动铣头上螺母调整刀具高度 开动电源铣头旋转利用升降螺母调整切削深度确认后即可转动手轮 转动手轮需人工操作根据刀具切削状况确定手轮旋转速度 回转旋转 后利用升降螺母调整两次吃刀量重复之前操作顺序直至将所需修理的端面加工完成 有色金属加工第 卷 创新技术应用.挤压机应用现状某铜加工厂的 铜及铜合金卧式双动挤压机目前是国内生产品种最复杂、规格最多、综合功能最强的一台大型挤压机产品涉及紫铜、黄铜、青铜、白铜四大系列规格涵盖外圆直径 的管、棒、型材设计管材产品的偏心率产品广泛应用于国防军工和高端科技领域 该挤压机已投产运行 余年因其处于生产重要地位及企业生产经营所需从未进行过解体功能恢复性修理 生产运行中管材产品偏心问题经常发生常规纠偏措施稳定时间短且偏心超出 的许可范围长期困扰生产顺利进行 挤压机挤压动梁是一个大型的核心部件重量约 安装挤压机的框架结构中 偏心问题严重超标无法正常生产时技术团队对挤压动梁系统结构情况检查发现挤压杆(生产工具)有严重的头部下沉现象偏差最大的为偏向操作一侧下沉方向与中心垂线约 最大偏差量 拆卸挤压杆后对承压区域端面(图)检测端面与挤压中心线不垂直采用激光经纬仪配合深度尺检测端面偏斜方向和挤压杆的下沉方向成对应关系最严重的变形与中心线垂直面偏差 严重变形是导致系统精度降低的主要原因图 动梁承压端面结构示意图.挤压动梁承压端面在线修复的实施首先拆除挤压动梁上安装的相应工装件如挤压杆固定法兰、挤压杆、穿孔针及其相连的支承系统、挤压承压垫等挤压工具第二清理挤压动梁上固定法兰的端面及螺纹孔检查端面的平整度并确认此端面相对完整程度以挤压动梁上固定法兰的端面为基准检查动梁承压区域端面变形程度经检测相对原始结构塑形变形最深区域为观察正对方向面左侧偏下其深度.另外中心水平线左侧处变形深.右侧处变形深.上部处变形最浅区域深.第三采用 只 双头螺栓将本在线端面加工装置框架固定在挤压动梁原固定法兰的端面上用塞尺检查连接缝隙调整至与挤压动梁端面平行 安装好刀架根据加工平面大小调整伸缩刀架至合适的区域此处双头刀具自转工作直径调整为 用专用工具把铣刀调整至最外加工面锁紧铣刀螺丝 然后将铣削加工量调整控制在.左右第四端面铣削加工 接通电源并启动刀架在传动系统作用下旋转手动匀速转动铣刀架机械装置沿环面铣削加工约 旋转 加工一周后刀具退出加工面停止加工人工检查加工实际量并根据加工情况制定下道次加工率 再次通过松开和紧固铣刀锁紧螺丝调整刀具的位置给定下道次的铣削加工量 然后再次沿环面进行铣削加工经过约、余次在环面上进给量调整的循序渐进铣削加工完成了挤压梁承压端面变形量高达 的修整工作第五经检测修复后承压面表面粗糙度 为 平面度()为.与挤压梁端面平行度()为 加工结束复检确认承压端面加工量.做好加工档案记录 停电电源拆除电源线将本装置从挤压动梁上拆除下来 存放到指定专用区域做好相关保养和保管工作最后对挤压动梁基准功能恢复成果验证根据加工量选择和安装高强度过渡承压垫片厚度为.用以补偿加工切削量恢复原始设计尺寸和精度 回装合格的挤压杆、穿孔针及相关的零部件恢复挤压动梁的结构完整性全面检测挤压机静止和动态相对位置精度调整挤压动梁、挤压筒外壳、穿孔动梁进行相关调整挤压杆的水平度为 整机中心线同轴度().试生产 根 管材制品所有制品偏心率.满足产品质量要求挤压机恢复正常挤压生产工作经过修复后经两年应用的统计 挤压机生产规格 的白铜管材(最容易产生偏心的管材制品规格)偏心率.生产其它牌号的铜及铜合金管材偏心率均没有超过.维修一次可保障 个月以内不会出现超标的问题可以确定以 个月作为承压区域端面维修周期按此周期操作 第 期有色金属加工维修量小维修时间可以控制在 个班次时间内完成.在线端面加工装置应用成效该项技术应用后效果显著 首先在企业内部推广应用及时修复某铜加工厂的、.和 卧式挤压机等挤压动梁受力端面减少挤压管材偏心报废率降低后续轧管机、拉伸机的生产难度极大地提升产品的成材率保证了产品质量 经统计同比提高挤压成品率大于 可节约大于 的辅助调整时间降低相应备件加工费用以及非计划调整期间动能的损耗 台挤压机年度同比增效 余万元 结论 挤压机挤压动梁在线修复技术经过企业技术团队和机床专业制造厂家两年多的时间共同研发 年 月成功投入应用实现了在挤压机本体不解体条件下进行核心巨型部件 挤压动粱承压端面垂直度的修复恢复了设备的调整基准 该挤压机挤压动梁承压端面修复的处理方式与现有承压端面变形必须采用楔垫片的中心基准的修复方式进行比较减少了维修频次基准恢复精准可靠提高设备中心基准的恢复效率设备运行稳定周期长缩短了维修时间和降低了维修费用进一步保证了设备中心基准的恢复及时性和可靠性该在线修复技术的突破和应用成功解决了卧式挤压机挤压管材偏心调整的技术难关解决了长期以来高成本解体维修的难题及时纠偏和解决阶段性设备稳定性问题具有先试先行创新领先的代表性 该技术可以应用到国内数百台类似大型铜、铝卧式挤压机上具有广泛的示范效应和推广价值参考文献 钟卫佳.铜加工技术实用手册.北京:冶金工业出版社:.刘永亮李耀群.铜及铜合金挤压生产技术.北京:冶金工业出版社:.杨胜泉.卧式挤压机偏心的分析与探讨.有色金属加工():.刘洁.机械工程师简明手册.河南:科学技术出版社.徐灏.机械设计手册:第三卷.北京:机械工业出版社.(.().):.:欢欢迎迎投投稿稿 欢欢迎迎订订阅阅 欢欢迎迎刊刊登登广广告告有色金属加工编辑部电话:邮箱:.