夏程飞论文铝箔轧机压轧机传动侧锥头设计.docx

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夏程飞论文铝箔轧机压轧机传动侧锥头设计

铝箔轧机压轧机传动侧锥头设计

摘要：

随着国内外对铝箔产品的需求不断扩大，世界各国超薄高速连续轧制技术取得了长足进步。

而我国尚有一批二十世纪三四十年代的二辊轧机，自动化水平低下，检测手段不全，产品从产量和质量上，远不能满足市场需求，造成我国铝箔生产企业与国际同行业相比竞争力不强的局面。

近年来我国着力发展超薄高速连续轧制技术。

采用Profibus总线，网络化管理，神经网络模糊控制的集成性设计方案，网络化的超薄高速连续轧制控制系统体系了铝箔加工工业发展的新方向，提高了轧机轧制的速度精度和可靠性，实现了系统故障自动检测，降低费用，运行可靠，应用灵活，功能完善。

我国超薄高速连续轧制技术日趋成熟。

铝箔轧机的轧制速度高，箔带比较薄，对张力控制要求较高，为了减小转动惯量对张力控制的影响，采用双锥头开卷机及卷取机。

在上卷和上套筒时为保证带材中心对中，需要双锥头同步移动。

在移动的同时还必须保证卷材处于夹紧状态，防止掉卷。

因此要求其液压控制系统必须稳定可靠。

本设计针对在铝带材加工机组中，上卷时带卷位置不对中，卷材在卷筒上的位置偏差，在移动的同时还必须保证卷材处于夹紧状态等种种原因，参考洛阳有色金属加工设计研究院设计的铝箔轧机双锥开卷机的上卷对中控制系统，该系统采用两个超声波位置传感器检测箔卷实际位置,同时计算出料卷实际宽度,并通过液压传动系统控制双锥头的移动,从而实现料卷与轧机中心线的对中。

且对液压缸及锥头等部件改进设计。

达到了铝带材在加工中队锥头及液压系统的要求。

关键词：

铝箔轧机；双锥头；铝带；液压控制系统

DesignofTheAluminumfoilmilldrivesidecone

Withdomesticdemandforaluminumproducts,expandingtheworldultra-thinhigh-speedcontinuousrollingtechnologyhasmadeconsiderableprogress.InChina,thereareagroupofthreetofouryearsofthetwentiethcentury,tworollmill,thelowlevelofautomationmeansofdetectionfailure,theproductfromtheproductionandqualitycannotsatisfymarketdemand,resultingintheproductionofaluminumcomparedtothesameindustryenterprisesandinternationalcompetitionthesituationwasnotstrong.Inrecentyears,China'seffortstodevelopultrahigh-speedcontinuousrollingtechnology.UsingProfibusbus,networkmanagement,neuralnetworkfuzzycontroldesignintegration,network-basedcontrolsystemforultrahigh-speedcontinuousrollingsystemofthealuminumprocessingindustryandnewdevelopment,increasedmillspeedaccuracyandreliabilitytoachieveautomaticfaultdetectionsystemandreducethecost,reliableandflexible,fullyfunctional.Continuousrollingofultrahigh-speedtechnologyhasmatured.

High-speedaluminumfoilrollingmill,foilwithathin,highontensioncontrolrequirements,inordertoreducetheinertiaeffectofthetensioncontrol,theuseofopen-bookmachineanddoubleconewinderhead.Inthevolumeandonthesleevetoensurethatwhenstripcenters,theneedfordoubleconeheadsynchronizedmovement.Inthemovingcoilmustalsobeguaranteedinaclampingstate,topreventtheswapvolume.Thereforerequestedthehydrauliccontrolsystemmustbestableandreliable.

Thedesignforthealuminummaterialprocessingunitinvolumewiththevolumeonthewrongposition,thecoilpositiononthedeviationoftheroll,inthemovingcoilmustalsobeguaranteedintheclampingstateofotherreasons,ReferenceLuoyangNonferrousMetalsProcessingandDesignInstitutedesignedaluminumfoilmillonthedoubleconecoilvolumeonthemachinecontrolsystem.Thesystemusestwoultrasonicsensorstodetectthelocationtheactuallocationoffoilpaper,andcalculatetheactualwidthofmaterialvolume,andthroughthehydraulictransmissionbiconicalheadmovementcontrolsysteminordertoachievetheexpectedvolumeofthemillcenterline.thehydrauliccylinderandconetoppartsofimproveddesign.Reachedthesquadronintheprocessingofaluminumconematerialandhydraulicsystemrequirements.

Keywords:

aluminumfoilmill;Conehead;Aluminium;hydrauliccontrolsystem

1绪论

1.1当代铝箔生产技术发展的特点

1.1.1我国铝箔工业的概况

我国新建和改扩建的铝板带箔生产企业很多，设备采用各种现代化手段，使我国的铝加工业轧机的装机水平也有很大提高，另一方面我国尚有一批二十世纪三四十年代的二辊轧机，有些产品还不能批量生产。

发展到现在，我国的技术也已经处于世界领先水平。

是非常具有竞争力的。

双辊铸轧工艺是将快速凝固和变形结合在一起的技术。

近年来，由于提高铸轧速度和减薄铸坯厚度具有降低能耗、提高效率和获得良好的带坯力学性能等优点而引起了众多研究者的关注。

然而由于铸轧速度的提高和带坯厚度的减薄，铸轧区内金属的流变行为被强化，尤其是对于厚度为2mm量级的带坯，高温固一固流变更为突出，在液一固临界点迅速进入强力轧制，对于这种状态的铸轧区金属流变本构关系的研究几乎还是空白，其间带坯的热力学行为亦难以用传统的规律来分析。

为了能准确认识快速铸轧中的一些新现象和建立铝带坯生产过程中最优工艺系统，对极为强化的铸轧过程流变行为基本规律的研究已是十分迫切的需要。

1.1.2铝箔生产技术的内涵转变

随着国内外对铝箔产品的需求不断扩大，世界各国超薄高速连续轧制技术取得了长足进步。

而我国尚有一批二十世纪三四十年代的二辊轧机，自动化水平低下，检测手段不全，产品从产量和质量上，远不能满足市场需求，造成我国铝箔生产企业与国际同行业相比竞争力不强的局面。

近年来我国着力发展超薄高速连续轧制技术。

采用Profibus总线，网络化管理，神经网络模糊控制的集成性设计方案，网络化的超薄高速连续轧制控制系统体系了铝箔加工工业发展的新方向，提高了轧机轧制的速度精度和可靠性，实现了系统故障自动检测，降低费用，运行可靠，应用灵活，功能完善。

我国超薄高速连续轧制技术日趋成熟。

1.1.3铝箔生产技术发展的特征

铝箔厚度较薄,一般为0.2到0.006毫米,最薄的可达0.004毫米。

铝箔主要用作包装材料,要求表面美观光亮,不透气,不损伤表面,没有油迹污染和氧化斑点等缺陷，为能稳定地正常地轧出极薄的表面质量良好的铝箔,必须掌握铝箔生产的工艺特点。

1.1.4轧制工艺参数

轧制工艺参数的优化选取关系到能否合乎要求的品、产品质量、能耗及成本，因此合理的选择轧制工艺参数是非常重要的。

工艺参数主要包括道次压下率、总压下率、轧制张力、轧制速度等。

拟定压下率时主要考虑的因素有：

轧机结构，被轧带材的机械性能，工艺润滑，带材的张力，电机功率，轧辊的硬度和弹性模量，辊型以及表面状念等。

丌坯和中间轧程的总压下率主要是考虑被轧带材的塑性，在可能允许的范围内，尽量采用大压下率，以减少中间退火次数和轧程数。

但也不能过大，由于加工硬化，过大的变形量将会导致道次增多，能耗增大，板形不好以及有可能形成裂边。

道次压下率的分配原则一般是：

第一，二压下率最大，之后随着被轧带材的加工硬化不断增加，而道次压下率逐渐减小，以便各道次的轧制压力大致相同。

轧制张力：

轧制张力是可逆轧机不可缺少的内容，它可以保证轧制过程的稳定，改善带材的板形和降低单位轧制压力，并在一定范围内改善厚度公差。

轧制张力主要依据带材的屈服极限束定。

一般选用的单位张应力为20～60％，过大时会造成带材宽度变窄，甚至把带材拉断。

边缘状态不好的带材要选小些。

后张力主要作用是降低单位轧制力和使轧制过程稳定，并可通过它在一定程度上控制带材的厚度变化。

前张力主要作用是获得满意的板形，过大会使真实板形被掩盖，且容易将箔材拉断，过小易使卷取时串层、松卷、起铍。

同时也可降低单位轧制力。

确定轧制张力时，一般都采用前张力大于后张力，有助于轧制过程的正常进行，可防止打滑。

但如果带材的厚度达到辊径的1/1OO或更薄时，则应使后张拉力等于或大于前张力，有利于变形和控厚。

轧制速度；在允许的范围内，尽可能采用高的轧制速度，高轧制速度，可增加变形区的油膜厚度，减小摩擦系数，且高速轧制的热效应产生的动态回复使箔材发生显著的加工软化，以加大道次压下率和提高生产率；另外，当轧制速度提高时，轧制压力相应减小。

一般第一道次采用较低的轧制速度，一方面防止在大压下量的情况下，如果再提高速度，将是轧辊急剧加热；另一方面是防止由于原材料厚度的阶段公差大所所产生的不均匀变形得不到及时调整。

对极薄带的及其重要的一点，每道启动和制动的过程时分别有一声速或降速过程，在轧制过程中尽可能少调速，以保证轧制的稳定性和带材厚度公差的均一性。

1.1.5铝箔生产技术研究与开发的发展方向

铝箔轧机的轧制速度高，箔带比较薄，对张力控制要求较高，为了减小转动惯量对张力控制的影响，采用双锥头开卷机及卷取机，在上卷和上套筒时为保证带材中心对中，需要双锥头同步移动。

在移动的同时还必须保证卷材处于夹紧状态，防止掉卷。

因此要求其液压控制系统必须稳定可靠。

在铝带材加工机组中，为了带卷定位准确，减小卷轴变形同时也为了减小传动惯量，达到较高的控制精度，其开卷机和卷取机采用双锥头夹紧机构。

由于上卷时带卷位置不对中，卷材在卷筒上的位置偏差等种种原因，需要双锥头同步移动。

在移动的同时还必须保证卷材处于夹紧状态，避免掉卷。

1.1.6高速度，快节奏的技术开发与成果转化

由于市场需要的推动和高新技术的应用，铝箔生产技术的研究和发展成果向生产力转将深刻的变化。

在铝箔生产中，以新工艺取代老工艺，新流程取代老流程，以新技术装备的设备取代老技术装备的设备的发展趋势不断变革铝箔生产。

我们要很好的驾驭这个发展规律。

1.2铝箔轧制技术发展趋势和发展目标

1.2.1国内外发展现状

（1）国外的发展现状

德国SMS公司的CVC轧机和法国Clecim公司的DSR辊的轧机比较具有代表性，在板型控制方面居于领先地位。

在当前市场竞争日趋激烈的情况下，工业发达国家的铝箔加工企业数量在不断减少，规模却在不断扩大，更加国际化，集团化，专业化，他们不惜投入巨资，采用大型，高速，自动，精密，节能和环保为特征的先进制造工艺装备，不断的提高劳动生产率和产品质量。

（2）我国的发展现状

90年代以来，我国新建和改扩建的铝板带箔生产企业很多，设备采用各种现代化手段，使我国的铝加工业轧机的装机水平也有很大提高，另一方面我国尚有一批二十世纪三四十年代的二辊轧机，有些产品还不能批量生产。

发展到现在，我国的技术也已经处于世界领先水平。

是非常具有竞争力的。

国内已有50多家有色金属加工企业从国外引进了高精度、高速度和自动化控制的宽幅铝箔轧机。

由于该轧机对其关键部件工作辊的辊身硬度、精度和硬度均匀性的要求苛刻，使这种轧辊成为国内众多轧辊生产厂家难以逾越的难关，针对有色金属加工企业只能依赖国外供货的状况，在九十年代初，对这种轧辊进行了专门课题攻关，并于1995年为西南铝加工厂生产出首批产品。

经检测，产品硬度为102HSD，硬度均匀性≤2HSD，轧辊同轴度精度达到0.002mm，符合用户的图纸要求，经上机实用效果与国外同类产品相当。

随后，又陆续为西北铝、贵阳铝等用户生产出该项产品，其轧制效果受到厂家的一致好评。

为进一步满足用户要求，对有色轧辊生产的重要环节（冶炼、热处理、机加工）进行了大规模技术引进和改造。

从美国CONSARC公司引进了15吨电渣重熔电炉，从比利时引进了双频淬火机床，从美国SAPCO公司引进了磨削精度达0.002mm数控磨床，建立起国内第一条专门用于有色轧辊生产的现代化生产线，使这种轧辊的年产量提高了1000多吨。

与此同时，还有针对性地加强了生产过程控制，改进了技术保证手段，探索并形成了一套独特的生产工艺流程。

精良的设备加之较高的加工生产技术，使生产的高精度铝箔冷轧工作辊质量得到稳步提高。

1.2.2发展趋势

随着国民经济的持续发展，中国铝箔工业在最近10年奠定了良好基础。

在未来的发展中，中国铝箔工业将通过行业结构、产品结构和技术结构调整上升到一个新的水平，并成为全球最主要的铝箔生产基地和出口大国。

具体讲有以下几方面特点：

一、行业结构

未来几年，有几家大型铝箔生产企业，通过与上游煤、电、铝企业和研究机构的纵向联合，或者通过企业间的横向联合，向集团化方向发展，依靠多品种生产优势和新产品、新市场的开发优势，创造规模竞争和品牌竞争优势，提高中国铝箔生产的国际竞争力和抗风险能力，引导行业健康发展。

一批中小型铝箔生产企业，将利用先进设备，成为铝箔专业化生产企业。

如空调箔专业生产企业，双零箔专业生产企业等等。

二辊轧机将逐步被淘汰，企业总数将从现在的90家以上，减少到40家以下。

二、产品结构

产品结构将进一步趋向合理化，中高档铝箔产品的生产比重将不断加大，产品的国际竞争能力不断提高，总体上向更宽、更薄的方向发展，特别是0.005mm厚度以下的铝箔将实现规模生产，并在包装等行业大量应用。

对于如双零箔、空调箔、药箔等重要品种，和一些特殊品种，如高压阳极箔等，将向高技术水平的方向发展。

三、技术结构

科研院所、大专院校将成为铝箔生产与应用基础研究的中坚力量。

各生产企业为应对日益激烈的市场竞争，将加强对熔炼铸造技术的研究和合金品种的研究，深入探索材料、工艺、组织性能的对应规律；探索连续铸轧技术和大型高速、高精度热连轧生产工艺在铝箔坯料生产上的最佳组合，并改善铝箔坯料的整体结构和质量；铝箔生产将向更宽、更薄、更高速的方向发展，高档润滑剂的应用，以及不等厚双合轧制等前沿技术将会提上企业的科技攻关日程；并且加强铝箔深加工产品的开发力度，促进铝箔在新市场的应用和普及，总体上使生产效率更高、生产周期更短、生产成本更低。

四、运行机制

经济的发展将会促使各种背景的企业共同参与市场竞争，企业发展模式更为多样化，中外合资经营将成为中国铝箔生产最主要的模式。

国外资本在行业资产重组与整合过程中将扮演重要角色，并通过资本的渗透，促进国内外管理与人才的融合，最终使中国铝箔工业的运行向着更加规范和科学的方向发展。

中国铝箔企业的进步也必将与全球铝箔市场的发展和潜在需求的发展同步。

同时，根据中国铝箔市场巨大的发展潜力，可以预测未来中国铝箔需求的增量空间主要表现在以下几个方面：

1.铝箔作为生活消费资料，用于食品、药品、饮料、日化用品包装，正在支撑起一个潜力巨大的市场，如果到2008年，中国的人均消费量达到美国的1／5，这个市场的需求量将增加25万吨／年；

2.作为热交换材料，空调铝箔的需求将会有一轮新的发展，目前全球空调年产量4500万台，铝箔需求量超过16万吨，中国占50％以上，另外两个生产大国日本和韩国正陆续将生产基地移到中国，随着中国逐步成为世界空调的生产中心，将大大拓展空调铝箔的市场空间；

3.中国汽车工业的发展将给铝箔市场创造一个新的空间：

一方面汽车的普及率快速提升；另一方面汽车铝化率不断提高；

4.铝箔作为性能卓越的电子屏蔽材料和建筑装饰材料，在一定时期内也将成为促进铝箔市场发展的重要因素。

另外，中国虽然从总体上看成了世界上生产、消费铝箔的大国，但要成为真正的铝箔生产强国，还面临着许多挑战，如行业结构不合理、低水平重复建设、基础研究薄弱和行业导向模糊等问题，都将成为中国铝箔工业整体发展的巨大阻力；低水平的价格竞争、关系竞争也将在一定程度上障碍行业的健康发展。

目前，各种资本正在不断涌入中国铝箔行业，国外铝业公司扩大在中国的投资规模，地方政府纷纷将铝箔作为重点发展的产业，上游电解铝企业延伸产业链私营企业以各种方式进入等等，都将使中国铝箔生产企业在一个新的层次上寻求生存和发展。

1.3传统连续铸轧技术的发展与快速铸轧技术的开发

1.3.1双辊连续铸轧技术的发展

1846年，英国人贝西默（Bessemer）提出从旋转着的两辊上方向辊缝注入金属熔体，生产铸坯的设想，但经过多次努力，均未获成功。

在这之后大约经过了一百年，该项技术无人问津。

1951年美国的亨特、道格拉斯（unter、Douglas）两家公司联合，对失败的贝西默（Bessemer）方法重新进行了研究，生产方式由上注式改为下注式，将直径为600mm的两个轧辊按水平方向布置，供料嘴装在底部。

首次铸轧出宽1500mm、厚6mm的铝带坯，轧制力约为600吨，并成功运用于工业生产，标志着铝加工史上的一次大的技术飞跃，开辟了铝带坯生产的一条新路。

目前世界上已有430余台套铸轧设备为铝带、箔提供坯料。

现有的双辊连续铸轧装备从铸轧辊的布置和浇注形式上可大体上划分为三种类型：

水平下注式、倾斜侧注式、垂直平注式。

其中水平下注式铸轧机由于生产能力比较低且操作复杂而很少使用。

倾斜侧注式以美国亨特铸轧机为代表，水平下注式相比倾斜侧注式铸轧机具有生产率高、加工率大、操作方便、产品量较好等特点；同类型的还有西德克鲁勃铸轧机和英国戴维铸轧机。

垂直平注式铸轧机以法国彼希涅公司的3C铸轧机为代表，除法国外还有瑞士和前苏联等均能制造这种类型铸轧机。

对比倾斜侧注式铸轧机，垂直平注式铸轧机具有更大的生产率和加工率以及操作和换辊方便等特点。

1.3.2快速铸轧技术的开发

目前世界各国双辊式铸轧机运用常规铸轧技术生产铸轧产品厚度为6—8mm左右，铸轧速度为1—1．5m／min，单机产能较低，同时相对轧制变形率较小，铸造缺陷消除不充分，产品质量受局限，难以满足高性能铝材制品（高压电容铝箔、制罐料和计算机存储基板等）的要求，铸轧板深冲性能较热轧开坯板材差，这些问题大大限制了该方法潜力的发挥，从而影响该技术与传统热轧开坯技术的竞争。

为此，世界各国都在致力于该技术的新发展与突破，希望在提高生产效率和增加可铸轧合金品种的同时，达到提高铝材质量的目的。

主要表现在：

1）努力降低带坯厚度。

工业试验的最薄厚度由传统的6mm降到1mm，以期使后续板带材冷轧减少2—3道次：

2）提高铸轧速度。

试验铸轧机由常规的lm／min提高到15m／min，生产效率可提高1-2.5倍；

3）拓宽可生产的合金范围。

常规双辊式铸轧机只能生产1000系合金与3000、5000、8000系合金中的少数几个合金，据报导试验用薄带坯铸轧机可生产3000、5000、6000系等多种系列合金；

4）增加熔体凝固速度。

普通双辊铸轧机中熔体的凝固速度为100-1000k/s，而在薄带坯快速连续铸轧试验中的冷却速度高达10000-100000k/s；

5）英国牛津大学（Oxford），德国亚琛（Archen）大学的科学家与一些跨国铝业公司的研究中心等在快速凝固理论方面开展了有成效的研究：

6）当前的一些高新先进技术，如测控技术等在快速薄带坯铸轧生产上得到了充分的应用，使这些技术很快转化为生产力。

超薄快速铸轧技术（铝带坯近净成形制备技术）是一项正在发展中的新工艺

与新技术，它进一步发扬了传统铸轧的优点，而且可克服常规铸轧法所固有的缺点，提高了铸轧生产率及产品质量，扩大了产品品种。

新一代超薄快速铸轧机与传统铸轧机相比，具有以下优点：

1）更高的凝固速度，更细的金属组织结构，更小的金属共晶体，更细的枝晶间距；

2）更薄的产品规格（0.2--2mm厚），更少的后续冷轧道次：

3）合金元素（如Mn、Fe等）在固溶体中含量大大增加，可铸轧的铝合金范围扩大；

4）对主要合金品种的实验，生产率提高2倍以上。

利用超薄快速铸轧冷却速度快的特点，可以扩大可铸轧合金的范围，开发市

场占有率高的3000、8000系列合金和5000系列可铸轧合金品种。

这不仅可以进一步提高冷轧材和箔材的成材率，减少加工成本及投资费用，而且可为电器、运输、医药和轻工业等行业提供各种高性能的材料（如生产制造战斗机群的高性能铝板、计算机高信息密度的硬盘铝质基板等），合金品种的增加和市场的扩大将产生巨大的经济效益和社会益。

自20世纪90年代以来，一些发达国家竞相斥巨资对其工艺和设备进行研究开发。

主要有意大利的法塔一亨特（Fata-Hunter）公司、法国的彼西（Pechiney）公司、英国的戴维（Davy）公司以及挪威的海德洛（Hydro）公司。

他们共同的做法是先在研究开发中心与大学合作进行小型试验，在取得一定成果和经验后，进行中试和大型工业试验。

迄今已相继在美国、卢森堡、法国等地建成了双辊、四辊等类型各异的超薄快速铝合金带坯工业试生产线。

尽管实际生产的工艺参数并未达到设计指标，但仍然表明了铸轧技术的发展趋势。

我国在“七五”、“八