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國產大型鋁板錠現代化鋸銑聯合機組 呼之欲出

北京建萊機電技術有限公司2004

一、鋁板帶生產急需大型現代化的鋁板坯鋸銑聯合機組

   進入二十一世紀,隨著國內經濟的飛速發展,鋁加工業也進入了一個大型化、規模化的蓬勃發展時期。以半連續鑄坯、均熱化熱軋開坯為主導工藝、鋁板帶年產量在10多萬噸至70萬噸的生產線,近一兩年如雨后春筍,老廠要改造,新廠已上馬,包括擬建醞釀中的生產線,不下十幾條,遍及東南西北中,這也是國內經濟及二十世紀末期國內鋁加工業發展的必然趨勢。盡管國內目前處于宏觀調控環境中,我們也可以預測到幾年內,中國以熱軋工藝生產鋁板帶的能力可以達到幾百萬噸。簡單統計如下:

廠家

板錠尺寸

年產量

南山集團

L(5000~8650mm)×W(950~2130)×T(340~640)

70萬噸/年

東北輕合金

L(1600~ 6500 mm) ×W(1600~2500)T×W (330~ 630 mm)

25萬噸/年

中色萬基

L (3800~ 7500 mm)× W( 880~2300m m)× T( 360~720mm)

30萬噸/年

伊川龍泉

L (3800~ 7500 mm)× W( 900~2300 mm)× T (350~720 mm)

30萬噸/年

運城鋁業

L (5500 mm)×W(1500 mm)×T( 300 mm~500mm)

10萬噸/年

常熟鋁箔

L (6000 mm)× W (1600 mm)×T( 250~500 mm)

10萬噸/年

西南鋁

L (9000 mm)× W (2100~22000)× T( 620~700 mm)

40萬噸/年

   其他諸如美鋁、商丘、華北鋁、合肥、大連、長沙、青海、淄博等都在不同程度的醞釀中。
這些生產線不僅規模大,自動化程度高,而且都以生產二片罐材、PS板、高精度鋁箔、復合材、裝飾板等高精度板帶材為目的,這就不可避免地對輔助生產裝備提出了新的要求,它不僅需要高精度縱、橫剪機組、拉伸彎曲矯直機組、同時也需要自動化程度高,通過能力大,銑削表面精度高,形狀公差好的大型鋁板錠高效精整機組。工藝對裝備提出了如下具體要求:

  1. 生產能力:按(7200mm×2300mm×700mm)計算,每小時加工4-6塊
  2. 銑削后表面粗糙度:

      兩大面: Ra 1.6~Ra3.2
      側面: Ra 6.3
      角面: Ra 6.3

  1. 銑削后形位公差要求:

      兩大面平行度:長度方向:≤1.2mm
      寬度方向:≤0.5mm
      單面不平度:長度方向:≤0.15mm/m
      寬度方向:≤0.1mm/m

  1. 一次銑削深度:單面:  Max  15mm(純鋁)

                           12mm(硬鋁)

  1. 長度尺寸精度:±2mm
  2. 具體的設備技術參數:

      銑削線速度:30-40m/sec
      銑削進給速度:800-3000mm/min
      空車返回速度:20m-30m/min
      機床承載重荷:30噸
   產量愈大,對成材率的追求愈尤為重要,切頭質量的提高,都使得傳統的用于板錠頭尾鋸切的圓盤鋸被高速帶鋸所取代。這是因為,帶鋸不僅可以獲得更好的鋸切精度,更好的端面形狀公差。更重要的是,可以大大提高成材率。如圖示所示:
文本框:  文本框:   

   以年產量35萬噸處理量為例,帶鋸產生的鋁屑為752噸,而圓鋸產生的鋁屑為7524噸。以每噸加工費收益2000元計,使用帶鋸比使用圓盤鋸每年多得收益1354萬元,使用帶鋸成材率可提高1.5%~2%.

   生產工藝需要帶鋸機組具備以下主要功能:
   較高的鋸帶線速度:800~2000m/min
   負荷生產能力:800~2000cm2/min
   鋸切的進給速度:200~1000mm/min
   鋸帶使用壽命:>150m2
   鋸切送料自動定長精度:±2mm
   鋸切后端面垂直度:0.2/100mm
   整機運行噪聲:< 85db
   上述指標顯示,用于大板錠的帶鋸機并非傳統意義上的設備,而是現代化的高速帶鋸機組。
   就筆者了解,集高速鋸機和高精度銑面機于一體的聯合機組,并輔于自動化控制的鋁板坯精整線在世界范圍內還無一例。而專于銑面的高速高精度機組則以德國英格索爾(INGERSOLL)銑床公司最具代表性,日本次之,帶鋸機組則以法國SERMAS公司最具代表性,日本公司生產的高速帶鋸指標次之。西南鋁已引進了英格索爾的主機,輥道由武漢重機配套,南山鋁業則引進了日本 SNK(新日本工機)公司的銑面機和SERMAS公司的雙鋸架帶鋸機組,僅帶鋸機組價格為200萬美元左右,銑面機組也達3500萬元人民幣左右。一旦全部引進完成,總費用可達6000多萬人民幣。如此高昂的輔機費用使大部分企業在固定資產投入上望而生畏。正因為如此,王祝堂教授在6月份召開的“全國銅鋁加工裝備研討會”上,向國內從事有色裝備研發的企業發出呼吁:希望這些企業研發和生產具有自主知識產權的大型現代化鋁板錠鋸銑聯合機組,這是國內鋁加工業發展的需要,是民族工業發展的需要。是擺在國內有色加工裝備供應商和制造商面前急待解決的課題。

二、現代化大型鋸銑聯合機組是應用技術的綜合體現

   聯合機組因其高產能、高精度、高自動化程度的特點,要搞好其研發設計,并使其得到很好的使用效果,不僅要學習國外的先進技術和經驗。我們還必須站在堅實的理論的基礎上,研究解決諸多的技術問題,涉及的應用技術很廣泛。
(一)帶鋸:國內帶鋸技術的發展水平與國外的相比,目前仍有很大差距,目前國內帶鋸指標普遍如下:
   鋸切能力:≤ 200cm2/min
   鋸帶速度:< 200m/min
   雙金屬帶使用壽命:< 50m2
   這些指標與聯合機組所要求的相距甚遠。因此要使帶鋸能適應生產工藝的需要。必須解決很多問題:
   ·雙鋸架的剛度及穩定性;
   ·鋸機移動鋸切時的振動;
   ·鋸切長度的位移檢測和控制;
   ·鋸機鋸切中的負荷補償;
   ·鋸帶的自動張緊及張緊補償;
   ·不同材料鋸切時速度的調整;
   ·鋸切功率及張緊,傳動輪直徑的確定;
   ·鋸帶品種及鋸齒型狀的選擇;
   ·鋸帶的冷卻和潤滑;
   ·鋸帶運行中的導向設計及無振動問題;
   ·降低鋸機運行成本的設計和優化;
(二)銑面機組:國內目前的銑面機組仍處在一個低檔次水平,具有代表性的設備及廠家如下:
   北京第一機床廠,20世紀90年代為西南鋁所制做的單面銑削機組
   武漢重機廠,在1993年至1994年為東北輕合金廠所做的雙面臥銑
   成都長江鋁材廠和北京偉豪鋁材,90年代從日本引進的雙面銑機組
   北京建萊公司為新疆眾和、上海嘉定薩帕鋁熱、張家港鋁材廠、昆山運城鋁業、常熟鋁箔廠提供的雙面銑削機組
   上述機組的裝機水平、工藝功能,產品質量與現代化鋸銑聯合機組所應該具有的技術要求有很大差距,存在不同程度的欠缺,遠遠不能適應鋁加工業現階段發展的要求。在那些設備的基礎上還要解決很多技術問題。
   ·超重載情況下機床的高速運行穩定性
   ·銑刀軸高速轉動的情況下,軸向竄動及徑向跳動的控制
   ·銑削功率合理確定
   ·干銑條件下刀具的選擇與設計、刀具數量的確定、刀具的冷卻、斷屑和修光
   ·自動化大生產過程中易于調整的刀座設計
   ·刀盤及刀軸(特別是臥軸雙面銑削)轉動慣量的控制及平衡
   ·銑刀盤負荷平衡的設計和控制
   ·雙面立銑龍門卡緊機構的剛度以及工作運行的穩定,銑削側向力的平衡
   ·板坯鑄造所導致的形狀不規則及側裂深度的檢測與進刀量之間的聯鎖控制
   ·常規的傳動及結構合理設計
   ·側部銑削和角銑的機構處理
   ·機組在高速運行中可能引起振動的高次諧波的排除
(三)自動控制:聯合機組的自動控制必須是高水平的、可靠的。其中,速度調整控制,位移檢測,位置控制,幾何精度的檢測,數據的采集和處理,人機界面,安全報警,工藝生產報表的打印,整個聯合機組在一至二人操作情況下的手動,半自動、全自動控制功能以及符合實際的簡化的操作工藝軟件等等,在機組的控制中都不可或缺。
(四)排屑、收集、環保:目前國內所有銑面機組在排屑和除塵方面無一理想,其現狀是“天女散花”“屏蔽房”及“負壓吸屑”并存。以東北輕合金廠現有銑面機組的吸屑為例,其收集系統經多次改進其吸屑的效率才能達到95%左右,除塵系統直至目前仍不好用,不是布袋易于損壞,就是風阻太大,影響吸屑,有時,當天氣晴好在陽光照射下細微的鋁粉塵,經風道排空后,像禮花一樣銀光閃閃。
對于現代大型銑削機組,其產生的鋁屑量每小時可達3-4噸,因此對聯合機組的排屑、收集、環保必須給予足夠的重視,并處理好很多技術細節。
   ·吸口的設計
   ·純鋁斷屑
   ·系統風量的確定
   ·鋁屑在收集中的導向及收集效果
   ·鋁屑的順利迸出
   (如采用粉碎機系統,要合理設計粉碎機,并解決風阻問題。)
   ·管道的流量和風阻調整
   ·除塵器的合理選用
   ·布袋材質的確定
   ·噪音的消除
   ·大風量負壓排屑系統對機組安裝車間采暖通風的影響等。
   綜上所述,鋁錠鋸銑聯機組的誕生,必須結合現代技術的發展,涉及多領域的應用技術和成果。在光、機、電的基礎上采用了多方面的專用技術:直流數字調速驅動;AC交流伺服驅動;液壓自動位置傳感;液體靜壓潤滑;數碼顯示;高精度檢測儀表;環保型、高效能潤滑劑;液壓及氣動自動控制;雙螺母預載消除間隙滾珠絲杠傳動副;雙齒輪齒條消除間隙傳動機構;PLC邏輯程序控制;數據采集;人機界面;CRT顯示;上位機管理系統;電控總線以及大風量負壓吸屑除塵等等。一句話,鋁錠鋸銑聯合機組必將是綜合應用技術發展的具體體現。

三、現代鋁板坯鋸銑聯合機組國內研發現狀

   前面已經談到,“南山”引進了日本的銑面機組,SERMAS的雙架帶鋸機組,“西南”引進了英格索爾立軸臥銑機組,帶鋸還沒有最終解決。這二家引進設備要到明年底才能完成安裝調試,無法深入了解和借鑒,國產化的難度加大,加之的涉及的技術領域廣泛,所以這一機組的研發必須有較強的進取精神,勇于承擔風險、克服多重困難,加強用戶和開發商的緊密合作,組織多方專家,方能取得良好效果。在這種精神的指導下,以劉勁波付院長為代表的洛陽有色院的專家,中色萬基的領導以及以彭惠紅付總經理為代表的昆山運城鋁業的領導,在2003年初,都相繼確立了立足國內解決這一聯合機組的方針,并把這個任務,最終交給北京建萊機電技術有限公司。從而加速了國產現代化鋁板錠鋸銑聯合機組開發研制的步伐。 在他們的幫助和支持下,“北京建萊”組織多行業的專家,集中力量,克服困難,內外調研,并匯同有較強專業技術積淀和開發能力的上海匯明機械有限公司共同攻克高速帶鋸的難點,取得了很好的效果。
2003年十一月底,機組的方案和施工設計(見圖一、二、三)通過了中色萬基以及洛陽有色院各專業的專家和領導的技術審查,并得到了他們的認可,同時也堅定了他們國產化的信心,該設備已經在2004年初投入生產制造,年內可望安裝調試完畢。
   鑒于上述情況,2004年4月,“北京建萊”與“洛陽伊川龍泉鋁業”簽署了鋁板錠現代化聯合機組的購銷合同。機組平面布置見圖四
2003年底,“北京建萊”為“東北輕合金”提供了立軸臥銑式鋸銑聯合機組方案。見圖五
值得提出的是:“北京建萊”“上海匯明”聯合攻關。使用“東北輕”提供的多種合金的鑄錠,在國產鋸機上進行了多次試驗,在鋸切速度、鋸切能力、鋸帶選用、冷卻潤滑、鋸切質量以及運行成本諸方面都取得了突破性進展。
   我們可以確信具有自主知識產權的國產現代化大型鋁板錠鋸銑聯合機組,不久的將來,就會服務于中原鋁加工行業。與英格索爾公司、SNK公司及SERMAS公司相比,國產聯合機組在某些指標上還會存一定差距,但這些差距將很快被縮小,中國鋁加工裝備的這個空白,也將很快被添補。

 

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