落料線矯直機輥印形成機理及改進方法

王占斌

（北京首鋼股份有限公司，北京 101304）

落料線是用來將冷軋鋼卷開卷、落料、剪切加工的生產線，主要為汽車企業提供落料壓力成形及板材剪切服務，為汽車廠提供沖壓用原料[1]。在生產過程中，板料的表面質量是重點，尤其是矯直機輥印，嚴重制約著落料線產品質量的提升。為解決此問題，開展相應研究。

1 矯直機輥印形成的原因和機理

1.1 矯直機的矯直原理

軋件進入旋轉的工作輥中，經過多次的、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，使該部位產生一定的彈塑性變形，當外力去除后，鋼材經過彈性回復，然后達到平直。落料線的矯直機輥盒如圖1 所示。

圖1 矯直機輥盒

1.2 矯直機輥印產生原因分析

輥印是鋼材表面缺陷之一，鋼材表面上呈連續性或周期性分布的凸起或凹下的印痕。手摸時凹凸感不明顯，在一定范圍內的輥印允許存在。

經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4 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，造成在線生產時，每個矯直輥磨損程度不同，特別是支撐輥，造成有規律性矯直機支撐輥印。

（4）矯直機設備參數不精確：隨意性更改基本參數，無確定參數，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]。

經過現場分析，落料線矯直機輥印形成的原因不屬于上面分析的原因。它形成的原因是：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8 下9 布置，輥徑為50mm。落料線在生產停機時，板料在矯直機內呈現波浪狀態，由于矯直機工作輥自身重力壓下原因，產線重新啟機時，該段板料會出現間距為25mm 的無手感輥印。由于產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涂裝工序帶來影響。由于矯直機結構設計、矯直原理及產線自動化程序的設計，該矯直輥印無法完全消除。

2 矯直機輥印的解決

2.1 落料線矯直機輥印的現狀

落料線在生產過程中，由于生產準備、質量檢查以及故障處理等需要停機，當設備再重新啟動時發現料片表面出現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，這種輥印質量缺陷占比約2%左右。客戶不能接受此種質量缺陷，因此著力解決此問題。

2.2 原因分析和改進對策

原因分析：停機后帶鋼無蠕動，程序內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。為此，制定改善對策如下：

（1）修改自動化控制程序，如圖2 所示。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，帶鋼速度變為蠕動速度。

圖2 增加蠕動自動化程序修改圖

（2）修改自動化控制程序，如圖3 所示。帶鋼停止后先以設定速度的5%運行1s 后，再恢復到正常速度。帶鋼以緩慢速度啟動運行1s 后再恢復到設定速度，板料表面輥印有所減輕。

圖3 緩慢啟動自動化程序修改圖

2.3 改善原理

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。下面出現兩種狀況：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如圖4 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，整條生產線的運行速度按照設定剪切速度的5%運行1s 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。這時在開始自動剪切時，整條生產線的運行速度按照設定剪切速度運行。

2.4 操作方法的優化改進

正常生產時，只安排一次正常停機，此次停機過程需完成板料表面質量檢查、尺寸測量、兩個小車托盤位置調整，堆垛擋塊調整；同時安排一單獨工位用于質量和矯直輥印甩廢，將質量缺陷板料和矯直輥印板料甩出。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，采用生產降速，確保換包準備工作跟上生產剪切節奏，另外整個生產過程不得采用手工甩廢的方式。

（1）每卷安排一次常規停機，開始生產時將操作側1/2 號小車均停放堆垛位置，待1/2 號小車托盤位置、堆垛擋塊調整完成后，將小車開出，進行卷料表面質量檢查、尺寸測量。

（2）完成堆垛調整、質量檢查、包裝材料準備后，將操作側1 號小車，設備側2 號小車開進堆垛位，將停機矯直輥印板料甩至2 號小車，不停車自動切換剪切至操作側1 號小車。

（3）操作側1 號小車生產時，完成操作側2 號小車生產準備，并開至堆垛位，操作側1 號車生產完成，不停車自動切換剪切至操作側2 號小車，設備側1 號小車做好生產準備。通過1、2 號車交替生產，實現生產不停機。

圖6 2 號傳動側小車甩廢圖

圖7 堆垛小車交替生產圖

（4）故障停機處理方案：1 號車生產時出現故障停機，將矯直輥印板料甩至2 號車人工挑出；2 號車生產時出現故障停機，將矯直輥印板料甩至1 號車人工挑出。

（5）正常剪切前，必須將小車堆垛位置調整好，避免生產時因堆垛調整造成二次停機。生產前必須充分考慮打包時間和生產節奏匹配問題，如不滿足生產節奏，可以降速生產。

2.5 實施效果

通過矯直機自動化程序的修改和操作方法的優化，矯直機輥印不合格率從2.27%下降到0.54%。現場板料表面改善后實際效果見圖8。

圖8 改善前后板料表面輥印對比圖示

3 結論

（1）該技術使板料表面矯直機輥印大幅減輕，降低板料表面矯直機輥印造成的不合格率。改進后用戶可以接受。

（2）減少了客戶抱怨和質量異議的發生，提高產品質量穩定性，增加客戶滿意度。

（3）落料線作為鋼卷深加工產線，通過一系列工藝、技術優化改進提升了產品質量。服務上游首鋼冷軋鋼卷生產企業，延伸首鋼冷軋產品的產業鏈，提升產線直接服務、面對客戶的能力，讓冷軋優質的產品呈現在客戶面前，為公司發展做貢獻。

（4）產品質量技術提升的成功應用可以為同行業其他企業提供借鑒。