淺析汽車覆蓋件開發(fā)中的數(shù)字模具設計

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1提高了作業(yè)效率所謂的無意識冷卻是將一根無限的輥（板材）壓在機中，經(jīng)多次消耗，直到輥（孔）磨損，然后無法再研磨。與傳統(tǒng)軋制工藝相比,無頭軋制沒有軋件之間的時間間隔,增加了單位生產(chǎn)時間內的有效軋制時間,提高了作業(yè)效率;不存在咬入拋出軋件產(chǎn)生的沖擊載荷,減少了軋件對軋機的沖擊,降低了工藝設備事故和備品備件的消耗。由于其工藝過程穩(wěn)定,沒有軋件頭尾失張造成的尺寸偏差,提高了軋件尺寸精度;對于板材,也可以使軋件保持恒定張力,穩(wěn)定生產(chǎn)傳統(tǒng)熱軋工藝幾乎不可能生產(chǎn)的超薄規(guī)格鋼板,板厚可軋到0.8mm。對于棒材,定尺率得到提高,線材可以實現(xiàn)定重交貨等等。無頭軋制解決了間斷軋制存在的問題,超越了間斷軋制的工藝限制,具有重大的推廣應用意義,因此該項技術的研究與應用備受業(yè)內關注。2細胞培養(yǎng)中的東南角前蘇聯(lián)重型制造業(yè)中央科學研究院早在20世紀40年代末,在世界上率先著手對棒線材無頭軋制技術進行研究,并于50年代研制出世界上第一套用于構造無頭長坯的核心設備——移動式閃光對焊機,以實現(xiàn)在線預熱鋼坯的焊接。20世紀90年代,日本NKK公司和意大利達涅利公司也相繼研制出了以移動式閃光焊機為核心設備用于棒線材生產(chǎn)的無頭軋制產(chǎn)品。NKK公司稱之為棒材無頭軋制系統(tǒng)(即EBRS-EndlessBarRollingSystem),而達涅利公司則將該系統(tǒng)稱為無頭焊接軋制系統(tǒng)(即EWR—EndlessWeldingRolling)。1996年3月,世界上第一套采用感應對焊技術的工業(yè)化帶鋼無頭軋制生產(chǎn)線在日本川崎制鋼公司千葉廠3#熱連軋機上正式投入運行。1997年Posco(浦項)和Hitachi(日立)有限公司聯(lián)合著手開始研制采用剪切、焊接工藝,進行中間坯連接的帶鋼無頭軋制新工藝。1998年4月,日本新日鐵(Nippon)鋼鐵公司大分廠(Oita)研制成功了利用高能激光器對中間板坯實現(xiàn)對焊的鋼板無頭軋制生產(chǎn)線。2000年,達涅利公司還成功地研制出了世界上第一套以連鑄連軋技術為核心的棒線材無頭軋制系統(tǒng)(即ECR-EndlessCastingRolling),用于意大利烏迪內ABS公司的50萬t/a特殊鋼棒線材工業(yè)生產(chǎn)。2006~2007年Posco和Hitachi有限公司采用剪切、焊接工藝進行中間坯連接的帶鋼無頭軋制新工藝投入工業(yè)化生產(chǎn),這種基于擺剪概念的新型固態(tài)連接工藝,實現(xiàn)了無頭軋制連接技術的創(chuàng)新。2009年7、8月份意大利鋼鐵企業(yè)AcciaieriaArvediS.P.A與西門子公司聯(lián)手打造的世界第一套ESP(EndlessStripProduction)無頭鑄軋帶鋼生產(chǎn)線在Arvedi開始調試。3帶鋼和棒材的前后應用無頭軋制可以說適用于所有長材的軋制,目前廣泛應用在熱軋帶鋼和棒線材生產(chǎn)中。其中又有無頭軋制和半無頭軋制的區(qū)別,半無頭軋制主要應用在薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)中。3.1每鋼的長期進精軋傳統(tǒng)的板帶熱連軋精軋機組生產(chǎn)均以單塊中間坯進行軋制,每塊之間都有時間間隔,因此,每塊鋼不可避免地要經(jīng)過進精軋機組時的穿帶、加速軋制、減速軋制、拋鋼、甩尾等一系列過程。熱軋鋼帶無頭軋制技術正是解決這些問題的一項重要的技術突破。3.1.1中間帶坯焊接第一臺全連續(xù)無頭軋制熱連軋帶鋼機組是1996年在日本JFE公司千葉廠投入使用的。其軋機組成:粗軋機架3架,精軋機架7架,輥身長2030mm,設計最高軋速為25m/s,產(chǎn)量為540萬t/a。連鑄板坯經(jīng)加熱爐加熱后,在粗軋機架軋成最大厚度為50mm的中間帶坯,然后進入熱卷箱(為了將中間坯無滯后地供給焊接裝置,在粗軋機出口側設置了3臺薄帶坯卷取機。3臺薄帶坯卷取機可同時卷取和開卷,以縮短開卷的周期時間,同時可吸收粗軋和精軋時間的波動。),在熱卷箱后設有中間帶坯剪斷機,將中間坯坯頭剪切平齊,采用電磁感應焊接方法進行焊接,焊接工序在先行的中間坯和后行的中間坯同步運動的焊接裝置內進行,焊接后的帶坯經(jīng)邊部加熱器均勻加熱后送入精軋機架軋成所需厚度的帶鋼。由于中間帶坯頭尾已經(jīng)焊接,從理論上來講是無限長的,故稱為無頭軋制。卷取機前設有高速帶鋼剪斷機,將高速(最高1200m/min)前進的帶鋼切斷分卷(兩臺卷取機交替動作),工藝流程見圖1。3.1.2高能激光器焊接法1998年4月日本新日鐵(Nippon)鋼鐵公司大分廠(Oita)研制成功了利用高能激光器對位于粗、精軋機之間的中間板坯實施焊接的板材無頭軋制工藝(見圖2)。該焊接機是隨動的,它可以通過對相鄰兩板坯的位置和板寬邊界的檢測,自動啟動(或停止)焊接、調節(jié)板坯的焊接間隙。3.1.3現(xiàn)場試驗驗證從1997年Posco和Hitachi有限公司聯(lián)合著手開始研究“采用剪切、焊接的固態(tài)疊壓法”無頭軋制技術工藝(見圖3),到2007年1月開始在浦項鋼鐵2#熱軋生產(chǎn)廠安裝并進行固態(tài)疊壓法無頭軋制技術工業(yè)化試生產(chǎn),整整十年時間。現(xiàn)場試驗證明接合機構工作穩(wěn)定,效果明顯,無論坯料規(guī)格如何變化,接合時間少于0.5s,且接頭處表現(xiàn)出優(yōu)異的力學性能。至今,最大45塊坯料(超過1000t)被連續(xù)地進行無頭熱軋;對超薄規(guī)格薄板(≤1.2mm),已連續(xù)軋制出最大10卷薄板。由于無頭軋制生產(chǎn)運行穩(wěn)定,目前,浦項鋼鐵2#熱軋廠采用無頭軋制每月生產(chǎn)板卷約10萬t。3.1.4帶鋼生產(chǎn)企業(yè)鑄軋型無頭軋制就是連鑄機和熱連軋機配置在1條生產(chǎn)線上進行連續(xù)鑄軋的工藝(見圖4),具有軋線短、結構緊湊的特點。意大利鋼鐵企業(yè)AcciaieriaArvediS.P.A與西門子公司聯(lián)手打造了世界第一套ESP(EndlessStripProduction)無頭鑄軋帶鋼生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線全長190m,可生產(chǎn)最大寬度為1570mm,厚度為12.0~0.8mm的帶鋼,產(chǎn)能200萬t/a。2009年6月在Arvedi完成調試工作,全線正式投產(chǎn),2009年底產(chǎn)量40萬t。2010年起,采用4班制,平均產(chǎn)量300t/h。工藝及設備:大包250t,可連澆8~10爐;鑄機長17m,弧半徑5m,上水冷下汽霧冷卻,鑄坯速度6.5m/min,鑄坯厚由90~110mm經(jīng)輕壓到70~90mm進入粗軋機組;粗軋機組由2架主電機功率分別為3000kW和5500kW的粗軋機組成,經(jīng)連軋大壓下至10~20mm厚的中間坯。中間坯經(jīng)過裝機容量30MW,能在幾秒鐘將其溫度加熱升高約200℃的感應加熱爐進行溫度補償。精軋機組由5架4輥精軋機組成,前3架主電機功率7000kW,后2架主電機功率5500kW。之后是層流冷卻裝置、1臺高速飛剪及3臺地下卷取機。3.1.5半鉆頭真軋生產(chǎn)線薄板坯的半無頭軋制就是超長連鑄坯的連續(xù)軋制工藝。其生產(chǎn)線上的基本設備配置和傳統(tǒng)薄板坯連鑄連軋大體相同,但是技術上有較大變化,鋼水經(jīng)連鑄機澆鑄成鋼坯后,不需剪切分段直接送入輥底加熱爐進行均熱后送入軋機軋制。如德國西馬克·德馬克公司設計的CSP連鑄機薄板坯,出結晶器時厚63mm,經(jīng)過液芯壓下離開連鑄機時鑄坯厚48mm。鑄坯經(jīng)均熱后進入7機架連軋機組軋制成材。鑄坯不經(jīng)剪切(傳統(tǒng)CSP技術鑄坯剪斷為40m左右)進入加熱爐,加熱爐長達300m(傳統(tǒng)CSP技術為200m左右),輸出冷卻輥道分為兩段,第一段較短,為30m左右,其中快速水冷卻集管段為10m,冷卻段后是超薄帶卷取機(旋轉卷取機);第二段為傳統(tǒng)的層流冷卻和卷取機,主要生產(chǎn)一般規(guī)格的熱帶。這種類型的生產(chǎn)線以超薄規(guī)格薄帶為主,其中0.8~3.0mm的帶鋼占60%以上,高強鋼最小厚度為1.2mm,低碳鋼最小厚度可達0.8mm,由于采用該項技術,雙流連鑄機最大年產(chǎn)量可達240萬t,半無頭軋制技術利用了連鑄坯長的特點,減少了穿帶過程中產(chǎn)生的帶鋼溫度降低、厚度不易控制和生產(chǎn)不穩(wěn)定的問題,有利于薄規(guī)格帶鋼軋制。2004年2月5日熱試投產(chǎn)的華菱集團漣源鋼鐵公司薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線就是按半無頭軋制工藝設計建設的。由德國西馬克·德馬克公司供貨,投產(chǎn)8個月后即成功創(chuàng)造世界同類型生產(chǎn)線半無頭軋制268m長坯的最長紀錄,并生產(chǎn)出厚度為0.78mm特薄熱軋帶卷。漣鋼均熱爐長291.15m,是目前世界上最長的均熱爐。3.2無效卷繞技術在棒制線上的應用無頭軋制在棒線材生產(chǎn)線上的應用,以連鑄坯焊接型為主,鑄軋型無頭軋制應用較少,據(jù)報道新型的中間坯連接技術已經(jīng)進行了一定的工業(yè)性試驗。3.2.1日本高松廠的研究與發(fā)展:從計算到焊接該技術是連鑄方坯經(jīng)加熱爐加熱后,將前一塊鋼坯尾部和后一塊鋼坯頭部進行對焊(閃光焊接)形成無頭坯,送熱連軋機進行軋制,名為EWR(EndleesWeldingRolling)。自1998年3月在日本東京高松廠問世以來有了快速地發(fā)展,閃光焊機設在加熱爐出料端后,焊接過程由計算機控制,并納入軋鋼自動化系統(tǒng),焊接過程有良好的穩(wěn)定性和可重復性,各種斷面形狀和鋼種的鋼坯均能對焊,最大規(guī)格可達200mm×200mm。唐鋼公司棒材廠的EWR裝置對焊165mm方坯所需周期約37~40s,其中焊接時間約10s。3.2.2加熱爐加熱和均熱該項技術由意大利達涅利公司開發(fā),并于2000年8月在意大利烏迪內ABS公司的50萬t/a特殊鋼棒線材工業(yè)生產(chǎn)線中正式投產(chǎn)。鑄機產(chǎn)品為160mm×200mm鑄坯,共2流。連鑄機后設有2個淬火箱和長125m輥底式加熱爐,加熱爐前設有65m長雙流隧道式爐作為工序間緩沖,熱緩沖能力約為45t。生產(chǎn)線能以單流或雙流生產(chǎn),在單流生產(chǎn)時,連鑄坯可以是14m以上的任意長度,在連鑄和連軋兩工序間不進行任意切割,實際上實現(xiàn)了半無頭軋制。當雙流生產(chǎn)時,連鑄坯切割成45m長,交替送到隧道式爐中,然后送入輥底式加熱爐加熱和均熱。軋機由18架粗、中軋和預精軋機架及3架3輥RSB減定徑機架組成,在精軋機前后裝備有控溫軋制所需的必要設施,包括在線熱處理的淬火及回火(退火)設施。4在未經(jīng)處理的情況下連接金屬的技術無頭軋制工藝技術,除了連鑄連軋型(包括半無頭軋制),就是金屬連接型。金屬連接是無頭軋制工藝技術的關鍵。4.1中壓壓延的連接技術中間坯連接技術是無頭軋制的關鍵技術之一,目前應用的有:激光焊接連接法、感應加熱連接法、疊軋壓接固態(tài)連接法等。4.1.1縫進行局部加熱焊接激光焊接連接法是一項較新的連接技術,當被剪切了頭尾的前后軋件端部對接好后,利用激光對接縫進行局部加熱實施焊接的工藝方法。焊件端部對接時不需要高的焊接壓力,有效地避免了大焊瘤的形成;采用局部加熱,又避免了焊接過程中金屬的飛濺,可縮短焊接時間和焊接設備的長度。日本新日鐵(Nippon)鋼鐵公司大分制鐵采用這種方法實現(xiàn)了粗、精軋機之間的中間板坯焊接。4.1.2“集膚效應”作用感應加熱連接法是將前一軋件尾端和后一軋件前端保持一微小間隙,在此狀態(tài)下對板厚方向施加交變磁場,軋件端部產(chǎn)生渦流,在“集膚效應”作用下,待焊端部被加熱,達到熔化溫度后,將連接面壓接完成連接。感應加熱連接技術適用的鋼種為極低碳鋼和低碳鋼,對含Ti、Nb、Si的高強度鋼板的連接及產(chǎn)生Cr氧化物的不銹鋼的連接是困難的,目前尚在試驗中。日本JFE千葉廠采用的感應加熱連接法,對接端面升溫到對焊溫度需要3~5s,從前后板坯對合、夾緊、加熱到對焊完成可控制在20s以內。4.1.3新型擺剪連接工藝疊軋壓接固態(tài)連接法是利用鋼材在高溫狀態(tài)下塑性大,具有低應力粘性流動的特點以及充分活化造成的原子擴散率來實現(xiàn)界面兩側金屬的冶金結合方法。采用這種獨特的新型連接技術,薄的中間坯可在不到1s時間內被連接在一起,是目前所有連接工藝中用時最短的一種技術。它利用切頭剪切的動作,由局部除鱗、搭接、接合及切頭清理等4個步驟組成,見圖5。浦項鋼鐵與三菱日立金屬機械公司開發(fā)的這種基于擺剪概念的新型固態(tài)連接工藝,滿足了接合時間短、接合堅實、易于維護的要求。2006年7月在浦項鋼鐵2#熱軋生產(chǎn)廠完成安裝,2007年1月開始工業(yè)化生產(chǎn)?，F(xiàn)場試驗證明,接合機構工作穩(wěn)定,效果明顯,無論坯料規(guī)格如何變化,接合時間少于0.5s,且接頭處表現(xiàn)出優(yōu)異的力學性能。4.2導電焊接法閃光對焊是現(xiàn)階段連鑄坯連接應用的主要技術,它由閃光(加熱)和頂鍛(壓力下交互結晶)兩個階段組成,目前最大焊接截面可達106mm2。工藝過程:連鑄方坯經(jīng)加熱爐加熱出爐后,與前1根在軋連鑄坯被安放成對接形式,利用焊接電流通過兩連鑄坯接觸點產(chǎn)生的電阻熱,產(chǎn)生強烈火花飛濺,形成閃光,使焊接端面金屬熔化,迅速施加頂鍛力完成的一種壓焊方法,是電阻焊的一種,名為EWR(EndleesWeldingRolling)。當連鑄坯被安放成對接形式接通電源后,連鑄坯逐漸接近、端面局部接觸,工件端面的接觸點在強電流作用下迅速熔化、蒸發(fā)和爆破,使呈高溫粒狀的金屬從焊口內高速飛濺而出;舊的接觸點爆破后又形成新的接觸點,隨著連鑄坯的不斷送進,連續(xù)不斷地爆破,以及一定時間連鑄坯端部的燒損熔化,其焊口和焊接區(qū)域達到所需要的溫度,在頂鍛壓力作用下液態(tài)金屬擠出焊口,使連鑄坯焊合。5應用總結無頭軋制理論上適用于所有長材的生產(chǎn)軋制,如型材、線材、板材和管材等,因此,許多研究機構和單位開展了對無頭軋制技術和工藝的研究。5.1板坯連鑄連軋生產(chǎn)線在扁平材無頭軋制技術中,以薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線中實施半無頭軋制較簡易可行,我國漣源鋼鐵公司CSP薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線已有良好的開端,特別對生產(chǎn)薄規(guī)格帶鋼具有顯著優(yōu)越性;鑄軋型無頭軋制技術——ESP無頭帶鋼生產(chǎn)線對自動控制、設備維護、操作水平等方面要求較高,2009年Arvedi工廠建設了ESP生產(chǎn)線;中間坯連接型熱連軋帶鋼無頭軋制技術也有廣闊的發(fā)展前景,但中間坯熱連接技術還有待于進一步研究。5.2棒材金屬酶工藝特點,我國現(xiàn)有的連鑄坯連接型棒材東南角在棒線材無頭軋制技術中,以連鑄坯焊接型無頭軋制應用最多,在泰國、馬來西亞、墨西哥、西班牙等國若干長材生產(chǎn)廠都得到采用。我國第一家