铝箔生产技术⑸
刘晓英
(东北轻合金加工厂技校 黑龙江哈尔滨 150060)
杨 兰
(濉溪铝厂铝箔分厂 安徽淮北 235100)
几年前戴维麦基公司开发了一种适用于铝加工业的过程控制系统。它可用于热轧机、冷轧机和箔材轧机。其优点如下:
a.高轧速。
b.高产量。
c.厚差小。
d.板形好。
e.温度控制准确。
f.带材断面形状控制得到改进。
截维麦基公司最新式的过程控制系统统长江为系统21。它将最新的多处理器硬件与戴维麦基的工艺技术结合在一起。该系统可提供更快的控制回路，改进的操作接口。它易于维修，有新的要求时还可扩充。由于其灵活性很高，功能增强，以前需要单独的计算机系统才能完成的功能(如轧辊椭圆度补偿)可由中央处理机站的附加处理机完成。
戴维麦基公司开发限专门的轧制工艺控制系统。为了保证系统在恶劣的轧制环境下有最佳的性能和高可靠性，对硬件和软件都做了详细的规定该系统采用了积木式设计方法，可用于热连轧、冷轧和箔材轧制等多种场合。它采用了先进的Intel MultibueⅡ硬件和Intel RMS Ⅲ即时操作系统软件。 滑，运动灵活。但是有些零件如相机快门的厚度仅50～60μm，在冷成型与钻孔时，其边缘可产生微细的毛刺或卷沿，若用机械方法除毛刺或平整卷沿，不但效率低，而且成品率低。张安富等阳电解抛光法除Al Mg合金快门毛剌取得了很好的效果〔30〕，其溶液成分与工艺参数如下:
无机酸A,mL/L20
无机酸B,ml/L140
含氧化合物,g/L5
添加剂(1%),ml/L200
菱角剥壳机温度,℃室温
时间,min2～3
电流密度,A/dm215～20
阴极铅或不锈钢板
抛光处理时，将约100片形状相同的快门片叠在一起，其厚度在515mm左右，经215min 电解抛光处理后，既可去掉全部毛剌，又改善了表面光洁度，提高了产品质量。(待续)收稿日期:1995-12-05.
轧机功能失常会增加生产成本。为最大限度减少非生产时间，系统的各部分都要求具有很高的可靠性。轧机的操纵控制都是根据人机工程学设计的。操作简便。技术人员具有进行维修、故障诊断和修改软件的能力。该系统采用了先进的可选以太网，其用途如下:
a.轧机多种数据传输。
b.轧机设定。
c.与PLC 接口。
d.与测厚仪接口。
e.系统21与系统21的连接。
该系统有可选调制解调传输线与英国普尔的戴维麦基公司的办公室相通，用来迅速诊断系统的故障。轧制工艺控制系统可用于以下场合:
a.热轧机 包括热连轧机或单机架可逆或
不可逆热轧机。具有轧制规程自适应控制，质量流前馈控制，轧辊偏心补偿等功能。
b.冷轧机 包括冷连轧机或单机架可逆或
不可逆式冷轧机，粗轧机或薄板轧机。具有质量流前馈控制，轧辊偏心补偿，动态板形辊接口。
c.铝箔轧机 包括粗轧机、精轧机和双开卷精轧机。具有动态板形辊接口。
d.双辊铸轧机 适用于戴维麦基公司的薄带铸轧机(Davy 和Granges 共同开发)。
按着详细的结构和控制设计,1991年该系统在瑞典格兰奇斯铝公司(Granges Alumini 2um )斯卡尔图纳厂(Skultuna plant )投入使用。胡戈文斯铝业公司都费尔(Duffel )轧制厂热轧生产线的改造也采用了系统21。
图8是采用戴维系统21的铝箔轧机过程控制系统概略图。它采用了DSR 辊和质量流和前馈控制。其主要特点是中心处理机站(CPS )。CPS 有控制硬件和软件，接口及终端设备，是系统21的核心。此外还有通过传感器数据集中处理器接口的维迪蒙板形辊，调制解调器，以太网通讯，配电站，操纵手控制装置和技术人员工作站 。
图8 用于铝箔轧制控制系统的系统21〔5〕
1———反馈测厚仪;2———维迪蒙板形辊;3———传感器数据集中器;4———转换器箱;5———厚度电子仪;6———
DSR 辊;7———操纵手控制装置;8———彩视频显示器(VDU );9———按键盘;10———条线图和旋转盘模块;11———
按键盘和跟踪球盘;12———用户馈送;13———调制解调器;14———轧机计算机;15———个人计算机;16———以太网; 17———喷射阀电磁线圈驱动器;18———轧机电器设备;19———中央处理站;20———配电盘;21———绝缘线调节器; 22———110V交流主电源;23———彩视频显示器;24———技术人员工作站;25———打印机
16 退火炉
戈尔登铝公司的圣安东尼诺厂采用了几台冷台式退火炉。这种炉子的送料台构成了退火炉的炉底，其上表面用203mm厚的软耐火材料绝热。由于下方没有高温循环气体，送料台寿命长，变形小，送料台的轮子寿命也大大延长。
Ebner Industrieofenbau为田纳西州杰克逊市合众铝业公司提供的铝箔退火炉，净容量为30t，加热室最高温度650℃，装有快速冷却系统，可在空气或保护性气氛中退火。
英国西米德兰平原蒂普顿市亨格尔莫伦工程公司(Hengelnolen Engineering)最近为英国布里奇诺思的斯塔铝公司(Star Aluminium)提供了9台铝箔退火炉。每台炉子的内部尺寸为412×211×210m，电加热能力为240kW，有4个60kW的电热体，可装3卷Φ1370×1450mm、重5t的铝卷。退火温度通常可达到400℃，对一些特殊的产品退火温度可达480℃。风扇强制对流，使空气经过电加热体上方空腔的两侧向下通过导流板进入炉膛底部，然后上升加热炉料。
17 张力矫直
张力矫直已成为铝带箔精整的重要工序之一。通常与其他带箔加工线组合在一起。1992年在格雷文布罗赫厂投产的脱脂、拉伸和涂层生产线采用了最新的“levelflex”(直弯)PS板板基技术，对带箔进行专利的连续辊式多区纯拉伸矫直(无弯曲)。
美国联合铝业公司达文波特厂(Alcoa Dav2 enport Works)也采用了这种最新式的“lev2 elflex”PS版板基纯拉伸矫直技术。
稀土镁合金与传统的拉弯矫相比,“Levelflex”技术可使矫直后带材的不平直度更小，表面质量更高，残余应力减至
高炉喷煤最低，并对带材性能影响很小。该技术设备操作简单，备件及维护费用降低。目前主要用于生产高质量PS版板基。其生产车间主要由清洗矫直机列、带卷检查站和分切及切边机列构成。
整个生产线是全密封的。为保证其洁净，冷轧带卷要经过密封室才能进入清洗矫直机列。接头连接器将带材接头半自动连接起来。入口切边机切去带材裂边。切边机的调定自动进行，宽度、刀隙、重叠量等参数都储存在一套点存贮系统(a set point memory system)中。切下的碎边进入自动打包机打包。带材随后在浸没式清洗室去污、漂洗、干燥。
在矫直机上，带材张力首先增加至接近屈服应力，然后在一对分离的张力牵引辊间发生塑性拉伸变形。带材在进入塑性矫直阶段前发生的弹性变形提高了带材平直度。并使塑性延伸变形控制得更为精确。
有一个张力牵引辊的凸度是液压可调的，这可提高带材的平直度。
矫直后，采用的带有张力计反馈的直接张力控制和专利技术提高了卷取质量。带卷在检查站检查后送入纵剪机列。该机列可自动穿带，减少空闲时间，刀具自动调定。成品卷放到货盘上，包装后经密封室运出车间。 达文波特厂生产的统计数字表明“Lev2 elfles”机列生产稳定，产品一致性好。
德国BW G公司的“Levelflex”PS版板基纯拉伸矫直机列典型参数如下:
卷重,kg18160
带厚,mm0110～0164
带宽,mm600～1650
屈服强度,MPa131～255
清洗矫直机列速度,m/min350
分切切边机列速度,m/min457
18 双合及分卷
除生产很薄的铝箔(0102mm以下)需要合卷外，有时为了获得无光泽面的铝箔,0105mm 以下的铝箔也可双合轧制。双合前两张坯料间必须有一些轧制油或其他液体阻止轧制时两张铝箔焊合。双合的两张坯料的厚度、张力、状态必须相同，且双合时应切边，否则双合轧制时易断带。双合可在专门的合卷机上进行，有的则直接在双开卷精轧机上边双合切边边轧制。双合轧制后在专门的分卷机上分卷。
带有入口侧箔卷运送装置的西姆兹(Schmutz)分切机，穿带容易，可高速生产无塔形的箔卷。
所有分卷机都有一个超声波发生器和焊接头，能自动将断开的铝箔接合起来。焊接头位于分卷机架的左侧，可不受限制地接近机器。
液压控制的卷取轴可以伸缩，以卸下箔卷。液控单向阀直接安装在液压缸上，防止压力下降时卷取轴缩回而发生事故。开卷张力维持在设定值不变，卷取张力可以逐渐减小。由于开卷电机可正、反转，所以开卷机既可上开卷，也可下开卷。
分切机可使用矩形刀片和圆刀片剪切。剪切厚箔时为延长刀片寿命，可方便地将矩形刀片换成圆刀片。剪切装置可剪切各种宽度和条数的箔材。
合卷机的开卷，卷取装置都是由直流电机单独驱动。在两开卷装置间喷油集管将双合油均匀涂喷涂在即将双合的两张铝箔之间。压平及切边装置安装在滚珠衬套滑板上，可精确调整卷密度。在切边盒中有一对牵引辊，由气动聚氨脂压力辊和硬镀铬的动态平衡压力辊组成。直流电机、控制装置及液压动力部件都是标准件。
坎普夫(Kampf)提供的安装在格雷文布罗赫厂的合卷机卷取轴直径15114mm，卷卷直径最大可达1000mm，正常合卷速度达1220m/ min。超声波焊接装置位于操作者工作区域之外。开卷侧和卷取侧的带卷装卸采用半自动工作方式。在不到2min的时间内即可卸下合卷后的箔卷并换上新的卷取轴。
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铝箔“2000”生产线的4轴分切机也是由坎普夫公司提供，可采用多种支撑套管。它由分卷机背靠背组成，中间有一个开卷装置。由于4辊卷取轴同时工作，具有相同的分切特点。
19 分条和重卷
坎普夫的传统分切卷取机采用中心表面卷取方式将箔材卷到一个公用卷轴上。
卷取设备由2个独立的卷取装置组成,。每个卷取装置上有一根卷取轴和转动臂。卷取装置可气动摆动进行卷取压紧力调整以补偿卷重增加和可能的卷卷不圆引起的压紧力波动。
坎普夫的R KW1003剪切机，剪切后的成品卷直径可达1854mm，剖切速度可达793m/ min，最窄剪切宽度为1217mm。由于箔材从顶部穿过，剪切机易于操作。在穿带和切边清理时，可以很方便接近剪切部位。剪切后卸卷时，卷取轴仍在机器上，箔卷运送车将箔卷从悬臂卷取轴上取走。
坎普夫Sepamat高速分切机，分切速度可达1400m/min。卷径为1400mm，最大可达2000mm。
分切机装有超声波焊接设备。分切轴和卷取轴轴承装有快速气动张紧装置。卷取轴，下刀轴及上刀轴更换快捷。1工业除湿机
坎普夫的Unial剪切机专门剪切薄箔，剪切宽度可达1600mm，成品卷直径达600mm。该剪切机可采用
各种开卷系统：有轴的或无轴的，盘式制动器或广调磁直流电机。成品卷卸卷时，根据卷重情况，可以将卷轴留在机器上。每个卷取轴由一台力矩可调直流电机驱动，根据需要，也可选用速度可调的直流电机，采用这种电机时可以使用专门的摩擦离合器。
根据特殊需要设计的电机内驱动技术可保证最高的生产率和最佳的剪切卷取质量。这套装置工序安排合理，易于调整，工具更换容易。
通过数字仪可精确调整剪刀。箔材的出入口角度可调。
20 高架仓库
欧洲已广泛采用高架仓库存放铝薄板和铝箔，每步工序间铝卷的存放和运输全部采用计算机自动控制。德国杜尔公司(D ürr )为斯塔铝公司提供的高架仓库可处理10t 重的铝卷或PS 板基带卷。
在PS 板基中心，带卷每5卷一批送进退火炉，进行8～12h 的退火，可消除绝大部分应力。退火后带卷在高架仓库中存放48h ，冷却后送往轧机。根据产品要求，在4个道次之内将带卷轧至015～011mm 厚，然后再送往高架仓库临时存放。
市场需要的铝卷规格厚度范围很宽，合金种类较多，交贷期也越来越短。带卷必须轧制成要求规格，采用专门的退火工艺进行处理，对生产的灵活性要求越来越高。满足这些要求需
要一个材料运送系统，它可自动地在适当时间将专门的带卷运往各处理站，并将带卷临时存放起来，以备发出。该系统负责工厂的全部带卷从坯料到张力矫直和脱脂设备整个生产过程中的箔卷运输。该系统的枢纽是高架仓库。相邻工序间的铝卷可多次地存放在这里。仓库有两排高18m 、宽7m 、长不足100m 的存放架，最多可存放474卷铝卷，两排存放架间通道上的堆垛机运送铝卷，其移动速度可达120m/min 。
高架仓库的一个重要性能指标是堆垛机运入、运出铝卷的速度。斯塔铝公司要求高架仓库每小时可运送36卷铝卷，采用直流电机的三维移动轴保证了精确的定位，高的操作速度。堆垛机自动控制。计算机控制的称重系统也装配在这里，用来记下各工序的带卷重量。专门的运卷小车负责从高架仓库到轧机。退火炉和张力矫直脱脂生产线间的铝卷运输。准备在PS 板基中心二层平台进行轧制的带卷，由运卷小车送至升降站，然后提升到平台上
。
图9 阿莫雷维耶塔厂的西马克高架仓库〔
5〕
D ürr 高架仓库的运送系统最后是将铝卷
送到张力矫直和脱脂生产线，这是带卷发货前的最后一道工序。D ürr 的英国分公司采用了一个PLC 控制系统控制PS 板基板中心的运输
过程。直流电机以及传输数据处理系统由专门的智能模型控制。
高架仓库的管理软件由D ürr 公司提供，每一铝卷和铝卷的运送都由存储管理计算机和中心数据存储系统(DCU )进行登记，每一卷的编号、重量和生产数据都记录在存货单上，并注明下一道次的工序。
高架仓库的另一制造商是德国西马克运输公司(Siemag Transplan )。图9是最近安装在西班牙阿莫雷维耶塔厂(Amerebieta works )的高架仓库概图。它由计算机管理，高度自动控制，可处理1315t 重的带卷。整个系统由220工位的水平落地式仓库和628个工位的立式高架仓库组成，带卷卷宽可达118m ，直径可达2m 。
21 轧辊磨床
目前有三家一流的铝轧机轧辊磨床制造公：意大利卡斯特兰扎的波米尼公司(Pomini )；德国布尔巴赫的瓦尔德瑞赫・西根公司(Waldrich Siegen )和锡根的赫库尔斯公司(Herkules )。
辊型测量误差主要是由砂轮架滑轨的直线度误差及磨损造成的。大部分磨床的测径器都直接装在砂轮架上，沿砂轮架滑轨移动，并与砂轮在一条直线上。采用这种结构不可能精确地测出滑轨自身造成的误差。影响砂轮路径的变化因素也影响测量路径，因而测得的辊型误差并非真实误差。
在液米尼公司(Pomini )的专利结构中，测径器及轧辊扫描装置安装在单独的砂轮架对面的纵移系统中。测径器采用单独的支座，在自己的滑轨上移动有如下优点:
a.磨削中可进行真实的测量。在实际磨削过程中或在磨削的间隙，可以精确地测出辊面曲线并反馈给CNC (计算机数字控制)。测得的辊型误差立即反馈给成型机构，以使在随后的磨削中预以纠正。
b.辊型真实误差的反馈使数控装置以修正
磨削路径。消除误差，将辊面曲线控制在磨削裕度内，若无这种特性，由于这些辊型误差未被检出，磨床将把这些误差带进辊面曲线中。
扬声器结构磨削程序是自动生产的主要工作，它由两部分构成：一部分是要执行的操作顺序指令。可选择任何一种自动工序：测量、粗磨、精磨、抛光。另部分是磨削参数存储。这些参数包括轧辊转速，砂轮圆周速度，纵移速度，进给量等等。
多年来控制技术使砂轮的运动受到成型机构和进给机构限制。由于这种限制，采用了可移动的支承顶
尖来移动轧辊轴线以消除辊身锥度。这种办法虽可有效地消除辊身锥度，但有一个很大的缺点：严重消弱了磨床的整体刚性。因而，与采用固定支承顶尘的磨床相比，这种磨床对震颤要敏感得多。
CNC 可采用微米进给轴修正砂轮路径，消
除辊身锥度，灵活性大，因而CNC 控制的磨床不受上述限制，可在刚性大的采用固定支承顶尘的磨床上磨出无锥度的轧辊。Pomini 已在其所有自动磨床上采用了固定支承顶尖,5年多的使用表明这种结构效果很好。该公司向格雷文布罗赫厂提给的TT431型磨床，可磨削直径470～508mm ，长5000mm 的轧辊。
格雷文布罗赫厂还拥有Herkules 提供的两台Model WS 300A CNCx4500磨床。用于铝箔2000轧机工作辊的全自动磨削，可记录下来辊型、圆度、辊径的测量结果。该磨床结构坚固，可进行无振动磨削，使精磨后的辊面状态均匀一致，再现性好。其特点如下:
a.液体动压砂轮轴轴承具有高压稳定性，压力可达75MPa 。
b.砂轮架与滑轨间采用液体动压、自然加压润滑，以避免充溢效应。
c.不仅磨削轴，整个砂轮头上部都可以倾斜，以进行精细的进给并获得高的振动阻尼作用。
d.灵活性高、无迟滞凸(或凹)辊型磨削装置可机械或CNC 控制。
e.采用预紧滚珠螺旋轴驱动，闭环控制，使所有砂轮轴无间隙。
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