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        關(guān)于熱軋寬厚板冷床區(qū)空心輥制造工藝的研究

        2012-09-26 09:31:40李彥斌李榮立趙博韜
        制造技術(shù)與機(jī)床 2012年3期
        關(guān)鍵詞:輥身圓板靜平衡

        李彥斌 李榮立 趙博韜

        (天津賽瑞機(jī)器設(shè)備有限公司,天津 300301)

        空心輥是熱軋寬厚板冷床區(qū)域的重要組成部分,主要用于對高溫軋制鋼板的傳輸及冷卻。近年來,隨著冶金行業(yè)的迅速發(fā)展,國內(nèi)多個知名鋼廠陸續(xù)籌建熱軋寬厚板生產(chǎn)線。由于在熱軋寬厚板的冷床區(qū)域需要配備大量的空心輥,所以對空心輥制造工藝的研究就非常有必要。

        1 空心輥的結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求

        1.1 結(jié)構(gòu)特點

        空心輥由輥身、焊接軸頭1和焊接軸頭2構(gòu)成(見圖1)。其中輥身由結(jié)構(gòu)用無縫鋼管制成;焊接軸頭1和焊接軸頭2分別由1根圓鋼和2塊圓板焊接而成。

        1.2 技術(shù)要求

        (1)輥身最小壁厚要求

        (2)靜平衡要求

        空心輥在實際工況下的轉(zhuǎn)速為120 r/min,由于鋼管內(nèi)壁有4 200±1 mm的長度范圍不加工,壁厚不均勢必會造成空心輥的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)中心不一致,這樣旋轉(zhuǎn)時就會產(chǎn)生偏載。所以,在焊接左右兩端焊接軸頭之前,需要對無縫鋼管進(jìn)行靜平衡試驗,通過在鋼管內(nèi)壁的非加工區(qū)域焊接鋼塊的方法來調(diào)整鋼管質(zhì)心的位置。

        (3)加工要求

        左右兩端焊接軸頭上的圓鋼與圓板之間采用間隙配合,配合尺寸為φ180H7/t7 mm和φ160H7/t7 mm。采用此種配合,主要是在滿足組裝方便的前提下,保證焊接軸頭的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)中心一致,從而確保空心輥整體的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)中心同軸。

        左右兩端焊接軸頭與鋼管采用熱裝配工藝。對鋼管端部通過油溫加熱的方法,使其內(nèi)孔膨脹,從而保證軸頭能夠安裝順利。焊接軸頭的圓板上鉆有對稱的φ8 mm透氣孔,在熱裝時可將空氣排出。

        2 空心輥的制造工藝

        2.1 焊接性分析

        空心輥焊接軸頭上的圓鋼和圓板的材質(zhì)為Q235B,結(jié)構(gòu)用無縫鋼管的材質(zhì)為20鋼?;瘜W(xué)成分及力學(xué)性能見表1和表2。

        表1 化學(xué)成分%

        表2 力學(xué)性能

        選用國際焊接學(xué)會碳當(dāng)量公式:ω(CE)=[C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5]%。取Q235B中各元素化學(xué)成分的上限作為選取值來計算,ω(CE)=0.433%;取20#中各元素化學(xué)成分的上限作為選取值來計算,ω(CE)=0.415%。

        經(jīng)驗表明,當(dāng)ω(CE)<0.40%時,鋼材的淬硬冷裂傾向不大,焊接性優(yōu)良;當(dāng) ω(CE)=0.40% ~0.60%時,鋼材的淬硬冷裂傾向增大,焊接時需要采取控制焊接參數(shù)等工藝措施;當(dāng)ω(CE)>0.60%時,鋼材的淬硬冷裂傾向強(qiáng),難于焊接。根據(jù)計算結(jié)果,Q235B與20鋼的碳當(dāng)量位于0.40%~0.60%之間,考慮到在計算碳當(dāng)量時,各化學(xué)元素的含量均選用的是上限值,所以Q235B與20鋼的焊接性能優(yōu)良。

        2.2 焊接方法與焊材的選擇

        為了達(dá)到焊縫與母材的力學(xué)性能相當(dāng),同時考慮到既要滿足設(shè)計要求又能符合生產(chǎn)的實際情況,采用混合氣體(富氬+CO2)保護(hù)焊的方法,選擇ER50-6焊絲作為填充金屬。

        2.3 制造工藝

        (1)焊接軸頭的制備

        焊接軸頭1按圖2制備;焊接軸頭2按圖3制備。

        (2)輥身的制備

        輥身按圖4制備。

        (3)靜平衡試驗

        表3 熱裝時的最小間隙 mm

        由于輥身全長5 000 mm,需設(shè)計一套靜平衡裝置進(jìn)行靜平衡試驗,詳見圖5。將2個靜平衡支座放在平臺上,用水平儀及激光跟蹤儀將支座的上平面調(diào)平,并用壓板將支座壓緊在平臺上;然后利用軌道兩端的螺栓孔,將軌道把合在支座上。為了增加軌道的穩(wěn)定性,在每個軌道的側(cè)面各增加3個擋塊;與此同時,為了防止無縫鋼管在做靜平衡試驗時滾落,還在兩側(cè)分別設(shè)置了1個彎板。安裝調(diào)整完成后,將無縫鋼管放置在軌道上,若質(zhì)心不在通過回轉(zhuǎn)軸線的鉛垂面內(nèi),則鋼管的重量會對回轉(zhuǎn)軸線形成重力矩。在此重力矩的作用下,鋼管將在軌道上滾動。當(dāng)停止?jié)L動時,鋼管的質(zhì)心理論上應(yīng)位于軸線的鉛垂下方。確定完質(zhì)心位置后,在鋼管質(zhì)心偏移的相反位置(即4 200 mm長的未加工的內(nèi)壁上)點焊鋼塊,并逐步調(diào)整其大小。如此反復(fù)試驗,直到鋼管在任意位置都能保持靜止不動時為止。

        (4)焊接軸頭與輥身的熱裝配及焊接

        根據(jù)JB/T5000.10-2007,熱裝時加熱溫度和時間的確定按下面的公式計算:

        式中:tn為包容件加熱溫度,℃;Δ1為過盈量,mm;Δ2為熱裝時的最小間隙,mm(見表3);α為材料的線膨脹系數(shù),1/℃(見表 4);df為結(jié)合直徑,mm;t為環(huán)境溫度,℃。

        表4 材料的線膨脹系數(shù) ×10-6(1/℃)

        Δ1選取最大過盈量0.15 mm,Δ2為0.54 mm,α 為11 ×10-6/℃,df為 350 mm,t選取 20 ℃,代入公式可知熱裝溫度:

        將鋼管端部浸入電加熱油箱里,待溫度升至199℃時,將焊接軸頭裝入。待冷卻后將油漬、污物清理干凈,再焊左右兩端環(huán)形焊縫。焊接時,將空心輥放在轉(zhuǎn)胎上邊轉(zhuǎn)邊焊,保證焊縫均勻,盡量避免因焊縫高度不均而造成質(zhì)心的偏移。

        (5)整體機(jī)加工

        將空心輥裝夾在車床C61125B×6 m上,先以輥身外圓作為基準(zhǔn),打表找正后車兩端軸頭。待兩軸端的A、B基準(zhǔn)加工完成后,再參照這2個基準(zhǔn)去加工空心輥的外圓φ4000-0.2mm,保證全跳動度不大于0.15 mm。(見圖1)

        3 結(jié)語

        實踐證明,以上工藝方案既保證了輥身最小壁厚,又滿足了空心輥的靜平衡要求,同時達(dá)到了圖紙中的尺寸及形位公差要求,這為以后類似工件的加工制造提供了寶貴的經(jīng)驗。

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