陶慧敏，韓莉莉，成高峰

（1．中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽471039；2．河南工業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，鄭州450007）

一種大型閉式整體軋機(jī)牌坊的加工工藝研究

陶慧敏1，韓莉莉2，成高峰1

（1．中信重工機(jī)械股份有限公司，河南 洛陽471039；2．河南工業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，鄭州450007）

以4300寬厚板軋機(jī)為例，介紹了大型閉式整體軋機(jī)牌坊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)其關(guān)鍵部位——牌坊壓下孔與窗口面及軌座面的設(shè)計(jì)要求，制定了合理的加工工藝方案與工藝流程，解決了大直徑、深壓下孔的加工難題，并用激光跟蹤儀檢測(cè)壓下孔相對(duì)于窗口面的形位公差，有效地將形位公差控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，為各類大型平板軋機(jī)的制造加工提供了借鑒．

軋機(jī)牌坊；壓下孔；激光跟蹤儀；工藝流程

牌坊是軋鋼機(jī)的骨架，它承受著軋機(jī)的全部軋制力．軋機(jī)牌坊分為開式和閉式2種結(jié)構(gòu)，開式結(jié)構(gòu)有可拆卸的蓋子，閉式結(jié)構(gòu)則是一個(gè)封閉的整體框架．閉式牌坊剛性及強(qiáng)度高，能承受更大的軋制力，但其外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造難度大，制約了軋機(jī)大型化的進(jìn)程，故而大型軋機(jī)牌坊的設(shè)計(jì)一般采用開式結(jié)構(gòu)．中信重工機(jī)械股份有限公司為興澄特鋼生產(chǎn)的4300大型寬厚板軋機(jī)，由意大利達(dá)涅利（DANIELI）公司設(shè)計(jì)，其中的牌坊采用整體封閉式鑄鋼件結(jié)構(gòu)，屬特大型閉式牌坊，其重量大、外形尺寸大、精度高，因此制造難度非常大．它的加工制造，在一定程度上代表了國家重型裝備制造行業(yè)的技術(shù)水平．

本文根據(jù)大型閉式整體軋機(jī)牌坊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)其關(guān)鍵部位——牌坊壓下孔與窗口面及軌座面的設(shè)計(jì)要求，制定了一套合理的加工工藝方案與工藝流程，解決了大直徑、深壓下孔的加工難題，并用激光跟蹤儀檢測(cè)壓下孔相對(duì)于窗口面的形位公差，有效地將形位公差控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)．

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求

1．1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

意大利達(dá)涅利（DANIELI）公司設(shè)計(jì)的4300大型寬厚板軋機(jī)閉式機(jī)架有粗、精2組機(jī)座．每組機(jī)座有2片牌坊，成對(duì)豎立放置在底座上，機(jī)架窗口內(nèi)設(shè)置軋輥軸承座，支持工作輥和支撐輥進(jìn)行軋制工作．

1．2 主要參數(shù)及技術(shù)要求

牌坊為鑄鋼件，粗、精軋2組4片，凈重達(dá)387 300～401 800 kg，最大外形尺寸為16 545 mm×6 480 mm×2 500 mm，其中壓下孔配合面孔徑尺寸為φ1 302H7，總長達(dá)2 290 mm．

主要加工面有：外形各面、窗口各面、軌座面、壓下孔、油孔、φ120、φ160深孔等．

4300大型寬厚板軋機(jī)牌坊結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)要求如圖1所示．

（1）每對(duì)牌坊窗口各面尺寸公差一致，主要面精度為IT7－IT8級(jí)．窗口各面要求平行、垂直，允差0．05／1 000到0．1／1 000．

（2）以外側(cè)A面作為加工基面，其平面度允差0．05／1 000，對(duì) 窗 口 B 中 心 平 面 的 垂 直 度 允 差0．05／1 000．

（3）為保證兩片機(jī)架的安裝精度，每片牌坊尺寸（5 180－0．2）mm，地腳板兩側(cè)面之間的允差0．2 mm，對(duì)窗口底面及窗口B中心平面的平行度允差0．05／1 000．

（4）頂部φ1 100H7止口與φ1 302H7壓下孔同軸允差0．05 mm，且與A、B基準(zhǔn)平行．壓下孔內(nèi)端面

圖1 牌坊簡圖

與 A、B基準(zhǔn)垂直，允差0．05／1 000．

2 加工制造工藝方案設(shè)計(jì)

2．1 主要工藝流程

采用合理的工藝流程［1］，以粗精分開、工序集中、基準(zhǔn)重合、經(jīng)濟(jì)性、可操作性為原則，增加人工時(shí)效處理，有效地控制牌坊的加工變形問題［2］．工藝流程如下：

鑄造→粗加工→超聲波探傷→挖補(bǔ)缺陷→人工時(shí)效處理→半精加工→精加工→磁粉探傷．

2．2 加工機(jī)床的合理選擇

2．2．1 粗加工機(jī)床的選擇

主要目的是去除余量、消除毛面，精度要求不高、允許產(chǎn)生一定的加工變形，不用采取專門防變形措施，故加工時(shí)牌坊可側(cè)立放置．采用粗加工普通落地鏜銑床，即可滿足該工序所有被加工面的加工要求．作為粗加工機(jī)床，可采用大吃刀量切削，效率高，經(jīng)濟(jì)性好［3］．2．2．2 半精、精加工機(jī)床的選擇

（1）在鏜銑床上精加工，工件擺放不受空間限制，吊裝方便，適宜大直徑孔加工．但是加工牌坊窗口四面時(shí)，工件需要側(cè)立，窗口跨距大容易變形．

（2）在數(shù)控龍門銑上精加工，工件平放加工不易變形，加工效率高．但是工件擺放受空間限制，由于壓下孔太深、直徑太大，不適宜裝直角銑頭臥式加工壓下孔［3］．

根據(jù)以上兩方面各自的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選用鏜銑床精加工壓下孔，數(shù)控龍門銑精加工外形、窗口地腳板各面的工藝方案．

根據(jù)牌坊外形尺寸、重量以及各工序所需的時(shí)間，選用1臺(tái)數(shù)控鏜銑床、2臺(tái)數(shù)控龍門銑進(jìn)行牌坊的半精及精加工．

2．3 加工工序的優(yōu)化

對(duì)于此類超大型的零件來說，加工過程中每一次的起吊、裝夾、找正都非常困難．因鏜床鏜孔時(shí)找正范圍小，在龍門銑上難以保證壓下孔對(duì)窗口及軌座面的形位公差；而龍門銑找正范圍長，比鏜銑床更容易安裝、調(diào)整、找正．為保證牌坊的制造精度，精加工時(shí)，首先在數(shù)控鏜銑床上完成壓下孔的加工；然后調(diào)整到數(shù)控龍門銑上，通過激光跟蹤儀檢測(cè)壓下孔相對(duì)于窗口面、軌座各面的形位公差，對(duì)工件進(jìn)行找正、裝夾，并且在一次裝夾中就可以完成除基面外其余5個(gè)面的加工．這樣，工序集中，減少了安裝、調(diào)整、找正的次數(shù)，既提高了效率，又保證了加工質(zhì)量．

2．4 加工工藝過程

1．劃線→2．粗鏜銑→3．超聲波探傷→4．修補(bǔ)缺陷→5．人工時(shí)效處理→6．劃線→7．半精銑→8．半精鏜→9．UT檢查→10．精鏜→11．精銑→12．磁粉探傷→13．鉆→14．鉗．

2．5 關(guān)鍵工序加工方法及質(zhì)量控制

2．5．1 粗加工（工序1、2）

（1）工序1：劃線．包括全面檢查鑄件毛坯的外形尺寸和合理分配各被加工表面余量，確保加工面有余量、加工面與不加工面相對(duì)位置正確．

（2）工序2：粗加工．粗加工各加工面及壓下孔．粗加工后須進(jìn)行超聲波探傷檢查和熱處理人工時(shí)效．為保證探傷需要，粗加工表面粗糙度應(yīng)≤Ra6．3．考慮到工件龐大，時(shí)效熱變形量也大，粗加工后應(yīng)留余量需適中．如余量太大，后續(xù)加工工作量大；如余量過小，加工不出所需表面．經(jīng)與熱工藝人員協(xié)商，結(jié)合大件時(shí)效變形經(jīng)驗(yàn)，確定單邊余量15 mm．

2．5．2 超聲波探傷檢查、修補(bǔ)缺陷及人工時(shí)效處理（工序3、4、5）

超聲波探傷檢查鑄件內(nèi)部質(zhì)量，防止鑄件帶著材料缺陷流入后續(xù)工序．探傷合格后，進(jìn)爐內(nèi)進(jìn)行人工時(shí)效處理，消除內(nèi)應(yīng)力；如有缺陷，待處理缺陷后再進(jìn)行人工時(shí)效處理．

2．5．3 半精加工（工序6、7、8）

（1）工序7：半精銑．安排在18 m和30 m的數(shù)控龍門銑上進(jìn)行，主要進(jìn)行牌坊外形面、窗口及軌座面的半精加工．按線及粗加工面進(jìn)行找正，需要調(diào)裝1次．在壓下孔的上端φ1 100H7止口、下端孔口處，插補(bǔ)銑出找正環(huán)帶，保證壓下孔兩端找正帶同軸，從而作為鏜床鏜孔找正基準(zhǔn)，保證壓下孔對(duì)窗口及外形面位置準(zhǔn)確．激光跟蹤儀跟蹤檢測(cè)形位公差，為精加工提供質(zhì)量保證．

（2）工序8：半精鏜．安排在φ320數(shù)控鏜銑床上進(jìn)行．主要進(jìn)行牌坊壓下孔的半精加工．按半精加工頂面找正、裝夾，按工序7提供的找正環(huán)帶對(duì)刀加工．壓下孔上端φ930孔，無配合要求，可用主軸裝刀桿直接進(jìn)行加工．

下端φ1 302H7孔穿鏜桿，按下端已銑找正環(huán)帶找正，用自制可調(diào)支撐座支撐托住鏜桿的尾部半精鏜孔．半精鏜孔加工示意圖如圖2所示．

圖2 半精鏜孔加工示意圖

壓下孔中間φ1 400×R80空刀槽及其內(nèi)端面，采用大于φ850專用刀盤，數(shù)控插補(bǔ)加工空刀槽．由于牌坊下端內(nèi)側(cè)孔大于上端外側(cè)孔，機(jī)床方滑枕外形尺寸為680 mm×780 mm，對(duì)角線達(dá)1 034 mm，滑枕無法伸入φ930外側(cè)孔中，加工壓下孔中間φ1 400×R80空刀槽及內(nèi)端面時(shí)，φ850專用刀盤重量大，主軸懸臂太長，會(huì)產(chǎn)生彎曲，造成空刀槽端面對(duì)φ1 300H7孔不垂直．插補(bǔ)銑空刀槽及內(nèi)端面加工如圖3所示．半精鏜孔后，經(jīng)激光跟蹤儀檢測(cè)，φ1 302H7配合孔對(duì)牌坊窗口及955厚度方向垂直度誤差為1～2 mm／全長，小于8 mm半精加工留量，在精加工范圍內(nèi)，不影響精加工．孔對(duì)內(nèi)端面不垂直度0．39 mm，大于0．05 mm允差，需要在后續(xù)加工工序中進(jìn)行修正，并為精鏜端面修正留量提供依據(jù)．

空刀槽圓弧面插補(bǔ)刀盤直徑選擇：

刀盤直徑＞〔1 440（空刀槽直徑）－930（右端孔直徑）〕＋320＝830（mm）

選插補(bǔ)刀盤直徑＝850 mm

針對(duì)西門子系統(tǒng)，編制精加工壓下孔圓弧面程序如下：

參數(shù)設(shè)置：

圖3 插補(bǔ)銑空刀槽及內(nèi)端面加工示意圖

2．5．4 二次超聲波探傷檢查（工序9）

粗加工后的修補(bǔ)缺陷會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力，進(jìn)爐人工時(shí)效會(huì)釋放殘余應(yīng)力，因此工件內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)新的缺陷．所以安排二次探傷是必要的．

2．5．5 精 鏜

仍在φ320數(shù)控鏜銑床上進(jìn)行，不需重新裝卡．工序6－8中精鏜工位不變，減少特大件的轉(zhuǎn)運(yùn)及翻轉(zhuǎn)次數(shù)，精加工孔方法同半精加工．加工壓下孔空刀槽時(shí)，根據(jù)工序7半精加工中激光跟蹤儀測(cè)量結(jié)果，內(nèi)端面留足修正量，由數(shù)控龍門銑進(jìn)行修正．

每片牌坊下部均有2個(gè)φ160、1個(gè)φ120深孔，孔長2 250 mm，經(jīng)工時(shí)定額估算，采用傳統(tǒng)的工藝方法，需鉆、擴(kuò)、鏜等多級(jí)加工，經(jīng)工時(shí)核算，需140 h．由于牌坊重量大，受起重能力限制，這些孔加工，只能在為數(shù)不多的關(guān)鍵大型機(jī)床上進(jìn)行，占用機(jī)床時(shí)間長，無法保證公司的正常生產(chǎn)及生產(chǎn)周期．為提高效率，采用噴吸鉆，先加工與孔等直徑的導(dǎo)向定位孔，再用噴吸鉆按導(dǎo)向孔定位一次完成鉆孔．經(jīng)噴吸鉆加工試驗(yàn)，對(duì)于鑄鋼件材質(zhì)，加工φ160孔：線速度82 m／min；轉(zhuǎn)速＝160 r／min；進(jìn)給＝0．14 mm／r，即22．4 mm／min．不計(jì)準(zhǔn)備時(shí)間，2 500 mm長孔有效加工時(shí)間只需2 h，極大地提高了工作效率，縮短了生產(chǎn)周期．

2．5．6 精 銑

2組牌坊分別安排在18 m和30 m的數(shù)控龍門銑上進(jìn)行．先加工側(cè)視圖右端面各部分，調(diào)裝后再加工其余各部分．調(diào)裝找正，按已鏜成的φ1 302H7壓下孔為基準(zhǔn)來找正裝夾工件，按孔母線上下左右4個(gè)方向配合面全長拉表找正，允差小于0．015 mm．并以壓下孔為基準(zhǔn)加工窗口面、軌座面及外形各面．

另外，為減少占用大型數(shù)控機(jī)床的時(shí)間，φ50及M24以下光孔及螺孔由數(shù)控龍門銑按程序鉆定位孔．工件下機(jī)床后，用萬能鉆按已鉆定位孔定位鉆孔并攻絲．

3 結(jié) 語

由于在加工過程中采取了以上質(zhì)量保證措施，粗、精軋4片牌坊現(xiàn)場(chǎng)組裝，一次到位．經(jīng)外商檢查，加工精度完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，大型寬厚板軋機(jī)成套設(shè)備的制造水平及其機(jī)械自動(dòng)化程度均處于國內(nèi)外先進(jìn)水平．大型整體閉式扎機(jī)牌坊的加工技術(shù)為我國自行設(shè)計(jì)制造4 300 mm及以上各類平板軋機(jī)奠定了基礎(chǔ)，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值．

［1］ 呂亞臣．重型機(jī)械工藝手冊(cè)［M］．哈爾濱：哈爾濱出版社，1998．

［2］ 鄧文英．金屬工藝學(xué)［M］．北京：高等教育出版社，1999．

［3］ 林艷華．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010．

The Process of a Large Closed Integral Frame Structure Mill Housing

TAO Hui－min1，HAN Li－li2，CHENG Gao－feng1
（1．Citic Heavy Industries Co．，Ltd．，Luoyang 471039；2．Henan University of Technology，Zhengzhou 450007，China）

This paper introduces the structural characteristics of large closed integral frame structure mill housing taking 4300 Heavy Plate Mill as example．Reasonable process plans and processes according to the design requirements of the key parts pressure hole，window surface and rail surface are work out．The manufacturing problem of hole with large diameter and deep pressure hole are solved．The geometric tolerance between pressure hole and window surface，each face of the rail are detected using laser tracker．This guarantees the manufacture precision，controls geometric tolerance within the scope of the design requirements effectively，and provides a reference for the manufacture and processing of various types of large flat mill．

mill housing；pressure hole；laser tracker；processing

TH162．1

A

10．3969／j．issn．1671－6906．2012．03．016

1671－6906（2012）03－0071－05

2012－05－10

陶慧敏（1958－），女，河南洛陽人，工程師．