胡曉麗

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

H型鋼UR1軋機萬向接軸的國產(chǎn)化研究

胡曉麗

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

針對進口設備H型鋼UR1軋機萬向接軸損壞問題，確定了萬向接軸的改進方案，采用了三維建模、大徑定心工藝、真空淬火工藝、國產(chǎn)材料重新設計制造了萬向接軸，生產(chǎn)使用過程中，萬向接軸性能良好。

H型鋼; UR1軋機; 萬向接軸; 國產(chǎn)化

0 前言

馬鋼H型鋼U1軋機，原萬向軸為德國福伊特公司產(chǎn)品，經(jīng)過多年使用，并多次修復后萬向接軸端面齒，花鍵副，十字頭等關鍵部位均出現(xiàn)嚴重磨損，并無法再進行修復，需采購整根萬向軸進行更換。由于現(xiàn)場三個機架裝機量共六根，將陸續(xù)進入更換周期，福伊特公司產(chǎn)品每根約340萬人民幣，如采購進口產(chǎn)品將是一筆龐大的開支，在鋼鐵行業(yè)利潤水平低下的市場狀況下，對公司的生產(chǎn)成本帶來不小的壓力。為降低生產(chǎn)成本，根據(jù)現(xiàn)場需要，決定對H型鋼UR1軋機萬向接軸國產(chǎn)化改造，要求轉化后的各裝配部件必須與進口原件互換。針對H型鋼萬向軸的現(xiàn)有圖紙，圖紙結合實際測繪情況，在保證技術要求的前提下，綜合考慮進行轉化。

1 萬向接軸主要參數(shù)

馬鋼H型鋼生產(chǎn)線共建有1-3-1布置的5臺軋機,即1架二輥可逆開坯軋機,2架組合式萬能軋機和1架二輥可逆軋機組成的粗軋機組,1架組合式萬能精軋機。粗軋機組3架軋機串列布置,軋邊機布置在2架萬能軋機中間,機架間距6m,各由1臺主電機拖動,機架間實行微張力控制。馬鋼H型鋼軋機布置形式如圖1所示。

UR1軋機作為第一臺萬能粗軋機，采用SWC760/750X6075(+600)的萬向接軸進行軋制力的傳遞。萬向接軸的結構見圖2。其傳動的主要技術參數(shù)見表1，萬向接軸的主要性能見表2。

2 萬向接軸技術方案的確定

通過與國外萬向軸零件的材質(zhì)對比，萬向軸的法蘭叉頭和十字軸材質(zhì)和進口產(chǎn)品吻合，即法蘭叉頭進口材質(zhì)也是為ZG34Cr2Ni2Mo，十字軸材質(zhì)為40CrNiMo等，萬向接軸主要部件材質(zhì)見表3。

表1 軋機傳動主要技術參數(shù)

圖1 H型鋼軋機布置形式

圖2 SWC760/750X6075萬向接軸結構圖

回轉直徑/mm公稱轉矩Tn/kN·m交變疲勞轉矩Tf/kN·m最大傾角β/(°)軸承理論計算壽命Lh安全系數(shù)軋輥側7502500135015359415電機側76015

表3 萬向接軸主要部件材質(zhì)及要求

對法蘭叉頭采用Solidworks建模，模擬裝配，在保證傾角的情況下，最大程度增加實體體積，最大程度地提高叉頭強度和沖擊韌性。考慮到以前曾出現(xiàn)過法蘭叉頭斷裂事故，本次設計叉頭材質(zhì)采用和進口相同的材質(zhì)，并適當考慮加厚叉頭的法蘭厚度，確保以后修復端面齒后，法蘭還有有足夠的強度。德國VOITH原設計法蘭厚度62 mm，最后加大法蘭厚度到70 mm。法蘭叉頭采用垂直樹脂沙澆注法鑄造工藝，以最大限度減少鑄造缺陷。

經(jīng)有限元對法蘭叉頭分析的結果顯現(xiàn)，最大第一主應力最大值為1.72 MPa，米塞斯應力最大值為5.46 MPa，法蘭叉頭的強度完全能夠滿足工作要求。由于叉頭根部是叉頭與法蘭的過渡區(qū)，存在著較大的應力集中；頭部軸孔處是十字軸通過關節(jié)軸承將轉矩傳遞給叉頭的部位，因此接觸應力較大，所以叉頭根部和頭部軸孔處是法蘭叉頭應力較大的兩個部位，如圖3所示。

圖3 叉頭的三維模型Fig.3 The 3D model of the flange fork

如果花鍵間隙過大，勢必導致整個萬向軸有較大的跳動，所以，控制花鍵間隙是減小萬向軸跳動成功的關鍵。根據(jù)在線接軸測繪花鍵副尺寸并結合JB/ZQ4372-2006重系列大徑定心矩形花鍵設計規(guī)范要求進行花鍵副內(nèi)外花鍵設計，滑移量為600 mm，花鍵齒強度滿足外方圖紙要求。工藝上采取大徑定心工藝，花鍵軸大徑磨外圓，花鍵孔拉削，利用大徑的精確配合保證同心精度, 相較于齒側定心其定心精度高，加工方便，容易實現(xiàn)精確配合，以確?；ㄦI副配合間隙最小，跳動最小。

十字軸總成生產(chǎn)采用真空淬火工藝，使淬火變形控制到最小，淬硬層深達到0.5±0.1 mm，較均勻，從而保證軸承的最終質(zhì)量。

萬向接軸的軸承密封結構和進口的一樣，采用雙層油封，密封可靠。

中間軸托架部位設計至關重要，從現(xiàn)場使用情況及數(shù)次維修情況看，中間軸托架磨損都較嚴重，甚至還有斷裂的情況發(fā)生。首先提出強度要求，通過熱處理調(diào)質(zhì)，強度首先得到保證，表面有較高的硬度，耐磨損，其后的精加工，通過表面冷擠壓工藝，使得表面質(zhì)量達到鏡面的要求，超過了原設計標準1.6的粗糙度要求，從而獲得了更好的使用效果。

3 萬向接軸生產(chǎn)控制及產(chǎn)品質(zhì)量控制

加工制造、裝配、檢驗嚴格按照圖紙要求和相關技術標準及重型機械通用技術條件JB/T5000-2007相關規(guī)定執(zhí)行，所有加工及裝配工藝都要求提供完備的作業(yè)指導書。

對關鍵受力零件的材料叉頭和十字軸進行化學成分分析并作機械性能試驗。法蘭叉頭毛坯加工前必須進行成份分析，尤其是Cr和Ni的含量嚴格控制在1.5%～1.7%之間。同樣，其他的加工、裝配、調(diào)試等各工序都嚴格控制和檢驗，使之始終處于受控狀態(tài)。

4 結束語

該萬向接軸自2013年10月份交付馬鋼使用至今，萬向軸運行平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)任何問題。使用壽命(過鋼量)超過進口件的2/3，甚至達到進口件水平，每根萬向軸費用低于進口件價格1/3，若三個機架6根軸全部完成國產(chǎn)化，將可節(jié)約近千萬元采購成本。本次國產(chǎn)化改造項目取得了很好的效果。在此國產(chǎn)化成功的基礎上，又完成了UF萬能精軋機以及ED軋邊機的萬向接軸的國產(chǎn)化，取得了非?？捎^的經(jīng)濟效益。

[1] 林鎮(zhèn)鐘.熱軋H型鋼的技術進步和在馬鋼H型鋼生產(chǎn)線的應用[J].鋼鐵,2000,35(10):33-36,39.

[2] 劉安中,李友榮,王志剛,等.2800軋機萬向聯(lián)軸器十字軸斷裂事故分析[J].重型機械,2002(01):58-59,62.

[3] 熊杰,張志忠,樊建成,等.大型寬厚板軋機萬向節(jié)疲勞失效分析[J].重型機械,2011(01):34-38.

[4] 郝志強,李友榮,魯光濤,等.基于有限元的滑塊式萬向聯(lián)軸器系統(tǒng)優(yōu)化設計[J].機械科學與技術,2014,33(04):555-558.

[5] 汪瑞俊,杜曉東,孫國棟,等.鉻含量對Cr-Ni-Mo系低碳合金鋼組織性能的影響[J].熱加工工藝,2007,36(08):15-17.

[6] 鄭紅梅,姜子剛,朱長江,等.軋機萬向聯(lián)軸器十字軸斷裂分析與改進設計[J].機械設計與制造,2014(05):14-17.

[7] 劉鶯,李友榮,劉安中,等.軋機十字軸式萬向聯(lián)軸器的有限元分析[J].重型機械,2007(04):48-51.

[8] 郭志強,徐澤璐.平衡方式對萬向聯(lián)軸器強度影響的有限元分析[J].重型機械,2014(05):83-86.

[9] 楊文志,郭偉超.十字軸式萬向聯(lián)軸器輥端叉頭有限元分析[J].機械傳動,2011,35(02):52-54.

[10] 胡春燕,劉德林,萬方,等.花鍵軸斷裂失效分析[J].材料工程,2009(05):57-59,64.

The localization of universalspindle using on UR1 H-beam rolling mill

HU Xiao-li

(Maanshan Iron and Steel Co., Ltd , Ma’anshan 243000, China)

Aiming at the damage of universalsplndle of H-beaml UR1 rolling mill, the universalsplndle was re-designed and manufactured with key technologies, a three-dimensional modeling is established, large diameter centering process is proposed, vacuum quenching process and localized material are also used. The performance of the localized universalsplndle is suitable for the process of production.

H-beam; UR1 rolling mill; universalspindle; localization

2016-11-02；

2016-11-30

胡曉麗(1973-)，女，高級工程師，工學學士，主要從事冶金軋鋼設備技術工作。

TG333

A

1001-196X(2017)02-0046-04