余小兵 尹代萍 任學貴

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

支承輥屬于軋機關鍵核心零件，也是軋鋼廠主要的大型消耗零件之一。隨著現(xiàn)代化熱軋、冷軋板帶軋機向大型化、高速化、自動化方向發(fā)展，對軋機支承輥的要求也越來越高，不僅要求其在承受較高的軋制壓力下耐彎不折斷，而且要求輥身表面硬度高。大型支承輥一般選用鍛造合金鋼材質(zhì)，整體鍛鋼支承輥制造難度大，成本很高。通常情況下，支承輥要經(jīng)過多次重磨輥身使用，待一定厚度的硬表層使用完后，余下部分不能再上機使用，實際有效使用量大約占整個支承輥重量15%～25%，其余75%～85%都會廢棄。因此，研究采用過盈配合在支承輥輥身上鑲裝輥套，重復利用原廢棄部分，延長支承輥使用壽命，降低軋鋼成本。大型輥套熱裝技術是支承輥修復核心技術之一，以某鋼廠支承輥具體修復研究介紹鑲套支承輥的熱裝關鍵點及工藝技術方案。

1 結(jié)構(gòu)及組成

1.1 結(jié)構(gòu)特點

某鋼廠4200 mm軋機支承輥鑲套修復項目是利用已報廢的支承輥，將輥身表層去掉，加工改制成鑲套支承輥的輥芯。新制作1件輥套，加工后通過熱裝方式，將輥套鑲在輥芯上成為一體，再精加工輥套外圓和長度，形成支承輥成品，如圖1所示。

(1)輥芯由報廢的支承輥改制，輥芯長度8560 mm，重量67.7 t，其輥身兩端分別為?1310.5 ±0.05 mm、?1310.786±0.05 mm，長度均為330 mm的圓柱面；輥身中部為?1311.45 ±0.05 mm、長度為140 mm的圓柱面，在輥身上形成兩段長度為1700 mm的圓錐面。除輥身外，輥芯的其它部位均利舊，不加工。

(2)輥套外徑?1810 mm，內(nèi)徑?1310±0.05 mm，輥套輥身長度4200 mm(熱裝精加工后)，中心線位置的內(nèi)壁有內(nèi)徑?1310+1 mm、寬度100 mm的槽。熱裝前，輥套外圓留加工余量10 mm；輥套的裝配定位端面留加工余量15 mm；把合輥套吊耳端面留加工余量115 mm；輥套長度4330 mm，重量41.6 t。輥套外圓和兩端面留的余量待熱裝后精加工至鑲套支承輥成品尺寸。

(3)輥芯的輥身有大、小頭之分，且兩頭小中間大；輥套內(nèi)孔是圓柱形。輥芯的輥身大頭與輥套配合過盈量是0.686～0.886 mm；小頭的過盈量是0.4～0.6 mm；中間位置的過盈量是1.35～1.55 mm。

(4)由于新制的鑲套支承輥在制造時，在輥芯的輥身上設置有合理的定位止口，可以保證熱裝時輥套的軸向定位，熱裝后該定位止口在精加工輥套端面時一起被加工掉。由于該4200 mm長的鑲套支承輥的輥芯是用報廢的支承輥改制的，其輥身長度為4200 mm，沒有加工余量，輥芯、輥身上沒有定位止口，熱裝時輥套的軸向定位是個難題，需制定合理的軸向定位方案，設計專用工裝定位。

1.2 主要技術要求

熱裝時，通過對輥芯和輥套定位工裝的定位面間相對位置尺寸進行控制，熱裝后，輥套輥身長度4200 mm中心線與輥芯輥身長度4200 mm中心線的偏離不大于±2 mm。

1—輥套 2—輥芯圖1 鑲套支承輥組合件結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Structure of bushing back-up roll components

1—輥芯吊具 2—工裝爐蓋和保溫材料 3—爐體 4—輥套 5—輥芯 6—輥套支座 7—輥芯支撐板圖2 鑲套支承輥熱裝示意圖Figure 2 Shrinkage fitting of bushing back-up roll

2 裝配關鍵點分析

(1)鑲套修復支承輥中，輥芯和輥套外形尺寸大，重量大，又是大過盈量配合，熱裝過程中可能產(chǎn)生還沒有裝配到位就卡住抱死的現(xiàn)象，熱裝的質(zhì)量風險很大，必須制定合理的熱裝工藝方案。

(2)輥套和輥芯大過盈量配合，如果熱裝過程中加熱溫度、升溫和降溫速度不合理，加熱不均勻，熱裝后將產(chǎn)生較大的熱應力，可能導致輥套產(chǎn)生裂紋。

(3)輥芯的輥身沒有定位止口，需設計輥芯和輥套的定位工裝，熱裝時依靠工裝控制輥芯和輥套定位面之間的相對位置尺寸進行定位，保證輥套和輥芯中心線偏離不大于±2 mm。

(4)輥套加熱后，徑向和軸向都會產(chǎn)生熱膨脹，在吊裝入常溫輥芯的過程中，輥套向輥芯傳遞熱量，在此過程中，輥芯受熱在軸向和徑向也產(chǎn)生膨脹，而輥套的溫度則會降低，其軸向和徑向尺寸收縮，故在熱裝過程中，輥套軸向中心點位置和輥芯的輥身軸向中心點位置呈動態(tài)變化。如果不能正確設定輥芯和輥套裝配定位面之間的相對位置尺寸，將無法保證熱裝后輥套輥身長度4200 mm中心線與輥芯輥身長度4200 mm中心線的偏離不大于±2 mm的技術要求。因此正確設定輥芯和輥套裝配定位面之間的相對位置尺寸是關鍵點和難點。

(5)輥套內(nèi)孔配合面長度達到4330 mm，加熱達到熱裝溫度時，如何測量輥套內(nèi)孔的熱脹量是難點。

3 裝配技術方案

3.1 鑲套支承輥熱裝工藝方案

(1)輥套加熱至熱裝溫度后，如果在加熱爐外完成與輥芯的熱裝，在常溫環(huán)境下輥套將快速降溫，內(nèi)孔收縮，而輥套和輥芯的配合過盈量大，配合長度大，熱裝過程中卡住的風險非常大。因此采用在特制加熱爐中立放輥套，將輥套加熱和保溫達到加熱曲線后，再將輥芯垂直吊裝入輥套內(nèi)。整個熱裝過程在加熱爐內(nèi)完成，大大降低輥套和輥芯在裝配過程中發(fā)生卡住的質(zhì)量風險。

(2)采用立裝鑲套輥的方式，便于在裝配時調(diào)整輥芯與輥套的對中和同軸度。鑲套支承輥的熱裝見圖2所示。

(3)將輥套內(nèi)孔端面(裝吊耳端)加工成15×30°的導向錐面，便于輥芯吊裝入輥套時，對正中心。

3.2 輥套加熱曲線

鑲套支承輥的加熱曲線見圖3。輥套以≤30℃/h的升溫速度加熱至320±10℃，保溫25 h后，吊裝入輥芯，再蓋上爐蓋，對組合件以≤40℃/h的升溫速度加熱至320±10℃，保溫15 h后，以≤15℃/h的降溫速度對組合件降溫，當鑲套輥的溫度≤80℃時，將鑲套輥吊出加熱爐。

圖3 鑲套支承輥加熱曲線Figure 3 Heating curve of bushing back-up roll

1—爐體 2—輥套支座 3—爐內(nèi)底座 4—可調(diào)墊鐵 5—型鋼支撐 6—底板 7—輥芯支撐板圖4 輥套和輥芯裝配支承定位圖Figure 4 Assembly support positioning of roll bushing and core

3.3 加熱要求

(1)加熱時爐內(nèi)溫度均勻，上部和下部的溫差≤±10℃。

(2)須控制升溫和降溫的速度，不能過快，以減小熱應力，避免熱裝后輥套產(chǎn)生裂紋。

(3)輥套及鑲套后，組合件在加熱過程中均應受熱均勻。

3.4 確定相對位置

確定輥套和輥芯裝配定位面之間的相對位置尺寸。根據(jù)鑲套支承輥熱裝工藝方案，設計輥套和輥芯的支承定位見圖4。

(1)按圖4所示，以輥套的端面為裝配定位基準面，就位在輥套支座上；以輥芯的總長度端面為裝配定位基準面，輥芯吊裝入輥套后就位在爐體底面的輥芯支撐板上。正確設定輥芯和輥套裝配定位面間的相對位置尺寸“A”，才能保證熱裝后輥套長度4200 mm中心線與輥芯長度4200 mm中心線的偏離不大于±2 mm。

(2)根據(jù)鑲套支承輥組合件結(jié)構(gòu)圖(見圖1)中的相關尺寸，初步計算尺寸A值：

A=2000 mm+180 mm-15 mm(輥套裝配定位面留的加工余量)=2165 mm

(3)鑲套輥熱裝過程中，輥套軸向中心點位置和輥芯的輥身軸向中心點位置呈動態(tài)變化。由于沒有同類結(jié)構(gòu)鑲套輥熱裝的經(jīng)驗數(shù)據(jù)參考，根據(jù)預定的輥套、輥芯定位端面，需要知道輥芯、輥套的溫度分布及熱變形情況，因此，進行了鑲套支承輥熱裝過程仿真，對輥芯和輥套熱裝過程進行了模擬，見圖5。

圖5 輥芯輥套臨界接觸狀態(tài)軸向徑向位移云圖Figure 5 Axial displacement and radial displacement cloud chart of roll core and bushing critical contact status

根據(jù)支承輥結(jié)構(gòu)特點及熱裝過程特點，建立計算模型。經(jīng)計算，當輥芯、輥套臨界接觸時，輥芯中心較輥套中心低8.12 mm。

根據(jù)熱裝過程仿真計算結(jié)果和對輥套、輥芯的膨脹量差距與過盈量的關系分析，對按圖紙尺寸初步計算的A值進行修正：A=2165 mm-9 mm=2156 mm(輥套與輥芯在臨界接觸狀態(tài)時輥套與輥芯的中心高度差取值)。

(4)在爐內(nèi)實測輥芯和輥套裝配定位面之間的相對高度差尺寸，按確定的A值(2156 mm)，加工修配調(diào)整墊的厚度，將修配好的調(diào)整墊放置在爐底的輥芯支撐板上，熱裝時輥芯端面落在調(diào)整墊上，保證輥芯和輥套裝配定位尺寸為2156 mm。

(5)輥芯裝入輥套后，組合件的重量約108 t，要求輥芯支撐板須有足夠的剛性，熱裝過程中不得發(fā)生塌陷變形，影響定位尺寸A。

3.5 設計制作輥套內(nèi)孔熱脹量測量工裝

(1)輥套按加熱曲線進行加熱及保溫達到要求后，在吊裝輥芯前，須測量輥套內(nèi)孔直徑，檢查確認輥套的熱脹量是否滿足熱裝要求。由于輥套與輥芯的配合面長度達4200 mm，并且輥套加熱溫度高達320℃，常規(guī)T型熱脹量測量工裝在4200 mm長度范圍內(nèi)測量容易發(fā)生傾斜，導致測量不準，不能滿足該輥套的測量要求。

(2)根據(jù)在加熱爐內(nèi)進行熱裝的特點，設計了專用熱脹量測量工裝，如圖6所示。該工裝由支架和測量頭組成，支架由3根測桿和1根立柱構(gòu)成。在測量圓直徑上有3個可調(diào)試測量頭，分別由螺紋連接在3根測桿的外端頭上；每根測桿上布置有配重塊，用于調(diào)整3個測量頭在同一水平面；在立柱頂上有吊耳孔，用于掛鋼絲繩。

圖6 輥套熱脹量測量工裝結(jié)構(gòu)圖Figure 6 Measuring tool structure of bushing thermal expansion amount

(3)使用前，將測量工裝的3個測量頭調(diào)整外圓尺寸為B(見圖6)，B=配合直徑名義尺寸+配合最大過盈+裝配間隙=1310 mm+1.55 mm+2.2 mm=1313.75 mm。行車起吊測量工裝，調(diào)整配重塊，將3個測量頭調(diào)整在同一水平面。

(4)待輥套加熱保溫達到要求后，行車將測量工裝吊入輥套孔內(nèi)，從上至下進行檢測。

4 結(jié)論

鑲套支承輥熱裝工藝技術及裝置的研究結(jié)果成功應用在某鋼廠4200 mm支承輥鑲套修復項目中，當支承輥鑲套冷卻至常溫后，檢測輥套兩端面與輥芯兩端面的尺寸；檢測輥套4200 mm長度中心線至輥芯兩端面的尺寸(為便于熱裝后測量，機械加工輥套時，將輥套內(nèi)壁上100 mm槽的寬度中心線引出，刻在輥套的外圓柱面上)，經(jīng)過檢測和對相關實測數(shù)據(jù)分析：鑲套后，輥芯中心較輥套中心低2 mm，即輥套輥身中心線與輥芯輥身中心線的偏離值是2 mm，滿足圖紙對熱裝的技術要求。數(shù)據(jù)證明，該大型鑲套支撐輥熱裝配工藝技術及裝置成功地解決了大型鑲套輥的熱裝技術難題，也為熱裝相同結(jié)構(gòu)的鑲套輥提供了經(jīng)驗。