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        采用輔助定位方式制造連鑄導(dǎo)向段支架應(yīng)用實踐

        2022-02-23 06:47:02王玲齊盛文劉益民周勇
        鞍鋼技術(shù) 2022年1期
        關(guān)鍵詞:支架工藝測量

        王玲,齊盛文,劉益民,周勇

        (鞍鋼重型機械有限責(zé)任公司,遼寧 鞍山 114031)

        導(dǎo)向段是連鑄機的關(guān)鍵設(shè)備之一,液心鋼坯在導(dǎo)向段內(nèi)進行二次冷卻,作用是將帶液心的鑄坯從結(jié)晶器中拉出來后,噴水或噴氣使鑄坯快速凝固,以進入拉矯區(qū),對未完全凝固的鋼坯起支撐作用,防止鑄坯的變形、鼓肚[1]。導(dǎo)向段由導(dǎo)向段框架、扇形段組成,扇形段內(nèi)有上、下足輥,組成一定的弧形彎道,控制液心鋼坯按照一定的弧度、速度通過,同時進行二次冷卻。要保證整個彎道尺寸,要求各扇形段中輥子具有較高的對弧精度和相互平行度。所以對于安裝和支撐扇形段的導(dǎo)向段框架來說,制造精度非常重要。以往在導(dǎo)向段的裝配中,調(diào)整各支座的定位精度是裝配難點,設(shè)計中使用調(diào)整墊片來調(diào)整定位支座的高度,但是由于各支座與測量基準(zhǔn)都呈現(xiàn)不同的角度,無法進行直接測量,一般通過數(shù)控龍門鏜銑機床或采用激光跟蹤儀進行測量。采用數(shù)控機床測量時,占用設(shè)備時間較長,墊片厚度也需要調(diào)整兩至三次才能滿足設(shè)計要求,裝配效率很低;采用激光跟蹤儀設(shè)備采購費用比較昂貴,經(jīng)濟性不高。本文介紹了一種通過在適當(dāng)位置增加測量基準(zhǔn)的方法,能夠?qū)崿F(xiàn)在普通地平鐵上裝配和調(diào)整,精度完全滿足設(shè)計要求,并且實用性和經(jīng)濟性較高。

        1 導(dǎo)向段支架要求

        1.1 結(jié)構(gòu)介紹

        本文以普銳特冶金技術(shù)有限公司為山東鑫海鋼鐵有限公司設(shè)計的連鑄生產(chǎn)線為例介紹。導(dǎo)向段支架(見圖1)由弧形區(qū)支架、矯直區(qū)支架、水平區(qū)支架三部分組成。

        圖1 導(dǎo)向段支架Fig.1 Brackets for Guide Section

        弧形區(qū)支架是由3個固定座、支架、多組夾緊座和調(diào)整墊片組組成。因支架弧形外形與香蕉相似,故俗稱“香蕉梁”。矯直區(qū)支架結(jié)構(gòu)與弧形區(qū)支架相似,一端呈圓弧狀,與弧形段相接,另一端為水平狀,與水平段相連接。

        1.2 設(shè)計要求

        導(dǎo)向段支架作為連鑄機導(dǎo)向設(shè)備的安裝基礎(chǔ),要求具有較高的精度,而且在整個弧面上布置了各個導(dǎo)向段的框架連接點以及大量的水路管路接點,因此要求:

        (1)材質(zhì)采用 S355J2G3;

        (2)安裝軸承座的定位尺寸要求穩(wěn)定,組焊后必須消除應(yīng)力處理;

        (3)各個導(dǎo)向段框架連接點的尺寸、位置要求準(zhǔn)確,應(yīng)采用數(shù)控機床加工,保證精度;

        (4)管路位置要準(zhǔn)確,保證水路系統(tǒng)連接正確,水路通暢。

        (5)中心線極限偏差±0.1 mm;標(biāo)高極限偏差為±0.05 mm;水平度極限偏差為0.1/1 000。

        1.3 加工工藝要求

        各區(qū)域支架結(jié)構(gòu)類似,外形不同,所以以弧形段支架為例說明。支架為焊接結(jié)構(gòu)件,尺寸比較大,形狀不規(guī)范,并且各上面加工部分與水平傾斜成不同的角度,必須采用數(shù)控機床加工。在裝配時,需要通過數(shù)控機床檢測各點數(shù)據(jù)位置,同時調(diào)整墊片組厚度確定安裝位置,根據(jù)設(shè)計要求制定總體工藝要求如下:

        (1)鋼板按設(shè)計要求進行制造,且應(yīng)符合JB/5000.1中4.1條款半成品原材料部分的要求,鋼板應(yīng)矯直達(dá)到制造精度后方可下料加工。

        (2)按照圖紙要求開坡口,這是保證支撐架整體強度的關(guān)鍵。

        (3)支撐架組焊前,要求組焊后水路系統(tǒng)內(nèi)部清潔,不滲漏,不竄水,水管位置準(zhǔn)確,過水表面不得存在氧化皮、鐵銹、焊渣等污物,需全部打磨見金屬光澤。

        (4)支架上的夾緊座中心點位置精度要求較高。在組對、焊接時要特別注意,必要時用胎具控制其精度,保證位置和高度在圖樣規(guī)定公差范圍內(nèi)。

        (5)支架組焊后應(yīng)進行退火消除應(yīng)力處理和水壓試驗。

        (6)連接軸與鋼板焊接部位進行超聲波探傷檢測。

        (7)為了防腐蝕、防銹蝕,在支架安裝面和夾緊座表面都要求堆焊不銹鋼處理。堆焊前要進行堆焊試驗,確認(rèn)無誤后,方可在夾緊座上堆焊。堆焊表面精加工后進行磁粉探傷檢測,確保焊接無裂紋、砂眼等缺陷,以保證焊接質(zhì)量。

        (8)支撐架要求在數(shù)控機床進行精加工,加工前,必須劃全線檢查所有加工面的加工情況,要求粗、精加工分開進行,所有支撐架均有X、Y、Z三方向定位基準(zhǔn),加工時也應(yīng)以該三基準(zhǔn)對支撐架進行加工,保證各加工部位與三基準(zhǔn)的尺寸、形狀、位置精確。特別要注意與夾緊座的安裝部位的尺寸與形位精度。

        (9)加工時還要注意保持水路系統(tǒng)內(nèi)部的清潔,嚴(yán)防鐵屑進入水路系統(tǒng)。

        1.4 裝配工藝要求

        在弧形段支架裝配中,弧形上部為加工面,與夾緊座裝配,且各裝配面與水平方面呈不同的夾角,保證扇形段冷卻弧形通道逐漸變化。裝配后,弧形區(qū)支架裝配檢測尺寸見圖2。 尺寸A、B是裝配后需要檢測的夾緊座中心點位置,由于裝配現(xiàn)場不具備立式安裝條件,所以各夾緊座中心點坐標(biāo)不能直接測量出來。矯直區(qū)支架裝配后各夾緊座連接后呈一段過渡圓弧。其弧形部分與弧形區(qū)支架測量方法相同,水平部分可以直接測量。

        圖2 弧形區(qū)支架裝配檢測尺寸Fig.2 Inspection Dimensions for Bracket-assembling in Arc-shaped Zone

        在裝配過程中,在夾緊座底部有調(diào)整墊片組,調(diào)整墊片組總厚度為10 mm,裝配后各尺寸公差要求±0.10 mm。此外,測量基準(zhǔn)點在工件外一虛擬點,無法通過簡單測量獲得,只能在數(shù)控機床通過百分表方式檢測。由于墊片厚度與實際測量數(shù)據(jù)有一定角度,所以需要根據(jù)實際測量數(shù)值和安裝理論尺寸的位置誤差,計算后對墊片厚度進行增減,再通過測量調(diào)整,一般經(jīng)過兩次以上的反復(fù)操作,才能控制尺寸在圖紙要求公差范圍內(nèi)。這樣操作造成測量時占用數(shù)控鏜銑機床時間較長。

        2 工藝優(yōu)化方案

        為了能在裝配時,一次將調(diào)整墊片厚度添加準(zhǔn)確,不占用數(shù)控機床,在支架的加工和裝配工藝上進行優(yōu)化,實現(xiàn)不占用數(shù)控機床,快速裝配,檢測準(zhǔn)確的目標(biāo)。

        2.1 加工工藝優(yōu)化

        以弧形段支架為例進行說明?;⌒味沃Ъ苁怯蓛蓚€弧形鋼板、支撐板、連接軸構(gòu)成,要求兩個弧形鋼板加工面尺寸保持一致。按設(shè)計要求,裝配后再加工各處,以保證同步性。而裝配后尺寸結(jié)構(gòu)較大,兩弧形板距離較遠(yuǎn),加工操作要保證同步性要求。因此,將精加工在弧形鋼板單件上進行,并在夾緊座的下方,增加工藝銷孔,用于裝配的測量基準(zhǔn),提高了加工和裝配的效率。支架加工的工藝優(yōu)化方案如下:

        (1)兩個左右對稱的弧形鋼板在加工前點焊連接為一體,在數(shù)控鏜銑床對其進行合加工,以保證兩件尺寸及位置一致。

        (2)在兩個鋼板的外側(cè)、每個夾緊座和定位塊基準(zhǔn)面的下面,都增加工藝銷孔,例如圖3弧形區(qū)導(dǎo)向段支架局部圖中,夾緊座安裝位置下有兩個方向的調(diào)整墊片組1和調(diào)整墊片組2,增加工藝點(1)、(2)、(3)、(4)和(5),再將圖 3 中 51、52、53、54 中心位置坐標(biāo)尺寸 A、B 換算為 L1、L2、L3、L4、H、B各尺寸。在鋼板加工時,按照給出的坐標(biāo)數(shù)據(jù)加工出工藝銷孔,銷孔尺寸可以自定,為了準(zhǔn)確方便測量,按照Φ30H7直徑加工,深度為30 mm。

        圖3 弧形區(qū)導(dǎo)向段支架局部圖Fig.3 Partial View of Bracket for Guide Section in Arc-shaped Zone

        (3)各銷孔加工完成后,按安裝孔做基準(zhǔn),檢查各銷孔位置準(zhǔn)確性,尺寸公差控制在±0.10 mm內(nèi)。

        (4)按照夾緊座安裝處軸頸尺寸,加工制作兩根工藝假軸,分別放置在左右兩個夾緊座上,配合處工藝假軸的直徑尺寸由扇形段裝配軸處尺寸確定,公差按照裝配軸的公差減半,做裝配檢測用。

        2.2 裝配工藝優(yōu)化

        安裝前,檢查安裝平臺的平面度在0.1 mm以內(nèi),在鋼板工藝銷孔內(nèi)放置工藝銷,給出工藝假軸到工藝銷距離的理論數(shù)據(jù)。通過采用直接測量工藝假軸到工藝銷距離的方式替代數(shù)控機床打表檢測,具體步驟如下:

        (1)打開點焊的兩鋼板,裝配連接軸和支撐板,組成框架整體。

        (2)在工藝銷孔處插入工藝銷,保證配合間隙在0.02 mm左右,并作為檢測夾緊座孔的檢測基準(zhǔn)。

        (3)在相鄰兩個夾緊座上,放置兩個工藝假軸,用塞尺檢測工藝假軸與夾緊座圓弧面的貼合程度,要求0.05 mm塞尺不得塞入,證明配合符合要求。

        (4)用內(nèi)徑千分尺測量工藝銷至工藝假軸的距離,即圖3中H、B尺寸,公差要求在±0.10 mm以內(nèi)。如尺寸不滿足要求,按照實際測量數(shù)據(jù)與理論測量數(shù)據(jù)之差,確定增、減高度方向墊片厚度尺寸,最終滿足要求尺寸公差。

        (5)用內(nèi)徑千分尺,測量兩個工藝假軸之間的距離,公差要求在±0.10 mm以內(nèi)。如尺寸不滿足要求,按照實際測量數(shù)據(jù)與理論測量數(shù)據(jù)之差,確定增、減左右方向墊片厚度尺寸,最終滿足要求尺寸公差。

        3 實際效果

        通過工藝優(yōu)化改進后,在各導(dǎo)向段支架的單件加工檢測時,增加定位銷孔的尺寸數(shù)據(jù)檢測,與設(shè)計尺寸坐標(biāo)對比,數(shù)據(jù)最大偏差0.02 mm,能夠滿足裝配需要。

        導(dǎo)向段裝配過程和檢測過程在有地平鐵的裝配場地進行,通過采用CAD軟件設(shè)計的各定位銷與定位座測量點的H和B坐標(biāo)值,確定了需要添加調(diào)整墊片組1厚度;通過調(diào)整墊片組2的厚度來調(diào)節(jié)兩個夾緊座的距離,滿足兩個工藝假軸的距離,確定夾緊座的最終位置,并一次完成裝配,實現(xiàn)了不占用數(shù)控機床裝配、調(diào)整和測量的工序,最終保證尺寸在圖紙要求±0.10 mm內(nèi),不僅提高了裝配效率,還節(jié)約了大量的臺時費用,保證了裝配各處數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,確保扇形段輥面的弧形精度。尤其是應(yīng)用在弧形區(qū)和矯直區(qū)的支架上,效果十分明顯。

        在現(xiàn)場安裝中,采用添加的定位銷孔作為現(xiàn)場安裝基準(zhǔn),一次安裝扇形段后,用樣板檢查弧度,只調(diào)整了2處墊片厚度尺寸就滿足對弧要求,給現(xiàn)場安裝帶來了很大的便捷,保證了裝配精度。

        4 結(jié)語

        通過在導(dǎo)向段支架上增加定位銷的方式,可以解決導(dǎo)向段支架的裝配、墊片調(diào)整及尺寸測量的難題,并且可以推廣至大型異形工件的空間尺寸調(diào)整和測量上,結(jié)合工件的結(jié)構(gòu)和特點,在適當(dāng)位置增加測量基準(zhǔn)點,實現(xiàn)將空間尺寸轉(zhuǎn)換為可直接測量的二維尺寸的目的,節(jié)約了數(shù)控機床專用臺時,檢測方便準(zhǔn)確。

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