卷取機(jī)卷筒的工藝設(shè)計(jì)

陸天英

(上海力達(dá)重工制造有限公司，上海 201824)

0 前言

冷軋鋼帶的生產(chǎn)能力是一個(gè)國家鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，冷軋不銹鋼帶、硅鋼帶、精密合金帶、高溫難熔合金帶、高精度極薄冷軋?zhí)妓劁撘约坝猩饘賻Р牡男枰繉⒓彼僭鲩L(zhǎng)，多輥冷軋機(jī)也將得到快速發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用。卷取機(jī)是冷軋機(jī)的重要設(shè)備，是成卷軋制主軋線中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，在帶材和線材生產(chǎn)中均被廣泛應(yīng)用。

目前冷軋帶鋼的卷取絕大多數(shù)采用筒式卷取機(jī)。其設(shè)備主要由卷筒及其傳動(dòng)系統(tǒng)、壓緊輥、活動(dòng)支撐和推卷、卸卷等裝置組成。卷筒是卷取機(jī)的核心部件，而卷筒的精度要求高，制造工藝復(fù)雜，上海力達(dá)重工制造有限公司制造冷軋機(jī)卷筒已多年，通過設(shè)計(jì)工藝路線，設(shè)計(jì)工裝夾具，優(yōu)化加工參數(shù)等手段，提高制造精度，其冷軋機(jī)卷取機(jī)卷筒制造工藝和制造技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。

1 卷取機(jī)卷筒的用途和結(jié)構(gòu)

按卷取機(jī)的用途可分為大張力卷取機(jī)和精整卷取機(jī)兩類。大張力卷取機(jī)主要用于可逆軋機(jī)、連軋機(jī)、單機(jī)架軋機(jī)和平整機(jī)。精整卷取機(jī)則主要用于連軋退火、酸洗、涂鍍層及縱剪、重卷等生產(chǎn)機(jī)組。

按卷筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為實(shí)心卷筒卷取機(jī)、四棱錐卷筒卷取機(jī)、八棱錐卷筒卷取機(jī)及四斜楔和弓形塊卷筒的卷取機(jī)等。前三種強(qiáng)度好，徑向剛度大，常用于軋制線做大強(qiáng)力卷取。后兩種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，常用于低張力的各種精整線。本文論述的四棱錐卷筒，其外圓由肆塊扇形板組成，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，由于沒有中間零件，棱錐軸直徑大，強(qiáng)度高，卷筒為懸臂結(jié)構(gòu)，便于卸卷，外端設(shè)有活動(dòng)支撐。實(shí)心的四棱錐軸在液壓缸活塞桿推動(dòng)下作軸向移動(dòng)時(shí)，卷筒被脹開或收縮，鉗口采用液壓控制，由液壓缸帶動(dòng)鉗口的活動(dòng)卡板。

2 卷取機(jī)卷筒的設(shè)計(jì)要求

在卷取過程中，卷取機(jī)卷筒承受著很大的彎曲力和來自帶有張力的多層纏繞帶材的很大的徑向力，因此對(duì)卷筒有如下要求:卷筒應(yīng)具有很高的剛度，以保證其零件在卷取時(shí)受徑向載荷的作用而不產(chǎn)生殘余變形;卷筒表面不能有裂紋和凹痕，否則帶材會(huì)壓入這些裂紋和凹痕中，產(chǎn)生表面缺陷;卷筒應(yīng)是對(duì)稱的，扇形板的外圓要嚴(yán)格同心，以消除帶卷在卷取過程中的跳動(dòng);卷筒應(yīng)具有將帶材端頭夾住的鉗口。

3 卷取機(jī)卷筒的工藝設(shè)計(jì)

針對(duì)四棱錐卷筒的設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)工藝路線，并在實(shí)踐中不斷探索改進(jìn)，確保制造出高質(zhì)量的卷取機(jī)卷筒，保證卷取機(jī)順利工作。

3.1 提高扇形板配合面的加工精度

卷取機(jī)卷筒外圓由一塊鉗口扇形板和三塊扇形板組成，其鉗口扇形板結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜。扇形板加工是一個(gè)精雕細(xì)啄的過程，工序多達(dá)四十步左右。如何保證加工精度尤為重要。

(1)減小氮化狀態(tài)下的變形。帶鉗口扇形板外圓上開有裝鉗口的槽，另一側(cè)有裝液壓缸的孔，反面有與主軸配合的一組斜面，每個(gè)斜面等高，還有燕尾槽。工件較薄，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又需氮化處理，極易變形。針對(duì)這一特點(diǎn)，經(jīng)過反復(fù)論證，采用在粗加工后，進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。然后經(jīng)二次半精加工，二次消除機(jī)加工應(yīng)力，并使消除應(yīng)力的工件狀態(tài)與氮化狀態(tài)一致，以大大減少在氮化這一工步的變形。

(2)設(shè)計(jì)定位夾具。扇形板一側(cè)為圓弧面，另一側(cè)為一組等距離的斜面及T型槽 (或燕尾槽)，裝夾困難。采用設(shè)計(jì)斜模夾具，斜度與扇形板斜面的斜度一致，并在斜模上安裝120°的V型鐵，以裝夾圓弧面，將一組等距離斜面加工轉(zhuǎn)換為等距離的水平面加工，大大方便了加工，提高了加工精度和加工效益，如圖1所示。

圖1 定位夾具Fig.1 Positioning fixture

(3)刀具設(shè)計(jì)及選用。扇形板上一組等距離的斜面要與主軸上斜面配合，其等距離和平面度要求特高，采用先進(jìn)的加工中心保證其精度外，還根據(jù)扇形板的材質(zhì)和金屬切削理論選用特定的刀盤和刀片。該刀具性能好，耐磨，加工表面粗糙度高、加工精度高、刀片調(diào)換方便。即可提高生產(chǎn)效率，又可提高加工精度。

3.2 提高卷筒的圓度和同軸度

(1)扇形板裝配在主軸上，通過一組等距離斜面與主軸配合接觸，在“T”形槽或燕尾槽上，采用鍵配合以防扇形板脫落。在生產(chǎn)過程中，一組扇形板、中空軸、主軸等為一整體，扇形板在軸線方向無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而僅在徑向方向有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。經(jīng)油缸拉動(dòng)伸縮，使扇形板外圓擴(kuò)大或縮小。難度在于即要保證扇形板在脹縮過程中配合面要正?；瑒?dòng)，不可有卡阻現(xiàn)象，又要求配合面不可太松，以免增加自重引起的間隙，以增加無負(fù)載時(shí)的不圓度。為此經(jīng)過反復(fù)研究、論證及試制，最后確定扇形板與主軸在徑向方向的配合間隙的取值范圍，同時(shí)通過對(duì)扇形板及主軸上的一組等距離斜面的鏟刮，以保證平面接觸及滑動(dòng)良好，并規(guī)定扇形板一組等距離的斜面硬度比主軸上相對(duì)應(yīng)的斜面硬度低一定值，以保證主軸的使用壽命。

(2)卷筒外圓的整體加工。制造成本低，而且保證加工質(zhì)量被廣泛使用。首先要確定扇形板與主軸在工作狀態(tài)的相對(duì)位置，從而確定扇形板外圓的定位位置。通過計(jì)算，算出主軸與中空軸的相對(duì)位置，也就確定了扇形板外圓的位置。然后要在機(jī)加工過程中對(duì)扇形板進(jìn)行固定，由于扇形板與主軸配合在徑向方向有配合間隙，在軸向方向還可移動(dòng)，需對(duì)其加以固定。設(shè)計(jì)扇形板外側(cè)端加螺孔，然后用定位板 (一)加以緊固，而定位板 (一)又與主軸固定。內(nèi)側(cè)端利用扇形板的螺孔，與中空軸相聯(lián)以固定扇形板。主軸與中空軸通過另定位板 (二)加以固定，如圖2所示。

圖2 卷筒Fig.2 Coiler mandrel

(3)中空軸外圓與扇形板在組裝成一體后精加工，規(guī)定中空軸外圓留一定余量，與扇形板組裝成一體后一同精加工，便于整體校調(diào)方便，保證了同軸度，圓度要求。卷筒工藝路線如下。粗加工→熱處理→半精加工→消除應(yīng)力→半精加工→消除應(yīng)力→裝配→精車→氮化→裝配→精磨

3.3 改進(jìn)扇形板坯料形狀

(1)扇形板一般是由鍛件制作而成，如采用長(zhǎng)方體坯件，雖鍛造簡(jiǎn)單，但費(fèi)用、加工成本、加工周期加大，經(jīng)過探索實(shí)踐，改長(zhǎng)方體鍛件為圓筒鍛件從圓筒中截取扇形板坯料，并讓鍛件廠加工好內(nèi)孔、外圓，這樣既減少了坯料成本，又減少了粗加工外圓的工作量。

(2)扇形板兩側(cè)扇形斜面及斜面上的矩形槽，其加工裝夾困難，且不易加工，工作量大。如采用粗加工、半精加工、精加工，則加工工作量很大，生產(chǎn)周期也長(zhǎng)。后改進(jìn)工藝，在粗加工時(shí)，規(guī)定以一端面為基準(zhǔn)，四塊扇形板定位一致，一次加工扇形板兩側(cè)扇形斜面及斜面上矩形槽至圖紙要求，并在后續(xù)半精加工、精加工中，以此為定位基準(zhǔn)，加工其它各面。精加工后，將扇形板兩側(cè)斜面及矩形槽拋光，使外形美觀，保證加工質(zhì)量，又大大縮短了加工周期，提高了生產(chǎn)效益。

4 結(jié)束語

由于設(shè)計(jì)了定位夾具，合理的加工工藝，使卷取機(jī)的四棱錐卷筒制造精度更上了一個(gè)臺(tái)階。保證了加工質(zhì)量，縮短了加工周期，提高了經(jīng)濟(jì)效益。上海力達(dá)重工制造有限公司制造的卷取機(jī)廣泛應(yīng)用在全國各地，由于使用性能良好，工作狀態(tài)穩(wěn)定，深受用戶的好評(píng)，增加了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］張萍.八棱錐卷取機(jī)的結(jié)構(gòu)分析 ［J］.重型機(jī)械，2012(1).

［2］文慶明，程志彥.軋鋼機(jī)械設(shè)備 ［M］.北京:人民郵電出版社，2006.

［3］喬順平，趙春禾.帶鋼重卷機(jī)組卷取機(jī)的糾編系統(tǒng) ［J］.重型機(jī)械，2012(4).