輥壓機(jī)輥套竄套處理與輥軸輥套的設(shè)計(jì)制造

蔡武

近年來，輥壓機(jī)輥套竄套的現(xiàn)象時有發(fā)生，引起竄套的原因也是多方面的，如公差配合、同軸度超過公差、粗糙度不夠、圓度問題、材料塑性太強(qiáng)等。筆者通過對輥壓機(jī)的設(shè)計(jì)和加工制造進(jìn)行分析，提出了設(shè)計(jì)和加工制造方面需注意的問題，并采取了相關(guān)措施，有效避免了輥壓機(jī)竄套的發(fā)生。

1 設(shè)計(jì)方面需注意的問題

1.1 材料選擇

當(dāng)前輥壓機(jī)的輥軸和輥套選用的材料有兩種，一種為35CrMo，另一種為42CrMo。表1～3為以上兩種材料的化學(xué)成分、機(jī)械性能及熱膨脹系數(shù)的分析及對比。

從表1～3中可以看出，在化學(xué)成分方面，兩種材料僅在碳含量和鉻含量上稍有差別，其他成分都一樣；在機(jī)械性能方面，42CrMo的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度明顯比35CrMo高，沖擊功和布氏硬度也高，延伸率δ5小，斷面收縮率ψ相同；在熱膨脹系數(shù)方面，兩者相近。雖然35CrMo和42CrMo的化學(xué)成分差別不大，但從機(jī)械性能整體而言，42CrMo明顯優(yōu)于35CrMo。輥壓機(jī)的顯著工作特性是利用擠壓來粉碎物料，其力量相當(dāng)大，所以，材料強(qiáng)度是選擇材料時需要優(yōu)先考慮的一個方面。

表1 化學(xué)成分分析，%

表2 機(jī)械性能對比

表3 熱膨脹系數(shù)對比

1.2 公差配合

輥壓機(jī)輥軸和輥套的裝配不是采用鍵連接，而是采用大過盈量的緊配合，過盈量需考慮輥壓機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)初始階段，輥軸和輥套溫度上升時的時間差。輥套工作面與物料直接接觸，溫度上升比較快，而輥軸不能直接接觸物料，只能靠輥套的熱量傳導(dǎo)來提升溫度，輥軸的溫度要等輥套溫度穩(wěn)定后才會逐漸升高至與輥套溫度一致。在此之前，輥軸和輥套存在的溫度差會使輥軸和輥套產(chǎn)生的膨脹量不同，從而影響公差。因此，在設(shè)計(jì)過程中不能忽視公差配合產(chǎn)生的影響。

舉例說明溫度差對公差的影響（圖1），具體如下：

輥套內(nèi)徑d1尺寸及公差：

輥套外徑D1：φ1 542mm

輥軸直徑d2尺寸及公差：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算公差的極值：

軸孔配合公差的極大值：

軸孔配合公差的極小值：

1 031-0.127-1 030-0.127=0.746mm

理論上，輥軸和輥套溫度差發(fā)生在設(shè)備起動階段，隨后溫度達(dá)到均衡，假定前期的溫度偏差按60℃來考慮，其引起的尺寸偏差具體如下：

計(jì)算輥套在溫度變化時的延伸長度，需先計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)前輥套中心層直徑d0以及中心層圓周長度L0。

（1）極大值情況下溫度變化引起的偏差（表4）

從表4可以看出，在溫差60℃時，輥套內(nèi)徑d1′＜輥軸直徑d2。

（2）極小值情況下溫度變化引起的偏差（表5）

從表5可以看出，在溫差60℃時，輥套內(nèi)徑d1′＞輥軸直徑d2，存在竄軸的風(fēng)險(xiǎn)。

為了規(guī)避竄軸的風(fēng)險(xiǎn)，建議在輥軸直徑公差設(shè)置上不要有負(fù)偏差，在輥套內(nèi)徑公差設(shè)置上不要有正偏差，并在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中確保輥軸和輥套溫差＜60℃。如此設(shè)置，則不會出現(xiàn)竄軸現(xiàn)象。

（3）在輥軸和輥套溫度上升到相同溫度（比如達(dá)到60℃）時，輥軸熱膨脹后的尺寸是否能滿足設(shè)計(jì)要求？

據(jù)此可以算出輥軸的尺寸在1 031.686～1 031.813mm之間，公差?。?，0.127）。輥套內(nèi)徑范圍在1 030.729～1 030.984mm之間。

由此可以看出，輥軸和輥套在溫度上升到相同溫度的情況下，輥軸的過盈量能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 輥軸和軸套示意圖

表4 極大值情況下溫度變化引起的偏差

表5 極小值情況下溫度變化引起的偏差

1.3 輥軸和輥套配合面形位公差基本要求（表6）

2 加工制造方面需注意的問題

（1）選擇滿足精度要求的機(jī)床。機(jī)床的精度關(guān)系到工件的精度，精度不符有可能導(dǎo)致加工出的輥軸存在錐度或輥套內(nèi)徑存在錐度。選擇機(jī)床時，圓度、圓柱度及粗糙度精度的要求也須考慮在內(nèi)，以確保所使用的機(jī)床能滿足零配件設(shè)計(jì)的精度要求。

（2）選擇規(guī)格合適的機(jī)床，即選擇的機(jī)床行程需足夠。如果機(jī)床行程不夠，則需翻轉(zhuǎn)工件進(jìn)行加工，這樣接刀部位會出現(xiàn)臺階或產(chǎn)生同軸度問題（圖2）。

（3）裝卡輥套時要確保加工時能夠“一刀到底”（尤其是內(nèi)孔的精加工階段）。裝卡不當(dāng)則需翻轉(zhuǎn)工件重新找正加工，如此則接頭位置容易出現(xiàn)臺階或出現(xiàn)同軸度偏差問題（圖2）。

表6 輥軸和輥套配合面形位公差基本要求，μm

圖2 加工過程中接刀可能出現(xiàn)的情況

（4）在精加工過程中，尤其是最后一刀，一定要“一刀到底”，中途不能接刀，避免出現(xiàn)臺階（圖2）。

一旦出現(xiàn)圖2所示情況，即便熱裝后，輥軸和輥套接觸面在接刀位置也會形成一定區(qū)域的間隙。即使間隙非常小，但在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于輥套擠壓物料的力量非常大，久而久之，間隙處的兩個表面會產(chǎn)生摩擦，從而逐漸產(chǎn)生磨損，磨損表面會逐漸擴(kuò)大，間隙也越來越大，直至輥套在輥軸上發(fā)生竄動。

3 結(jié)語

中材（天津）重型機(jī)械有限公司在設(shè)計(jì)校核、加工制造過程中非常重視以上問題并采取了相關(guān)措施，截至目前，該公司生產(chǎn)的輥壓機(jī)的輥軸裝置尚未出現(xiàn)過竄軸現(xiàn)象。有客戶的輥壓機(jī)在竄軸之后，通過對輥壓機(jī)輥套內(nèi)孔表面進(jìn)行堆焊處理（堆焊厚度一般控制在10mm以上），在保證輥套內(nèi)孔有足夠加工余量的前提下，按文中建議進(jìn)行處理和修復(fù)后，再也沒有出過竄軸現(xiàn)象。目前，已按上述建議修復(fù)寧夏賽馬、左權(quán)金隅等十余個項(xiàng)目的輥壓機(jī)，其中左權(quán)金隅的輥壓機(jī)修復(fù)至今已穩(wěn)定運(yùn)行近四年?！?/p>