一種拉矯機下部框架的制作工藝

梁棟，韓建國，郝陽，李開倫，張瑞海

（萊鋼集團機械制造有限公司，山東萊蕪 271104）

0 引言

特鋼100t 電爐系統(tǒng)升級改造是萊鋼集團轉(zhuǎn)型升級的重點項目，該項目引進了意大利達(dá)涅利公司國際領(lǐng)先的大棒生產(chǎn)線技術(shù)，投產(chǎn)后可生產(chǎn)φ400～φ800 mm 大圓坯或圓鋼，可彌補萊鋼集團大圓鋼生產(chǎn)的空白，完善圓鋼產(chǎn)品系列，且優(yōu)質(zhì)大圓坯和圓鋼的市場前景廣闊，在汽車制造、機械制造、冶金機械及電力機械等行業(yè)均有廣泛應(yīng)用。

2012 年公司承接了拉矯機裝配的制作任務(wù)，它是該改造項目的關(guān)鍵設(shè)備之一，主要起到拖動引錠桿拉坯和鋼坯矯直作用。設(shè)備主要包括：上部框架、中部框架、下部框架、通水柱、自由輥裝配、傳動輥裝配、干油潤滑系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電機減速機等，如圖1 所示，三大框架（上、中、下部框架）通過4 根通水柱貫通為一體，形成拉矯機裝配的主體，其中，下部框架是拉矯機裝配中的基礎(chǔ)零件，且下部框架的加工質(zhì)量將直接影響拉矯機裝配的整機性能。

圖1 拉矯機裝配示意圖

1 下部框架工藝路線

圖2 和圖3 分別為下部框架結(jié)構(gòu)示意圖和剖視圖，該框架主要由底板、4 根φ219×34 鋼管、兩側(cè)軸承底座和各類筋板焊件而成。由于下部框架為焊接件且剛性較差，因此，在焊接、熱處理和機械加工過程中容易發(fā)生應(yīng)力變形；同時，由于三大框架由4 根通水柱貫通為一體，在加工完成后，如果下部框架的變形量超出了允許范圍，則會發(fā)生三大框架與通水柱裝配困難或卡阻現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至?xí)斐扇罂蚣軣o法裝配而報廢。因此，在下部框架的加工制作過程中，必須要保證工件底平面的平面度，鋼管內(nèi)孔的加工精度、定位尺寸及與底平面的垂直度（即4 根鋼管內(nèi)孔的平行度），兩側(cè)軸承座內(nèi)孔的尺寸精度和同軸度。為了保證以上加工要求，減小工件制作過程中的應(yīng)力變形，優(yōu)化了下部框架的工藝路線。

圖2 下部框架示意圖

圖3 下部框架剖視圖（修改前）

根據(jù)工件結(jié)構(gòu)和以往經(jīng)驗，制定下部框架的制作工藝流程為：毛坯制作→熱處理→粗加工→熱定型→半精加工→精加工→鉆孔等其余工序。

1.1 毛坯制作

從下部框架的毛坯制作入手，為防止工件在焊接和熱處理工序中發(fā)生應(yīng)力變形，采取了更加合理的焊接工藝。首先，為了防止焊接變形，焊接工件時，打底層焊接方式由立焊方式替代簡便的船型焊方式，對于厚度25 mm以下鋼板的焊接，電流控制在160～180 A 以內(nèi)，電壓控制在20 V 左右；對于厚度30～50 mm 鋼板的焊接，電流控制在200 A 左右，電壓控制在22 V 左右，焊接方式的優(yōu)化和電壓、電流的降低有利于降低焊接熱量和防止工件變形；對于焊縫的蓋面則仍采用船型焊焊接方式，便于提高外觀質(zhì)量，焊縫蓋面層的焊接電流可適當(dāng)提高，最高不超過280 A；另外，由于焊縫較多，所以采用了對稱施焊焊接順序防止工件變形；同時，考慮到熱處理（退火處理）過程中的焊接收縮量，對裝過程中，鋼管的中心距及對角線距離按圖紙尺寸增加2 mm 控制，且鋼管上端分別往四周傾斜1 mm；最后，為防止工件在熱處理過程中發(fā)生應(yīng)力變形，對工件增設(shè)了防變形支撐。

1.2 熱處理工序

毛坯制作完成后，為了消除工件焊接應(yīng)力，應(yīng)當(dāng)采取退火處理，根據(jù)下部框架的結(jié)構(gòu)，制定熱處理工藝為：退火溫度控制在600～650 ℃，保溫時間6～8 h；退火處理完成后，打開防變形支撐查看工件變形情況，如果鋼管中心距的變形量在2 mm 以內(nèi)，則工件進入下道工序；如果鋼管中心距的變形量超過2 mm，則需經(jīng)熱整形合格后進行二次退火。

在粗加工完成后，為了減小工件半精、精加工工序的應(yīng)力變形，仍需對工件進行去應(yīng)力處理。因此，采取了熱定型方法對工件進行去應(yīng)力，熱處理工藝為：溫度控制在260±25 ℃，保溫時間為6～8 h。

2 下部框架加工方法

在加工過程中，為了提高加工精度，選擇了精度較高的數(shù)控落地鏜床進行下部框架的加工制作；為了減小工件的變形，細(xì)化了加工工序，將加工工序細(xì)化為粗加工、半精加工和精加工三個工步；同時，為了減小工件的裝夾變形，根據(jù)下部框架的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計制作了裝夾工裝，增設(shè)了工藝壓塊，具體加工方法如下：

2.1 框架加工

由圖2 所示的框架結(jié)構(gòu)可知，下部框架的剛性較差。在加工過程中，若工件裝夾不合理，則很容易發(fā)生工件裝夾變形，從而導(dǎo)致在加工完成后工件發(fā)生應(yīng)力變形，因此，設(shè)計制作了專用裝夾工裝，優(yōu)化了裝夾方法。如圖4 所示，該裝夾工裝主要由4 塊墊塊、2 塊壓塊（即工藝壓塊）和壓板、螺柱等組成。為了減少工件裝夾的受力點，減小工件裝夾變形，在框架的兩根鋼管的前部分別焊接一塊工藝壓塊，使得裝夾受力點不直接作用在工件本體上；為了使工件底平面與機床主軸垂直（或鋼管與主軸平行），在工件下方設(shè)計有4 塊墊塊，前面2 塊墊塊與后面2 塊墊塊的高度差應(yīng)根據(jù)壓塊的下平面與工件底板下側(cè)面的高度差確定。

具體操作步驟如下：首先，應(yīng)當(dāng)在下部框架上焊接如圖所示的工藝壓塊，并在壓塊的下平面與工件底板下側(cè)面銑削出加工基準(zhǔn)面；然后，根據(jù)工件基準(zhǔn)面的相對位置將4 塊墊板固定在機床工作臺上，并根據(jù)工件基準(zhǔn)面的高度差加工4 塊墊板的上平面，保證高度差與基準(zhǔn)面高度差相等；再將工件按圖4 所示放置在工作臺上，從而使得工件安放至工裝上方時，基準(zhǔn)面與4 塊墊板均貼緊、無間隙，并用壓板、螺柱及螺母等將工件壓緊，裝夾時，壓板位置應(yīng)與下方墊板的位置相對應(yīng)，使得作用在工件上的力相互抵消，從而減小工件變形；最后，對下部框架進行找正并進行機械加工。

圖4 下部框架加工示意圖

2.2 深孔加工

如圖3 所示，下部框架4 根鋼管的內(nèi)孔均為盲孔，總深度為900 mm，其前端為5°錐孔，中部為尺寸φ162 的孔，下部為尺寸φ160H7 的孔，且上部錐孔和下部φ160H7 孔對通水柱起到定位作用。

由于鋼管內(nèi)孔長度較長且為盲孔，若采用鏜床本身的主軸和鏜桿進行加工，則由于主軸或鏜桿伸出較長產(chǎn)生下垂而降低加工精度，且刀具調(diào)整困難，不能保證內(nèi)孔尺寸和形位公差；若利用BTA 深孔鉆進行加工，則需要φ162 和φ160 兩種型號的鉆頭，且購置專用設(shè)備將造成加工成本成倍增加。

為了解決下部框架的深孔加工難題，通過對拉矯機裝配圖紙的仔細(xì)研究與分析，在不影響設(shè)備性能的情況下，修改了下部框架的內(nèi)孔結(jié)構(gòu)，將內(nèi)孔由盲孔變更為通孔，并在下部框架下部增加了鋼管堵頭，如圖5 所示。采用了這種內(nèi)孔結(jié)構(gòu)后，加工內(nèi)孔時，首先，采用從兩端分別加工內(nèi)孔的方法，將下部框架內(nèi)孔加工為通孔；然后，用鋼管堵頭將框架下部封堵并焊接牢固。采用這種加工方式，不僅可以保證兩端的錐孔和φ160H7 孔的尺寸和形位公差，同時，也降低了工件的加工難度和生產(chǎn)成本。

圖5 下部框架剖視圖（修改后）

3 結(jié)語

通過采取以上工藝優(yōu)化措施，解決了下部框架剛性差、易變形的難題，產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到了理想狀態(tài)，例如，底平面的平面度≤0.1mm；鋼管φ160H7 內(nèi)孔、定位尺寸680±0.05mm 符合圖紙要求；鋼管內(nèi)孔與底平面的垂直度均≤0.05mm，兩側(cè)軸承座內(nèi)孔的尺寸滿足圖紙要求且同軸度≤0.03mm；同時，也為后續(xù)的裝配工序創(chuàng)造了有利條件，保證了拉矯機裝配的整機性能。

［1］張樹森.機械制造工程學(xué)［M］.沈陽：東北大學(xué)出版社，2001.

［2］左敦穩(wěn).現(xiàn)代加工技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.