T型翅片刀失效原因分析及改進方法

胡彥卓

（中國石油大慶石化分公司 建設(shè)公司，黑龍江大慶163714）

0 引言

T型翅片管是由無縫鋼管經(jīng)過軋管機滾軋加工成型的一種高效換熱管，滾軋加工所用的刀具就是T型翅片刀。在軋管的過程中，經(jīng)常遇到T型翅片刀磨損失效的情況，操作人員不得不經(jīng)常停轉(zhuǎn)軋管機更換刀具，這不但給生產(chǎn)效率帶來了負面的影響，而且刀具成本也相應增加。通過不斷總結(jié)與實踐，在刀具磨損失效原因分析的基礎(chǔ)上，對T型翅片刀的調(diào)刀方法、軋管軸的結(jié)構(gòu)、T型翅片刀的軸向固定方式、尺寸和T型翅片刀的軋管參數(shù)進行了改進，經(jīng)過半年的軋管實踐，效果良好。

1 T型翅片刀失效因素分析

1.1 T型翅片刀失效表現(xiàn)形式

T型翅片刀失效表現(xiàn)形式可以從3個角度來描述：1）用失效后的T型翅片刀軋制的T型翅片管其形狀和尺寸嚴重超差，T型翅片管表面毛刺也急劇增加；2）失效后的翅片刀刀刃周圍有明顯的月牙凹槽、劃痕、圓周厚度不均等缺陷。刀刃圓周厚度不均勻度達到0.2 mm以上，圓柱度和對稱度超過0.15 mm以上；3）正常情況下，一組翅片刀可以軋制大約5t左右φ19×2的10鋼光管，超過5t后，翅片刀屬于正常磨損失效，正常磨損失效不在本文所探討的范圍內(nèi)，本文所要探討的是翅片刀在沒有軋制到5t，例如軋制到3t或者4t即出現(xiàn)磨損失效的原因以及改進措施。

1.2 失效因素分析

通過分析和研究,T型翅片刀失效因素主要有5種。

1）刀具沒有調(diào)正。由于3組翅片刀軸線分別與鋼管軸線形成不一致的角度，導致T型翅片管上的螺旋槽不是由3組刀具均勻軋制出來的，這不但使槽的尺寸和位置產(chǎn)生偏移，而且刀具刃部所受到的滾軋力明顯增大，刀刃極易磨損甚至產(chǎn)生崩刃，這使翅片刀沒有達到預期壽命而磨損失效；刀具沒有調(diào)正還表現(xiàn)在雖然角度一致了，但3組翅片刀在鋼管表面軋制形成的軌跡并沒有首尾相連，3組翅片刀受力不一致，這使有的刀磨損快，有的刀磨損慢。3組翅片刀受交替應力作用，極易產(chǎn)生疲勞破壞而磨損失效。

2）軋輥軸結(jié)構(gòu)不合理，導致操作人員在軋管時翅片刀所受滾軋力處于交變狀態(tài)。結(jié)構(gòu)不合理主要表現(xiàn)在以下幾個方面：a.軋管時，支撐軋管軸兩端的固定和活動軸承座孔中心距離偏大（中心距離L=240 mm），軋管軸的彎曲變形增大，T型翅片刀偏離兩個軸承座孔連線的距離也相應增大，軋管軸上的翅片刀與鋼管接觸的有效面積也隨之發(fā)生改變，翅片刀受交變載荷應力作用，使用壽命明顯降低。b.由于軋管空間尺寸狹小，軋管軸上使用的軸承是無內(nèi)圈的滾針軸承，滾針體直接和軋管軸表面接觸，盡管軋管軸（材質(zhì)為45鋼）表面進行了表面淬火，但由于45鋼達到的淬火硬度不夠，再加上軋管軸振動等原因，使用不長時間，軋管軸表面就會被滾針磨損成一道一道深淺不同的凹槽和劃痕，造成軸表面和滾針體的間隙增大，原來的小間隙配合（由于需要進行軸向調(diào)刀,滾針軸承與軋管軸之間的配合為間隙配合而不能是過盈配合,配合間隙在0.03 mm之內(nèi)）變成了大間隙配合(間隙在0.12 mm之上)，進一步增大了軋管軸中心偏離軸承座孔中心的距離，翅片刀由于受疲勞應力的破壞，導致其使用壽命也隨之降低。

3）T型翅片刀在軋管軸上的軸向固定方式不合理。T型翅片刀在軋管軸上的固定方式?jīng)]有采取防松措施。而是刀具直接套在軸上，軸端通過螺母緊固端蓋，端蓋壓緊翅片刀的方式實現(xiàn)的，這種固定方式，很容易因為螺紋副的間隙導致端蓋對刀的擠壓力減小，使端蓋與刀具的摩擦力減小從而使軸向力不夠而導致翅片刀打滑。這樣一來，刀具所受到的滾軋力就由滾動摩擦力變成了滑動摩擦力，使刀刃出現(xiàn)凹槽等缺陷。

4）刀具刃口尺寸需要更改。刀具目前的刃口厚度為0.8 mm，并且刃口厚度在刀具徑向方向上的厚度是相同的（都是0.8mm），軋管時翅片刀至少要切入鋼管1.25mm深，在這個過程中，刀具所受的滾軋力基本上是一致的，并不是一個從零逐漸增大的趨勢，這不但使鋼管容易被擠扁，而且刀具所受到的疲勞沖擊力也容易使刀具的刃部出現(xiàn)微小的變形，時間一長，就會嚴重影響刀具的使用壽命。

5）軋管時，翅片刀的進給量和轉(zhuǎn)速不應固定不變。操作人員在現(xiàn)場軋管時由于缺少經(jīng)驗等原因，在軋管時，往往將翅片刀的進給量和轉(zhuǎn)速固定，這種方式?jīng)]有考慮到刀具的正常磨損，所以不是翅片刀的最佳使用方式。

2 改進方法

1）針對刀具沒有調(diào)正的改進措施：先調(diào)T型翅片刀的角度，待角度合適以后，再調(diào)T型翅片刀的軸向距離——通過用手盤動皮帶使刀具旋轉(zhuǎn)120°～130°，通過液壓系統(tǒng)控制刀具的進給量，使刀具在鋼管外表面上軋出0.1～0.2 mm的劃痕，通過樣板檢查這3道劃痕與管子軸線的角度是否一樣，如果不一樣，例如，劃痕和管子軸線的正向夾角小于90°而需要調(diào)到90°時，則通過固定軸承座繼續(xù)調(diào)大刀具的角度，反之，則繼續(xù)調(diào)小刀具的角度。待管子外表面上3道劃痕與管子軸線的正向夾角相等時，證明角度已經(jīng)調(diào)整完畢。通過固定軸承座上的調(diào)節(jié)絲杠調(diào)整刀具的軸向距離，待3道劃痕能夠首尾相連圍成一個圓（在管子軸線方向上投影）時，翅片刀才可以算做真正地調(diào)正。實踐表明，手動調(diào)刀效率很低，為了提高調(diào)刀效率，可在調(diào)節(jié)絲杠上安裝簡易刻度盤，在數(shù)控車床上加工調(diào)節(jié)絲杠及其附屬結(jié)構(gòu)的螺紋副，消除螺紋之間的間隙，提高翅片刀軸向調(diào)節(jié)的精度。

2）軋輥軸結(jié)構(gòu)不合理的改進措施：a.通過減薄固定和活動軸承座的軸向尺寸，從而縮小固定和活動軸承座孔的中心距離（縮小后中心距離L=190 mm），將軋管軸的彎曲變形控制在許用彎曲變形范圍內(nèi)。b.將無內(nèi)圈的滾針軸承改成有內(nèi)圈的滾針軸承，其軸承型號為54309U，同時將軋管軸的材質(zhì)改成40Cr，經(jīng)過表面淬火后，其硬度應不低于60 HRC，表面粗糙度值應不高于Ra0.8，從而延長軋管軸的使用壽命。使翅片刀平穩(wěn)運行軋管。

3）T型翅片刀與軋管軸的軸向固定方式不合理的改進措施：在軋管軸上切制細牙螺蚊（M36×2）代替原來的粗牙螺紋（M36×4），主要作用是使軸的疲勞強度不至于降低太多。使用圓螺母與止動墊圈固定端蓋，消除軋管時端蓋與翅片刀由于螺紋松動造成的間隙。這樣一來，就避免了由于擠壓力不夠?qū)е履Σ亮Σ粔颍钩崞洞蚧霈F(xiàn)崩刃的現(xiàn)象。

4）修改翅片刀刃部尺寸的措施：將翅片刀刃前端部分車成一個0.1×30°的倒角,這樣一來,刀刃最前端的厚度就由原來的0.8 mm改成0.6 mm，也就是說將原來的直刃刀改成了斜刃刀（即剪刃），這不但解決了軋管時鋼管被翅片刀擠扁的問題，而且翅片刀更容易切入到鋼管1.25mm深度處，翅片刀的受力狀況也有了很大的改進，對其使用壽命的提高不言而喻。

5）軋管時，翅片刀的進給量和轉(zhuǎn)速固定的改進措施：對軋管機操作人員進行必要的培訓工作，同時給操作人員下發(fā)軋管機軋翅片管操作規(guī)程和調(diào)刀方法。另外，制作檢查翅片槽尺寸的樣板也是必不可少的，樣板能從側(cè)面說明翅片刀的磨損狀況。同時也應注意觀察翅片刀的實際現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時更換刀具，做到有備無患。經(jīng)過現(xiàn)場軋制實驗，T型翅片刀的轉(zhuǎn)速控制在260～300 r/min范圍內(nèi)為最佳，刀具磨損越大，轉(zhuǎn)速就越小。吃刀深度應控制在1.25～1.3 mm范圍內(nèi)，按照這個范圍來調(diào)節(jié)刀具的進給量，并使刀具逐漸切入鋼管表面而不是一步到位切入?？梢允褂枚ㄎ惶讈砜刂瞥缘渡疃?。

3 現(xiàn)場應用

將改進的軋管機、T型翅片刀運用到實際軋管工作中，取得了預期的使用效果。T型翅片刀的使用壽命達到了一次可以軋制10鋼管5.5t的效果。比原來一次可以軋制4t提高了1.5t,這不但大大提高了生產(chǎn)效率，降低了刀具的成本，而且T型翅片管的質(zhì)量也明顯提高，從而得到了使用廠家的認可。

4 結(jié)語

通過對T型翅片刀磨損失效的原因分析，找出了影響其使用壽命的主要因素。通過對T型翅片刀的調(diào)刀方法、軋管軸的結(jié)構(gòu)、T型翅片刀的軸向固定方式、尺寸和T型翅片刀的軋管參數(shù)的合理改進，取得了良好的效果，對于大批量的T型翅片管加工，效果尤為明顯。