H型鋼UR1軋機(jī)萬向接軸的國產(chǎn)化研究

胡曉麗

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

H型鋼UR1軋機(jī)萬向接軸的國產(chǎn)化研究

胡曉麗

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

針對進(jìn)口設(shè)備H型鋼UR1軋機(jī)萬向接軸損壞問題，確定了萬向接軸的改進(jìn)方案，采用了三維建模、大徑定心工藝、真空淬火工藝、國產(chǎn)材料重新設(shè)計制造了萬向接軸，生產(chǎn)使用過程中，萬向接軸性能良好。

H型鋼; UR1軋機(jī); 萬向接軸; 國產(chǎn)化

0 前言

馬鋼H型鋼U1軋機(jī)，原萬向軸為德國福伊特公司產(chǎn)品，經(jīng)過多年使用，并多次修復(fù)后萬向接軸端面齒，花鍵副，十字頭等關(guān)鍵部位均出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，并無法再進(jìn)行修復(fù)，需采購整根萬向軸進(jìn)行更換。由于現(xiàn)場三個機(jī)架裝機(jī)量共六根，將陸續(xù)進(jìn)入更換周期，福伊特公司產(chǎn)品每根約340萬人民幣，如采購進(jìn)口產(chǎn)品將是一筆龐大的開支，在鋼鐵行業(yè)利潤水平低下的市場狀況下，對公司的生產(chǎn)成本帶來不小的壓力。為降低生產(chǎn)成本，根據(jù)現(xiàn)場需要，決定對H型鋼UR1軋機(jī)萬向接軸國產(chǎn)化改造，要求轉(zhuǎn)化后的各裝配部件必須與進(jìn)口原件互換。針對H型鋼萬向軸的現(xiàn)有圖紙，圖紙結(jié)合實(shí)際測繪情況，在保證技術(shù)要求的前提下，綜合考慮進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

1 萬向接軸主要參數(shù)

馬鋼H型鋼生產(chǎn)線共建有1-3-1布置的5臺軋機(jī),即1架二輥可逆開坯軋機(jī),2架組合式萬能軋機(jī)和1架二輥可逆軋機(jī)組成的粗軋機(jī)組,1架組合式萬能精軋機(jī)。粗軋機(jī)組3架軋機(jī)串列布置,軋邊機(jī)布置在2架萬能軋機(jī)中間,機(jī)架間距6m,各由1臺主電機(jī)拖動,機(jī)架間實(shí)行微張力控制。馬鋼H型鋼軋機(jī)布置形式如圖1所示。

UR1軋機(jī)作為第一臺萬能粗軋機(jī)，采用SWC760/750X6075(+600)的萬向接軸進(jìn)行軋制力的傳遞。萬向接軸的結(jié)構(gòu)見圖2。其傳動的主要技術(shù)參數(shù)見表1，萬向接軸的主要性能見表2。

2 萬向接軸技術(shù)方案的確定

通過與國外萬向軸零件的材質(zhì)對比，萬向軸的法蘭叉頭和十字軸材質(zhì)和進(jìn)口產(chǎn)品吻合，即法蘭叉頭進(jìn)口材質(zhì)也是為ZG34Cr2Ni2Mo，十字軸材質(zhì)為40CrNiMo等，萬向接軸主要部件材質(zhì)見表3。

表1 軋機(jī)傳動主要技術(shù)參數(shù)

圖1 H型鋼軋機(jī)布置形式

圖2 SWC760/750X6075萬向接軸結(jié)構(gòu)圖

回轉(zhuǎn)直徑/mm公稱轉(zhuǎn)矩Tn/kN·m交變疲勞轉(zhuǎn)矩Tf/kN·m最大傾角β/(°)軸承理論計算壽命Lh安全系數(shù)軋輥側(cè)7502500135015359415電機(jī)側(cè)76015

表3 萬向接軸主要部件材質(zhì)及要求

對法蘭叉頭采用Solidworks建模，模擬裝配，在保證傾角的情況下，最大程度增加實(shí)體體積，最大程度地提高叉頭強(qiáng)度和沖擊韌性?？紤]到以前曾出現(xiàn)過法蘭叉頭斷裂事故，本次設(shè)計叉頭材質(zhì)采用和進(jìn)口相同的材質(zhì)，并適當(dāng)考慮加厚叉頭的法蘭厚度，確保以后修復(fù)端面齒后，法蘭還有有足夠的強(qiáng)度。德國VOITH原設(shè)計法蘭厚度62 mm，最后加大法蘭厚度到70 mm。法蘭叉頭采用垂直樹脂沙澆注法鑄造工藝，以最大限度減少鑄造缺陷。

經(jīng)有限元對法蘭叉頭分析的結(jié)果顯現(xiàn)，最大第一主應(yīng)力最大值為1.72 MPa，米塞斯應(yīng)力最大值為5.46 MPa，法蘭叉頭的強(qiáng)度完全能夠滿足工作要求。由于叉頭根部是叉頭與法蘭的過渡區(qū)，存在著較大的應(yīng)力集中；頭部軸孔處是十字軸通過關(guān)節(jié)軸承將轉(zhuǎn)矩傳遞給叉頭的部位，因此接觸應(yīng)力較大，所以叉頭根部和頭部軸孔處是法蘭叉頭應(yīng)力較大的兩個部位，如圖3所示。

圖3 叉頭的三維模型Fig.3 The 3D model of the flange fork

如果花鍵間隙過大，勢必導(dǎo)致整個萬向軸有較大的跳動，所以，控制花鍵間隙是減小萬向軸跳動成功的關(guān)鍵。根據(jù)在線接軸測繪花鍵副尺寸并結(jié)合JB/ZQ4372-2006重系列大徑定心矩形花鍵設(shè)計規(guī)范要求進(jìn)行花鍵副內(nèi)外花鍵設(shè)計，滑移量為600 mm，花鍵齒強(qiáng)度滿足外方圖紙要求。工藝上采取大徑定心工藝，花鍵軸大徑磨外圓，花鍵孔拉削，利用大徑的精確配合保證同心精度, 相較于齒側(cè)定心其定心精度高，加工方便，容易實(shí)現(xiàn)精確配合，以確保花鍵副配合間隙最小，跳動最小。

十字軸總成生產(chǎn)采用真空淬火工藝，使淬火變形控制到最小，淬硬層深達(dá)到0.5±0.1 mm，較均勻，從而保證軸承的最終質(zhì)量。

萬向接軸的軸承密封結(jié)構(gòu)和進(jìn)口的一樣，采用雙層油封，密封可靠。

中間軸托架部位設(shè)計至關(guān)重要，從現(xiàn)場使用情況及數(shù)次維修情況看，中間軸托架磨損都較嚴(yán)重，甚至還有斷裂的情況發(fā)生。首先提出強(qiáng)度要求，通過熱處理調(diào)質(zhì)，強(qiáng)度首先得到保證，表面有較高的硬度，耐磨損，其后的精加工，通過表面冷擠壓工藝，使得表面質(zhì)量達(dá)到鏡面的要求，超過了原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)1.6的粗糙度要求，從而獲得了更好的使用效果。

3 萬向接軸生產(chǎn)控制及產(chǎn)品質(zhì)量控制

加工制造、裝配、檢驗(yàn)嚴(yán)格按照圖紙要求和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及重型機(jī)械通用技術(shù)條件JB/T5000-2007相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，所有加工及裝配工藝都要求提供完備的作業(yè)指導(dǎo)書。

對關(guān)鍵受力零件的材料叉頭和十字軸進(jìn)行化學(xué)成分分析并作機(jī)械性能試驗(yàn)。法蘭叉頭毛坯加工前必須進(jìn)行成份分析，尤其是Cr和Ni的含量嚴(yán)格控制在1.5%～1.7%之間。同樣，其他的加工、裝配、調(diào)試等各工序都嚴(yán)格控制和檢驗(yàn)，使之始終處于受控狀態(tài)。

4 結(jié)束語

該萬向接軸自2013年10月份交付馬鋼使用至今，萬向軸運(yùn)行平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)任何問題。使用壽命(過鋼量)超過進(jìn)口件的2/3，甚至達(dá)到進(jìn)口件水平，每根萬向軸費(fèi)用低于進(jìn)口件價格1/3，若三個機(jī)架6根軸全部完成國產(chǎn)化，將可節(jié)約近千萬元采購成本。本次國產(chǎn)化改造項(xiàng)目取得了很好的效果。在此國產(chǎn)化成功的基礎(chǔ)上，又完成了UF萬能精軋機(jī)以及ED軋邊機(jī)的萬向接軸的國產(chǎn)化，取得了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。

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The localization of universalspindle using on UR1 H-beam rolling mill

HU Xiao-li

(Maanshan Iron and Steel Co., Ltd , Ma’anshan 243000, China)

Aiming at the damage of universalsplndle of H-beaml UR1 rolling mill, the universalsplndle was re-designed and manufactured with key technologies, a three-dimensional modeling is established, large diameter centering process is proposed, vacuum quenching process and localized material are also used. The performance of the localized universalsplndle is suitable for the process of production.

H-beam; UR1 rolling mill; universalspindle; localization

2016-11-02；

2016-11-30

胡曉麗(1973-)，女，高級工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事冶金軋鋼設(shè)備技術(shù)工作。

TG333

A

1001-196X(2017)02-0046-04