連鑄機(jī)扇形段內(nèi)外弧框架形位公差的控制

劉 冬

(安陽鋼鐵股份有限公司)

連鑄機(jī)扇形段內(nèi)外弧框架形位公差的控制

劉 冬

(安陽鋼鐵股份有限公司)

針對(duì)結(jié)晶器連鑄機(jī)弧形段內(nèi)外弧框架在加工過程中加工面存在空間角度，機(jī)床很難保證形狀位置精度的公差要求以及面的空間角度，通過制定出規(guī)范的加工操作流程，從而提高了弧形段內(nèi)外弧框架的修復(fù)質(zhì)量。

弧形段 內(nèi)外弧框架 形位公差 修復(fù)質(zhì)量

AbstractThere is a space angle in the machined surface during the processing of the inner and outer arc frame of the arc section of caster, the machine is difficult to ensure the shape position accuracy tolerance requirement and the space angle, through formulating a process specification, repair quality of inner and outer arc frame of the arc section is improved.

KEYWORDSarc segment inner and outer arc frame shape tolerance repair quality

0 前言

安鋼二煉軋連鑄機(jī)扇形段是二煉軋生產(chǎn)線重要設(shè)備之一，特別是弧形段內(nèi)外弧框架在加工過程中，由于加工面存在空間角度，機(jī)床很難保證形狀位置精度的公差要求以及面的空間角度，容易造成修復(fù)廢品、鑄坯廢品，增加后續(xù)生產(chǎn)成本。

1 現(xiàn)狀

隨著我國鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展,連續(xù)鑄鋼已成為當(dāng)今現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的重要工藝之一。其核心設(shè)備連鑄機(jī),直接影響生產(chǎn)的穩(wěn)定和順行。安鋼作為大型現(xiàn)代化鋼鐵企業(yè)已全部實(shí)行連續(xù)鑄鋼工藝,其中擁有4臺(tái)大型板坯連鑄機(jī),在生產(chǎn)過程中切實(shí)體會(huì)到連鑄機(jī)各組成部分的重要作用。第二煉軋廠1 780 mm生產(chǎn)線是安鋼的一條重要產(chǎn)線,配置了兩臺(tái)大型板坯連鑄機(jī)。自投產(chǎn)以來, 連鑄機(jī)扇形段的使用性能一直是困擾連鑄正常生產(chǎn)的重要因素，由于連鑄機(jī)扇形段內(nèi)外弧框架在生產(chǎn)過程中框架變形，造成形狀位置精度的公差超差，極大地影響了鑄坯的產(chǎn)量和質(zhì)量，也影響了1 780 mm生產(chǎn)線的整體生產(chǎn)。

連鑄機(jī)由結(jié)晶器、彎曲段、弧形段、矯直段、水平段以及基礎(chǔ)框架支承結(jié)構(gòu)等組成，如圖1所示。

弧形段的作用是冷卻并且將鑄流從矯直段導(dǎo)入平輥區(qū)。其主要構(gòu)成為：具有導(dǎo)向柱和拉桿的外弧框架、內(nèi)弧框架、自由輥、驅(qū)動(dòng)輥、驅(qū)動(dòng)梁、液壓夾緊裝置、外部噴淋及空氣壓縮裝置。水平段的主要部件為外弧框架和內(nèi)弧框架，兩框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為防止扭曲的焊接結(jié)構(gòu)，通過拉桿、螺母和采用液壓操作的夾緊裝置進(jìn)行連接。與框架緊固連接的自由輥與驅(qū)動(dòng)輥，通過內(nèi)弧框架上液壓夾緊裝置調(diào)整，來改變輥面間隙。鑄流驅(qū)動(dòng)輥的驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)、減速機(jī)直連，如圖2所示。

圖1 連鑄機(jī)扇形段總裝示意圖

圖2 弧形段框架示意圖

1.1 數(shù)據(jù)匯總

根據(jù)加工3套生產(chǎn)及修復(fù)計(jì)劃及同期的返工單的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合機(jī)加工對(duì)弧形段內(nèi)外弧框架形位公差加工控制情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，形位公差類型超差數(shù)量、超差項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 形位公差類型超差數(shù)量

表2 超差項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出，對(duì)具有孔間角度面上的孔槽加工，用傳統(tǒng)加工工藝特點(diǎn)：采用多次試加工、測(cè)量、找正，操作者根據(jù)機(jī)床工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)精刻度來旋轉(zhuǎn)工件，使工件的加工平面與刀具加工面平行，然后再用樣板來校核旋轉(zhuǎn)角度。此種方法容易造成加工一個(gè)面后，其它的工作無法進(jìn)行，不能準(zhǔn)確掌握各面之間的角度公差，使工件直接產(chǎn)生報(bào)廢。即便不產(chǎn)生廢品也會(huì)出現(xiàn)調(diào)整時(shí)間為正常機(jī)加工時(shí)間十倍甚至幾十倍以上的情況。由于此方法對(duì)操作者的技術(shù)素質(zhì)和加工經(jīng)驗(yàn)要求相當(dāng)高，可能會(huì)因調(diào)整失誤出現(xiàn)廢品而造成經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 形位超差趨勢(shì)

構(gòu)成工件合格與否主要由位置公差和尺寸公差決定，位置公差影響稍大一點(diǎn)，但形狀公差也相當(dāng)重要，在盡可能降低刀具因素、機(jī)床因素、測(cè)量誤差、粗糙度、其它因素的影響。從解決這兩個(gè)問題下手，就能大幅度地降低返修率，提高生產(chǎn)效率，提升修復(fù)質(zhì)量，如圖3所示。

圖3 引起形位超差趨勢(shì)

2 加工可行性分析

2.1 設(shè)備分析

通過對(duì)數(shù)控機(jī)床加工范圍進(jìn)行了深入的分析，適用于數(shù)控鏜銑加工的主要加工對(duì)象有：(1)工件上的曲線輪廓內(nèi)、外形，特別是由數(shù)學(xué)表達(dá)式給出的非圓曲線與列表曲線等曲線輪廓；(2)已給出數(shù)學(xué)模型的空間曲面；(3)形狀復(fù)雜，尺寸繁多，劃線與檢測(cè)困難的部位；(4)用通用銑床加工時(shí)難以觀察，測(cè)量和控制進(jìn)給的內(nèi)外凹槽；(5)以尺寸協(xié)調(diào)的高精度孔、面、槽；(6)能在一次安裝中順帶銑出來的簡(jiǎn)單表面或形狀；(7)采用數(shù)控銑削后能成倍提高生產(chǎn)效率，大大減輕體力勞動(dòng)強(qiáng)度的一般加工內(nèi)容。

通過數(shù)據(jù)分析，合理選擇機(jī)床及刀具，合理選擇走刀路線，可以提高工作效率,達(dá)到工件的公差要求。

2.2 技術(shù)分析

在加工各油孔、水孔、鍵槽時(shí)，在加工這么多孔和槽時(shí)，要保證各孔槽之間的位置精度，必須用一個(gè)基準(zhǔn)進(jìn)行加工。操作者根據(jù)工件的各形位公差要求,合理安排工藝流程。由于此種情況是操作者的技術(shù)素質(zhì)綜合體現(xiàn)，也可能會(huì)因工藝、工步安排不當(dāng)造成濟(jì)損失。同時(shí)在加工中，對(duì)于刀具在磨損后沒有及時(shí)更換，來加工工件上的孔、槽、面時(shí)，會(huì)使加工中刀具在加工中產(chǎn)生很大的熱量，使加工部位損傷或變形；其次不能合理使用刀具也會(huì)產(chǎn)生加工精度下降，甚至損壞刀具或工件，使加工過程不夠穩(wěn)定，前后尺寸不統(tǒng)一。

2.3 扇形段備件材質(zhì)分析

在加工時(shí)若毛坯尺寸存在不足或缺陷，可直接造成形位公差超差。內(nèi)外弧框架的主梁及骨架所用鋼板全部使用Q345-B, 100%經(jīng)超聲波探傷檢驗(yàn)、符合GB/T2970-91Ⅰ級(jí)探傷要求。

2.4 工藝分析

傳統(tǒng)加工時(shí)，為了保證加工精度，在加工中不斷改變工件的基準(zhǔn)，造成積累誤差不斷增大，使工件最后加工的部分嚴(yán)重超差。其次加工中不能以工藝基準(zhǔn)為基準(zhǔn)，致使用加工到工藝基準(zhǔn)部部位時(shí)出現(xiàn)加工余量不足等情況。要想保證所有尺寸的形位公差，我們分析得出必須采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，也就是說工件在機(jī)床中的位置一經(jīng)確定，就完全固定下來，那么在一個(gè)或者幾個(gè)坐標(biāo)系情況下，一次加工完成，那么對(duì)于具有空間結(jié)構(gòu)的面、孔、槽來說只能采用坐標(biāo)平移TRANS和空間旋轉(zhuǎn)ROT。

3 工藝優(yōu)化

根據(jù)以上要因分析，得出在工人責(zé)任心和職工技術(shù)水平達(dá)到一定高度的前提下，刀具因素、毛坯尺寸、工藝因素、機(jī)床理解是影響產(chǎn)品合的主要因素。我車間擁有先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床、針對(duì)數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)、使用先進(jìn)的山特維克刀具、通過努力，最終決定在XK2130數(shù)控龍門鏜銑床上使用山特維克刀具、萬能角度銑頭 運(yùn)用坐標(biāo)平移和空間旋轉(zhuǎn)功能來完成加工。

3.1 合理選用和使用刀具

針對(duì)刀具，我們采用山特維克刀具，刀片為可轉(zhuǎn)位刀片，此種硬質(zhì)合金刀片的特點(diǎn)是其表面有耐熱涂層，在加工過程中可有效地保護(hù)刀片本體，耐磨性好，延長(zhǎng)刀具的使用壽命，縮短了由于刀具磨損，頻頻磨刀的時(shí)間，其次此種刀具切削速度比較大，在合理的加工參數(shù)下，加工尺寸比較穩(wěn)定，大大提高了生產(chǎn)效率。

3.2 加工時(shí)檢查毛坯各尺寸

在加工前在基準(zhǔn)選定之后，我們?cè)跈C(jī)床上用刀具或者量表進(jìn)行工件加工部位進(jìn)行校檢，或采用劃線方法，來確定工件的加工余量多少，使這種影響形位公差的因素排除在加工之前。

3.3 選用合理的加工工藝

在加工時(shí)我們?cè)诩庸ね饣】蚣軙r(shí)采用互為基準(zhǔn)的原則，即以1 440±0.05上平面為基準(zhǔn)，先粗加工280H8的槽和面，然后再以280H8的槽底面為基準(zhǔn)來加工45P9、各Φ19.5H11的孔及上面；在加工內(nèi)弧框架時(shí)，我們先以635±0.05上面為基準(zhǔn)來粗加工下面4-Φ510孔，我們?cè)僖?-Φ510孔為基準(zhǔn)來加工上面12 °、6 °-12 °、-6 °面及槽孔。

3.4 采用空間旋轉(zhuǎn)及坐標(biāo)平移功能

那么在一個(gè)或者幾個(gè)坐標(biāo)系情況下，一次加工完成，那么對(duì)于具有空間結(jié)構(gòu)的面、孔、槽來說采用坐標(biāo)平移和空間旋轉(zhuǎn)，在一個(gè)坐標(biāo)系下使刀具在空間二個(gè)方向同時(shí)進(jìn)刀，也就是說將空間結(jié)構(gòu)假想轉(zhuǎn)化成平面情況，再進(jìn)行加工。

4 結(jié)論

通過本次研究與實(shí)踐制定一個(gè)合理的加工方案與路線，先從位置公差下手，保證位置度后再確保工件的尺寸公差，在較短的時(shí)間內(nèi)將一次交檢的合格率提升到98%以上，生產(chǎn)效率提高60%～70%，根據(jù)車間對(duì)加工生產(chǎn)弧形段內(nèi)外弧框架同期返工單的統(tǒng)計(jì), 改進(jìn)前一次交檢的合格率是83.5%，改進(jìn)后達(dá)到99%，提高了弧形段內(nèi)外弧框架的修復(fù)質(zhì)量。

[1] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)(第六版)[M]. 北京:高等教育出版社，1996:195-197.

[2] 孟少農(nóng)，機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998(1):131-148.

CONTROLOFGEOMETRICALTOLERANCEOFINNERANDOUTERARCFRAMEOFCASTER

Liu Dong

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

2017—04—18