鉬棒軋機(jī)的軋輥表面凹陷、斷裂分析與改進(jìn)

唐松林

(自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司，四川 成都 610100)

0 引 言

長期以來，我國的鎢鉬加工企業(yè)采用單機(jī)旋鍛開坯工藝。但是，旋鍛開坯技術(shù)噪音大，能耗高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，一直制約著鎢鉬加工企業(yè)的發(fā)展[1]。近年來，許多鎢鉬加工企業(yè)已經(jīng)逐漸放棄傳統(tǒng)的旋鍛開坯，而選用較先進(jìn)的三輥Y型軋機(jī)開坯技術(shù)，這是我國鎢鉬加工企業(yè)的一大技術(shù)進(jìn)步。

三輥Y型軋機(jī)連軋技術(shù)在鎢鉬深加工領(lǐng)域已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。由于該技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用時(shí)間還比較短，涉及該技術(shù)的研究較少，鎢鉬材料在三輥Y型軋機(jī)連軋過程中出現(xiàn)的主要問題及控制方法更是鮮有報(bào)道，同行業(yè)的科技工作者無法借鑒學(xué)習(xí)，不利于推動(dòng)鎢鉬深加工行業(yè)的整體技術(shù)進(jìn)步。

三輥Y 型連軋機(jī)一般由10余組獨(dú)立工作的機(jī)架組成，每個(gè)機(jī)架的3個(gè)軋輥呈 Y 型分布，兩軋輥之間互成120°，3個(gè)輥環(huán)組成的空間為軋制工藝孔型(內(nèi)切圓直徑)[2]。直流電機(jī)通過減速箱將動(dòng)力傳到機(jī)架內(nèi)的主動(dòng)軋輥軸，錐齒輪再將動(dòng)力傳到其他兩個(gè)被動(dòng)軋輥軸。機(jī)架的放置分上傳動(dòng)和下傳動(dòng)(如圖1所示)。10余組機(jī)架按照工藝要求修磨成規(guī)定的工藝孔型，并按圖1方式進(jìn)行交替排列，將粗鉬桿軋制成需要的規(guī)格。

圖1 三輥Y型軋機(jī)機(jī)架(a：上傳動(dòng)，b：下傳動(dòng))1-軋輥;2-錐齒輪;3-被動(dòng)軋輥軸;4-主動(dòng)軋輥軸

2008年自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司引進(jìn)Y型連軋機(jī)，該設(shè)備用于鉬桿開坯加工。連軋開坯加工工藝與傳統(tǒng)的旋鍛加工工藝比較，單道次壓縮比大，軋制力大，生產(chǎn)效率高，工業(yè)自動(dòng)化水平高，人工成本低，環(huán)境污染小，但設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)難度大、要求高[3]。本文的主要目的就是針對(duì)軋輥表面凹陷、軋輥斷裂，分析產(chǎn)生的原因，提出改進(jìn)措施，通過設(shè)計(jì)新的軋輥結(jié)構(gòu)、增加軋輥表面合金層厚度、控制軋輥使用周期、規(guī)范換輥方式等措施，消除軋輥表面凹陷與斷裂故障，保障了軋制工藝的穩(wěn)定，同時(shí)提高了軋制鉬桿的表面質(zhì)量及后續(xù)產(chǎn)品的成品率。

1 軋輥損壞情況

軋輥在高溫下工作，它承受強(qiáng)大的軋制力，劇烈的磨損和熱疲勞，軋輥表面的磨損是軋輥正常消耗，但軋輥表面凹陷(圖2)、軋輥斷裂(圖3)是軋輥損壞的兩種主要情況[4]。軋輥表面凹陷會(huì)使加工的鉬桿表面出現(xiàn)不規(guī)則凸出物、裂紋、毛刺等質(zhì)量缺陷[5]，影響鉬桿表面質(zhì)量，降低產(chǎn)品成品率。軋輥斷裂會(huì)使加工的鉬材料成為廢品，產(chǎn)生原料損失及備件損失，同時(shí)更換軋輥，重新恢復(fù)到工藝孔型需要1～2 d的時(shí)間，導(dǎo)致生產(chǎn)無法連續(xù)運(yùn)行，嚴(yán)重影響鉬桿的生產(chǎn)效率，提高了運(yùn)行成本。

圖2 軋輥表面凹陷實(shí)物圖

圖3 軋輥斷裂實(shí)物圖

從自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司2015年輥環(huán)損壞數(shù)據(jù)匯總來看，軋輥斷裂占整個(gè)損壞情況80%以上，是軋輥損壞的主要形式。

表1 2015年軋輥損壞數(shù)據(jù)匯總表

2 軋輥損壞原因分析

軋輥表面凹陷：當(dāng)軋輥表面合金層厚度不足，其承受大的軋制力時(shí)，表面掉塊或直接擠壓軋輥基體，形成表面凹陷。

軋輥斷裂：軋輥受的軋制力超過其發(fā)生形變的臨界力。影響軋制力超過臨界壓力因素有：軋輥抗形變能力不足，受力過度集中；孔型不匹配使軋輥受力變大；不規(guī)范的軋輥換修方式使軋輥受力變大。

2.1 軋輥表面合金層厚度對(duì)軋輥表面凹陷的影響

為節(jié)省成本，軋輥均設(shè)計(jì)為重復(fù)使用，即每次只報(bào)廢2個(gè)機(jī)架的軋輥，其余機(jī)架的軋輥均通過修磨重復(fù)使用。自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司的Y型軋機(jī)將5#機(jī)架、最終機(jī)架的軋輥設(shè)計(jì)為新軋輥，初始機(jī)架至5#機(jī)架的軋輥用中段新軋輥修磨，6#機(jī)架至最終機(jī)架的軋輥用最終新軋輥修磨。新軋輥表面合金厚度均為5 mm，每道次軋輥表面合金層厚度見表2。1#機(jī)架、2#機(jī)架、6#機(jī)架的軋輥表面的合金層厚度最薄。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中， 1#、2#、6#軋輥頻繁出現(xiàn)軋輥表面凹陷現(xiàn)象，與表面合金層厚度正好相關(guān)。

表2 軋輥表面合金層厚度表

圖4為新修磨好的1#機(jī)架軋輥，表面出現(xiàn)銹斑，表面合金層厚度小，該軋輥在使用2 d后出現(xiàn)圖5中軋輥表面凹陷現(xiàn)象。

圖4 2#機(jī)架軋輥表面遇水生銹

圖5 軋輥表面出現(xiàn)凹陷

2.2 軋輥結(jié)構(gòu)對(duì)軋輥斷裂的影響

圖6為自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司的軋輥結(jié)構(gòu)圖，圖7為軋輥斷裂的實(shí)物圖。從初始機(jī)架到最終機(jī)架，每個(gè)機(jī)架均出現(xiàn)了軋輥斷裂。這種軋輥結(jié)構(gòu)抗形變能力較差，容易導(dǎo)致軋輥斷裂。軋輥的鍵槽處受力集中，導(dǎo)致軋輥斷裂頻繁。斷裂的軋輥中90%都是從鍵槽處斷裂，印證了鍵槽的危害。

圖6 軋輥結(jié)構(gòu)圖

圖7 軋輥斷裂實(shí)物圖

2.3 軋輥的孔型匹配對(duì)軋輥斷裂的影響

軋輥各道次孔型匹配是軋機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。軋機(jī)根據(jù)各道次的工藝壓縮比來設(shè)計(jì)機(jī)架的傳動(dòng)比。設(shè)備完成安裝，各機(jī)架傳動(dòng)比是固定的，所以各道次的壓縮比也是固定的，各個(gè)軋輥的受力也基本是固定的。

孔型不匹配，道次壓縮比變大，軋輥軋制力變大，軋輥磨損加劇，壓縮比繼續(xù)加大，軋制力變大…最后導(dǎo)致軋輥斷裂。

試驗(yàn)證明，當(dāng)單個(gè)機(jī)架的軋輥孔型尺寸磨損超過0.8 mm，設(shè)備將頻繁出現(xiàn)卡料等故障，并導(dǎo)致軋輥斷裂。

2.4 換修輥方式對(duì)軋輥斷裂的影響

在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中，為縮短修復(fù)時(shí)間，有時(shí)僅更換1片軋輥，新?lián)Q軋輥很快會(huì)發(fā)生斷裂。圖8中僅更換1片軋輥將已經(jīng)變?yōu)?8 mm的孔再次修磨成16 mm,新?lián)Q的1片軋輥比其他兩片直徑至少大7.4 mm，軋輥中心與機(jī)架中心偏移，大直徑軋輥受力遠(yuǎn)大于其他兩片軋輥，導(dǎo)致軋輥斷裂。

圖8 軋輥修復(fù)尺寸變化示意圖

3 改進(jìn)措施

3.1 增加軋輥表面合金層厚度

為防止和減少軋輥表面出現(xiàn)凹陷，我們?cè)黾榆堓伇砻婧辖饘雍穸?。將原來?#投入新軋輥改為從4#投入新軋輥，同時(shí)將新投入的軋輥表面合金層厚度從5 mm增加到6.5 mm。調(diào)整后軋輥表面合金層厚度見表3。

表3 軋輥表面合金層厚度表

調(diào)整軋輥表面合金層厚度以后，經(jīng)長期生產(chǎn)驗(yàn)證，軋輥凹陷現(xiàn)象不再發(fā)生。

實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)軋輥表面合金層厚度大于7 mm，合金層存在脫落風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)軋輥表面合金層厚度低于3 mm時(shí)，其表面容易形成凹陷；當(dāng)軋輥表面合金層厚度不低于3.5 mm，軋輥表面不會(huì)發(fā)生凹陷。

3.2 設(shè)計(jì)受力均勻的軋輥結(jié)構(gòu)

為減少軋輥斷裂，我們對(duì)軋輥結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)。新設(shè)計(jì)要避免受力集中，還要增加軋輥抗形變能力。圖9為新軋輥結(jié)構(gòu)圖。新軋輥內(nèi)孔由180 mm調(diào)整為120 mm，整體厚度由26 mm調(diào)整為30 mm，6個(gè)均勻分布的螺栓固定方式替代單一鍵槽固定方式。新軋輥抗形變能力大幅度提高，自應(yīng)用以后，沒有再出現(xiàn)斷裂。

圖9 新軋輥結(jié)構(gòu)圖

3.3 嚴(yán)格控制工藝孔型尺寸

嚴(yán)格按照工藝規(guī)程控制軋輥孔型尺寸。每加工10 t鉬棒對(duì)孔型進(jìn)行一次全面檢測(cè)，每加工40 t鉬棒，對(duì)整套機(jī)架軋輥重新修磨，控制單個(gè)機(jī)架的軋輥磨損不超過0.8 mm，來保障軋輥不斷裂。

3.4 規(guī)范換輥方式

重新修訂軋機(jī)維護(hù)作業(yè)規(guī)程，制定規(guī)范的換輥方式。使同一機(jī)架上的3片軋輥直徑基本相等，受力均勻一致，可以防止軋輥斷裂。

4 結(jié) 論

(1)控制軋輥表面合金層厚度不低于3.5 mm，可以顯著減少軋輥表面發(fā)生凹陷的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)設(shè)計(jì)受力均勻的軋輥結(jié)構(gòu)，是減少軋輥斷裂最有效的方法。

(3)嚴(yán)格控制軋輥周期產(chǎn)量，只要軋機(jī)設(shè)備生產(chǎn)達(dá)到周期產(chǎn)量時(shí)，對(duì)機(jī)架孔型進(jìn)行全面測(cè)量、記錄與分析，同時(shí)對(duì)所有機(jī)架孔型重新進(jìn)行配置，以消除孔型不匹配對(duì)輥環(huán)斷裂產(chǎn)生的因素。

(4)制定規(guī)范的換輥方式，要求同一軋機(jī)機(jī)架3片輥環(huán)直徑基本相等，通過保障軋輥中心與機(jī)架中心一致可減少軋輥斷裂。

(5)將上述經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐驗(yàn)證的行之有效的措施，編入Y型軋機(jī)維護(hù)保養(yǎng)操作規(guī)程。