寬厚板軋機(jī)萬(wàn)向接軸裂紋產(chǎn)生的原因分析與對(duì)策研究

摘 要：在使用寬厚板軋機(jī)萬(wàn)向接軸輥端的時(shí)候，一旦出現(xiàn)了使用不當(dāng)?shù)那闆r，就會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的交變應(yīng)力，對(duì)其萬(wàn)向接軸造成較強(qiáng)的舒適沖擊力，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。為此本文主要的針對(duì)這一現(xiàn)象的產(chǎn)生進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)其虎口位置的受力進(jìn)行狀態(tài)的分析，得出只有對(duì)其間隙進(jìn)行合理的控制，并保障在操作的過(guò)程中符合科學(xué)合理性，便可以很好的控制住裂紋的產(chǎn)生，進(jìn)而提升寬厚板軋機(jī)萬(wàn)向接軸的質(zhì)量性。

關(guān)鍵詞：寬厚板軋機(jī);萬(wàn)向接軸;裂紋;虎口端

前言：在進(jìn)行板帶鋼的軋制過(guò)程中，在萬(wàn)向接軸的輥端處，一般情況下會(huì)在扁頭一側(cè)的虎口處，一旦在軋制的過(guò)程中出現(xiàn)了較大的交變應(yīng)力， 就會(huì)出現(xiàn)明顯的裂紋，這樣的裂紋會(huì)在生產(chǎn)的過(guò)程中在受到了嚴(yán)重的瞬時(shí)沖擊的過(guò)程中發(fā)生斷裂，進(jìn)而嚴(yán)重影響了寬厚板軋機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。為此需要對(duì)其傳動(dòng)處進(jìn)行配合間隙的合理調(diào)整，這樣就會(huì)大大的降低在虎口處發(fā)生的裂紋現(xiàn)象。同時(shí)在使用的過(guò)程中，還由于該處受到了嚴(yán)重的交變應(yīng)力或者瞬時(shí)的沖擊力的影響，而產(chǎn)生明顯的裂紋。

1?? 有限元分析

有限元方法，是一種以求偏微分方程邊值問(wèn)題的一種近似解的數(shù)值技術(shù)，在使用的過(guò)程中能夠讓誤差函數(shù)達(dá)到最小值，并得出穩(wěn)定的求解數(shù)據(jù)。該分析方法，近似于對(duì)多段微小之間進(jìn)行連接，進(jìn)而逐漸逼近圓形的理念，在有限元的方法中，能夠包含著各種可能性，因此在使用該方法的時(shí)候，需要將各種被設(shè)定為有限元的區(qū)域，利用簡(jiǎn)單的方程式進(jìn)行連接，使得其對(duì)更大的區(qū)域進(jìn)行簡(jiǎn)單方程式的聯(lián)系，這樣便可以對(duì)更加復(fù)雜的工程進(jìn)行求解和分析。由于對(duì)于各種復(fù)雜工程而言，無(wú)法準(zhǔn)確的求解出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，為此使用有限元方法之后，可以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的形狀，使得其成為工程分析的重要手段之一。本文的研究便使用這種方式，對(duì)其萬(wàn)向軸進(jìn)行詳細(xì)的分析，并模擬其中產(chǎn)生的應(yīng)力，從而提出相應(yīng)的可行方案。

2?? 裂紋產(chǎn)生的主要原因

在過(guò)去的研究當(dāng)中，無(wú)論是在扭振沖擊所導(dǎo)致的斷裂分析，以及對(duì)萬(wàn)向接軸查收訥航的斷裂進(jìn)行金相的分析，都沒有對(duì)其扁頭在使用過(guò)程中的狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的分析，為此本文從這方面著手，研究其扁頭在運(yùn)行中的實(shí)際情況。

2.1???? 受力條件分析

在運(yùn)行的過(guò)程中，其產(chǎn)生的扭矩，主要是從主電機(jī)在向工作輥的傳遞當(dāng)中，由連接軸進(jìn)行扭矩的傳遞。其中主電機(jī)的實(shí)際輸出扭矩為：

在該公式當(dāng)中，N 表示為主電機(jī)的實(shí)際功率，單位為 KW。n 則表示為傳動(dòng)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速。在連接軸處進(jìn)行扭矩的傳遞的過(guò)程中，主要是以力偶矩的方式進(jìn)行傳遞。也就是說(shuō)，在連接軸的兩端處，產(chǎn)生的力偶矩相同，但是在方向上相反，因此可以反映出，在聯(lián)接軸的某一個(gè)截面力處，存在的實(shí)際內(nèi)力偶矩的大小。

在計(jì)算當(dāng)中，可以得出相應(yīng)的公式，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析，從而得知在扭矩的作用下，使得園在邊緣處位置，會(huì)讓剪應(yīng)力呈現(xiàn)最大的數(shù)值。

同時(shí)，因?yàn)椴捎玫?200mm 的軋機(jī)，是一種單機(jī)架的可逆式四輥軋機(jī)， 為此在不同的軋制道次方面，其呈現(xiàn)的軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方式是不相同的，而在兩個(gè)臨近的道次上，存在的軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的現(xiàn)象，這就使得聯(lián)接軸會(huì)在進(jìn)行扭矩的傳遞過(guò)程中，始終在交變狀態(tài)下，因此會(huì)受到交變應(yīng)力的影響。雖然說(shuō)產(chǎn)生的最大應(yīng)力會(huì)小于屈服的極限值，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用， 會(huì)隨著時(shí)間的推移出現(xiàn)疲勞裂紋，這些裂紋在產(chǎn)生會(huì)后逐漸向萬(wàn)向軸的內(nèi)部進(jìn)行延伸，進(jìn)而形成微觀下的裂紋。當(dāng)這些裂紋延伸到一定的程度之后，即使在使用中受到了較小的沖擊力，也會(huì)發(fā)生脆性斷裂。

2.2???? 扁頭受力狀態(tài)

在扁頭處，在正常的受力狀態(tài)下，會(huì)使得當(dāng)萬(wàn)向滑塊在力偶矩的作用下，可以很明顯的進(jìn)行分析。在實(shí)際的傳遞扭矩的過(guò)程中，由于存在著配合間隙，因此使得萬(wàn)向滑塊以及扁頭之間，存在著一定的傾斜角。

2.3???? 扁頭存在的問(wèn)題

由于在進(jìn)行扁頭加工時(shí)條件的限制，使得扁頭會(huì)在加工的過(guò)程中，通常情況下使用全鍛件，為此在實(shí)際的鍛造過(guò)程中，會(huì)存在著一定的變形滲透的問(wèn)題，也就是說(shuō)，在使用扁頭進(jìn)行實(shí)際的鍛造過(guò)程中，所發(fā)生的變形無(wú)法形成完全的滲透，這樣就會(huì)導(dǎo)致在鍛件的內(nèi)部，由于組織不均勻的問(wèn)題，最終導(dǎo)致鍛造應(yīng)力的出現(xiàn)，或者在內(nèi)部的晶粒粗大，形成了嚴(yán)重的缺陷，為此大大降低了扁頭虎口處的強(qiáng)韌性。同時(shí)，在使用扁頭進(jìn)行鍛造的過(guò)程中，需要使用一定的機(jī)械進(jìn)行加工，同時(shí)在加工的過(guò)程中還會(huì)由于使用的道具與工件之間存在著一定的切削力，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)加應(yīng)力的出現(xiàn)。為此在運(yùn)行的過(guò)程中，一旦扁頭虎口處，在十分復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下，就會(huì)導(dǎo)致其存在一定的殘余應(yīng)力。這樣的應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致扁頭虎口位置較為容易的產(chǎn)生敏感的狀態(tài)，使得在這一部分當(dāng)中，很容易長(zhǎng)期受到應(yīng)變力作用，而導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)，出現(xiàn)的交變應(yīng)力，會(huì)小于理論設(shè)計(jì)當(dāng)中的允應(yīng)力值。

在日常的使用過(guò)程中，為了盡可能的保障扁頭的實(shí)際受力情況不發(fā)生改變，就需要保證在2.5以內(nèi)，一旦大于，就會(huì)使扁頭的受力情況發(fā)生明顯的改變。

3.4疲勞裂紋擴(kuò)散分析

在對(duì)出現(xiàn)的裂紋斷口處進(jìn)行詳細(xì)的分析過(guò)程中，能夠明確的發(fā)現(xiàn)，其在靠近法蘭的后端面位置上，在諸多的螺栓孔下方，接管外圈上存在著一定的被擠壓的現(xiàn)象，并在被擠壓的位置發(fā)現(xiàn)一些生銹的疲勞點(diǎn)，由此可以說(shuō)明，是螺栓的六角頭擠壓而成。

為了更好的對(duì)該處的實(shí)際情況進(jìn)行分析，就需要使用有限元分析法進(jìn)行建模分析，首先需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工按期進(jìn)行模擬，從而還原預(yù)緊力所造成的的實(shí)際力矩，進(jìn)而保障在實(shí)際的工作過(guò)程中，所產(chǎn)生的傳遞扭矩力相同。之后在使用有限元進(jìn)行分析之后，可以很明顯的發(fā)現(xiàn)，在破壞處存在著應(yīng)力的集中。在連接螺栓的頭部位置，會(huì)與中間接管由于相互的擠壓，而產(chǎn)生一定的應(yīng)力，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，會(huì)使得螺栓的實(shí)際預(yù)緊力發(fā)生殘留，進(jìn)而導(dǎo)致螺栓擠壓法蘭的外圈，進(jìn)而造成應(yīng)力的集中，使得在這個(gè)部位發(fā)生的應(yīng)力，是正常狀態(tài)下的2-4倍以上，進(jìn)而造成了接管處的振動(dòng)頻率升高。

4采取的相應(yīng)對(duì)策

首先依據(jù)上文的描述，為了防止在扁頭的虎口處，由于長(zhǎng)時(shí)間的使用，而出現(xiàn)的疲勞裂紋，甚至發(fā)生的斷裂，就需要在使用的過(guò)程中，對(duì)扁頭進(jìn)行合理化的使用，能夠定期的對(duì)其扁頭進(jìn)行維護(hù)，做到在扁頭和插頭當(dāng)中的十字方軸以及滑塊之間，對(duì)存在的間隙進(jìn)行定期的測(cè)量，之后將間隙發(fā)生的變化，以及軋出量和軋制的實(shí)際時(shí)間存在著相關(guān)量進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而才可以做出相應(yīng)的合理使用分析圖。

之后還需要結(jié)合起交變應(yīng)力的特征，進(jìn)而在軸尺寸發(fā)生變化的位置， 也就是應(yīng)力較為集中的區(qū)域，進(jìn)行相關(guān)處理，保障在增大的實(shí)際尺寸位置上，存在的過(guò)度圓弧半徑，能夠滿足有效的應(yīng)力集中系數(shù)，遠(yuǎn)低于理論當(dāng)中的應(yīng)力集中敏感程度，進(jìn)而提升有限的安全系數(shù)值。

并且保障在使用扁頭的過(guò)程中，一直將其使用的過(guò)程保持在熱處理的過(guò)程中，進(jìn)而可以提升虎口處的晶粒質(zhì)量性，使其可以有著較高的均勻程度，以此來(lái)消除鍛造應(yīng)力以及機(jī)加應(yīng)力。

在使用的過(guò)程中，為了進(jìn)一步降低裂紋的出現(xiàn)，還需在叉頭內(nèi)部的十字方軸、滑塊以及扁頭處的間隙進(jìn)行合理的配合，進(jìn)而把裂紋出現(xiàn)的可能性降到最低。

總結(jié)：綜上所述，在使用的過(guò)程中，為了更好的避免萬(wàn)向接軸處的扁頭虎口，始終處于交變應(yīng)力的作用之下，進(jìn)而產(chǎn)生明顯的裂紋，就需要合理把控住配合間隙，進(jìn)而使得結(jié)構(gòu)在合理的受力作用下，從而延長(zhǎng)疲勞裂紋產(chǎn)生的時(shí)間，提升設(shè)備的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐澤璐. 中厚板粗軋機(jī)接軸平衡方式對(duì)接軸強(qiáng)度影響的有限元分析[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2018.

作者簡(jiǎn)介：

陳光生（1986-），男，漢族，江蘇邳州人，本科，研究方向：冶金機(jī)械.