采用輔助定位方式制造連鑄導(dǎo)向段支架應(yīng)用實踐

王玲，齊盛文，劉益民，周勇

（鞍鋼重型機(jī)械有限責(zé)任公司,遼寧 鞍山 114031）

導(dǎo)向段是連鑄機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備之一，液心鋼坯在導(dǎo)向段內(nèi)進(jìn)行二次冷卻，作用是將帶液心的鑄坯從結(jié)晶器中拉出來后，噴水或噴氣使鑄坯快速凝固，以進(jìn)入拉矯區(qū)，對未完全凝固的鋼坯起支撐作用，防止鑄坯的變形、鼓肚［1］。導(dǎo)向段由導(dǎo)向段框架、扇形段組成，扇形段內(nèi)有上、下足輥，組成一定的弧形彎道，控制液心鋼坯按照一定的弧度、速度通過，同時進(jìn)行二次冷卻。要保證整個彎道尺寸，要求各扇形段中輥子具有較高的對弧精度和相互平行度。所以對于安裝和支撐扇形段的導(dǎo)向段框架來說，制造精度非常重要。以往在導(dǎo)向段的裝配中，調(diào)整各支座的定位精度是裝配難點，設(shè)計中使用調(diào)整墊片來調(diào)整定位支座的高度，但是由于各支座與測量基準(zhǔn)都呈現(xiàn)不同的角度，無法進(jìn)行直接測量，一般通過數(shù)控龍門鏜銑機(jī)床或采用激光跟蹤儀進(jìn)行測量。采用數(shù)控機(jī)床測量時，占用設(shè)備時間較長，墊片厚度也需要調(diào)整兩至三次才能滿足設(shè)計要求，裝配效率很低；采用激光跟蹤儀設(shè)備采購費用比較昂貴，經(jīng)濟(jì)性不高。本文介紹了一種通過在適當(dāng)位置增加測量基準(zhǔn)的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在普通地平鐵上裝配和調(diào)整，精度完全滿足設(shè)計要求，并且實用性和經(jīng)濟(jì)性較高。

1 導(dǎo)向段支架要求

1.1 結(jié)構(gòu)介紹

本文以普銳特冶金技術(shù)有限公司為山東鑫海鋼鐵有限公司設(shè)計的連鑄生產(chǎn)線為例介紹。導(dǎo)向段支架（見圖1）由弧形區(qū)支架、矯直區(qū)支架、水平區(qū)支架三部分組成。

圖1 導(dǎo)向段支架Fig.1 Brackets for Guide Section

弧形區(qū)支架是由3個固定座、支架、多組夾緊座和調(diào)整墊片組組成。因支架弧形外形與香蕉相似，故俗稱“香蕉梁”。矯直區(qū)支架結(jié)構(gòu)與弧形區(qū)支架相似，一端呈圓弧狀，與弧形段相接，另一端為水平狀，與水平段相連接。

1.2 設(shè)計要求

導(dǎo)向段支架作為連鑄機(jī)導(dǎo)向設(shè)備的安裝基礎(chǔ)，要求具有較高的精度，而且在整個弧面上布置了各個導(dǎo)向段的框架連接點以及大量的水路管路接點，因此要求：

（1）材質(zhì)采用 S355J2G3；

（2）安裝軸承座的定位尺寸要求穩(wěn)定，組焊后必須消除應(yīng)力處理；

（3）各個導(dǎo)向段框架連接點的尺寸、位置要求準(zhǔn)確，應(yīng)采用數(shù)控機(jī)床加工，保證精度；

（4）管路位置要準(zhǔn)確，保證水路系統(tǒng)連接正確，水路通暢。

（5）中心線極限偏差±0.1 mm；標(biāo)高極限偏差為±0.05 mm；水平度極限偏差為0.1/1 000。

1.3 加工工藝要求

各區(qū)域支架結(jié)構(gòu)類似，外形不同，所以以弧形段支架為例說明。支架為焊接結(jié)構(gòu)件，尺寸比較大，形狀不規(guī)范，并且各上面加工部分與水平傾斜成不同的角度，必須采用數(shù)控機(jī)床加工。在裝配時，需要通過數(shù)控機(jī)床檢測各點數(shù)據(jù)位置，同時調(diào)整墊片組厚度確定安裝位置，根據(jù)設(shè)計要求制定總體工藝要求如下：

（1）鋼板按設(shè)計要求進(jìn)行制造，且應(yīng)符合JB/5000.1中4.1條款半成品原材料部分的要求，鋼板應(yīng)矯直達(dá)到制造精度后方可下料加工。

（2）按照圖紙要求開坡口，這是保證支撐架整體強(qiáng)度的關(guān)鍵。

（3）支撐架組焊前，要求組焊后水路系統(tǒng)內(nèi)部清潔，不滲漏，不竄水，水管位置準(zhǔn)確，過水表面不得存在氧化皮、鐵銹、焊渣等污物，需全部打磨見金屬光澤。

（4）支架上的夾緊座中心點位置精度要求較高。在組對、焊接時要特別注意，必要時用胎具控制其精度，保證位置和高度在圖樣規(guī)定公差范圍內(nèi)。

（5）支架組焊后應(yīng)進(jìn)行退火消除應(yīng)力處理和水壓試驗。

（6）連接軸與鋼板焊接部位進(jìn)行超聲波探傷檢測。

（7）為了防腐蝕、防銹蝕，在支架安裝面和夾緊座表面都要求堆焊不銹鋼處理。堆焊前要進(jìn)行堆焊試驗，確認(rèn)無誤后，方可在夾緊座上堆焊。堆焊表面精加工后進(jìn)行磁粉探傷檢測，確保焊接無裂紋、砂眼等缺陷，以保證焊接質(zhì)量。

（8）支撐架要求在數(shù)控機(jī)床進(jìn)行精加工，加工前，必須劃全線檢查所有加工面的加工情況，要求粗、精加工分開進(jìn)行，所有支撐架均有X、Y、Z三方向定位基準(zhǔn)，加工時也應(yīng)以該三基準(zhǔn)對支撐架進(jìn)行加工，保證各加工部位與三基準(zhǔn)的尺寸、形狀、位置精確。特別要注意與夾緊座的安裝部位的尺寸與形位精度。

（9）加工時還要注意保持水路系統(tǒng)內(nèi)部的清潔，嚴(yán)防鐵屑進(jìn)入水路系統(tǒng)。

1.4 裝配工藝要求

在弧形段支架裝配中，弧形上部為加工面，與夾緊座裝配，且各裝配面與水平方面呈不同的夾角，保證扇形段冷卻弧形通道逐漸變化。裝配后，弧形區(qū)支架裝配檢測尺寸見圖2。 尺寸A、B是裝配后需要檢測的夾緊座中心點位置，由于裝配現(xiàn)場不具備立式安裝條件，所以各夾緊座中心點坐標(biāo)不能直接測量出來。矯直區(qū)支架裝配后各夾緊座連接后呈一段過渡圓弧。其弧形部分與弧形區(qū)支架測量方法相同，水平部分可以直接測量。

圖2 弧形區(qū)支架裝配檢測尺寸Fig.2 Inspection Dimensions for Bracket-assembling in Arc-shaped Zone

在裝配過程中，在夾緊座底部有調(diào)整墊片組，調(diào)整墊片組總厚度為10 mm，裝配后各尺寸公差要求±0.10 mm。此外，測量基準(zhǔn)點在工件外一虛擬點，無法通過簡單測量獲得，只能在數(shù)控機(jī)床通過百分表方式檢測。由于墊片厚度與實際測量數(shù)據(jù)有一定角度，所以需要根據(jù)實際測量數(shù)值和安裝理論尺寸的位置誤差，計算后對墊片厚度進(jìn)行增減，再通過測量調(diào)整，一般經(jīng)過兩次以上的反復(fù)操作，才能控制尺寸在圖紙要求公差范圍內(nèi)。這樣操作造成測量時占用數(shù)控鏜銑機(jī)床時間較長。

2 工藝優(yōu)化方案

為了能在裝配時，一次將調(diào)整墊片厚度添加準(zhǔn)確，不占用數(shù)控機(jī)床，在支架的加工和裝配工藝上進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)不占用數(shù)控機(jī)床，快速裝配，檢測準(zhǔn)確的目標(biāo)。

2.1 加工工藝優(yōu)化

以弧形段支架為例進(jìn)行說明?；⌒味沃Ъ苁怯蓛蓚€弧形鋼板、支撐板、連接軸構(gòu)成，要求兩個弧形鋼板加工面尺寸保持一致。按設(shè)計要求，裝配后再加工各處，以保證同步性。而裝配后尺寸結(jié)構(gòu)較大，兩弧形板距離較遠(yuǎn)，加工操作要保證同步性要求。因此，將精加工在弧形鋼板單件上進(jìn)行，并在夾緊座的下方，增加工藝銷孔，用于裝配的測量基準(zhǔn)，提高了加工和裝配的效率。支架加工的工藝優(yōu)化方案如下：

（1）兩個左右對稱的弧形鋼板在加工前點焊連接為一體，在數(shù)控鏜銑床對其進(jìn)行合加工，以保證兩件尺寸及位置一致。

（2）在兩個鋼板的外側(cè)、每個夾緊座和定位塊基準(zhǔn)面的下面，都增加工藝銷孔，例如圖3弧形區(qū)導(dǎo)向段支架局部圖中，夾緊座安裝位置下有兩個方向的調(diào)整墊片組1和調(diào)整墊片組2，增加工藝點（1）、（2）、（3）、（4）和（5），再將圖 3 中 51、52、53、54 中心位置坐標(biāo)尺寸 A、B 換算為 L1、L2、L3、L4、H、B各尺寸。在鋼板加工時，按照給出的坐標(biāo)數(shù)據(jù)加工出工藝銷孔，銷孔尺寸可以自定，為了準(zhǔn)確方便測量，按照Φ30H7直徑加工，深度為30 mm。

圖3 弧形區(qū)導(dǎo)向段支架局部圖Fig.3 Partial View of Bracket for Guide Section in Arc-shaped Zone

（3）各銷孔加工完成后，按安裝孔做基準(zhǔn)，檢查各銷孔位置準(zhǔn)確性，尺寸公差控制在±0.10 mm內(nèi)。

（4）按照夾緊座安裝處軸頸尺寸，加工制作兩根工藝假軸，分別放置在左右兩個夾緊座上，配合處工藝假軸的直徑尺寸由扇形段裝配軸處尺寸確定，公差按照裝配軸的公差減半，做裝配檢測用。

2.2 裝配工藝優(yōu)化

安裝前，檢查安裝平臺的平面度在0.1 mm以內(nèi)，在鋼板工藝銷孔內(nèi)放置工藝銷，給出工藝假軸到工藝銷距離的理論數(shù)據(jù)。通過采用直接測量工藝假軸到工藝銷距離的方式替代數(shù)控機(jī)床打表檢測，具體步驟如下：

（1）打開點焊的兩鋼板，裝配連接軸和支撐板，組成框架整體。

（2）在工藝銷孔處插入工藝銷，保證配合間隙在0.02 mm左右，并作為檢測夾緊座孔的檢測基準(zhǔn)。

（3）在相鄰兩個夾緊座上，放置兩個工藝假軸，用塞尺檢測工藝假軸與夾緊座圓弧面的貼合程度，要求0.05 mm塞尺不得塞入，證明配合符合要求。

（4）用內(nèi)徑千分尺測量工藝銷至工藝假軸的距離，即圖3中H、B尺寸，公差要求在±0.10 mm以內(nèi)。如尺寸不滿足要求，按照實際測量數(shù)據(jù)與理論測量數(shù)據(jù)之差，確定增、減高度方向墊片厚度尺寸，最終滿足要求尺寸公差。

（5）用內(nèi)徑千分尺，測量兩個工藝假軸之間的距離，公差要求在±0.10 mm以內(nèi)。如尺寸不滿足要求，按照實際測量數(shù)據(jù)與理論測量數(shù)據(jù)之差，確定增、減左右方向墊片厚度尺寸，最終滿足要求尺寸公差。

3 實際效果

通過工藝優(yōu)化改進(jìn)后，在各導(dǎo)向段支架的單件加工檢測時，增加定位銷孔的尺寸數(shù)據(jù)檢測，與設(shè)計尺寸坐標(biāo)對比，數(shù)據(jù)最大偏差0.02 mm，能夠滿足裝配需要。

導(dǎo)向段裝配過程和檢測過程在有地平鐵的裝配場地進(jìn)行，通過采用CAD軟件設(shè)計的各定位銷與定位座測量點的H和B坐標(biāo)值，確定了需要添加調(diào)整墊片組1厚度；通過調(diào)整墊片組2的厚度來調(diào)節(jié)兩個夾緊座的距離，滿足兩個工藝假軸的距離，確定夾緊座的最終位置，并一次完成裝配，實現(xiàn)了不占用數(shù)控機(jī)床裝配、調(diào)整和測量的工序，最終保證尺寸在圖紙要求±0.10 mm內(nèi)，不僅提高了裝配效率，還節(jié)約了大量的臺時費用，保證了裝配各處數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，確保扇形段輥面的弧形精度。尤其是應(yīng)用在弧形區(qū)和矯直區(qū)的支架上，效果十分明顯。

在現(xiàn)場安裝中，采用添加的定位銷孔作為現(xiàn)場安裝基準(zhǔn)，一次安裝扇形段后，用樣板檢查弧度，只調(diào)整了2處墊片厚度尺寸就滿足對弧要求，給現(xiàn)場安裝帶來了很大的便捷，保證了裝配精度。

4 結(jié)語

通過在導(dǎo)向段支架上增加定位銷的方式，可以解決導(dǎo)向段支架的裝配、墊片調(diào)整及尺寸測量的難題，并且可以推廣至大型異形工件的空間尺寸調(diào)整和測量上，結(jié)合工件的結(jié)構(gòu)和特點，在適當(dāng)位置增加測量基準(zhǔn)點，實現(xiàn)將空間尺寸轉(zhuǎn)換為可直接測量的二維尺寸的目的，節(jié)約了數(shù)控機(jī)床專用臺時，檢測方便準(zhǔn)確。