3 800 mm 精軋機牌坊的設計結構改進及加工方案

高衛(wèi)東

（石鋼京誠裝備技術有限公司， 遼寧 營口 115000）

引言

軋機是完成金屬軋制的重要設備，在冶金行業(yè)被廣泛應用，是實現(xiàn)由鋼坯轉化成板材的重要途徑。軋機牌坊（機架）作為軋機的最基本、最重要的部件，其設計結構的合理性和機加工工藝的先進性決定了軋機牌坊（機架）的剛度、強度和使用壽命，因此冷、熱軋鋼帶在整個鋼鐵工業(yè)的發(fā)展中占有重要的地位。

1 軋機的工作原理及成形方法

軋機是以牌坊（機架）為主體，結合軋制機構（工作輥、中間輥、支承輥等主要部件），將金屬坯料軋延成材的成套設備。軋機是直接軋延金屬的主機，它利用旋轉的軋輥（工作輥、中間輥、支承輥）輾壓坯料，使金屬按規(guī)定的要求產生塑性變形[1]。

2 3 800 mm 軋機機架的結構設計

3 800 mm 精軋機牌坊是某工程技術有限公司迄今為止設計的軋制鋼板尺寸最大的、質量最大、外廓尺寸最大的軋機牌坊，由石鋼京誠裝備技術有限公司負責該成套產品的制造及裝配。

3 800 mm 精軋機牌坊圖紙中設計參數：質量為316 204.6 kg；外廓尺寸（厚×寬×高）為970 mm×4 710 mm×14 215 mm；壓下部分尺寸（厚×寬×高）為2 205 mm×4 710 mm×2 300 mm；鋼板最大軋制寬度為3 800 mm。

設計圖紙分為粗加工牌坊和精加工牌坊圖紙。設計師們參考、借鑒了國外同類產品設計，但是因為受國內加工設備精度影響，需要設計方與制造方一起，對設計方案進行反復推敲、修改，在達到性能指標的前提下，對圖紙中的局部區(qū)域做出修改，以滿足國內加工需要，力爭圓滿、合格地完成精加工牌坊的交付。

2.1 原設計方案在加工方面存在的難度

在石鋼京誠裝備技術有限公司接到第1 版圖紙時，結合機加工設備，發(fā)現(xiàn)有如下問題在生產中不能有效實施：原設計圖紙中設計的精加工牌坊中的壓下孔及其應力環(huán)設計尺寸精度及形位公差精度高、表面粗糙度要求高；受加工方式影響，不能滿足圖紙要求；原圖見圖1、圖2；原設計圖紙中設計的精加工牌坊中與軌座把合處方孔的加工長度受限，由于孔深達600 mm，加工中刀桿鋼性不足，四周R 加工不能滿足圖紙要求，設計原圖見下頁圖3、圖4。

2.2 機加工主要設備

由于3 800 mm 精軋機牌坊外廓尺寸較大（厚×寬×高尺寸為970 mm×4 710 mm×14 215 mm），質量為316 204.6 kg，在鑄鋼分廠運送到機加分廠，起重設備的承載能力均達不到此要求。故在確定選擇加工設備時，一是要確定精加工牌坊毛坯能夠安全順利地吊裝到機床加工平臺上，另一方面是選擇能夠滿足精軋機牌坊的粗加工和精加工的設備。經多輪研究加工方案后確定：精軋機牌坊的粗加工工序擬在石鋼京誠裝備技術有限公司260 數控銑鏜床的落地上完成（壓下孔除外）；精軋機牌坊的精加工工序擬在石鋼京誠裝備技術有限公司5×24 m 龍門數控銑床上完成。

2.3 設備的優(yōu)勢

1）兩臺設備同在一個廠房里，有滿足加工的工作平臺；260 數控銑鏜床的落地（固定）工作平臺尺寸為4 800 mm×19 000 mm，可滿足牌坊的粗加工工作條件（牌坊壓下孔除外）；5×28 m 數控龍門銑床的工作平臺尺寸為5 000 mm×28 000 mm，可滿足牌坊的精加工工作條件；

2）兩臺機加設備相隔較近，便于產品的轉運；

3）廠房里同時配備有兩部橋式起重機，便于同時吊運牌坊；

4）廠房內場地寬敞明亮，并設有落地裝配平臺，便于后序進行牌坊的就地裝配和拆解。

3 設計方案的優(yōu)化與改進

壓下孔加工按上頁圖1、圖2 的要求，加工中存在以下難點：

1）參照圖1，壓下孔Φ1 000H7（+0.091/0）與Φ1 250H9（+0.263/0）兩臺階孔同軸度位置公差要求Φ0.05 mm，現(xiàn)有的機床設備精度很難達到；同時Φ1 250H9（+0.263/0）內孔直徑尺寸大，公差范圍小，需自制工裝輔具定位后進行加工；另外該孔加工深度為960（-0.05/0.1）mm，深度方向有公差要求，加工不易保證。

2）參照上頁圖2，壓下孔U 部放大處R36 應力環(huán)槽處內凹圓角加工困難，加工后表面粗糙度Ra0.8 無法滿足圖紙要求。以現(xiàn)有的加工設備，只能對R36 內圓角環(huán)槽進行平面編程加工，但不能完成該應力環(huán)槽的內凹形式加工。

3）目前分廠現(xiàn)有定制的Φ720 mm 球面銑刀盤，其刀盤厚度32 mm，端部圓角R16 mm，精加工后表面會存在可見的、明顯的加工痕跡，如設計允許，建議將內凹應力環(huán)修改為與壓下孔端面相切的應力環(huán)形式；為更好的利用現(xiàn)有Φ720 mm 成型刀具，在不影響設計性能的前提下，建議將應力環(huán)槽加大至R50 mm；整個應力環(huán)槽沿形均要求表面粗糙度Ra0.8 mm，不符合國內設備加工要求，建議將表面粗糙度修改為Ra1.6 μm。

4）參照上頁圖1，壓下孔Φ1 250H9（+0.263/0）深度為960（-0.05/0.1）mm，通長加工需控制在公差范圍之內，加工過中必須達到定位準確，故加工中刀桿不能產生震顫，導致內孔表面出現(xiàn)波紋、挖刀、超差等問題出現(xiàn)。數控龍門銑床加工壓下孔需要用角銑頭加工，我分廠的角銑頭主軸直徑為Φ70 mm，因強度及剛度較低，無法加工如此大直徑的孔，且不足以完成全孔的加工；260 數控鏜銑床主軸直徑為Φ260 mm，利用加長鏜桿（主軸），輔以自制工裝，從理論上可以完成壓下孔Φ1 250H9（+0.263/0）的加工。

5）經與設計帥反復探討、研究，從加工角度及工藝性方面考慮，從裝配角度及實用性出發(fā)，經多次修改，設計師將精加工牌坊圖紙修改如下：精加工牌坊壓下孔如下頁圖5、圖6 所示。將壓下孔U 部放大處應力環(huán)槽的內凹修改成與端面齊平；將壓下孔應力環(huán)槽相接的R36 mm 放大為R50 mm，方便刀具的加工；將壓下孔應力環(huán)槽處沿形表面粗糙度全部Ra0.8 μm修改為機加面為Ra1.6 μm，其中壓下孔Φ1 250H9（+0.263/0）深度方向尺寸960（-0.05/0.1）mm 上面與應力環(huán)槽R50 mm 相切處、R100 mm 與圓錐面表面相接處、R100 mm 與圓柱面表面相接處需手工拋光到Ra0.8 μm。

精加工牌坊中與軌座把合處方孔如下頁圖7、圖8 所示：將牌坊軌座把合方孔600（590+10）mm 長度上所有面Ra12.5 μm，修改為方孔上下兩段加工200 mm有效長度；方孔其余部分四周加1 mm 空刀，保證矩形配合件能通長穿過軌座孔即可。

另外，為保證加工壓下孔的加工，專門設計了一套（工裝）定位器。

4 結語

經過10 個多月努力，石鋼京誠裝備技術有限公司圓滿、順利地完成了3 800 mm 精軋機牌坊的各項機加工工作，經檢驗，兩件牌坊全部合格，一次合格率98%，沒有造成產品的拖期，受到用戶的好評。同時，裝配工作也在有條不紊地進行，各項裝配指示向好的方向發(fā)展。目前該成套項目已成功交付用戶，使用過程中表現(xiàn)出良好的軋制性能。