高速线材轧机锥套故障分析与改进(轧辊装配轧机表面改进)

悬臂式高精度高速线材生产线的预精轧机、精轧机。
预精轧机为平- 立交替布置, 精轧机为45°侧交布置, 其轧辊轴与辊环之间采用摩根进口锥套式无键联接。
锥套(见图1) 用于支撑和固定辊环。
锥套装入辊环的内孔, 装配时保证辊环以轧辊轴的轴肩定位, 然后通过专用液压装卸工具将锥套的锥形内孔涨紧在带有锥度的轧辊轴和辊环之间。
辊环内孔与锥套外圆、锥套内锥孔与轧辊间均为过盈配合面, 以此来保证锥套不会在轧辊轴上产生轴向的移动和轴向的转动。
辊环、锥套轧辊轴间精确的装配, 提高了产品尺寸精度。
因摩根轧机进口锥套价格昂贵, 成本高, 故逐渐采用国产锥套予以替代, 但在转化过程中出现了锥套断裂、轧辊轴被研磨、辊环炸裂等事故。

2 、导致锥套出现故障的原因

2.1 、处理工艺不当

（图片来自网络侵删）

摩根式锥套的材质为 SA E4142 合金结构钢(5 250 mm 锥套) 和A ISI17- 4PH 沉淀型耐热不锈钢(5 150 mm 锥套)。
其结构(见图2) 特点是锥套内孔较大, 锥套的壁较薄, 最高转速为 10 990 röm in, 要求动平衡力矩达5 000 (N ·m ); 轧辊轴与锥套配合的锥体处接触面积大于85% , 并要求锥套尺寸及形位公差精度高, 表面粗糙度为014, 内锥孔形状公此为 IT 5 级, 外径与锥孔的同轴度位置公差为 IT 6 级。
锥套国产化时, 忽视了外方的加工规范和质量验收标准, 热处理工艺导致了钢材综合性能差。
若表面未进行镀铬处理, 则锥套的外表面易生锈; 打磨后其尺寸很难达到要求, 造成了生产中事故的发生。

2.2 、清洁操作不当

拆卸下来的锥套在再次使用前要用尼龙网状砂纸仔细清洗内锥面和外圆装配面, 保证装配面无锈斑、毛刺、划痕等表面缺陷; 再用皱纹纸将锥套擦干净, 用专用除油氟利昂溶液清洗, 表面洁净后, 不得再用手接触锥套装配面; 最后用专用装配工具将锥套插入辊环的内孔。
若砂纸太粗, 则会损伤锥套, 造成锥套表面划痕; 若砂纸太细, 则去污力太弱, 锥套表面的氧化铁皮不易去掉, 用皱纹纸将锥套擦干净的过程中, 皱纹纸会掉毛, 造成锥套表面留有毛尘, 很难清洗干净。
如果锥套表面清理、油污清洗不规范, 且装配不当, 则极易导致锥套研磨报废。

2.3、锥套与辊环尺寸不符

若锥套与辊环过盈配合稍大, 则会造成锥套轴向划伤且难于装拆; 若两者间隙稍大, 则会造成锥套径向划伤且锈蚀严重, 所以此配合尺寸至关重要。
如果在制造中只注重各零件的尺寸, 对装配精度、形位公差未给予足够重视, 则零件加工过程中不可避免地会产生的加工偏差, 最终综合反映在装配精度上, 诗装配精度、配合公差达不到要求, 导致锥套提前报废。

3、改进措施

3.1 、锥套材质选择及制造工艺改进

常用摩根式锥套的材料为SA E4142, 对应中国材料为40CrM nM o。
通过对锥套结构材质和工艺技术的不断探索及与摩根式锥套的对比, 最终选择的锥套材质为40CrN iM oA。

3.1.1 、锥套的材质选择

国内外几种锥套的化学成分如表1 所示。
材料 40CrM nM o 和40CrN iM oA 热处理和力学性能的比较结果如表2 所示。
因为锥套在大于800 ℃的高温环井下工作, 从表2 可知40CrN iM oA 是一种在高温下具有高强度和蠕变强度的高淬透性钢, 经调质处理后组织为均匀细针状回火索氏体、游离铁素体含量 ≤5% , 其热处理和力学性能相对较好, 故选用 40CrN iM oA 作为锥套的材料。

3.1.2、锥套的制造工艺改进

锥套制造的工艺流程为模锻制坯→正火→粗车 →调质→精切削→表面淬火→表面镀铬→研磨。

工艺改进措施如下:

(1) 正火处理, 去除应力、改善切削性能;

(2) 出车时留单边加工余量5 mm;

(3) 调质处理, 温度860±10°C 油淬, 610±10°C 回火, 硬度为269～ 312 HB (28～ 34HRC);

(4) 表面淬火, 硬度为48～ 52HRC;

(5) 表面镀铬, 增强锥套的耐磨性、预防生锈;

( 6) 研磨, 保证锥套内孔与外圆的同轴度为 5 0102 mm。

3.2、制定操作规范

(1) 生产中选择合适的尼龙网状砂纸型号, 用绸布替代皱纹纸; 合理编制锥套清理的操作规范, 要求操作人员严格按照操作规范执行, 避免用手接触装配面现象的发生; 彻底清洗轧辊轴, 保证装配表面无油脂; 锥套、轧辊轴接触面低于85% 不再使用; 使用专用的装配工具。

(2) 通过对进口图纸的加工公差、装配精度重新进行查阅, 并对以前使用的情况进行分析总结, 规定辊环和锥套间隙为 0101～ 0103 mm; 实行辊环和锥套编号制, 辊环号和锥套号对应安装; 装配时用木锤或尼仓锤轻轻、均匀敲打, 严禁用铁锤敲打, 彻底解却因配合尺寸不合理引起的锥套报废。