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工程硕l 论文 支承辊轴承座工艺优化设计方法与应用 专业机械工程 工程硕士黄亮指导教师殷国富贾涛 摘要 支承辊轴承座是轧钢机上的关键零件之一，也是重要零件和加工 周期长、难度大、精度要求很高的零件。该产品有一定的技术含量， 属盈利产品，又具有较大的批量。近几年来，由于支承辊轴承座的需 求量的增加，再加上用户对质量的要求越来越高，而交货期要求越来 越短，质量和加工效率的问题就显得十分突出。 从近几年来的产品来看，支承辊轴承座制造过程中出现的缺陷主 要是毛坯缺陷和加工质量问题。毛坯缺陷主要是铸造缺陷( 气孔、砂 眼、夹渣、裂纹、材质不均匀等) 和焊接缺陷( 焊缝处有焊接裂纹和 气孔、夹渣，盖板变形等) ，加工质量问题则表现为工件内孔变形、 两侧滑板把合面对内孔中心的对称度差等。 沦文针对支承辊轴承座制造过程中出现的毛坯缺陷和加工质量 问题进行了详细的分析和研究，找出了产生的原因和影响因素，并针 对这些原因和影响因素提出了改善的措施和方法，对支承辊轴承座的 制造_ ：| 二艺进行了优化。在对支承辊轴承座制造质量问题的分析和研究 过程中，得出了以下研究成果： ( 1 ) 分析了支承辊轴承座主要加工面的功用及常用加工方法以 及支承辊轴承座的制造过程； ( 2 ) 详细分析了支承辊轴承座的制造质量问题( 铸造质量问题、 工程硕上论文 焊接质量问题、加工质量问题) ，设计了一种方法来分析研究产生这 些质量问题的原因和影响因素； ( 3 ) 详细分析了影响支承辊轴承座加工效率的因素( 毛坯质量、 加工设备以及工装辅具等) ； ( 4 ) 分别从铸造毛坯、焊接质量和加工工艺等方顽给出了提高支 承辊轴承座加工质量和效率的措施； ( 5 ) 针对较高精度的轴承内孔加工以及由于轴承内孔产生变形而 进行修复的方法( 将内孔修圆，镀铬，再修符要求) ，进行了干式磨 削的分析和研究，并设计出了适合现场使用的干式磨削装置； ( 6 ) 提出了支承辊轴承座外协加工的途径，并对外协的加工能力 进行了分析，设计出了外协加工的工艺方案； ( 7 ) 根据支承辊轴承座的不同要求和加工方案，进行了加工工艺 的优化设计，并给出了优化后的加工工艺。 关键词：支承辊轴承座功用制造质量加工效率 工艺优化干式磨削 三堡堡圭兰苎 m e t h o da n da p p ii c a t i o n o fp r o c e s s o p t i m iz a t i o nf o rb a c k u p r o iic h o c k s m a j o r ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g e n s i n e a t i n gm a s t e r ：h u a n gl i a n g a d v i s o r s ：y i ng u o f uj i at a o a b s t r a c t t h eb a c k u pr o l1c h o c ki so n eo ft h ek e y a n di m p o r t a n tp a r t s o ft h er o l l i n gm i l l i th a sal o n gm a c h i n i n gd u r a t i o na n dt h e a c c u r a c yo ft h em a c h i n i n gi sv e r yh i g h t h i sb a c k u pr o l lc h o c k i so n ew h i c hi sh i g h l yt e c h n i c a la n dh i g h l y p r o f i tp r o d u c t i nt h er e c e n ty e a r s ，t h eb a c k u pr o l1c h o c k sa r ei ng r e a t d e m a n di nt h em a r k e t s i n c et h eq u a l i t yr e q u i r e m e n t ，i sm o r ea n d m o r es t r i c ta n dt h ed e l i v e r yt i m ei sm u c hs h o r t e rt h a nb e f o r ，t h e q u a l i t ya n dm a c h i n i n ge l f i c i e n c yb e c o m ev e r yi m p o r t a n t f o r my e a r so fp r o d u c t i o np r a c t i c e , w ef o u n dt h a tt h ed e f e c t s o ft h eb a c k u pr o l lc h o c k sa r em a i n l yb l a n kd e f e c t s a n dm a t h i n i n g d e v i a ti o n s t h em a i nb l a n kd e f e c t sa r ec a s t i n gd e f e c t s ( a i r h o l e ，s a n dh o l e ，i n c l u s i o n s ，c r a c k ，u n e v e n o f m a t e r i l , a l , e t e 。) a n d w e l d i n gd e f e c t s ( c r a c k ：a i r h o l e ，i n c l u s i o n so ft h ej o i n t sa n d d e f o r m a t i o no ft h ec o v e rp l a t e ) t h em a c h i n i n gp r o b l e m sa r e m a i n l yd e f o r m a t i o no ft h eb o r e ，t h es y m m e t r ye r r o ro ft h es l i d i n g i l l 工程硕士论文 p l a t e so nb o t hs i d e st o t h ec e n t e ro ft h eb o r e t h i sa r t i c l em a k e sad e t a i l e da n a l y s i sa n ds t u d yo nt h e b l a c kd e f e c t sa n d m a c h i n i n g d e v i a t i o n s f o u n d d u r i n g m a n u f a c t u r i n go ft h eb a c k u pr o l lc h o c k s i ta l s od e s c r i b e st h e r e a s o n sa n da f f e c t i o nf a c t o r sf o rt h ed e f e c t sa n dm e t h o d st 0 s o l y et h ep r o b l e m s ，a sw e l la st h ep r o c e s so p t i m i z a t i o no ft h e b a c k u pr o l lc h o c k s t h ef o l l o w i n ga r et h er e s e a r c ha c h i e v e m e n t s f r o mt h ea n a l y s i sa n ds t u d y ： 1 f u n c t i o na n dm a c h i n i n gm e t h o df o r t h em a i nm a c h i n i n g s u r f a c eo ft h eb a c k u pr o l lc h o c k s ，a n dt h em a c h i n i n i n g p r o c e d u r eo ft h eb a c k u pr o l1c h o c k 2 d e t a i l e ds t u d yo ft h em a n u f a c t u r i n gp r o b l e mo ft h eb a c k u p r o l lc h o c k s ( c a s t i n gq u a l i t y ，w e l d i n gq u a l i t y a n d m a c h i n i n gq u a l i t y ) ，a n dd e s i g nam e t h o dt os t u d yt h e c a u s e so ft h eq u a l i t yp r o b l e m s 3 f a c t o r sw h i c ha f f e c tt h em a c h i n i n ge f f i c i e n c yo ft h e b a c k u pr o l lc h o c k s ( b l a n kq u a l i t y ，m a c h i n i n ge q u i p m e n t s a n dt o o l s ，e t c ) 4 m e a s u r e st a k e nt o i m p r o v et h em a c h i n i n gq u a l i t ya n d e f f i c i e n c yf r o mt h ep o i n t so fc a s t i n gb l a n k s ，w e l d i n g q u a lit ya n dm a c h i n i n gp r o c e s s ； 5 a n a l y s i sa n dr e s e a r c ho fd r yg r i n d i n gm e t h o da c c o r d i n gt o h i g ha c c u r a c yb o r eo fc h o c k sa n da c c o r d i n gt ot h er e p a i r m e t h o df o rt h ed e f o r m e dc o r eo fc h o c k s ( b o r er o u n d o f f ，c h r o m ep l a t i n g ，r e p a i r ，e t c ) ，d e s i g na n dp r o v i d ed r y g r i n d i n gd e v i c e “ 6 p u tf o r w a r dt h es u b c o n s t r u c t o r sa n dm a k ea n a l y s i sf o rt h e m a c h i n i n gc a p a b i l i t yo ft h es u b c o n s t r u c t o r sa n d p r o v i d e t h es u b c o n s t r u c t o r sw i t hm a c h i n i n gp r o c e s s i v 一 三堡堡主堡苎 一 _ _ - _ _ _ _ _ _ _ 一 7 p i - o v i d em a c h i n i n gp r o c e s so p t i m i z a t i o na n dt h em a c h i n i n g p r o c e s s a f t e rt h eo p t i m i z a t i o na c c o r d i n g t ot h e r e q u i r e m e n t sa n dm a c h i n i n gp l a no fb a c k u pr o ll c h o c k s k e y w o r d s ：b a c k u pr o l lc h o c k m a n u f a c t u r i n gq u a l i t y p r o c e s so p t i m i z a t i o n v f u n c t i o n m a c h i n i n ge f f i c i e n c y d r yg r i n d i n g t 程硕l 论文 第一章绪论 改革开放以来，冶金工业作为国民经济的基础产业，得到了迅速发展。 自1 9 9 6 年以来，我国钢产量已连续多年超过1 亿吨。冶金工业在历经了以数 量扩张为主的发展时期后，迸入了加速结构调整、提高竞争力为主的新阶段。 冶金装备制造业必须增强技术创新能力，提高自身的市场竞争能力。 1 1 我国钢铁工业的发展状况 近年来，我国经济的高速发展加大了钢材的消费需求。2 0 0 0 年中国钢材 实际消费的年增加量为2 4 0 0 万吨，2 0 0 1 年为4 0 0 0 万吨，2 0 0 3 年为5 0 0 0 万 吨，2 0 0 3 年全国钢材消费达2 7 1 4 0 万吨。2 0 0 3 年中国钢产量达到2 2 2 3 4 万吨， 连续8 年居世界第一位，钢产量超过了日本和美国钢产量之和，也是全球第一 个年钢产量突破2 亿吨的国家。“1 中国钢铁工业协会组织冶金工业规划研究 院和北京科技大学采用宏观法对中国2 0 0 5 年和2 0 1 0 年的钢材消费量进行预 测。经综合分析，规划院预测2 0 0 5 年国内实际钢材消费量为2 4 亿吨左右， 2 0 1 0 年国内实际钢材消费量为2 8 亿吨左右。北京科技大学预测2 0 0 5 年我国 钢材需求量为2 5 亿吨左右，2 0 1 0 年为3 4 亿吨左右。”1 由此可见钢材消费 随经济的高速发展逐步增长。推动钢材消费增长的因素是多方面的，主要表现 在以下几个方面： ( 1 ) 由于我国的工业化尚未完成，钢铁工业仍然有发展空间。在工业化进 程中，钢材消费处于增长期，这是国外工业发达国家工业化进程的共同经验。 ( 2 ) 由于我国的城镇化建设尚未完成，所以钢铁工业仍然有发展空间。 2 0 0 3 年中匡f 城镇化率仅有4 0 ，而每提高1 个百分点，意味着1 3 0 0 万农村人 口转入城镇，由于需要提高其相应的住宅和公共设施，所以我国城镇化的发 展，必将拉动钢材需求。 ( 3 ) 我国居民消费结构的升级，带来新的钢铁市场需求。随着我国经济的 快速发展，居民消费从“温饱”转向“小康”，使建筑( 主要是住宅) 和汽车 成为钢材市场2 个新的增长点。 t 程硕士论文 ( 4 ) 制造业向中国转移和出口增长态势也带来对钢铁的新需求。 钢材消费的增长，推动了钢铁工业的发展，各钢材生产厂家纷纷进行轧 钢设备的更新、改造，不断引进先进技术并扩大规模。 据不完全统计，目前，我国已建和在建的中厚板轧机约有3 5 套，从 2 3 0 0 n n - - 2 5 0 0 m 小型中厚板轧机到5 0 0 0 m 宽厚板轧机，形成了一定的规模。 尤其是宝钢和沙钢启动建设的5 0 0 0 b i n 中厚板轧机，是我国第一批辊面达到 5 0 0 ( r a 的轧机，使我国的宽厚板生产达到了新水平，实现了跨越式发展。而 且，我国中厚板轧机在轧制过程自动化方面也取得了长足进步，大多数中厚 板轧机装备了液压a g c 和轧制轧制过程控制系统，提高了产品的厚度精度和 成材率。 在热轧带钢轧机方面，目前国内已投产的热轧带钢轧机( 据不完全统 计) 有2 0 余套，正在建设的热连轧带钢轧机有1 6 套。通过采用国产技术或引 进国外技术，目前我国热连轧技术装备已完全摆脱落后状态，并已处于世界先 进水平之列。”1 在冷轧板带轧机方面，目前我国拥有4 0 余套冷轧板带机组，其中不乏具 有世界领先水平的生产机组。而冷轧生产技术也正向大型化、集成化、高速化 方向发展，并且在进一步提高自动化和连续化水平。产量和生产率都有显著的 提高，产品质量更趋完美。”1 另外，我匡l 在型钢和线材轧机、无缝钢管轧机等方面也有较大的发展和提 高。 1 2 我国冶金专用装备制造业的发展状况 九五以来，我国冶金专用设备制造行业的市场占有率稳步提高，品种结构 调整取得较大进展，工艺技术装备总体水平与国产化程度明显提高，依靠科技 进步取得了较大进步。但是仍然存在一些问题。如：产品结构方面，钢材生产 的板带比同实际消费还有差距，部分高附加值关键钢材品种满足不了需求；落 后的工艺技术装备还占有相当的比重；企业组织结构方面，专业化程度 氐，缺 乏必要的分工与协作，劳动生产率低等等。 t 程硕十论文 在引进设备和技术的同时，外资也陆续进入中国冶会专用设备制造行业。 国外和境外的同行以较快的速度将资本和技术、管理等奇种生产要素与国内冶 金专用设备制造企业合作，中国的冶金专用设备制造行业己由单一的经济转向 了多元化所有制的体制。国内的冶金专用设备制造企业在资本、技术、管理等 要素方面也已开始涉足国际。 目前，在宏观经济持续向好的形式下，冶金专用设备制造行业的大部分生 产和销售指标都保持了较快的增长。2 0 0 4 年我国重型矿山设备产销形势是今 年来最好的一年，2 0 0 4 年总产值同比增速达3 6 6 ，在2 0 0 5 年增长速度比 2 0 0 4 年将有所回落，但预计仍将达到2 0 左右的增长。“。随着世界经济的 回暖，我国冶金专用设备产品的进出口也有所增长，但是国际冶金专用设备市 场的竞争也在不断加剧。机械工业这几年的高速发展，多半得益于国家内需拉 动的方针和政策。但内需也是有一定限度和时限的，一旦内需的拉动力减弱， 而在国际市场的竞争力又不强机械工业如何维持高速增长，就成了一个问 题。“1 另外，由于在高端技术上与国外的大厂商仍有较大的差距，产品技术 将成为制约我国产品发展的个瓶颈。作为机械制造业的企业，一方面必须增 强自身的应变能力，另一方面必须在产品技术上不断创新，才能在激烈的竞争 中占有一席之地。如果没有较强的国际竞争力，企业就不可能走向国际市场， 即使一时走出去了，也会在国际市场的竞争中败下阵来。”1 大力振兴装备制造业是中央的战略决策，重型装备制造业是国家装备制造 业的一支有生力量，是关系到国民经济命脉的和国家安全的一个重要产业。走 新型工业化道路，要以信息化带动工业化，必须大力发展能源、原材料、交通 运输、水利等基础产业，而装备制造业特别是重型装备制造业是基础产业的基 础，是推动工业化和信息化的载体，所以，应当根据国民经济发展需要，大力 振兴和发展重型装备制造业。“” 在重型装备制造行业中，较为重点和大型的企业有中国第二重型机械集团 公司、大连大重中起重集团有限公司、中国第一重型机械集团公司、宝钢集团 常州冶金机械厂、上海重型机械厂、沈阳重型机械厂、太原重型机械厂等。近 年来，这些企业积极加强自身的基础建设，加大设备更新和技术更新的力度。 一方面引进国外先进的设备和技术，另一方面努力提高自身的设计制造能力， t 程硕十论文 努力搞好技术创新，优化产品结构。同时积极建立品牌优势，严格质量管理， 以提高市场竞争能力。 1 3 中国第二重型机械集团公司发展状况 中国第二重型机械集团公司是中国最大的重型机械制造企业和重大技术装 备鼠产化基地之一，是关系国民经济命脉和国家安全的重要骨干企业之一。经 过四十余年的建设，二重集团公司已发展成为具有科研、设计、制造、检测、 装配、运输等成台套能力的重型机械制造企业，并拥有进出口自主权。 二重集团公司装备水平先进，拥有各类生产设备6 6 0 0 余台，具有大型冶 炼、铸造、锻造、热处理、机械加工和装备及售后服务能力，可一次性冶炼 5 0 0 吨级优质钢水、浇注4 0 0 吨级优质钢锭、铸造3 0 0 吨级优质铸件、锻造2 0 0 吨级优质锻件，可以完成大型复杂结构件加工，并具备4 0 吨一1 0 0 吨各类产 品的公路、铁路、水路综合运输能力。 二重集团公司完成的代表性产品有：自行设计制造的舞阳钢厂4 2 0 0 特厚 板轧机，武钢1 6 0 0 、攀钢1 3 5 0 板坯连铸机，与德国合作、具有世界先进水平 的宝钢2 0 5 0 热连轧机、1 5 8 0 热连轧机、武钢2 2 5 0 热连轧机以及宝钢5 0 0 0 车l 机，与日本合作制造的宝钢1 5 5 0 冷轧机组，二滩电站5 5 0 m w 、李家峡4 0 0 m w 、葛洲坝1 7 5 m w 等大型水电机组和6 0 0 m w 大型火电机组铸锻件，为一 汽研制的k p l 2 5 0 0 热模锻压力机，川化2 0 万吨侔合成氨设备，江阴大桥鞍座 等。 近年来，二重集团大力进行设备更新，新技术、新工艺的研究及推广。在 不断引进国外先进技术的同时，努力提高自身的设计制造能力，以增强市场竞 争能力，并取得了较大的进步。 1 4 论文工作的背景与主要内容 1 4 1 论文工作的背景 4 工程硕士论文 轧钢机是我集团公司的主导产品之一，支承辊轴承座则是轧钢机上的关 键零件之一，也是重要零件和加工周期长、难度大、精度要求很高的零件。近 年来，随着冶金行业的复苏和快速发展，新建和改造的轧机项目增多，加上钢 材消费增多，钢产量加大，轧机支承辊轴承座的需求量增加较大，我集团公司 的支承辊轴承座的定单在2 0 0 2 年就达到2 0 0 余件，且成上升趋势。该产品有 一定的技术含量，属盈利产品，又具有较大的批量。前几年，由于轴承座的需 求量不大，质量和加工效率的问题还不十分突出，近几年来，由于支承辊轴承 座的需求量的增加，再加上用户对质量的要求越来越高，而交货期要求越来越 短，质量和加工效率的问题就显得十分突出。 目前，各重型机械制造厂在轧钢机械方面，均有不同的定单。但是，根 据各重型机械制造厂制造水平的不同，钢厂在签定合同时，将一条生产线划分 为若干个部分分别签定合同。大型的轧钢机械在国内就仅有几个重型机械制造 厂能够完成，而我集团公司的制造水平又处于领先水平，产品的制造质量也一 直为各用户所称赞，大型关键设备的定单也相对较多。从我集团公司到各制造 厂和用户所了解的情况来看，在支承辊轴承座的制造质量上，我集团公司处于 领先位置，对于一些非重型机械制造行业的制造厂，根本就无法保证制造质 量。而从产生的质量缺陷来看，主要是工件轴承孔的变形问题、两侧滑板面与 孔的对称问题以及毛坯缺陷问题。另外，我集团公司的加工效率较低，远远无 法满足目前日益增长的需求。因此，保证支承辊轴承座这种批量产品的质量并 提高加工效率，既有利于树立二重的品牌满足用户需要，又有利于集团公司效 益的增长。 通过以武钢2 2 5 0 热连轧机、上钢一厂1 7 8 0 不锈钢热连轧机及涟源1 7 5 0 热连轧机等轧机的支承辊轴承座为依托，对支承辊轴承座的加工质量及加工效 率进行了分析和研究，并结合我厂多年来加工轴承座的经验，总结了我集团公 司支承辊轴承座制造中产生变形及出现缺陷的原因，以及影响加工效率的因 素，制订了相应对策措旄，并在上述产品及其它产品的支承辊轴承座的加工中 进行运用，已取得了较好的收效。 工程硕l 论文 1 4 2 论文工作的主要内容 本论文按以下几方面进行组织阐述： ( 1 ) 第二章着重介绍支承辊轴承座的制造过程以及其主要面的功用及加 工方法； ( 2 ) 第三章着重介绍支承辊轴承座的制造质量问题分析； ( 3 ) 第四章着重介绍影响支承辊轴承座加工效率的因素； ( 4 ) 第五章着重介绍提高支承辊轴承座的加工质量和效率的措施，尤其 对干式磨削进行了重点研究： ( 5 ) 第六章对支承辊轴承座的加工工艺进行了完善。 论文先对支承辊轴承座的制造过程以及其主要面的功用及加工方法进行阐 述，再对支承辊轴承座的制造质量问题以及影响支承辊轴承座加工效率的因素 进行了详细的分析。在分析过程中分别从支承辊轴承座的毛坯质量( 铸造及 焊接质量) 及加工质量进行分析研究，并根据分析的结果进行t i 艺的优化。 论文针对毛坯质量阔题，分别从铸造和焊接两方面提出改善的措旌；针对 工件加工质量问题进行了工艺优化；针对支承辊轴承座轴承孔的变形以及修 复，专门进行了干式磨削研究，为高精度孔的加工和修复提供了新的思路和方 法；针对影响加工效率的因素进行了分析研究，并提出了改善措旅；还对支承 辊轴承座的加工工艺进行了优化完善，针对不同的情况，安排了不同的工艺。 工程硕士论文 第二章支承辊轴承座的制造过程及主要加工方法 2 1 支承辊轴承座的制造过程 长期以来，我集团公司生产的支承辊轴承座的制造过程为： 制模、造型毛坯浇注铸件清理( 毛坯热处理) 粗加工( 粗车 各内孔及端面镗床粗铣外形各面) 探伤( 进行超声波探伤和磁粉探 伤) 精整、时效焊接油腔盖板、热处理精加工( 精车各内孔及端 面镗床精铣外形各面并钻镗深孔和滑板面上的吊装孔钻床加工外形各 面上的螺纹孔及小孔) 探伤( 磁粉探伤) 。 粗加工是去除大量加工余量和不重要面的精加工，以暴露毛坯的缺陷；精 整是对缺陷的处理和进行热处理，以达到消除缺陷和降低铸造和加工所产生的 内应力；而精加工则是按照设计图纸要求将支承辊轴承座加工到符合设计要求 的形状和尺寸精度。在以前的工艺安排中，由于粗加工余量相对较大，精加工 时直接将内孔全部加工到位，再将外形各面及小孔加工到位，这种安排容易出 现零件进入装配后t h - l 变形。 2 2 支承辊轴承座主要加工面的功用及常用加工方法 由于轧制力要通过支承辊轴承座传递，支承辊轴承座作为轧机的主要件之 一，本身结构复杂，加工周期长，制造难度大。其结构见附图2 1 和附图2 2 ( 下面均以2 2 5 0 轧机支承辊轴承座为例进行说明) 。 上支承辊轴承座如附图2 1 所示，其重量9 6 7 0 5 公斤，外形尺寸为 1 8 4 0 m m x1 7 0 5 m m x 1 2 2 a r | m ，材质为z g 2 3 0 z g 5 7 0 。上支承辊轴承座主要使用面 是装动压轴承的主孑l ( b _ b 视图中巾1 1 9 嚣1 尺寸孔) 及孔两端n ( b - 书视图中 1 1 6 霹：尺寸两面) ，装配滑板的两侧面( a u a 视图中1 6 1 0 3 疋寸两面) 和将轧制力 传递给压下螺丝或液压压下装置的上顶面( a _ a 视图中9 2 0 + e1 尺寸上面) 和换 支承辊辊系所使用的下底面局部( a - a 视图中7 5 尺寸面及1 5 。斜面以及 工程硕上论义 由6 略：锥孔尺寸) ，同时还有与平衡梁接触的两侧斜面( 梆视图中8 0 。斜 面) 。其中，b _ b 视图中巾1 1 9 霹“孔为装动压油膜轴承的孔，轴承内孔与支承 辊辊颈相配合，两件轴承座与一根支承辊装配后形成一个组件；1 1 6 霹：尺寸两 面装配端盖，与轴承端面进行配合；a _ a 视图中的1 6 1 啦尺寸两面装配滑板， 轧机装配后在机架内滑动，当轧机进行轧制钢板时，由于存在冲击力，轴承座 沿轧制方向靠近于轧机机架窗口内的滑板面上。“两侧滑板面般是与主 孔对称的，并有严格的不对称度要求。若对称度控制不好，或同一根支承辊上 的两件支承辊轴承座同侧面到中心的尺寸差异较大，则会导致支承辊倾斜， 进而影响钢板的轧制质量。a _ a 视图中9 2 0 o 1 尺寸上面装配多件不同厚度的 承压垫板，其上面装配轧机压下装置，一部分轧制力通过这里进行传递，该面 与主孔中心有较严的平行度要求，若该面与主孔中心的平行度差值较大，将改 变轧制力的传递。a _ a 视图中8 0 。斜面则与支承辊平衡装置中的平衡梁进行接 触，支承辊平衡装置通过它对支承辊进行平衡。a a 视图中7 5 尺寸面及1 5 。 斜面则是换辊时，支承辊轴承座连同支承辊放置在换辊支架上的接触面， 由6 畦；锥孔用来对其进行定位。a 向视图中的巾1 0 0 孔和滑板把合面上的 方孔是吊装用孔，单件支承辊轴承座吊装时，利用中1 0 0 孔，穿入起吊销：而 支承辊轴承座与支承辊组装完成为一个组件后的吊装则采用方孔，用专用吊具 进行吊装。 支承辊轴承座主要承受轧制力和平衡力，“而轧制力是相当大的，高 达4 5 0 0 多吨，因此上支承辊轴承座总是上边壁厚较大，而下边壁厚小于上 边。也正是由于这种壁厚的不均衡，往往造成支承辊轴承座主孔精加工后出现 变形失圆，达不到图纸要求的设计精度。从其使用功用看，应控制上顶面、两 侧面、主孔等的相互位置精度和尺寸精度，这也是支承辊轴承座加工难度最 大、极不易控制的部位，需要特殊的制造技术和手段来加以控制以期达到设计 要求。 下支承辊轴承座如附图2 2 所示，其重量8 5 5 4 公斤，外形尺寸为1 6 1 d m m 1 6 7 0 m m xl ( b s m ，材质为z g 2 3 0 - 4 5 0 。下支承辊轴承座也是有装动压轴承的 主孔( b - b 视图中巾1 1 9 霹“尺寸e l ) 及两端面( b - b 视图中1 0 8 誓尺寸两面) ， 装配滑板的两侧面( a _ a 视图中 6 0 0 尺寸两面) 和传递轧制力的底部推力块装 工程硕士论文 配面( a 咄视图中9 5 0 l 。尺寸下面) 等组成，同时有换辊时使用的上部两侧台 面( m 视图中5 4 5 _ _ _ 0 1 尺寸上面) 和底部更换阶梯垫或换辊时所使用的面 ( a a 视图中3 5 尺寸上面) 。其中，主孔及两端面与两侧滑板面的功用与上 支承辊轴承座一样；而a - a 视图中5 4 5 _ _ _ 0 1 尺寸上面则是换辊时与换辊支架 接触的部分，换辊支架置于下支承辊轴承座上，4 ) 4 0 的半圆安装定位销用于 与换辊支架定位：a 吐视图中9 5 0 ：- 尺寸下面装配底部推力块，部分, l s u 力 通过这里进行传递。b 向视图中的中l o o 孑蚜口滑板把合面上的方孔的作用与上 支承辊轴承座一样，也是吊装用孔。同上支承辊轴承座一样，下支承辊轴承座 的壁厚也是n 车l s t 力的原因而呈现严重不均，上边壁厚较小，而下边壁厚大于 上边。其加工难度和控制要素与上支承辊轴承座相当。 支承辊轴承座的主孔及孔端面一般采用立车车削，两侧滑板面主要采用铣 镗床进行加工，并以孔端面作为装夹基面，按孔的两个垂直方向的母线复查找 正。铣削时通过测量两侧壁厚来控制两侧滑板面对内孔的不对称度误差，后铣 削的一面铣削前以已铣削的- - n 面打表找正，保证两侧滑板面的相互平行度要 求。 t 程硕士论文 第三章支承辊轴承座的制造质量问题分析 3 1 支承辊轴承座毛坯的铸造质量问题 3 1 1 支承辊轴承座毛坯的铸造质量 支承辊轴承座的毛坯一般采用铸造毛坯，由于受工艺装备和工艺技术水平 的限制，使支承辊轴承座的毛坯质量不稳定，加工中铸造缺陷时有发生，造成 返修。有的支承辊轴承座甚至在精加工后仍有以上缺陷出现，处理这些精加工 后仍存在的缺陷十分棘手。另一方面，毛坯加工余量较大，给机械加工带来较 大的工作量，致使加工周期延长。铸造缺陷1 明主要表现为： 气孔：在铸件内部、表面或接近于表面处有大小不等的光滑孔眼。 砂眼：在铸件内部或表面有充塞着型砂的孔眼。 夹渣：在铸件内部或表面有金属夹杂或包含型砂或熔渣。 裂纹：在铸件上有穿透或不穿透的裂纹，开裂处金属表皮多数已氧化。 缺肉：铸件局部位置缺肉。 表面凹凸不平，且氧化皮较多。 材质不均匀：铸件局部过硬，使铸件难以加工。 毛坯余量较大，且铸件上有不规则的凸起部分，表面层硬度较高。 ( 豇粘砂：在铸件表面上全部或部分覆盖着金属( 或金属氧化物) 与砂( 或涂 料) 的混合物( 或化合物) ，或一层烧结的型砂，致使铸件表面粗糙，且表面 硬度较高。 t 程硕士论文 3 1 2 产生铸造质量的原因及影响因素 影响铸造质量的因素较多，原材料的质量、型砂的质量、铸造工艺的优 劣、每一道工序的操作技能和技术管理水平的高低等，都会影响铸件的质量， 使铸件产生各种各样的铸造缺陷。1 们 气孔是由外面进入金属液的气体，或金属液本身析出的气体在其中形成了 气泡而留在铸件内形成的。按照气孔中气体形成的原因，气孔可以分为三类。 一是因铸型原因形成的“侵入性气孔”，主要是由于砂型表层聚集的气体侵入 金属液而形成的，气体来源于造型材料中的水分、粘接剂和各种附加物等。二 是因金属液内含有气体形成的“析出性气孔”，它主要是由于金属本身原因造 成的，若在熔炼过程中使合金过分氧化和溶解过多气体，就容易使铸件产生析 出性气孔。三是因金属液与铸型互相间的化学作用形成的“反应性气孔”，它 与钢水的质量和铸型的工艺措施( 如型砂的水分及透气性等) 等因素有关。 砂眼和夹砂等缺陷主要是由于型砂的抗夹砂能力太低而造成。 裂纹是铸件中常见的铸造缺陷，含碳量越高的碳钢或合金钢铸件，产生裂 纹的可胄性越大。铸件从凝固末期直冷至室温的整个冷却过程中。因受到机械 应力、热应力或相交应力的影响，都有可能产生裂纹。另外，在对铸件进行气 割冒口和精整外形时，若操作不当，也容易产生裂纹。 铸件表面凹凸不平、毛坯余量较大，有不规则的凸起等主要与型砂和铸型 等因素有关。 材质不均匀主要与钢水的质量有关。另外，若热处理操作不当，将导致工 件局部存在铸态的粗大晶粒，“”也将导致材质不均。 工程硕士论文 粘砂有三类。一是热粘砂，它是由造型材料本身在高温下发生烧结或局部 熔化，冷却后结成强度较大的团块。二是机械粘砂，它是金属液渗入砂粒之间 的空隙，将砂粒固定在铸件表面所造成的粘砂。三是化学粘砂，当金属液浇入 铸型后，表面生成的氧化物( 主要由氧化铁组成) 与型砂形成铁硅酸盐，硅酸 盐的熔点低，在铸件凝固后仍能形成，并渗入砂型孔隙，形成粘砂。铸件产生 气孔、夹砂、以及铸件表面凹凸不平、毛坯余量较大，有不规则的凸起等缺 陷，都与型砂有着关联。目前，我集团公司主要的铸造用砂是c 0 2 “七0 ”砂 也有少量的铬矿砂、c 0 2 石英砂。“” c 0 2 “七o “砂的主要成份是c a 0 ，这种造型材料的强度较好，生产中脱 模方便，使用这种材料铸件不易化学粘砂，但这种造型材料表面致密性差，表 面粉化( 石灰化) 强，这主要体现在该种型砂在铸件的钢水进入砂型后要发生化 学反应，在铸件的凝固过程中产生大量的气体使砂型的强度较低，这就使在生 产铸件时容易造成铸件肥头大耳，特别是加工面上造成不规则的形状，表面质 量很差，且硬度不一，同时工艺上使用这种砂会加大工艺增量，这些会给加工 带来极大的不便。 c 0 2 石英砂也是铸造生产中常用的一种造型砂，其主是成份是s i 0 2 ，工人 长期在这种砂种下作业，易得职业病即矽肺病。这种砂的优点是强度好，表面 致密，涂料的涂挂性好，缺点是这种砂退让性差，铸件易爵收缩受阻产生裂 纹，另一方面，由于这种材料易在铸件表面发生化学反应( 特别是与不锈 钢) ，造成铸件化学粘砂，这会给铸件的清理和加工带来极大的困难。粘砂的 表面硬度大，易打刀，使得在加工中刀具磨损和消耗较大，这无形地增加了成 本和加工难度。所以一般工艺上为保证铸件质量，把加工量就增加( 这主要是 怕打磨缺肉) ，这从另方面增大了加工的余量。 树脂砂是目前大量推广使用的一种造型砂，其优点是铸件表面质量好，铸 件尺寸准确，加工余量少，“这给铸件的清砂与加工带来很大的好处，可以 节省工期，提高加工的效率，降低加工的成本。目前，我集团公司的“2 9 9 5 ” 工程就是用树脂砂替换0 9 2 “七0 ”砂以及c 0 2 石英砂。现在，集团公司各种 工程硕上论文 产品的定货量增大，生产量加大，任务重，但目前仍然在采用“七o ”砂与铬 矿砂相配合的造型工艺方式。这种方式生产的铸件质量问题( 气孔、砂眼、夹 渣、裂纹、变形、缺肉等方面) 相对较多，进而导致所花费的人力、物力以及 时间大为增加，使得零件在生产中从生产技术准备开始到产品出产过程变得更 长，对零件的加工质量和加工效率影响也较大。如果在这方面采用树脂砂造型 就可得到表面质量好，尺寸比较准确的铸件，这样铸件的加工量少，对于后序 的生产如机加的划线、加工就比较方便，在热处理环节铸件变形量也比较小， 这样热处理后的铸件对机加的影响也比较小了，同时由铸件表面质量较好，铸 件的清理也快，可以较大程度的节省工期，提高生产效率。但是，由于树脂在 浇注时要燃烧，瞬问产生大量的气体，容易产生气孔，所以树脂砂的工艺方式 与其它砂种不一样，主要是在技术准备方面要考虑到用浇注系统进行排气，以 减少气孔的产生。 3 2 油腔盖板的焊接质量问题 3 2 1 油腔盖板的焊接质量 我公司对于支承辊轴承座的油腔部份采用在支承辊轴承座油腔加工成形后 用焊接方法将油腔盖板与支承辊轴承座本体焊接在一起。这种结构往往造成加 工后将原焊缝处的焊肉加工掉，出现漏缝现象。这在支承辊轴承座上是不允许 的。另外，在焊接过程中，因各种因素也经常出现焊缝处有焊接裂纹和气孔、 夹渣等缺陷，盖板产生较大变形的现象也时有发生。 3 2 2 产生焊接质量的原因及影响因素 支承辊轴承座的油腔盖板焊缝处产生漏缝现象有几方面的因素，而影响最 工程硕 论文 大的因素则是设计结构不够合理。从现在已经加工完的支承辊轴承座来看，其 焊接的油腔盖板上的焊接坡口深度较浅，而支承辊轴承座本体上则没有焊接坡 口。支承辊轴承座在完成油腔盖板的焊接后，还要进行消应、喷丸等工作，加 上在未转焊接工序进行焊接油腔盖板前，支承辊轴承座本体已经进行了糟整和 时效工作。造成支承辊轴承座本身发生了一定程度的变形。焊接完成进入精加 工时，必须重新划线，均分各加工面的加工余量，焊缝部位的加工余量并不是 都非常均匀，个别部位将产生多加工去除余量，进而导致个别位置焊缝漏缝。 另一方面，靠内侧的位置由于个别部位无法进行焊接操作，设计时不设计焊 缝。焊接时，若盖板与轴承座本体贴合不好，焊接中盖板发生变形等，将导致 靠内侧贴合处出现较大的缝隙。 在支承辊轴承座的油腔盖板焊缝处产生裂纹的原因主要是存在较大的焊接 拉应力造成的。”另外，焊接温度没有控制好，也是产生裂纹的原因之 一。如果焊接前预热未达到要求温度，或者焊接完成后，在保温和冷却过程 中未控制好，当环境温度较低时，温差较大，工件急速冷却导致工件产生裂 纹。 在支承辊轴承座的油腔盖板焊缝处，气孔、夹渣等缺陷的产生在较大程度 上是由于焊条的选择和操作不当而引起的。 3 3 加工中的质量问题 3 3 1 支承辊轴承座的加工质量 支承辊轴承座加工后常出现变形，到目前为止，我公司制造的支承辊轴承 座数量不少，但是精j m l 2 后，支承辊轴承座往往都有不同程度的变形，主要 集中在要求比较高的轴承内孑l 和两侧滑板面上，表现为： 内孔变形失圆，造成圆度误差和圆柱度误差超差； 内孔尺寸发生变化，减小或增大： d 工程硕士论文 两侧滑板面不平行，且与内孔中心线不平行； 两侧滑板面对内孔不对称，造成对称度超差； 油腔盖板处止口失圆，尺寸公差超差； 支承辊轴承座主孔两端面上的把合孔及两侧滑板面上的把合孔常出现位置 差的现象，致使相关件无法正确装配到位。 3 3 2 产生加工质量的原因及影响因素 轴承座糖鸯l 工嚣产生变形，其影嚷因索是多方嚣黪，穗是比较复杂鲍，主 要体现在以下几个方面： ( 1 ) 狂热工瑟时效不彻底，巍匣努释簸不充分，仍有不胃忽褪豹内应力存 在。糙加工去掉一层之艨，应力又重薪分布是导数糟加工后产生变形的重要原 因。 ( 2 ) 铸造缺麓( 气孑氐砂眼、失建、裂纹) 在穗嘉l 工之簸暴露不镄瘫，照耀 不彻底。精加工后仍有不得不处理的上述缺陷存在，一虽补焊将影响已精加工 完的痰筏和两镤! | 潴扳把台两的黟使精度。尤其是淹孔静缺陷处理，将对瘫孔豹 精度产生较大的影响。 ( 3 ) 由于支承辊轴承庶的油胶盖板焊接后热处理消应进行得不好，存在较 大救内疲力，譬致燕工爱变形，茏其是濑腔盖教鲶熬壹霹失墓。 由予支承辊轴承座油腔盖板处的焊接工作量较小，从以前的焊接工艺来 看，许多支承辊辅承座猩完成焊接工作蔷，只进行局部消应。当弹后燕处瑷不 鬼分时，其残余应力较大，对加王后工l 牛灼精度影响较大。 ( 4 ) 精加工阶段各加工要素的加工工麓顺序不合理，对主要加工要素处理 t 程顿十论文 不当，导致非最终加工要素在最终加工要素完成加工后产生变形。 以前，我集团公司在对支承辊轴承座的精加工工艺的安排上，一直存在着 两种不同的思路。一是先加工支承辊轴承座两侧的滑板把合面，再加工装配动 压油膜轴承的内孔；另一种思路则是先加工装配动压油膜轴承的内孔，再加工 两侧的滑板把合面。前一种思路有利于保证内孔的精度，但相对较难控制两侧 滑板面对内孔的对称度要求；后种思路有利于控制两侧滑板面对内孔的对称 度要求，但是内孔容易变形，影响内孔的加工精度。另外，像内孔中的油槽等 部位，其要求不高，但加工余量较大，安排在精加工时来完成，因加工后的应 力重新分布等因素，往往导致工件产生变形。如何安排精力b 工阶段的加工顺 序，将对工件的加工质量产生较大的影响。 对于一些轧枫产品( 如平整机等) ，其支承辊轴承座的精度要求更高。 以邯钢1 6 8 0 平整机为例，其支承辊轴承座的轴承孔要求中8 4 4 5 5 ( 怒) ，表 面粗糙度为p , a 0 8 ，轴承孔的圆柱度要求为0 m ，轴承孔中心与端面垂直度 为0 0 3 m m ，轴承孔端面的表面粗糙度为r a l 6 ：两侧滑板面间尺寸要求为 1 3 9 9 3 0 o - n i l l ，两滑板面的平行度要求为0 o 胁n 两滑板面对轴承孔中心的对 称度要求为0 0 3 m m 。对于精度要求如此高的支承辊轴承，合理的安排其加工 表面的加工顺序就显得非常重要。 ( 5 ) 粗加工之后留量较大。因为机床精度和操作者在精加工时责任【) 不够 及粗加工之后要进行人工时效等综合因素，决定留量较大。半精加工和精加工 后，去除余量越多内应力重新分布的趋势就越严重，这也是导致变形的因素之 一。 ( 6 ) 半精加工内孔后的精加工各工序装夹压紧方式不当也将导致工件产生 变形。尤其