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摘要：1780mm热连轧生产线投产至今，精轧机组F1—F7工作辊操作侧轴承座在机运行中频繁发生轴套凸台断裂损坏现象，引起一系列相关部件损坏以及产品质量问题，在一定程度上对生产、经济效益造成损失，针对此类问题，对轴套凸台断裂引发的事故进行研究，主要从原理、作用、设计方面展开分析，并采取多种措施加以解决，取得良好的效果。
关键词： 轴套凸台圆角 应力集中
中图分类号：TG529文献标识码： A
轴套为精轧工作辊轴承装配中轴向锁紧件之一，主要用来固定止推轴承起到轴向定位作用。其上凸台与轴套为一体（如图1）。凸台与止推轴承内圈凹槽相配合传递转矩给止推轴承，达到轴套、止推轴承同步转动，从而提高轴套、轴承轧辊及相关部件的使用寿命。轴套另一端带有螺纹线，通过与锁紧螺母的配合旋转靠紧和分离卡紧环的方式拆装轧辊轴承座。
轴套凸台几何参数：长：32mm厚度：15mm 高:10mm
图1精轧工作辊轴承座装配图
前言：1780从2007年12月投产至今，在生产过程中由于止推轴套凸键损坏造成的精轧工作辊轴承座止推轴承轻微研磨、严重损坏、烧损现象频繁发生，严重影响了生产的正常进行.大量更换轴套和止推轴承加大了成本的消耗、增加了工人的劳动强度、降低了劳动生产率。
拆箱检查后的损坏现象：
1.根据发现时间的长短，轴套凸台也有不同的断裂损坏形式，如：断裂变形、凸台研磨消失以及卡在轴承内外圈之间等现象。
2.止推轴承保持架有挤压痕迹，并且有划伤现象。
3.检查止推轴承滚动体与保持架之间有带状、粒状金属屑、外圈滚道有不同程度的剥落，滚动体表面出现掉肉现象
4.轴承与轴套接触端都有不同程度的研磨。
5.镶在轧辊上的挡圈也有不同程度的研磨现象
6.部分轴承在机烧研。
原因分析：
1.止推轴承内圈凹槽和凸台均为长方体形状，凹槽与凸台相配合拐角处也均为90度夹角，因此轴承内圈凹槽上端拐角部位与轴套凸台根部连接配合处形成剪切。应力集中在凸台根部拐角处，轧机停车的惯力或者启动时的冲击导致凸台根部出现疲劳裂纹，累计冲击次数增加以及轧机的震动，裂纹延伸导致断裂损坏。
2.硬度测试部分未使用的轴套凸台和断裂损坏的轴套凸台。发现各部位硬度不均，平局硬度达不到要求。因此，热处理不当导致轴套机械性能降低，抵抗不了电机启动转车和停车时对凸台带来的冲击，致使凸台变形或断裂。
3.凸台断裂后金属碎削进入止推轴承内部，继续随止推轴承转动，使保持架、滚动体、轴承内、外圈相对运转及自转受阻，轴承失效加快，严重的可使轴承在机烧研。
4.凸台断裂后不能传递转矩导致轴套与轴承内圈相对转动出现研磨现象，研磨后轴承箱轴向尺寸变化，使止推轴承内圈与挡圈相对运动出现研磨现象。挡圈研磨，导致轴承前端盖烧研。
5.由于精轧工作辊一般都是带箱磨辊，除轧辊使用已经到达极限或者轴承检修周期时才从轧辊上拆卸下来，所以一部分轴套上的凸台已经发生早期损坏没有及时发现，导致进一步损坏后发生轴承烧箱这样严重的生产事故。轴承内外圈抱死，轧辊在承载过程中旋转直接与轴承内套研磨出现辊脖划伤现象。
6.装配轧辊时由于锁紧不到位，轴套与止推轴承内圈结合不紧预留出一定间隙，导致轴套凸台与止推轴承内圈凹槽脱离，继续随轧辊转动也会出现上述事故，基于事故在不同架次频繁发生，因此装配不是主要因素。
综上原因分析：1.轴套机械性能和结构设计是凸台断裂的主要因素。 2.点检与装配是次要因素。因此有必要对轴套进行技术改进。
改进措施：
第一：尺寸方面改造： 设计原因导致给定的参数不能满足轴承正常运转，因此依据国产轴承与进口轴承凹槽的尺寸大小综合考虑后将轴套凸台厚度由原来的15mm改为19mm，增大凸台与止推轴承内圈上的凹槽的接触面积.
第二： 材质方面改造：按图纸要求设计的轴套，是由45号钢锻制加工而成，热处理不完善达不到所需要的机械性能，不適合继续生产使用，为提高生产运行的保险系数，将轴套材质直接改用42crmo合金钢代替45号钢，42crmo属于高强度钢，具有高的强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。
第三：机构方面改造：由于轴套凸台为长方体，其根部与轴套端面呈90度夹角，设计时无过渡圆角，在运转过程中，在凸台与止推轴承凹槽部位配合连接处，止推轴承凹槽顶部对凸台根部出现应力集中现象，尤其是在启动和停车时，启动时的冲击力和停车时的惯性力使凸台根部疲劳加速，导致出现裂纹和变形，随着裂纹的延伸，变形量的加大，凸台断裂或者延转动方向变形加速接触面磨损，出现一系列相关事故.因此，应在原有设计基础上，将凸台根部与轴套端面的90度角处改为R3过渡圆角,相应止推轴承内圈凹槽顶部也有90度角改为R3过渡角，接触面的增大使集中的应力分散，将最大限度避免轴套凸台损坏。
第四：对于凸台损坏但轴套端面完好的轴套的利用，由于轴套凸台与轴套及轴套上的外螺纹都是一体的，除轴套凸台机械性能不能满足轴承的正常使用外，其他部位都合乎设计标准，因此，可将此类轴套改为：轴套与轴套凸台分体结构，在轴套原凸台断裂损坏位置加工深14mm，宽33mm的凹槽，用42crmo材质制作厚度19mm，高度24mm，宽度32mm的合金键块，将键块镶嵌并焊接固定在轴套的凹槽中，与原设计的轴套外形尺寸除了凸台厚度外都保持一致。在提高其机械性能的情况下，大大降低了生产的成本和生产事故，并增加了选择凸台键块的材质和热处理工艺的机动性、灵活性。同时废旧的轴套也可以重新修复利用.
第五：加强点检工作：注润滑脂过程中，如发现反出黑油或者注不进去时，应立刻进行拆箱检查，以便及时发现和处理。拆装轧辊前后必须仔细检查轧辊及轴承座相关部位是否正常，最大限度降低事故的发生。
改进后效果：
1.降低了由于凸台断裂导致的一系列生产事故的发生，提高了劳动生产率，保证了生产的正常运行。
2.减少了轴套本身以及相关备件材料的成本消耗。
3.已损坏轴套的修复再利用也可节约大量的成本消耗。
参考文献：
[1] 方农、曹根生，热轧窄带钢四辊轧机工作辊轴向窜动的原因及解决办法，安徽冶金科技学院学报，2004年10月第14卷第4期P28。
[2] 王善田、葛勇，四辊工作辊轴承异常损坏原因分析及对策，山东冶金，2005年2月第27卷第1期。
[3] 高永生，邹家祥，四辊轧机辊系轴向力实验，北京科技大学学报，1995年2月第17卷第1期。
[4] 张超英，吴晚云，热连轧机组工作辊轴承严重烧损的故障诊断研究，冶金设备，2001年6月第3期。
关键词： 轴套凸台圆角 应力集中
中图分类号：TG529文献标识码： A
轴套为精轧工作辊轴承装配中轴向锁紧件之一，主要用来固定止推轴承起到轴向定位作用。其上凸台与轴套为一体（如图1）。凸台与止推轴承内圈凹槽相配合传递转矩给止推轴承，达到轴套、止推轴承同步转动，从而提高轴套、轴承轧辊及相关部件的使用寿命。轴套另一端带有螺纹线，通过与锁紧螺母的配合旋转靠紧和分离卡紧环的方式拆装轧辊轴承座。
轴套凸台几何参数：长：32mm厚度：15mm 高:10mm
图1精轧工作辊轴承座装配图
前言：1780从2007年12月投产至今，在生产过程中由于止推轴套凸键损坏造成的精轧工作辊轴承座止推轴承轻微研磨、严重损坏、烧损现象频繁发生，严重影响了生产的正常进行.大量更换轴套和止推轴承加大了成本的消耗、增加了工人的劳动强度、降低了劳动生产率。
拆箱检查后的损坏现象：
1.根据发现时间的长短，轴套凸台也有不同的断裂损坏形式，如：断裂变形、凸台研磨消失以及卡在轴承内外圈之间等现象。
2.止推轴承保持架有挤压痕迹，并且有划伤现象。
3.检查止推轴承滚动体与保持架之间有带状、粒状金属屑、外圈滚道有不同程度的剥落，滚动体表面出现掉肉现象
4.轴承与轴套接触端都有不同程度的研磨。
5.镶在轧辊上的挡圈也有不同程度的研磨现象
6.部分轴承在机烧研。
原因分析：
1.止推轴承内圈凹槽和凸台均为长方体形状，凹槽与凸台相配合拐角处也均为90度夹角，因此轴承内圈凹槽上端拐角部位与轴套凸台根部连接配合处形成剪切。应力集中在凸台根部拐角处，轧机停车的惯力或者启动时的冲击导致凸台根部出现疲劳裂纹，累计冲击次数增加以及轧机的震动，裂纹延伸导致断裂损坏。
2.硬度测试部分未使用的轴套凸台和断裂损坏的轴套凸台。发现各部位硬度不均，平局硬度达不到要求。因此，热处理不当导致轴套机械性能降低，抵抗不了电机启动转车和停车时对凸台带来的冲击，致使凸台变形或断裂。
3.凸台断裂后金属碎削进入止推轴承内部，继续随止推轴承转动，使保持架、滚动体、轴承内、外圈相对运转及自转受阻，轴承失效加快，严重的可使轴承在机烧研。
4.凸台断裂后不能传递转矩导致轴套与轴承内圈相对转动出现研磨现象，研磨后轴承箱轴向尺寸变化，使止推轴承内圈与挡圈相对运动出现研磨现象。挡圈研磨，导致轴承前端盖烧研。
5.由于精轧工作辊一般都是带箱磨辊，除轧辊使用已经到达极限或者轴承检修周期时才从轧辊上拆卸下来，所以一部分轴套上的凸台已经发生早期损坏没有及时发现，导致进一步损坏后发生轴承烧箱这样严重的生产事故。轴承内外圈抱死，轧辊在承载过程中旋转直接与轴承内套研磨出现辊脖划伤现象。
6.装配轧辊时由于锁紧不到位，轴套与止推轴承内圈结合不紧预留出一定间隙，导致轴套凸台与止推轴承内圈凹槽脱离，继续随轧辊转动也会出现上述事故，基于事故在不同架次频繁发生，因此装配不是主要因素。
综上原因分析：1.轴套机械性能和结构设计是凸台断裂的主要因素。 2.点检与装配是次要因素。因此有必要对轴套进行技术改进。
改进措施：
第一：尺寸方面改造： 设计原因导致给定的参数不能满足轴承正常运转，因此依据国产轴承与进口轴承凹槽的尺寸大小综合考虑后将轴套凸台厚度由原来的15mm改为19mm，增大凸台与止推轴承内圈上的凹槽的接触面积.
第二： 材质方面改造：按图纸要求设计的轴套，是由45号钢锻制加工而成，热处理不完善达不到所需要的机械性能，不適合继续生产使用，为提高生产运行的保险系数，将轴套材质直接改用42crmo合金钢代替45号钢，42crmo属于高强度钢，具有高的强度和韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。
第三：机构方面改造：由于轴套凸台为长方体，其根部与轴套端面呈90度夹角，设计时无过渡圆角，在运转过程中，在凸台与止推轴承凹槽部位配合连接处，止推轴承凹槽顶部对凸台根部出现应力集中现象，尤其是在启动和停车时，启动时的冲击力和停车时的惯性力使凸台根部疲劳加速，导致出现裂纹和变形，随着裂纹的延伸，变形量的加大，凸台断裂或者延转动方向变形加速接触面磨损，出现一系列相关事故.因此，应在原有设计基础上，将凸台根部与轴套端面的90度角处改为R3过渡圆角,相应止推轴承内圈凹槽顶部也有90度角改为R3过渡角，接触面的增大使集中的应力分散，将最大限度避免轴套凸台损坏。
第四：对于凸台损坏但轴套端面完好的轴套的利用，由于轴套凸台与轴套及轴套上的外螺纹都是一体的，除轴套凸台机械性能不能满足轴承的正常使用外，其他部位都合乎设计标准，因此，可将此类轴套改为：轴套与轴套凸台分体结构，在轴套原凸台断裂损坏位置加工深14mm，宽33mm的凹槽，用42crmo材质制作厚度19mm，高度24mm，宽度32mm的合金键块，将键块镶嵌并焊接固定在轴套的凹槽中，与原设计的轴套外形尺寸除了凸台厚度外都保持一致。在提高其机械性能的情况下，大大降低了生产的成本和生产事故，并增加了选择凸台键块的材质和热处理工艺的机动性、灵活性。同时废旧的轴套也可以重新修复利用.
第五：加强点检工作：注润滑脂过程中，如发现反出黑油或者注不进去时，应立刻进行拆箱检查，以便及时发现和处理。拆装轧辊前后必须仔细检查轧辊及轴承座相关部位是否正常，最大限度降低事故的发生。
改进后效果：
1.降低了由于凸台断裂导致的一系列生产事故的发生，提高了劳动生产率，保证了生产的正常运行。
2.减少了轴套本身以及相关备件材料的成本消耗。
3.已损坏轴套的修复再利用也可节约大量的成本消耗。
参考文献：
[1] 方农、曹根生，热轧窄带钢四辊轧机工作辊轴向窜动的原因及解决办法，安徽冶金科技学院学报，2004年10月第14卷第4期P28。
[2] 王善田、葛勇，四辊工作辊轴承异常损坏原因分析及对策，山东冶金，2005年2月第27卷第1期。
[3] 高永生，邹家祥，四辊轧机辊系轴向力实验，北京科技大学学报，1995年2月第17卷第1期。
[4] 张超英，吴晚云，热连轧机组工作辊轴承严重烧损的故障诊断研究，冶金设备，2001年6月第3期。