论文部分内容阅读
【摘 要】本文针对热带卷取机主要零件的加工难点，以及装配过程中的关键及精度控制等问题，展开了讨论、总结，阐明了问题的解决办法。
【关键词】热带卷取机；扇形件；芯轴体；涨杆；拉伸件；压体
热带卷取机是热轧带钢生产线关键设备，其技术含量较高，主要特点是：钢卷单重大；卷出的钢卷紧密而整齐；钢卷咬入和卷取速度高；卷取的带钢宽度和厚度范围广；热带钢卷取时是两台卷取机交替工作，生产效率高。热带卷取机零件（卷取机机架、弧形档板、助卷辊、卷筒）的加工及产品的装配难度大，技术要求高，而卷筒的加工及装配是关键的关键。热带卷取机的形式较多，这里主要讨论连杆胀缩式卷筒，基本原理是涨杆通过连杆带动扇形板实现涨缩，涨缩由涨缩液压缸实现，检测为行程传感器，可实现二次涨缩。
为了保证该产品装配及使用，特针对卷筒中的主要零件关键部位的加工工艺进行了改进。下面介绍主要零件的艺流程、精度控制：
一、主要零件的加工改进及难点控制：
1、扇形件：
a： 由于热卷取在使用中受热涨大，因此各配合处的间隙设计的比较大，按照传统的加工方法难以满足加工及组装精度，因此我们改变了以往与芯轴体、涨杆、拉伸件等组装后加工扇形板外圆的习惯，根据此扇形板的结构特点，用工装芯轴将各扇形板把合，在数控车床上精车后用砂带抛磨。如图1所示。
b： 控制拉伸件定位孔距底面及左端面的距离，以防装配时干涉。
c： 扇形板尖角部位严格案图纸要求打磨圆角R5，防止使用中热裂纹的产生并在外圆、内面、端面及孔边沿虽无倒圆要求的地方，均打磨圆角R3。
图1扇形件组圆加工
2、涨杆：
a： 该件18°斜面、各斜面的距离精度、四个方向的垂直精度是整个卷筒的关键，必须严格控制。该件受结构所限，与斜面相邻的斜面定位面太小，无法用样板控制斜面位置，因而只有通过左端面及最外端外圆作为定位基准，并控制该外圆的尺寸公差在0～0.1以内，以便用样板来控制斜面。
b：该件中的润滑油孔很关键，其正确性影响着整个产品的正常使用。润滑油孔属于较深的小孔（Φ8×1800等），用一般钻头加工极易打钻头，断后又难取出。为了保证加工，减少后顾之忧，我们采用了专用的深孔钻头（哈曼钻头）来加工这些孔，哈曼钻头的加工特点是排屑通畅，减少了普通钻头来回倒屑的困扰，为加工节省了时间，提高了加工效益。
3、芯轴体：
a： 该件中Φ105H7孔为装压体孔，其位置精度直接影响压体与扇形板的接触，间接影响扇形板的涨缩位置。将该件的位置精度均由原图中的±0.1控制为±0.05 ，并控制其四个方向的垂直精度在0.03之内。
b： 该件轴向内孔精度要求高，且较深，加工难度大，为此粗、精加工时特将径向各孔、槽均控制深度，不与轴向孔相通，以便加工内孔时，采用浮动镗来保证轴向内孔精度。待轴向孔精加工完成，再进行各径向孔、槽的精加工。
c：左端部开口槽的加工，极易造成喇叭口现象，故在该端轴向加长，粗加工时不予铣通，待槽精加工完成后，将加长部分去掉，以保证槽的精度。
4、拉伸件：
a： 该件中长孔和孔的中心距尺寸是保证装配无干涉的关键尺寸，要求严格控制。
b：该件为淬火件，硬度要求高（HRC50～55），淬火后，外形加工尚且困难且内孔及长孔较小，采用硬质合金棒铣刀加工，切削困难，效率太低，成为一大难点。考虑到此，对原工艺进行了优化。考虑到外形对工件的使用影响不大，且精度不高，将厚度淬火前留量，外形加工成，并粗加工孔及长孔，然后淬火处理。淬火后将厚度磨削加工成，内孔及长孔线切割成，大大节省了加工工时，提高了经济效益。
5、压体：
该件应该八件高度尺寸一致，允差0.05，鉴于此件结构特殊，必须作辅助卡具以保证各件高度尺寸一致。采用斜胎装卡，使斜面处于水平位置，并借用V型铁辅助定位，测量斜面的高度一致即可，见图2所示。
图2 压体的等高控制
二、卷筒装配过程的关键及精度控制：
1. 研磨压体与涨杆斜面，保证接触率80%以上。
2. 六角销与套拧到位后，应松开0.5mm 后再进行焊接，以防止扇形板热涨使螺栓被拉断。另外，8.8级M24内六角螺钉必须用力矩扳手进行预紧，预紧力矩500Nm。
3. 配升降限位圈厚度尺寸，实测盖左端面与易磨损板之间的距离，并记录，以便配升降限位圈时换算。
4. 装扇形板之前，用压缩空气检测水冷系统。
5. 组装前，清理涨杆、芯轴体各油孔、用压缩空气检测油路的正确畅通，装上压注油杯，用干油泵向注油孔打干油，检测各润滑孔是否均能出油。组装后，由注油孔打干油，各润滑点均能出油方可。
6. 卷筒装配完成后，扇形板应涨缩自如，无卡阻现象发生，观察行程范围内油缸的动作压力变动情况，不得有大的波动，并记录最小动作压力，检测卷轴的最大、最小直径。
综上所述，该卷筒的加工难点在于：卷筒零部件的加工通过采用合理的加工工序、中间热处理工序和先进的刀具解决了热卷筒主要零件的热硬性问题及加工变形问题。总的工艺及加工方案宗旨在于以下几点：
1、根据图纸及要求制订合理的工艺过程、各加工部位加工时的先后顺序。
2、主要零件的半精加工、精加工都安排在数控镗、铣床上加工，数控镗、铣床良好的加工精度能够很好的满足各个零件所要求达到的尺寸公差及形位公差。
3、考虑到热轧卷取机主要零件的材质的耐热性能及加工时的热硬性，我们采用先进的刀具，保证切削顺畅，提高表面粗糙度要求，满足图纸要求的精度。
4、各扇形板组装后可安排数控车床精车外圆并抛光达要求，或者安排车床半精车、磨床精磨扇形板外圆。
5、由于卷筒为热卷筒，各主要受力件的尖棱在使用过程中容易出现应力集中，导致零件使用一段时间后出现裂纹现象，从而降低其寿命；因此，我们非常重视扇形板、主轴、芯轴等零件各受力部位过渡圆角的粗糙度及尖角倒钝、倒圆问题；为此，制订专门的工艺规范对此进行处理，提高外观质量，并延长卷取机的使用寿命。
总之，通过上述方法控制加工的热卷取卷筒，最终装配试车一次合格，达到尺寸精度及设计要求，得到用户的称赞。
【关键词】热带卷取机；扇形件；芯轴体；涨杆；拉伸件；压体
热带卷取机是热轧带钢生产线关键设备，其技术含量较高，主要特点是：钢卷单重大；卷出的钢卷紧密而整齐；钢卷咬入和卷取速度高；卷取的带钢宽度和厚度范围广；热带钢卷取时是两台卷取机交替工作，生产效率高。热带卷取机零件（卷取机机架、弧形档板、助卷辊、卷筒）的加工及产品的装配难度大，技术要求高，而卷筒的加工及装配是关键的关键。热带卷取机的形式较多，这里主要讨论连杆胀缩式卷筒，基本原理是涨杆通过连杆带动扇形板实现涨缩，涨缩由涨缩液压缸实现，检测为行程传感器，可实现二次涨缩。
为了保证该产品装配及使用，特针对卷筒中的主要零件关键部位的加工工艺进行了改进。下面介绍主要零件的艺流程、精度控制：
一、主要零件的加工改进及难点控制：
1、扇形件：
a： 由于热卷取在使用中受热涨大，因此各配合处的间隙设计的比较大，按照传统的加工方法难以满足加工及组装精度，因此我们改变了以往与芯轴体、涨杆、拉伸件等组装后加工扇形板外圆的习惯，根据此扇形板的结构特点，用工装芯轴将各扇形板把合，在数控车床上精车后用砂带抛磨。如图1所示。
b： 控制拉伸件定位孔距底面及左端面的距离，以防装配时干涉。
c： 扇形板尖角部位严格案图纸要求打磨圆角R5，防止使用中热裂纹的产生并在外圆、内面、端面及孔边沿虽无倒圆要求的地方，均打磨圆角R3。
图1扇形件组圆加工
2、涨杆：
a： 该件18°斜面、各斜面的距离精度、四个方向的垂直精度是整个卷筒的关键，必须严格控制。该件受结构所限，与斜面相邻的斜面定位面太小，无法用样板控制斜面位置，因而只有通过左端面及最外端外圆作为定位基准，并控制该外圆的尺寸公差在0～0.1以内，以便用样板来控制斜面。
b：该件中的润滑油孔很关键，其正确性影响着整个产品的正常使用。润滑油孔属于较深的小孔（Φ8×1800等），用一般钻头加工极易打钻头，断后又难取出。为了保证加工，减少后顾之忧，我们采用了专用的深孔钻头（哈曼钻头）来加工这些孔，哈曼钻头的加工特点是排屑通畅，减少了普通钻头来回倒屑的困扰，为加工节省了时间，提高了加工效益。
3、芯轴体：
a： 该件中Φ105H7孔为装压体孔，其位置精度直接影响压体与扇形板的接触，间接影响扇形板的涨缩位置。将该件的位置精度均由原图中的±0.1控制为±0.05 ，并控制其四个方向的垂直精度在0.03之内。
b： 该件轴向内孔精度要求高，且较深，加工难度大，为此粗、精加工时特将径向各孔、槽均控制深度，不与轴向孔相通，以便加工内孔时，采用浮动镗来保证轴向内孔精度。待轴向孔精加工完成，再进行各径向孔、槽的精加工。
c：左端部开口槽的加工，极易造成喇叭口现象，故在该端轴向加长，粗加工时不予铣通，待槽精加工完成后，将加长部分去掉，以保证槽的精度。
4、拉伸件：
a： 该件中长孔和孔的中心距尺寸是保证装配无干涉的关键尺寸，要求严格控制。
b：该件为淬火件，硬度要求高（HRC50～55），淬火后，外形加工尚且困难且内孔及长孔较小，采用硬质合金棒铣刀加工，切削困难，效率太低，成为一大难点。考虑到此，对原工艺进行了优化。考虑到外形对工件的使用影响不大，且精度不高，将厚度淬火前留量，外形加工成，并粗加工孔及长孔，然后淬火处理。淬火后将厚度磨削加工成，内孔及长孔线切割成，大大节省了加工工时，提高了经济效益。
5、压体：
该件应该八件高度尺寸一致，允差0.05，鉴于此件结构特殊，必须作辅助卡具以保证各件高度尺寸一致。采用斜胎装卡，使斜面处于水平位置，并借用V型铁辅助定位，测量斜面的高度一致即可，见图2所示。
图2 压体的等高控制
二、卷筒装配过程的关键及精度控制：
1. 研磨压体与涨杆斜面，保证接触率80%以上。
2. 六角销与套拧到位后，应松开0.5mm 后再进行焊接，以防止扇形板热涨使螺栓被拉断。另外，8.8级M24内六角螺钉必须用力矩扳手进行预紧，预紧力矩500Nm。
3. 配升降限位圈厚度尺寸，实测盖左端面与易磨损板之间的距离，并记录，以便配升降限位圈时换算。
4. 装扇形板之前，用压缩空气检测水冷系统。
5. 组装前，清理涨杆、芯轴体各油孔、用压缩空气检测油路的正确畅通，装上压注油杯，用干油泵向注油孔打干油，检测各润滑孔是否均能出油。组装后，由注油孔打干油，各润滑点均能出油方可。
6. 卷筒装配完成后，扇形板应涨缩自如，无卡阻现象发生，观察行程范围内油缸的动作压力变动情况，不得有大的波动，并记录最小动作压力，检测卷轴的最大、最小直径。
综上所述，该卷筒的加工难点在于：卷筒零部件的加工通过采用合理的加工工序、中间热处理工序和先进的刀具解决了热卷筒主要零件的热硬性问题及加工变形问题。总的工艺及加工方案宗旨在于以下几点：
1、根据图纸及要求制订合理的工艺过程、各加工部位加工时的先后顺序。
2、主要零件的半精加工、精加工都安排在数控镗、铣床上加工，数控镗、铣床良好的加工精度能够很好的满足各个零件所要求达到的尺寸公差及形位公差。
3、考虑到热轧卷取机主要零件的材质的耐热性能及加工时的热硬性，我们采用先进的刀具，保证切削顺畅，提高表面粗糙度要求，满足图纸要求的精度。
4、各扇形板组装后可安排数控车床精车外圆并抛光达要求，或者安排车床半精车、磨床精磨扇形板外圆。
5、由于卷筒为热卷筒，各主要受力件的尖棱在使用过程中容易出现应力集中，导致零件使用一段时间后出现裂纹现象，从而降低其寿命；因此，我们非常重视扇形板、主轴、芯轴等零件各受力部位过渡圆角的粗糙度及尖角倒钝、倒圆问题；为此，制订专门的工艺规范对此进行处理，提高外观质量，并延长卷取机的使用寿命。
总之，通过上述方法控制加工的热卷取卷筒，最终装配试车一次合格，达到尺寸精度及设计要求，得到用户的称赞。