熱裝法在立輥軋機機架裝配中的應用淺析

余振林

（上海寶冶集團有限公司，上海 200941）

熱裝法在立輥軋機機架裝配中的應用淺析

余振林

（上海寶冶集團有限公司，上海 200941）

熱裝法在機械設備安裝中的應用比較廣泛，主要用于配合較緊、壓裝不方便或容易損壞、過盈量較大零件的裝配。立輥軋機的機架按照鑄造方式主要分為整體式和分體式兩種機架，分體式機架通過鋼套環將上下兩片機架連接成一個整體。針對分體式機架的連接鋼套環熱裝法裝配進行分析，總結過盈裝配過程中根據過盈量計算加熱溫度，控制零部件的加熱過程，防止被加熱零件過熱等，確保裝配質量。

熱裝法；立輥軋機；過盈；加熱溫度；裝配

按照鑄造方式，立輥軋機的機架分為整體式和分體式兩種結構，為滿足運輸和車間內行車的起重能力，一般采用分體式結構。采用分體式結構的機架通過鋼套環將上、下兩片機架連接成一個整體。由于機架主要承受軋制力，因此機架安裝后的整體性和精度等是立輥軋機的機架安裝質量控制要點。針對工程施工實踐，通過對上、下兩片機架連接鋼套環采用熱裝法安裝進行分析，總結該方法在應用過程中的一些注意問題。

1 概述與特點

1.1 概述

（1）分體式立輥軋機機架。

根據多項工程資料顯示，1580mm熱軋生產線中的E2立輥軋機的機架一般為分體式結構，分為上、下兩片機架，一般上機架的重量約為74t，下機架的重量約為83t，總重量約為74t+83t=157t，而軋制跨的行車最大起重量為100t，因此只能將上、下兩片機架分別吊裝就位，然后現場安裝鋼套環將其連成一個整體。

上、下兩片機架從機架耳軸中分面處一分為二，耳軸的直徑為φ400mm，通過鋼套環連接，為過盈配合安裝，過盈量為0.5mm～0.6mm。連接鋼套環詳見圖1所示。

（2）熱裝法與過盈配合。

從理論上來講，對于過盈配合的零部件安裝，可以選擇壓入裝配法、低溫裝配法（或稱冷裝法）和加熱裝配法（或稱熱裝法）等幾種方法。其中，壓入裝配法是利用壓力機械（如液壓機等）產生的巨大壓力，將相互配合的軸與孔，或其它裝配件按圖紙上的裝配基準壓裝到一起的裝配方法。壓入裝配法與熱裝法、冷裝法配合使用，安裝的過盈量較大，可靠性較強。由于壓入裝配法需要專用的壓力機械和相應的胎具，現場施工受到一定的限制。冷裝法和熱裝法都是利用熱脹冷縮的原理，將過盈配合的軸或軸類零件降到一定溫度或者是將孔類零件加熱到一定溫度，從而臨時消除孔與軸的過盈量，然后迅速將軸、孔按設計要求裝配到一起的方法。

圖1 連接鋼套環

在實際操作中，熱裝法比冷裝法更易實現，所以熱裝法在生產實踐中使用較為廣泛。立輥軋機的上、下兩片機架裝配是利用鋼套環將其裝配成整體，主要是鋼套環的過盈配合安裝，因此選用熱裝法進行裝配。

1.2 主要特點

熱裝法在不同的機械設備零部件裝配過程中，根據零部件的尺寸及加熱溫度等選擇的加熱器加熱方式，因此應用熱裝法進行立輥軋機的機架進行裝配時，主要考慮以下特點。

（1）需裝配的鋼套環的尺寸較大。根據設計資料，立輥軋機上、下兩片機架需要在現場進行裝配，耳軸的直徑為φ400mm，連接的鋼套環外徑為φ800mm，厚度為200mm，鋼套環外徑和厚度的尺寸都比較大，現場裝配應該選擇合適的工藝，才能保證安裝的順利進行。

（2）設計的過盈量較大。上、下兩片機架連接用的鋼套環設計過盈量為0.5～0.6mm，過盈量比較大，需要加熱到足夠高的溫度才能消除其配合的過盈量并出現一定的間隙，才能確保按設計要求裝配到一起。

（3）加熱溫度控制要求高。應用熱裝法進行零部件裝配，需要考慮零部件加熱的溫度不足以引起零部件金相組織發生變化，否則會影響到裝配零部件的機械性能。另外對零部件進行加熱時，需要考慮到裝配零部件加熱的均勻性，保證各個方向的膨脹一致。

2 加熱溫度計算

立輥軋機上、下兩片機架的耳軸與鋼套環之間的裝配為有過盈量的配合件裝配，在裝配前應檢查包容件和被包容件的配合公差、倒角和圓角半徑等，然后根據實測的過盈量計算加熱溫度。

2.1 按行業標準計算

根據YBJ201-83《冶金機械設備安裝工程施工及驗收規范通用規定》，采用熱裝配時，被加熱件的加熱溫度應按下式計算：

式中：t——被加熱件的加熱溫度，℃；

i——平均實測過盈值，mm；

α——被加熱件材料的線膨脹系數，1/℃；

d——被加熱件的公稱直徑，mm

t0——環境溫度，℃。

本工程中設計過盈量為0.5～0.6mm，取i=0.6mm；線膨脹系數α=11×10-6/℃；被加熱件的公稱直徑d=400mm；環境溫度t0=25℃；則被加熱件的加熱溫度為：

2.2 按國家標準計算

根據GB50231-2009《機械設備安裝工程施工及驗收通用規范》，橫向過盈裝配采用溫差法時，包容件的加熱溫度按下式計算：

式中：tr——包容件的加熱溫度，℃；

Ymax——最大過盈值，mm；

Δ——最小裝配間隙，mm，按表G.0.2的規定確定；

α2——加熱線膨脹系數，10-6/℃，按表G.0.1-3的規定確定；

d3——配合直徑，mm；

t——環境溫度，℃。

本工程中設計過盈值為0.5～0.6mm，取Ymax=0.6mm； 最小裝配間隙按表1取Δ=0.123mm； 加熱線膨脹系數按表2取α2=11×10-6/℃；配合直徑d3=400mm；環境溫度t=25℃；則包容件的加熱溫度為：

表1 最小裝配間隙 mm

表2 彈性模量、泊松系數和線膨脹系數

2.3 加熱溫度的確定

按照行業標準計算得出的加熱溫度t1=298℃，按照國家標準計算得出的加熱溫度tr=190℃，t1遠大于tr。由于須加熱的零部件材質為45#鋼，加熱到298℃不會發生裝配件的金相組織發生變化。為了保證鋼套環裝配的順利和裝配質量，本工程按照t1=298℃進行加熱即可保證順利裝配。

3 加熱過程控制

為了能夠保證鋼套環能夠順利裝配，除了確定加熱溫度以外，選擇正確的加熱方式、嚴格控制加熱過程等也是非常關鍵的。

3.1 加熱方式選擇

當選定需要加熱的溫度后，根據設備情況、作業環境、工件形狀以及尺寸大小，合理選擇裝配件的加熱方法。根據采用的加熱方式的不同，常用的加熱方法主要有油槽加熱法、火焰加熱法、電加熱法等幾種。

（1）油槽加熱法。這是應用較廣的傳統加熱方法，一般是根據裝配件的尺寸臨時制作一個油槽，在油槽距底部50～70mm處設置金屬網，將裝配件置于網上，尺寸較大的裝配件要用吊車進行吊起。裝配件不宜直接放置于槽底，以防接觸槽底的部位局部受熱過高，或沉淀于槽底的污物污染裝配件。油槽加熱法應注意使用無腐蝕性、熱安定性好的礦物油，最好是變壓器油，油槽和油都要保持清潔；油槽的容量與被加熱的裝配件尺寸大小和油量保持一致，以達到理想的加熱效果。熱油的溫度一般可達300℃，此方法一般用于過盈量較小、配合要求嚴格的軸承類零部件。

（2）火焰加熱法。利用火焰直接進行加熱，實際操作中采用氧氣-乙炔焰加熱較多，加熱溫度可達350℃以上，是裝配較小零部件常用的方法。對于較大的零部件裝配，可采用多套割炬同時進行加熱，但是溫度不易掌握且加熱不均勻，會影響零部件的加熱效果。

（3）電加熱法。這是現代機械設備安裝中常用的一種加熱方法，加熱溫度可以達到1000℃或更高。一般是采用專門加熱設備，如電熱板、電爐等，將需要加熱的零部件放置在加熱設備上，接通電源開關，進行直接加熱。溫升速度可以預先設定值，加熱溫度可以通過繼電器溫控系統進行控制，以防出現被加熱零部件出現過熱的情況。該方法對溫升速度、加熱時間、加熱溫度等較為容易控制，且使用起來較為方便、安全可靠，目前在機械設備安裝零部件裝配中應用較為廣泛。

需要加熱的鋼套環外徑為φ800mm，厚度為200mm，加熱溫度為298℃，為保證加熱的均勻性且便于控制，采用電加熱法進行加熱。

3.2 加熱過程控制

零部件裝配是否順利，加熱過程的控制也是比較重要的。加熱過程的控制主要包括溫升速度、加熱時間、加熱溫度等，需要嚴格進行控制。

（1）加熱工藝流程。

為確保裝配的質量，必須制定加熱工藝流程，并嚴格執行。加熱工藝流程詳見圖2。

圖2 加熱工藝流程

（2）加熱時間估算。

加熱時間與鋼的成分、原始組織、工件的尺寸與形狀、使用的加熱設備與加熱方式等多種因素有關。因此，要確切計算加熱時間是比較復雜的。在實驗室中，加熱時間通常按工件有效厚度，用下列經驗公式估算加熱時間：

T=α·D

式中：T——加熱時間，min；

α——受熱系數，min/mm；

D——工件有效厚度，mm。

本次加熱方式采用電加熱，α一般為1.0～1.2min/mm，取其大值α=1.2min/mm；工件有效厚度D=200mm，其加熱時間估算如下：

T=α·D=1.2×200=240min

因此鋼套環的加熱時間按240min進行控制。

（3）加熱控制要點。

①加熱前需要對機架耳軸和鋼套環的實際尺寸進行測量，如過盈量與設計圖紙存在較大的偏差，應先對鋼套環進行研磨，根據研磨后的實測過盈量平均值確定加熱溫度。

②由于采用電加熱，需要在加熱前對加熱器進行調試，確保控制開關靈敏有效，溫度傳感顯示正常。

③將鋼套環放置于加熱器上前，需要對其進行清洗干凈，并將清洗的殘留油跡擦干，以免在加熱過程中污染鋼套環。

④本鋼套環采用板式電加熱器進行加熱，由于是單面受熱，容易引起熱量的散失，可在上面覆蓋工業保溫毯，以確保在估算的時間內加熱到預定的溫度。

⑤加熱過程中，每隔15分鐘記錄下溫度傳感器上顯示的溫度，同時采用紅外測溫儀測量工件表面的溫度，將兩個數據進行對比分析，確保工件加熱溫度的準確性；同時測算溫升速度是否與理論一致。

⑥在加熱器上預先設定好加熱溫度，如鋼套環加熱溫度設定在298℃，以防止加熱時工件過熱。

⑦鋼套環加熱溫度達到計算的溫度后，迅速清理鋼套環表面和機架耳軸的表面，然后迅速進行熱裝。熱裝時要求操作動作迅速，一次熱裝到位，中途不許停頓，以免冷卻而發生安裝困難。若發生異常，不得強迫裝入，必須查找原因，排除故障，重新加熱后再進行熱裝。

⑧鋼套環熱裝后，采用壓、頂等措施，使其接近機架耳軸的軸向定位面，確保安裝到位。

⑨由于鋼套環的尺寸較大，采用電加熱器進行加熱，因此在加熱時必須選擇適當設備規格，并嚴格遵守設備操作規程，確保工件能夠均勻受熱。

⑩為了確保加熱溫度的準確性，鋼套環加熱的全過程的溫度監測和記錄必須由同一個人進行操作。

4 熱裝法應用對比分析

（1）從加熱溫度的計算可以看出，按照行業標準計算出來的結果要比國家標準計算的結果偏大較多，最主要的一個原因就是行業標準中預留的裝配間隙較大，如前所述的鋼套環，按行業標準取裝配間隙與過盈值相等，即為0.60mm，所以經計算的加熱溫度較高。

（2）按照國家標準，預留的最小裝配間隙根據配合直徑確定，機架裝配采用的鋼套環直徑為φ400mm，因此最小裝配間隙為0.123mm，計算出來的加熱溫度相對偏低一些。

（3）經計算的加熱溫度的高低會直接決定到鋼套環的熱膨脹情況，會影響到鋼套環的安裝質量，預留的裝配間隙大些，可以提高裝配效率。

（4）運用加熱法時要考慮到工件的尺寸便于加熱、保證加熱溫度及受熱的均勻性，過盈量較大、預留的裝配間隙較大時，加熱的溫度也相對較高，但要防止工件材料發生金相組織的變化，最好控制工件的加熱溫度在400℃以內。因此過盈量的大小，是熱裝法進行溫度控制的關鍵。

5 結語

分體式立輥軋機的上、下兩片機架主要是通過鋼套環將其連接成一個整體，鋼套環與耳軸之間設計是過盈配合，可以采用熱裝法進行安裝。應用熱裝法時，加熱溫度主要是由過盈量的大小決定，因此不管是行業標準，還是按照國家標準進行過盈配合安裝，都需要選擇合適的過盈量、預留合適的裝配間隙，才是熱裝法應用的關鍵點。

隨著鋼鐵工業的不斷發展，對機械設備的安裝精度要求也越來越高，因此國家標準對最小裝配間隙提出更高的要求。為適應機械設備安裝的高精度要求，在控制好過盈量與最小裝配間隙時，選擇合適的自動化加熱設備，確保加熱溫度的準確性，使工件裝配一次成功。

[1]周明.立輥軋機的結構介紹與裝配分析[J]．民營科技，2011（9）．

[2]袁東華，楊素梅．熱壓裝配工藝在輪對熱裝中的應用[J]．中州煤炭，2010（6）．

[3]YBJ201-83，冶金機械設備安裝工程施工及驗收規范通用規定．冶金工業出版社[S]．

[4]GB 50231-2009，機械設備安裝工程施工及驗收通用規范．中國計劃出版社[S]．

[5]GB 50386-2006，軋機機械設備工程安裝驗收規范．中國計劃出版社[S]．

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1671-0711（2017）01（下）-0163-04