連鑄機扇形段內外弧框架形位公差的控制

劉 冬

(安陽鋼鐵股份有限公司)

連鑄機扇形段內外弧框架形位公差的控制

劉 冬

(安陽鋼鐵股份有限公司)

針對結晶器連鑄機弧形段內外弧框架在加工過程中加工面存在空間角度，機床很難保證形狀位置精度的公差要求以及面的空間角度，通過制定出規范的加工操作流程，從而提高了弧形段內外弧框架的修復質量。

弧形段 內外弧框架 形位公差 修復質量

AbstractThere is a space angle in the machined surface during the processing of the inner and outer arc frame of the arc section of caster, the machine is difficult to ensure the shape position accuracy tolerance requirement and the space angle, through formulating a process specification, repair quality of inner and outer arc frame of the arc section is improved.

KEYWORDSarc segment inner and outer arc frame shape tolerance repair quality

0 前言

安鋼二煉軋連鑄機扇形段是二煉軋生產線重要設備之一，特別是弧形段內外弧框架在加工過程中，由于加工面存在空間角度，機床很難保證形狀位置精度的公差要求以及面的空間角度，容易造成修復廢品、鑄坯廢品，增加后續生產成本。

1 現狀

隨著我國鋼鐵工業的迅猛發展,連續鑄鋼已成為當今現代鋼鐵生產的重要工藝之一。其核心設備連鑄機,直接影響生產的穩定和順行。安鋼作為大型現代化鋼鐵企業已全部實行連續鑄鋼工藝,其中擁有4臺大型板坯連鑄機,在生產過程中切實體會到連鑄機各組成部分的重要作用。第二煉軋廠1 780 mm生產線是安鋼的一條重要產線,配置了兩臺大型板坯連鑄機。自投產以來, 連鑄機扇形段的使用性能一直是困擾連鑄正常生產的重要因素，由于連鑄機扇形段內外弧框架在生產過程中框架變形，造成形狀位置精度的公差超差，極大地影響了鑄坯的產量和質量，也影響了1 780 mm生產線的整體生產。

連鑄機由結晶器、彎曲段、弧形段、矯直段、水平段以及基礎框架支承結構等組成，如圖1所示。

弧形段的作用是冷卻并且將鑄流從矯直段導入平輥區。其主要構成為：具有導向柱和拉桿的外弧框架、內弧框架、自由輥、驅動輥、驅動梁、液壓夾緊裝置、外部噴淋及空氣壓縮裝置。水平段的主要部件為外弧框架和內弧框架，兩框架結構設計為防止扭曲的焊接結構，通過拉桿、螺母和采用液壓操作的夾緊裝置進行連接。與框架緊固連接的自由輥與驅動輥，通過內弧框架上液壓夾緊裝置調整，來改變輥面間隙。鑄流驅動輥的驅動方式為電機、減速機直連，如圖2所示。

圖1 連鑄機扇形段總裝示意圖

圖2 弧形段框架示意圖

1.1 數據匯總

根據加工3套生產及修復計劃及同期的返工單的統計，結合機加工對弧形段內外弧框架形位公差加工控制情況進行了統計，形位公差類型超差數量、超差項目統計見表1。

表1 形位公差類型超差數量

表2 超差項目統計

從表2可以看出，對具有孔間角度面上的孔槽加工，用傳統加工工藝特點：采用多次試加工、測量、找正，操作者根據機床工作臺的旋轉精刻度來旋轉工件，使工件的加工平面與刀具加工面平行，然后再用樣板來校核旋轉角度。此種方法容易造成加工一個面后，其它的工作無法進行，不能準確掌握各面之間的角度公差，使工件直接產生報廢。即便不產生廢品也會出現調整時間為正常機加工時間十倍甚至幾十倍以上的情況。由于此方法對操作者的技術素質和加工經驗要求相當高，可能會因調整失誤出現廢品而造成經濟損失。

1.2 形位超差趨勢

構成工件合格與否主要由位置公差和尺寸公差決定，位置公差影響稍大一點，但形狀公差也相當重要，在盡可能降低刀具因素、機床因素、測量誤差、粗糙度、其它因素的影響。從解決這兩個問題下手，就能大幅度地降低返修率，提高生產效率，提升修復質量，如圖3所示。

圖3 引起形位超差趨勢

2 加工可行性分析

2.1 設備分析

通過對數控機床加工范圍進行了深入的分析，適用于數控鏜銑加工的主要加工對象有：(1)工件上的曲線輪廓內、外形，特別是由數學表達式給出的非圓曲線與列表曲線等曲線輪廓；(2)已給出數學模型的空間曲面；(3)形狀復雜，尺寸繁多，劃線與檢測困難的部位；(4)用通用銑床加工時難以觀察，測量和控制進給的內外凹槽；(5)以尺寸協調的高精度孔、面、槽；(6)能在一次安裝中順帶銑出來的簡單表面或形狀；(7)采用數控銑削后能成倍提高生產效率，大大減輕體力勞動強度的一般加工內容。

通過數據分析，合理選擇機床及刀具，合理選擇走刀路線，可以提高工作效率,達到工件的公差要求。

2.2 技術分析

在加工各油孔、水孔、鍵槽時，在加工這么多孔和槽時，要保證各孔槽之間的位置精度，必須用一個基準進行加工。操作者根據工件的各形位公差要求,合理安排工藝流程。由于此種情況是操作者的技術素質綜合體現，也可能會因工藝、工步安排不當造成濟損失。同時在加工中，對于刀具在磨損后沒有及時更換，來加工工件上的孔、槽、面時，會使加工中刀具在加工中產生很大的熱量，使加工部位損傷或變形；其次不能合理使用刀具也會產生加工精度下降，甚至損壞刀具或工件，使加工過程不夠穩定，前后尺寸不統一。

2.3 扇形段備件材質分析

在加工時若毛坯尺寸存在不足或缺陷，可直接造成形位公差超差。內外弧框架的主梁及骨架所用鋼板全部使用Q345-B, 100%經超聲波探傷檢驗、符合GB/T2970-91Ⅰ級探傷要求。

2.4 工藝分析

傳統加工時，為了保證加工精度，在加工中不斷改變工件的基準，造成積累誤差不斷增大，使工件最后加工的部分嚴重超差。其次加工中不能以工藝基準為基準，致使用加工到工藝基準部部位時出現加工余量不足等情況。要想保證所有尺寸的形位公差，我們分析得出必須采用基準統一原則，也就是說工件在機床中的位置一經確定，就完全固定下來，那么在一個或者幾個坐標系情況下，一次加工完成，那么對于具有空間結構的面、孔、槽來說只能采用坐標平移TRANS和空間旋轉ROT。

3 工藝優化

根據以上要因分析，得出在工人責任心和職工技術水平達到一定高度的前提下，刀具因素、毛坯尺寸、工藝因素、機床理解是影響產品合的主要因素。我車間擁有先進的數控機床、針對數控機床加工的特點、使用先進的山特維克刀具、通過努力，最終決定在XK2130數控龍門鏜銑床上使用山特維克刀具、萬能角度銑頭 運用坐標平移和空間旋轉功能來完成加工。

3.1 合理選用和使用刀具

針對刀具，我們采用山特維克刀具，刀片為可轉位刀片，此種硬質合金刀片的特點是其表面有耐熱涂層，在加工過程中可有效地保護刀片本體，耐磨性好，延長刀具的使用壽命，縮短了由于刀具磨損，頻頻磨刀的時間，其次此種刀具切削速度比較大，在合理的加工參數下，加工尺寸比較穩定，大大提高了生產效率。

3.2 加工時檢查毛坯各尺寸

在加工前在基準選定之后，我們在機床上用刀具或者量表進行工件加工部位進行校檢，或采用劃線方法，來確定工件的加工余量多少，使這種影響形位公差的因素排除在加工之前。

3.3 選用合理的加工工藝

在加工時我們在加工外弧框架時采用互為基準的原則，即以1 440±0.05上平面為基準，先粗加工280H8的槽和面，然后再以280H8的槽底面為基準來加工45P9、各Φ19.5H11的孔及上面；在加工內弧框架時，我們先以635±0.05上面為基準來粗加工下面4-Φ510孔，我們再以4-Φ510孔為基準來加工上面12 °、6 °-12 °、-6 °面及槽孔。

3.4 采用空間旋轉及坐標平移功能

那么在一個或者幾個坐標系情況下，一次加工完成，那么對于具有空間結構的面、孔、槽來說采用坐標平移和空間旋轉，在一個坐標系下使刀具在空間二個方向同時進刀，也就是說將空間結構假想轉化成平面情況，再進行加工。

4 結論

通過本次研究與實踐制定一個合理的加工方案與路線，先從位置公差下手，保證位置度后再確保工件的尺寸公差，在較短的時間內將一次交檢的合格率提升到98%以上，生產效率提高60%～70%，根據車間對加工生產弧形段內外弧框架同期返工單的統計, 改進前一次交檢的合格率是83.5%，改進后達到99%，提高了弧形段內外弧框架的修復質量。

[1] 濮良貴，紀名剛.機械設計(第六版)[M]. 北京:高等教育出版社，1996:195-197.

[2] 孟少農，機械加工工藝手冊[M].北京:機械工業出版社，1998(1):131-148.

CONTROLOFGEOMETRICALTOLERANCEOFINNERANDOUTERARCFRAMEOFCASTER

Liu Dong

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

2017—04—18