連鑄設備彎曲段耳軸與足輥加工修復分析

劉上舉

（廣西柳鋼工程技術有限公司，廣西 柳州545002）

0 前言

轉爐廠是柳鋼的主力廠，彎曲段是板坯連鑄機的關鍵設備，彎曲段的精度直接關系到板坯的生產質量及產量。彎曲段（圖1）在生產中要承受鋼水靜壓力的作用、機械應力和高溫鋼坯承受的熱力，拉坯阻力及本身的重力，彎曲段框架結構扭曲變形。耳軸和足輥安裝面精度超差明顯，也是導致無法使用的主要部位，由于主要安裝尺寸精度超差過度，已超過鉗工手段調整的范圍。離線修復方案中對耳軸和足輥安裝面以堆焊修補磨損和變形余量，機床加工恢復尺寸精度。

在離線調調試臺上，4處耳軸有兩對角與基準面不接觸，空隙約2 mm，輥面誤差1.0 mm，調整輥面精度的墊片在各安裝面厚度有1.5 mm，耳軸φ205H6的測量尺寸都在φ205H6（含銅套）公差范圍內，足面定位鍵直線厚度誤差1.4 mm。

彎曲段線上安裝精度從在線的激光跟蹤儀反饋數據顯示，與生產要求設備精度差值差1.2~1.5 mm，設備安裝精度的超差，直接影響拉坯的品質，降低產品合格率。產品不合格造成的經濟損失遠超設備價值，所以精度不合格并且調試無法滿足使用要求的彎曲段報廢處理。因價值大，所以想修復回用降低成本。

圖1 彎曲段模型

1 結構分析

連鑄彎曲段是一個空間結構是否復雜的機構，彎曲段本身結構具有空間結構龐大、機械質量大、各種小圓倒角多及受載荷情況多樣的特點[1]。圖2是彎曲段整體裝配圖，由上下框架、上下各18排二冷輥組成，上下排輥子開口精度上線要求在0.3 mm以內，上線安裝時圖紙的左端向上與結晶器出鋼口對齊，安裝時耳軸定位，安裝在定位槽中。彎曲段重約30 t，外型規格尺寸4 227 mm*3 400 mm*2 100 mm。框架橫向是兩根大梁，縱向是鋼結構梁連接，內部6塊50 mm鋼板連接。上下框架用4根導柱連接。

圖2 彎曲段整體圖

耳軸強度：彎曲段機架的定位安裝方式是兩點懸掛（上定位軸），所以彎曲段在工作狀態下承受的載荷在重力方向上都要傳遞到連鑄機香蕉座的耳軸座上[1]，使兩耳軸承受較大的熱應力和機械應力。使用中兩點接觸會產生鐘式搖擺，耳軸會磨損和變形。設計圖紙對耳軸平行度要求0.1 mm，足輥安裝面到基準尺寸公差在0.1 mm，并且平面度要求0.1 mm。相對整體結構，此精度要求較高。

2 修復可行性分析

（1）校正修復：經過現場的數據收集和使用工況的調查，導致彎曲段精度喪失的主要原因是整個架體在使用年久后的扭曲變形。從結構分析來看，耳軸在框架兩橫向大梁兩端上，并且與大梁是整體結構。縱向6塊復板連接在大梁框架內側，起提高框架整體剛性作用，也是足輥的安裝面，所有足面也隨大梁扭曲變形。如果想通過調校大梁來恢復精度，從結構來看是無法實現，一是使用位置精度要求高（0.1 mm），調校無法控制，保證不了精度要求。二是截面450 mm*430 mm大梁是框架結構，根本就無法校正扭曲變形來恢復精度。

（2）加工修復：從彎曲段的結構、規格、重量、加工位置等綜合分析，要實現加工修復要滿足幾個條件：

一是設備，要具備工作臺荷載滿足30 t要求，行程超過5 m、同時切屑精度在0.05 mm以內的大型數控鏜床；

二是加工刀具和輔具要能保證耳軸和足輥安裝斜面面的加工；

三是具備起重設備。

從我方的設備要求來分析，只能是基本具備以上要求，設備的工作臺是3 m*3 m，工件規格超過工作臺，還要通過設備的工藝性能擴展才能完成要求，因此加工修復還行。

（3）修復成本：業內是否具備修復的價值，就是看修復成本與購置新的備件成本比來看，在滿足使用壽命的前提下，比例基本在總價的0.10%~0.3%內。一套新彎曲段框架約80萬，屬于價值較大的備件。結果的修復工藝分析，成本能控制在雙方接受的范圍內。通過修復方案的對比和成本分析，我方滿足修復的要求。

3 難點分析與解決措施

結合公司的設備，耳軸的修復是工藝難點。為保證耳軸能夠承受足夠的備件重量和來坯壓力，原設計和制作是兩端的耳軸與大梁是整體式。耳軸的修復難點在于無法使用鏜孔鑲軸的工藝方案恢復精度。因為結構原因鑲軸深度受限制，不超過150 mm深，這個鑲軸深度無法滿足受力需要，存在很大的安全風險，因此不被采用。所有唯一能使用的工藝方案是堆焊加工，堆焊是補償變形量，加工使其恢復到原設計尺寸精度，加工的難點是用什么方式來加工軸外圓。外圓的加工方式有數控銑外圓，車。耳軸有尺寸φ170H6*140，數銑加工此尺寸的圓我公司機床無法到達圓度及光潔度要求。所以外圓的加工是加工中的難點，因為超出設備的加工精度范圍，并且是首次采用數控鏜加工長度超過50 mm軸的外圓。

針對軸外圓加工這種情況，采取一種新的加工思路，將數控X/Y兩軸聯動加工外圓，改成X/Y兩軸定位不動，主軸旋轉，刀具繞軸旋轉切削，刀桿使用空心管，一端與機床主軸連接，一段在管壁外端垂直安裝鏜刀，加工時空心管內部穿過耳軸，刀頭在耳軸外圓切削，像車床車軸一樣，不同點車床是工件旋轉，而此方法是刀具旋轉[2]。這種方式可以解決鏜類設備無法加工長軸外圓的問題。圖3為專用外圓加工刀具。

圖3 刀具系統

4 工藝流程

經過對彎曲端的結構、修復難點等問題的分析，整個彎曲段的修復工藝流程是：

（1）上機檢測：彎曲段上數控鏜床檢測足輥及耳軸的變形量，記錄檢測數據；

（2）焊前加工：校正好工件，銑出校正基準和加工基準，堆焊后以此為基準校正加工，加工去除耳軸和足輥疲勞層，為堆焊做準備；

（3）堆焊：對變形安裝位置實施堆焊，足輥安裝面用不銹鋼焊條堆焊、耳軸采用圓周焊；

（4）時效：時效1個星期，釋放焊接應力，減少加工變形；

（5）加工：已安裝面為基準，用專用刀具加工耳軸；裝立式銑頭加工足輥安裝面；

（6）回裝：回裝耳軸上的銅套和足輥安裝面的槽。

5 實施

工件水平放置在旋轉工作臺上，足輥面朝上。按彎曲段線上使用狀態校正好，保證不修復的部位不受修復而影響使用。用打表方式檢測耳軸平行度和平面度，數據顯示4根軸左右對稱變形，平面度差2.3 mm，各足輥面到基準的數據差正負達1.5 mm。銑出下次加工的校正基準，去除疲勞層，堆焊需要加工的無余量的面。耳軸加工時，先用螺旋銑開粗堆焊層余量1 mm，螺旋銑開粗的效率比其他方法高。在足輥面粗精加工完成后，在對耳軸用專用刀具精加工。這樣做的目的有利于堆焊和加工應力的釋放，減少應力對加工精度的影響。加工后的檢測數據是，4根耳軸平面度和平行度分別是0.05 mm和0.04 mm，基準到足輥面的尺寸都在0.1 mm公差內。完全符合圖紙的要求和生產使用要求。

6 結論

（1）彎曲段框架受力變形對使用精度的影響，通過此分析和方案的實施證明喪失的精度能夠恢復，耳軸和足輥安裝面尺寸精度達到圖紙設計要求。

（2）首套彎曲段修復攻關成果，為轉爐廠6條板坯連鑄生產線設備彎曲段整體變形的精度恢復提供了寶貴的經驗。

（3）在修復過程中，針對耳軸加工困難點，勇于創新，設計新的刀具、擴展機床設備工藝，打開新的加工思路解決生產中實際問題。

（4）新工藝、新刀具、新操作方法為大型葉輪軸在數控鏜床修復軸承安裝位置提供了新的工藝思路。