防止卷取機(jī)卷筒表面打滑的修復(fù)技術(shù)

鄧博欽，周 懿，孫宏毅，楊 安

（中國寶武鋼鐵集團(tuán)寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江寧波 315807）

0 引言

某連續(xù)退火爐生產(chǎn)線在生產(chǎn)使用過程中卷筒表面光潔度降低，產(chǎn)生薄料打滑問題，產(chǎn)生助卷時(shí)候的卷皺卷不緊問題。針對該問題的修復(fù)方案，前期調(diào)查應(yīng)用的技術(shù)有卷筒扇形板表面HVOF 噴涂技術(shù)等，所需工期長、費(fèi)用不菲，都不符合此生產(chǎn)線的實(shí)際情況，因此找出一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的合理方案尤為重要。

1 卷取機(jī)概況及現(xiàn)場使用情況

某連續(xù)退火爐生產(chǎn)線卷取機(jī)，是將冷軋板線卷曲成卷筒狀的機(jī)械設(shè)備，便于中間過程運(yùn)輸及下工序開卷。卷取機(jī)一般構(gòu)成有卷筒、皮帶助卷機(jī)、輔助壓輥等。帶鋼卷取時(shí)，一般需要使用皮帶助卷機(jī)進(jìn)行前幾圈的助卷，然后再依靠帶鋼與卷筒之間的摩擦力和帶鋼張力進(jìn)行張力卷取（圖1）。卷筒表面光潔度降低引起的打滑卷皺問題，使設(shè)備維護(hù)人員和生產(chǎn)操作人員難以應(yīng)對。發(fā)生卷皺問題時(shí)，輕則造成機(jī)組降速影響產(chǎn)量，重則造成帶頭切廢、分卷及保留等嚴(yán)重后果。2014 年某公司對1SP 機(jī)組進(jìn)行過噴砂處理卷筒表面，當(dāng)時(shí)該卷筒有備件，拆卸外出修復(fù)總共耗時(shí)3 個(gè)月。對于沒有卷筒備件的機(jī)組，不具備這樣的修復(fù)條件。根據(jù)觀察后續(xù)的使用情況，經(jīng)過噴砂處理的表面，也無法達(dá)到表面的要求。

圖1 光滑的卷筒表面

2 國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)情況

機(jī)器人噴丸處理是設(shè)備的一個(gè)冷處理過程，即無數(shù)個(gè)小球形鋼丸連續(xù)捶打零件表面，每顆鋼丸撞擊金屬零件上，如一個(gè)微型棒槌敲打表面，捶出小壓痕或凹陷。為形成凹陷，金屬表層必定會(huì)產(chǎn)生拉伸。表層下，壓縮的晶粒試圖將表面恢復(fù)到原來形狀，從而產(chǎn)生一個(gè)高度壓縮力作用下的半球。無數(shù)凹陷重疊形成均勻的殘余壓應(yīng)力層，在此壓應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，裂紋難以形成或延展。由于幾乎所有的疲勞和應(yīng)力腐蝕失效都發(fā)生在零件表面或靠近表面的地方，因而通過噴丸強(qiáng)化導(dǎo)入壓應(yīng)力可顯著地延長零件壽命。強(qiáng)化產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力強(qiáng)度必須達(dá)到該零件材料1/2 拉力強(qiáng)度。很多金屬疲勞失效的元兇是拉應(yīng)力，這些拉應(yīng)力產(chǎn)生是由于外部施加的交變載荷或生產(chǎn)過程如焊接、研磨、機(jī)加工形成的殘余應(yīng)力。拉應(yīng)力試圖將零件表面拉伸或拉扯，最終導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。而壓應(yīng)力擠壓表層處的晶粒，使該區(qū)域的晶粒結(jié)構(gòu)夯實(shí)、緊固地結(jié)合在一起，從而極大地延緩疲勞裂紋的形成。壓應(yīng)力層下，細(xì)紋延展緩慢，因此增加壓應(yīng)力層深度，能有效抑制裂紋發(fā)生和發(fā)展。主要的應(yīng)用實(shí)踐常見于普通零件表面的處理，應(yīng)用于卷筒表面的處理尚沒有先例。

3 解決問題的修復(fù)技術(shù)方案

通過噴丸處理技術(shù)，修復(fù)卷筒表面的粗糙度，達(dá)到穩(wěn)定設(shè)備的目的。對卷筒表面采取噴射丸粒強(qiáng)化處理，是機(jī)器人噴丸強(qiáng)化處理設(shè)備的一個(gè)冷處理過程。用無數(shù)的細(xì)小鋼丸，連續(xù)擊打扇形板工作表面，形成凹坑，在一個(gè)相對密閉的環(huán)境下對每一塊扇形板表面噴丸處理。扇形板金屬表面層形成凹坑后，無數(shù)凹坑形成一個(gè)均勻的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層（圖2），達(dá)到原始要求的粗糙度要求。由于擊打造成金屬表面的金屬致密度提升，其性能相對提高，達(dá)到使用的要求。

圖2 噴丸強(qiáng)化原理

4 實(shí)施案例

（1）預(yù)處理。拆卸卷筒扇形板，用清洗液對表面進(jìn)行清洗，去除污漬如油脂、污垢、油腐蝕等，防止噴丸粒造成表面不均勻的影響。同時(shí)檢查表面使用一段時(shí)間后的磨損狀況。

（2）對卷筒扇形板重要部位進(jìn)行保護(hù)。由于4 塊扇形板本體上有螺栓安裝孔，內(nèi)側(cè)有與卷筒四棱錐配合的要求表面，這些部位必須進(jìn)行螺紋保護(hù)和貼面保護(hù)，防止長時(shí)間噴丸對該表面造成損壞。

（3）預(yù)先噴射調(diào)整。對扇形板進(jìn)行局部噴射，選擇合適直徑的丸粒和噴射速度，試驗(yàn)出滿足要求的噴丸工藝（表1，圖3）。

表1 噴丸強(qiáng)化前后粗糙度對比

（4）通過試驗(yàn)得出影響最終效果的因素主要有噴射速度、丸粒大小、丸粒硬度和選擇的丸粒形狀。按照符合要求的噴丸速度、噴丸直徑、噴丸強(qiáng)度進(jìn)入噴丸室進(jìn)行噴丸強(qiáng)化處理。其具體參數(shù)：噴丸尺寸0.3 mm，強(qiáng)度HRC65，噴射速度80 m/s，噴丸時(shí)間2 h，數(shù)量4 塊，零件尺寸1600 cm×420 cm×50 cm。

（5）對噴丸的扇形板進(jìn)行檢查（圖4）。清理表面，然后比對檢驗(yàn)表面粗糙度，測量硬度，標(biāo)準(zhǔn)粗糙度要求Ra0.5，硬度要求45～55 HRC。比較機(jī)器人噴丸處理前后的扇形板表面情況（圖5）。

圖3 噴丸強(qiáng)化測試

圖4 噴丸強(qiáng)化后的表面

圖5 噴丸強(qiáng)化處理前后表面對比

5 實(shí)施后效果

使用半年后的表面，表面粗糙度保持如初（圖6），從生產(chǎn)實(shí)際卷筒使用情況，沒有發(fā)生助卷打滑等影響質(zhì)量的問題，修復(fù)前后效果非常明顯。在采用上述修復(fù)方案前，曾與國內(nèi)生產(chǎn)卷筒的廠家聯(lián)系，答復(fù)做備件的采購費(fèi)用至少30 萬元，非常昂貴。通過上述方案進(jìn)行修復(fù)，實(shí)際花費(fèi)1.53 萬元，大大節(jié)約了維護(hù)成本，到達(dá)了良好的效果。

圖6 使用半年后的情況

6 結(jié)束語

經(jīng)過摸索試驗(yàn)，噴丸強(qiáng)化使用在卷筒表面是切實(shí)可行的，具有修復(fù)時(shí)間短、修復(fù)價(jià)格低的優(yōu)勢，很好地解決了因卷筒表面打滑造成產(chǎn)品質(zhì)量事故的問題，在處理卷取打滑時(shí)具有一定的借鑒性和參考價(jià)值。