3 800 mm 精軋機(jī)牌坊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)及加工方案

高衛(wèi)東

（石鋼京誠(chéng)裝備技術(shù)有限公司， 遼寧 營(yíng)口 115000）

引言

軋機(jī)是完成金屬軋制的重要設(shè)備，在冶金行業(yè)被廣泛應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)由鋼坯轉(zhuǎn)化成板材的重要途徑。軋機(jī)牌坊（機(jī)架）作為軋機(jī)的最基本、最重要的部件，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性和機(jī)加工工藝的先進(jìn)性決定了軋機(jī)牌坊（機(jī)架）的剛度、強(qiáng)度和使用壽命，因此冷、熱軋鋼帶在整個(gè)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展中占有重要的地位。

1 軋機(jī)的工作原理及成形方法

軋機(jī)是以牌坊（機(jī)架）為主體，結(jié)合軋制機(jī)構(gòu)（工作輥、中間輥、支承輥等主要部件），將金屬坯料軋延成材的成套設(shè)備。軋機(jī)是直接軋延金屬的主機(jī)，它利用旋轉(zhuǎn)的軋輥（工作輥、中間輥、支承輥）輾壓坯料，使金屬按規(guī)定的要求產(chǎn)生塑性變形[1]。

2 3 800 mm 軋機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3 800 mm 精軋機(jī)牌坊是某工程技術(shù)有限公司迄今為止設(shè)計(jì)的軋制鋼板尺寸最大的、質(zhì)量最大、外廓尺寸最大的軋機(jī)牌坊，由石鋼京誠(chéng)裝備技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)該成套產(chǎn)品的制造及裝配。

3 800 mm 精軋機(jī)牌坊圖紙中設(shè)計(jì)參數(shù)：質(zhì)量為316 204.6 kg；外廓尺寸（厚×寬×高）為970 mm×4 710 mm×14 215 mm；壓下部分尺寸（厚×寬×高）為2 205 mm×4 710 mm×2 300 mm；鋼板最大軋制寬度為3 800 mm。

設(shè)計(jì)圖紙分為粗加工牌坊和精加工牌坊圖紙。設(shè)計(jì)師們參考、借鑒了國(guó)外同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)，但是因?yàn)槭車?guó)內(nèi)加工設(shè)備精度影響，需要設(shè)計(jì)方與制造方一起，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)推敲、修改，在達(dá)到性能指標(biāo)的前提下，對(duì)圖紙中的局部區(qū)域做出修改，以滿足國(guó)內(nèi)加工需要，力爭(zhēng)圓滿、合格地完成精加工牌坊的交付。

2.1 原設(shè)計(jì)方案在加工方面存在的難度

在石鋼京誠(chéng)裝備技術(shù)有限公司接到第1 版圖紙時(shí)，結(jié)合機(jī)加工設(shè)備，發(fā)現(xiàn)有如下問題在生產(chǎn)中不能有效實(shí)施：原設(shè)計(jì)圖紙中設(shè)計(jì)的精加工牌坊中的壓下孔及其應(yīng)力環(huán)設(shè)計(jì)尺寸精度及形位公差精度高、表面粗糙度要求高；受加工方式影響，不能滿足圖紙要求；原圖見圖1、圖2；原設(shè)計(jì)圖紙中設(shè)計(jì)的精加工牌坊中與軌座把合處方孔的加工長(zhǎng)度受限，由于孔深達(dá)600 mm，加工中刀桿鋼性不足，四周R 加工不能滿足圖紙要求，設(shè)計(jì)原圖見下頁圖3、圖4。

2.2 機(jī)加工主要設(shè)備

由于3 800 mm 精軋機(jī)牌坊外廓尺寸較大（厚×寬×高尺寸為970 mm×4 710 mm×14 215 mm），質(zhì)量為316 204.6 kg，在鑄鋼分廠運(yùn)送到機(jī)加分廠，起重設(shè)備的承載能力均達(dá)不到此要求。故在確定選擇加工設(shè)備時(shí)，一是要確定精加工牌坊毛坯能夠安全順利地吊裝到機(jī)床加工平臺(tái)上，另一方面是選擇能夠滿足精軋機(jī)牌坊的粗加工和精加工的設(shè)備。經(jīng)多輪研究加工方案后確定：精軋機(jī)牌坊的粗加工工序擬在石鋼京誠(chéng)裝備技術(shù)有限公司260 數(shù)控銑鏜床的落地上完成（壓下孔除外）；精軋機(jī)牌坊的精加工工序擬在石鋼京誠(chéng)裝備技術(shù)有限公司5×24 m 龍門數(shù)控銑床上完成。

2.3 設(shè)備的優(yōu)勢(shì)

1）兩臺(tái)設(shè)備同在一個(gè)廠房里，有滿足加工的工作平臺(tái)；260 數(shù)控銑鏜床的落地（固定）工作平臺(tái)尺寸為4 800 mm×19 000 mm，可滿足牌坊的粗加工工作條件（牌坊壓下孔除外）；5×28 m 數(shù)控龍門銑床的工作平臺(tái)尺寸為5 000 mm×28 000 mm，可滿足牌坊的精加工工作條件；

2）兩臺(tái)機(jī)加設(shè)備相隔較近，便于產(chǎn)品的轉(zhuǎn)運(yùn)；

3）廠房里同時(shí)配備有兩部橋式起重機(jī)，便于同時(shí)吊運(yùn)牌坊；

4）廠房?jī)?nèi)場(chǎng)地寬敞明亮，并設(shè)有落地裝配平臺(tái)，便于后序進(jìn)行牌坊的就地裝配和拆解。

3 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化與改進(jìn)

壓下孔加工按上頁圖1、圖2 的要求，加工中存在以下難點(diǎn)：

1）參照?qǐng)D1，壓下孔Φ1 000H7（+0.091/0）與Φ1 250H9（+0.263/0）兩臺(tái)階孔同軸度位置公差要求Φ0.05 mm，現(xiàn)有的機(jī)床設(shè)備精度很難達(dá)到；同時(shí)Φ1 250H9（+0.263/0）內(nèi)孔直徑尺寸大，公差范圍小，需自制工裝輔具定位后進(jìn)行加工；另外該孔加工深度為960（-0.05/0.1）mm，深度方向有公差要求，加工不易保證。

2）參照上頁圖2，壓下孔U 部放大處R36 應(yīng)力環(huán)槽處內(nèi)凹圓角加工困難，加工后表面粗糙度Ra0.8 無法滿足圖紙要求。以現(xiàn)有的加工設(shè)備，只能對(duì)R36 內(nèi)圓角環(huán)槽進(jìn)行平面編程加工，但不能完成該應(yīng)力環(huán)槽的內(nèi)凹形式加工。

3）目前分廠現(xiàn)有定制的Φ720 mm 球面銑刀盤，其刀盤厚度32 mm，端部圓角R16 mm，精加工后表面會(huì)存在可見的、明顯的加工痕跡，如設(shè)計(jì)允許，建議將內(nèi)凹應(yīng)力環(huán)修改為與壓下孔端面相切的應(yīng)力環(huán)形式；為更好的利用現(xiàn)有Φ720 mm 成型刀具，在不影響設(shè)計(jì)性能的前提下，建議將應(yīng)力環(huán)槽加大至R50 mm；整個(gè)應(yīng)力環(huán)槽沿形均要求表面粗糙度Ra0.8 mm，不符合國(guó)內(nèi)設(shè)備加工要求，建議將表面粗糙度修改為Ra1.6 μm。

4）參照上頁圖1，壓下孔Φ1 250H9（+0.263/0）深度為960（-0.05/0.1）mm，通長(zhǎng)加工需控制在公差范圍之內(nèi)，加工過中必須達(dá)到定位準(zhǔn)確，故加工中刀桿不能產(chǎn)生震顫，導(dǎo)致內(nèi)孔表面出現(xiàn)波紋、挖刀、超差等問題出現(xiàn)。數(shù)控龍門銑床加工壓下孔需要用角銑頭加工，我分廠的角銑頭主軸直徑為Φ70 mm，因強(qiáng)度及剛度較低，無法加工如此大直徑的孔，且不足以完成全孔的加工；260 數(shù)控鏜銑床主軸直徑為Φ260 mm，利用加長(zhǎng)鏜桿（主軸），輔以自制工裝，從理論上可以完成壓下孔Φ1 250H9（+0.263/0）的加工。

5）經(jīng)與設(shè)計(jì)帥反復(fù)探討、研究，從加工角度及工藝性方面考慮，從裝配角度及實(shí)用性出發(fā)，經(jīng)多次修改，設(shè)計(jì)師將精加工牌坊圖紙修改如下：精加工牌坊壓下孔如下頁圖5、圖6 所示。將壓下孔U 部放大處應(yīng)力環(huán)槽的內(nèi)凹修改成與端面齊平；將壓下孔應(yīng)力環(huán)槽相接的R36 mm 放大為R50 mm，方便刀具的加工；將壓下孔應(yīng)力環(huán)槽處沿形表面粗糙度全部Ra0.8 μm修改為機(jī)加面為Ra1.6 μm，其中壓下孔Φ1 250H9（+0.263/0）深度方向尺寸960（-0.05/0.1）mm 上面與應(yīng)力環(huán)槽R50 mm 相切處、R100 mm 與圓錐面表面相接處、R100 mm 與圓柱面表面相接處需手工拋光到Ra0.8 μm。

精加工牌坊中與軌座把合處方孔如下頁圖7、圖8 所示：將牌坊軌座把合方孔600（590+10）mm 長(zhǎng)度上所有面Ra12.5 μm，修改為方孔上下兩段加工200 mm有效長(zhǎng)度；方孔其余部分四周加1 mm 空刀，保證矩形配合件能通長(zhǎng)穿過軌座孔即可。

另外，為保證加工壓下孔的加工，專門設(shè)計(jì)了一套（工裝）定位器。

4 結(jié)語

經(jīng)過10 個(gè)多月努力，石鋼京誠(chéng)裝備技術(shù)有限公司圓滿、順利地完成了3 800 mm 精軋機(jī)牌坊的各項(xiàng)機(jī)加工工作，經(jīng)檢驗(yàn)，兩件牌坊全部合格，一次合格率98%，沒有造成產(chǎn)品的拖期，受到用戶的好評(píng)。同時(shí)，裝配工作也在有條不紊地進(jìn)行，各項(xiàng)裝配指示向好的方向發(fā)展。目前該成套項(xiàng)目已成功交付用戶，使用過程中表現(xiàn)出良好的軋制性能。