四輥軋機機架輥改造

【摘　要】中板線四輥軋機機架輥結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷，由于工作環(huán)境極其惡劣，設(shè)備故障率較高。有針對性地進行結(jié)構(gòu)改造后，改善了機架總的負荷條件，改善了軸承的潤滑、冷卻、防水、防塵性能，提高了機架輥的運行穩(wěn)定性，降低了設(shè)備故障率。

【關(guān)鍵詞】四輥軋機；機架輥；中板線

1　設(shè)備簡介

在大型軋機上，為了能可靠地將軋件送入軋鋼機軋輥，要求輥道輥子盡可能地靠近軋輥。為此，在這些軋機機架上，都安裝有輥道輻子，這些輻子稱為機架輥。

鞍鋼中厚板廠中板線四輥軋機在軋輥前后各裝設(shè)了兩個機架輥（如圖1所示），它們都由單獨的電動機通過萬向接軸直接傳動。為了使輥子能夠承受較大的沖擊載荷，采用了實心鍛造輥子，輥子軸承采用調(diào)心滾子軸承，有一定的調(diào)心作用。為了保證機架輥的緊湊性，機架輥的輥距一般較小，采用整體軸承座，機架輥兩端的軸承座分別支撐在傳動側(cè)和操作側(cè)軋機機架上，輥子由電動機通過齒形聯(lián)軸節(jié)傳動。為了方便裝拆和減小機架孔尺寸，輥子端的外齒套和傳動軸可以軸向移動。當(dāng)外齒套與內(nèi)齒套脫離嚙合后，外齒套收縮到機架孔內(nèi)部，進行拆裝輥子時就可以不受傳動軸影響。

(運轉(zhuǎn)世界大國龍騰 龍出東方 騰達天下 龍騰三類調(diào)心滾子軸承 劉興邦CA CC E MB MA)

三種鉚螺母緊固件的應(yīng)用與對比

摘　要：文章介紹了鋁合金連接常用的壓鉚螺母、自沖鉚螺母和拉鉚螺母，并進行轉(zhuǎn)動扭矩和推出力檢驗。試驗結(jié)果表明，在鉚接材料為6061合金，熱處理狀態(tài)為T6時，自沖鉚螺母具有更優(yōu)異的抗轉(zhuǎn)動性能，拉鉚螺母具有更優(yōu)異的抗推出性能。

關(guān)鍵詞：壓鉚螺母；自沖鉚螺母；拉鉚螺母

高強度、高延展性、低密度的鋁合金材料被眾多領(lǐng)域采用，但鋁合金焊接存在變形、燒穿、裂紋、接頭弱化和異種材料連接困難等問題，所以鉚接和螺紋緊固連接技術(shù)逐漸得到重視，鉚螺母就是其中廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品之一。

然而，隨著壓鉚螺母和自沖鉚螺母等非標(biāo)緊固件開發(fā)量日益增多，鉚螺母緊固件已經(jīng)不完全屬于傳統(tǒng)意義的標(biāo)準件。

現(xiàn)階段的鉚螺母緊固件既包含國家標(biāo)準或行業(yè)標(biāo)準規(guī)定的標(biāo)準件，又包含應(yīng)客戶需求開發(fā)的非標(biāo)緊固件，例如壓鉚螺母、拉鉚螺母和自沖鉚螺母，這些鉚螺母不但在鋁合金連接中起到關(guān)鍵作用，也為內(nèi)飾件、總成的安裝提供連接點。

本文對比鋁合金產(chǎn)品常用的壓鉚螺母、拉鉚螺母和自沖鉚螺母緊固件優(yōu)缺點，并分析力學(xué)性能，為設(shè)計師提供選型參考。

01　鉚螺母緊固件

1.1 壓鉚螺母

壓鉚螺母通常一端帶有壓花齒及導(dǎo)向槽，母材需要在壓鉚生產(chǎn)前開設(shè)安裝孔，借助壓鉚機下壓力將螺母壓花齒壓入孔位(圖1) 。

一般而言，安裝孔的孔徑略小于壓鉚螺母的壓花齒，因此壓花齒能夠擠入材料使安裝孔周邊產(chǎn)生塑性變形，變形物被擠入導(dǎo)向槽，最終螺母與母材鎖緊連接。

壓鉚螺母可安裝在各類鋁合金型材和板材，但是連接強度受母材強度影響很大，且在型材內(nèi)腔安裝螺母時需要開工藝孔保證壓鉚模具可以與螺母接觸。

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圖1 壓鉚螺母

1.2 自沖鉚螺母

自沖鉚螺母是在壓鉚螺母基礎(chǔ)上改進的產(chǎn)品，具有無需在母材上開安裝孔的特點，主要通過自沖鉚螺母自身壓鉚的同時完成沖孔，安裝后形成與壓鉚螺母相似的鎖緊連接結(jié)構(gòu)(圖2) 。

由于可以考慮結(jié)合板材沖壓工序一起生產(chǎn)，因此更適合大批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率的同時節(jié)約生產(chǎn)成本，能夠獲得比壓鉚螺母和拉鉚螺母更好的抗轉(zhuǎn)動性能。

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圖2 自沖鉚螺母

1.3 拉鉚螺母

拉鉚螺母是一類能夠在拉鉚槍帶動下產(chǎn)生塑性變形夾持到材料上的緊固件(圖3)，由于具有單面操作即可完成安裝的特點，所以應(yīng)用場合非常廣泛；另外，拉鉚螺母可以解決金屬薄板、薄管焊接螺母易漏、壓鉚易產(chǎn)生板材變形等缺陷。

但是，拉鉚螺母強度通常低于壓鉚螺母，且安裝前也需要在母材開設(shè)安裝孔，其力學(xué)性能及樣式可參考GB/T 17880系列標(biāo)準，通常拉鉚螺母支撐面和圓周表面有花紋提高抗扭轉(zhuǎn)性能。

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圖3 拉鉚螺母

02　試驗及結(jié)果分析

2.1 試驗方案

用于試驗的螺母規(guī)格M6，其中拉鉚螺母符合 GB /T 17880．1－ 1999 技術(shù)要求，試驗?zāi)覆臑?6061 合金，熱處理狀態(tài) T6，厚度 2mm，緊固件與母材配合后開展推出力和轉(zhuǎn)動扭矩分析。

轉(zhuǎn)動扭矩為緊固件與母材發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時的最大扭矩，借助壓鉚和拉鉚設(shè)備安裝緊固件后將測試螺栓從螺母柄部擰入待檢緊固件，螺栓頭下支撐面不應(yīng)與母材接觸( 圖 4( a) ) ，采用世達電子扭力扳手對螺栓順時針施加扭矩，記錄最大扭矩值。

推出力為鉚螺母在母材上被推出的最大力值，將測試螺栓擰入待檢螺母中( 4( b) ），并將安裝螺母的試驗件放置到電子萬能試驗機的平臺上，配合檢驗工裝將緊固件推出， 記錄最大壓力值。所有試驗件樣品如圖 5 所示。

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圖4 轉(zhuǎn)動扭矩及推出力示意圖

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圖5 試?件

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2　存在問題分析

中板線2450四輥軋機于2003年改造，投入運行以后軋機機架輥穩(wěn)定運行周期較短。機架輥系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行，容易產(chǎn)生較高級別的設(shè)備事故，嚴重影響了軋鋼產(chǎn)線的生產(chǎn)組織和產(chǎn)品質(zhì)量，迫切需要查找原因，進行設(shè)備改進。經(jīng)分析主要原因如下：

（1）軋機機架輥裝置承受沖擊負荷大。軋機機架輥裝置緊貼軋機工作輻安裝，軋件從軋輥軋出后軋件頭部直接作用于機架輥上，不可避免地會對機架輥產(chǎn)生沖擊，而此時軋件后部仍在繼續(xù)軋制，軋件仍然處于軋輥的夾持狀態(tài)，軋件在軋制過程中經(jīng)常出現(xiàn)叩頭現(xiàn)象，這就更加大了軋件頭部對機架輥的沖擊載荷。

機架輥安裝在軋機機架內(nèi)部，在機架輥附近安裝有輥系裝置、導(dǎo)衛(wèi)裝置、軋輥冷卻裝置、除鱗裝置、工作輥道、軋輥平衡裝置和各種介質(zhì)管線等，留給機架輥的安裝空間十分有限，機架輥的輥子布置非常緊湊，使承載能力受限。

在中厚板軋機中，機架輥是軋機中故障率較高的薄弱部位，既要保證機架輥的整體強度，又要兼顧其他部件的合理功能和強度要求，所以，合理利用機架輥位置的有限空間，盡可能提高機架輥整體結(jié)構(gòu)強度，是十分必要的。

(2)斜鐵裝置固定軋機機架輥的缺陷。在機架輥與軋機牌坊的固定結(jié)構(gòu)中，國內(nèi)外軋機設(shè)計中較多采用在牌坊上預(yù)留基座和斜鐵安裝槽，靠斜鐵壓緊機架輥軸承座，將機架輥裝置緊固到軋機牌坊上。在實際使用中發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)具有兩個較嚴重的缺陷，一是斜鐵裝置占用了兩架牌坊之間的有效空間，限制了實際軋制鋼板的有效寬度，影響軋機性能。二是軋機機架輥與軋機牌坊不能有效固定。在軋鋼過程中機架輥受到鋼坯的沖擊，機架輥軸承座與軋機牌坊之間不停產(chǎn)生相對運動，加速了機架輥軸承座定位鍵、底平面等部位和軋機牌坊之間的磨損，缺陷不斷劣化。這種相對活動也加速了緊釘斜鐵的松動，最終使得機架輥整體的固定效果越來越差，機架輥的竄動量不斷增加。這種狀態(tài)下，機架輥軸承除了要承受軋鋼鋼坯對機架輥的正常工作載荷，還要承受機架輥軸承座竄動造成的附加載荷，這種載荷的方向和大小很難控制，往往造成機架輥軸承的非正常損壞。

(3)高壓水流、高溫、粉塵等惡劣的工作環(huán)境影響密封、潤滑效果，加速軸承失效。機架輥距軋機高壓水除鱗較近，經(jīng)常受到飛濺的高壓水流的沖刷，輻子端部密封防水效果難以承受高壓水沖刷，經(jīng)常造成軸承箱進水，加速機架輥軸承損壞。此外，軋機輥身冷卻水和機架輥輥身冷卻水受高溫軋件加熱后會產(chǎn)生大量水蒸氣，水蒸氣進入軸承箱冷卻后凝結(jié)成液態(tài)水，更加速軸承潤滑油質(zhì)的乳化，甚至完全失效，使得軸承在極其惡劣的潤滑環(huán)境下迅速損壞，造成機架輥事故。此外，軋機在軋制過程中產(chǎn)生的大量煙氣灰塵、鐵屑等細小的粉塵顆粒會隨著煙氣和水進入到軸承箱造成潤滑油的變質(zhì)和污染，同樣會對機架輥軸承造成磨損，影響使用壽命。

3　改進措施

(1)取消斜鐵固定裝置，改用分體式滑板裝置。中板線四輥軋機改造時，取消了斜鐵固定方式，在軋機牌坊機架上安裝支座，用螺栓直接將機架輥軸承座與軋機牌坊機架的支座固定(如圖2)。取消安裝在機架輥軸承座1上部的斜鐵固定裝置，軋機牌坊上部安裝機架輻支座3，整體機架輥裝置通過軸承座地腳螺栓2實現(xiàn)機架輥軸承座1與機架輥支座3的可靠固定。實際使用效果很好，克服?斜鐵固定方式的諸多弊端。改善了機架輥整體的固定效果，提高了鋼坯的有效通過寬度，提高了軋機性能。

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對機架輥軸