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轧机轴承座精密加工关键技术研究

〖 所属分类:轴承资讯 文章编辑:admin 更新时间:2015-4-20 〗

 

四辊轧机是板带轧机的常用型式,一台四辊轧机辊系包括:一对工作辊和一对支撑辊以及轴承座、油膜轴承等零部件。当一台轧机的产量达到五万吨钢左右时,就需要更换辊系,对支承辊(或工作辊)辊身进行重磨。为保证轧线的正常工作,一台轧机通常需要三套辊系作为备件,马钢公司引进的1750CSP轧线为目前世界上较为先进的连铸连轧生产线,轧线由F1-F7共7台精轧机组成,而核心部件之一的轴承座由德国SMS公司设计并提供,因为它的结构比较复杂,轴承孔的精度要求较高,壁厚差又很大,热应力变形不均,很不利于机械加,一直以来,备件都是从国外进口,国内能够生产制造的也不多,而关键技术就是精密加工时如何控制轴承孔的精度。我们公司在2005年底到2006年初试制的轧机轴承座,也是因为轴承孔变形,超出公差范围。为此我们开展对轧机轴承座孔加工技术的研究,旨在解决轴承孔变形问题,以满足其设计与使用要求,达到备件国产化的目的。
1󰀁分析轧机轴承座轴承孔的技术要求和变形原因
󰀁󰀁轧机工作辊轴承座和支撑辊轴承座的技术要求差不多,以下分析以4E60627工作辊轴承座为例。
轴承孔的大小为󰀁595,公差为(
+0.14
+0.0
),圆柱度
为0.02mm,表面粗糙度为Ra1.6,轴承孔上下壁厚

为71.5mm,孔壁最薄,左右壁厚为171.5mm,孔至两侧圆弧处壁厚为265mm,孔壁最厚。
可以看出,尺寸公差和圆柱度公差小,轴承孔壁厚不均匀,相差比较大,很不利于机械加工。在加工中受夹紧力,切削力,热变形,刀具磨损和工艺系统刚度的影响,在加工完后受吊装和残余应力的影响,造成轴承孔极易变形。本文运用ANSYS分析温度、装夹、切削力对轴承孔变形的影响,通过控制温度差、装夹力和切削力的大小来控制轴承孔的变形,采用合理的工艺消除工艺系统刚度和残余应力对轴承孔变形的影响。
2󰀁轧机轴承座的实体建模和有限元模型
2󰀁1󰀁轴承座结构的简化及假设
分析工作辊轴承座的零件图和零部件图,轴承座具有众多的油孔、台肩及小圆角、起吊孔等,根据圣维南定理,忽略油孔等只对局部应力有影响,但对整体应力的分布没有影响。因而对轴承座进行必要的简化,将油孔、起吊孔、螺栓孔去掉,将小圆角改为直角,由于加工过程中,轴承座轴向受力状态相同,并且轴向结构对称,将轴承座简化为二维模型。
2󰀁2󰀁实体建模和有限元模型
轴承座的材质为ZG30Mn,通过查表得,弹性模量为200GPa,热膨胀系数为1.3󰀂10-5
󰀂 C,泊松比为0.3,导热系数为250,采用四节点2D结构固体单元PLANE42对模型进行网格剖分。其实体模型和有限元模型如图1。
整个有限元模型坐标原点在轴承孔圆心,整个有限元模型有3688个节点,3376个单元,其中438,439,486,533节点坐标分别为(-297.5,0),(0,-297.5),(0,297.5),(297.5,0),代表着水平和竖直四个方向。 3󰀁轧机轴承座的计算分析 3󰀁1󰀁分析夹紧力时轴承座内孔的变形影响 轴承座加工时,对轴承座施加夹紧力,运用ANSYS计算轴承孔的变形情况见图2。其它情况不变时,在同一位置施加不同的夹紧力,轴承孔具体变形情况见表1。 从表1中可以看出,夹紧力在250N到1200N之间变化时,对轴承孔的变形影响很小,最大处只由3󰀁m,并且认为只有弹性变形,最后精加工时夹紧力控制在1000N以下就行了。3󰀁2󰀁分析温度对轴承孔变形的影响 轴承座轴承孔在加工过程中,由于切削产生的切削热,使轴承孔内表面的温度高于外表面,使轴承孔产生变形,其变形情况见图3,受不同的温度影响时期变形情况见表2
从表2中可以看出,温差对轴承孔孔的影响比较大,最大处有15󰀁m,其变形既有弹性变形也有塑性变形,因此在精加工过程中,需要控制轴承孔温度的升高,采取得措施为,在精加工过程使用冷却液充分了冷却,精加工量余量尽量少,防止温度升高过快轴承座轴承孔在加工过程中,由于切削产生切削力,由于刀具切削工件时,切削力是动态的,主轴转速又很高,达到100r󰀂min,故可认为切削力在圆周方向是均布的,切削力使轴承孔产生变形,通过ANSYS计算,其变形情况见图4,受不同的切削力产生变形也不同,具体的变形见表3。图4为受切削力变形图,表3为施加不同的切削力时轴承孔在4点处变形表。从表中可以看出,切削力对轴承孔变形最大
,需要严格控制切削力 (切削力不能超过15N)
才能确保轴承孔变形在公差范围内。 4󰀁结论 (1)以上分析得知,轴承孔的变形是不可避免的
,
其中切削力对轴承孔的变形影响最大,温度影响次之,夹紧力影响最小,在加工过程中,我们要控制切削力和温度,使之变形控制在公差范围内。(
2)
切削力和温度在精加工时受切削三要素控制
,控制切削力就转化为控制切削三要素。(3)前面的计算分析轴承孔产生的变形是在精加工过程中产生的,还要充分考虑铸造和粗加工残余应力对轴承孔产生的变形。因此在工艺上要采取措施,我们在前面加工的基础上,修改了工艺措施,我们采取的工艺路线为:铸造∀∀∀退火∀∀∀粗加工∀∀∀正火∀∀∀半精加工∀∀∀回火∀∀∀孔留余量其余精加工。 (4)轴承孔的变形要充分考虑夹紧力、温度、切削力综合影响。具体情况见图5和表4。
图5󰀁轴承孔受综合载荷变形图表4󰀁
轴承孔受综合载荷是的变形表
外力 438 439 486 533 夹紧力内表温度外表 温度切削力X(󰀁m)Y(󰀁m)X(󰀁m)Y(󰀁m)X(󰀁m)Y(󰀁m)X(󰀁m)Y(󰀁m)250 25 20 15 -4.2860 -8.8940 -3.8050 -11.270 11.213 -7.0067 22.633 -24.4704.5 󰀁󰀁根据以上分析的结果,我们在100天内试制了马钢的冷轧和热轧的轴承座28件,检验结果显示,轴承孔加工完后,放置一段时间,尺寸变化0.02mm,在规定的技术要求范围内。说明上面分析的结果是正确的,采取的工艺路线是可行的,加工方法是对的,基本解决了轴承孔加工的关键技术难题。

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