梅钢1780 mm热轧R2接轴扁头套结构优化.pdf

CFHI2023 年 第 3 期（总 213 期）CFHI TECHNOLOGY图 1扁头套结构图梅钢 1780 mm 热轧 R2 接轴的扁头套为 2012年的产品。使用 5 年后下线维修，发现该扁头套的转角裂纹深达 20 mm，只能报废处理。为避免类似状况发生，决定对扁头套结构进行优化，以延长使用寿命，降低成本。1扁头套结构简介R2 接轴的扁头套采用衬板结构（见图 1）。扁头套与工作辊通过“扁孔-扁轴”耦合。其负载取决于电机功率与工作辊的阻转。根据设计要求，在正常情况下，扁头套需提供 3 倍电机额定扭矩；而发生废钢事故时，需要提供 5 倍电机额定扭矩。扁头套的材质为 30Cr2Ni2Mo，屈服强度 滓s=800耀835 MPa，滓b=980 MPa。接轴的基本参数如下：工作扭矩1 525 kNm最大工作扭矩（3 倍电机过载）4 580 kNm1.梅钢热轧厂机械高级工程师，江苏南京210039梅钢 1780 mm 热轧 R2 接轴扁头套结构优化陈高林1摘要：通过对梅钢 1780 mm 热轧 R2 接轴扁头套的拆检与有限元计算，对比有、无衬板两种扁头套圆弧角的应力理论值，发现有衬板扁头套虽然可以通过更换衬板来保证尺寸精度，但扁头套本体很快报废；无衬板扁头套通过扁孔内壁的耐磨处理，可以避免频繁下线维修，提高扁头套本体的安全性与可修复性，降低设备运行成本。关键词：扁头套；应力；疲劳裂纹；衬板中图分类号：TG333文献标识码：B文章编号：1673-3355（2023）03-0014-02Structural Optimization of Flat Head of R2 Spindle of MeiSteel 1780 mm Hot Rolling MillChen GaolinAbstract:Through dismantling,inspection and finite element calculation the R2 spindle of MeiSteel 1780 mm hot rollingmill,and by comparing thetheoretical stress of the arc angle of the two kinds of flat heads with and without lining plate,it isfound that although dimensional accuracy of the flat head with the lining plate can be ensured by changing lining plate,butthe flat head body is quickly worn;and for flat head without lining plate,frequent off-line maintenance can be avoided bywear-resistant treatment of the inner wall of the flat hole,and thus improve safety andrepairability of the flat head body,andreduce the operating cost.Key words:Flat head；stress；fatigue crack；lining plate10.3969/j.issn.1673-3355.2023.03.014492023 年 第 3 期（总 213 期）CFHI一重技术（a）着色探伤（b）目视探伤图 2探伤图切断扭矩（5 倍电机过载）7 640 kNm许用工作倾角5毅工作转速50/100 r/min2扁头套的优化2.1扁头套的拆检2022 年5 月该扁头套第一次下线维修，发现在扁孔的四处 R 圆弧角处有可视裂纹，为查明裂纹具体情况，先在机床上加工 4 处 R 圆弧，单边加工深度 8 mm，加工后发现有批量可视裂纹；然后人工旋锉加工深度 5 mm，加工后通过着色、超声波等检测，仍然发现有少量疲劳裂纹；继续人工旋锉 10 mm，累计加工深度 23 mm，疲劳裂纹基本清除完毕（见图 2）。2.2扁头套受力分析根据检测结果，在R 圆角处的 8 mm 深度有批量裂纹，13 mm 深处有少量裂纹，23 mm 深处裂纹消失。对扁头套进行强度测算，加载切断扭矩（5倍电机过载）7 640 kN m，分别对扁孔衬板槽加大10、20 mm 进行对比分析（见图 3图 5，见表 1）。（1）加载 5 倍电机过载，加大扁孔衬板槽，扁头套圆角处最大等效应力变大。扁头套原 R 圆弧角应力达到材料临界屈服强度 800耀835 MPa 范围。这是该扁头套在 3 倍额定载荷下能正常运行，而轧制废钢时切断，产生疲劳裂纹的原因。（2）扁头套单边去除 10 mm，5 倍电机过载下，R 圆角处最大等效应力已高于屈服强度 835MPa，不能满足紧急切断的要求，但仍大于 3 倍电机过载。显然，该扁头套能在轧制线应急使用，而在遇到废钢时应紧急停机。而扁头套的 R 圆弧角需要定期探伤。（3）扁孔单边去除 20 mm 后，扁头套已经不能满足 3 倍电机过载要求，不能继续使用。（4）去除衬板，加厚扁孔侧壁，扁孔侧壁单边加厚 50 mm；在 R 圆弧角处的等效应力为 145MPa，仅为有衬板扁头套圆弧角应力的 60%耀70%。2.3扁头套结构优化根据分析结果，本次维修的扁头套需要单边去除 23 mm 才能清除所有疲劳裂纹，所以应报废处图 3去除 0 mm 的有限元计算图示图 4去除 10 mm 的有限元计算图示图 5去除 20 mm 的有限元计算图示表 1扁头套R 圆弧角处最大等效应力（MPa）/安全系数 n加载扭矩（kN m）扁孔宽 500 mm（去除衬板）扁孔宽 600 mm（扁孔未加工）扁孔宽 620 mm（单边去除 10 mm）扁孔宽 640 mm（单边去除 20 mm）7 640-819/X927/X1 083/X1 525145/5.51205/3.90245/3.26295/2.71（下转第 6 页）502023 年 第 3 期（总 213 期）CFHI一重技术图 5机架随动缸阀组原理图轧制开始前，由液压缸带动轴向轧制机架快速移动到轧件；轧制结束后，液压缸带动轴向轧制机架快速退回到初始位置。快进/快退时采用差动回路，需另设普通换向阀控制（见图 5）。2.5芯辊升降缸阀组芯辊升降缸带动芯辊升降，将芯辊准确伸入轧件中心孔。芯辊高度方向需要精确定位，一般采用高频比例阀控制。2.6 芯辊辅助缸阀组、测量缸阀组等芯辊辅助缸阀组、测量缸阀组等其他辅助阀组采用电控换向阀。3管路附件管路系统包括管道(无缝钢管、钢丝缠绕胶管及一般胶管)、管夹、通体、中间法兰、中间管接头及弯头等。环轧机液压系统高压压力一般高达 25 MPa，工作环境恶劣，管路材质采用不锈钢。4结语（1）环轧机液压系统属于典型的低压大流量、高压小流量的伺服控制系统，多数液压缸为工进、快进/快退工况。因此，液压站主泵可以同时配置高压泵和低压泵，液压阀组采用差动回路。（2）轧制液压缸、抱臂缸等执行机构闭环控制，为实现精确控制，伺服阀规格不宜过大，设计时应采用大规格换向阀+小规格伺服阀并联方式。（3）伺服系统对液压介质清洁度要求很高。因此，液压站、液压阀组上均应设置高压过滤器。参考文献1 援许思广，王海文，李国祯.环件轧制过程中宽展的研究 J.太原重型机械学院学报，1988(03)：1-10.2 援蒲思洪，孙莉芳，王龙祥.径-轴双向环轧工艺的研究进展 J.精密成形工程，2010，2(04)：43-47，71收稿日期：2023-01-30图 4轴向轧制缸阀组原理图理，而新制扁头套时需要优化扁头套的结构。有衬板扁头套通过更换衬板即可保证内孔的尺寸精度，但扁头套本体的安全系数降低；无衬板扁头套与工作辊扁头匹配面磨损后，需要下线维修以保证内孔的尺寸精度，增加维护难度及成本，但扁头套本体安全系数大。故为了保证扁头套强度采用无衬板扁头套结构，在制造中通过激光熔覆钴合金等以提高内孔表面的耐磨性。3结语通过在扁孔表面激光熔覆钴合金等提高内孔表面的耐磨性，不仅弥补原扁头套本体下线维修的不足，提高扁头套的安全系数，而且延长扁头套使用寿命，降低使用成本。收稿日期：2023-02-21（上接第 50 页）6