CN107470854B - 热装式坝辊的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热装式坝辊的加工方法，包括辊筒加工、轴头加工以及辊筒与轴头的装配，辊筒与轴头装配包括以下步骤：将轴头与辊筒进行过盈配合得到坝辊的步骤；检测坝辊的不平衡量，计算出坝辊中心偏移量和偏移方向，基于平衡量大于10g时，采用车床上的双四爪卡盘夹持装置对坝辊夹持以借偏心，车外圆去除不平衡量的步骤；采用数控车床车削对辊筒的第二外圆进行精车，以及对轴头的第八外圆、第九外圆、第十外圆进行精车的步骤。本发明的热装式坝辊的加工方法具有平衡精度高的优点。

Description

热装式坝辊的加工方法

技术领域

本发明涉及一种热装式坝辊的加工方法。

背景技术

某钢厂不锈钢BST机组属于UCM轧机，以往在加工出口项目中，这类成套设备中涉及的高精度坝辊辊子基本采用国外进口。坝辊属于高精度薄壁零件，如图1所示，坝辊由辊筒和轴头两部分组成，现有的加工流程分为辊筒加工、轴头加工、辊筒与轴头装配，现有的加工工艺存在以下问题和不足：

1、由于材料的特性，产品在热处理过程中，极易收缩和扭曲变形，难以保证产品淬火深度的均匀性和硬度要求，易导致产品报废。

2、产品在淬火前，为防止淬火的收缩和扭曲变形，给后续工序留了较多的余量，给加工带来了一定的难度。

3、产品热处理淬火有软带，给产品质量带来一定的缺陷。

4、产品平衡精度不高，需通过多次平衡，易产生偏心误差，对外圆淬火硬度的均匀性和深度带来一定的影响。

5、产品工艺流程较长，生产效率较低，管理幅度较大，成本控制难度加大。

6、产品工艺流程较长，基准的变换极易导致产品平衡以及硬度不均，甚至报废。

本专利介绍了一种行之有效的加工技术和工艺方案，通过技术攻关，解决了产品淬火硬度和辊子平衡的精度要求，实现了坝辊的国产化制造。

另外，在辊筒与轴头过盈装配成坝辊后，需要将坝辊通过车床上的装夹装置进行夹持，再找正坝辊轴心线的偏移量，现有的装夹方式是利用V型块对坝辊进行装夹，具体过程为：将坝辊放在V型块上，通过卧式数控镗铣机床台面回转带动坝辊回转，以找正坝辊的侧母线和上母线，找正坝辊的轴心线，利用机床的XY轴的偏移量来修改正轴心线的偏移量。这种找正轴心线偏移量的方式，由于机床XY轴存有间隙，机床主轴刚性精度，以及受机床工作台面本身平面度精度和回转精度的影响，找正坝辊轴心线的偏移量不精确，需要反复或多次进行找正。

发明内容

本发明的目的是提供一种平衡精度高的热装式坝辊的加工方法。

解决上述技术问题的技术方案如下：

热装式坝辊的加工方法，包括辊筒加工、轴头加工以及辊筒与轴头的装配，所述辊筒加工包括以下步骤：

对锻造成形的辊筒进行正火处理的步骤；

对辊筒的第一外圆进行粗车，控制该第一外圆的圆度、粗糙度以及余量的步骤；

通过淬火以及高温回火对辊筒进行调质处理，控制辊筒的硬度的步骤；

采用数控车床半精车辊筒的第一外圆的步骤；

将辊筒在450℃-550℃的环境中进行4-6h保温后，进行空冷技术处理的步骤；

对辊筒表面进行淬火的步骤；

对辊筒第一外圆进行粗磨的步骤：

对辊筒内孔进行精镗的步骤；

轴头的加工包括以下步骤：

对锻造成形的轴头进行热处理以及正火处理的步骤；

对轴头的第六外圆、第七外圆、第十二外圆、第十三外圆进行车削，并控制车削余量、圆度以及粗糙度的步骤；

通过淬火以及高温回火对轴头进行调质处理，控制轴头硬度的步骤；

精车第十三外圆控制过盈量；

辊筒与轴头装配包括以下步骤：

将轴头与辊筒进行过盈配合得到坝辊的步骤；

检测坝辊的不平衡量，计算出坝辊中心偏移量和偏移方向，基于平衡量大于10g时，采用车床上的双四爪卡盘夹持装置对坝辊夹持以借偏心，车外圆去除不平衡量的步骤；

采用数控车床车削对辊筒的第二外圆进行精车，以及对轴头的第八外圆、第九外圆、第十外圆进行精车的步骤。

对辊筒的第一外圆，轴头的第六外圆和第七外圆进行精磨的步骤。

进一步地，在辊筒加工中，所述粗车是采用普通车床车削第一外圆，余量为5.5-6.5mm，第一外圆的圆度在0.2以内，粗糙度为Ra6.3um。

进一步地，在辊筒加工中，所述半精车第一外圆，确保第一外圆最小处的余量为2.4+0.2mm，并同步进行在线抛光，粗糙度为Ra1.6um。

进一步地，所述辊筒表面进行淬火的步骤是采用中频感应圈，淬火功率为：150-160KW，淬火速度为：250r/min，淬火温度为：860-880℃，喷水冷却，在220℃的烘箱环境下保温8小时后空冷，经过淬火后在辊筒的两端形成长度为45mm的软带。

进一步地，在对辊筒表面进行淬火的步骤以及对辊筒第一外圆进行粗磨的步骤之间，还包括：采用车床对辊筒的话第一外圆光出基准后，架中心架修正辊筒内孔孔口的步骤。

进一步地，所述辊筒与轴头装配过程中的借偏心包括以下步骤：

在辊筒或夹持处划出同一侧母线，采用车床将坝辊两端通过四爪卡盘装置进行夹持，保证两端坝辊两端的夹持位置位于同一侧母线的步骤；

依托车床两端位于辊筒下方的千分表，对辊筒的轴向和径向进行找正，确保车床轴心线和坝辊中心线一致的步骤；

依据精确计算出的偏心偏移量和偏移方向，依次进行两端偏移量的调整，在此前提下，通过车削精加工去除不平衡量的步骤。

进一步地，轴头与辊筒进行过盈配合前，还包括：根据辊筒和轴头配对标记，在辊筒加热至140-160℃，确保过盈配合间隙大于0.3-0.45mm的步骤；

采用数控车床车削轴头上的第六外圆、第七外圆、第八外圆、第九外圆、第十外圆、第十一外圆、第十二外圆、第十三外圆，控制磨削余量1-1.2mm的步骤；

采用磨床粗磨第六外圆、第七外圆、第八外圆、第九外圆、第十外圆、第十一外圆、第十二外圆、第十三外圆。

进一步地，所述卡盘夹持装置包括连接于车床主轴上的第一卡盘夹持机构和连接于车床尾座上的第二卡盘夹持机构。

进一步地，所述第一卡盘夹持机构为三爪卡盘或四爪卡盘。

进一步地，所述第二卡盘机构包括外壳、法兰、卡盘、具有螺纹的卡爪、丝杆，外壳的一端为莫氏柄，外壳上设有装配孔，法兰的一端设有轴，该轴伸入到外壳的装配孔中并通过轴承与外壳连接成一体，所述卡盘的一端与法兰的另一端固定连接，卡盘的另一端设有槽，槽的壁面上设有螺纹，所述卡爪配合在卡盘上的槽中，所述丝杆伸入到卡盘上的槽中后分别与槽壁上的螺纹和卡爪上的螺纹连接，卡爪在丝杆的旋转下沿卡盘的径向位移。

1、通过在车床上运用卡盘夹持装置配合千分表借偏心，解决了原产品平衡精度不高，给产品最终质量带来风险的可能性。

2、通过原材料加长淬火软带，解决了淬火软带的现实问题带来的产品质量缺陷，确保了辊身长度方向表面硬度的均匀性。

3、增加了产品淬火前除应力工序，消除了产品坯料锻造和粗加工引起的残余应力，减少了工件淬火引起的收缩、扭曲变形引起的硬度不均，保证了辊身轴径方向表面硬度的均匀性。

4、采用了偏心偏移法和去重相结合的平衡技术，确保了产品的动平衡的实现。

5、缩短了原有的工艺流程，提高了生产效率和降低了管理幅度。

综上所述，本发明的加工方法解决了产品淬火硬度和辊子平衡的精度要求，实现了坝辊的国产化制造。

附图说明

图1为本发明中的辊筒的示意图；

图2为本发明中的轴头的示意图；

图3为本发明中的坝辊的示意图；

图4为坝辊通过车床的双四爪卡盘装置进行夹持进行借偏心的示意图；

图5为本发明中的卡盘夹持装置的示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明的热装式坝辊的加工方法，包括辊筒A加工、轴头B加工以及辊筒与轴头的装配，具体如下：

所述辊筒A加工包括以下步骤：

一、锻造坯料，正火处理：

对锻造成形的辊筒A进行正火处理，使辊筒A的硬度控制在≤228HB。

二、粗车：

采用普通车床对辊筒A的第一外圆1进行粗车，控制该第一外圆1的圆度、粗糙度以及余量的步骤；所述粗车是采用普通车床车削第一外圆1，余量为5.5-6.5mm，第一外圆1的圆度在0.2以内，粗糙度为Ra6.3um。第一内孔4加工至φ150以内，目的是减少淬火的变形，辊筒A两端的长度分别加长30mm，形成第二外圆2。同时在第一外圆1加工至要求，而第一内孔4内孔未加工前，进行UT(超声波探伤)，确保材料质量。

三、调质处理：

通过淬火以及高温回火对辊筒A进行调质处理，控制辊筒A的硬度，辊筒A硬度为HRC26-32。

四、半精车：

采用数控车床半精车辊筒A的第一外圆1的步骤；所述半精车第一外圆1，确保第一外圆1最小处的余量为2.4+0.2mm，并同步进行在线抛光，粗糙度为Ra1.6um。

五、除应力处理：

将辊筒在450℃-550℃的环境中进行4-6h保温后，进行空冷技术处理，这样有效消除了锻造和粗加工产生的残余应力，为淬火变形控制起到了积极的作用。

六、表面淬火：

对辊筒A表面进行淬火的步骤；所述辊筒A表面进行淬火的步骤是采用中频感应圈，淬火功率为：150-160KW，淬火速度为：250r/min，淬火温度为：860-880℃，喷水冷却，在220℃的烘箱环境下保温8小时后空冷，经过淬火后在辊筒的两端形成长度为45mm的软带。

七、精车修正孔口：

采用车床对辊筒A的话第一外圆1光出基准后，架中心架修正辊筒A内孔孔口，便于磨削，且可以保证辊身轴向和径向方向表面硬度的均匀性。

八、粗磨外圆：

对辊筒A第一外圆1进行粗磨，优选地，采用普通M1350磨床粗磨外圆1，确保第一外圆1全部磨出，目的确保后续基准和平衡的精度。

九、精镗内孔：

对辊筒A内孔进行精镗。优选地，采用普通车床或数控车床架中心架，均匀精车长度，保证辊筒表面硬度在轴向的均匀性质量。精车第二内孔3、第一内孔4、第三内孔5和确保第一内孔4的配合尺寸，以及第一外圆1与第二内孔3、第一内孔4、第三内孔5同轴度在0.02mm以内。

轴头B的加工包括以下步骤：

一、锻造坯料，正火处理：

对锻造成形的轴头B进行热处理以及正火处理，轴头B的硬度控制在≤228HB；

二、粗车：

对轴头B的第六外圆6、第七外圆7、第十二外圆12、第十三外圆13进行车削，并控制车削余量、圆度以及粗糙度的步骤；

三、调质处理：

通过淬火以及高温回火对轴头B进行调质处理，控制轴头B硬度的步骤；

四、精车：

采用数控车床精车轴头B上的第十三外圆13控制过盈量，并配对编号。

辊筒A与轴头B装配包括以下步骤：

一、热装配：

根据辊筒A和轴头B配对标记，在辊筒A加热至140～160℃，确保过盈配合间隙大于0.3-0.45mm；

二、修中心孔：采用普通车床或数控车床架中心架，修正轴头的B型中心孔14，确保同轴度在0.01mm以内。

三、半精车轴头：

采用数控车床车削轴头B上的第六外圆6、第七外圆7、第八外圆8、第九外圆9、第十外圆10、第十一外圆11、第十二外圆12、第十三外圆13，控制磨削余量1-1.2mm；

四、磨外圆：

采用磨床粗磨第六外圆6、第七外圆7、第八外圆8、第九外圆9、第十外圆10、第十一外圆11、第十二外圆12、第十三外圆13。

五、装配及静平衡：

将轴头B与辊筒A进行过盈配合得到坝辊C的步骤；控制平衡量小于20g。

六、借偏心：

检测坝辊C的不平衡量，计算出坝辊C中心偏移量和偏移方向，基于平衡量大于10g时，采用车床上的双四爪卡盘夹持装置对坝辊C夹持以借偏心，车外圆去除不平衡量。所述辊筒与轴头装配过程中的借偏心包括以下步骤：

在辊筒A或夹持处划出同一侧母线，采用车床将坝辊A两端通过四爪卡盘装置进行夹持，保证两端坝辊C两端的夹持位置位于同一侧母线；

依托车床两端位于辊筒A下方的千分表D，对辊筒A的轴向和径向进行找正，确保车床轴心线和坝辊C中心线一致；

依据精确计算出辊筒的偏心偏移量和偏移方向，依次进行两端偏移量的调整，在此前提下，通过车削精加工第一外圆1和第二外圆2去除辊筒不平衡量。

七、精车：

采用数控车床车削对辊筒A的第二外圆2进行精车，以及对轴头B的第八外圆8、第九外圆9、第十外圆10进行精车。

八、精磨外圆

对辊筒A的第一外圆1，轴头B的第六外圆6和第七外圆7进行精磨。

九、动平衡：验证产品精度要求。

十、去重平衡：根据动平衡结果，在轴头B上采用去重法进行平衡。

十一、磁粉探伤：针对镀铬表面进行磁粉探伤，确保表面质量。

十二、镀铬：按要求对辊筒A表面进行镀铬，镀铬的厚度0.05-0.1mm。

十三、检验

由以上实施的工艺所得的坝辊，辊筒材料为55#钢，尺寸规格为φ240Xφ205X1930，辊筒外圆表面淬火硬度≥80HSD，淬深≥3mm；轴头材料为45钢，尺寸规格为φ205X308；辊筒与轴头采用基孔制过盈配合；辊身淬火：HRC54-58，表面镀铬：0.05-0.1，HV900-1000。坝辊整体质量轻(200kg)，转速高(2500r/min)，外圆φ240，不平衡量≤10g。

如图4和图5所示，在上述实施工艺过程中所用的卡盘夹持装置包括连接于车床主轴15上的第一卡盘夹持机构16和连接于车床尾座17上的第二卡盘夹持机构。所述第一卡盘夹持机构16为三爪卡盘或四爪卡盘。所述第二卡盘机构包括外壳18、法兰19、卡盘20、具有螺纹的卡爪21、丝杆22，外壳18的一端为莫氏柄，外壳18上设有装配孔，本发明中的外壳18，是在原有机床的连接于所述尾座17上的顶尖改造而成，即将顶尖具有尖部的一端设置成一个平面，并沿顶尖的轴向开设装配孔，该装配孔为台阶孔，而原有顶尖的另一端为莫氏柄，因此，本发中的外壳18一端部为莫氏柄，这样，在不改变车床原有尾座结构的情况下，通过外壳18即可与尾座17进行连接。法兰19的一端设有轴19a，该轴19a伸入到外壳18的装配孔中并通过轴承与外壳18连接成一体，外壳18的装配孔从外壳本体向莫氏柄的方向依次分成第一内孔、第二内孔、第三内孔、第四内孔，第一内孔至第四内孔的孔径依次减小，轴承包括第一轴承23、第二轴承24、第三轴承25、第四轴承26、第五轴承27，第一轴承23和第二轴承24安装在外壳18的第二内孔中，第三轴承25安装在第三内孔中，第四轴承26和第五轴承27安装在第四内孔中，而第一内孔中安装端板28，用于对第一轴承23进行轴向限位，优选地，第一轴承23和第二轴承24采用圆柱滚子轴承，第三轴承25采用推力球轴承，第四轴承26采用单列滚针轴承，第五轴承27采用调心球轴承。所述卡盘20的一端与法兰19的另一端固定连接，卡盘20的另一端设有槽，槽沿着卡盘的径向布置，槽的数至少为三个，本实施方式中，槽的数量为四个，在每个槽的壁面上设有螺纹。所述卡爪21配合在卡盘20上的槽中，所述丝杆22伸入到卡盘上的槽中后分别与槽壁上的螺纹和卡爪21上的螺纹连接，卡爪21在丝杆22的旋转下沿卡盘的径向位移，从而调整卡爪21的夹持位置。本发明的卡盘夹持装置改变了传统V型架的装夹方式，不但利用于现有的四爪卡盘，又对机床上原有的顶尖进行了改造，从而形成了一种新的高精度夹持的旋转体。本发明的卡盘夹持装置的优点如下：

本发明在夹持时可以在十字方向进行径向调节，便于精度控制；

可以通过正、反卡爪的运用，扩大产品夹持范围；

通过特定的软卡爪(正、反形式)可以有效保护产品的夹持表面；

通过两端四爪，结合千分表，同步调整偏移量的方式，提高了产品平衡精度。

Claims (10)

1.热装式坝辊的加工方法，包括辊筒加工、轴头加工以及辊筒与轴头的装配，其特征在于，所述辊筒加工包括以下步骤：

对锻造成形的辊筒进行正火处理的步骤；

对辊筒的第一外圆进行粗车，控制该第一外圆的圆度、粗糙度以及余量的步骤；

通过淬火以及高温回火对辊筒进行调质处理，控制辊筒的硬度的步骤；

采用数控车床半精车辊筒的第一外圆的步骤；

将辊筒在450℃-550℃的环境中进行4-6h保温后，进行空冷技术处理的步骤；

对辊筒表面进行淬火的步骤；

对辊筒第一外圆进行粗磨的步骤：

对辊筒内孔进行精镗的步骤；

轴头的加工包括以下步骤：

对锻造成形的轴头进行热处理以及正火处理的步骤；

对轴头的第六外圆、第七外圆、第十二外圆、第十三外圆进行车削，并控制车削余量、圆度以及粗糙度的步骤；

通过淬火以及高温回火对轴头进行调质处理，控制轴头硬度的步骤；

精车第十三外圆控制过盈量；

辊筒与轴头装配包括以下步骤：

将轴头与辊筒进行过盈配合得到坝辊的步骤；

检测坝辊的不平衡量，计算出坝辊中心偏移量和偏移方向，基于平衡量大于10g时，采用车床上的卡盘夹持装置对坝辊夹持以借偏心，车外圆去除不平衡量的步骤；

采用数控车床车削对辊筒的第二外圆进行精车，以及对轴头的第八外圆、第九外圆、第十外圆进行精车的步骤；

对辊筒的第一外圆，轴头的第六外圆和第七外圆进行精磨的步骤。

2.根据权利要求1所述的热装式坝辊的加工方法，其特征在于，

在辊筒加工中，所述粗车是采用普通车床车削第一外圆，余量为5.5—6.5mm，第一外圆的圆度在0.2以内，粗糙度为Ra6.3um。

3.根据权利要求1所述的热装式坝辊的加工方法，其特征在于，在辊筒加工中，所述半精车第一外圆，确保第一外圆最小处的余量为2.4+0.2mm，并同步进行在线抛光，粗糙度为Ra1.6um。

4.根据权利要求1所述的热装式坝辊的加工方法，其特征在于，所述辊筒表面进行淬火的步骤是采用中频感应圈，淬火功率为：150-160KW，淬火速度为：250r/min，淬火温度为：860-880℃，喷水冷却，在220℃的烘箱环境下保温8h后空冷，经过淬火后在辊筒的两端形成长度为45mm的软带。

5.根据权利要求1所述的热装式坝辊的加工方法，其特征在于，在对辊筒表面进行淬火的步骤以及对辊筒第一外圆进行粗磨的步骤之间，还包括：采用车床对辊筒的第一外圆光出基准后，架中心架修正辊筒内孔孔口的步骤。

6.根据权利要求1所述的热装式坝辊的加工方法，其特征在于，所述辊筒与轴头装配过程中的借偏心包括以下步骤：

在辊筒或夹持处划出同一侧母线，采用车床将坝辊两端通过卡盘装置进行夹持，保证坝辊两端的夹持位置位于同一侧母线的步骤；

依托车床两端位于辊筒下方的千分表，对辊筒的轴向和径向进行找正， 确保车床轴心线和坝辊中心线一致的步骤；

依据精确计算出的偏心偏移量和偏移方向，依次进行两端偏移量的调整，在此前提下，通过车削精加工去除不平衡量的步骤。

7.根据权利要求1所述的热装式坝辊的加工方法，其特征在于，轴头与辊筒进行过盈配合前，还包括：根据辊筒和轴头配对标记，在辊筒加热至140~160℃，确保过盈配合间隙大于0.3~0.45mm的步骤；

采用数控车床车削轴头上的第六外圆、第七外圆、第八外圆、第九外圆、第十外圆、第十一外圆、第十二外圆、第十三外圆，控制磨削余量1-1.2mm的步骤；

采用磨床粗磨第六外圆、第七外圆、第八外圆、第九外圆、第十外圆、第十一外圆、第十二外圆、第十三外圆。

8.根据权利要求1所述的热装式坝辊的加工方法，其特征在于，所述卡盘夹持装置包括连接于车床主轴上的第一卡盘夹持机构和连接于车床尾座上的第二卡盘夹持机构。

9.根据权利要求8所述的热装式坝辊的加工方法，其特征在于，所述第一卡盘夹持机构为三爪卡盘或四爪卡盘。

10.根据权利要求8所述的热装式坝辊的加工方法，其特征在于，所述第二卡盘夹持机构包括外壳、法兰、卡盘、具有螺纹的卡爪、丝杆，外壳的一端为莫氏柄，外壳上设有装配孔，法兰的一端设有轴，该轴伸入到外壳的装配孔中并通过轴承与外壳连接成一体，所述卡盘的一端与法兰的另一端固定连接，卡盘的另一端设有槽，槽的壁面上设有螺纹，所述卡爪配合在卡盘上的槽中，所述丝杆伸入到卡盘上的槽中后分别与槽壁上的螺纹和卡爪上的螺纹连接，卡爪在丝杆的旋转下沿卡盘的径向位移。