金磊

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司中板分廠，江蘇江陰214400）

綜合

中厚板軋機(jī)壓下銅螺母齒形開(kāi)裂原因分析和改進(jìn)措施

金磊

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司中板分廠，江蘇江陰214400）

通過(guò)對(duì)軋機(jī)壓下銅螺母齒形開(kāi)裂分析，找出其主要原因是齒形面潤(rùn)滑孔的設(shè)計(jì)布置不合理，造成局部齒根強(qiáng)度不夠引起開(kāi)裂并逐步擴(kuò)散到其他部位，另外，部分齒面潤(rùn)滑不足也是造成原因之一。經(jīng)改進(jìn)齒形面潤(rùn)滑孔設(shè)計(jì)布置后，收到較好效果。

銅螺母；齒形；開(kāi)裂；黑斑；潤(rùn)滑

1 前言

某鋼廠爐卷生產(chǎn)線布置一臺(tái)3500中厚板軋機(jī)，其設(shè)計(jì)為意大利達(dá)涅利公司。投產(chǎn)后即遇鋼板銷售市場(chǎng)低迷，生產(chǎn)線開(kāi)開(kāi)停停。2年后發(fā)現(xiàn)軋制鋼板過(guò)程中鋼板厚度的精度有所下降，影響鋼板質(zhì)量。鑒此，對(duì)軋機(jī)進(jìn)行全面檢查發(fā)現(xiàn)壓下絲桿與銅螺母間隙變大，繼而對(duì)壓下裝置進(jìn)行整體拆卸，發(fā)現(xiàn)銅螺母齒形上有許多縱向裂紋及齒表面有過(guò)熱黑斑痕跡，為此對(duì)產(chǎn)生銅螺母齒形開(kāi)裂和過(guò)熱黑斑所造成的原因進(jìn)行全面分析，優(yōu)化改進(jìn)了銅螺母齒形面潤(rùn)滑孔結(jié)構(gòu)。

2 壓下裝置銅螺母齒形開(kāi)裂情況

（1）銅螺母齒形上許多裂紋都是從齒頂?shù)烬X根縱向方向開(kāi)裂，程度相當(dāng)嚴(yán)重。

（2）壓下絲桿與銅螺母接觸齒形面處，在銅螺母的齒形面上有局部過(guò)熱黑斑痕跡。

（3）銅螺母在齒形根部圓周上分布每間隔120°有1條通長(zhǎng)的稀油潤(rùn)滑孔槽，發(fā)現(xiàn)在稀油潤(rùn)滑孔槽處沿通長(zhǎng)方向上每個(gè)齒形均從齒頂?shù)烬X根縱向方向開(kāi)裂。

3 銅螺母齒形開(kāi)裂和齒面過(guò)熱黑斑痕跡產(chǎn)生的原因分析

軋機(jī)壓下絲桿裝置工作原理是銅螺母固定在軋機(jī)牌坊窗口的頂部，壓下絲桿通過(guò)電機(jī)和減速箱及蝸輪箱來(lái)驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上升和下降。當(dāng)壓下絲桿向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，絲桿底部始終因受到軋輥軸承座彎輥缸的向上彎輥力作用，絲桿的8°上齒面與銅螺母8°下齒面緊緊地貼在一起接觸轉(zhuǎn)動(dòng)，因而此處需要充分潤(rùn)滑來(lái)降低轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦阻力。

造成銅螺母齒形上許多裂紋的主要原因是齒形圓周上分布每間隔120°有1條通長(zhǎng)的稀油潤(rùn)滑孔槽，此處齒形根部部分被稀油潤(rùn)滑孔貫穿，加之齒形側(cè)面挖出儲(chǔ)油小槽，故該處齒形強(qiáng)度最薄弱。在軋制過(guò)程中受向上彎輥力和巨大軋制力形成的合力時(shí)，此處極易受力引起開(kāi)裂，屬于設(shè)計(jì)缺陷。非稀油潤(rùn)滑槽處局部齒形開(kāi)裂，其原因是受稀油潤(rùn)滑槽處齒形先開(kāi)裂后受力兩側(cè)不均造成。

由于稀油潤(rùn)滑孔槽貫穿齒形根部，此處前后齒根部之間挖出出油孔大約?12，共有25×3個(gè)出油孔，通長(zhǎng)的稀油潤(rùn)滑供油孔?30有1×3個(gè)供油孔。計(jì)算進(jìn)和出油孔的截面積：

式中，D——油孔直徑；

n——油孔數(shù)量；

仔——圓周率；

A——油孔截面積。

表1 供油孔與出油孔參數(shù)

依據(jù)質(zhì)量守恒定律，不可壓縮液體的流動(dòng)過(guò)程也遵循質(zhì)量守恒。銅螺母齒形稀油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑油為不可壓縮液體，故進(jìn)油與出油量符合質(zhì)量守恒定律。在流體力學(xué)中這個(gè)規(guī)律用流量連續(xù)性方程表示，即

圖1 改進(jìn)前、后的銅螺母稀油潤(rùn)滑孔槽

式中，Q——流量；

V1、V2分別是流管通流量截面A1、A2上的平均速度。

銅螺母齒形稀油潤(rùn)滑供油壓力與出油壓力相等，即V1=V2，因而A1=A2。從表1可以看出供油孔的截面積比出油孔截面積小將近3/4。故銅螺母上有3/4數(shù)量的齒未得到充分潤(rùn)滑，絲桿和螺母?jìng)鲃?dòng)時(shí)齒接觸面缺少潤(rùn)滑油造成干摩擦，摩擦后有銅屑出現(xiàn)并發(fā)熱，導(dǎo)致齒面局部有過(guò)熱黑斑痕跡出現(xiàn)。

4 改進(jìn)銅螺母齒面潤(rùn)滑條件

為了改善銅螺母齒面潤(rùn)滑，現(xiàn)將齒形圓周上分布每間隔120°有1條通長(zhǎng)的稀油潤(rùn)滑孔槽布置遠(yuǎn)離齒根部20 mm，在齒間處橫向鉆?6孔與?30稀油潤(rùn)滑孔相通，其目的增強(qiáng)此處齒根部的強(qiáng)度，并且也減小稀油潤(rùn)滑出油孔截面積與供油孔截面積相同，為2 119.5 mm2，保證了供油量大于等于出油量，使所有齒面均得到充分潤(rùn)滑，解決因缺少潤(rùn)滑油造成絲桿和螺母?jìng)鲃?dòng)時(shí)齒接觸面干摩擦情況。銅螺母稀油潤(rùn)滑孔槽改進(jìn)前、后示意見(jiàn)圖1。

另外，通過(guò)計(jì)算原有齒頂潤(rùn)滑供油量相比出油量比較富裕，為了更好確保齒面潤(rùn)滑，在原來(lái)上下距離每隔150 mm錯(cuò)位120°布置每層有2個(gè)?3潤(rùn)滑孔，現(xiàn)在再增加每層4個(gè)?3齒頂潤(rùn)滑孔，即每層有6個(gè)齒頂潤(rùn)滑孔按圓周上分布每間隔120°布置2個(gè)，充分保證了絲桿和螺母?jìng)鲃?dòng)時(shí)每個(gè)齒接觸面均有潤(rùn)滑油起潤(rùn)滑作用。改進(jìn)后的銅螺母上機(jī)使用1年后，經(jīng)拆開(kāi)檢查未發(fā)現(xiàn)齒形面上有裂紋，而且黑斑也消失了，應(yīng)該說(shuō)這次改進(jìn)取得良好的效果。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)銅螺母齒形開(kāi)裂和齒面黑斑形成的原因分析，找到存在問(wèn)題根源是由于設(shè)計(jì)缺陷，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析潤(rùn)滑不足情況，改變了齒形根部潤(rùn)滑孔布置位置，修改出油孔直徑，完善齒頂潤(rùn)滑供油量，達(dá)到解決問(wèn)題目的?，F(xiàn)可以得出以下結(jié)論：

（1）改進(jìn)了齒形根部稀油潤(rùn)滑孔布置位置，大大增強(qiáng)齒形根部強(qiáng)度，避免了因齒形根部強(qiáng)度薄弱而引起齒形開(kāi)裂。

（2）通過(guò)對(duì)相鄰齒根間出油孔大小重新調(diào)整，使整個(gè)供油量與出油量達(dá)到平衡，解決了部分齒形面因潤(rùn)滑量不足出現(xiàn)干摩擦產(chǎn)生過(guò)熱黑斑。

（3）利用已有齒頂處供油量相比出油量比較富裕條件，增加了齒頂出油孔數(shù)量，使絲桿和螺母?jìng)鲃?dòng)時(shí)每個(gè)齒接觸面潤(rùn)滑更加充分。

（4）改進(jìn)后銅螺母延長(zhǎng)了使用壽命，降低了備件費(fèi)用，保證了軋制鋼板厚度公差精度，同時(shí)也減少了因更換銅螺母所需停產(chǎn)時(shí)間和檢修人力成本。

Analysis of Tooth Cracking of Copper Nut for Rolling Reduction of Medium and Heavy Plate Mill and Improvement Measures

JIN Lei
(Jiangyin Xingcheng Special Steel Co.,Ltd.,Jiangyin,Jiangsu 214400,China)

Through cause analysis it was found that the main reason for the cracking of rolling reduction copper nut tooth was improper layout design of the lubrication hole in the tooth surface,resulting in inadequate local strength at the tooth root to lead to cracking which gradually spread to other parts.In addition,insufficient lubrication in parts of the tooth surface was also a cause.The layout design of the lubrication hole in the tooth surface was modified,which has achieved good effect.

copper nut;tooth profile;cracking;black spots;lubricating

TG333.7

B

1006-6764(2014)09-0079-02

2014－05－26

金磊（1977－），男，1999年畢業(yè)于淮海工學(xué)院，學(xué)士學(xué)位，工程師，現(xiàn)從事中板（爐卷軋機(jī)）設(shè)備管理工作。