□ 梁 棟 □ 吳云云 □ 張瑞海 □ 朱 超 □ 苗興泰

萊鋼集團(tuán)機(jī)械制造有限公司 山東萊蕪 271104

卷取機(jī)是軋鋼車間熱軋或冷軋鋼材卷取成卷筒狀的重要輔助設(shè)備，具有卷取線材、帶材等超長(zhǎng)軋件以及將其卷取成卷以便于貯存和運(yùn)輸?shù)墓τ?，在帶材和線材生產(chǎn)中均被廣泛應(yīng)用。

卷取機(jī)主要由卷筒及其傳動(dòng)系統(tǒng)、壓緊輥、活動(dòng)支撐、推卷、卸卷等裝置組成，其中，卷筒是卷取機(jī)的核心部件，主要有實(shí)心卷筒式、四棱錐卷筒式、八棱錐卷筒式、四斜楔卷筒式及弓形塊卷筒式等結(jié)構(gòu)。卷筒在張力下高速卷取鋼材成帶卷，要求卷筒內(nèi)部有冷卻與潤(rùn)滑系統(tǒng)；要在較大的帶材壓力作用下縮徑卸卷；要有足夠的強(qiáng)度與剛度。所有這些都決定了卷筒結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和零件的制作難度。

我公司承接了一批φ500 mm熱帶軋機(jī)卷取機(jī)卷筒的制作任務(wù)。圖1所示為四棱錐卷筒結(jié)構(gòu)，每套卷筒主要由一件“四棱錐軸套”和四件“扇形板”組成，采用雙聯(lián)斜燕尾連接零件，從而形成一個(gè)整圓，并通過“四棱錐軸套”和“扇形板”的相對(duì)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)外圓的膨脹（打卷）與收縮（卸卷）。在制作“四棱錐軸套”和“扇形板”時(shí)，若采用數(shù)控機(jī)床或加工中心等先進(jìn)加工設(shè)備，則加工方法相對(duì)簡(jiǎn)單容易，但制造成本將大幅提高。經(jīng)過綜合分析，采用了普通銑床（如X6132或X5040）和立車（C5112）進(jìn)行加工制造，同時(shí)，為了降低加工難度，保證加工精度，設(shè)計(jì)制造了四棱錐軸套和扇形板的加工工裝。

1 “四棱錐軸套”工藝分析及工裝設(shè)計(jì)

如圖2所示，“四棱錐軸套”的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，有4等分且與內(nèi)孔軸線傾斜12°的雙聯(lián)60°角外燕尾；加工精度要求較高，圖紙工藝要求雙聯(lián)燕尾在圓周上四等分且對(duì)稱要求較高；內(nèi)孔、斜面和燕尾60°角處均要求粗糙度達(dá)到Ra1.6，尤其是上、下兩外燕尾必須尺寸一致、角度相等。為此，設(shè)計(jì)制造了四棱錐軸套粗、精加工工裝。

四棱錐軸套的制作工藝流程為：毛坯制作→車內(nèi)孔及端面→粗加工燕尾→插鍵槽→半精加工燕尾→精加工燕尾→鉆孔等。

1.1 毛坯制作

由于四棱錐軸套結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且工件負(fù)荷較大，因此毛坯選用低合金鑄鋼35SiMnMoV鑄造成型，然后進(jìn)行正火和回火處理，提高工件的綜合力學(xué)性能。

1.2 內(nèi)孔及端面車削

為了保證雙聯(lián)外燕尾的加工精度，首先應(yīng)加工出φ180H8mm內(nèi)孔和尺寸335 mm兩端面，并作為后續(xù)外燕尾等粗、精加工工序的加工基準(zhǔn)。

1.3 外燕尾粗加工

▲圖1 四棱錐卷筒示意圖

▲圖2 四棱錐軸套

▲圖3 “軸套”粗加工工裝

▲圖4 “軸套”粗加工過程圖示

▲圖5 精加工工裝示意圖

▲圖6 精加工過程圖示

由于四棱錐軸套結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求較高，且雙聯(lián)燕尾與軸線呈12°傾斜角，通過對(duì)四棱錐軸套結(jié)構(gòu)的分析，設(shè)計(jì)制造了一種四棱錐軸套粗加工工裝，如圖3所示，主要由底座、定位盤、拉桿及螺栓等組成，定位盤用螺栓固定在底座上，其中，底座的斜面與底面成12°傾角，底座下部設(shè)置有一定位鍵，鍵寬應(yīng)根據(jù)機(jī)床T型槽設(shè)計(jì)，用于工裝在機(jī)床上的定位；定位盤的外圓尺寸應(yīng)根據(jù)四棱錐軸套內(nèi)孔制作，保證兩者間隙不超過0.05 mm，用于四棱錐軸套在傾斜面上的定位，同時(shí)，定位盤中心位置加工有一絲孔，在裝夾工件時(shí)與拉桿連接。使用此工裝裝夾工件，能使工件呈直立狀態(tài)，提高了工件的裝夾剛性，從而可以選擇較大的切削用量，提高了加工效率，但4等分燕尾的分度精度較低。

如圖4所示為四棱錐軸套粗加工示意圖，加工過程如下：首先，將除外燕尾外的其余各面全部加工至圖紙要求；然后，將粗加工工裝固定在銑床工作臺(tái)上，并通過拉桿及壓板將四棱錐軸套固定在加工工裝上；最后，利用百分表找正等分和角度尺檢測(cè)，使4處外燕尾分別與機(jī)床主軸垂直，并用銑刀粗加工四棱錐軸套上雙聯(lián)60°外燕尾，單邊應(yīng)留1-2 mm精加工余量。

1.4 外燕尾精加工

為了提高4等分燕尾的分度精度，設(shè)計(jì)制造了一種四棱錐軸套精加工工裝，如圖5所示，主要由底座、芯軸、分度頭、尾座頂尖、定位鍵及圓螺母等組成。其中，底座底部設(shè)置有一定位鍵，鍵寬應(yīng)根據(jù)機(jī)床T型槽設(shè)計(jì)，用于工裝在機(jī)床上的定位，且底座上平面兩凸臺(tái)平面上設(shè)置有尾座定位鍵和分度頭定位鍵，制作時(shí)應(yīng)保證底部定位鍵與尾座和分度頭定位鍵的中心連線成12°夾角，從而保證在裝配好尾座和分度頭后，分度頭中心與尾座頂尖等高且連線與底座底部定位鍵的夾角也為12°；芯軸一端由分度頭三爪卡盤裝夾，一端由尾座頂尖裝夾定位，同時(shí)，為了增加芯軸與三爪卡盤之間的接觸面積，卡盤夾持處的橫截面形狀設(shè)計(jì)為三角形；分度頭側(cè)芯軸的定位止口起到對(duì)四棱錐軸套的軸向和徑向的定位作用，止口外圓與工件內(nèi)孔的間隙控制在0.05 mm以內(nèi)；為了減小工裝的重量并起到對(duì)工件周向定位作用，將工裝設(shè)計(jì)為在兩法蘭盤上銑削鍵槽的形式，并安裝上定位鍵，其中，法蘭盤與四棱錐軸套內(nèi)孔基本尺寸相同，定位鍵與四棱錐軸套鍵槽相配。使用此工裝裝夾工件，由于使用了分度頭，使4等分燕尾的分度精度提高，但由于該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的工裝剛性較低，加工時(shí)，應(yīng)采用較小的切削用量。

圖6所示為四棱錐軸套精加工示意圖：在對(duì)雙聯(lián)外燕尾精加工之前，首先，加工出四棱錐軸套的鍵槽；然后，按圖示將工裝與工件裝配起來。將底板、分度頭和尾座頂尖裝配起來并通過打表找正工裝，使分度頭中心與尾座頂尖等高，且連線與底座底部定位鍵的夾角為12°；然后將四棱錐軸套與芯軸裝配起來，并用圓螺母和壓板將工件固定在芯軸上；再將芯軸和工件一同安裝到分度頭和尾座頂尖上；最后，通過分度頭的精確分度，利用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)口燕尾刀具分別加工4等分外燕尾，保證了燕尾的精度和表面粗糙度，完成四棱錐軸套的加工。

2 “扇形板”工藝分析及工裝設(shè)計(jì)

如圖7所示，“扇形板”的外側(cè)為R250 mm圓弧，內(nèi)側(cè)為與軸線傾斜12°的雙聯(lián)60°燕尾槽，尺寸、形位公差及表面粗糙度（Ra1.6或Ra0.8）要求嚴(yán)格，兩燕尾槽尺寸、角度必須一致且同軸。為此，分別設(shè)計(jì)制造了扇形板燕尾槽加工工裝和R弧加工工裝。

▲圖7 扇形板略圖

▲圖8 燕尾槽加工工裝圖

▲圖9 “扇形板”加工過程圖示

扇形板的制作工藝流程為：毛坯制作→粗加工→探傷→調(diào)質(zhì)→半精加工燕尾槽→精加工燕尾槽→車外圓等。

2.1 毛坯制作

由于扇形板使用過程中承受較大的卷曲張力和扭矩，且鑄造毛坯不能滿足性能要求，因此選用35CrMo鍛造毛坯，毛坯按尺寸615 mm×355 mm×115 mm鍛造。

2.2 探傷和調(diào)質(zhì)

由于扇形板機(jī)構(gòu)復(fù)雜且承力較大，在調(diào)質(zhì)工序前、后均要進(jìn)行無損探傷，檢測(cè)工件內(nèi)部是否存在缺陷，如夾層、縮孔及裂紋等；為了防止扇形板燕尾槽等應(yīng)力集中部位在調(diào)質(zhì)過程中出現(xiàn)較大變形和裂紋，應(yīng)在粗加工時(shí)留有適當(dāng)?shù)腞過渡圓弧，調(diào)質(zhì)處理時(shí)應(yīng)對(duì)工件采取防變形和裂紋措施，如工件豎直放置、油淬加水冷的冷卻方式等。

▲圖10 R弧加工工裝（芯軸座）

2.3 燕尾槽加工

由于扇形板內(nèi)側(cè)為與水平成12°夾角的雙聯(lián)燕尾槽結(jié)構(gòu)，而銑床X5040不具備銑削斜面的能力，因此設(shè)計(jì)制造了燕尾槽加工工裝，如圖8所示。將此工裝斜面與底面加工成12°傾角，從而保證扇形板放置到工裝上后，燕尾槽與機(jī)床主軸垂直；同時(shí)，工裝斜面上加工有2-φ25H7mm銷軸孔和2-M18螺栓孔，其中，銷軸孔起到扇形板在工裝上定位的作用，而螺栓孔與壓板、螺栓連接，用于裝夾固定扇形板。

圖9所示為扇形板燕尾槽加工示意圖。加工過程如下：首先，利用自制角度銑刀完成燕尾槽的粗加工，單邊留2-3 mm余量；然后，在調(diào)質(zhì)處理完成后，利用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)口燕尾刀具進(jìn)行燕尾槽的精加工，小進(jìn)給量，分3～4次完成加工，保證工件加工精度和表面粗糙度。

2.4 外弧面的加工

若每件扇形板單獨(dú)加工R250外弧，則需要在數(shù)控機(jī)床或立式車床上進(jìn)行加工，但由于數(shù)控機(jī)床加工成本較高，而立式車床加工不僅裝夾困難，而且找正時(shí)間較長(zhǎng)，降低了加工效率。通過對(duì)卷取機(jī)卷筒裝配和使用狀態(tài)的分析，一套卷筒由1件“四棱錐軸套”和4件“扇形板”組成，且當(dāng)四棱錐軸套與扇形板相對(duì)滑動(dòng)至脹徑狀態(tài)時(shí)，4件扇形板組成的外圓恰好為φ500 mm（即半徑250）。根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)制作“芯軸座”（如圖10所示），作為扇形板外弧面的加工工裝。此工裝外徑mm與四棱錐軸套內(nèi)孔配合，并通過下部臺(tái)階對(duì)工件進(jìn)行軸向定位。

圖11所示為扇形板外弧面加工示意圖。加工過程如下：首先，將四棱錐軸套和扇形板裝配為一體，并整體裝配至工裝

▲圖11 “扇形板R250”加工過程圖示

“芯軸座”上；然后，調(diào)整扇形板外圓至φ500 mm，并將雙頭螺柱穿過四棱錐軸套和扇形板的4處裝配間隙，用壓板裝夾固定裝配體；最后，將工裝及工件裝夾到立式車床C5112工作臺(tái)上，完成外弧面的加工。

3 結(jié)束語

本文針對(duì)“卷取機(jī)卷筒”零部件的加工難點(diǎn)，采取了各項(xiàng)措施，設(shè)計(jì)了各工序的加工工裝，成功解決了利用普通銑床和立式車床加工高精度 “四棱錐軸套”和“扇形板”的難題，而且降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，保證了生產(chǎn)工期，為熱軋線生產(chǎn)提供了有力保障。

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