李紅靜,武經(jīng)文

(大連橡膠塑料機(jī)械有限公司,遼寧 大連 116036)

橡塑機(jī)械大型離心復(fù)合冷硬鑄鐵輥筒質(zhì)量控制與分析

Quality control and analysis of rubber and plastics machinery large centrifugal composite chilled cast iron roller

李紅靜,武經(jīng)文

(大連橡膠塑料機(jī)械有限公司,遼寧 大連 116036)

闡述了橡塑機(jī)械大型離心復(fù)合冷硬鑄鐵輥筒的應(yīng)用范圍，從輥筒結(jié)構(gòu)形式、材料及化學(xué)成分等影響質(zhì)量的因素出發(fā)，分析了相應(yīng)的檢驗(yàn)方法與質(zhì)量控制措施。

橡塑機(jī)械;大型;離心復(fù)合冷硬鑄鐵輥筒;質(zhì)量控制;分析

橡塑機(jī)械大型離心復(fù)合冷硬鑄鐵輥筒（以下簡(jiǎn)稱輥筒），一般指直徑大于800 mm，標(biāo)記為HTLGLF(LF為離心復(fù)合)，多用于壓延機(jī)產(chǎn)品。

影響輥筒質(zhì)量的因素主要有：軋輥的結(jié)構(gòu)形式、材料、化學(xué)成分、白口深度及表面硬度、機(jī)械性能、金相組織、鑄造缺陷、機(jī)械加工、檢驗(yàn)等（如圖1），因此控制輥筒的質(zhì)量，就從這些因素入手進(jìn)行分析，具體如下。

圖1 影響輥筒質(zhì)量主要因素

1 輥筒的結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)與材料

輥筒的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示，此結(jié)構(gòu)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛性，有較高的硬度及耐磨性能和耐化學(xué)腐蝕性能，采用大R圓根可以消除局部應(yīng)力的集中，周邊鉆孔具有良好的導(dǎo)熱性能。輥筒的材料為含有鉻、鎳、鉬合金的冷硬鑄鐵。

圖2 輥筒結(jié)構(gòu)示意圖

2 技術(shù)要求

輥筒的技術(shù)要求主要有化學(xué)成分、白口深度和表面硬度、機(jī)械性能、金相組織、鑄造缺陷、機(jī)械加工和檢驗(yàn)等?？刂戚佂操|(zhì)量，多以控制這些技術(shù)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，每根輥筒都應(yīng)作化學(xué)成分、抗拉強(qiáng)度、球化率分析，彈性模量及抗彎強(qiáng)度分析作抽檢，抽檢的原則為：在原材料和生產(chǎn)工藝穩(wěn)定的條件下，定期抽檢，抽檢量為每生產(chǎn)100根輥筒，抽檢3次。

2.1 化學(xué)成分

輥筒的主要化學(xué)成分應(yīng)如表1所示。

表1 輥筒化學(xué)成分

2.1.1 化學(xué)成分檢驗(yàn)

2.1.1.1 化學(xué)成分分析試樣的截取

在鑄造出的輥筒非冒口端截取一片料頭，按圖3所示，用鉆頭鉆取少許粉末，作為化學(xué)成分分析試樣。

圖3 化學(xué)成分試樣截取圖

圖4 白口深度測(cè)量原則示意圖

2.1.1.2 化學(xué)成分檢驗(yàn)

將所取得的化學(xué)成分試樣，送交化學(xué)成分分析室進(jìn)行檢驗(yàn)、分析。如表2是檢驗(yàn)壓延機(jī)四根輥筒的主要化學(xué)成分實(shí)例。

表2 輥筒化學(xué)成份檢測(cè)表

2.1.1.3 化學(xué)成分分析

由表2實(shí)例可以看出，四個(gè)輥筒的Si含量高、Cr含量低，二根輥筒的Mn含量低，P 、S的化學(xué)成分含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1. 2 化學(xué)成分質(zhì)量控制

化學(xué)成分與輥筒的鑄造工藝、爐料成分配比等因素有關(guān)，且合金冷硬鑄鐵的含碳量和含硅量較高，易殘留硅砂等不溶性雜質(zhì)，使得Si含量高，影響輥筒質(zhì)量。

因此輥筒鑄造時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制生鐵、硅砂等鑄造用爐料配比質(zhì)量，調(diào)整Si、Cr、Mn的含量，才能控制輥筒的化學(xué)成分質(zhì)量。

2.2 白口深度及表面硬度

輥筒的白口深度、表面硬度和測(cè)量位置表面粗糙度如表3所示。

表3 白口深度、表面硬度和測(cè)量位置表面粗糙度

2.2.1 白口深度的檢驗(yàn)

2.2.1.1 白口深度檢測(cè)原則

如圖4所示，自輥筒工作輥面向圓中心目測(cè)到第一群灰點(diǎn)到中心的距離為半徑R，作長(zhǎng)度為10 的圓弧，其寬度為1，如該圓弧帶內(nèi)有三個(gè)以上（不包括三點(diǎn)）灰點(diǎn)時(shí)，以圓弧帶的中心到工作面的距離h為該處的白口深度，圖中D為輥筒直徑。

2.2.1.2 白口深度的判定方法

按照?qǐng)D5 所示，取白口深度=2h（h為復(fù)合線到

3

輥面的距離)來(lái)判定；或者按照?qǐng)D6，在輥筒端面上，沿圓周任意方向成90°的位置各測(cè)量四點(diǎn)，取其算術(shù)平均值，作為白口深度數(shù)值。

2.2.2 表面硬度的檢驗(yàn)

采用肖氏硬度計(jì)，硬度要求、測(cè)量位置表面粗糙度等如表4所示。

表4 表面硬度及測(cè)試位置表面粗糙度與清潔度

2.2.2.1 工作面硬度的檢驗(yàn)

如圖7，在工作面上一條母線的中部和兩端面≤200處測(cè)量三點(diǎn)（A1、B1、C1），每點(diǎn)沿圓周的任意方向成120。處測(cè)3點(diǎn)，四條母線測(cè)量的點(diǎn)取其算術(shù)平均值。

圖6 白口深度測(cè)量判定示意圖

圖7 輥筒硬度檢驗(yàn)示意圖

2.2.2.2 軸頸表面硬度的檢驗(yàn)

兩端軸頸的一條母線中部的一點(diǎn)E1（F1），沿圓周的任意方向成90。處各測(cè)量2點(diǎn)（如圖7），二條母線測(cè)量的點(diǎn)取其算術(shù)平均值。表5為測(cè)量壓延機(jī)四根輥筒表面硬度實(shí)例。

表5 輥筒表面硬度檢測(cè)表（均值） HSD

表6 軸頸抗拉強(qiáng)度與彈性模量

由表5可以看出，除04號(hào)輥筒軸頸表面硬度略低外，其余表面硬度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2.3 表面硬度質(zhì)量控制

對(duì)于硬度不達(dá)標(biāo)的輥筒，應(yīng)根據(jù)其使用性能進(jìn)一步確定是否可以讓步放行使用，如不允許使用，輥筒則要報(bào)廢。

2.3 機(jī)械性能

主要檢驗(yàn)抗拉強(qiáng)度、彈性模量及抗彎強(qiáng)度。

2.3.1 抗拉強(qiáng)度與彈性模量

軸頸的抗拉強(qiáng)度與彈性模量如表6所示，使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)（抗彎強(qiáng)度數(shù)值略）。

2.3.2 試樣的截取

使用輥筒實(shí)物非冒口端截取的料頭，按圖8所示截取出兩個(gè)料塊，將料塊車成圖9所示的抗拉強(qiáng)度拉伸試棒、彈性模量試棒及抗彎強(qiáng)度試棒。試棒的尺寸如表7所示。

圖8 料塊截取示意圖

圖9 試棒示意圖

表7 試棒尺寸

表8 石墨分類及示意圖

2.4 金相組織檢驗(yàn)

軸頸球化率不低于Ⅴ級(jí)，碳化物含量不大于10%，如表8、表9所示。

表9 碳化物數(shù)量分級(jí)及示意圖

表10 輥筒金相組織球化率檢測(cè)表

2.4.1 金相組織分析用試樣

用做完抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)的試塊切取并制作試樣，試樣的尺寸以面積400 mm2，高度15～20 mm為宜，如圖10。

為能夠顯示清楚的組織結(jié)構(gòu)，試樣的試面需經(jīng)過(guò)磨平、拋光和浸蝕處理。

2.4.2 金相組織檢驗(yàn)

使用金相顯微鏡對(duì)試樣進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)，檢測(cè)其球化率、碳化物。如表10為測(cè)量壓延機(jī)四根輥筒金相球化率例子，可以看出這四根輥筒的球化率均不好，圖中球很少。

圖10 金相檢驗(yàn)試樣

圖11 輥筒各部位示意圖

2.4.3 金相組織質(zhì)量控制

輥筒的金相組織與輥筒的鑄造工藝、熱處理溫度等因素有關(guān)，因此控制輥筒金相組織，首先要消除不利因素的影響。

2.5 鑄造缺陷

2.5.1 輥筒鑄造缺陷

（1）輥筒工作區(qū)及輥筒軸頸安裝軸承處表面均不應(yīng)有氣孔、砂眼和疏松等缺陷，輥筒工作面不允許有肉眼可見(jiàn)的色差及石墨孔存在，輥筒各部位如圖11所示；

（2）輥筒非工作區(qū)及輥筒軸頸安裝齒輪表面允許的鑄造缺陷如表11所示；

（3） 輥筒軸頸部位允許的石墨孔大小如表12所示。

表11 輥筒非工作區(qū)、軸頸安裝齒輪處鑄造缺陷

表12 軸頸部位石墨孔

（4）輥筒結(jié)合層部位允許的缺陷大小如表13所示。

2.5.2 輥筒的檢驗(yàn)

（1）輥筒的工作區(qū)、非工作區(qū)、軸頸表面缺陷采用目測(cè)、尺量的方法進(jìn)行檢驗(yàn)；

（2）輥筒內(nèi)部外層和結(jié)合層應(yīng)進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)。

（3）缺陷的處理 先對(duì)缺陷進(jìn)行判斷，對(duì)可以調(diào)借、鏟挖補(bǔ)焊的缺陷，應(yīng)進(jìn)行調(diào)借加工和進(jìn)行補(bǔ)焊，對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)又不可調(diào)借、補(bǔ)焊的缺陷，按照廢品進(jìn)行處理。

表13 結(jié)合層缺陷

2.6 機(jī)械加工

2.6.1 輥筒粗加工余量及表面粗糙度

1 輥筒粗加工余量及表面粗糙度見(jiàn)圖12，極限偏差如表14所示。

圖12 輥筒粗加工留量示意圖

圖13 千分尺測(cè)量示意圖

圖14 卡鉗測(cè)量示意圖

表14 輥筒粗加工余量及極限偏差 mm

表15 壓延機(jī)輥筒試驗(yàn)壓力

2.6.2 輥筒的精度等要求

輥筒的重量較大一般都＞10 t，輥筒的長(zhǎng)度都很長(zhǎng)一般≥5 m，工作面表面粗糙度Ra≤0.4 μm，軸頸表面粗糙度Ra≤1.6 μm，內(nèi)孔表面粗糙度要求Ra≤25 μm，輥筒外圓形位精度要求高，一般≤6級(jí)，因此需要選擇加工能力相適應(yīng)的機(jī)床，才能滿足這些要求。

2.6.3 輥筒外圓尺寸的檢測(cè)

機(jī)械加工時(shí)，先用千分尺檢測(cè)試切出的各外圓直徑尺寸，后用卡鉗跟蹤測(cè)量各外圓的尺寸，千分尺和卡鉗測(cè)量見(jiàn)圖13、14示意圖。

2.6.4 輥筒同軸度的調(diào)整

同軸度是輥筒的重要技術(shù)指標(biāo)之一，同軸度加工的好壞，直接影響著輥筒質(zhì)量，因此加工時(shí)為保證輥筒的同軸度要求，需要將輥筒中心與中心架的中心調(diào)整一致。如圖15所示通過(guò)調(diào)整托滾上的調(diào)距螺絲，帶動(dòng)滾珠左、右移動(dòng)，從而使得輥筒中心實(shí)現(xiàn)上、下移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，中心架的中心高H與輥筒半徑之差，就是輥筒中心需要抬起的高度。在實(shí)際操作中，計(jì)算尺寸A和B，尺寸 A是輥中心到托滾滾珠中心的距離（A=H-h），尺寸B是調(diào)距螺絲調(diào)整使?jié)L珠沿水平方向

移動(dòng)的距離（B可以通過(guò)A和R及算出）。

圖15 調(diào)整輥筒中心高示意圖

2.6.4.1 輥筒同軸度的檢測(cè)

輥筒加工后對(duì)其同軸度的檢測(cè)，采用測(cè)量徑向尺寸變動(dòng)量法，如圖16所示。將輥筒兩端等徑軸頸放置在兩個(gè)等高的V鐵上，兩個(gè)測(cè)微儀分別在鉛垂截面上調(diào)零，沿輥筒公共基準(zhǔn)軸線A-B軸向移動(dòng)測(cè)量若干個(gè)截面，讀取各截面位置上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的讀數(shù)差值| Ma-Mb|，再轉(zhuǎn)動(dòng)輥筒按上述方法在若干個(gè)截面上測(cè)量，取各個(gè)截面上讀數(shù)差中最大值（為絕對(duì)值）作為輥筒的同軸度誤差值。

圖16 公共基準(zhǔn)軸線A-B上輥筒同軸度的檢測(cè)

2.6.5 輥筒壓力

輥筒機(jī)械加工后，需要做壓力試驗(yàn)，壓力一般要求保持15 min以上不得有滲漏。輥筒的試驗(yàn)壓力如表15所示。

2.6.5.1 壓力試驗(yàn)

利用軋輥兩端緊固端蓋的螺紋孔，兩端各用螺絲緊固一試壓用的壓蓋，其中一個(gè)為盲蓋，一個(gè)為帶通水螺紋管的壓蓋，將輥筒自然放置于試壓區(qū)專用水泥槽內(nèi)，用木制的“V”型塊作支承，用壓力表直接測(cè)量壓力；

2.6.5.2 質(zhì)量控制

用目測(cè)觀查壓力及軸頸滲漏情況，如產(chǎn)生滲漏，應(yīng)對(duì)軸徑進(jìn)行堵滲修補(bǔ)，修補(bǔ)后再進(jìn)行試壓，壓力試驗(yàn)合格后，需將輥腔內(nèi)的介質(zhì)（水或其他）空干或吹干，避免因輥內(nèi)殘留有水份等介質(zhì)，影響軋輥的使用性能。

綜上所述，離心復(fù)合冷硬鑄鐵輥筒的加工工藝過(guò)程概括為：離心鑄造→機(jī)械加工→壓力試驗(yàn)，輥筒的質(zhì)量檢驗(yàn)也遵照此順序進(jìn)行，通過(guò)采用合適的檢驗(yàn)方法和處理手段，消除了鑄造缺陷、化學(xué)成分及白口深度和表面硬度、機(jī)械性能、金相組織、機(jī)械加工等因素的影響，有效地控制、提高了輥筒質(zhì)量。

[1] 《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1992年，第二版.

[2] 《橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)》，山東化工學(xué)院，1994年.

[3] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年，第一版.

[4] 《UG NX4.0中文版零件設(shè)計(jì)》，清華大學(xué)出版社，2007年第一版.

[5] GB/T 13298--91 金屬顯微組織檢驗(yàn)方法，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992年第一版.

[6] HG/T 3108--2012 冷硬鑄鐵輥筒，化學(xué)工業(yè)出版社，2013年第一版.

[7] GB/T 9441 球磨鑄鐵金相檢驗(yàn)，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010年第一版.

(R-03)

TQ330.73

1009-797X(2016)22-0069-06

B DOI∶10.13520/j.cnki.rpte.2016.22.022

李紅靜（1973-），女，副高，本科，主要從事冷加工工藝方面工作。

2016-10-17