劉橋云，周曉峰

（湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司，湖南湘潭 411101）

引言

某鋼廠3.8 m 中厚板生產(chǎn)線于2005 年9 月份建成投產(chǎn)，配備雙機(jī)架4輥可逆中厚板軋機(jī)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)主軸軋輥側(cè)軸頭斷裂情況，平均使用壽命1.5 年。如圖1 所示主傳動軸(A)用于在主電機(jī)和工作輥/工作輥梅花頭之間傳輸力矩。再通過萬向節(jié)連接電機(jī)接手和工作輥。傳動軸的軸身在帶迷宮環(huán)的滑動軸承(C)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承的供油從中心油潤滑系統(tǒng)提供。在電機(jī)側(cè)，兩根軸頭在一個鉸鏈U型夾里調(diào)節(jié)。輥?zhàn)觽?cè)軸頭的滑塊潤滑通過一臺干油泵(D)實(shí)現(xiàn)。本文重點(diǎn)就是分析軋輥側(cè)軸頭斷裂的原因和解決辦法。

1 中厚板四輥軋機(jī)輥系工況介紹

1.1 主要運(yùn)行參數(shù)

電機(jī)功率：7 500 kW；

電機(jī)速度：0～±60/140 r/min；

額定轉(zhuǎn)矩：1 194 kNm；

軋制扭距(200%)：2 388 kNm；

最大過載扭距(250%)：2 985 kNm；

切斷扭距（275%）：3 283 kNm；

工作輥?zhàn)钚≥亸剑害?30 mm。

1.2 輥端關(guān)節(jié)主要零件材料性能（見表1）

表1 主要零件材料性能表

圖1 主傳動結(jié)構(gòu)示意圖

2 現(xiàn)場斷裂實(shí)物情況

圖2 軸頭斷裂照片1

圖3 軸頭斷裂照片2

3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

由于斷裂虎口主要是在輥端側(cè)軸頭，因此對輥端側(cè)軸頭與制造廠一起進(jìn)行了有限元分析：

三維建模如圖4。

圖4 軸頭建模圖

加載扭矩3 500 kNm如圖5。

圖5 軸頭有限元分析

分析結(jié)果參見圖6。

圖6 軸頭有限元分析結(jié)果截圖

輥端軸頭最大應(yīng)力為445.77 MPa，出現(xiàn)在安裝虎口銅滑塊凹槽的圓弧過渡處，屬于應(yīng)力最集中部位。

4 輥端軸頭金相組織和材料理化性能分析

為了找到軋輥端軸頭虎口斷裂的原因，對輥端虎口取樣做金相組織分析和材料理化性能分析，分析結(jié)果如下：

4.1 金相組織分析

從金相組織分析報告（見圖7）來看，整個組織晶粒度偏大，普遍在2～4 級，個別甚至在0 級。說明鍛造比不夠。

圖7 金相組織報告照片

4.2 理化性能分析

從理化結(jié)果（見圖8）來看屈服強(qiáng)度偏低，抗拉強(qiáng)度基本能滿足，沖擊功達(dá)不到設(shè)計要求。

埃塞俄比亞(以下簡稱“埃塞”)位于東非高原，國土面積110萬km2，首都亞的斯亞貝巴，同時也是非洲聯(lián)盟總部的所在地。人口1.05億。非洲即將啟動非洲大陸自貿(mào)區(qū)，埃塞為整個非洲提供了最大的市場，同時還有大量的廉價勞動力。阿姆哈拉語為聯(lián)邦工作語言，通用英語，主要民族語言有奧羅莫語、提格雷語、錫達(dá)瑪語、阿法爾語、索馬里語和其他當(dāng)?shù)卣Z言。

圖8 材料理化分析結(jié)果照片

5 原因分析總結(jié)

（1）從有限元分析來看，應(yīng)力集中最大處位于安裝虎口銅滑塊凹槽的圓弧過渡尖角處，若該部位在精加工時未處理好，極可能導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力集中，發(fā)生疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)散，導(dǎo)致軸頭斷裂。從實(shí)際軸頭斷裂位置和裂紋源來看，也極為吻合。

（2）從金相組織分析和材料理化性能分析來看，在制造過程中，若鍛造比不夠或者裝配過程中存在回火現(xiàn)象，會導(dǎo)致晶粒度不合格，性能達(dá)不到設(shè)計要求，強(qiáng)度滿足不了工況需求，必然會導(dǎo)致疲勞斷裂。

6 解決辦法

通過上面的分析，找到了問題的所在，制訂措施如下：

（1）廠家在制造軸頭備件時要保證毛坯的鍛造比，并取樣分析，保證晶粒度在6級以上。

（2）在進(jìn)行精加工時要保證圓弧過渡R15 倒角要保證，避免最大應(yīng)力集中區(qū)的處理，保證加工精度要求。

（3）對輥端軸頭處易產(chǎn)生疲勞裂紋部位進(jìn)行周期性探傷，并建立管理臺賬，做到早發(fā)現(xiàn)早處理，避免釀成事故。

（4）規(guī)范裝配工藝，避免二次回火。

7 結(jié)語

中厚板軋機(jī)軸頭斷裂危害較大，對整個軋機(jī)精度包括大電機(jī)的影響都較大，必須避免該類事故發(fā)生。從改進(jìn)后的運(yùn)行情況來看，效果較好。