薛小飛 師軍東

(太原重工股份有限公司軋鋼設(shè)備分公司，山西030024)

近年來(lái)冷軋無(wú)縫鋼管的市場(chǎng)需求量比較大，隨著機(jī)械精密化與高速化的發(fā)展，對(duì)冷軋管機(jī)組設(shè)備精度的要求也越來(lái)越高。在軋制的過(guò)程中，曲軸承受著由軸向軋制力、機(jī)架往復(fù)慣性力及機(jī)架的摩擦力引起的交變載荷，這種交變載荷引起曲軸疲勞失效，因此曲軸是軋管機(jī)承受交變載荷、傳遞動(dòng)力的關(guān)鍵零件[1]。其傳統(tǒng)的加工工藝是采用專(zhuān)用曲軸數(shù)控加工機(jī)床進(jìn)行車(chē)削來(lái)滿足制造要求，成本比較高，適用于大批量的生產(chǎn)。本文介紹在沒(méi)有專(zhuān)用曲軸加工設(shè)備的前提下，使用普通車(chē)床和鏜銑床，通過(guò)裝配配合輔助，創(chuàng)新形成的一種新的曲軸加工工藝。

1 曲軸工藝要求

1.1 曲軸的簡(jiǎn)介及技術(shù)要求

某國(guó)產(chǎn)LG530冷軋管機(jī)組設(shè)備主要由芯棒導(dǎo)出裝置、送進(jìn)回轉(zhuǎn)及芯棒卡盤(pán)裝置、主軋機(jī)裝置、主傳動(dòng)裝置、出料裝置等部件組成。在工作過(guò)程中，主傳動(dòng)帶動(dòng)曲軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸的曲拐帶動(dòng)連桿及軋管機(jī)箱體作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，箱體通過(guò)齒條、齒輪帶動(dòng)軋輥工作，產(chǎn)生軋制力，通過(guò)曲軸將電機(jī)輸入的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為連桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，因此曲軸在工作的過(guò)程中受力大，精度要求高，其尺寸為4945 mm(長(zhǎng))×1566 mm(寬)×1200 mm(高)，總重約為50 t，平行軸間距610 mm，旋轉(zhuǎn)直徑2400 mm，如圖1所示。

1—1#主軸 2—2#曲柄 3—3#拐軸 4—4#曲柄 5—5#主軸6—6#曲柄 7—7#拐軸 8—8#曲柄 9—9#主軸圖1 曲軸圖紙尺寸要求Figure 1 Dimension requirements on crankshaft drawings

1.2 曲軸加工難點(diǎn)分析

曲軸作為冷軋管機(jī)關(guān)鍵零件，曲軸的質(zhì)量是影響軋管機(jī)的效率和壽命重要因素。

傳統(tǒng)的曲軸加工方法是在曲軸半精加工后，各主軸外圓留余量，裝配好后再到曲軸專(zhuān)用機(jī)床進(jìn)行精加工。但專(zhuān)用曲軸加工機(jī)床太貴，此外LG530冷軋管機(jī)組的曲軸是單一、小批量的零件，無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，且委托加工費(fèi)用和運(yùn)輸成本費(fèi)用較為昂貴。若使用普通機(jī)床加工高精度的曲軸，主要有以下幾點(diǎn)關(guān)鍵性的技術(shù)難點(diǎn)：

(1)曲柄無(wú)法整體在普通機(jī)床上精加工，如何保證各零件熱裝后的尺寸和位置精度要求；

(2)主軸、拐軸與內(nèi)孔的過(guò)盈量0.80 mm，曲柄上裝有圓柱滾子軸承，整體體積和重量較大，屬于異形件起吊，運(yùn)輸不便且不能整體進(jìn)箱式爐加熱，如何局部加熱內(nèi)孔及保護(hù)軸承不收高溫的影響；

(3)熱裝后，如何減小控制的熱變形，消除裝配過(guò)程的累積誤差；

(4)因熱傳導(dǎo)作用，如何保護(hù)軸承在加熱過(guò)程中溫度不高于100℃；

(5)熱裝后，如何減小軸的下?lián)隙扰c軸向的收縮量；

(6)加熱后，內(nèi)孔溫度較高，如何測(cè)量?jī)?nèi)孔尺寸。

2 工藝方案及加工方法

2.1 工藝方案

針對(duì)以上的曲軸技術(shù)要求，經(jīng)過(guò)反復(fù)討論研究制定了以下工藝路線：鍛毛坯→粗加工→無(wú)損檢測(cè)→熱處理→無(wú)損檢測(cè)→半精加工→精加工→裝配→精加工(組合)→總裝配→精鏜，并采用了局部加熱和分部組合加工的方法，詳細(xì)流程如圖2所示。

圖2 曲軸的組裝流程圖Figure 2 Crankshaft assembly flow chart

2.2 工藝準(zhǔn)備工作

(1)裝配方式的選擇：曲軸立式放置，便于火焰向上加熱，也利用起吊裝配，零件依靠自重，使曲柄與軸臺(tái)階面貼合壓緊。

(2)加熱溫度的計(jì)算：主軸、拐軸與曲柄配合過(guò)盈量分別為0.80 mm，查表得最小熱裝間隙為0.78 mm，依據(jù)重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)計(jì)算得到加熱溫度tn為：

式中，Δ1是熱裝時(shí)的過(guò)盈量(mm)；Δ2是熱裝時(shí)的最小間隙(mm)；t是室溫(℃)；a是材料的線膨脹系數(shù)，取11×10-6℃；df是零件的結(jié)合直徑(mm)。

(3)劃十字中心線：組合件合套裝配時(shí)，根據(jù)曲軸零件之間的相互位置，在組合件端面上劃十字中心線，要求熱裝時(shí)上下中心線對(duì)齊。

(4)保護(hù)軸承：加熱時(shí)，在軸承外面用鋼板與火焰隔離開(kāi)，防止軸承受到較高的溫度。

(5)復(fù)查配合尺寸：仔細(xì)核對(duì)配合件相關(guān)尺寸，根部圓角、端面倒角沒(méi)有干涉。

2.3 曲軸加工難點(diǎn)的解決方案

2.3.1 曲軸工裝的設(shè)計(jì)

依據(jù)曲軸加工方案中遇到的細(xì)節(jié)難題，查閱相關(guān)技術(shù)資料，設(shè)計(jì)了以下工裝和難點(diǎn)工藝解決方案：

(2)等高墊塊，8件，高度50 mm精磨至一致，Ra1.6 μm，用于墊平曲柄，便于工件水平裝配；

(3)在端蓋?500 mm×20 mm上，內(nèi)側(cè)車(chē)?645 mm×5 mm的止口，熱裝后拉緊主軸和拐軸；

(4)加熱工具，加熱毯和支撐工具，用于局部加熱曲柄內(nèi)孔；

(5)對(duì)測(cè)量桿，內(nèi)孔過(guò)盈量，依重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)查得熱裝間隙，用于測(cè)量加熱后曲柄內(nèi)孔尺寸；

(6)千斤頂、百分表、框式水平儀，三者配合使用，用于調(diào)平主軸和拐軸；

(7)拉桿、壓板、方箱、起吊環(huán)、螺栓等，用于起吊、壓緊和固定曲柄。

2.3.2 曲軸加工工藝流程

(1)零件的加工：按圖精車(chē)、磨主軸、拐軸，Ra1.6 μm，Ra3.2 μm，軸肩相對(duì)中心的跳動(dòng)0.03 mm，按圖精銑4#、6#曲柄各面及主軸內(nèi)孔，拐軸內(nèi)孔留余量5 mm；精銑2#、8#曲柄各面及拐軸內(nèi)孔至圖，主軸內(nèi)孔留余量5 mm；在曲柄側(cè)面銑若干基準(zhǔn)面，對(duì)機(jī)床跑坐標(biāo)刻劃中心線。

(2)組合一的裝配：曲柄墊等高墊塊，找正、墊平，將曲柄平放在平臺(tái)上，加熱4#曲柄主軸內(nèi)孔，用測(cè)量桿檢測(cè)，內(nèi)孔尺寸合格后，將5#主軸豎裝到孔內(nèi)，依主軸自重，使軸肩與曲柄端面貼緊，塞尺0.05 mm不入。冷卻后，精鏜曲柄4#、6#拐軸內(nèi)孔，直徑方向留余量5 mm，同軸度要求0.05 mm，與主軸尺寸精度要求610 mm±0.05 mm。

(3)組合二、組合三裝配：為了避免因熱裝拐軸時(shí)的偏重變形，曲柄4#、6#需用壓板螺釘固定壓緊，熱裝軸承，軸承端面與軸肩貼緊，塞尺0.05 mm不入；冷卻后，均勻加熱4#、6#曲柄內(nèi)孔，用測(cè)量桿檢測(cè)合格后，裝配拐軸，內(nèi)側(cè)端面用端蓋、螺栓拉緊，外端用千斤頂調(diào)平，架框式水平儀，頂百分表，簡(jiǎn)圖如圖3所示。

(5)組合四、五的裝配：加熱2#、8#曲柄拐軸內(nèi)孔，檢測(cè)內(nèi)孔尺寸合格后，將曲柄裝入，與拐軸端面塞尺0.05 mm不入，為了防止曲柄相對(duì)拐軸軸向和徑向的移動(dòng)、徑向的轉(zhuǎn)動(dòng)，將內(nèi)側(cè)端面端蓋螺栓把緊，并用方箱壓緊。

圖3 組合二、組合三裝配簡(jiǎn)圖Figure 3 Assembly diagram of combination IIand combination III

(6)裝配組合四、五后的精加工：工件在臺(tái)鏜上找正、墊平、壓緊，誤差小于0.05 mm，分別鏜曲柄2#、8#內(nèi)孔?460H7至要求，控制尺寸精度610 mm±0.05 mm，工藝要求兩端孔的同軸度小于0.05 mm。

(7)總裝配：將1#、9#主軸水平裝入曲柄內(nèi)。

(8)床檢：曲軸整體吊裝到龍門(mén)銑平臺(tái)，跑坐標(biāo)按曲柄基準(zhǔn)面及主軸找正，誤差小于0.05 mm，復(fù)檢各尺寸精度。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此次的工藝改進(jìn)，首次利用工裝工藝改進(jìn)，通過(guò)使用普通鏜銑機(jī)床配合裝配的方法完成了LG530軋機(jī)曲軸加工制造，解決了冷軋管機(jī)制造技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)也降低了小批量曲軸加工制造成本，為類(lèi)似產(chǎn)品的加工制造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。