椭圆环件简易矫正装置的设计与应用

2019-09-19范兴海涂俊魁许杰峰陈雪兵

安徽冶金科技职业学院学报 2019年3期

范兴海,涂俊魁,许杰峰,陈雪兵

(1.马钢设备检修公司安徽马鞍山 243002;2.马钢轮轴事业部安徽马鞍山 243000)

马钢轮轴事业部是我国最大的火车车轮轮箍生产基地，环件轧制线于2005年建成投产。环件生产工艺由钢锭加热、压机墩粗及穿孔、碾环机碾压、热打印、热处理、成品加工等组成。环件轧制是轴承、齿轮、火车车轮等基础件的重要生产工艺方法，在许多工业领域中有着广泛的应用。

环件生产通过碾环机对环件径向壁厚和轴向高度两个方向进行轧制使环坯直径增大，壁厚减薄，截面轮廓逐渐成形的一种塑性加工工艺。环件件变形区几何边界是复杂的，不稳定的，变形的热、力条件也是动态变化的，因而环件轧制变形具有高度复杂性，随着机电液控制技术的快速发展，轧制过程中的环件精度控制越来越高，产品合格率极大提高，但由于大部分碾环机抱辊通过压力控制，压力设定不恰当会使环件件左右晃动，造成轧制不稳定，甚至引起环件椭圆度超过设计要求，有必要对椭圆度超差的环件进行矫正。

目前，环件自动简易矫正装置在个别生产厂得到应用，虽自动化程度高，但对生产中只偶尔出现椭圆度超差的环件生产厂存在着投资效益比问题，有必要设计制造一套简易椭圆环件的简易矫正装置对极个别椭圆度超差的环件实现矫正。

1 椭圆环件的简易矫正装置的设计

1.1 椭圆环件的简易矫正装置的结构设计

椭圆环件的简易矫正装置，包括底座、上顶杆、下顶杆、支撑板、机架、托辊、托辊支架等组成，整个装置主要利用铆焊的型材及钢板进行制作。椭圆环件简易矫正装置主视图如图1所示，俯视图如图2所示，底座是由50 mm后的钢板切割成方形而成，底座四周对称钻了四个φ40通孔，用来穿过预埋在基础上的固定螺栓，固定简易矫正装置，机架由50 mm厚的钢板切割而成，通过焊接方式固定在底座上[1]，机架固定在底座上时按对角线对称，机架中心偏离底座一定距离，机架对底座产生的倾覆力矩与环件重力对底座产生的倾覆力矩方向相反，相互抵消一部分倾覆力矩，托辊通过托辊支架固定在底座上，托辊辊子能够绕心轴转动，托辊主视图见图3，支撑板焊在机架上，与机架垂直，上、下顶杆由圆钢一端焊接圆弧钢板制作而成，顶杆端部圆弧钢板圆弧度根据与环件接触的环件内径制作，考虑到椭圆环件的简易矫正装置本体结构特征和现场条件，整个椭圆环件的简易矫正装置利用现场现有的液压千斤顶做为动力源进行椭圆环件的矫正动力，液压千斤顶放在支撑板上。

图1 椭圆环件简易简易矫正装置主视图

1.2 椭圆环件的简易矫正装置矫正力的确定

根据生产实际，选用易产生椭圆的某直径1400 mm的环件的最大椭圆度来进行椭圆环件的简易矫正装置所需的矫正力，该环件材质为合金钢，其屈服极限为400MPa左右。

图2 椭圆环件简易简易矫正装置俯视图

图3 托辊主视图

使用SolidWorks2014建立环件的三维模型[2]，并利用其simulation静力分析模块进行应力分析。根据椭圆环件的简易矫正装置的结构设计，环件的的矫正力施加位置和约束位置对称布置。为使分析结果接近实际，对环件进行网格划分时采取最优网格划分，并对环件矫正力施加位置和约束位置进行网格细化。，在应力分析过程中，逐渐增加在环件上的作用力，当施加在环件上的作用力为60T时，环件应力分析结果如图4所示，可以看出，最大应力大小为430.5MPa，，大于环件屈服极限，足够是环件产生塑性变形，故选用100T液压千斤顶做为椭圆环件矫正动力源。

2 椭圆环件的简易矫正装置的应用

矫正时，首先对椭圆环件进行测量，算出直径偏差，标出需要矫正部位，再进行变形模拟，大概算出椭圆矫正所需要的力(通过有限元模拟得出)，然后将椭圆度超差的环件用吊带吊到矫正装置托辊上，环件在托辊上可以用很小的力实现自由旋转，椭圆环件呈垂直放置，液压千斤顶施加的张力通过上顶杆、支撑板、下顶杆作用在环件上，环件某一方向的椭圆度得到校正，随后旋转环件对下一方向的椭圆度进行矫正，一般选择对环件进行2到3个方向矫正，即可达到环件设计要求。由于托辊转套与轴之间采用滚动副连接，转套在很小的外力作用下可以绕轴转动，从而对环件施加很小的力矩，可以实现在托辊上的旋转。