卷取機卷筒的工藝設計

陸天英

(上海力達重工制造有限公司，上海 201824)

0 前言

冷軋鋼帶的生產能力是一個國家鋼鐵工業發展水平的重要標志，隨著我國國民經濟的不斷發展，冷軋不銹鋼帶、硅鋼帶、精密合金帶、高溫難熔合金帶、高精度極薄冷軋碳素鋼以及有色金屬帶材的需要量將急速增長，多輥冷軋機也將得到快速發展和更廣泛的應用。卷取機是冷軋機的重要設備，是成卷軋制主軋線中必不可少的關鍵設備，在帶材和線材生產中均被廣泛應用。

目前冷軋帶鋼的卷取絕大多數采用筒式卷取機。其設備主要由卷筒及其傳動系統、壓緊輥、活動支撐和推卷、卸卷等裝置組成。卷筒是卷取機的核心部件，而卷筒的精度要求高，制造工藝復雜，上海力達重工制造有限公司制造冷軋機卷筒已多年，通過設計工藝路線，設計工裝夾具，優化加工參數等手段，提高制造精度，其冷軋機卷取機卷筒制造工藝和制造技術達到了國內先進水平。

1 卷取機卷筒的用途和結構

按卷取機的用途可分為大張力卷取機和精整卷取機兩類。大張力卷取機主要用于可逆軋機、連軋機、單機架軋機和平整機。精整卷取機則主要用于連軋退火、酸洗、涂鍍層及縱剪、重卷等生產機組。

按卷筒的結構特點可分為實心卷筒卷取機、四棱錐卷筒卷取機、八棱錐卷筒卷取機及四斜楔和弓形塊卷筒的卷取機等。前三種強度好，徑向剛度大，常用于軋制線做大強力卷取。后兩種結構簡單，易于制造，常用于低張力的各種精整線。本文論述的四棱錐卷筒，其外圓由肆塊扇形板組成，結構對稱，由于沒有中間零件，棱錐軸直徑大，強度高，卷筒為懸臂結構，便于卸卷，外端設有活動支撐。實心的四棱錐軸在液壓缸活塞桿推動下作軸向移動時，卷筒被脹開或收縮，鉗口采用液壓控制，由液壓缸帶動鉗口的活動卡板。

2 卷取機卷筒的設計要求

在卷取過程中，卷取機卷筒承受著很大的彎曲力和來自帶有張力的多層纏繞帶材的很大的徑向力，因此對卷筒有如下要求:卷筒應具有很高的剛度，以保證其零件在卷取時受徑向載荷的作用而不產生殘余變形;卷筒表面不能有裂紋和凹痕，否則帶材會壓入這些裂紋和凹痕中，產生表面缺陷;卷筒應是對稱的，扇形板的外圓要嚴格同心，以消除帶卷在卷取過程中的跳動;卷筒應具有將帶材端頭夾住的鉗口。

3 卷取機卷筒的工藝設計

針對四棱錐卷筒的設計要求和結構特點，設計工藝路線，并在實踐中不斷探索改進，確保制造出高質量的卷取機卷筒，保證卷取機順利工作。

3.1 提高扇形板配合面的加工精度

卷取機卷筒外圓由一塊鉗口扇形板和三塊扇形板組成，其鉗口扇形板結構最為復雜。扇形板加工是一個精雕細啄的過程，工序多達四十步左右。如何保證加工精度尤為重要。

(1)減小氮化狀態下的變形。帶鉗口扇形板外圓上開有裝鉗口的槽，另一側有裝液壓缸的孔，反面有與主軸配合的一組斜面，每個斜面等高，還有燕尾槽。工件較薄，且結構復雜，又需氮化處理，極易變形。針對這一特點，經過反復論證，采用在粗加工后，進行調質熱處理。然后經二次半精加工，二次消除機加工應力，并使消除應力的工件狀態與氮化狀態一致，以大大減少在氮化這一工步的變形。

(2)設計定位夾具。扇形板一側為圓弧面，另一側為一組等距離的斜面及T型槽 (或燕尾槽)，裝夾困難。采用設計斜模夾具，斜度與扇形板斜面的斜度一致，并在斜模上安裝120°的V型鐵，以裝夾圓弧面，將一組等距離斜面加工轉換為等距離的水平面加工，大大方便了加工，提高了加工精度和加工效益，如圖1所示。

圖1 定位夾具Fig.1 Positioning fixture

(3)刀具設計及選用。扇形板上一組等距離的斜面要與主軸上斜面配合，其等距離和平面度要求特高，采用先進的加工中心保證其精度外，還根據扇形板的材質和金屬切削理論選用特定的刀盤和刀片。該刀具性能好，耐磨，加工表面粗糙度高、加工精度高、刀片調換方便。即可提高生產效率，又可提高加工精度。

3.2 提高卷筒的圓度和同軸度

(1)扇形板裝配在主軸上，通過一組等距離斜面與主軸配合接觸，在“T”形槽或燕尾槽上，采用鍵配合以防扇形板脫落。在生產過程中，一組扇形板、中空軸、主軸等為一整體，扇形板在軸線方向無相對運動，而僅在徑向方向有相對運動。經油缸拉動伸縮，使扇形板外圓擴大或縮小。難度在于即要保證扇形板在脹縮過程中配合面要正常滑動，不可有卡阻現象，又要求配合面不可太松，以免增加自重引起的間隙，以增加無負載時的不圓度。為此經過反復研究、論證及試制，最后確定扇形板與主軸在徑向方向的配合間隙的取值范圍，同時通過對扇形板及主軸上的一組等距離斜面的鏟刮，以保證平面接觸及滑動良好，并規定扇形板一組等距離的斜面硬度比主軸上相對應的斜面硬度低一定值，以保證主軸的使用壽命。

(2)卷筒外圓的整體加工。制造成本低，而且保證加工質量被廣泛使用。首先要確定扇形板與主軸在工作狀態的相對位置，從而確定扇形板外圓的定位位置。通過計算，算出主軸與中空軸的相對位置，也就確定了扇形板外圓的位置。然后要在機加工過程中對扇形板進行固定，由于扇形板與主軸配合在徑向方向有配合間隙，在軸向方向還可移動，需對其加以固定。設計扇形板外側端加螺孔，然后用定位板 (一)加以緊固，而定位板 (一)又與主軸固定。內側端利用扇形板的螺孔，與中空軸相聯以固定扇形板。主軸與中空軸通過另定位板 (二)加以固定，如圖2所示。

圖2 卷筒Fig.2 Coiler mandrel

(3)中空軸外圓與扇形板在組裝成一體后精加工，規定中空軸外圓留一定余量，與扇形板組裝成一體后一同精加工，便于整體校調方便，保證了同軸度，圓度要求。卷筒工藝路線如下。粗加工→熱處理→半精加工→消除應力→半精加工→消除應力→裝配→精車→氮化→裝配→精磨

3.3 改進扇形板坯料形狀

(1)扇形板一般是由鍛件制作而成，如采用長方體坯件，雖鍛造簡單，但費用、加工成本、加工周期加大，經過探索實踐，改長方體鍛件為圓筒鍛件從圓筒中截取扇形板坯料，并讓鍛件廠加工好內孔、外圓，這樣既減少了坯料成本，又減少了粗加工外圓的工作量。

(2)扇形板兩側扇形斜面及斜面上的矩形槽，其加工裝夾困難，且不易加工，工作量大。如采用粗加工、半精加工、精加工，則加工工作量很大，生產周期也長。后改進工藝，在粗加工時，規定以一端面為基準，四塊扇形板定位一致，一次加工扇形板兩側扇形斜面及斜面上矩形槽至圖紙要求，并在后續半精加工、精加工中，以此為定位基準，加工其它各面。精加工后，將扇形板兩側斜面及矩形槽拋光，使外形美觀，保證加工質量，又大大縮短了加工周期，提高了生產效益。

4 結束語

由于設計了定位夾具，合理的加工工藝，使卷取機的四棱錐卷筒制造精度更上了一個臺階。保證了加工質量，縮短了加工周期，提高了經濟效益。上海力達重工制造有限公司制造的卷取機廣泛應用在全國各地，由于使用性能良好，工作狀態穩定，深受用戶的好評，增加了企業的競爭力。

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［2］文慶明，程志彥.軋鋼機械設備 ［M］.北京:人民郵電出版社，2006.

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