橡塑機械大型離心復合冷硬鑄鐵輥筒質量控制與分析

李紅靜,武經(jīng)文

(大連橡膠塑料機械有限公司,遼寧 大連 116036)

橡塑機械大型離心復合冷硬鑄鐵輥筒質量控制與分析

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

李紅靜,武經(jīng)文

(大連橡膠塑料機械有限公司,遼寧 大連 116036)

闡述了橡塑機械大型離心復合冷硬鑄鐵輥筒的應用范圍，從輥筒結構形式、材料及化學成分等影響質量的因素出發(fā)，分析了相應的檢驗方法與質量控制措施。

橡塑機械;大型;離心復合冷硬鑄鐵輥筒;質量控制;分析

橡塑機械大型離心復合冷硬鑄鐵輥筒（以下簡稱輥筒），一般指直徑大于800 mm，標記為HTLGLF(LF為離心復合)，多用于壓延機產(chǎn)品。

影響輥筒質量的因素主要有：軋輥的結構形式、材料、化學成分、白口深度及表面硬度、機械性能、金相組織、鑄造缺陷、機械加工、檢驗等（如圖1），因此控制輥筒的質量，就從這些因素入手進行分析，具體如下。

圖1 影響輥筒質量主要因素

1 輥筒的結構形式特點與材料

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

圖2 輥筒結構示意圖

2 技術要求

輥筒的技術要求主要有化學成分、白口深度和表面硬度、機械性能、金相組織、鑄造缺陷、機械加工和檢驗等。控制輥筒質量，多以控制這些技術參數(shù)來實現(xiàn)，每根輥筒都應作化學成分、抗拉強度、球化率分析，彈性模量及抗彎強度分析作抽檢，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 化學成分

輥筒的主要化學成分應如表1所示。

表1 輥筒化學成分

2.1.1 化學成分檢驗

2.1.1.1 化學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，作為化學成分分析試樣。

圖3 化學成分試樣截取圖

圖4 白口深度測量原則示意圖

2.1.1.2 化學成分檢驗

將所取得的化學成分試樣，送交化學成分分析室進行檢驗、分析。如表2是檢驗壓延機四根輥筒的主要化學成分實例。

表2 輥筒化學成份檢測表

2.1.1.3 化學成分分析

由表2實例可以看出，四個輥筒的Si含量高、Cr含量低，二根輥筒的Mn含量低，P 、S的化學成分含量符合標準要求。

2.1. 2 化學成分質量控制

化學成分與輥筒的鑄造工藝、爐料成分配比等因素有關，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，使得Si含量高，影響輥筒質量。

因此輥筒鑄造時應嚴格控制生鐵、硅砂等鑄造用爐料配比質量，調整Si、Cr、Mn的含量，才能控制輥筒的化學成分質量。

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、表面硬度和測量位置表面粗糙度

2.2.1 白口深度的檢驗

2.2.1.1 白口深度檢測原則

如圖4所示，自輥筒工作輥面向圓中心目測到第一群灰點到中心的距離為半徑R，作長度為10 的圓弧，其寬度為1，如該圓弧帶內有三個以上（不包括三點）灰點時，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

按照圖5 所示，取白口深度=2h（h為復合線到

3

輥面的距離)來判定；或者按照圖6，在輥筒端面上，沿圓周任意方向成90°的位置各測量四點，取其算術平均值，作為白口深度數(shù)值。

2.2.2 表面硬度的檢驗

采用肖氏硬度計，硬度要求、測量位置表面粗糙度等如表4所示。

表4 表面硬度及測試位置表面粗糙度與清潔度

2.2.2.1 工作面硬度的檢驗

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

圖6 白口深度測量判定示意圖

圖7 輥筒硬度檢驗示意圖

2.2.2.2 軸頸表面硬度的檢驗

兩端軸頸的一條母線中部的一點E1（F1），沿圓周的任意方向成90。處各測量2點（如圖7），二條母線測量的點取其算術平均值。表5為測量壓延機四根輥筒表面硬度實例。

表5 輥筒表面硬度檢測表（均值） HSD

表6 軸頸抗拉強度與彈性模量

由表5可以看出，除04號輥筒軸頸表面硬度略低外，其余表面硬度均符合標準要求。

2.2.2.3 表面硬度質量控制

對于硬度不達標的輥筒，應根據(jù)其使用性能進一步確定是否可以讓步放行使用，如不允許使用，輥筒則要報廢。

2.3 機械性能

主要檢驗抗拉強度、彈性模量及抗彎強度。

2.3.1 抗拉強度與彈性模量

軸頸的抗拉強度與彈性模量如表6所示，使用萬能材料試驗機檢測（抗彎強度數(shù)值略）。

2.3.2 試樣的截取

使用輥筒實物非冒口端截取的料頭，按圖8所示截取出兩個料塊，將料塊車成圖9所示的抗拉強度拉伸試棒、彈性模量試棒及抗彎強度試棒。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

軸頸球化率不低于Ⅴ級，碳化物含量不大于10%，如表8、表9所示。

表9 碳化物數(shù)量分級及示意圖

表10 輥筒金相組織球化率檢測表

2.4.1 金相組織分析用試樣

用做完抗拉強度試驗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構，試樣的試面需經(jīng)過磨平、拋光和浸蝕處理。

2.4.2 金相組織檢驗

使用金相顯微鏡對試樣進行金相組織檢驗，檢測其球化率、碳化物。如表10為測量壓延機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 金相檢驗試樣

圖11 輥筒各部位示意圖

2.4.3 金相組織質量控制

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，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有氣孔、砂眼和疏松等缺陷，輥筒工作面不允許有肉眼可見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）輥筒結合層部位允許的缺陷大小如表13所示。

2.5.2 輥筒的檢驗

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

（2）輥筒內部外層和結合層應進行超聲波探傷檢測。

（3）缺陷的處理 先對缺陷進行判斷，對可以調借、鏟挖補焊的缺陷，應進行調借加工和進行補焊，對不符合標準又不可調借、補焊的缺陷，按照廢品進行處理。

表13 結合層缺陷

2.6 機械加工

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 千分尺測量示意圖

圖14 卡鉗測量示意圖

表14 輥筒粗加工余量及極限偏差 mm

表15 壓延機輥筒試驗壓力

2.6.2 輥筒的精度等要求

輥筒的重量較大一般都＞10 t，輥筒的長度都很長一般≥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，因此需要選擇加工能力相適應的機床，才能滿足這些要求。

2.6.3 輥筒外圓尺寸的檢測

機械加工時，先用千分尺檢測試切出的各外圓直徑尺寸，后用卡鉗跟蹤測量各外圓的尺寸，千分尺和卡鉗測量見圖13、14示意圖。

2.6.4 輥筒同軸度的調整

同軸度是輥筒的重要技術指標之一，同軸度加工的好壞，直接影響著輥筒質量，因此加工時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整一致。如圖15所示通過調整托滾上的調距螺絲，帶動滾珠左、右移動，從而使得輥筒中心實現(xiàn)上、下移動來實現(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。在實際操作中，計算尺寸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是調距螺絲調整使?jié)L珠沿水平方向

移動的距離（B可以通過A和R及算出）。

圖15 調整輥筒中心高示意圖

2.6.4.1 輥筒同軸度的檢測

輥筒加工后對其同軸度的檢測，采用測量徑向尺寸變動量法，如圖16所示。將輥筒兩端等徑軸頸放置在兩個等高的V鐵上，兩個測微儀分別在鉛垂截面上調零，沿輥筒公共基準軸線A-B軸向移動測量若干個截面，讀取各截面位置上對應點的讀數(shù)差值| Ma-Mb|，再轉動輥筒按上述方法在若干個截面上測量，取各個截面上讀數(shù)差中最大值（為絕對值）作為輥筒的同軸度誤差值。

圖16 公共基準軸線A-B上輥筒同軸度的檢測

2.6.5 輥筒壓力

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

2.6.5.1 壓力試驗

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，其中一個為盲蓋，一個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，用木制的“V”型塊作支承，用壓力表直接測量壓力；

2.6.5.2 質量控制

用目測觀查壓力及軸頸滲漏情況，如產(chǎn)生滲漏，應對軸徑進行堵滲修補，修補后再進行試壓，壓力試驗合格后，需將輥腔內的介質（水或其他）空干或吹干，避免因輥內殘留有水份等介質，影響軋輥的使用性能。

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

[1] 《機械加工工藝手冊》，機械工業(yè)出版社，1992年，第二版.

[2] 《橡膠機械設計》，山東化工學院，1994年.

[3] 《機械設計手冊》，化學工業(yè)出版社，2004年，第一版.

[4] 《UG NX4.0中文版零件設計》，清華大學出版社，2007年第一版.

[5] GB/T 13298--91 金屬顯微組織檢驗方法，中國標準出版社，1992年第一版.

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

[7] GB/T 9441 球磨鑄鐵金相檢驗，中國標準出版社，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