一種銅板帶軋機軋制線楔塊的設計優化

牛文強，胡要強

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽471039)

軋制線調整裝置是軋機本體中至關重要的機構之一，現代4輥銅板帶軋機大多都采用斜楔式軋制線標高調整裝置，其功能是對軋輥輥系輥徑使用并磨削后進行有效補償，通過該結構，可連續調整到使用的工作范圍內，同時為換輥提供間距[1]。銅軋機通常設計的斜楔為整體式，整套軋制線調整裝置安裝在操作側、傳動側機架窗口下部，在進行換輥操作時，需將軋制線裝置落至最低位，下輥系隨即可延機內導軌抽出，待換輥完成后，恢復至工作位置。

1 軋制線調整裝置的結構形式

軋制線調整裝置主要由上楔塊、下楔塊、螺母、絲杠、驅動裝置等幾部分組成(圖1)。整套裝置設置在機加窗口底面上，自下而上依次設計為下墊板、下楔塊、上楔塊，其中下楔塊內設計有螺母，在傳動側、操作側中間設置一根絲杠，該絲杠在操作側、傳動側分別設計為左旋和右旋，通過機架傳動側的驅動裝置帶動絲杠做旋轉運動，下楔塊中的螺母軸向移動，上、下楔塊之間互相作用，將軸向運動轉化為上下運動，進而實現軋制線標高的連續補償。

圖1 某銅板帶軋制軋制線調整裝置工作原理圖

通過以上描述，可以得出該結構具有以下優點[2]：(1)在斜楔傾角的作用下，其產生軸向拉力，即絲杠軸向受力，絲杠螺母的傳遞精度相對較高；(2)采用滾動螺旋，內摩擦消耗降低，機械效率顯著提升；(3)該結構充分利用了機架內部空間，可以使斜楔的軸向尺寸加大，使軋制線的上下調整范圍增大。

2 上楔塊的結構設計優化

該結構優點眾多，故被廣泛用于銅板帶軋機設計中。但由于整套調整裝置調整精度高，故對總裝精度亦提出了較高的要求，尤其是傳動側與操作側的上楔塊的上表面，一般裝配大綱要求：“裝配后應保證M、N面分別水平，且同時保證圖1中M、N兩頂面在同一水平面內，允差0.05mm”，這就對整套裝置內零部件的加工精度和裝配精度提出了很高要求。由于該結構存在多處重要配合尺寸，如軋制線左右兩側與機內導軌的滑動配合(圖2中箭頭A標注處所示)；上下斜面之間的滑動配合；上楔塊與導軌止口面之間需貼實(圖2中箭頭B標注處所示)；絲杠與螺母之間的配合精度等，這些精度的累加，最終決定了整套軋制線裝置的裝配精度。

圖2 上楔塊裝配關系圖

然而在裝配過程中，由于各零部件之間加工誤差的累加，常常會造成機內導軌與上楔塊箭頭B標注的配合處的兩處加工面不共面，加之箭頭A標注處上楔塊與機內導軌有滑動配合間隙。由圖1可知，通過彈簧使機架內檔面與上楔塊貼實后，由于斜面的相互作用，會造成M、N面水平度均超差，這就需要通過鉗工分別配研M、N兩個面來滿足質檢大綱要求。現有的上楔塊設計圖紙如圖3所示。

圖3 上楔塊原設計圖

為了保證等高，需研磨整個加工的上表面P面，該面往往研磨量會在0.1mm以上，不僅會降低原有的淬火層厚度，還會大大降低裝配效率(正常研磨1個楔塊表面每下0.1mm量需要1個人2天)。

通過分析發現，基于M、N兩頂面水平度超差問題，為了減小研磨量，我們希望可以通過調節局部配合來微調M、N兩頂面的高度，待單個水平度調整完畢后，再對兩頂面實施局部研磨，以滿足最終質檢大綱要求。因此，提出在圖4所示的Q面增加銅滑板，這樣不僅能夠降低Q面與導軌面的磨損，同時在裝配中可根據裝配后的累計誤差加墊調節Q面接觸，以保證圖1中M、N兩頂面分別滿足質檢大綱要求的水平度允差，上楔塊兩翼增加銅板(圖4)，并在銅滑板滑動面增加相應油槽。

圖4 上楔塊兩翼增加銅板后圖紙

對于通常采用的上楔塊設計，上表面N面圖紙標注平面度一般在0.025mm以內，對加工精度要求較高。因此，基于從加工效率和裝配效率入手，提出對上楔塊結構設計進行優化。通過軋制線實際工況可知，上楔塊與下軸承座柱面墊接觸為一條線接觸，故可優化上楔塊的上表面為一條寬160mm高15mm的通長加工面，上楔塊頂面更改后如圖5所示，以保證精度檢測和使用接觸要求。上楔塊和下楔塊的受力情況如圖6所示。

圖5 上楔塊上表面增加凸臺后圖紙

圖6 某銅板帶軋制軋制線受力分析圖

軋制力P的受力分析：

P=Ncosα=N′cosα

(1)

f=f′=μN=μN′

(2)

其中，P為軋制力，N、N′為上下楔塊垂直分力，α為楔塊夾角，f、f′為摩擦力，μ為摩擦系數。

從圖6中不難發現，上楔塊上表面結構的更改并不會對上、下楔塊的受力情況產生影響，兩種結構的受力條件完全一致。因此，該設計優化方案可行。

3 結束語

隨著有色金屬加工市場的不斷發展，對于制造周期和制造成本也提出了很高的要求，針對常用的銅帶軋機，本文提出了對軋制線調整裝置中上楔塊的結構局部優化，可大大降低楔塊的加工成本，同時提高了楔塊的裝配精度和裝配效率。該設計方案為軋機軋制線調整裝置結構優化提供了一種思路，對今后軋機設計優化具有很強的參考價值。