T型翅片刀失效原因分析及改进方法

胡彦卓

（中国石油大庆石化分公司 建设公司，黑龙江大庆163714）

0 引言

T型翅片管是由无缝钢管经过轧管机滚轧加工成型的一种高效换热管，滚轧加工所用的刀具就是T型翅片刀。在轧管的过程中，经常遇到T型翅片刀磨损失效的情况，操作人员不得不经常停转轧管机更换刀具，这不但给生产效率带来了负面的影响，而且刀具成本也相应增加。通过不断总结与实践，在刀具磨损失效原因分析的基础上，对T型翅片刀的调刀方法、轧管轴的结构、T型翅片刀的轴向固定方式、尺寸和T型翅片刀的轧管参数进行了改进，经过半年的轧管实践，效果良好。

1 T型翅片刀失效因素分析

1.1 T型翅片刀失效表现形式

T型翅片刀失效表现形式可以从3个角度来描述：1）用失效后的T型翅片刀轧制的T型翅片管其形状和尺寸严重超差，T型翅片管表面毛刺也急剧增加；2）失效后的翅片刀刀刃周围有明显的月牙凹槽、划痕、圆周厚度不均等缺陷。刀刃圆周厚度不均匀度达到0.2 mm以上，圆柱度和对称度超过0.15 mm以上；3）正常情况下，一组翅片刀可以轧制大约5t左右φ19×2的10钢光管，超过5t后，翅片刀属于正常磨损失效，正常磨损失效不在本文所探讨的范围内，本文所要探讨的是翅片刀在没有轧制到5t，例如轧制到3t或者4t即出现磨损失效的原因以及改进措施。

1.2 失效因素分析

通过分析和研究,T型翅片刀失效因素主要有5种。

1）刀具没有调正。由于3组翅片刀轴线分别与钢管轴线形成不一致的角度，导致T型翅片管上的螺旋槽不是由3组刀具均匀轧制出来的，这不但使槽的尺寸和位置产生偏移，而且刀具刃部所受到的滚轧力明显增大，刀刃极易磨损甚至产生崩刃，这使翅片刀没有达到预期寿命而磨损失效；刀具没有调正还表现在虽然角度一致了，但3组翅片刀在钢管表面轧制形成的轨迹并没有首尾相连，3组翅片刀受力不一致，这使有的刀磨损快，有的刀磨损慢。3组翅片刀受交替应力作用，极易产生疲劳破坏而磨损失效。

2）轧辊轴结构不合理，导致操作人员在轧管时翅片刀所受滚轧力处于交变状态。结构不合理主要表现在以下几个方面：a.轧管时，支撑轧管轴两端的固定和活动轴承座孔中心距离偏大（中心距离L=240 mm），轧管轴的弯曲变形增大，T型翅片刀偏离两个轴承座孔连线的距离也相应增大，轧管轴上的翅片刀与钢管接触的有效面积也随之发生改变，翅片刀受交变载荷应力作用，使用寿命明显降低。b.由于轧管空间尺寸狭小，轧管轴上使用的轴承是无内圈的滚针轴承，滚针体直接和轧管轴表面接触，尽管轧管轴（材质为45钢）表面进行了表面淬火，但由于45钢达到的淬火硬度不够，再加上轧管轴振动等原因，使用不长时间，轧管轴表面就会被滚针磨损成一道一道深浅不同的凹槽和划痕，造成轴表面和滚针体的间隙增大，原来的小间隙配合（由于需要进行轴向调刀,滚针轴承与轧管轴之间的配合为间隙配合而不能是过盈配合,配合间隙在0.03 mm之内）变成了大间隙配合(间隙在0.12 mm之上)，进一步增大了轧管轴中心偏离轴承座孔中心的距离，翅片刀由于受疲劳应力的破坏，导致其使用寿命也随之降低。

3）T型翅片刀在轧管轴上的轴向固定方式不合理。T型翅片刀在轧管轴上的固定方式没有采取防松措施。而是刀具直接套在轴上，轴端通过螺母紧固端盖，端盖压紧翅片刀的方式实现的，这种固定方式，很容易因为螺纹副的间隙导致端盖对刀的挤压力减小，使端盖与刀具的摩擦力减小从而使轴向力不够而导致翅片刀打滑。这样一来，刀具所受到的滚轧力就由滚动摩擦力变成了滑动摩擦力，使刀刃出现凹槽等缺陷。

4）刀具刃口尺寸需要更改。刀具目前的刃口厚度为0.8 mm，并且刃口厚度在刀具径向方向上的厚度是相同的（都是0.8mm），轧管时翅片刀至少要切入钢管1.25mm深，在这个过程中，刀具所受的滚轧力基本上是一致的，并不是一个从零逐渐增大的趋势，这不但使钢管容易被挤扁，而且刀具所受到的疲劳冲击力也容易使刀具的刃部出现微小的变形，时间一长，就会严重影响刀具的使用寿命。

5）轧管时，翅片刀的进给量和转速不应固定不变。操作人员在现场轧管时由于缺少经验等原因，在轧管时，往往将翅片刀的进给量和转速固定，这种方式没有考虑到刀具的正常磨损，所以不是翅片刀的最佳使用方式。

2 改进方法

1）针对刀具没有调正的改进措施：先调T型翅片刀的角度，待角度合适以后，再调T型翅片刀的轴向距离——通过用手盘动皮带使刀具旋转120°～130°，通过液压系统控制刀具的进给量，使刀具在钢管外表面上轧出0.1～0.2 mm的划痕，通过样板检查这3道划痕与管子轴线的角度是否一样，如果不一样，例如，划痕和管子轴线的正向夹角小于90°而需要调到90°时，则通过固定轴承座继续调大刀具的角度，反之，则继续调小刀具的角度。待管子外表面上3道划痕与管子轴线的正向夹角相等时，证明角度已经调整完毕。通过固定轴承座上的调节丝杠调整刀具的轴向距离，待3道划痕能够首尾相连围成一个圆（在管子轴线方向上投影）时，翅片刀才可以算做真正地调正。实践表明，手动调刀效率很低，为了提高调刀效率，可在调节丝杠上安装简易刻度盘，在数控车床上加工调节丝杠及其附属结构的螺纹副，消除螺纹之间的间隙，提高翅片刀轴向调节的精度。

2）轧辊轴结构不合理的改进措施：a.通过减薄固定和活动轴承座的轴向尺寸，从而缩小固定和活动轴承座孔的中心距离（缩小后中心距离L=190 mm），将轧管轴的弯曲变形控制在许用弯曲变形范围内。b.将无内圈的滚针轴承改成有内圈的滚针轴承，其轴承型号为54309U，同时将轧管轴的材质改成40Cr，经过表面淬火后，其硬度应不低于60 HRC，表面粗糙度值应不高于Ra0.8，从而延长轧管轴的使用寿命。使翅片刀平稳运行轧管。

3）T型翅片刀与轧管轴的轴向固定方式不合理的改进措施：在轧管轴上切制细牙螺蚊（M36×2）代替原来的粗牙螺纹（M36×4），主要作用是使轴的疲劳强度不至于降低太多。使用圆螺母与止动垫圈固定端盖，消除轧管时端盖与翅片刀由于螺纹松动造成的间隙。这样一来，就避免了由于挤压力不够导致摩擦力不够，使翅片刀打滑出现崩刃的现象。

4）修改翅片刀刃部尺寸的措施：将翅片刀刃前端部分车成一个0.1×30°的倒角,这样一来,刀刃最前端的厚度就由原来的0.8 mm改成0.6 mm，也就是说将原来的直刃刀改成了斜刃刀（即剪刃），这不但解决了轧管时钢管被翅片刀挤扁的问题，而且翅片刀更容易切入到钢管1.25mm深度处，翅片刀的受力状况也有了很大的改进，对其使用寿命的提高不言而喻。

5）轧管时，翅片刀的进给量和转速固定的改进措施：对轧管机操作人员进行必要的培训工作，同时给操作人员下发轧管机轧翅片管操作规程和调刀方法。另外，制作检查翅片槽尺寸的样板也是必不可少的，样板能从侧面说明翅片刀的磨损状况。同时也应注意观察翅片刀的实际现状，发现异常情况，及时更换刀具，做到有备无患。经过现场轧制实验，T型翅片刀的转速控制在260～300 r/min范围内为最佳，刀具磨损越大，转速就越小。吃刀深度应控制在1.25～1.3 mm范围内，按照这个范围来调节刀具的进给量，并使刀具逐渐切入钢管表面而不是一步到位切入。可以使用定位套来控制吃刀深度。

3 现场应用

将改进的轧管机、T型翅片刀运用到实际轧管工作中，取得了预期的使用效果。T型翅片刀的使用寿命达到了一次可以轧制10钢管5.5t的效果。比原来一次可以轧制4t提高了1.5t,这不但大大提高了生产效率，降低了刀具的成本，而且T型翅片管的质量也明显提高，从而得到了使用厂家的认可。

4 结语

通过对T型翅片刀磨损失效的原因分析，找出了影响其使用寿命的主要因素。通过对T型翅片刀的调刀方法、轧管轴的结构、T型翅片刀的轴向固定方式、尺寸和T型翅片刀的轧管参数的合理改进，取得了良好的效果，对于大批量的T型翅片管加工，效果尤为明显。