开坯轧机牌坊精密加工关键技术探讨

唐建华

摘  要：文章介绍了开坯轧机牌坊的主要技术参数内容，详细分析了加工制造工艺流程以及关键工序质量控制方法;对于关键工序加工的方法进行适当的质量控制，有利于提高加工精度，满足生产要求。

关键词：轧机牌坊;精密加工;工艺技术

中图分类号：TG333.13     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）06-0007-02

开坯轧机是长型材开坯、大棒及型钢车间的主导机型，在轧钢车间起着举足轻重的作用。而牌坊是开坯轧机的基础零件及主体零件。作为主体零件，它决定了部件中各组件和零件的相互位置，是影响开坯轧机协调运行的主要因素。因此牌坊的加工精度对开坯轧机部件装配后的精度有决定性的影响。牌坊的粗加工安排在大型龙铣床或者大型卧式铣床上进行，半精加工、精铣在二十米龙铣上进行，精镗在大型镗床上进行，并刻轧制中心线及对称中心线以备后期装配。粗加工、半精加工与精加工之间穿插超声探伤检查、磁粉探伤检查并修补相关缺陷。

1  主要参数及技术要求

1.1  开坯牌坊的主要加工参数

开坯牌坊的主要加工参数如下：

①牌坊总长7 000 mm，总宽度3 700 mm，总高度1 250 mm（顶部）。

②牌坊内腔宽度1 750（0～0.20） mm，厚度420（0～0.20） mm。

③牌坊底脚止口尺寸3 110（-0.1～0） mm。

④牌坊压下孔尺寸：圆螺母位置Φ720E9（+0.16～+0.36） mm，减速机位置1 000 H8（0～0.14） mm。

⑤牌坊窗口底面至底脚面尺寸50（0～0.05） mm。

1.2  技术要求

以下形位公差均以牌坊底脚面为基准面：

①轧机机架窗口底面的水平度（包括）：<0.05 mm/m;两个牌坊之间窗口底面的水平度：<0.1 mm/m。

②轧机机架窗口的垂直度：<0.05 mm/m。

③轧机窗口内侧两面对称度0.1 mm，窗口内侧两面平行度<0.05 mm/m。

④轧机机架侧面垂直度：<0.05 mm/m。

⑤两牌坊地脚止口尺寸要求：<0.05 mm。

⑥窗口底面至底脚面尺寸两牌坊要求：<0.05 mm。

⑦止口面至窗口侧面尺寸两牌坊要求：<0.05 mm。

⑧压下孔两孔同心度要求：<0.04 mm

2  加工制造工艺流程

牌坊工藝流程的拟定是加工工艺中关键的一步，是工艺规程的总体布局。经过探索和研究，牌坊的加工工艺流程如下：铸件粗加工后回厂-检测相关尺寸及超声波探伤合格-划线定粗基准-粗加工并定加工基准-时效48 h-半精加工、精加工牌坊外侧（牌坊窗口及地脚止口暂不加工）-半精加工、精加工牌坊内侧及牌坊窗口及地脚止口-床检-半精镗、精镗压下孔各部-床检、着色探伤-打磨外观后进入装配。

2.1  主要工艺流程

2.1.1  选择定位基准

牌坊回厂探伤复检合格后，第一道工序需要对牌坊进行整体划线检测相关加工面余量是否足够，并划出纵向中心线及横向中心线（轧制中心线）整周作为粗加工定位基准。划线时还需区分牌坊内侧及外侧并进行标识。

牌坊粗加工时根据划线找正校平后进行加工留好余量。粗加工后在以后的工序中则使用经过加工的表面作为定位基准。

2.1.2  选择表面加工方法

通过前述技术要求分析可知，牌坊的主要加工特征为平面、止口、压下孔及其他键槽及安装孔。平面、止口及键槽的加工方法主要选择铣削;压下孔的加工主要选择镗孔;其他安装孔主要选择钻、铰孔。

2.1.3  主要加工阶段及简介

牌坊的加工阶段可分为以下几个阶段：

①划线：检查余量，确定粗基准。

②半精加工：粗加工留单边余量3 mm并确定精基准。

③时效处理：工件放置48 h消除加工应力。

④精加工：

其一，找正等高垫0.05 mm以内，牌坊找正装夹;

其二，精铣牌坊外侧面及周边留单边1.5 mm余量;

其三，外观检查及磁粉探伤;

其四，松压板、释放应力，精铣外侧及周边达图;止口及窗口暂不加工;

其五，工件翻转，等高垫找正0.02 mm以内，找正工件;

其六，精铣牌坊内侧面留单边1.5 mm余量;精铣止口面及窗口面留单边余量1.5 mm;

其七，磁粉探伤及激光跟踪仪复检形位公差;

其八，精铣牌坊内侧面;精铣牌坊止口面及窗口面，保证相关形位公差要求;

其九，机床刻线，钻攻各孔;

其十，工件翻转，找正装夹，机床刻线，钻攻各孔;

其十一，着色探伤、床检交检。

⑤打磨外观、攻丝、配作相关孔。

⑥进入装配。

2.2  加工工序的优先原则

根据基准的选择、加工方法的确定和加工阶段的划分来安排牌坊的机加工工序顺序，牌坊的加工工序一般遵循以下原则。

2.2.1  基准先行

即先加工牌坊基准表面，后加工牌坊功能表面。

2.2.2  先主后次

即先加工主要的牌坊内侧、外侧、窗口及止口面，后加工次要键槽、孔等其他面。

2.2.3  先粗后精

即先安排牌坊粗加工工序，后安排牌坊精加工工序。

2.2.4  先面后孔

即先加工牌坊上各平面，后加工各个面上安装孔。

对于牌坊的加工而言，由于其自身体积、质量（44 800 kg）很大，基准较多，翻身一次费时费力，且找正麻烦，所以应尽量减少翻身次数，在实际精加工过程中，牌坊也只进行一次翻身，只是精加工时需注意安排多次进刀加工及释放应力。

2.3  关键工序质量控制

2.3.1  牌坊粗、精加工的机床选择

开坯牌坊的加工，因是在数控铣镗床上进行，进行工艺分析时主要从精度、效率两方面来考虑。故牌坊粗加工及精加工可安排在不同机床上进行。粗加工可根据生产情况安排在卧式铣床或大型龙门铣床上均可，半精加工及精加工尽量安排在大型龙门铣床上进行加工，可降低装夹难度且更容易保证精度，如此安排工艺既可达到图纸要求控制加工质量，同时又能充分合理的发挥机床的性能。

2.3.2  牌坊粗、精加工后外观检查及修补

牌坊粗加工及半精加工后需及时对牌坊外观进行检查并进行超声波、磁粉探伤，以便提前发现表层缺陷进行补焊，减少精加工后牌坊返修几率。发现缺陷后需及时进行补焊。缺陷补焊一般遵循以下原则：

①利用铣床将缺陷进行清理，需将缺陷彻底清除且补焊区域周围20 mm以内的油污、水、铁屑等杂质彻底清除。

②对缺陷位置进行用磁粉探伤或者着色探伤进行复检。

③焊前预热，因牌坊体积较大只能采用局部预热。牌坊材质为ZG20SiMn，预热温度为150～200 ℃。

④利用E 4303焊条对牌坊进行堆焊。

⑤焊后进行消除应力热处理。

⑥檢验合格后转入后续工序。

精加工后需对牌坊进行外观检查及进行着色探伤，以便对牌坊外观缺陷进行控制及处理。精加工后牌坊尺寸已满足图样文件要求，此时牌坊如发现表面缺陷一般为图样要求探伤范围内的缺陷，但此缺陷需要进行处理，只需将缺陷位置彻底清除且应修得平整圆滑，不得存有尖角。

2.3.3  牌坊精加工时尺寸及形位公差控制要点

牌坊精加工时是保证关键尺寸、窗口面与底脚、止口面形位公差的重要时期。牌坊精加工时必须分多次进刀加工，加工至单边余量1.5 mm时进行松压板释放加工应力（如工作台允许可两片牌坊同时装夹交替加工可节约时间提高生产效率）;释放应力后重新找正各面保证0.02 mm/1 000 mm以内，此时可用机床或用激光跟踪仪对牌坊窗口及底脚、止口面的形位公差进行复检，确保形位公差满足要求，如同一批次牌坊数量较多，首件加工必须进行全检，其后可进行抽检;以上工序完成后方可进行最后的精加工。

牌坊精加工时还需注意记录和保证同一对牌坊的关键尺寸偏差控制在0.05 mm以内（即使图样要求公差偏大也必须做工艺要求），才能保证最终的装配符合要求。例如两牌坊底脚位置止口尺寸、两牌坊的窗口底面至底脚面尺寸、两牌坊的止口面至窗口侧面尺寸。

3  结  语

开坯牌坊作为大型工件，结合其自身的特性，条件允许应选择在大型的龙门铣镗床上进行加工;牌坊作为开坯轧机的基础零件及主体零件，作为主体零件，它决定了部件中各组件和零件的相互位置，并是轧机在生产中能够协调运动的主要因素。因此牌坊的加工精度对开坯轧机部件装配后的精度有决定性的影响，在加工中更应当注意加工精度控制，相互配合尺寸的调节。

参考文献：

[1] 杨顺田.基于价值工程（VE）原理对1 450 mm轧机牌坊进行工艺创新[J].中国重型装备，2012，（1）.

[2] 肖学萍.大型铝板轧机牌坊加工方法探讨[J].有色设备，2010，（3）.