卷取机卷筒加工制造关键工艺技术研究

常维博，宋鑫，李党伟，王晓燕

（西安航天动力机械厂，陕西西安710025）

卷取机卷筒加工制造关键工艺技术研究

常维博，宋鑫，李党伟，王晓燕

（西安航天动力机械厂，陕西西安710025）

通过对卷取机运动原理的分析，研究卷取机核心部件卷筒组合加工的关键工艺技术，进而提出合理可靠的加工技术方案，确保开卷机的加工制造质量稳定受控。

开卷机；卷筒；关键工艺

在冶金机械装备制造领域，卷取机是各种自动化生产线（冷轧、热轧、酸洗、连退、镀锌、彩涂，横、纵切等各种生产线）上重要的功能设备。随着金属轧制技术的发展，金属轧制速度也越来越快。相应的对卷取机的零部件性能及装配精度的要求也就越来越高，因此大型高精度卷取机的制造技术也是冶金装备制造方面的难点之一[1]。

卷取机主要由四大部分组成，包括卷筒、涨缩油缸、传动系统和回转接头。卷取机依靠尾部的涨缩油缸来控制其涨缩，而卷筒的旋转运动则是由电机通过联轴器、减速机依次带动来实现。卷取机的传动系统包括电机、联轴器、制动器和减速机等零部件。卷取机（如图1）的工作原理为：通过卷筒自动旋转能力将带材卷成料卷，再利用卷筒的自动涨缩能力将料卷卸下，从而完成料卷的自动化卷取和卸卷。

图1 卷取机典型结构形式

由图1及实际加工经验可知，在卷取机中，卷筒是整套设备的核心部件，它通过沿棱锥斜面的相配合的各扇形板的滑合，承载着带卷的重量负荷，同时完成钢卷的卷取、开卷、卸卷各项工作作业。本文的主要目的是为了研究开卷机卷筒加工制造的关键点。

1 卷筒的结构形式

卷筒是卷取机的核心关键部件。实心式卷筒、四棱锥式、扩张锥式、弓形块径向液压钳口闭式和链板式是卷取机卷筒设计的五种基本形式，而扩张锥式和四棱锥式是它最典型的两种结构形式。

1.1 扩张锥式卷筒

扩张锥式卷筒的主要部件由锥套、空心轴、扇形板和拉杆组成。扩张锥式卷筒与四棱锥式卷筒相比较，其制造成本相对较低，加工难度简单，但结构较其复杂。由于结构设计的缘故，这种卷筒结构形式不能接活动支撑。因此卷取机的卷筒在工作时都处于悬臂状态，其所能承受的张力和重力能力相对较低。加之扩张锥式卷筒为了实现其快速涨缩的目的，一般采用较大的配合锥角度，其涨缩范围相对四棱锥式较大，油缸行程较短，所以该类型的卷筒主要用于料卷重量中等，张力相对较小的工作环境中。扩张锥式卷筒工作时主要通过后置的涨缩油缸拉动拉杆做前后运动。拉杆带动其联接的锥套施加扩径力给扇形板，从而实现自动化涨缩的目标。其典型结构形式如图2所示。

图2 扩张锥式卷筒主要结构

1.2 四棱锥式卷筒

四棱锥式卷筒主要由棱锥轴和扇形板两大部分组成，一般用于工作条件恶劣的环境中，是相关制造企业的核心关键装备。虽然其结构简单，但由于棱锥轴是整体的锻件，加之整体加工精度要求高，因此加工难度也就随之加大。与扩张锥式卷筒相比较，四棱锥式卷筒的配合锥角度较小，油缸的行程较大，结构容易接出活动支撑，因此适用于各种重载和张力较大的工作环境中。四棱锥式卷筒工作时通过后置的涨缩油缸产生的拉力，拉动四棱锥轴做前后运动，而四棱锥轴和四组扇形板通过锥角度的相互运动，对扇形板产生向外的扩径力，从而达到涨和缩的目的。典型四棱锥式卷筒如图3所示。

图3 四棱锥式卷筒主要结构

2 卷筒制造的关键工艺技术

由上述相关基础理论知识可知，卷筒是卷取机制造的重中之重[2]。卷筒的常规加工工艺流程如图4所示。

图4 卷筒的常规加工工艺流程图

卷筒组件一般由四段纵截面呈90°均布的四段圆弧组成，四件扇形板组成一个完整的圆（常称为真圆状态），即卷筒的主要工作状态。为消除加工及装配过程中的积累误差，因此卷筒的外圆面，主要包括扇形板圆弧面即钳口组件圆弧面，必须在装配后再进行加工，以保证卷筒在工作时达到真圆状态。

组合后加工扇形板，并不是简单的按卷筒装配组件图将图中所有零件装配完成就能进行扇形板外圆加工，必须对其结构、运动原理、位置状态进行分析，才能制定合理的加工工艺方案。

以图5中的封闭式四斜楔卷筒（属于扩张锥卷筒中的一种）为例，进行组合加工技术方案分析：首先，必须明确封闭式四斜楔卷筒的运动原理。封闭式四斜楔卷筒主要利用后置的涨缩缸的液压力带动芯轴前后运动，芯轴将将拉力传递给十字头，十字头拉动轴向斜楔前后运动，轴向斜楔再通过与径向斜楔斜面之间的滑动，对扇形板产生径向的扩径力及缩径力，达到带材自动化传输的目的。其次，根据运动关系，卷筒结构、真圆位置状态进行综合分析，设计必要的辅助工装，将各部件轴向及径向运动都进行限制，以满足车床车削及磨削的加工需要。简而言之，就是使卷筒在真圆状态成为理论上的刚体。

图5 四斜楔卷筒示意图图

3 工艺技术关键控制点

3.1 卷筒组合加工精度控制

卷筒加工过程中，精度控制主要在于扇形板的精度控制。在实际的制造过程中，根据以往经验，建议：

（1）注意对加工基准面的统一，这样能有效保证卷筒的工作性能（即涨缩的一致性）。

（2）注意机械加工应力的释放问题，制定合理有效的加工技术方案，确保扇形板在加工完成后（包括后续表面氮化处理），产品精度满度产品使用性能。

3.2 卷筒组合加工中的配研及滑动面配研

卷筒装配中的配研对产品能否完美的工作非常重要，在加工过程中一定要注意加工基准面的统一及配研面尺寸精度的一致性好这两方面。通常图纸设计的精度等级很高，但是作为工艺人员一定要认识到，这其实是设计对于配合精度的要求，要善于利用配研提高产品的配合精度，不能一味的考虑机械加工方案。

4 结束语

通过对卷取机运动原理的分析，研究卷取机核心部件卷筒组合加工的关键工艺技术，进而提出合理可靠的加工技术方案，确保开卷机的加工制造质量稳定受控。

[1]陆天英.卷取机卷筒的工艺设计[J].重型机械，2013，（01）：41-44.

[2]李良洪.大型八棱锥卷筒研制及关键技术[J].冶金设备，2012，（1）：75-80.

Research On Manufacturing Technology Of Winding Drum Machine

CHANG Wei-bo，SONG Xin，LI Dang-wei，WANG Xiao-yan
（Xi’an Aerospace Power Machine Factory，Xi’an Shaanxi 710025，China）

Through of coiling machine movement principle of the analysis ，the coiling machine core component of the reel assembly processing key technology，and puts forward the reasonable and reliable processing technology，ensure volume take machining quality and stability of controlled manufacturing.

coiling machine；drum；key process

T H162

A

1672-545X（2016）09-0127-02

2016-06-08

常维博（1983-），男，陕西岐山人，工程硕士，工程师，研究方向为成套工艺装备研制。