橡塑机械大型离心复合冷硬铸铁辊筒质量控制与分析

李红静,武经文

(大连橡胶塑料机械有限公司,辽宁 大连 116036)

橡塑机械大型离心复合冷硬铸铁辊筒质量控制与分析

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

李红静,武经文

(大连橡胶塑料机械有限公司,辽宁 大连 116036)

阐述了橡塑机械大型离心复合冷硬铸铁辊筒的应用范围，从辊筒结构形式、材料及化学成分等影响质量的因素出发，分析了相应的检验方法与质量控制措施。

橡塑机械;大型;离心复合冷硬铸铁辊筒;质量控制;分析

橡塑机械大型离心复合冷硬铸铁辊筒（以下简称辊筒），一般指直径大于800 mm，标记为HTLGLF(LF为离心复合)，多用于压延机产品。

影响辊筒质量的因素主要有：轧辊的结构形式、材料、化学成分、白口深度及表面硬度、机械性能、金相组织、铸造缺陷、机械加工、检验等（如图1），因此控制辊筒的质量，就从这些因素入手进行分析，具体如下。

图1 影响辊筒质量主要因素

1 辊筒的结构形式特点与材料

辊筒的结构形式如图2所示，此结构具有一定的机械强度和刚性，有较高的硬度及耐磨性能和耐化学腐蚀性能，采用大R圆根可以消除局部应力的集中，周边钻孔具有良好的导热性能。辊筒的材料为含有铬、镍、钼合金的冷硬铸铁。

图2 辊筒结构示意图

2 技术要求

辊筒的技术要求主要有化学成分、白口深度和表面硬度、机械性能、金相组织、铸造缺陷、机械加工和检验等。控制辊筒质量，多以控制这些技术参数来实现，每根辊筒都应作化学成分、抗拉强度、球化率分析，弹性模量及抗弯强度分析作抽检，抽检的原则为：在原材料和生产工艺稳定的条件下，定期抽检，抽检量为每生产100根辊筒，抽检3次。

2.1 化学成分

辊筒的主要化学成分应如表1所示。

表1 辊筒化学成分

2.1.1 化学成分检验

2.1.1.1 化学成分分析试样的截取

在铸造出的辊筒非冒口端截取一片料头，按图3所示，用钻头钻取少许粉末，作为化学成分分析试样。

图3 化学成分试样截取图

图4 白口深度测量原则示意图

2.1.1.2 化学成分检验

将所取得的化学成分试样，送交化学成分分析室进行检验、分析。如表2是检验压延机四根辊筒的主要化学成分实例。

表2 辊筒化学成份检测表

2.1.1.3 化学成分分析

由表2实例可以看出，四个辊筒的Si含量高、Cr含量低，二根辊筒的Mn含量低，P 、S的化学成分含量符合标准要求。

2.1. 2 化学成分质量控制

化学成分与辊筒的铸造工艺、炉料成分配比等因素有关，且合金冷硬铸铁的含碳量和含硅量较高，易残留硅砂等不溶性杂质，使得Si含量高，影响辊筒质量。

因此辊筒铸造时应严格控制生铁、硅砂等铸造用炉料配比质量，调整Si、Cr、Mn的含量，才能控制辊筒的化学成分质量。

2.2 白口深度及表面硬度

辊筒的白口深度、表面硬度和测量位置表面粗糙度如表3所示。

表3 白口深度、表面硬度和测量位置表面粗糙度

2.2.1 白口深度的检验

2.2.1.1 白口深度检测原则

如图4所示，自辊筒工作辊面向圆中心目测到第一群灰点到中心的距离为半径R，作长度为10 的圆弧，其宽度为1，如该圆弧带内有三个以上（不包括三点）灰点时，以圆弧带的中心到工作面的距离h为该处的白口深度，图中D为辊筒直径。

2.2.1.2 白口深度的判定方法

按照图5 所示，取白口深度=2h（h为复合线到

3

辊面的距离)来判定；或者按照图6，在辊筒端面上，沿圆周任意方向成90°的位置各测量四点，取其算术平均值，作为白口深度数值。

2.2.2 表面硬度的检验

采用肖氏硬度计，硬度要求、测量位置表面粗糙度等如表4所示。

表4 表面硬度及测试位置表面粗糙度与清洁度

2.2.2.1 工作面硬度的检验

如图7，在工作面上一条母线的中部和两端面≤200处测量三点（A1、B1、C1），每点沿圆周的任意方向成120。处测3点，四条母线测量的点取其算术平均值。

图6 白口深度测量判定示意图

图7 辊筒硬度检验示意图

2.2.2.2 轴颈表面硬度的检验

两端轴颈的一条母线中部的一点E1（F1），沿圆周的任意方向成90。处各测量2点（如图7），二条母线测量的点取其算术平均值。表5为测量压延机四根辊筒表面硬度实例。

表5 辊筒表面硬度检测表（均值） HSD

表6 轴颈抗拉强度与弹性模量

由表5可以看出，除04号辊筒轴颈表面硬度略低外，其余表面硬度均符合标准要求。

2.2.2.3 表面硬度质量控制

对于硬度不达标的辊筒，应根据其使用性能进一步确定是否可以让步放行使用，如不允许使用，辊筒则要报废。

2.3 机械性能

主要检验抗拉强度、弹性模量及抗弯强度。

2.3.1 抗拉强度与弹性模量

轴颈的抗拉强度与弹性模量如表6所示，使用万能材料试验机检测（抗弯强度数值略）。

2.3.2 试样的截取

使用辊筒实物非冒口端截取的料头，按图8所示截取出两个料块，将料块车成图9所示的抗拉强度拉伸试棒、弹性模量试棒及抗弯强度试棒。试棒的尺寸如表7所示。

图8 料块截取示意图

图9 试棒示意图

表7 试棒尺寸

表8 石墨分类及示意图

2.4 金相组织检验

轴颈球化率不低于Ⅴ级，碳化物含量不大于10%，如表8、表9所示。

表9 碳化物数量分级及示意图

表10 辊筒金相组织球化率检测表

2.4.1 金相组织分析用试样

用做完抗拉强度试验的试块切取并制作试样，试样的尺寸以面积400 mm2，高度15～20 mm为宜，如图10。

为能够显示清楚的组织结构，试样的试面需经过磨平、抛光和浸蚀处理。

2.4.2 金相组织检验

使用金相显微镜对试样进行金相组织检验，检测其球化率、碳化物。如表10为测量压延机四根辊筒金相球化率例子，可以看出这四根辊筒的球化率均不好，图中球很少。

图10 金相检验试样

图11 辊筒各部位示意图

2.4.3 金相组织质量控制

辊筒的金相组织与辊筒的铸造工艺、热处理温度等因素有关，因此控制辊筒金相组织，首先要消除不利因素的影响。

2.5 铸造缺陷

2.5.1 辊筒铸造缺陷

（1）辊筒工作区及辊筒轴颈安装轴承处表面均不应有气孔、砂眼和疏松等缺陷，辊筒工作面不允许有肉眼可见的色差及石墨孔存在，辊筒各部位如图11所示；

（2）辊筒非工作区及辊筒轴颈安装齿轮表面允许的铸造缺陷如表11所示；

（3） 辊筒轴颈部位允许的石墨孔大小如表12所示。

表11 辊筒非工作区、轴颈安装齿轮处铸造缺陷

表12 轴颈部位石墨孔

（4）辊筒结合层部位允许的缺陷大小如表13所示。

2.5.2 辊筒的检验

（1）辊筒的工作区、非工作区、轴颈表面缺陷采用目测、尺量的方法进行检验；

（2）辊筒内部外层和结合层应进行超声波探伤检测。

（3）缺陷的处理 先对缺陷进行判断，对可以调借、铲挖补焊的缺陷，应进行调借加工和进行补焊，对不符合标准又不可调借、补焊的缺陷，按照废品进行处理。

表13 结合层缺陷

2.6 机械加工

2.6.1 辊筒粗加工余量及表面粗糙度

1 辊筒粗加工余量及表面粗糙度见图12，极限偏差如表14所示。

图12 辊筒粗加工留量示意图

图13 千分尺测量示意图

图14 卡钳测量示意图

表14 辊筒粗加工余量及极限偏差 mm

表15 压延机辊筒试验压力

2.6.2 辊筒的精度等要求

辊筒的重量较大一般都＞10 t，辊筒的长度都很长一般≥5 m，工作面表面粗糙度Ra≤0.4 μm，轴颈表面粗糙度Ra≤1.6 μm，内孔表面粗糙度要求Ra≤25 μm，辊筒外圆形位精度要求高，一般≤6级，因此需要选择加工能力相适应的机床，才能满足这些要求。

2.6.3 辊筒外圆尺寸的检测

机械加工时，先用千分尺检测试切出的各外圆直径尺寸，后用卡钳跟踪测量各外圆的尺寸，千分尺和卡钳测量见图13、14示意图。

2.6.4 辊筒同轴度的调整

同轴度是辊筒的重要技术指标之一，同轴度加工的好坏，直接影响着辊筒质量，因此加工时为保证辊筒的同轴度要求，需要将辊筒中心与中心架的中心调整一致。如图15所示通过调整托滚上的调距螺丝，带动滚珠左、右移动，从而使得辊筒中心实现上、下移动来实现。其中，中心架的中心高H与辊筒半径之差，就是辊筒中心需要抬起的高度。在实际操作中，计算尺寸A和B，尺寸 A是辊中心到托滚滚珠中心的距离（A=H-h），尺寸B是调距螺丝调整使滚珠沿水平方向

移动的距离（B可以通过A和R及算出）。

图15 调整辊筒中心高示意图

2.6.4.1 辊筒同轴度的检测

辊筒加工后对其同轴度的检测，采用测量径向尺寸变动量法，如图16所示。将辊筒两端等径轴颈放置在两个等高的V铁上，两个测微仪分别在铅垂截面上调零，沿辊筒公共基准轴线A-B轴向移动测量若干个截面，读取各截面位置上对应点的读数差值| Ma-Mb|，再转动辊筒按上述方法在若干个截面上测量，取各个截面上读数差中最大值（为绝对值）作为辊筒的同轴度误差值。

图16 公共基准轴线A-B上辊筒同轴度的检测

2.6.5 辊筒压力

辊筒机械加工后，需要做压力试验，压力一般要求保持15 min以上不得有渗漏。辊筒的试验压力如表15所示。

2.6.5.1 压力试验

利用轧辊两端紧固端盖的螺纹孔，两端各用螺丝紧固一试压用的压盖，其中一个为盲盖，一个为带通水螺纹管的压盖，将辊筒自然放置于试压区专用水泥槽内，用木制的“V”型块作支承，用压力表直接测量压力；

2.6.5.2 质量控制

用目测观查压力及轴颈渗漏情况，如产生渗漏，应对轴径进行堵渗修补，修补后再进行试压，压力试验合格后，需将辊腔内的介质（水或其他）空干或吹干，避免因辊内残留有水份等介质，影响轧辊的使用性能。

综上所述，离心复合冷硬铸铁辊筒的加工工艺过程概括为：离心铸造→机械加工→压力试验，辊筒的质量检验也遵照此顺序进行，通过采用合适的检验方法和处理手段，消除了铸造缺陷、化学成分及白口深度和表面硬度、机械性能、金相组织、机械加工等因素的影响，有效地控制、提高了辊筒质量。

[1] 《机械加工工艺手册》，机械工业出版社，1992年，第二版.

[2] 《橡胶机械设计》，山东化工学院，1994年.

[3] 《机械设计手册》，化学工业出版社，2004年，第一版.

[4] 《UG NX4.0中文版零件设计》，清华大学出版社，2007年第一版.

[5] GB/T 13298--91 金属显微组织检验方法，中国标准出版社，1992年第一版.

[6] HG/T 3108--2012 冷硬铸铁辊筒，化学工业出版社，2013年第一版.

[7] GB/T 9441 球磨铸铁金相检验，中国标准出版社，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

李红静（1973-），女，副高，本科，主要从事冷加工工艺方面工作。

2016-10-17