H型钢UR1轧机万向接轴的国产化研究

胡晓丽

(马鞍山钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山 243000)

H型钢UR1轧机万向接轴的国产化研究

胡晓丽

(马鞍山钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山 243000)

针对进口设备H型钢UR1轧机万向接轴损坏问题，确定了万向接轴的改进方案，采用了三维建模、大径定心工艺、真空淬火工艺、国产材料重新设计制造了万向接轴，生产使用过程中，万向接轴性能良好。

H型钢; UR1轧机; 万向接轴; 国产化

0 前言

马钢H型钢U1轧机，原万向轴为德国福伊特公司产品，经过多年使用，并多次修复后万向接轴端面齿，花键副，十字头等关键部位均出现严重磨损，并无法再进行修复，需采购整根万向轴进行更换。由于现场三个机架装机量共六根，将陆续进入更换周期，福伊特公司产品每根约340万人民币，如采购进口产品将是一笔庞大的开支，在钢铁行业利润水平低下的市场状况下，对公司的生产成本带来不小的压力。为降低生产成本，根据现场需要，决定对H型钢UR1轧机万向接轴国产化改造，要求转化后的各装配部件必须与进口原件互换。针对H型钢万向轴的现有图纸，图纸结合实际测绘情况，在保证技术要求的前提下，综合考虑进行转化。

1 万向接轴主要参数

马钢H型钢生产线共建有1-3-1布置的5台轧机,即1架二辊可逆开坯轧机,2架组合式万能轧机和1架二辊可逆轧机组成的粗轧机组,1架组合式万能精轧机。粗轧机组3架轧机串列布置,轧边机布置在2架万能轧机中间,机架间距6m,各由1台主电机拖动,机架间实行微张力控制。马钢H型钢轧机布置形式如图1所示。

UR1轧机作为第一台万能粗轧机，采用SWC760/750X6075(+600)的万向接轴进行轧制力的传递。万向接轴的结构见图2。其传动的主要技术参数见表1，万向接轴的主要性能见表2。

2 万向接轴技术方案的确定

通过与国外万向轴零件的材质对比，万向轴的法兰叉头和十字轴材质和进口产品吻合，即法兰叉头进口材质也是为ZG34Cr2Ni2Mo，十字轴材质为40CrNiMo等，万向接轴主要部件材质见表3。

表1 轧机传动主要技术参数

图1 H型钢轧机布置形式

图2 SWC760/750X6075万向接轴结构图

回转直径/mm公称转矩Tn/kN·m交变疲劳转矩Tf/kN·m最大倾角β/(°)轴承理论计算寿命Lh安全系数轧辊侧7502500135015359415电机侧76015

表3 万向接轴主要部件材质及要求

对法兰叉头采用Solidworks建模，模拟装配，在保证倾角的情况下，最大程度增加实体体积，最大程度地提高叉头强度和冲击韧性。考虑到以前曾出现过法兰叉头断裂事故，本次设计叉头材质采用和进口相同的材质，并适当考虑加厚叉头的法兰厚度，确保以后修复端面齿后，法兰还有有足够的强度。德国VOITH原设计法兰厚度62 mm，最后加大法兰厚度到70 mm。法兰叉头采用垂直树脂沙浇注法铸造工艺，以最大限度减少铸造缺陷。

经有限元对法兰叉头分析的结果显现，最大第一主应力最大值为1.72 MPa，米塞斯应力最大值为5.46 MPa，法兰叉头的强度完全能够满足工作要求。由于叉头根部是叉头与法兰的过渡区，存在着较大的应力集中；头部轴孔处是十字轴通过关节轴承将转矩传递给叉头的部位，因此接触应力较大，所以叉头根部和头部轴孔处是法兰叉头应力较大的两个部位，如图3所示。

图3 叉头的三维模型Fig.3 The 3D model of the flange fork

如果花键间隙过大，势必导致整个万向轴有较大的跳动，所以，控制花键间隙是减小万向轴跳动成功的关键。根据在线接轴测绘花键副尺寸并结合JB/ZQ4372-2006重系列大径定心矩形花键设计规范要求进行花键副内外花键设计，滑移量为600 mm，花键齿强度满足外方图纸要求。工艺上采取大径定心工艺，花键轴大径磨外圆，花键孔拉削，利用大径的精确配合保证同心精度, 相较于齿侧定心其定心精度高，加工方便，容易实现精确配合，以确保花键副配合间隙最小，跳动最小。

十字轴总成生产采用真空淬火工艺，使淬火变形控制到最小，淬硬层深达到0.5±0.1 mm，较均匀，从而保证轴承的最终质量。

万向接轴的轴承密封结构和进口的一样，采用双层油封，密封可靠。

中间轴托架部位设计至关重要，从现场使用情况及数次维修情况看，中间轴托架磨损都较严重，甚至还有断裂的情况发生。首先提出强度要求，通过热处理调质，强度首先得到保证，表面有较高的硬度，耐磨损，其后的精加工，通过表面冷挤压工艺，使得表面质量达到镜面的要求，超过了原设计标准1.6的粗糙度要求，从而获得了更好的使用效果。

3 万向接轴生产控制及产品质量控制

加工制造、装配、检验严格按照图纸要求和相关技术标准及重型机械通用技术条件JB/T5000-2007相关规定执行，所有加工及装配工艺都要求提供完备的作业指导书。

对关键受力零件的材料叉头和十字轴进行化学成分分析并作机械性能试验。法兰叉头毛坯加工前必须进行成份分析，尤其是Cr和Ni的含量严格控制在1.5%～1.7%之间。同样，其他的加工、装配、调试等各工序都严格控制和检验，使之始终处于受控状态。

4 结束语

该万向接轴自2013年10月份交付马钢使用至今，万向轴运行平稳，没有出现任何问题。使用寿命(过钢量)超过进口件的2/3，甚至达到进口件水平，每根万向轴费用低于进口件价格1/3，若三个机架6根轴全部完成国产化，将可节约近千万元采购成本。本次国产化改造项目取得了很好的效果。在此国产化成功的基础上，又完成了UF万能精轧机以及ED轧边机的万向接轴的国产化，取得了非常可观的经济效益。

[1] 林镇钟.热轧H型钢的技术进步和在马钢H型钢生产线的应用[J].钢铁,2000,35(10):33-36,39.

[2] 刘安中,李友荣,王志刚,等.2800轧机万向联轴器十字轴断裂事故分析[J].重型机械,2002(01):58-59,62.

[3] 熊杰,张志忠,樊建成,等.大型宽厚板轧机万向节疲劳失效分析[J].重型机械,2011(01):34-38.

[4] 郝志强,李友荣,鲁光涛,等.基于有限元的滑块式万向联轴器系统优化设计[J].机械科学与技术,2014,33(04):555-558.

[5] 汪瑞俊,杜晓东,孙国栋,等.铬含量对Cr-Ni-Mo系低碳合金钢组织性能的影响[J].热加工工艺,2007,36(08):15-17.

[6] 郑红梅,姜子刚,朱长江,等.轧机万向联轴器十字轴断裂分析与改进设计[J].机械设计与制造,2014(05):14-17.

[7] 刘莺,李友荣,刘安中,等.轧机十字轴式万向联轴器的有限元分析[J].重型机械,2007(04):48-51.

[8] 郭志强,徐泽璐.平衡方式对万向联轴器强度影响的有限元分析[J].重型机械,2014(05):83-86.

[9] 杨文志,郭伟超.十字轴式万向联轴器辊端叉头有限元分析[J].机械传动,2011,35(02):52-54.

[10] 胡春燕,刘德林,万方,等.花键轴断裂失效分析[J].材料工程,2009(05):57-59,64.

The localization of universalspindle using on UR1 H-beam rolling mill

HU Xiao-li

(Maanshan Iron and Steel Co., Ltd , Ma’anshan 243000, China)

Aiming at the damage of universalsplndle of H-beaml UR1 rolling mill, the universalsplndle was re-designed and manufactured with key technologies, a three-dimensional modeling is established, large diameter centering process is proposed, vacuum quenching process and localized material are also used. The performance of the localized universalsplndle is suitable for the process of production.

H-beam; UR1 rolling mill; universalspindle; localization

2016-11-02；

2016-11-30

胡晓丽(1973-)，女，高级工程师，工学学士，主要从事冶金轧钢设备技术工作。

TG333

A

1001-196X(2017)02-0046-04