采用辅助定位方式制造连铸导向段支架应用实践

王玲，齐盛文，刘益民，周勇

（鞍钢重型机械有限责任公司,辽宁 鞍山 114031）

导向段是连铸机的关键设备之一，液心钢坯在导向段内进行二次冷却，作用是将带液心的铸坯从结晶器中拉出来后，喷水或喷气使铸坯快速凝固，以进入拉矫区，对未完全凝固的钢坯起支撑作用，防止铸坯的变形、鼓肚［1］。导向段由导向段框架、扇形段组成，扇形段内有上、下足辊，组成一定的弧形弯道，控制液心钢坯按照一定的弧度、速度通过，同时进行二次冷却。要保证整个弯道尺寸，要求各扇形段中辊子具有较高的对弧精度和相互平行度。所以对于安装和支撑扇形段的导向段框架来说，制造精度非常重要。以往在导向段的装配中，调整各支座的定位精度是装配难点，设计中使用调整垫片来调整定位支座的高度，但是由于各支座与测量基准都呈现不同的角度，无法进行直接测量，一般通过数控龙门镗铣机床或采用激光跟踪仪进行测量。采用数控机床测量时，占用设备时间较长，垫片厚度也需要调整两至三次才能满足设计要求，装配效率很低；采用激光跟踪仪设备采购费用比较昂贵，经济性不高。本文介绍了一种通过在适当位置增加测量基准的方法，能够实现在普通地平铁上装配和调整，精度完全满足设计要求，并且实用性和经济性较高。

1 导向段支架要求

1.1 结构介绍

本文以普锐特冶金技术有限公司为山东鑫海钢铁有限公司设计的连铸生产线为例介绍。导向段支架（见图1）由弧形区支架、矫直区支架、水平区支架三部分组成。

图1 导向段支架Fig.1 Brackets for Guide Section

弧形区支架是由3个固定座、支架、多组夹紧座和调整垫片组组成。因支架弧形外形与香蕉相似，故俗称“香蕉梁”。矫直区支架结构与弧形区支架相似，一端呈圆弧状，与弧形段相接，另一端为水平状，与水平段相连接。

1.2 设计要求

导向段支架作为连铸机导向设备的安装基础，要求具有较高的精度，而且在整个弧面上布置了各个导向段的框架连接点以及大量的水路管路接点，因此要求：

（1）材质采用 S355J2G3；

（2）安装轴承座的定位尺寸要求稳定，组焊后必须消除应力处理；

（3）各个导向段框架连接点的尺寸、位置要求准确，应采用数控机床加工，保证精度；

（4）管路位置要准确，保证水路系统连接正确，水路通畅。

（5）中心线极限偏差±0.1 mm；标高极限偏差为±0.05 mm；水平度极限偏差为0.1/1 000。

1.3 加工工艺要求

各区域支架结构类似，外形不同，所以以弧形段支架为例说明。支架为焊接结构件，尺寸比较大，形状不规范，并且各上面加工部分与水平倾斜成不同的角度，必须采用数控机床加工。在装配时，需要通过数控机床检测各点数据位置，同时调整垫片组厚度确定安装位置，根据设计要求制定总体工艺要求如下：

（1）钢板按设计要求进行制造，且应符合JB/5000.1中4.1条款半成品原材料部分的要求，钢板应矫直达到制造精度后方可下料加工。

（2）按照图纸要求开坡口，这是保证支撑架整体强度的关键。

（3）支撑架组焊前，要求组焊后水路系统内部清洁，不渗漏，不窜水，水管位置准确，过水表面不得存在氧化皮、铁锈、焊渣等污物，需全部打磨见金属光泽。

（4）支架上的夹紧座中心点位置精度要求较高。在组对、焊接时要特别注意，必要时用胎具控制其精度，保证位置和高度在图样规定公差范围内。

（5）支架组焊后应进行退火消除应力处理和水压试验。

（6）连接轴与钢板焊接部位进行超声波探伤检测。

（7）为了防腐蚀、防锈蚀，在支架安装面和夹紧座表面都要求堆焊不锈钢处理。堆焊前要进行堆焊试验，确认无误后，方可在夹紧座上堆焊。堆焊表面精加工后进行磁粉探伤检测，确保焊接无裂纹、砂眼等缺陷，以保证焊接质量。

（8）支撑架要求在数控机床进行精加工，加工前，必须划全线检查所有加工面的加工情况，要求粗、精加工分开进行，所有支撑架均有X、Y、Z三方向定位基准，加工时也应以该三基准对支撑架进行加工，保证各加工部位与三基准的尺寸、形状、位置精确。特别要注意与夹紧座的安装部位的尺寸与形位精度。

（9）加工时还要注意保持水路系统内部的清洁，严防铁屑进入水路系统。

1.4 装配工艺要求

在弧形段支架装配中，弧形上部为加工面，与夹紧座装配，且各装配面与水平方面呈不同的夹角，保证扇形段冷却弧形通道逐渐变化。装配后，弧形区支架装配检测尺寸见图2。 尺寸A、B是装配后需要检测的夹紧座中心点位置，由于装配现场不具备立式安装条件，所以各夹紧座中心点坐标不能直接测量出来。矫直区支架装配后各夹紧座连接后呈一段过渡圆弧。其弧形部分与弧形区支架测量方法相同，水平部分可以直接测量。

图2 弧形区支架装配检测尺寸Fig.2 Inspection Dimensions for Bracket-assembling in Arc-shaped Zone

在装配过程中，在夹紧座底部有调整垫片组，调整垫片组总厚度为10 mm，装配后各尺寸公差要求±0.10 mm。此外，测量基准点在工件外一虚拟点，无法通过简单测量获得，只能在数控机床通过百分表方式检测。由于垫片厚度与实际测量数据有一定角度，所以需要根据实际测量数值和安装理论尺寸的位置误差，计算后对垫片厚度进行增减，再通过测量调整，一般经过两次以上的反复操作，才能控制尺寸在图纸要求公差范围内。这样操作造成测量时占用数控镗铣机床时间较长。

2 工艺优化方案

为了能在装配时，一次将调整垫片厚度添加准确，不占用数控机床，在支架的加工和装配工艺上进行优化，实现不占用数控机床，快速装配，检测准确的目标。

2.1 加工工艺优化

以弧形段支架为例进行说明。弧形段支架是由两个弧形钢板、支撑板、连接轴构成，要求两个弧形钢板加工面尺寸保持一致。按设计要求，装配后再加工各处，以保证同步性。而装配后尺寸结构较大，两弧形板距离较远，加工操作要保证同步性要求。因此，将精加工在弧形钢板单件上进行，并在夹紧座的下方，增加工艺销孔，用于装配的测量基准，提高了加工和装配的效率。支架加工的工艺优化方案如下：

（1）两个左右对称的弧形钢板在加工前点焊连接为一体，在数控镗铣床对其进行合加工，以保证两件尺寸及位置一致。

（2）在两个钢板的外侧、每个夹紧座和定位块基准面的下面，都增加工艺销孔，例如图3弧形区导向段支架局部图中，夹紧座安装位置下有两个方向的调整垫片组1和调整垫片组2，增加工艺点（1）、（2）、（3）、（4）和（5），再将图 3 中 51、52、53、54 中心位置坐标尺寸 A、B 换算为 L1、L2、L3、L4、H、B各尺寸。在钢板加工时，按照给出的坐标数据加工出工艺销孔，销孔尺寸可以自定，为了准确方便测量，按照Φ30H7直径加工，深度为30 mm。

图3 弧形区导向段支架局部图Fig.3 Partial View of Bracket for Guide Section in Arc-shaped Zone

（3）各销孔加工完成后，按安装孔做基准，检查各销孔位置准确性，尺寸公差控制在±0.10 mm内。

（4）按照夹紧座安装处轴颈尺寸，加工制作两根工艺假轴，分别放置在左右两个夹紧座上，配合处工艺假轴的直径尺寸由扇形段装配轴处尺寸确定，公差按照装配轴的公差减半，做装配检测用。

2.2 装配工艺优化

安装前，检查安装平台的平面度在0.1 mm以内，在钢板工艺销孔内放置工艺销，给出工艺假轴到工艺销距离的理论数据。通过采用直接测量工艺假轴到工艺销距离的方式替代数控机床打表检测，具体步骤如下：

（1）打开点焊的两钢板，装配连接轴和支撑板，组成框架整体。

（2）在工艺销孔处插入工艺销，保证配合间隙在0.02 mm左右，并作为检测夹紧座孔的检测基准。

（3）在相邻两个夹紧座上，放置两个工艺假轴，用塞尺检测工艺假轴与夹紧座圆弧面的贴合程度，要求0.05 mm塞尺不得塞入，证明配合符合要求。

（4）用内径千分尺测量工艺销至工艺假轴的距离，即图3中H、B尺寸，公差要求在±0.10 mm以内。如尺寸不满足要求，按照实际测量数据与理论测量数据之差，确定增、减高度方向垫片厚度尺寸，最终满足要求尺寸公差。

（5）用内径千分尺，测量两个工艺假轴之间的距离，公差要求在±0.10 mm以内。如尺寸不满足要求，按照实际测量数据与理论测量数据之差，确定增、减左右方向垫片厚度尺寸，最终满足要求尺寸公差。

3 实际效果

通过工艺优化改进后，在各导向段支架的单件加工检测时，增加定位销孔的尺寸数据检测，与设计尺寸坐标对比，数据最大偏差0.02 mm，能够满足装配需要。

导向段装配过程和检测过程在有地平铁的装配场地进行，通过采用CAD软件设计的各定位销与定位座测量点的H和B坐标值，确定了需要添加调整垫片组1厚度；通过调整垫片组2的厚度来调节两个夹紧座的距离，满足两个工艺假轴的距离，确定夹紧座的最终位置，并一次完成装配，实现了不占用数控机床装配、调整和测量的工序，最终保证尺寸在图纸要求±0.10 mm内，不仅提高了装配效率，还节约了大量的台时费用，保证了装配各处数据准确，确保扇形段辊面的弧形精度。尤其是应用在弧形区和矫直区的支架上，效果十分明显。

在现场安装中，采用添加的定位销孔作为现场安装基准，一次安装扇形段后，用样板检查弧度，只调整了2处垫片厚度尺寸就满足对弧要求，给现场安装带来了很大的便捷，保证了装配精度。

4 结语

通过在导向段支架上增加定位销的方式，可以解决导向段支架的装配、垫片调整及尺寸测量的难题，并且可以推广至大型异形工件的空间尺寸调整和测量上，结合工件的结构和特点，在适当位置增加测量基准点，实现将空间尺寸转换为可直接测量的二维尺寸的目的，节约了数控机床专用台时，检测方便准确。