3 800 mm 精轧机牌坊的设计结构改进及加工方案

高卫东

（石钢京诚装备技术有限公司， 辽宁 营口 115000）

引言

轧机是完成金属轧制的重要设备，在冶金行业被广泛应用，是实现由钢坯转化成板材的重要途径。轧机牌坊（机架）作为轧机的最基本、最重要的部件，其设计结构的合理性和机加工工艺的先进性决定了轧机牌坊（机架）的刚度、强度和使用寿命，因此冷、热轧钢带在整个钢铁工业的发展中占有重要的地位。

1 轧机的工作原理及成形方法

轧机是以牌坊（机架）为主体，结合轧制机构（工作辊、中间辊、支承辊等主要部件），将金属坯料轧延成材的成套设备。轧机是直接轧延金属的主机，它利用旋转的轧辊（工作辊、中间辊、支承辊）辗压坯料，使金属按规定的要求产生塑性变形[1]。

2 3 800 mm 轧机机架的结构设计

3 800 mm 精轧机牌坊是某工程技术有限公司迄今为止设计的轧制钢板尺寸最大的、质量最大、外廓尺寸最大的轧机牌坊，由石钢京诚装备技术有限公司负责该成套产品的制造及装配。

3 800 mm 精轧机牌坊图纸中设计参数：质量为316 204.6 kg；外廓尺寸（厚×宽×高）为970 mm×4 710 mm×14 215 mm；压下部分尺寸（厚×宽×高）为2 205 mm×4 710 mm×2 300 mm；钢板最大轧制宽度为3 800 mm。

设计图纸分为粗加工牌坊和精加工牌坊图纸。设计师们参考、借鉴了国外同类产品设计，但是因为受国内加工设备精度影响，需要设计方与制造方一起，对设计方案进行反复推敲、修改，在达到性能指标的前提下，对图纸中的局部区域做出修改，以满足国内加工需要，力争圆满、合格地完成精加工牌坊的交付。

2.1 原设计方案在加工方面存在的难度

在石钢京诚装备技术有限公司接到第1 版图纸时，结合机加工设备，发现有如下问题在生产中不能有效实施：原设计图纸中设计的精加工牌坊中的压下孔及其应力环设计尺寸精度及形位公差精度高、表面粗糙度要求高；受加工方式影响，不能满足图纸要求；原图见图1、图2；原设计图纸中设计的精加工牌坊中与轨座把合处方孔的加工长度受限，由于孔深达600 mm，加工中刀杆钢性不足，四周R 加工不能满足图纸要求，设计原图见下页图3、图4。

2.2 机加工主要设备

由于3 800 mm 精轧机牌坊外廓尺寸较大（厚×宽×高尺寸为970 mm×4 710 mm×14 215 mm），质量为316 204.6 kg，在铸钢分厂运送到机加分厂，起重设备的承载能力均达不到此要求。故在确定选择加工设备时，一是要确定精加工牌坊毛坯能够安全顺利地吊装到机床加工平台上，另一方面是选择能够满足精轧机牌坊的粗加工和精加工的设备。经多轮研究加工方案后确定：精轧机牌坊的粗加工工序拟在石钢京诚装备技术有限公司260 数控铣镗床的落地上完成（压下孔除外）；精轧机牌坊的精加工工序拟在石钢京诚装备技术有限公司5×24 m 龙门数控铣床上完成。

2.3 设备的优势

1）两台设备同在一个厂房里，有满足加工的工作平台；260 数控铣镗床的落地（固定）工作平台尺寸为4 800 mm×19 000 mm，可满足牌坊的粗加工工作条件（牌坊压下孔除外）；5×28 m 数控龙门铣床的工作平台尺寸为5 000 mm×28 000 mm，可满足牌坊的精加工工作条件；

2）两台机加设备相隔较近，便于产品的转运；

3）厂房里同时配备有两部桥式起重机，便于同时吊运牌坊；

4）厂房内场地宽敞明亮，并设有落地装配平台，便于后序进行牌坊的就地装配和拆解。

3 设计方案的优化与改进

压下孔加工按上页图1、图2 的要求，加工中存在以下难点：

1）参照图1，压下孔Φ1 000H7（+0.091/0）与Φ1 250H9（+0.263/0）两台阶孔同轴度位置公差要求Φ0.05 mm，现有的机床设备精度很难达到；同时Φ1 250H9（+0.263/0）内孔直径尺寸大，公差范围小，需自制工装辅具定位后进行加工；另外该孔加工深度为960（-0.05/0.1）mm，深度方向有公差要求，加工不易保证。

2）参照上页图2，压下孔U 部放大处R36 应力环槽处内凹圆角加工困难，加工后表面粗糙度Ra0.8 无法满足图纸要求。以现有的加工设备，只能对R36 内圆角环槽进行平面编程加工，但不能完成该应力环槽的内凹形式加工。

3）目前分厂现有定制的Φ720 mm 球面铣刀盘，其刀盘厚度32 mm，端部圆角R16 mm，精加工后表面会存在可见的、明显的加工痕迹，如设计允许，建议将内凹应力环修改为与压下孔端面相切的应力环形式；为更好的利用现有Φ720 mm 成型刀具，在不影响设计性能的前提下，建议将应力环槽加大至R50 mm；整个应力环槽沿形均要求表面粗糙度Ra0.8 mm，不符合国内设备加工要求，建议将表面粗糙度修改为Ra1.6 μm。

4）参照上页图1，压下孔Φ1 250H9（+0.263/0）深度为960（-0.05/0.1）mm，通长加工需控制在公差范围之内，加工过中必须达到定位准确，故加工中刀杆不能产生震颤，导致内孔表面出现波纹、挖刀、超差等问题出现。数控龙门铣床加工压下孔需要用角铣头加工，我分厂的角铣头主轴直径为Φ70 mm，因强度及刚度较低，无法加工如此大直径的孔，且不足以完成全孔的加工；260 数控镗铣床主轴直径为Φ260 mm，利用加长镗杆（主轴），辅以自制工装，从理论上可以完成压下孔Φ1 250H9（+0.263/0）的加工。

5）经与设计帅反复探讨、研究，从加工角度及工艺性方面考虑，从装配角度及实用性出发，经多次修改，设计师将精加工牌坊图纸修改如下：精加工牌坊压下孔如下页图5、图6 所示。将压下孔U 部放大处应力环槽的内凹修改成与端面齐平；将压下孔应力环槽相接的R36 mm 放大为R50 mm，方便刀具的加工；将压下孔应力环槽处沿形表面粗糙度全部Ra0.8 μm修改为机加面为Ra1.6 μm，其中压下孔Φ1 250H9（+0.263/0）深度方向尺寸960（-0.05/0.1）mm 上面与应力环槽R50 mm 相切处、R100 mm 与圆锥面表面相接处、R100 mm 与圆柱面表面相接处需手工抛光到Ra0.8 μm。

精加工牌坊中与轨座把合处方孔如下页图7、图8 所示：将牌坊轨座把合方孔600（590+10）mm 长度上所有面Ra12.5 μm，修改为方孔上下两段加工200 mm有效长度；方孔其余部分四周加1 mm 空刀，保证矩形配合件能通长穿过轨座孔即可。

另外，为保证加工压下孔的加工，专门设计了一套（工装）定位器。

4 结语

经过10 个多月努力，石钢京诚装备技术有限公司圆满、顺利地完成了3 800 mm 精轧机牌坊的各项机加工工作，经检验，两件牌坊全部合格，一次合格率98%，没有造成产品的拖期，受到用户的好评。同时，装配工作也在有条不紊地进行，各项装配指示向好的方向发展。目前该成套项目已成功交付用户，使用过程中表现出良好的轧制性能。