异型轧辊与轴承座工艺及工装设计(UG三维)

异型轧辊与轴承座工艺及工装设计(UG三维)

摘要

本文的内容主要是异型轧辊和轴承座机械加工工艺及工装设计。轧辊，它是轧机中极为重要的部件之一，是轧机的主要消耗部件。轧辊是轧机上的重要备件，具有形状结构极为复杂、外形规格大、加工精度高等特点，并随轧机的轧线不同而形状各异，因此轧辊的切削加工的难度与正常的配件加工相比，有较高的技术难度。解决好轧辊的切削加工的技术问题，是轧辊生产中最关键的环节。本文依据轧辊的工作环境要求选择其毛坯种类；根据该零件表面加工特点制定其机械加工工艺，再根据实际加工情况分析、结合实际生产情况制定重要工序工步，通过分析其可能遇见的工艺问题，提出合理的解决方法。轴承座是轧机的重要组成部分，主要负责控制轧辊与轧机的相对安装位置，通常由焊接件焊接而成，根据其孔位置关系等，配合轧机其他安装零件，使轧辊在轧机中处于特定的位置。根据零件加工的需求，设计轧辊轴承座的专用夹具。

关键词：轧辊、工艺、工装设计、轴承座

1 前言 1

1.1选题意义及背景 1

1.2产品分析 2

1.2.1功能 2

1.2.2材质分析 2

1.2.3国内外现状及发展趋势 2

1.2.4研究及设计主要内容 4

2工艺规程分析 5

2.1零件分析 5

2.1.1零件用途 5

2.1.2选材 5

2.2零件分析 6

2.2.1零件结构特征 6

2.2.2零件技术要求 7

2.3确定毛坯的制造形式 7

2.3.1毛坯尺寸及公差 7

2.3.2加工阶段的划分 9

2.3.3工序的集中与分散 9

2.4基准分析 10

2.5工艺规程设计 11

2.5.1表面加工方案选择 11

2.6 20车工序设计 14

2.6.1车削工序内容 14

2.6.2工艺基准及余量选取 15

2.6.3机床的选用 16

2.6.4 切削用量 18

2.6.5 刀具的选择 19

2.6.6 量具的选择 21

2.6.7 夹具的选择 21

2.7 45车工序设计 22

2.7.1 车削工序内容 22

2.7.2 工艺基准及余量选取 23

2.7.3 机床的选用 23

2.7.4 切削用量 23

2.7.5 刀具的选择 24

2.7.6 量具的选择 25

2.7.7 夹具的选择 25

2.8 100车工序设计 25

2.8.1 车削工序内容 25

2.8.2 工艺基准及余量选取 25

2.8.3 机床的选用 25

2.8.4 切削用量 26

2.8.5 刀具的选择 26

2.8.6 量具的选择 27

2.8.7 夹具的选择 27

3工装设计 28

3.1 设计任务 28

3.2 工序分析 28

3.3 机床选择 29

3.3 定位方案介绍 31

3.4 夹具设计 32

3.4.1钻模板结构选择 32

3.4.2钻套选择 33

3.4.3导向长度 34

3.4.4排屑空间 34

3.5 切削力计算 34

3.6 夹紧力核算 35

3.7 误差分析与计算 38

3.7.1 工件定位销误差计算 38

3.7.2 钻模板定位误差分析 39

3.7.3 最终孔加工误差 40

4 数控加工程序 42

4.1 车削程序 42

总结与展望 45

参考文献 46

致谢 47

1 前言

1.1选题意义及背景

当今的中国机械行业发展迅速，轧钢工业在其中有着举足轻重的地位。轧辊在轧机中有着重要作用，是重要的控制元件。随着轧制技术的发展，轧辊的作业环境也越来越苛刻，对轧辊的性能要求也更高。轧辊因为其特殊的工作性质，需要在特殊环境下连续工作，对零件的力学性能等提出了更高的要求，同时也要求工件加工精度必须足够高。轧辊是轧制产业中轧机的重要部件之一，在工作时与加工材料直接挤压接触。本次毕业设计应贴近实际生产，合理考虑工艺规程制定的合理性以及零件加工的经济性，极大可能地贴近企业里的实际加生产。轧辊的加工比平时一般常见零件相比加工工序较为繁琐，螺旋齿精度要求较高，加工难度较大，需要编制合理的加工工艺规程以及对轧辊的轴承座设计选择合适的专用夹具，完成本次设计任务。

本次毕业设计针对异型轧辊的机械加工工艺规程制定以及专用夹具设计。从零件毛坯出厂要求到零件最终加工的完成，经历工艺制定到专用夹具设计等环节，具体如下。

任务与分析：

本次毕业设计题目来源于某企业实际加工产品，该产品为配合轧机使用的中异型轧辊，该产品关键加工工序为螺旋齿、直槽、燕尾槽，对其要求较高。完成小批量生产的异型轧辊机械加工工艺规程及工装设计。本毕业设计主要完成以下几个方面的工作：

（1）收集与毕业设计任务有关的国外资料，翻译3000字相关英文资料；

（2）创建“两种不同花纹的轧辊及轧辊轴承座”三维基本模型，并生成二维零件图；

（3）绘制“两种不同花纹的轧辊及轧辊轴承座”二维毛坯-零件综合图；

（4）设计“一种花纹的轧辊”机械加工工艺路线，编制机械加工工艺过程卡一套、编制1～ 3道主要工序的机械加工工艺卡；

（5）设计指定工序专用夹具，并进行三维建模、设计其二维装配图和指定非标零件图；

（6）编制轧辊指定工序数控加工程序；

（7）撰写设计说明书一份。

1.2产品分析

1.2.1功能

轧辊轴承座是轧机中的关键受力部件，其加工精度直接影响了轧辊的稳定性，为了保证轧机能对钢材进行良好的加工，需要做好轧机轧辊轴承座的加工，确保轧机轧辊轴承座具有较高的加工精度[1]。在确保轧机轧辊轴承座具有良好加工精度的同时有效地提高轧机轧辊轴承座的加工效率，以使得轧机轧辊轴承座能够最大限度地满足轧机的使用需求[2]。

轧辊是轧钢生产中主要消耗备件之一，轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机工作效率，而且在很大程度上影响成品轧材的质量。

1.2.2材质分析

近年来，随着轧钢技术的发展及轧机技术和自动化程度的不断提高和完善，轧辊的工作环境也越来越苛刻，因此对轧辊的质量提出了更高的要求：改变材质是提高轧辊质量的重要措施之一[3]。目前轧制领域明显的趋势是广泛使用合金元素并且逐渐提高合化程度，轧辊材质设计是机组设计最基本的部分之一，其中钢管矫直辊、HFW/ERW焊管和冷弯型钢轧辊传统使用材料均为合金锻钢。美国使用D2、H13；德国使用X155CrVMo121、X40CrMoV5-1；日本使用SKD11、SKD61；中国使用Cr12MoV、3Cr2W8V、Cr12、9Cr2Mo、GCr15。D2、X155CrVMo121、SKD11与Cr12MoV基本相似，为高碳、高铬冷作模具钢。该钢种冶炼、锻造和热处理要求高、难度大，处理不好易在使用中出现问题。D2、X155CrVMo121、SKD11锻钢轧辊在使用中，尤其是激冷激热工况下，均出现过辊面开裂、辊轴松动等现象。国内Cr12MoV锻钢轧辊仅局限于少量的小规格焊管轧辊采用，多数机组仍沿用Cr12、3Cr2W8V、9Cr2Mo、GCr15等低档次锻钢轧辊，耐磨性能差，不仅使用寿命为上述进口锻钢轧辊的1/2～1/3，而且有时影响生产[4]。

1.2.3国内外现状及发展趋势

在20世纪70年代开始使用的高铬轧辊，后80年代末开始使用的高速钢轧辊。由于轧辊材质的高合金化，给锻造带来了极大的难题。新型的铸造工艺、夹具、刀具逐渐得到开发并相继获得成功并投入使用。进入20世纪70年代，世界各国先后掌握了轧辊离心铸造技术，1980年以来国内众多单位也都相继地开发出了离心铸造轧辊，替代进口并部分出口。离心复合铸造轧辊外层为高合金铸铁或铸钢，具有硬度高、耐磨、耐热裂等优良性能。目前国内已成功生产离心复合铸造热轧板带支撑辊，每支辊重达80多t，投入并取得了良好的使用效果。

高速钢轧辊在20世纪80年代以前通常采用锻造法生产，但是因其合金含量高，热处理和锻造难度大，极易造成组织不均匀、偏析等缺陷容易影响使用性能。因此锻造高速钢轧辊推广应用受限。近年来随着铸造高速钢轧辊的迅猛发展，早期采用离心铸造法生产，随后相继开发了连续浇注外层成型法（CPC）、电渣重熔法（ESR）、液态金属电渣熔接法（ESSLM，在CPC法基础上加电渣净化）、喷射铸造法（Osprey）、热等静压法（HIP），使得高速钢轧辊得到快速发展。但这些方法多应用于圆柱形轧辊的生产。SDSF研发的新型铸造高铬合金钢管矫直辊、HFW/ERW 焊管及冷弯型钢轧辊，使用性能和使用寿命达到国际先进锻造轧辊水平，取得了节能、节材的良好效果。总之，轧辊的制造向高性能、高合金化发展，开展各种新型铸造方式及装备的研发，以铸造取代锻造是一个趋势。目前铸造高性能、高合金化轧辊已广泛应用于板、管、型、棒材的轧制，取代锻造轧辊，提高了轧辊的使用性能和寿命，取得了节能、节材的优良效果[5]。

随着我国国民经济的持续发展，钢材产量增长空间仍然很大，轧辊的需求量也还在持续增加，但随着越来越多的现代化轧机的出现，落后的轧机逐渐被取代甚至淘汰。并且随着轧辊的制造水平、轧辊材质的提高、改进和完善以及新型优质轧辊的开发应用，普通轧辊的需求量将会持续以一定幅度减少。同时，轧辊使用技术越来越受到钢铁行业的重视和应用，高端优质轧辊的产量极有可能呈现需求上升的趋势，国内轧辊制造企业要想改变目前“低档轧辊供大于求、高档优质轧辊供应不足、依赖进口”的局面，必须认清市场形势，寻求自身产品定位，提高生产产品质量和档次，开发高端产品以及多元的制造工艺来抵御市场的风险，形成有自身特色的主导轧辊企业。中国轧辊制造业要想在激烈的竞争中继续生存和发展，必须在形势中实施重大变革：主动研究轧辊市场，给自身重新定位，继续引进国外先进技术及管理经验，使国内轧辊制造技术在短时间内能在根本环节有所改变；国外目前的轧辊制造普遍使用数控多轴机床加工，耗资成本大。但国外需求量较为小，使用高端机床加工成本能勉强实行。但我国轧制行业中对于轧辊需求量极大，目前轧制行业仍需要不断创新发展的空间，因此对于本次所加工的轧辊这一类，精度要求不是特别高，可以尝试降低成本，也就是选择合理的滚齿机、车、钻床等中型机床实现对轧辊的加工，最终实现高质量的轧辊能实现我国的自主加工，同时为高端机床留下了足够的发展空间。逐步改变中国轧辊制造“小而散、多而乱”的现状，提高与国外轧辊的竞争能力[6]。

掌握世界轧辊制造发展的信息，着力对用户加强根本生产的研究工作，加大对优质高档轧辊的前期投入，配备稳定的技术研发人员团队，建立必备的试验检测数据库，建立适合企业运行的创新体系，加强轧辊生产过程和工艺工序关键点的控制，才能

保证轧辊企业在激烈的市场竞争中，保持强盛不衰的竞争能力，才能开发出高质量

的优质高端轧辊，满足现代化、多元化轧机的使用要求，才能使国内的轧辊在国际轧辊市场上占有重要的位置[7]。

1.2.4研究及设计主要内容

本次所毕业设计的主要内容为异型轧辊的加工工艺规程设计，在国外轧辊的加工方式通常选取高智能化、精度高的大型机器加工，利用多轴机床进行铣齿等工序，虽然较为方便，但在经济性上耗资较高。对于常见的大型轧辊，国内轧制行业目前相比国外较为前端的加工方式略微落后。但轧辊的实际工作带来的收益远远没有利用高端机床所加工的成本大，因此考虑到加工的经济性，利用常见的中型钻铣床、滚齿机同样能达到轧辊的精度要求。本次所设计的加工工艺规程主要通过车床、滚齿机、铣床等常见的、经济性较高的机床进行加工。使用此类机床不仅节约了不少成本，同时相比使用大型高端多轴机床，也减少了噪音等污染，同样加工一种轧辊，减少了许多成本，这也为轧制行业的未来发展减少了一定的负担，为未来开发高端滚齿机等高端多轴机床带来了发展空间。

参考文献

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[2]唐睿.轧机轧辊轴承座加工质量控制[J].中国新技术新产品,2018(21)

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[4]袁厚之,刘行一.钢管及冷弯型钢用高性能铸造轧辊的研制开发[J].山东冶金.2012,34

[5]冯喜锋,奚国仙,周军.热轧不锈钢板带粗轧机架高速钢轧辊的研制[J].2021.38(06)

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