四辊轧机机架辊改造\三种铆螺母紧固件的应用与对比

四辊轧机机架辊改造

【摘　要】中板线四辊轧机机架辊结构设计存在缺陷，由于工作环境极其恶劣，设备故障率较高。有针对性地进行结构改造后，改善了机架总的负荷条件，改善了轴承的润滑、冷却、防水、防尘性能，提高了机架辊的运行稳定性，降低了设备故障率。

【关键词】四辊轧机；机架辊；中板线

1　设备简介

在大型轧机上，为了能可靠地将轧件送入轧钢机轧辊，要求辊道辊子尽可能地靠近轧辊。为此，在这些轧机机架上，都安装有辊道辐子，这些辐子称为机架辊。

鞍钢中厚板厂中板线四辊轧机在轧辊前后各装设了两个机架辊（如图1所示），它们都由单独的电动机通过万向接轴直接传动。为了使辊子能够承受较大的冲击载荷，采用了实心锻造辊子，辊子轴承采用调心滚子轴承，有一定的调心作用。为了保证机架辊的紧凑性，机架辊的辊距一般较小，采用整体轴承座，机架辊两端的轴承座分别支撑在传动侧和操作侧轧机机架上，辊子由电动机通过齿形联轴节传动。为了方便装拆和减小机架孔尺寸，辊子端的外齿套和传动轴可以轴向移动。当外齿套与内齿套脱离啮合后，外齿套收缩到机架孔内部，进行拆装辊子时就可以不受传动轴影响。

(运转世界大国龙腾 龙出东方 腾达天下 龙腾三类调心滚子轴承 刘兴邦CA CC E MB MA)

三种铆螺母紧固件的应用与对比

摘　要：文章介绍了铝合金连接常用的压铆螺母、自冲铆螺母和拉铆螺母，并进行转动扭矩和推出力检验。试验结果表明，在铆接材料为6061合金，热处理状态为T6时，自冲铆螺母具有更优异的抗转动性能，拉铆螺母具有更优异的抗推出性能。

关键词：压铆螺母；自冲铆螺母；拉铆螺母

高强度、高延展性、低密度的铝合金材料被众多领域采用，但铝合金焊接存在变形、烧穿、裂纹、接头弱化和异种材料连接困难等问题，所以铆接和螺纹紧固连接技术逐渐得到重视，铆螺母就是其中广泛应用的产品之一。

然而，随着压铆螺母和自冲铆螺母等非标紧固件开发量日益增多，铆螺母紧固件已经不完全属于传统意义的标准件。

现阶段的铆螺母紧固件既包含国家标准或行业标准规定的标准件，又包含应客户需求开发的非标紧固件，例如压铆螺母、拉铆螺母和自冲铆螺母，这些铆螺母不但在铝合金连接中起到关键作用，也为内饰件、总成的安装提供连接点。

本文对比铝合金产品常用的压铆螺母、拉铆螺母和自冲铆螺母紧固件优缺点，并分析力学性能，为设计师提供选型参考。

01　铆螺母紧固件

1.1 压铆螺母

压铆螺母通常一端带有压花齿及导向槽，母材需要在压铆生产前开设安装孔，借助压铆机下压力将螺母压花齿压入孔位(图1) 。

一般而言，安装孔的孔径略小于压铆螺母的压花齿，因此压花齿能够挤入材料使安装孔周边产生塑性变形，变形物被挤入导向槽，最终螺母与母材锁紧连接。

压铆螺母可安装在各类铝合金型材和板材，但是连接强度受母材强度影响很大，且在型材内腔安装螺母时需要开工艺孔保证压铆模具可以与螺母接触。

图1 压铆螺母

1.2 自冲铆螺母

自冲铆螺母是在压铆螺母基础上改进的产品，具有无需在母材上开安装孔的特点，主要通过自冲铆螺母自身压铆的同时完成冲孔，安装后形成与压铆螺母相似的锁紧连接结构(图2) 。

由于可以考虑结合板材冲压工序一起生产，因此更适合大批量生产，提高生产效率的同时节约生产成本，能够获得比压铆螺母和拉铆螺母更好的抗转动性能。

图2 自冲铆螺母

1.3 拉铆螺母

拉铆螺母是一类能够在拉铆枪带动下产生塑性变形夹持到材料上的紧固件(图3)，由于具有单面操作即可完成安装的特点，所以应用场合非常广泛；另外，拉铆螺母可以解决金属薄板、薄管焊接螺母易漏、压铆易产生板材变形等缺陷。

但是，拉铆螺母强度通常低于压铆螺母，且安装前也需要在母材开设安装孔，其力学性能及样式可参考GB/T 17880系列标准，通常拉铆螺母支撑面和圆周表面有花纹提高抗扭转性能。

图3 拉铆螺母

02　试验及结果分析

2.1 试验方案

用于试验的螺母规格M6，其中拉铆螺母符合 GB /T 17880．1－ 1999 技术要求，试验母材为 6061 合金，热处理状态 T6，厚度 2mm，紧固件与母材配合后开展推出力和转动扭矩分析。

转动扭矩为紧固件与母材发生相对转动时的最大扭矩，借助压铆和拉铆设备安装紧固件后将测试螺栓从螺母柄部拧入待检紧固件，螺栓头下支撑面不应与母材接触( 图 4( a) ) ，采用世达电子扭力扳手对螺栓顺时针施加扭矩，记录最大扭矩值。

推出力为铆螺母在母材上被推出的最大力值，将测试螺栓拧入待检螺母中( 4( b) ），并将安装螺母的试验件放置到电子万能试验机的平台上，配合检验工装将紧固件推出， 记录最大压力值。所有试验件样品如图 5 所示。

图4 转动扭矩及推出力示意图

图5 试?件

2　存在问题分析

中板线2450四辊轧机于2003年改造，投入运行以后轧机机架辊稳定运行周期较短。机架辊系统的不稳定运行，容易产生较高级别的设备事故，严重影响了轧钢产线的生产组织和产品质量，迫切需要查找原因，进行设备改进。经分析主要原因如下：

（1）轧机机架辊装置承受冲击负荷大。轧机机架辊装置紧贴轧机工作辐安装，轧件从轧辊轧出后轧件头部直接作用于机架辊上，不可避免地会对机架辊产生冲击，而此时轧件后部仍在继续轧制，轧件仍然处于轧辊的夹持状态，轧件在轧制过程中经常出现叩头现象，这就更加大了轧件头部对机架辊的冲击载荷。

机架辊安装在轧机机架内部，在机架辊附近安装有辊系装置、导卫装置、轧辊冷却装置、除鳞装置、工作辊道、轧辊平衡装置和各种介质管线等，留给机架辊的安装空间十分有限，机架辊的辊子布置非常紧凑，使承载能力受限。

在中厚板轧机中，机架辊是轧机中故障率较高的薄弱部位，既要保证机架辊的整体强度，又要兼顾其他部件的合理功能和强度要求，所以，合理利用机架辊位置的有限空间，尽可能提高机架辊整体结构强度，是十分必要的。

(2)斜铁装置固定轧机机架辊的缺陷。在机架辊与轧机牌坊的固定结构中，国内外轧机设计中较多采用在牌坊上预留基座和斜铁安装槽，靠斜铁压紧机架辊轴承座，将机架辊装置紧固到轧机牌坊上。在实际使用中发现该结构具有两个较严重的缺陷，一是斜铁装置占用了两架牌坊之间的有效空间，限制了实际轧制钢板的有效宽度，影响轧机性能。二是轧机机架辊与轧机牌坊不能有效固定。在轧钢过程中机架辊受到钢坯的冲击，机架辊轴承座与轧机牌坊之间不停产生相对运动，加速了机架辊轴承座定位键、底平面等部位和轧机牌坊之间的磨损，缺陷不断劣化。这种相对活动也加速了紧钉斜铁的松动，最终使得机架辊整体的固定效果越来越差，机架辊的窜动量不断增加。这种状态下，机架辊轴承除了要承受轧钢钢坯对机架辊的正常工作载荷，还要承受机架辊轴承座窜动造成的附加载荷，这种载荷的方向和大小很难控制，往往造成机架辊轴承的非正常损坏。

(3)高压水流、高温、粉尘等恶劣的工作环境影响密封、润滑效果，加速轴承失效。机架辊距轧机高压水除鳞较近，经常受到飞溅的高压水流的冲刷，辐子端部密封防水效果难以承受高压水冲刷，经常造成轴承箱进水，加速机架辊轴承损坏。此外，轧机辊身冷却水和机架辊辊身冷却水受高温轧件加热后会产生大量水蒸气，水蒸气进入轴承箱冷却后凝结成液态水，更加速轴承润滑油质的乳化，甚至完全失效，使得轴承在极其恶劣的润滑环境下迅速损坏，造成机架辊事故。此外，轧机在轧制过程中产生的大量烟气灰尘、铁屑等细小的粉尘颗粒会随着烟气和水进入到轴承箱造成润滑油的变质和污染，同样会对机架辊轴承造成磨损，影响使用寿命。

3　改进措施

(1)取消斜铁固定装置，改用分体式滑板装置。中板线四辊轧机改造时，取消了斜铁固定方式，在轧机牌坊机架上安装支座，用螺栓直接将机架辊轴承座与轧机牌坊机架的支座固定(如图2)。取消安装在机架辊轴承座1上部的斜铁固定装置，轧机牌坊上部安装机架辐支座3，整体机架辊装置通过轴承座地脚螺栓2实现机架辊轴承座1与机架辊支座3的可靠固定。实际使用效果很好，克服?斜铁固定方式的诸多弊端。改善了机架辊整体的固定效果，提高了钢坯的有效通过宽度，提高了轧机性能。

对机架辊轴