兩輥鋁板軋機軸承的改進
2023-08-01
羅經
摘 要：通過對舊式兩輥鋁板軋機的銅瓦軸承和軸承座的改造，以及使用新型號FC系列滾動軸承，使軋機的軸承發熱減少，機器的穩定性提高，從而提高了軋機的生產效率和軋制鋁板的箱度。
關鍵詞：軸承；發熱；改進；效率
隨著經濟的市場化和競爭化，有些新建企業購買了倒閉企業的舊式軋機，再經過一定的技術改造，使之成為一種全新性能的鋁板軋機。
在軋機的改造設計中，除了由軋制力引起的拖動力、軋輥轉速、機械強度和剛度等大的方面的設計問題會影響軋機的使用性能外，軋機的軸承選用，軸承和軸承座的結構型式和加工公差，冷卻潤滑方式，當地的氣候情況，都對軋機軸承的發熱和使用壽命有很大的影響，尤其是軸承的發熱會對軋制鋁板的厚度及精度帶來不良后果，使鋁板的厚度和軋制公差難以控制，下面介紹兩例軸承改造的實例。
1 軋機銅瓦軸承的改進
銅瓦軸承一般不能做得太大太長，否則，雖然銅瓦單位面積上的壓力減小了，但銅瓦中間部分的熱量不容易被散發掉，熱量的積累會引起軸頸和銅瓦過熱，過熱的軸頸和銅瓦會使冷卻潤滑液無法進入軸頸和銅瓦之間，去減少摩擦和帶走熱量，即使大量注入冷卻潤滑液也無濟于事。這樣，發熱和磨損進入惡性循環，造成軸頸和銅瓦的快速磨損失效。對此，筆者采用的方法是盡可能縮短傳熱路徑，如果解決了發熱問題，潤滑液就能順利進人軸頸和銅瓦之間，它們之間的摩擦會減少，發熱也會隨之降低。筆者將軸瓦和軸瓦座作了三點改動處理。
（1）軸瓦座冷卻水通道的改進
原來乳機軸瓦座上的冷卻水通道是“井”字形的，如圖1中的虛線所示，這個“井”字形水通道離銅瓦較遠，有50mm左右，通道稀少，每條通道擔負的吸熱面積較大，另外軸瓦座內的水通道有兩條，一條較長，一條較短。很明顯，較長的水通道會出現水滯流現象，水會慢慢變熱。
現在將冷卻水通道改成離銅瓦放置位置很近的 “之”字形水通道，如圖2所示 這樣，每段通道擔負吸熱面積相對較小，兩者銅瓦與通道間的距離很短，小于10mm，銅瓦上的熱量能很快地傳到通道的水中而被水帶走，且不會象“井”字形水通道那樣出現滯流問題。吸熱冷卻效果很好。
（2）銅瓦上油槽的改進
原來的銅瓦是一塊又大又厚又長的弧形軸瓦，瓦的內面有一條X形的油槽，由于油槽又窄又淺，儲油量少，軸承中間產生的熱量很難傳導出去改造后的銅瓦的厚度減薄到15mm左右，使銅瓦內的熱量傳到瓦背的距離縮短，另外在銅瓦的中間部位加工一條寬50mm、深3mm的油槽，作潤滑和散熱用，如圖3所示。
這種銅瓦中心部位不存在發熱區，在油槽中可注人較多的冷卻海滑液，帶走銅瓦中間油槽兩邊產生的熱量，銅瓦兩端的熱量由空氣帶走，這時銅瓦上的熱量傳出路徑就很短了。油槽中的冷卻潤滑液會由銅瓦的中間，經軸頸和銅瓦之間的間隙向銅瓦的兩端流出，很好的潤滑了軸頸和銅瓦，減少了因摩擦產生的熱量，還帶走了部分由摩擦產生的熱量。這種銅瓦使用效果很好，使用一個月后，在銅瓦的內弧面和軸頸上出現了一層均勻的薄薄的黑色油膜，軸頸和銅瓦在近似于無磨損狀態下運行。
（3）加裝擋油裝置
由于這種銅瓦需要較大流量的冷卻潤滑液，在長時間的運轉中，冷卻潤滑液會由軸頸流到軋輥工作面的兩端，被羊毛氈擋油布吸收，經過羊毛氈逐漸向軋輥工作面的中間部位移去，造成滿輥都是冷卻潤滑液。軋板時，冷卻潤滑液會污染鋁板表面，使鋁板表面失去光澤。退火時鋁板表面會留下黃色斑跡。為解決冷卻潤滑液爬上輥面的問題，我們在軸頸上近輥面端加裝一個如圖4的擋油環，加裝這個裝置后，冷卻潤滑液就不會再由軸頸爬上輥面了，保證鋁板不受其污染 。
2 銘板札機中滾動軸承的使用設計
軋機的軸承選用滾動軸承，可以減少摩擦能耗，減少軸頸的磨損和發熱，降低維護費用，提高鋁板的精度，減小鋁板的公差 。
FC系列軸承比較適合于鋁板軋機，該型號軸承的承載能力大，性能穩定，安裝?試方便簡單，軸承不容易損壞。
設計滾動軸承時，軸頸與軸承內圈的配合為靜配合，軸頸的公差為p6，這樣軸承內圈會緊緊地箍著軸頸，并隨軋輥的轉動而轉動，經常變換內圈上的受力點，內圈就不容易變形，也較難損壞軸承座孔與軸承外殼的配合為動配合，軸承座孔的公差為G7，這樣外殼在受力時，會隨軋輥的轉動而緩慢地移動，從而不停地變換受力點，避免了使外殼長期在一 個位置上受力而容易損壞的問題 。
FC系列軸承是四列圓柱滾子軸承，這種軸承沒有軸向定位結構。需要在每個軋輥上裝配兩個軸向止推環，防止軋輥軸向竄動。止推環可以是摩擦形式的止推環，也可以是滾動形式的止推環 。
摩擦止推環是在軸頸的內圓角處加 裝一個如圖5所示的耐磨環狀零件，止推環的大端與軋輥工作面端面相靠，小端用來定位軸承內圈的安裝位置，止推環孔內圓角與軸頸圓角相配，止推環外面圓角與軸承座內蓋上的圓角相配，而軸承座又由側壓板管著，這樣軋輥兩頭都采用這個裝置，軋輥就不會軸向竄動了。其缺點是止推環所用材料的耐磨性能較差，其加工精度和粗糙度低時止推環易磨損 。
滾動止推環是為了克服摩擦止推環的缺點而改進的，是在原止推環和端蓋之間增加一個止推滾珠裝置，形狀如圖6所示。原來安裝摩擦止推環的位置換成一個如圖7形狀的止推墊圈，這樣就將滑動止推變成了滾動止推，減少了阻力和磨損，延長了零部件的使用時間，減少了維護費用。
如果是在氣溫較高的夏天加工滾動軸承座，而在氣溫較低的冬天去裝配時，軸承座內孔的公差要適當加大一點，這是因為軸承座使用的材料膨脹系數較大，而軸承外殼的材料膨脹系數較小，如果仍按G7選用公差的話，很可能會裝不上去。膨脹系數大的，在夏天會脹大很多，到冬天會縮小很多 冬天裝配時，費力且不合乎受壓時軋輥轉軸承外殼也移動的裝配要求，會人為縮短軸承使用壽命 。
3 改造后的使用情況
（1）銅瓦軸承的使用情況
銅瓦軸承在第一次軋板時，溫度達到了70℃左右，但只要不喂板讓軋機空轉2-3min，銅瓦的溫度就恢復到室溫狀況。這主要是由于軸瓦制造粗糙，公差和粗糙度沒有達到圖紙要求。即使加工達到了圖紙要求，也有一個磨合期的問題，在磨合期內溫度肯定是要高一些的，使用一個班后，銅瓦的溫度降到40-50℃，使用一個月后，軸頸上已有一層均勻的薄薄的黑色油膜，完全看不到軸頸原來的材料了，銅層上的溫度略高于室溫。在這種狀況下，軸頸上只要不缺少冷卻潤滑液，銅瓦和軸頸幾乎在無磨損狀態下工 作，軸頸兩端無熱量向軋輥的工作面上傳去。只要調整好兩輥之間的間隙，軋制中的板厚度就不會發生變化 。
（2）滾動軸承的使用情況
滾動軸承在安裝后，開始使用的一個多月內情況都很正常，一個多月后發現其中一只軸承座有點發熱，檢查發現發熱原因是軸承內圈破裂。原來在初次安裝時就發現該軸頸的公差小于p6，不用加熱就可以套到軸頸上去，安裝在這種公差的軸頸上的軸承，其內圈很容易破裂。所以在加工軋輥時，軸徑的公差一定要合乎要求。對鋁板厚度的控制也非常穩定，目前這種軋機上生產的鋁板厚度是0.30mm。
4 軋機軸承設計小結
（1）銅瓦軸承軋機
銅瓦上單位面積上的壓力要盡量小一點，好是比使用的銅瓦材料的許用壓力小30%左右。
要盡可能地縮短熱傳導路程，每條傳導路程的長度好不大于35mm。
要有充足的冷卻液和潤滑液（脂）供應給軸承和軸承座，不能間斷 。
（2）滾動軸承軋機
軸頸與軸承內圈的配合一定要是靜配合，軸頸的公差選用在p6左右。
軸承座與軸承外圈的配合一定是過渡配合，軸承座孔的公差選用在G7左右。
一定要有可靠的軸向定位止推裝置，防止軋輥的軸向竄動 。
要根據氣候變化情況選擇合理的軸承與輥頸配合公差。
（來源：輕合金加工技術）
