014-多辊系板材轧机背衬轴承研究.doc

多辊系板材轧机背衬轴承研究 郭昆峰，孙 捷，宗 文 （上海特安一凯轴承有限公司） 摘 要：针对内外表面均为工作面、多套轴承成组使用的背衬轴承，探讨选用优质的电渣重熔钢，弹流润滑优化设计技术，截面高“H”精确分组技术，轴向游隙精确控制技术等在背衬轴承制造、应用领域的运用，以期提高国内多辊轧制背衬轴承的使用效果。 随着国民经济的快速发展，对金属薄板特别是高精度薄板、薄带材的需求日益增长。随着轧制技术的研究和发展，多辊系板材轧机因其轧制精度高，变形抗力小，在减小轧机体积的同时具有良好的整体刚性，易于随机调整横向板形精度而被广泛应用于薄板冷轧。 轴承在其他应用场合被称为工业的关节，而背衬轴承已成为多辊系轧机承载和传动的关键部件，其使用精度和寿命直接影响了轧机的性能。轧机的结构和轧制工艺会对轴承造成什么影响？轴承的设计和制造工艺怎样满足轧制要求？对此我公司已有9年的研制经验。本文从轴承的角度就背衬轴承设计和应用作以探讨。 1 多辊系板材轧机及背衬轴承受力分析 轧制高强度的金属和合金薄板时所需的轧制力要比一般的碳钢大的多。轧辊的弹性压扁值，在单位压力相同时与轧辊直径成正比。当轧辊材质一定时，要减小轧辊的弹性压扁值，就必须缩小辊径；而轧辊辊径的减小，相应又会出现轧辊刚度不够的问题。为了解决这一矛盾，便出现了既具有小的轧辊直径，同时又具有良好刚度的塔形支承辊系结构的轧机－－多辊系薄板冷轧机（图1为二十辊轧机辊系排布）。 图11.1 多辊系轧机的板形调整对轴承的影响 由于来料板形误差大、轧制工艺对板形有特定要求等因素，在轧制中需要通过在线对各个支承辊偏心量做精细调整、对中间辊做轴向调整，从而达到径向和轴向辊形调整、辊径尺寸补偿、轧制线调整等目的，从而实现板形调整。这时各个支承辊背衬轴承所受的压力差别是很大的，如果调整的不理想，有可能造成某套轴承因载荷过大，这将有损于轴承寿命，当这种调整不当的情况未及时发现更正而频繁出现，终会导致轴承突然损坏。 1.2 不同位置支承辊受力不同 对于多辊系轧机，辊系的配置（辊系直径、辊系数量）不同，各辊系的受力也不同，例如二十辊轧机，两侧的A、D、E、H辊受力远大于中间的B、C、F、G辊（图1）。所以两侧的A、D、E、H辊轴承损坏较多。 为使各辊系的轴承寿命基本同，一种十二辊轧机，有意将两侧的A、C、D、F辊轴承设计成比中间的B、E辊大1倍（图2），从而轴承承载能力也成倍提高。 图2 十二辊轧机辊系分布示意图 1.3 每一根支承辊上不同位置的轴承受力不同 由于轧制板宽不同，每一根支承辊上的背衬轴承数量有3～7套不等。出于对轧板边部的要求，轧制板形的调整结果是每一根支承辊上从两端往里数第2套轴承受力最大，俗称“猫耳朵现象”。这种受力差别有百分之几十到几倍。一根支承辊上的轴承数量越多这种受力差越小。例如，图3所示是一根支承辊上装6套轴承，第二套轴承受力Q2是第一套轴承受力Q1的2.5倍。所以第二、第五套轴承最易损坏。这种结构性的问题无法避免。较好的解决办法是在轴承制造和安装过程中，选配每一根支承辊上几套轴承的截面高相互差“H值”，要求中间的略大几微米。例如第三、第四套轴承“H值”略大，第一、第六套轴承“H值”略小。 图3一根辊上轴承受力分析 1.4 轧机的轴向力大而且方向经常变化 由于多辊系轧机的板形调整动作、板材形状以及板材两边张力不同等因素，在轧制中对支承辊背衬轴承会造成很大的轴向力。多辊系轧机采用可逆式轧制方式，所以这种轴向力是频繁反向的。 2 轧制液、润滑油直接影响轴承寿命 根据大量的资料统计分析，轴承失效大约有1/3属轴承材料的疲劳损坏，有1/3属润滑不良，还有1/3属安装及污染原因导致。 2.1 轴承需求良好地润滑 背衬轴承承载着几百吨至一千多吨的轧制力，当轴承在工作载荷的交变应力的作用下，滚动、滑动摩擦在滚动轴承运行中是不可避免的，导致材料表层下晶格滑移，在材料的表层下最大应力处的非金属夹杂物（也可称为一个空穴）的边缘首先会出现应力集中，随后会萌生微小裂纹，这些微小裂纹在交变应力的作用下继续向材料的表面扩展，最后形成材料剥离，轴承的使用寿命也就此终止。良好的润滑是阻止、延缓这一过程的最有效的手段之一。（见图4） 图4 2.2、轧制液润滑性能对轴承寿命的影响 多辊系板