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高速線材軋機軸承及其應用
中國軸承網 發布時間:2007/03/30
我國冶金行業為滿足建筑用鋼材不斷增加的需求，近年來分別從國外引進了幾十條高速線材生產線，出料口速度從63～100m/s不等，年產量大都在60×104～100×104t之間。由于高線軋機工作的特殊性，對配用的軸承提出了更為嚴格的要求。本文就高速線材軋機軸承（以下簡稱高線軋機軸承）的工作特性、結構形式、設計要點及制造關鍵等作簡單介紹。
性能要求
1 高的可靠性
高速線材生產線最顯著的特點就是軋機連續工作的高可靠性。由于高速線材生產線的單位產量高，要求在規定的點檢周期內，作為軋機上關鍵元件的軸承比一般軋機軸承有更高的可靠性。如果因軸承出現故障將導致整條生產線停產，這是廠家不能容忍的。因此在設計、制造高線軋機軸承時，應保證其在高速運轉條件下連續工作的可靠性。
2 耐磨損
高線軋機軸承耐磨損度要強，能適應高速旋轉的工作場合。例：某高速線材生產線，出口線速度63m/s，出口軋機軋輥的工作直徑為330mm，則軸承的工作轉速為3650r/min，在高轉速、重載荷下長期運行，對軸承的耐磨損將是一個嚴峻的考驗。這就要求所供軸承必須具備耐磨損的要求。
3 長的疲勞壽命
高線軋機軸承疲勞壽命要長。在正常情況下，國外提供的高線軋機軸承使用三年（因有一半時間軋輥組件要卸機保養、整修，實際工作時間為一年半），故用戶要求國產軸承至少能使用二年。
4 沖擊韌性要好
高線軋機軸承的沖擊韌性要好，尤其是粗軋機使用的軸承，將連鑄方坯軋制成棒料的過程中，沖擊載荷很大。因此，高線軋機軸承在高轉速、高沖擊狀態下工作不應發生破裂現象。
綜上所述，高線軋機軸承的工作特性就是能在高轉速、高沖擊狀態下連續穩定可靠的工作，并具備較長的疲勞壽命。
軸承結構形式
高線軋機軸承有四列圓錐滾子軸承和雙列圓柱滾子軸承兩種。一般情況下，粗、中軋機使用四列圓錐滾子軸承，精軋機使用雙列圓柱滾子軸承，水平軋機和鉛錘軋機使用同一型號的軸承。
無論四列圓錐滾子軸承，還是雙列圓柱滾子軸承，其基本本結構與傳統的軋機軸承類似，但各個零件的設計充分考慮了潤滑與散熱的問題，即在內圈、外圈、隔圈(對四列圓錐滾子軸承而言)、保持架、滾子(對雙列圓柱滾子軸承而言)開有許多槽、孔等。這樣，槽、孔形成的潤滑、散熱通道與軸承座、軋輥上的通道就組成了一個可靠的潤滑與散熱系統，再加上良好的密封裝置，使得軸承能在高速高壓狀態中穩定的運行。
雖然各廠商所提供的高線軋機軸承的設計風格不同，但都有一個共同點，即內圈壁厚相對同等規格的普通軸承要厚一點，外圈則相對薄一些。
軸承設計方法
首先根據各條線上軸承的運轉情況、使用壽命、失效狀態及用戶的要求，適當調整主參數，使設計達到比較滿意的效果。
其次，合理地確定技術條件，根據同類產品的實測結果，并考慮軸承的具體工作狀態，提出合理的技術要求。
高線軋機軸承的制造
鑒于高線軋機工作的特殊性，在制造過程中主要做了兩個方面的工作。第一是材料和熱處理工藝的選擇，第二是滾動表面的粗糙度控制。由于內圈壁較厚，外圈壁較薄，所以有的制造商在技術文件中規定，內圈用滲碳鋼，外圈用高碳鉻鋼制造。相應地，內圈采用滲碳工藝，外圈盡可能地采取等溫淬回火工藝，使獲得的金相組織為下貝氏體，這樣處理后兼顧到了軸承的強度、耐磨性、沖擊韌性及疲勞壽命等性能指標，使軸承滿足前述的工作要求。另外，熱處理硬度也根據粗、中、精軋機的不同情況有一些差別，即對粗軋機來說，速度相對低，而沖擊載荷相對大，故軸承零件硬度偏低；對精軋機來說，速度相對高，而沖擊載荷相對較小，故軸承零件的硬度高；中軋機用軸承的硬度則居中。
經觀察和測試分析，高線軋機軸承內外圈的滾道表面、擋邊表面、滾子的滾動表面基準端面等表面粗糙度值都比普通軋機軸承要小一些。為此，在工藝上采取措施，使上述表面粗糙度達到或接近國外產品的水平。
軸承試用情況
從1997年5月開始，已為我國3條高速線材生產線試制或批量制造9個型號的高線軋機軸承，絕大部分使用情況良好，未發生運轉故障而導致整條線停機的事件。其中，1997年5月為西南某高線首批試制的安裝在鉛錘軋機上的(鉛錘軋機比水平面軋機工作情況更為惡劣)中軋機軸承(四列圓錐滾子軸承)，除一套軸承在運行一段時間，正常卸機點檢時發現外圈有破裂現象外，其余三套至2000年6月未發現磨損、疲勞、破裂等失效情況。
建議
進一步開發應用高線軋機軸承，使其性能穩定在一較高的水平，應從以下幾個方面開展工作。
(1)根據文獻資料介紹，在試驗、研究的基礎上冶煉出性能優良的新型軋機軸承用鋼，包括滲碳軸承鋼和高碳鉻軸承鋼。
(2)在分析、研究、比較同類產品的基礎上，根據軸承使用情況確定主參數，做好產品設計。此外，對零件的結構變化，如槽孔的布置、隔圈的形狀等也不可忽視。
(3)開展工藝攻關，以彌補材料性能相對欠佳和裝備能力相對落后的現實。重點在熱處理與磨削，保證有效滲碳層深度和硬度均勻性，高碳鉻鋼制零件的沖擊韌性及零件的形位公差和表面粗糙度在一定精度范圍內。
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