作者：劉 明
（山東（dōng）石（shí）橫特鋼集團有限公（gōng）司，山東 泰（tài）安（ān）271612）
摘 要：梅花軸頭承受衝擊（jī）載荷，因熱裝配（pèi）和裝後急冷的影響加劇了梅花瓣根部裂紋的產生和（hé）發展，雖幾（jǐ）經改進，將材質由ZG35改為42CrMo並增加梅花瓣部位的表（biǎo）麵淬火，再（zài）改為整體調質（zhì），軸頭（tóu）壽（shòu）命仍較短。為此（cǐ），將梅花軸頭的（de）梅花瓣與人字齒輪軸套（tào）筒分離，其間采用法蘭聯接，法蘭采用精製螺（luó）栓聯接，同時在法蘭端麵中心徑向增加“通鍵”，改進後的軸頭已使（shǐ）用了1年多的時間，目前（qián）仍在使（shǐ）用中。
關鍵（jiàn）詞：軋機；梅花軸頭；法蘭聯接；螺栓聯接
1 前言
山（shān）東石橫特（tè）鋼集團有限（xiàn）公司（簡稱石橫特鋼）棒材車間小型生產線現有兩架Φ400三輥軋機，布置形式為橫列式，軋件穿梭軋製，傳動形式為（wéi）集中傳動。其（qí）分速（sù）箱為三聯箱，傘齒（chǐ）輪（lún）軸中心距為400mm，工作中主要承受較大的衝擊負荷。三聯箱與梅（méi）花套之間的連接件為梅花軸頭，梅（méi）花軸頭與三聯（lián）箱齒輪軸之間（jiān）采用的是較大過盈量的（de）過盈配合連接，靠軸頭與軸之間較大的過（guò）盈量（liàng）來傳遞工作扭矩（jǔ）。軋鋼生產近（jìn）10年來（lái），隨著年產量的不（bú）斷提高，設（shè）備負荷（hé）不斷增大（dà），暴露出梅花軸頭的（de）壽命太短，不能適應生產的需（xū）要，甚至逐漸成（chéng）為製約生產的薄弱（ruò）環節。受分速箱齒（chǐ）輪中心距（jù）的（de）限製，萬向（xiàng）接軸的外形尺寸不（bú）能過大，限（xiàn）製了（le）萬向連接軸的承載能（néng）力，不能滿足（zú）同時（shí）傳動兩架軋機的要求，傳（chuán）動形式不便改變；同時考慮到目前這條生產（chǎn）線的整體壽命（mìng）不會太長，改用萬向連接軸的一次性投入較大，運行成本高，綜合效益不好。因此，隻能在（zài）目前的傳（chuán）動方式下，通過分析梅（méi）花軸頭的失（shī）效形式（shì），對其進行優化設計（jì）改進。
2 梅（méi）花（huā）軸（zhóu）頭失效形（xíng）式分析
2.1 Z初（chū）設計
原設計軸頭材質為（wéi）ZG35，沒有熱處理要求，鑄造後加工成形（xíng）的軸頭內部組織疏鬆，晶粒粗大，強度低，其產量壽命約5萬t，與（yǔ）Z初的年產量基本一（yī）致。維修周期相對較長（zhǎng），當時能夠滿足車間生產的需要。主要的失效形式為梅花瓣的嚴重磨損和根部裂紋，甚至斷裂。而（ér）且在整個產量（liàng）壽命（mìng）過程中，生產鋼材大約至3萬t時，梅花（huā）瓣的磨損已較嚴重，傳動間隙（xì）增大，造（zào）成三聯（lián）箱上中下三輥的旋轉不同步（bù），導致（zhì）軋件（jiàn）纏輥等工藝（yì）事故，不能正常生產。維修方式是對梅花瓣進行焊補，但焊接產生內應力，加劇了（le）梅花瓣在根部產生裂紋的（de）速度。同時，梅（méi）花瓣處沒有設計過渡圓角，加劇了應力集中，影響了使用壽命。
2.2 次軸（zhóu）頭改進
材質改為42CrMo優質（zhì）合金結構鋼，鍛造毛（máo）坯，增加了對梅花瓣部位的表麵淬（cuì）火處理，並在梅花瓣的根部增（zēng）加了R5的圓弧角，減少了應力集中的傾向。通過改進，產（chǎn）量壽命達到了10萬t，根據目前的年產量，其使用壽（shòu）命約3、4個月。主要的失效形式為梅花瓣根部裂紋。分析認為（wéi），產生裂紋主要有以下（xià）原因（yīn）：（1）軸頭受衝擊（jī）載荷太（tài）大（dà）；（2）加熱裝配後為加（jiā）快維修速度采取的激冷降溫措施；（3）表麵淬火的處理工藝僅增加梅花瓣的表麵硬（yìng）度（dù），但整體組（zǔ）織的均（jun1）勻性差，尤其是晶界（jiè）產生裂紋的傾向增大。
2.3 第二次改進
軸頭材質仍選（xuǎn）用（yòng）42CrMo優質合金結構鋼，梅花瓣表麵淬（cuì）火的處理（lǐ）工藝改（gǎi）為整體調質處理。應用表明，綜合產量壽（shòu）命達到了15萬t左右（yòu），但其失（shī）效形式仍然是根部產生裂紋。
3 進（jìn）一步改（gǎi）進方案
根據梅花軸頭的裂（liè）紋（wén）特（tè）點，斷裂部位Z主要在梅（méi）花瓣的根部，甚至裂紋是從外圓開口處開始，軸頭承受（shòu）衝擊載（zǎi）荷，該部位是薄弱環節，這是機械設計中存在的缺點；對軸頭的熱處理采用整體調質處理，但由於軸頭（tóu）采用了較大的過盈配合，裝配過程中預熱時的高溫破壞了軸頭的熱處理效果；裝配後為（wéi）縮短維修時間采用激冷方式冷卻，且（qiě）由於工件厚、外形大，產生了很大的熱應力，加快了裂紋的產生發展。
針對以上分析，結合萬向接軸軸頭的形式，將梅花瓣從梅花（huā）軸頭整體分離出去可以減少維（wéi）修（xiū）時間，改善熱裝配過程中（zhōng）產生的（de）應力集中和對組織的（de）影響（xiǎng）。針對十（shí）字萬向（xiàng）接軸的聯接型（xíng）式，決定對梅花軸頭的結構進行改進（jìn），在保證強度的同時，降低梅花軸頭更換的（de）時間。將梅花軸頭（tóu）的梅花瓣與人字齒輪軸套筒分離，其間（jiān）采用法蘭聯接，法蘭采用精製螺栓聯接；同時在（zài）法蘭端麵中心徑向增加“通鍵”，以增強（qiáng）梅花軸頭（tóu）的許用轉矩。
改進後，一旦出現梅花軸頭深（shēn）裂紋、斷裂，更換時隻（zhī）需拆裝螺栓即可，大大節約了檢修時間，同時由於（yú）梅花瓣與軸頭分離，裝配（pèi）中沒有對其進行熱裝（zhuāng）及冷卻處理，較好地保持了梅花瓣熱處理的（de）效果。
4 改進效果
改進後的梅花軸頭自2005年8月9日投（tóu）入使用（yòng）了（le）1年多的時間，梅花瓣根部未出現裂紋，目前仍在使用中。此次（cì）改造，投資少，解決了困擾生產的難題（tí），減少了備件及維修費用，減少了（le）維（wéi）修時（shí）間（jiān），降低了（le）操作人員的勞動強度，滿足了生產（chǎn）需要。
來源：《山東（dōng）冶金》2006年第6期
