大型整体结构托圈的机械加工

【摘要】文章首先阐述了大型整体结构托圈的基本内容，然后分析了机械加工方法，最后对大型整体结构托圈的机械加工重点工序的加工进行了探讨。

【关键词】整体结构，托圈，机械加工

中图分类号：V214文献标识码： A

一、前言

近年来，我国在大型整体结构托圈的机械加工上虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在机械行业快速发展的新时期，加强对大型整体结构托圈的机械加工的控制，对确保机械行业的前进有着重要意义。

二、大型整体结构托圈的概述

托圈是炼钢转炉的重要承载和传动部件,一般采用焊接结构,外形呈圈状。在托圈高度的正中心处沿直径方向设有耳轴孔,用于支承转炉的耳轴部件;在托圈上部设有安装转炉体的加工平面及联接螺栓孔。工作中托圈一方面支承着炉体全部重量并传递倾斜动力矩到炉体,另一方面还要承受由于频繁启动、制动所产生的动负荷和操作过程所引起的冲击负荷,以及来自炉体、盛钢桶等辐射作用而引起托圈在径向、圆周和轴向存在温度梯度而产生的热负荷。

托圈作为超大型机械零件,一般机械制造厂存在加工车间场所狭小、车间起重设备能力有限、大直径的耳轴孔镗削加工精度难于保证、部件装配时车间空间不足、托圈焊后消除应力处理手段没有等诸多问题。目前国内仅有几家重型机器制造厂能够制造大型整体结构的托圈,但是这些厂家距离钢铁企业普遍遥远,成品的大件运输费用十分昂贵,钢铁公司迫切希望能够就近解决托圈的制造问题,因此研究大型整体结构托圈的机械加工方法具有实用价值。

三、机械加工方法分析

根据托圈的外形尺寸及机械加工要求，并考虑最终成品的装配与运输，选择了如下的托圈制造方案：制造场地选择在就近钢铁公司的一座20t龙门吊车下面，这样可方便地吊卸原料和拼装机床，减少最终成品的大件运输费用；在工作场地上预先作好基础，基础的设计能同时满足毛坯焊接和机械加工时固定机床的要求；利用钢铁公司的大型汽车起重机协助完成托圈制造及耳轴装配过程中的起重操作；采用电热毯加热的方法来实现钢板的焊前预热、托圈的焊后消除应力处理及耳轴装配时托圈的加热，焊接过程按照焊接工艺要求控制加热温度和加热时间；耳轴孔采用镗削工艺加工，采用C650车床床头箱作主运动，在车床花盘上固定一个直径并充分考虑了1000mm孔径950mm的套筒作为刀杆，镗削时刀杆的刚度问题，使其刚度足够完成1000mm直径耳轴孔的加工精度要求。托圈上部1200mm炉体安装槽面采用X2010龙门铣床的立铣头作为主运动，同时采用落地镗床回转工作台作为孔及平面加工时的进给运动。

四、大型整体结构托圈的机械加工重点工序的加工

1．耳轴孔加工

在托圈圈内的基础上安装一块约6m长的平台，平台上安装Wl60镗床回转工作台，在回转工作台台面上安装用于固定C650车床床头箱及其传动电动机的支架，C650车床花盘上固定一个950mm的套筒作为在刀杆，以装夹刀具，实际制造的托圈耳轴l000H7孔毛坯尺寸为990mm，单边留量约5mm。回转工作台台面既能绕中心回转又能沿其导轨前后移动，如图2所示。这些普通机床经过上述组合与调整，具备了加工耳轴孔的主运动和进给运动。

加工时首先加工一端耳轴孔，然后重新安装机床加工另一端的耳轴孔。由于机床安装在平台上，基准面不变，理论上保证了加工两端耳轴孔时刀杆的回转中心线在垂直方向上的位置不变，即两端耳轴孔在垂直方向上的同轴度误差最小，具体误差值取决于工艺系统刚度及机床安装调整的精度。详细的加工工序如下。

（一）、钳工划出两端耳轴孔的十字中心线及加工调整机床用的找正线。

（二）、启动机床，确定合适的切削量试镗，按图2所示完成耳轴孔的第一次粗镗削之后，测量前、后两端孔的实际尺寸并计算两端的椭圆度误差，目的是验证上述加工方法的正确性及工艺系统刚度是否能满足加工该加工方法l000mm直径的要求。经实际检验表明，有较高的加工精度，可以保证耳轴孔的加工要求。

（三）、利用龙门吊车将回转工作台掉头安装，由于在垂直方向刀杆的回转中心线位置固定不变，如何利用已加工端的耳轴孔为基准找正刀杆在水平方向的回转中心线位置，加工另一端的耳轴孔是本方案的关键。另一端的加工孔径与已加工端相同，按照第二个工序完成另一端耳轴孔的第一次加工之后，测量两端耳轴孔的同轴度误差，重点是为了验证机床调头安装后加工找正方法的正确性。

2．上部炉体安装平面加工

上部槽面和平面的加工精度相对较低，可以采用刨削或铣削加工，考虑到效率和加工粗糙度，采用铣削加工。在托圈圈外基础上，安装能前后移动行程约3m的

滑台，在滑台上固定T6llH落地镗床回转工作台，只利用回转工作台的台面进给运动，在工作台的台面上固定支架，以安装X20l0龙门铣立铣头。为了增加机床刚度，滑台两侧超出回转工作台的部分增加辅助滚动支承，机床的主运动和进给运动见图。

启动铣头电动机，调整进给量至合适程度，由于铣头套筒在垂直方向能上下调整，在水平纵、横方向有进给运动，此可完成因l200mm及60mm深槽面及平面的加工，实际的加工精度及平面度均较好。用同样的方法完成另一侧炉体安装平面的加工。

3．将所有使用净环水重点设备（托圈、料仓加料口、氧枪插入口、水冷夹套）出口处加装阀门，用出口阀门控制流量，确保循环水进口设计流量的基础上是压力接近或达到设计的压力。

4．如果加阀门控制不能使流量压力达到设计的要求，那么就要对泵站的泵进行改造，加大泵的扬程，使供水要求达到设计院设计的流量和压力。

5．如果在对前两项都改造完成之后仍然不能解决托圈存在的问题那么就要考虑在对托圈原设计进行改造，使之改变进水的顺序。

6．托圈的组装方法

（一）、剖分式托圈法兰的装配

装配时为防止法兰的热变形,需采用2个措施，用电热法紧固螺栓，用热装法装配工字键。

（二）、托圈长耳轴的装配与检测

长耳轴的总长约2m,属于大型构件。安装后要求同轴度≤018mm,平行度≤1mm,水平度≤0115mm/1000mm。为保证其较高的安装精度,决定采用电热法装配。装配前要以短耳轴为基准调好水平,以便安装长耳轴后检测水平度。要根据耳轴孔的热膨胀量精确计算耳轴孔的加热温度,在耳轴孔加热后准确测量其膨胀量(需设计专用的量具)。安装时还要用合适的工具(需设计专用的调整架)将耳轴调平,这样才能保证耳轴与耳轴孔安装后的配合精度。同时还应采用有效的保温措施防止热装后耳轴变形。

五、结束语

大型整体结构托圈的机械加工管理至关重要，因此，在工程的后续发展中，要不断提高管理人员素质，加强对机械加工管理的重视，严格管理体系，促进大型整体结构托圈的机械加工技术水平的提高。

参考文献

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[2]张昌富，叶伯英.冶炼机械.北京：冶金工业出版社，2003

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