精軋機(jī)導(dǎo)輥軸承的失效原因及對(duì)策

羅飛霞　任立軍

（中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院）

摘　要：對(duì)精軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)裝置中導(dǎo)輥軸承的失效問(wèn)題進(jìn)行分析可知，其主要失效形式是磨損、斷裂、燒損和接觸疲勞等，主要原因是軸承使用過(guò)程中冷卻不夠，通過(guò)增大冷卻系統(tǒng)冷卻水噴射口的直徑及在導(dǎo)輥支承板的上下兩側(cè)增加冷卻水噴射口來(lái)解決上述問(wèn)題，導(dǎo)輥軸承的使用壽命提高6倍。

在線材軋制中, 約有50%以上的生產(chǎn)故障是由導(dǎo)衛(wèi)裝置引起。導(dǎo)輥和軸承是入口導(dǎo)衛(wèi)裝置的兩個(gè)關(guān)鍵零件, 也是消耗大 、更換頻繁的零件,而軸承失效與否又直接關(guān)系到導(dǎo)輥壽命的長(zhǎng)短。導(dǎo)輥軸承失效不僅引發(fā)設(shè)備事故, 且嚴(yán)重制約了生產(chǎn), 更增加了制造成本和勞動(dòng)強(qiáng)度 。因此, 分析導(dǎo)輥軸承失效原因, 采取相應(yīng)措施提高導(dǎo)輥軸承的使用壽命、Z大程度地減少導(dǎo)輥軸承的消耗, 既有利于生產(chǎn)正常進(jìn)行, 也有利于降低生產(chǎn)成本, 具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義。

1　導(dǎo)輥軸承的工作條件

精軋機(jī)導(dǎo)輥軸承工作在高速、高溫、冷卻條件差等惡劣工況下, 軸承轉(zhuǎn)速約為4 000rmin, 工作溫度達(dá)350℃, 甚至更高。為了降低成本, 精軋機(jī)導(dǎo)輥內(nèi)安裝的一般是國(guó)產(chǎn)深溝球軸承, 材料為GCr15。軸承的大小根據(jù)導(dǎo)輥的尺寸選定, 其工作溫度一般要求低于120℃, 且要承受以高速通過(guò)導(dǎo)輥的鋼坯的周期性沖擊載荷, 脂潤(rùn)滑。據(jù)統(tǒng)計(jì),精軋機(jī)導(dǎo)輥軸承的平均使用壽命在4h左右。

2　失效形式及成因分析

導(dǎo)輥軸承失效形式主要是磨損 、斷裂、燒損等早期失效。

2.1 磨損失效

導(dǎo)輥軸承的磨損主要是磨粒磨損, 發(fā)生在軸承內(nèi)部的主要摩擦面上, 包括保持架和內(nèi)圈之間的引導(dǎo)面 、滾動(dòng)體和內(nèi)外套圈的接觸面，主要是由軋屑( 鐵皮氧化物) 和水等異物的侵入和潔凈度不高的潤(rùn)滑劑共同造成的。由于導(dǎo)輥軸承的工作環(huán)境極為惡劣, 高壓水對(duì)導(dǎo)輥進(jìn)行冷卻的同時(shí), 將鋼坯上的軋屑帶入導(dǎo)輥的軸承中, 這些軋屑和潤(rùn)滑劑中的臟物便形成硬磨粒, 隨著導(dǎo)輥軸承的高速轉(zhuǎn)動(dòng), 加劇了軸承滾動(dòng)體和內(nèi)外套圈滾道的磨損,使得軸承過(guò)早失效。

2.2 斷裂失效

導(dǎo)輥軸承的斷裂失效主要是保持架的斷裂和內(nèi)、外圈的開(kāi)裂。軸承保持架斷裂是由于在生產(chǎn)過(guò)程中，熱能源源不斷地從軋件經(jīng)導(dǎo)輥傳到軸承,而導(dǎo)輥軸承得不到冷卻，一段時(shí)間后，軸承處于高溫狀態(tài)。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行于高溫狀態(tài)下，軸承里的潤(rùn)滑脂就會(huì)喪失其潤(rùn)滑作用，甚至影響滾動(dòng)體的運(yùn)轉(zhuǎn), 軸承也會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，再加上高速運(yùn)轉(zhuǎn)，內(nèi)外圈及保持架就極可能發(fā)生斷裂，在裝配過(guò)程中，安裝傾斜或配合過(guò)緊，均增加了斷裂的可能性。

2.3 燒損失效

導(dǎo)輥軸承的燒損主要表現(xiàn)為潤(rùn)滑脂失效, 套圈和滾動(dòng)體咬死 。導(dǎo)輥軸承在無(wú)冷卻的條件下高速運(yùn)轉(zhuǎn), 軸承不但要接受鋼坯通過(guò)導(dǎo)輥傳給的熱量, 而且自身的高速轉(zhuǎn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦熱，因而軸承通常是在非正常的工作溫度下使用，其工作溫度高達(dá)350℃以上。在如此高的工作溫度下，導(dǎo)輥軸承的潤(rùn)滑脂極易燒壞變質(zhì)，失去正常的潤(rùn)滑性能, 導(dǎo)致摩擦溫度急劇升高, 使得滾動(dòng)體、滾道發(fā)生退火軟化，甚至熔化，造成套圈和滾動(dòng)體卡死, 還有可能出現(xiàn)滾動(dòng)體對(duì)半破開(kāi), 保持架散落燒毀 。

2.4 接觸疲勞失效

導(dǎo)輥軸承的接觸疲勞失效主要表現(xiàn)為滾動(dòng)體或內(nèi)、外圈滾道上的點(diǎn)蝕破壞。在安裝 、潤(rùn)滑及維護(hù)良好的條件下, 導(dǎo)輥軸承大量重復(fù)地承受變化的接觸應(yīng)力，相應(yīng)地滾動(dòng)體對(duì)內(nèi)、外圈滾道產(chǎn)生重復(fù)變化的擠壓應(yīng)力, 隨著工作時(shí)間的加長(zhǎng)，滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈滾道便產(chǎn)生接觸疲勞剝落, 如點(diǎn)蝕、麻點(diǎn)剝落等 。

3　采取的主要措施

通過(guò)對(duì)導(dǎo)輥軸承的各種失效形式的分析，發(fā)現(xiàn)影響導(dǎo)輥軸承使用壽命的主要因素是冷卻條件太差，導(dǎo)致導(dǎo)輥軸承工作溫度過(guò)高, 潤(rùn)滑脂在高溫下容易變質(zhì)，失去潤(rùn)滑作用。因此，主要從改進(jìn)導(dǎo)衛(wèi)裝置的冷卻系統(tǒng)來(lái)防止導(dǎo)輥軸承過(guò)早失效。

(1) 增大冷卻系統(tǒng)冷卻水噴射口的直徑，加大對(duì)導(dǎo)衛(wèi)裝置的冷卻水壓，既能解決噴射口被堵塞，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)輥軸承的冷卻。

(2) 在導(dǎo)輥支承板的上下兩側(cè)增加冷卻水噴射口，既能實(shí)現(xiàn)軸承的冷卻，又能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)輥圓周面的冷卻。將采取了以上改進(jìn)措施的導(dǎo)衛(wèi)裝置在某軋鋼廠軋制線上裝機(jī)試驗(yàn)使用，取得了很好的效果，其試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

（來(lái)源：軸承）