攀鋼長城特殊鋼股份有限公司焊管鋼絲廠使用的熱軋機是窄帶鋼熱軋機,軋機軸承主要是滾動軸承。軸承的承載能力在靜態(tài)時表現(xiàn)為滾動體和滾道接觸處的抗塑性變形量的大小,在動態(tài)時表現(xiàn)為軸承滾道和滾動體工作表面的材料抗疲勞剝落的能力,因此軸承承載能力的大小是選擇和計算軸承使用壽命的重要依據(jù)。

滾動軸承的損壞現(xiàn)象有：剝落、磨損、斷裂、溫升、異常聲響、振動超差、精度下降等多種形式。這些損壞產(chǎn)生的原因大多數(shù)是屬于軸承的使用方法不當和維護不善,同 時也有軸承的制造和設計方面的問題,如果排除使用不當?shù)囊蛩丶拜S承加工設計的缺陷,則可以認為：在轉(zhuǎn)動過程中,軸承滾動表面材料所承受的交變接觸應力是軸承損壞的主要原因,軸承損壞的主要形式是由滾動疲勞而引起的材料剝落。在軸承的整個使用過程中,不論使用合理與否,滾動疲勞是不能避免的,因此可將軸承滾動工作表面材料的疲勞剝落損壞狹義地簡稱為滾動軸承的壽命終止。

廣義的軸承壽命可以理解為：當軸承的噪音、振動、精度等技術性能參數(shù)超過初始值,并無法滿足機械設備需要時,可稱為軸承的“噪音壽命”、“精度壽命”的終止。對填有潤滑脂的密封軸承,當因潤滑脂失效而導致軸承無法正常運轉(zhuǎn)時,則又可稱為“潤滑脂壽命”的終止。

由于熱軋機軸承的消耗較大,研究其軸承的使用壽命,對減少軸承消耗,降低窄帶鋼生產(chǎn)成本具有重要意義。

軋輥軸承是軋鋼機工作機座中的重要部件,其特點有：

（1）工作負荷大：由于軋輥的輥身直徑應保證強度,而軸承座外形尺寸不應大于輥身***小直徑。因而,軋輥軸承的外形尺寸受到限制,單位負荷大。通常軋輥軸承的單位壓力,比一般用途的軸承高2～4倍,甚至更高。

（2）運轉(zhuǎn)速度差別大：從JP1—JP6速度相差幾倍。 

（3）工作環(huán)境惡劣：軋制時,軋輥都要用水冷卻且有氧化鐵皮飛濺。

根據(jù)滾動軸承使用壽命的一般計算公式,軸承的額定動負荷Ｃ、當量動負荷Ｐ及工作轉(zhuǎn)速ｎ與軸承使用壽命的關糸為：

由上式可知,在選擇軸承型號時,應盡可能選擇額定動負荷Ｃ較大的軸承,以提高軸承的使用壽命,工作轉(zhuǎn)速ｎ,則由設計時確定,不易改變,當量動負荷Ｐ受實際使用因素較多影響,較難控制。

由于滾動軸承的徑向游隙的大小,直接影響到軸承內(nèi)部負荷分布狀況,特別會影響到軸承內(nèi)***大滾動體負荷的變化,因此軸承的徑向游隙是影響軸承使用壽命的一個重要因素。

軸承的徑向游隙可以是正值,也可以是負值。當軸承徑向游隙約為負值時,即負荷率為0.7～0.8時,軸承的使用壽命***長。當負荷率小于0.5時,由于軸承內(nèi)負荷區(qū)域減小,***大滾動體負荷增大,因而軸承的使用壽命明顯下降。當負荷率大于0.8時,軸承處于過大的負游隙狀況下工作,軸承發(fā)熱量大,使用壽命下降更明顯。 

其關糸主要體現(xiàn)在許容動負荷Ｃ值的降低,工作溫度越高,許容動負荷Ｃ值越低,進而軸承的使用壽命就越低。

滾動軸承工作表面材料的硬度對軸承使用壽命的影響,主要反映在滾動軸承額定動負荷Ｃ值的下降,軸承元件的材料表面硬度一般為HRC58-64,如果軸承元件的材料表面硬度低于上述范圍,則額定動負荷Ｃ有下降趨勢。

鋼材中的非金屬夾雜物對接觸疲勞會產(chǎn)生不利的影響,在金屬表層下的不易塑性變形的氧化物、夾雜物和材料基體之間,在外界交變應力的作用下易產(chǎn)生疲勞裂紋。鋼材中非金屬夾雜物數(shù)量越多,則軸承的疲勞壽命越低。要減少鋼材中非金屬夾雜物,必須采用有效的冶煉方法,用真空熔煉多次較好。當鋼材經(jīng)多次熔煉后,雖然軸承的疲勞壽命有所提高,但鋼材的成本卻顯得太昂貴。因此,對于重要的軸承材料常采用真空重熔煉一次或真空 脫氣精煉后的鋼材,這時軸承的使用壽命已足以滿足其 性能要求。

軸承元件在熱處理過程中,如處理不當會產(chǎn)生較大的熱應力；在磨削過程中如冷卻不充分或磨削量太大,也會產(chǎn)生磨削應力；在軸承和軸殼配合時,因配合過盈量太大,也會產(chǎn)生配合應力；甚至軸承工作表面的有害缺陷,也會引起材料表層殘留應力的變化。一般情況下，這些由外界因素所產(chǎn)生的材料表面額外的殘留應力都屬于正應力。（拉應力）

一個通過正常冷熱加工的和正確使用的軸承,在其 工作表層應殘留負應力（壓應力）。

材料表層的殘留壓應力,可抑制疲勞裂縫的產(chǎn)生和擴展速度,從而延長軸承疲勞壽命。與此相反,殘留拉應力卻會降低軸承的疲勞壽命。

實踐證明：當潤滑油高度清潔時,即軸承的潤滑狀態(tài)處于***佳時,滾動軸承是耐疲勞的。但軸承在多數(shù)情況下處于混合摩擦狀態(tài),也就是說滾動軸承的滾動工作表面,盡管有足夠的潤滑油,但并不能形成全油膜狀態(tài),潤滑油內(nèi)含雜質(zhì)越多,混合摩擦越多,潤滑狀態(tài)越差,軸承使用壽命越低。

軸承的使用壽命,并非僅僅依據(jù)鋼材的化學成分,而且還與軸承制造的工藝密切有關。

滾動接觸面的鋼材纖流線的分布和疲勞壽命有很大的關糸。研究表明：纖維流向與接觸表面垂直時,壽命一 般較低,也即材料的疲勞破壞常發(fā)生在表面有纖維露頭的地方。而當纖維流向與接觸表面平行時,壽命***佳。軸承毛坯在鍛壓時,當鍛壓比較大時,可使材料晶格微細化,非金屬夾雜物破裂,晶粒流向一致,因此材料的疲勞壽命就高一些。從材料的纖維流線分布考慮,鋼球的球極及環(huán)帶部位以及用棒料車削的套圈對疲勞壽命是不利的,而經(jīng)輾壓溝道的套圈毛坯具有較長的疲勞壽命。

一般軸承鋼材經(jīng)淬火和回火后?其金相組織應為細針狀和細粒狀的80％以上的馬氏體,5％～10％的殘留奧氏體及7％左右的未溶碳化物組成。當軸承鋼材經(jīng)熱處理后,出現(xiàn)粗大顆粒的碳化物或馬氏體的含碳量過低時,材料的疲勞壽命會下降。當馬氏體的含碳量增大（超過0.5％）,則會出現(xiàn)馬氏體的脆性。殘留奧氏體的含量可以提高材料的抗疲勞性能,但不穩(wěn)定的殘留奧氏體會影響軸承的幾何尺寸穩(wěn)定性。

機械加工中磨削和超精研磨是軸承元件的終加工的關鍵,對軸承使用性能有著重要的影響。軸承工作表面的粗糙度的合理性,是保證良好潤滑的條件,過大的粗糙度,則會造成油膜形成困難,從而導致切向力增大,使用壽命縮短。在磨削過程中,如冷卻不充分,磨削進給量太大,磨削區(qū)域內(nèi)溫升太高,則材料表面會出現(xiàn)二次火層,會導致軸承疲勞壽命的下降。 

安裝精度的下降,特別是滾子軸承在安裝中的過大傾斜度,將會嚴重影響到軸承的內(nèi)部負荷的正常配,造成有害的應力集中,導致軸承使用壽命明顯下降。

軸承的轉(zhuǎn)速、額定動負荷以及當量負荷是計算軸承壽命的的基本參數(shù)。對軋機軸承來說,因其特殊的工況條件,選擇參數(shù)受到限定,即軸承所能承受的當量負荷,應當在其額定動負荷值的30％以下,否則軸承負載過重。

軋機軸承的額定壽命與該軸承負荷比值的10／3次方成正比,在相同外型尺寸下,四列圓柱滾子軸承要比四列圓錐滾子軸承的額定動負荷值高15％以上,所以前者比后者的額定壽命要高出60％。二輥軸承與支承輥軸承的選型對窄帶鋼軋機有著舉足輕重的作用,并且二輥軸承與支承輥軸承在前幾年的消耗量一直較大,近兩年選擇負荷能力較大的四列圓柱滾子軸承,收到了明顯效果,噸鋼軸承消耗大幅下降。另外由于負荷角的大小與軸承游隙成反比,為了使四列圓柱滾子軸承有較大的負荷能力,選用了游隙較小的軸承。

軋機軸承的精度等級對使用壽命也有影響。由于軋機轉(zhuǎn)速的限定,二輥軸承與支承輥軸承的動壓潤滑油膜一般較薄,因此高精度等級的軸承因具有較低的滾道表面粗糙度,故而能使油膜的連續(xù)性保持得更好,潤滑更理想。因此選用了P6級精度的軸承。

如軸承座設計和制造不當,將導致軸承受力不均,降低軸承壽命。對軸承座的要求是：軸承座負荷區(qū)應留有足夠的壁厚,一般情況下,不應小于軸承直徑的1/3。軸承座應具有調(diào)心性,避免因軋輥撓曲變形而使軸承受到偏載。應以調(diào)整好的機架窗口襯板為基面,保持軸承座孔軸線與之平行。在每次安裝軸承時檢查軸承座孔圓柱度是否符合要求,保證軸承有較好的受力狀態(tài)。

窄帶鋼熱軋機工作輥受到的較強的沖擊負荷,大部分傳遞給支撐輥,而一部分軸向沖擊則作用在工作輥軸承上。軸向沖擊力產(chǎn)生的主要原因是窗口基面襯板調(diào)整不當,致使兩軋輥軸線不平行,軋輥軸線夾角越大,軋鋼時產(chǎn)生的軸向力也越大。軸向沖擊力不但會損壞工作輥的定位軸承,有時還會使軸承座壓蓋變形,甚至頂斷緊固螺栓。為此,一定要調(diào)整好基面襯板,這是減小軸向沖擊力,保護工作輥軸承的重要措施。

對于帶鋼軋機,軋輥軸向竄動量越大,軸向沖擊力也越大。因此要經(jīng)常檢查工作輥軸承座是否已壓緊,有無松動。尤其是操作側軸承座與機架窗口間一定要軸向無間隙固定,盡可能增加剛性以減小對軸承的沖擊，同時要盡量減小傳動側軸承座與機架窗口的配合間隙,以減緩傳動軸跳動對軸承產(chǎn)生的沖擊。

為了加大工作輥軸承軸向負荷能力,采用了四列圓錐滾子軸承。 

鋰基、鋁基、聚脲基潤滑脂都是軋機軸承理想的潤滑劑。對于低速、重載的窄帶鋼軋機,為了在軸承滾道上形成動壓油膜,要求這些潤滑脂基礎油有較高的粘度,一般不低于320ｍｍ2／s。潤滑脂應含有極壓添加劑,在一定溫度下與軸承滾道合成極壓膜,低速時能起到減磨作用。因此采用了二硫化鉬鋰基脂潤滑油。

窄帶鋼熱軋機通常受到較強的沖擊負荷,軸承震動大,潤滑脂易流失。因此要求潤滑脂有較強的粘附性,可以牢牢地附著在零件表面,一部分在滾道上潤滑軸承,其余部分保存在軸承內(nèi)部空間起密封作用。

密封不良也是軋機軸承損壞的一個主要原因。如果外界污物侵入軸承座內(nèi),***先污染的是靠近外側的潤滑脂,使軸承零件表面出現(xiàn)磨損,隨著污物的增加,磨損面會不斷擴大,沿圓周方向形成裂紋并逐漸擴展,***終使套圈開裂。嚴重時還會報廢軋輥、軸承座等相關部件。為此安裝了油封裝置。

使用的軋輥軸承是滾子軸承,其額定疲勞壽命計算公式為：

實際使用過程中,潤滑效果與軋輥軸向竄動對軸承的有效使用壽命影響***大。

經(jīng)過對軋輥軸承使用壽命近兩年的研究與實踐,極大地提高了軋輥軸承使用壽命,大幅度降低了軋輥軸承的噸鋼消耗,降低了窄帶鋼生產(chǎn)成本。

更多精彩內(nèi)容，盡在【軋機軸承】公眾號。