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新鋼中板廠十一輥矯直機(jī)支撐輥滾動軸承失效原因分析

2014-02-26

鄭星光
（新余鋼鐵有限責(zé)任公司，江西新余 336501）
　　摘　要：通過對四重式十一輥鋼板熱矯直機(jī)滾動軸承的失效分析，提出相應(yīng)的對策，對延長矯直輥系的使用壽命，降低設(shè)備成本費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益，具有重要意義。
　　關(guān)鍵詞：滾動軸承；疲勞剝落；交變負(fù)荷荷；油氣潤滑；腐蝕
　　1　前言
　　新余鋼鐵有限責(zé)任公司中板廠（簡稱新鋼中板廠）于1994年技改上了一套與四輥軋機(jī)相配套的四重式十一輥熱矯直機(jī)。支撐輥軸承采用調(diào)心滾子軸承（3E172828Y）。潤滑方式為油氣集中潤滑，氣動泵的供油量為2cm3/行程，氣動泵的Z大工作壓力為4MPa，壓縮空氣壓力為0.4MPa，耗氣量為140m3/h，油氣潤滑系統(tǒng)每小時總需油量150cm3，氣動泵工作時間為6s，停頓時間為23s（可調(diào)）。
　　隨著新鋼中板產(chǎn)量的逐年大幅度提高，品種和規(guī)格的不斷擴(kuò)大，矯直機(jī)支撐輥軸承的工作環(huán)境差，溫度高，負(fù)荷大。支撐輥軸承的失效，必然導(dǎo)致Z終更換矯直輥系。
　　2　失效形式分析
　　2.1 疲勞剝落
　　疲勞剝落是滾動軸承的工作表面因滾動疲勞引起的鱗片狀的剝落。支撐輥滾動軸承工作時，滾動體與內(nèi)圈（或外圈）所受的負(fù)荷都不是恒定的，而是隨著軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)周而復(fù)始地變化著。這種負(fù)荷為交變負(fù)荷；又由于滾動體與內(nèi)圈（或外圈）的接觸面積很小，使得接觸應(yīng)力很大，在較高的轉(zhuǎn)速下，在巨大交變接觸應(yīng)力的多次反復(fù)作用下，金屬便會發(fā)生疲勞。開始，在應(yīng)力集中的部位產(chǎn)生可見微小裂紋，由于潤滑油的作用和金屬腐蝕，使裂紋逐漸擴(kuò)大，當(dāng)擴(kuò)大到一定程度時，表面金屬便會產(chǎn)生剝落，形成凹坑，類似麻點(diǎn)。長期的運(yùn)轉(zhuǎn)，會使剝落的積累達(dá)到使軸承失效的程度。我們在拆軸承時，會經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)或外圈陰謀滾動體表面有麻點(diǎn)和一塊塊金屬剝落，這一是金屬疲勞剝落的現(xiàn)象。
　　滾動軸承的疲勞剝落如果在軸承長時間運(yùn)轉(zhuǎn)之后發(fā)生，應(yīng)視為自然損壞，若想延長其使用壽命，可以采用提高軸承的潔凈度和降低各種原因引起應(yīng)力集中，改善工作條件等一系列措施。如果在軸承的使用中期或前期發(fā)生，應(yīng)視為非自然剝落，則要進(jìn)一步尋找原因，采取相應(yīng)的措施。
　　2.2 非自然剝落
　　非自然剝落是由人為因素引起的發(fā)生在軸承使用中期或早期的剝落。產(chǎn)生非自然剝落的主要原因為安裝不當(dāng)所造成。
　　2.2.1 安裝時，軸和外殼的擋肩對配合不垂直，或者由于軸彎曲，使內(nèi)外圈相互歪斜，都會造成滾動表面接觸應(yīng)力過大，導(dǎo)致剝落。
　　2.2.2 由于安裝歪斜以及敲擊時用力過大，使內(nèi)或外圈滾道受傷。
　　2.2.3 軸承安裝過緊、過松，也會造成軸承的早期剝落。
　　解決軸承安裝不當(dāng)?shù)耐緩街饕校焊鶕?jù)矯直負(fù)荷的大小、方向及性質(zhì)等，合理選擇軸承類型，配置及精度；根據(jù)支撐輥軸承在矯直機(jī)的使用情況，合理地選用軸承與軸的配合性質(zhì)及公差等級；根據(jù)軸承類型、結(jié)構(gòu)、尺寸和配合性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)难b配方法和工具；嚴(yán)格按照軸承裝配的規(guī)則進(jìn)行裝配。
　　2.3 磨損
　　支撐輥軸承工作時，滾動體與輥道之間主要運(yùn)動是滾動，很少滑動。因此，在正常情況下，軸承零件的磨損并不嚴(yán)重。但當(dāng)雜質(zhì)侵入或潤滑不良時，磨損一會急劇加速，導(dǎo)致Z終軸承失效。
　　2.3.1 雜質(zhì)侵入
　　當(dāng)混雜在潤滑油中的雜質(zhì)微粒（砂子、臟物等），壓縮空氣過濾精度不夠或過濾失效后，油管生銹，清潔不凈，機(jī)加工鐵屑等異物以及軸承密封失效后水和氧化鐵渣（皮）侵入支撐輥軸承時，就會在輥道和滾動體上發(fā)生磨料磨損。在這種情況下，看不到金屬的剝落，只是在工作表面上看到不均勻的劃傷。由于磨料磨損，內(nèi)或外圈與滾動體之間的游隙增大，輥道失去光澤，并出現(xiàn)不均勻的劃痕。
　　2.3.2 潤滑油不足或變質(zhì)
　　在潤滑油不足或潤滑油變質(zhì)時，軸承潤滑得不到保證，在這種情況下，會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。由于軸承工作中產(chǎn)生的熱量不能通過潤滑油帶走，軸承就會因過熱而喪失原來的機(jī)械性能，硬度大大降低，因此磨耗極為迅速，破壞了軸承的正常工作。
　　2.3.3 使用不當(dāng)
　　應(yīng)該指出，軸承的劇烈磨損主要是由于使用不當(dāng)造成的。因此，在軸承使用中應(yīng)保證軸承密封裝置安裝的可靠性，對軸承工作狀況及冷卻、潤滑狀況進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測，保證軸承在良好的冷卻、潤滑狀態(tài)下工作。
　　2.4 破裂
　　支撐輥滾動軸承破裂有兩種情況，一種是疲勞引起的破裂，另一種是安裝不當(dāng)引起的破裂。
　　2.4.1 疲勞所致
　　滾動軸承零件受極大的交變載荷。由于軸承的材料缺陷或其他原因，致使軸承某個部位發(fā)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力大于強(qiáng)度極限時，該處就會發(fā)生微小裂紋。交變載荷的持續(xù)作用和潤滑油的油楔作用，致使裂紋不斷擴(kuò)大，當(dāng)裂紋擴(kuò)大到一定程度時就會發(fā)生破裂。新鋼中板廠2003年8月份換上的一套輥系，由于支撐輥軸承是委托外單位采購、組裝的，沒有把住材料質(zhì)量關(guān)，致使換上后使用不到一個月，就陸續(xù)出現(xiàn)軸承破裂，Z后不得不更換輥系。
　　2.4.2 人為造成
　　造成軸承破裂的更常見的原因是人為的原因。如拆裝時硬性敲擊以及硬質(zhì)微粒雜質(zhì)（如砂子、鐵屑、電焊渣子等）侵入軸承內(nèi)部等，都可能引起內(nèi)外圈及保持架等破裂。
　　解決軸承破裂的主要途徑：嚴(yán)把軸承質(zhì)量關(guān)；嚴(yán)格按軸承裝配制度組裝。
　　2.5 腐蝕
　　在軸承零件表面形成暗黑色的斑點(diǎn)和潰爛便是腐蝕現(xiàn)象。造成腐蝕的主要原因有：濕氣或水分侵入軸承內(nèi)部；使用性質(zhì)不佳的潤滑油也能引起腐蝕；還有一種腐蝕叫接觸腐蝕，它主要發(fā)生在不旋轉(zhuǎn)的內(nèi)外圈和滾動體的接觸表面上。解決的主要途徑：保證軸承密封的完好和及時排盡壓縮空氣中的水分，避免濕氣或水分進(jìn)入軸承；嚴(yán)把潤滑油的質(zhì)量關(guān)；安裝后支撐輥能在銷軸上靈活轉(zhuǎn)動，并和支撐輥貼緊和轉(zhuǎn)動。
　　2.6 膠合
　　支撐輥軸承由于使用維護(hù)和保養(yǎng)不當(dāng)或密封潤滑不良等因素，引起軸承早期磨損、膠合。膠合的主要原因有：負(fù)荷過大；軸承的原始缺陷；軸承自身的不可靠性；冷卻不良；密封不良；潤滑不良。
　　解決的途徑有：嚴(yán)格工藝紀(jì)律，不該矯的板子堅決不能矯，避免超壓下量矯直；保證冷卻和潤滑處于良好狀態(tài)，減少軸承內(nèi)部發(fā)熱；保證密封的可靠性；嚴(yán)把軸承材料質(zhì)量關(guān)。
　　2.7 其他損傷
　　2.7.1 火花熔融
　　如電流通過軸承，在輥道和滾動體的接觸點(diǎn)上，電流通過很薄的油膜而引起火花，造成局部表面熔融，使輥道上出現(xiàn)坑疤。這些小坑由于磨損逐漸擴(kuò)大，直至整個軸承破壞。
　　2.7.2 保持架損壞
　　保持架由于磨損、破碎及折斷等使得軸承不能使用。
　　2.7.3 殘碰吸附
　　由于殘碰造成金屬碎屑的吸附，而使軸承受到損傷等。解決的主任途徑有：避免電流通過軸承，以防產(chǎn)生電蝕；對有殘碰的軸承座進(jìn)行退磁，防止金屬碎屑的吸附。
　　3　結(jié)束語
　　自改造以來，對矯直機(jī)支撐輥軸承出現(xiàn)的問題有針對性進(jìn)行分析，查找原因，進(jìn)而采取防范措施，使得原先矯直機(jī)輥系的設(shè)計使用壽命由20萬t/套，延長到現(xiàn)在的60萬t/套左右，節(jié)約了設(shè)備成本。

來源：《山東冶金》2004年第S1期