我國冶金行業(yè)為滿足建筑用鋼材不斷增加的需求，近年來分別從國外引進(jìn)了幾十條高速線材生產(chǎn)線，出料口速度從63～100m/s不等，年產(chǎn)量大都在60×104～100×104t之間。由于高線軋機(jī)工作的特殊性，對配用的軸承提出了更為嚴(yán)格的要求。本文就高速線材軋機(jī)軸承（以下簡稱高線軋機(jī)軸承）的工作特性、結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計要點(diǎn)及制造關(guān)鍵等作簡單介紹。
1 性能要求
1.1 高的可靠性
高速線材生產(chǎn)線最顯著的特點(diǎn)就是軋機(jī)連續(xù)工作的高可靠性。由于高速線材生產(chǎn)線的單位產(chǎn)量高，要求在規(guī)定的點(diǎn)檢周期內(nèi)，作為軋機(jī)上關(guān)鍵元件的軸承比一般軋機(jī)軸承有更高的可靠性。如果因軸承出現(xiàn)故障將導(dǎo)致整條生產(chǎn)線停產(chǎn)，這是廠家不能容忍的。因此在設(shè)計、制造高線軋機(jī)軸承時，應(yīng)保證其在高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下連續(xù)工作的可靠性。
1.2 耐磨損
高線軋機(jī)軸承耐磨損度要強(qiáng)，能適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)的工作場合。例：某高速線材生產(chǎn)線，出口線速度63m/s，出口軋機(jī)軋輥的工作直徑為330mm，則軸承的工作轉(zhuǎn)速為3650r/min，在高轉(zhuǎn)速、重載荷下長期運(yùn)行，對軸承的耐磨損將是一個嚴(yán)峻的考驗。這就要求所供軸承必須具備耐磨損的要求。
1.3 長的疲勞壽命
高線軋機(jī)軸承疲勞壽命要長。在正常情況下，國外提供的高線軋機(jī)軸承使用三年（因有一半時間軋輥組件要卸機(jī)保養(yǎng)、整修，實際工作時間為一年半），故用戶要求國產(chǎn)軸承至少能使用二年。
1.4 沖擊韌性要好
高線軋機(jī)軸承的沖擊韌性要好，尤其是粗軋機(jī)使用的軸承，將連鑄方坯軋制成棒料的過程中，沖擊載荷很大。因此，高線軋機(jī)軸承在高轉(zhuǎn)速、高沖擊狀態(tài)下工作不應(yīng)發(fā)生破裂現(xiàn)象。
綜上所述，高線軋機(jī)軸承的工作特性就是能在高轉(zhuǎn)速、高沖擊狀態(tài)下連續(xù)穩(wěn)定可靠的工作，并具備較長的疲勞壽命。
2 軸承結(jié)構(gòu)形式
高線軋機(jī)軸承有四列圓錐滾子軸承和雙列圓柱滾子軸承兩種。一般情況下，粗、中軋機(jī)使用四列圓錐滾子軸承，精軋機(jī)使用雙列圓柱滾子軸承，水平軋機(jī)和鉛錘軋機(jī)使用同一型號的軸承。
無論四列圓錐滾子軸承，還是雙列圓柱滾子軸承，其基本本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的軋機(jī)軸承類似，但各個零件的設(shè)計充分考慮了潤滑與散熱的問題，即在內(nèi)圈、外圈、隔圈(對四列圓錐滾子軸承而言)、保持架、滾子(對雙列圓柱滾子軸承而言)開有許多槽、孔等。這樣，槽、孔形成的潤滑、散熱通道與軸承座、軋輥上的通道就組成了一個可靠的潤滑與散熱系統(tǒng)，再加上良好的密封裝置，使得軸承能在高速高壓狀態(tài)中穩(wěn)定的運(yùn)行。
雖然各廠商所提供的高線軋機(jī)軸承的設(shè)計風(fēng)格不同，但都有一個共同點(diǎn)，即內(nèi)圈壁厚相對同等規(guī)格的普通軸承要厚一點(diǎn)，外圈則相對薄一些。
3 軸承設(shè)計方法
首先根據(jù)各條線上軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、使用壽命、失效狀態(tài)及用戶的要求，適當(dāng)調(diào)整主參數(shù)，使設(shè)計達(dá)到比較滿意的效果。
其次，合理地確定技術(shù)條件，根據(jù)同類產(chǎn)品的實測結(jié)果，并考慮軸承的具體工作狀態(tài)，提出合理的技術(shù)要求。
4 高線軋機(jī)軸承的制造
鑒于高線軋機(jī)工作的特殊性，在制造過程中主要做了兩個方面的工作。第一是材料和熱處理工藝的選擇，第二是滾動表面的粗糙度控制。由于內(nèi)圈壁較厚，外圈壁較薄，所以有的制造商在技術(shù)文件中規(guī)定，內(nèi)圈用滲碳鋼，外圈用高碳鉻鋼制造。相應(yīng)地，內(nèi)圈采用滲碳工藝，外圈盡可能地采取等溫淬回火工藝，使獲得的金相組織為下貝氏體，這樣處理后兼顧到了軸承的強(qiáng)度、耐磨性、沖擊韌性及疲勞壽命等性能指標(biāo)，使軸承滿足前述的工作要求。另外，熱處理硬度也根據(jù)粗、中、精軋機(jī)的不同情況有一些差別，即對粗軋機(jī)來說，速度相對低，而沖擊載荷相對大，故軸承零件硬度偏低；對精軋機(jī)來說，速度相對高，而沖擊載荷相對較小，故軸承零件的硬度高；中軋機(jī)用軸承的硬度則居中。
經(jīng)觀察和測試分析，高線軋機(jī)軸承內(nèi)外圈的滾道表面、擋邊表面、滾子的滾動表面基準(zhǔn)端面等表面粗糙度值都比普通軋機(jī)軸承要小一些。為此，在工藝上采取措施，使上述表面粗糙度達(dá)到或接近國外產(chǎn)品的水平。
5 軸承試用情況
從1997年5月開始，已為我國3條高速線材生產(chǎn)線試制或批量制造9個型號的高線軋機(jī)軸承，絕大部分使用情況良好，未發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)故障而導(dǎo)致整條線停機(jī)的事件。其中，1997年5月為西南某高線首批試制的安裝在鉛錘軋機(jī)上的(鉛錘軋機(jī)比水平面軋機(jī)工作情況更為惡劣)中軋機(jī)軸承(四列圓錐滾子軸承)，除一套軸承在運(yùn)行一段時間，正常卸機(jī)點(diǎn)檢時發(fā)現(xiàn)外圈有破裂現(xiàn)象外，其余三套至2000年6月未發(fā)現(xiàn)磨損、疲勞、破裂等失效情況。
6 建議
進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用高線軋機(jī)軸承，使其性能穩(wěn)定在一較高的水平，應(yīng)從以下幾個方面開展工作。
(1)根據(jù)文獻(xiàn)資料介紹，在試驗、研究的基礎(chǔ)上冶煉出性能優(yōu)良的新型軋機(jī)軸承用鋼，包括滲碳軸承鋼和高碳鉻軸承鋼。
(2)在分析、研究、比較同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，根據(jù)軸承使用情況確定主參數(shù)，做好產(chǎn)品設(shè)計。此外，對零件的結(jié)構(gòu)變化，如槽孔的布置、隔圈的形狀等也不可忽視。
(3)開展工藝攻關(guān)，以彌補(bǔ)材料性能相對欠佳和裝備能力相對落后的現(xiàn)實。重點(diǎn)在熱處理與磨削，保證有效滲碳層深度和硬度均勻性，高碳鉻鋼制零件的沖擊韌性及零件的形位公差和表面粗糙度在一定精度范圍內(nèi)。
(4)制定規(guī)范詳細(xì)的安裝、調(diào)試、保養(yǎng)及點(diǎn)檢說明書；派技術(shù)人員到用戶中去，為現(xiàn)場技術(shù)人員和工人講解軸承使用的注意事項，解答現(xiàn)場人員提出的問題，搞好售后服務(wù)工作。用戶需與軸承廠家搞好協(xié)作。
