大型支承輥的檔案鑲套修復(fù)技術(shù)

大型支承輥的檔案鑲套修復(fù)技術(shù)

0承接輥的修復(fù)中國的大型鋼鐵公司和鋁鐵公司已經(jīng)發(fā)展了幾十年，尤其是近年里，隨著工業(yè)的現(xiàn)代化，技術(shù)水平和生產(chǎn)能力都顯著提高?，F(xiàn)代化板帶軋機(jī)向大型化、高速化、自動(dòng)化方向發(fā)展,隨著板材產(chǎn)量迅速增長,這些板材軋機(jī)使用的大型合金鍛鋼支承輥需求數(shù)量劇增。大型支承輥一般選用鍛造合金鋼材質(zhì),國內(nèi)僅中國一重集團(tuán)公司和中國二重集團(tuán)公司有能力大批量制造,但因設(shè)備有限、工期長等諸多原因,供應(yīng)數(shù)量十分有限,2/3大型支承輥只能依賴進(jìn)口。支承輥的有效使用層只是輥身表面的淬硬層約50～150mm,經(jīng)過多年的使用,好多支承輥都已用到了報(bào)廢尺寸不能繼續(xù)使用,放在倉庫作廢品處理。軋輥實(shí)際有效使用量大概占整個(gè)軋輥重量15%～25%,其余75%～85%都成了廢品不能使用。因?yàn)榇蠖鄶?shù)支承輥都是整體鍛鋼,價(jià)格非常昂貴,造成了很大的資源浪費(fèi)。為了降低企業(yè)軋鋼成本,延長軋輥使用壽命,支承輥的修復(fù)使用受到了很大的關(guān)注。現(xiàn)在常用的支承輥修復(fù)方法為堆焊修復(fù),由于堆焊修復(fù)工藝還不是十分穩(wěn)定,且堆焊修復(fù)后輥面組織不像鍛鋼那樣組織分布均勻且致密,組織中經(jīng)常會有堆焊缺陷存在,實(shí)際使用中采用該方法修復(fù)的支承輥經(jīng)常出現(xiàn)問題。支承輥鑲套修復(fù)方法是采用鍛鋼輥套淬火后進(jìn)行熱裝,輥面組織狀態(tài)與整體鍛造制造的新輥相同,可以達(dá)到新輥使用要求。軋輥鑲套法是指采用過盈配合,在軋輥表面鑲一個(gè)的輥套。過盈聯(lián)接的配合直徑間有過盈量,在裝配后的配合面上,產(chǎn)生了一定的徑向壓力,當(dāng)連接件承受軸向力F或扭矩T時(shí),配合面上產(chǎn)生阻力或摩擦力來抵抗和傳遞外載荷。過盈聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡單、定心性好、承載能力高、承受變載荷和沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn),在精密機(jī)械、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。1過盈配合的計(jì)算由于修復(fù)軋輥參數(shù)是確定的,所以輥套的長度、輥套和輥軸材料都是確定的,其核心是過盈量、配合直徑的設(shè)計(jì)。過盈配合選擇不當(dāng)會在熱裝及使用過程中造成輥套漲裂,在使用過程中配合面產(chǎn)生相對滑動(dòng)。產(chǎn)生輥套漲裂的原因是過盈量選擇太大,產(chǎn)生打滑的原因可能是由于過盈量選擇過小。所以過盈量的選擇正確與否將決定軋輥修復(fù)是否成功。與普通過盈聯(lián)接不同的是,軋輥在使用過程中還將不斷修磨,因此還應(yīng)考慮輥套直徑修磨變小對過盈聯(lián)接的影響。鑲套后軋輥主要傳遞扭矩及承受軸向力。為保證過盈聯(lián)接有效性,徑向結(jié)合壓力p應(yīng)大于扭矩T及軸向力F共同作用時(shí)所產(chǎn)生的合力。如圖1所示的結(jié)合徑向壓力pp≥F2+(2Td)2?????????√/πdlfp≥F2+(2Τd)2/πdlf式中,d為結(jié)合公稱直徑,l為結(jié)合長度,f為結(jié)合面上的摩擦系數(shù)。根據(jù)材料力學(xué)中對厚壁圓筒的分析,過盈聯(lián)接的計(jì)算以兩個(gè)簡單厚壁圓筒在彈性范圍內(nèi)的聯(lián)接為計(jì)算基礎(chǔ)。過盈配合的最小極限過盈量δmin與結(jié)合壓力p之間的關(guān)系為δmin=pd(C1E1+C2E2)×103μmδmin=pd(C1E1+C2E2)×103μm式中,d為結(jié)合公稱直徑;E、C分別為輥套及輥軸的彈性模量和剛性系數(shù),E的單位為MPa;C1為輥軸的剛性系數(shù);C2為輥套的剛性系數(shù)。C1=d2+d2qd2?d21?μ1C1=d2+dq2d2-d12-μ1C2=d22+d2d22?d2?μ2C2=d22+d2d22-d2-μ2式中,d1為輥軸的中孔直徑,一般為0。d2為輥套的外徑(mm)。μ1為輥軸的泊松比,μ2為輥套的泊松比。鋼的泊松比為0.3。為保證聯(lián)接的結(jié)合強(qiáng)度,還應(yīng)考慮其它對聯(lián)接強(qiáng)度有影響的因素:結(jié)合面表面粗糙度;使用過程中溫度差;離心力的作用等。實(shí)踐證明,粗糙度較小的兩表面相配合時(shí)配合的情況較好,可以提高聯(lián)接的緊固性。為降低輥套兩端應(yīng)力集中,防止輥套漲裂,將輥軸配合面兩頭加工成圓弧過渡,減小配合面兩端的過盈量。輥套和輥軸都是塑性材料,應(yīng)該保證聯(lián)接后兩者不發(fā)生塑性變形,結(jié)合面所受壓力pmax不能大于輥套及輥軸的屈服極限σs,保證輥套及輥軸結(jié)合面都處于彈性變形范圍內(nèi),則最大極限過盈量δmax為δmax=pmaxd(C1E1+C2E2)×103δmax=pmaxd(C1E1+C2E2)×103當(dāng)所選過盈量δ小于最小過盈量時(shí),軋輥軋制時(shí)不能有效傳遞負(fù)荷,結(jié)合面會發(fā)生打滑現(xiàn)象,即結(jié)合強(qiáng)度失效;當(dāng)所選過盈量δ大于最大過盈量時(shí),輥套或輥軸可能產(chǎn)生塑性變形,嚴(yán)重的發(fā)生輥套開裂,即聯(lián)接強(qiáng)度失效。為保證聯(lián)接的可靠性,所選擇的過盈量δ應(yīng)滿足δmax≥δ≥δmin2輥套熱裝熱裝技術(shù)的研究過盈配合聯(lián)接常用安裝方法有兩種:壓入法和脹縮法。壓入法常用于過盈量不是很大的小件裝配。由于鑲套軋輥本身較大不適宜用壓入法,只能利用脹縮法進(jìn)行裝配。脹縮法也即溫差法,通常的做法就是將輥套加熱到一定溫度后產(chǎn)生膨脹,輥軸在常溫狀態(tài)下,由于溫度差的存在,使輥套及輥軸間的過盈配合變成間隙配合。再將輥軸裝入輥套,靜置一段時(shí)間,使輥套與輥軸溫差慢慢變小最后形成過盈配合,從而保證輥套與輥軸的聯(lián)接。根據(jù)鑲套軋輥配合直徑及過盈量,確定輥套熱裝時(shí)加熱溫度。零件形體熱變形的影響因素極其復(fù)雜,包含了物體本身,環(huán)境溫度等諸多因素。溫度變化引起零件變形的傳統(tǒng)計(jì)算公式為dt=d[1+α(t-20℃)]式中,dt、d分別為溫度t和假設(shè)室溫20℃時(shí)的輥套配合直徑尺寸,即輥套內(nèi)孔;α為線膨脹系數(shù),支承輥材料大都采用鉻合金鋼,鉻鋼在20～400℃時(shí)的線膨脹系數(shù)為13×0.000001/℃。在加熱溫度t時(shí)輥套內(nèi)孔所產(chǎn)生的膨脹量Δd為t=Δddα+20℃t=Δddα+20℃因?yàn)榘惭b只能一次性成功,安裝過程中發(fā)生問題時(shí),不能強(qiáng)迫安裝,應(yīng)重新加熱后再安裝。安裝必須在短時(shí)間內(nèi)完成,所以Δd必須在大于過盈量的基礎(chǔ)上保證有足夠的間隙量,以便輥套在短時(shí)間內(nèi)一次安裝成功。Δd應(yīng)大于所選定的過盈量δ。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)選擇Δd為Δd=δ+(0.001～0.0015)d熱裝溫度t應(yīng)為t=δ+(0.001~0.0015)ddα+20℃t=δ+(0.001~0.0015)ddα+20℃根據(jù)輥套直徑大小及安裝的難易程度選擇安裝時(shí)的間隙量,雖然熱裝溫度選擇高可以降低熱裝時(shí)的難度,但是加熱溫度還受到輥套淬火后回火溫度的影響,不能超過淬火后的回火溫度。熱裝溫度過高還引起熱裝后輥套和輥軸間產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力。加熱后輥套直徑方向增大,長度方向也相應(yīng)增加。熱裝后直徑方向和長度方向都要相應(yīng)收縮。由于熱裝后輥套兩端和輥套中部散熱條件不同,輥套兩端散熱條件比輥套中部要好的多,形成輥套兩端先軸套收縮,輥套中部最后軸向收縮時(shí)由于受到輥套兩端抱緊形成的阻力,最后使輥套中部形成軸向拉應(yīng)力,拉應(yīng)力過大有可能使輥套形成周向開裂。拉應(yīng)力也有可能克服輥套與輥軸間的摩擦力后收縮。在收縮過程中產(chǎn)生相對滑動(dòng)擦傷表面,將配合面的波峰磨平,實(shí)際上減少了過盈量。為了減少收縮過程中相對滑動(dòng)產(chǎn)生的擦傷,應(yīng)使輥套在冷卻過程中輥套中部首先冷卻收縮抱緊,輥套兩端最后冷卻后抱緊。為了達(dá)到這個(gè)目的,可以將輥軸加工成兩頭過盈量小中間過盈量大的形狀;降低熱裝加熱溫度,減少膨脹量,從而在冷卻過程中減少收縮量。因此熱裝溫度的確定原則是在保證安裝成功的基礎(chǔ)上選擇最低的加熱溫度。3輥套和表面熱處理鍛鋼軋輥鑲套修復(fù)的主要流程如下:(1)利用正常報(bào)廢的軋輥?zhàn)鬏佇?經(jīng)過輥身粗加工→探傷→半精加工→精加工→待裝配;(2)輥套采用新的毛坯,粗煉鋼水(電爐)→鋼包精煉(真空除氣)→真空鑄錠→鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲波探傷→預(yù)備熱處理→半精加工→超聲波探傷→工頻感應(yīng)淬火→回火→精加工內(nèi)孔→待裝配;(3)將輥芯、輥套進(jìn)行熱裝(圖2),再進(jìn)行最終的精加工以保