CN102489640A - 轧辊及采用该轧辊的大型辗环机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轧制领域，提供了一种轧辊，包括辊体、轴颈、压环和端板，端板与轴颈固定连接并位于压环和辊体之间，端板、压环和辊体三者通过连接螺栓固定连接，在端板同辊体和压环之间分别设置有绝缘垫，在连接螺栓同螺栓孔之间设置有绝缘套筒，绝缘套筒两端分别同两侧绝缘垫相连，能同时满足轧辊受力和绝缘的要求；以及采用该轧辊的大型辗环机，设置有温度控制系统、与温度控制系统相连的低压大电流电源、与温度控制系统相连的环件温度传感器；各辊中的其中至少一辊与低压大电流电源的正极相连、至少一辊与低压大电流电源的负极相连，通过加电，经轧辊、环件形成电流回路，在环轧过程中通过在线加热对环件温度进行控制，避免二次加热。

Description

轧辊及采用该轧辊的大型辗环机

技术领域

本发明涉及轧制领域，尤其是一种轧辊及采用该轧辊的大型辗环机。

背景技术

环轧是借助辗环机，使环件连续咬入主动辊和芯辊构成的环轧孔型中，通过不断的回转局部塑形变形，使零件壁厚减小、直径增大、截面轮廓成形的塑形成形技术。辗环机，通常包括机架、轧辊辊系，所述轧辊辊系包括驱动辊、芯辊和两个抱辊，各辊分别通过轴向两端的轴承座安装在机架上，所述芯辊、驱动辊、抱辊轴线相互平行，驱动辊及两侧抱辊以环件外圆为共切圆，芯辊与驱动辊相对设置且芯辊与环件内圆相切；加工时，通过驱动辊驱动环件转动，通过抱辊、驱动辊对环件进行三点定圆并通过抱辊调节环件外径，通过芯辊对环件实施压下，如专利号为ZL201010186082.5、发明名称为超大型辗环机的发明申请。在辗环过程中，为了防止环件的轴向窜动，设置有对应环件轴向两端端面的端板或端面辊，其中端面辊主要用于同时对环件进行轴向尺寸成型的辗环机。

由于环轧是成形大型环件、筒节的特殊锻造工艺，与传统的自由锻锻造成形方法相比有以下优势：一、环件精度高、加工余量少、材料利用率高；二、环件内部组织致密、机械强度高、使用寿命长；三、设备吨位小、投资少、加工范围大；四、生产效率高，生产成本低。由于以上特点，大型环轧产品广泛在航空航天、能源动力、石油化工等工业领域。

在环轧的过程中，环件温度对大型环件的环轧过程有重要的影响，环轧温度直接决定了环件的塑形变形能力、内部组织及环轧抗力。一般情况下，根据零件材料的不同会设置最低环轧温度，当零件温度低于环轧温度时，必须对零件进行重新返炉加热后再继续环轧，直到满足零件的尺寸要求。但对于大型环件而言，由于环轧时间长、环件在环轧过程中散热面增大等因素的影响，通常无法在一次加热的条件下完成环轧，因此存在以下问题：

一、经过环轧的环件尺寸已经超过了加热炉的最大容许尺寸，无法再次加热。

二、经过环轧的环件壁厚减小、直径增大，表面积大，散热快，在加热炉中加热后，在从加热炉移动到环轧机工作位置的过程中，环件的温度已经接近最低成形温度，影响环轧的效率和质量。

三、高合金钢及有色合金钢的环轧温度范围非常窄，因此对环件加热、运输、环轧过程要求非常高。

四、环轧温度难以控制，不仅仅影响环件的塑形变形和变形力，还影响到组织相变和最终性能。

因此，有人提出了在轧制过程中，对轧辊加电，通过电阻加热方式对环件进行在线加热的设想。但用于大型环件轧制的轧辊，受力大，对刚性、强度均有极高的要求，因此难以在轧辊加电后实现轧辊的绝缘，如：一、在轧辊轴颈和轴承内圈之间加设陶瓷绝缘套，能够满足刚性和强度的要求，但由于陶瓷脆性大，对轧制力的限制大；二、在轧辊轴颈和轴承内圈之间加设橡胶绝缘套，能够满足大轧制力的要求，但橡胶材料弹性变形大，无法满足刚性的要求；三、在轴承座和机架之间加设绝缘垫，能够满足强度、刚性的要求，由于受力面大对轧制力的影响也较小，但由于芯辊和机架为滑动配合，设置绝缘垫将导致机构的复杂性急剧增大，且与在轴承座和轧辊之间实现绝缘相比，触电风险大，由于漏电而导致的轴承、轴承座被加热的风险大。因此，到目前为止，由于绝缘设计的困难，通过电阻加热方式对环件进行在线加热还停留于设想阶段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在满足绝缘要求的同时满足对刚性和强度要求的轧辊；以及在环轧过程中，能够通过在线的电阻加热对环件进行温度控制，避免大型环件在环轧过程中进行二次加热的采用该轧辊的大型辗环机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：轧辊，包括辊体、分别位于辊体轴向两端的轴颈；设置有压环和端板，所述压环套装在轴颈上，所述端板与轴颈一端固定连接，且所述端板位于压环和辊体端面之间，在端板和辊体之间设置有内绝缘垫，在端板和压环之间设置有外绝缘垫；在所述辊体的端面上固定安装有沿辊体周向均布的连接螺栓，所述内绝缘垫、端板和压环上分别设置有对应各连接螺栓的螺栓孔，所述端板、压环和辊体三者通过连接螺栓及与连接螺栓相配合的螺母固定连接；在所述连接螺栓同端板和压环的螺栓孔之间设置有绝缘套筒，所述绝缘套筒轴向两端分别同内绝缘垫和外绝缘垫相连。

进一步的，所述外绝缘垫是断面呈L形的台阶状结构，所述压环套装在外绝缘垫上，所述外绝缘垫外径大的部分位于压环和端板之间、外径小的部分位于压环和轴颈之间。

进一步的，所述连接螺栓的两端分别设置有反向的螺纹、在两端的螺纹之间为无螺纹光杆，所述连接螺栓通过螺纹安装在辊体上，所述连接螺栓通过无螺纹光杆绝缘套筒、内绝缘垫螺栓孔导向配合。

采用上述轧辊的大型辗环机，包括机架、轧辊辊系，所述轧辊辊系包括驱动辊、芯辊和两个抱辊，各辊分别通过轴向两端的轴承座安装在机架上，所述芯辊、驱动辊、抱辊轴线相互平行，驱动辊及两侧抱辊以环件外圆为共切圆，芯辊与驱动辊相对设置且芯辊与环件内圆相切，设置有温度控制系统、与温度控制系统相连的低压大电流电源、与温度控制系统相连的环件温度传感器；各辊中的其中至少一辊与低压大电流电源的正极相连、至少一辊与低压大电流电源的负极相连。

作为一种优选，所述驱动辊和芯辊分别同低压大电流电源的正极和负极相连。作为另一种优选，所述轧辊辊系包括分别对应环件轴向两端端面的端面辊，所述两端面辊分别同低压大电流电源的正极和负极相连。

进一步的，所述与低压大电流电源相连的辊分别通过碳刷结构经导线与低压大电流电源相连，所述碳刷结构的碳刷与对应辊的辊体接触连接。

本发明的有益效果是：通过内绝缘垫保证端板和辊体之间的绝缘，通过外绝缘垫保证端板和压环之间的绝缘，通过绝缘套筒保证连接螺栓和端板之间的绝缘，从而保证了轴颈和辊体之间的绝缘，也即保证了轧辊和轴承座之间的绝缘，保证了加电操作的安全。在传递扭矩时，扭矩通过分散的各连接螺栓传递，因此受力分散，各连接螺栓、绝缘套筒的受力小、变形小，能够满足大扭矩的传递。当在轧制力作用下产生弯矩时，部分力经内绝缘垫传递至端板，由于辊体、内绝缘垫和端板之间面接触，受力分散、变形量小，从而保证了辊体和端板之间位置的稳定性；部分力经连接螺栓传递至端板，作用力分散于各连接螺栓，因此各连接螺栓、绝缘套筒的受力小、变形小。因此能够满足轧辊对刚性和强度的要求。

通过采用本发明的轧辊，在轧制时，通过与低压大电流电源正极相连的辊、与低压大电流电源负极相连的辊、环件形成电流回路，对环件局部通以低压大电流，通过电阻加热的方法对环件进行在线的加热，能够在环轧过程中对环件温度进行控制，能够避免大型环件在环轧过程中进行二次加热。

附图说明

图1是本发明轧辊的结构示意图；

图2是本发明大型辗环机辊的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明的轧辊，包括辊体31、分别位于辊体31轴向两端的轴颈33；设置有压环34和端板32，所述压环34套装在轴颈33上，所述端板32与轴颈33一端固定连接，且所述端板32位于压环34和辊体31端面之间，在端板32和辊体31之间设置有内绝缘垫36，在端板32和压环34之间设置有外绝缘垫37；在所述辊体31的端面上固定安装有沿辊体31周向均布的连接螺栓35，所述内绝缘垫36、端板32和压环34上分别设置有对应各连接螺栓35的螺栓孔，所述端板32、压环34和辊体31三者通过连接螺栓35及与连接螺栓35相配合的螺母固定连接；在所述连接螺栓35同端板32和压环34的螺栓孔之间设置有绝缘套筒38，所述绝缘套筒38轴向两端分别同内绝缘垫36和外绝缘垫37相连。

通过内绝缘垫36保证端板32和辊体31之间的绝缘，通过外绝缘垫37保证端板32和压环34之间的绝缘，通过绝缘套筒38保证连接螺栓35和端板32之间的绝缘，从而保证了轴颈33和辊体31之间的绝缘，也即保证了轧辊和轴承座之间的绝缘，保证了加电操作的安全。

在传递扭矩时，扭矩通过分散的各连接螺栓35传递，因此受力分散，各连接螺栓35、绝缘套筒38的受力小、变形小，能够满足大扭矩的传递。当在轧制力作用下产生弯矩时，部分力经内绝缘垫36传递至端板32，由于辊体31、内绝缘垫36和端板32之间面接触，受力分散、变形量小，从而保证了辊体31和端板32之间位置的稳定性；部分力经连接螺栓35传递至端板32，作用力分散于各连接螺栓35，因此各连接螺栓35、绝缘套筒38的受力小、变形小。因此能够满足轧辊对刚性和强度的要求。

在如图所示的实例中，为了进一步保证辊体31和端板32之间位置的稳定性，减小内绝缘垫36的变形量，内绝缘垫36采用陶瓷材料制成；同时，由于辊体31、内绝缘垫36和端板32之间面接触，受力分散，能够有效降低陶瓷脆性的影响。而外绝缘垫37采用聚四氟乙烯制成，聚四氟乙烯的强度较高，绝缘性好，且具备一定的弹性，利用聚四氟乙烯的弹性能够强化整个结构的锁紧。绝缘套筒38同样采用聚四氟乙烯制成，利用聚四氟乙烯的高强度能有效保证结构的刚性。

为了方便压环34的安装，如图1所示，所述外绝缘垫37是断面呈L形的台阶状结构，所述压环34套装在外绝缘垫37上，所述外绝缘垫37外径大的部分位于压环34和端板32之间、外径小的部分位于压环34和轴颈33之间。

为了保证组装完成后，轴颈33和辊体31的同轴度，可以在内绝缘垫36和辊体31之间、内绝缘垫36和端板32之间设置导向结构，但设置较为繁琐，且可能影响结构的整体强度和刚性。因此，在如图所示的实例中，内绝缘垫36为平垫。

同时，所述连接螺栓35的两端分别设置有反向的螺纹、在两端的螺纹之间为无螺纹光杆，所述连接螺栓35通过螺纹安装在辊体31上，所述连接螺栓35通过无螺纹光杆绝缘套筒38、内绝缘垫36螺栓孔导向配合。通过连接螺栓35的无螺纹光杆同绝缘套筒38及内绝缘垫36螺栓孔的导向配合，能够在一定程度上保证组装的同轴度，方便组装；同时连接螺栓35通过无螺纹光杆作用于绝缘套筒38和内绝缘垫36，能够避免螺纹直接作用所导致的损坏。

如图2所示，大型辗环机，包括机架、轧辊辊系，所述轧辊辊系包括驱动辊11、芯辊12和两个抱辊13，各辊均由如图1所示的轧辊构成，各辊分别通过轴向两端的轴承座安装在机架上，所述芯辊12、驱动辊11、抱辊13轴线相互平行，驱动辊11及两侧抱辊13以环件10外圆为共切圆，芯辊12与驱动辊11相对设置且芯辊12与环件10内圆相切，设置有温度控制系统21、与温度控制系统21相连的低压大电流电源22、与温度控制系统21相连的环件温度传感器23；其中驱动辊11与低压大电流电源22的正极相连、芯辊12与低压大电流电源22的负极相连。

采用该大型辗环机环轧时，包括以下步骤：

一、根据环件10材料及技术要求，设定环件10最大、最小加工温度；

二、将环件10坯料加热后放置在辗环机工作位置；

三、在环轧过程中，通过与低压大电流电源22正极相连的驱动辊11、与低压大电流电源22负极相连的芯辊12、环件10形成电流回路，对环件10局部通以低压大电流，从而对环件10局部进行在线加热；

四、根据环件温度传感器23反馈，通过温度控制系统21控制环件10温度；

五、轧制完成，切断低压大电流电源22。

因此，通过电阻加热的方法对环件10进行在线的加热，能够在环轧过程中对环件10温度进行控制，能够避免大型环件在环轧过程中进行二次加热；且是直接对变形区域进行局部加热，保证了加热效率和对温度的控制性。

对于轧制力更大的超大型辗环机，出于受力的考虑，可以仅芯辊12采用如图1所示的轧辊，而驱动辊11和两个抱辊13则通过在轴承座和机架之间设置绝缘垫的方式实施绝缘。

除了如图2所示的加电方式以外，轧辊辊系的各辊和低压大电流电源22的连接可以是任意的，但应当保证电流回路的形成，如：采用芯辊12与正极相连、两抱辊13与负极相连；两抱辊13分别同正负极相邻等。对于所述轧辊辊系包括分别对应环件10轴向两端端面的端面辊14的辗环机，也可以是所述两端面辊14分别同低压大电流电源22的正极和负极相连；或者在如图2所示实例的基础上，两端面辊14分别同低压大电流电源22的正极和负极相连。

辊和低压大电流电源22之间的连接，可以采用与辊体31接触的弹片等，在如图所示的实例中，适应于大电流，所述与低压大电流电源22相连的辊分别通过碳刷结构经导线26与低压大电流电源22相连，所述碳刷结构的碳刷24与对应辊的辊体31接触连接；且碳刷结构包括作用于碳刷用于保证碳刷24与辊体31接触的压缩弹簧25。

环件温度传感器23可以采用接触式温度传感器，但此时需设置保证接触式温度传感器与环件10接触的弹性压迫机构。在如图所示的实例中，环件温度传感器23采用非接触式的红外温度传感器。

Claims (7)

1.轧辊，包括辊体(31)、分别位于辊体(31)轴向两端的轴颈(33)；其特征在于：设置有压环(34)和端板(32)，所述压环(34)套装在轴颈(33)上，所述端板(32)与轴颈(33)一端固定连接，且所述端板(32)位于压环(34)和辊体(31)端面之间，在端板(32)和辊体(31)之间设置有内绝缘垫(36)，在端板(32)和压环(34)之间设置有外绝缘垫(37)；在所述辊体(31)的端面上固定安装有沿辊体(31)周向均布的连接螺栓(35)，所述内绝缘垫(36)、端板(32)和压环(34)上分别设置有对应各连接螺栓(35)的螺栓孔，所述端板(32)、压环(34)和辊体(31)三者通过连接螺栓(35)及与连接螺栓(35)相配合的螺母固定连接；在所述连接螺栓(35)同端板(32)和压环(34)的螺栓孔之间设置有绝缘套筒(38)，所述绝缘套筒(38)轴向两端分别同内绝缘垫(36)和外绝缘垫(37)相连。

2.如权利要求1所述的轧辊，其特征在于：所述外绝缘垫(37)是断面呈L形的台阶状结构，所述压环(34)套装在外绝缘垫(37)上，所述外绝缘垫(37)外径大的部分位于压环(34)和端板(32)之间、外径小的部分位于压环(34)和轴颈(33)之间。

3.如权利要求1或2所述的轧辊，其特征在于：所述连接螺栓(35)的两端分别设置有反向的螺纹、在两端的螺纹之间为无螺纹光杆，所述连接螺栓(35)通过螺纹安装在辊体(31)上，所述连接螺栓(35)通过无螺纹光杆绝缘套筒(38)、内绝缘垫(36)螺栓孔导向配合。

4.采用如权利要求1、2或3所述轧辊的大型辗环机，包括机架、轧辊辊系，所述轧辊辊系包括驱动辊(11)、芯辊(12)和两个抱辊(13)，各辊分别通过轴向两端的轴承座安装在机架上，所述芯辊(12)、驱动辊(11)、抱辊(13)轴线相互平行，驱动辊(11)及两侧抱辊(13)以环件(10)外圆为共切圆，芯辊(12)与驱动辊(11)相对设置且芯辊(12)与环件(10)内圆相切，其特征在于：设置有温度控制系统(21)、与温度控制系统(21)相连的低压大电流电源(22)、与温度控制系统(21)相连的环件温度传感器(23)；各辊中的其中至少一辊与低压大电流电源(22)的正极相连、至少一辊与低压大电流电源(22)的负极相连。

5.如权利要求4所述的大型辗环机，其特征在于：所述驱动辊(11)和芯辊(12)分别同低压大电流电源(22)的正极和负极相连。

6.如权利要求4所述的大型辗环机，其特征在于：所述轧辊辊系包括分别对应环件(10)轴向两端端面的端面辊(14)，所述两端面辊(14)分别同低压大电流电源(22)的正极和负极相连。

7.如权利要求4、5或6所述的大型辗环机，其特征在于：所述与低压大电流电源(22)相连的辊分别通过碳刷结构经导线与低压大电流电源(22)相连，所述碳刷结构的碳刷与对应辊的辊体(31)接触连接。

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