CN102806232A - 一种耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈，轴颈设在轧辊本体两端，所述的轴颈表面设有用于存储润滑油的凹槽结构。还公开了耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈的生产工艺，包括以下步骤：1）轧辊毛坯制备；2）轧辊调质处理；3）轧辊轴颈粗加工；4）轧辊轴颈精磨；5）轧辊轴颈表面Nd：YAG脉冲激光织构化处理，形成均匀分布的凹槽结构；6）去除加工毛刺处理。通过存储润滑油的凹槽结构提高轧辊轴颈润滑油膜的刚度，从而增加润滑膜厚度，降低机械摩擦副混合润滑条件下的摩擦阻力和磨损，减少轧辊轴颈与轴承之间的磨损，延长使用寿命，降低成本。

Description

一种耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈及其生产工艺

技术领域

本发明涉及轧制设备技术领域，尤其是涉及一种耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈及其生产工艺。

背景技术

轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材，是使金属轧材产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。轧辊在轧机部件中工作条件最为复杂，主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。如轧辊在制造和使用前的准备工序中会产生残余应力和热应力。使用时又进一步受到了各种周期应力的作用,包括有弯曲、扭转、剪力、接触应力和热应力等。这些应力沿辊身的分布是不均匀的、不断变化的，其原因不仅有设计因素，还有轧辊在使用中磨损、温度和辊形的不断变化。轧辊在生产过程中损耗大，价格高，如何提高轧辊质量降低损耗，对降低生产成本具有重要意义。

在轧辊各部位中，轧辊轴颈是工作环境最为恶劣的部位之一，也是轧辊工件失效损坏的主要部位。轧辊轴颈在稳定运行阶段处于全膜润滑，而在低速或运行/停车阶段时润滑膜效率降低，处于混合边界润滑状态。在跑合阶段时润滑油被挤出接触区，油膜太薄以至不能形成足够的边界膜，再加上轧辊的长时间连续工作，局部接触面处于贫油润滑状态，因此轧辊轴颈的摩擦系数较高，导致轧辊轴颈及其配副的轴承的寿命并不高，轴颈和轴承的寿命一般只有一年的时间，同时摩擦阻力大也会降低能源效率。

目前，轧辊轴颈加工通常先经过机加工，再采用淬火强化提高轴颈硬度和耐磨性能，最后精磨获得低表面粗糙度，以达到耐磨、减摩的目的。现有的轧辊轴颈存在以下缺陷：1、轴颈采用低粗糙度的光滑表面，会产生润滑膜刚度低，导致摩擦阻力大、磨损率高的缺点；2、摩擦阻力大导致能源效率低的缺点；3、感应淬火的方法，当轧辊尺寸变化时，带来许多附加工作，降低生产效率，增加生产设备，从而提高生产成本；4、感应淬火不可避免的产生少量变形，淬火后一般都需要精磨工序，由于淬火后硬度高，精磨难度增大，增加生产成本；5、感应淬火需要冷却液，对环境有一定的污染，以及产生高温和辐射对工人身体健康不利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈，其目的是减少轧辊轴颈与轴承之间的磨损，延长使用寿命，降低成本。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈，轴颈设在轧辊本体两端，所述的轴颈表面设有用于存储润滑油的凹槽结构。

所述的凹槽结构为一组开口为圆形的凹槽结构，开口直径为100-250μm、槽间距为50-200μm、槽深为50-250μm、织构密度为15-20%。

所述的凹槽结构的开口直径150μm、槽间距为100μm、槽深为100μm、织构密度为16%。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈的生产工艺，包括以下步骤：

1）、轧辊毛坯制备；

2）、轧辊调质处理；

3）、轧辊轴颈粗加工；

4）、轧辊轴颈精磨；

5）、轧辊轴颈表面激光织构化处理，形成均匀分布的凹槽结构；

6）、去除加工毛刺处理。

其中，优选的，所述的激光为Nd：YAG脉冲激光，激光参数为：激光波长为1000-1100nm，消光比≧32dB，激光输出最大单脉冲能量为45-55J，激光脉冲频率为1-100Hz，激光脉冲宽度为1-500ns。

所述的步骤5）中激光处理时，激光束不动，轧辊轴颈动。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、在轧辊轴颈表面设有用于存储润滑油的凹槽结构，在跑合或低速时可以将凹槽结构中的润滑油引入高接触载荷区域，作为低速下低压润滑油路径进口，提高轧辊轴颈润滑油膜的刚度，从而增加润滑膜厚度，降低机械摩擦副混合润滑条件下的摩擦阻力和磨损，减少轧辊轴颈与轴承之间的磨损，延长使用寿命，降低成本；

2、激光处理提高轧辊轴颈的硬度，可以代替淬火处理，轴颈使用寿命提高3倍以上，此外，激光处理的轴颈不会产生变形，不需要在轴颈的高硬度状态下进行精磨加工，降低了精磨难度，提高生产效率；

3、激光处理只是对微小的区域联系加工，工件的大小对激光器的要求没有影响，因此处理不同尺寸的轧辊轴颈时，只需要更换夹具就可以加工，生产设备适应性强；

4、不需要冷却液、没有辐射，生产安全，不会危害工人的身体健康。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明轧辊构造示意图。

图2为本发明生产工艺流程图。

图中：1.轧辊本体、2.轴颈、3.凹槽结构。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，一种耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈，轴颈2设在轧辊本体1两端，轴颈2表面设有用于存储润滑油的凹槽结构3。

其中，凹槽结构3为一组开口为圆形的凹槽结构，开口直径为100-250μm、槽间距为50-200μm、槽深为50-250μm、织构密度为15-20%。

优选的，凹槽结构3的开口直径150μm、槽间距为100μm、槽深为100μm、织构密度为16%，该种微槽储油结构摩擦性能佳，摩擦阻力小。

如图2所示，为耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈的生产工艺流程图，包括以下步骤：

1）、轧辊毛坯制备；

2）、轧辊调质处理；

3）、轧辊轴颈粗加工；

4）、轧辊轴颈精磨；

5）、轧辊轴颈表面激光织构化处理，形成均匀分布的凹槽结构；

6）、去除加工毛刺处理。

其中，优选的，激光的发生器晶体为Nd：YAG，即激光为Nd：YAG脉冲激光，激光参数为：激光波长为1000-1100nm，消光比≧32dB，激光输出最大单脉冲能量为45-55J，激光脉冲频率为1-100Hz，激光脉冲宽度为1-500ns。

在步骤5）中激光加工处理时，可以由三种方法实现，1、轧辊轴颈不动，激光束动；2、激光束不动，轧辊轴颈动；3、两者都动。优选的，本发明采用第二种，即激光束不动，轧辊轴颈动，将高能量密度和高重复频率的脉冲激光等间隔作用于轧辊轴颈表面并使之熔化，等间隔地逐点辐照按一定速度运动着的试样表面，从而形成均匀分布的凹槽结构，工艺操作简单。

以常用的热轧辊中的60CrMnMo工作轧辊为例，对轧辊两端轴颈进行激光织构化加工处理，处理过程为：

利用Nd：YAG脉冲激光在轴颈表面进行织构化处理，轴颈激光表面织构化生产的激光加工工艺参数为：激光波长为1064nm，激光发生器晶体：Nd:YAG，消光比≧32dB，激光输出最大单脉冲能量为50J，激光脉冲频率为50Hz；激光脉冲宽度为200ns。

采用激光束不动，轧辊轴颈移动，将高能量密度和高重复频率的脉冲激光等间隔作用于轧辊轴颈表面并使之熔化，等间隔地逐点辐照按一定速度运动着的试样表面，从而形成均匀分布的凹槽结构。最终获得织构形貌为微槽形状、槽开口直径为150μm、槽间距为100μm、槽深为100μm及织构密度为16%的织构化轧辊轴颈。

再以常用的冷轧辊中的8CrMoV工作轧辊为例，从选料到最后包装出厂的全部生产工艺为：

1、原材料选择，轧辊要求高耐磨性能，热轧辊还需要具备红硬性，因此在材料的选择中需要添加耐磨元素及热轧辊的红硬性元素；

2、熔炼工艺，零部件的性能很大部分由熔炼工艺影响，在原材料一样的前提下，如果熔炼工艺不当，则轧辊的性能将大大受到影响；在发明中材料的熔炼分成EBT初炼和LF精炼两个步骤；

3、浇注成型，在浇注凝固后，要求轧辊不能有宿松、缩孔现象，表面不能有热烈产生，同时要求表面的组织越致密越好，调质处理，之后进行粗加工；

4、轧辊探伤检测

1）、对轴向裂纹检测

轴向探测在辊身中部沿圆周方向涂上5-10mm宽的耦合剂环带，将探头置于其上，波束垂平行辊端面入射，进行正反两个方向探测。

轧辊辊面操作侧端部任取一点设A点为基准,传动侧端部设B点为终点取一条母线为AB线，涂耦合剂后由A点检测至B点,检查无异常，探头旋转180度由A点检测至B点。上述的检测无异常，将轧辊表面的耦合剂擦拭干净。将轧辊转动90度，重复上述步骤的检查。在轧辊表面两条母线4个方向开展表面波探伤可以100％检查出辊面缺陷。

2）、对圆周方向发展的裂纹检测

圆周方向探测在辊身沿轴向涂上两条互成180度的5-10mm宽的耦合剂轴向带，将仪器灵敏度在上述基础上再增益6dB后进行正反两个方向探测。

3）、轧辊缺陷判定

检测发现异常波时，首先要对异常波部位进行定位：用手指蘸耦合剂，在探头晶片向前传递方向进行测试，当耦合点与异常波重合时，此处即为异常位置，先目视查看能否发现缺陷，目视不能发现的情况下再采用磁粉或着色进行探伤，以发现裂纹。

其中，缺陷波高不得大于20%，出现此类缺陷，结合磁粉检测后，对于细小热裂发纹或砂轮颗粒划伤可放行使用。

缺陷波高大于20%时，结合磁粉检测后，轧辊需重新磨削加工，磨削后进行表面波复检，检测无异常后予以放行。

5、激光加工处理

利用Nd：YAG脉冲激光在轴颈表面进行织构化处理，轴颈激光表面织构化生产的激光加工工艺参数为：激光波长为1064nm，激光发生器晶体：Nd:YAG，消光比≧32dB，激光输出最大单脉冲能量为50J，激光脉冲频率为55Hz，激光脉冲宽度为300ns。

采用激光束不动，轧辊移动，最终获得织构形貌为微槽形状，槽开口直径为150μm、槽间距为100μm、槽深为100μm及织构密度为16%的织构化轧辊轴颈。

6、精细加工去除加工毛刺，包装出厂。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈，轴颈（2）设在轧辊本体（1）两端，其特征在于：所述的轴颈（2）表面设有用于存储润滑油的凹槽结构（3）。

2.如权利要求1所述的耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈，其特征在于：所述的凹槽结构（3）为一组开口为圆形的凹槽结构，开口直径为100-250μm、槽间距为50-200μm、槽深为50-250μm、织构密度为15-20%。

3.如权利要求2所述的耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈，其特征在于：所述的凹槽结构（3）的开口直径150μm、槽间距为100μm、槽深为100μm、织构密度为16%。

4.一种如权利要求1所述的耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈的生产工艺，其特征在于：所述的生产工艺包括以下步骤：

1）、轧辊毛坯制备；

2）、轧辊调质处理；

3）、轧辊轴颈粗加工；

4）、轧辊轴颈精磨；

5）、轧辊轴颈表面激光织构化处理，形成均匀分布的凹槽结构；

6）、去除加工毛刺处理。

5.如权利要求4所述的耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈的生产工艺，其特征在于：所述的激光为Nd：YAG脉冲激光，激光参数为：激光波长为1000-1100nm，消光比≧32dB，激光输出最大单脉冲能量为45-55J，激光脉冲频率为1-100Hz，激光脉冲宽度为1-500ns。

6.如权利要求4所述的耐磨、低摩擦阻力的轧辊轴颈的生产工艺，其特征在于：所述的步骤5）中激光处理时，激光束不动，轧辊轴颈动。

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