CN109550787B - 分段式变过盈量组合式冷轧支承辊 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轧机技术领域，本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其包括辊芯和辊套，辊芯和辊套形成组合式轧辊；辊套与辊芯的本体部之间采用过盈配合，辊套为中空的圆筒形结构，辊芯包括本体部和位于本体部两侧的连接部；辊芯的本体部采用变过盈量进行分段加工，每段分别采用各段预设的尺寸公差和表面粗糙度，通过改变表面粗糙度来改变摩擦系数实现整个过盈配合面摩擦力轴向分布趋于均匀；同时每段具有各段预设的尺寸精度，右部分的公差情况和左部分对称；过盈配合量由中部到边部逐渐变小，边部接触应力小于中部接触应力。
Description
技术领域
本发明涉及轧机设备技术领域，具体涉及一种分段式变过盈量组合式冷轧支承辊。
背景技术
支承辊是用于支持工作辊和中间辊的轧辊。目前国内冷轧支承辊普遍采用整体铸造或整体锻造方法制造，疲劳裂纹扩展引起的支承辊表层剥落等质量缺陷会导致整根支承辊的报废，造成辊耗偏高和轧辊材料的极大浪费。而冷连轧机组合式支承辊的辊套内侧不需要加工键槽或内螺纹，由辊芯和辊套通过热过盈配合加工在一起，由热装配产生的热装配应力来保证辊套和辊芯表面的有效结合，当组合式支承辊表层产生质量问题时，仅需更换辊套，辊芯可以多次重复使用。但是组合式支撑辊对于装配的应力要求很高，冷轧过程中辊套和辊芯过盈配合面接触应力沿轴向和径向分布都不均匀且呈非线性，另外过盈配合面微动滑移轴向和径向分布也不均匀，整个过盈配合面轴向和径向的微动磨损不均匀，一般都是过盈配合面轴向外侧磨损比内侧磨损严重，因此过盈配合面边部和中部微动疲劳寿命差别较大。为了严格控制装配的应力，需要采取一种方法来有效的控制装配的应力。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提出一种分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其将辊芯外表面分段进行加工使其具有不同的尺寸精度以保证过盈配合量由中部到边部逐渐变小，使边部接触应力小于中部接触应力，并且在辊套内孔外端加工曲线倒角以改善过盈配合面不均匀磨损，以提高整个过盈配合面微动疲劳寿命。
本发明的技术方案如下：
一种分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其包括辊芯和辊套，所述辊芯和所述辊套形成组合式轧辊；所述辊套与所述辊芯的本体部之间采用过盈配合，所述辊套与所述辊芯的本体部之间具有过盈配合量，
所述辊套为中空的圆筒形结构，所述辊芯包括本体部和位于本体部两侧的连接部；
所述辊芯的本体部包括左半部分和右半部分，左半部分包括至少两段，各段采用变过盈量进行分段加工，每段分别采用各段预设的尺寸公差和表面粗糙度，通过改变表面粗糙度来改变摩擦系数实现整个过盈配合面摩擦力轴向分布趋于均匀；同时每段具有各段预设的尺寸精度，右半部分的结构与左半部分的结构对称，且右半部分的各段的公差和左半部分各段的公差对称；所述过盈配合量由中部到边部逐渐变小，边部接触应力小于中部接触应力，以改善过盈配合面微动滑移轴向和径向分布不均匀，解决整个过盈配合面轴向和径向的微动磨损不均匀的问题，提高过盈配合面微动疲劳寿命。
优选地，所述辊芯的本体部包括两部分，其分别为第一部分和第二部分，第一部分为左半部分，预设辊芯的本体部分的长度为L，其中辊芯的本体部的左半部分的长度为1/2L，辊芯的本体部的右半部分的长度为1/2L；第二部分为右半部分，所述左半部分从左到右按照2:3:4的比例分成3段，每段分别长1/9L、3/18L、2/9L，每段与所述辊套的配合公差分别为
所述右半部分的装配情况和所述左半部分对称，所述右半部分从右到左按照2:3:4的比例分成3段，每段分别长1/9L、3/18L、2/9L，每段与所述辊套的配合公差分别为
优选地，所述辊套内孔两端的设计采用三次曲线和斜直线倒角，以使边部接触应力小于中部接触应力。
优选地，所述辊套的内孔外端加工曲线倒角以改善过盈配合面不均匀磨损，以提高整个过盈配合面微动疲劳寿命。
优选地，所述辊套的内孔径采用H7的偏差。
优选地，所述辊芯的内孔采用倒角，其斜直线倒角部分的倒角的水平方向的长度为L1，竖直方向的尺寸长度为H1；在三次曲线连接的部分，其水平方向的长度为L2，三次倒角的深度为H2；三次曲线的方程为y＝ax^3+bx^2+cx+d，式中的a、b、c、d为辊型的优化系数，x为曲线方程水平方向的尺寸参数，y为曲线方程竖直方向的尺寸参数。
优选地，L1＝5mm，H1＝0.8mm；L2＝95mm；H2＝0.81mm。
优选地，a＝0.0000006，b＝-0.00021，c＝0.025，d＝-0.0006。
优选地，对辊套采用加热处理，辊芯采用冷却处理，将两部分装配到一起形成组合式冷轧支承辊。
本发明的有益效果如下：
本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，针对热装冷轧组合式支撑辊过盈配合面微动损伤出现局部化现象，经过大量有限元模拟和实验研究，充分考虑微动滑移量、微动滑移速度、表面应力和应变及摩擦功的分布特点，以最大限度提高组合式支承辊微动疲劳寿命为目标，其将传统的整体锻造轧辊分为两部分，包括辊套和辊芯，辊套和辊芯采用变过盈配合进行装配。所述辊芯沿轴向长度按照2:3:4:4:3:2的比例分为6段，每段分别采用不同的尺寸公差和表面粗糙度，用基孔制配合，每段的配合公差为H7/p6、H7/r6、H7/s6、H7/r6、H7/p6。辊套内孔采用以中心对称，从中间向两边依次为直线段、三次曲线段和斜直线段，其中三次曲线和斜直线为倒角设计。
附图说明
图1是根据本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊的结构示意图；
图2是根据本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊的辊芯的结构示意图；
图3是根据本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊的辊套的结构示意图；以及
图4是根据本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊的辊套倒角部分放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细描述。
根据本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，如图1至图4所示，其包括辊芯和辊套，辊芯和辊套通过变过盈配合形成组合式轧辊。当轧辊表面出现质量问题时，仅更新辊套以替代轧辊的整体报废，减少由疲劳裂纹扩展引起的支承辊表层剥落等质量缺陷造成的辊耗偏高和轧辊材料的极大浪费，降低生产过程中由轧辊带来的成本。
具体地，图1中示出了根据本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊的结构，其包括辊套1和辊芯2。
辊套1为中空的圆筒形结构，辊芯2包括本体部和位于本体部两侧的连接部，如图1和图2所示。
辊套1和辊芯2通过过盈配合固定连接在一起，也就是说辊套1与辊芯2的本体部之间采用过盈配合，进一步地，辊套1和辊芯2的配合为变过盈装配，如图1所示，将辊芯2的本体部分成两部分，其分别为第一部分21和第二部分22，第一部分为左半部分，第二部分为右半部分，预设辊芯的本体部分的长度为L，其中辊芯的本体部的左半部分的长度为1/2L，辊芯的本体部的右半部分的长度为1/2L。连接部包括第一连接部23和第二连接部24，第一连接部23与辊芯的第一部分21相连，第二连接部24与辊芯的第二部分22相连。
辊芯2的本体部的左半部分从左到右按照2:3:4的比例分成3段，每段分别长1/9L、3/18L、2/9L，每段的配合公差为
辊芯的本体部的右半部分的装配情况和辊芯的本体部的左半部分对称，也就是说，辊芯的本体部的右半部分从右到左按照2:3:4的比例分成3段，每段分别长1/9L、3/18L、2/9L，每段的配合公差为
具体地，辊芯的本体部的第一部分21按照如图1所示的方向，沿着从左到右的方向上依次包括第一段211、第二段212和第三段213，辊芯的本体部的第一部分21的第一段211的长度为1/9L；辊芯的本体部的第一部分21的第二段212的长度为3/18L；辊芯的本体部的第一部分21的第三段213的长度为2/9L。
辊芯的本体部的第一部分的第一段与辊套的配合公差为
辊芯的本体部的第一部分的第二段与辊套的配合公差为
辊芯的本体部的第一部分的第三段与辊套的配合公差为
具体地，辊芯的本体部的第二部分按照如图1所示的方向，沿着从右到左的方向上依次包括第一段、第二段和第三段，辊芯的本体部的第二部分的第一段的长度为1/9L；辊芯的本体部的第二部分的第二段的长度为3/18L；辊芯的本体部的第二部分的第三段的长度为2/9L。
辊芯的本体部的第二部分的第一段与辊套的配合公差为
辊芯的本体部的第二部分的第二段与辊套的配合公差为
辊芯的本体部的第二部分的第三段与辊套的配合公差为
辊芯采用变过盈量进行分段加工，使其具有不同的尺寸精度以保证过盈配合量由中部到边部逐渐变小，使边部接触应力小于中部接触应力，其能够改善过盈配合面微动滑移轴向和径向分布不均匀，解决整个过盈配合面轴向和径向的微动磨损不均匀的问题，提高过盈配合面微动疲劳寿命。
优选地，辊套1内孔径的两端均采用三次曲线和斜直线为倒角设计，辊套内孔两端的设计采用三次曲线和斜直线倒角，以使边部接触应力小于中部接触应力，并且在辊套内孔外端加工曲线倒角以改善过盈配合面不均匀磨损，以提高整个过盈配合面微动疲劳寿命。
图2示出了根据本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊的辊芯的结构，沿辊芯轴向长度对称中心线分左右两部分，左半部分按照2:3:4的比例分成3段，即每段分别长1/9L、3/18L、2/9L，每段的基本偏差分别为p6、r6、s6。每段分别采用不同的尺寸公差和表面粗糙度，通过改变表面粗糙度来改变摩擦系数实现整个过盈配合面摩擦功轴向分布趋于均匀，从而提高支承辊的使用寿命。右部分的公差情况和左部分对称。
图3示出了根据本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊的辊套的结构。辊套的内孔径采用H7的偏差。辊套的内孔径两端设置倒角。
图4示出了根据本发明的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊的辊套倒角部分的放大视图，辊芯的内孔两端均采用斜直倒角和三次倒角，在斜直倒角部分水平方向的尺寸为L1＝5mm，竖直方向的尺寸为H1＝0.8mm；在三次倒角的部分，其水平方向的尺寸为L2＝95mm，竖直方向的深度尺寸为H2＝0.81mm。三次倒角的三次曲线方程为y＝ax^3+bx^2+cx+d，式中的a、b、c、d为辊型的优化系数，x为三次曲线的水平方向的参数，y为三次曲线竖直方向的参数。
优选地，其中a＝0.0000006，b＝-0.00021，c＝0.025，d＝-0.0006。
轧辊的倒角设计具体的参数值可以根据实际需要作稍微的改动。当辊芯和辊套加工到上述的参数时，对辊套采用加热处理，辊芯采用冷却处理，将两部分装配到一起，完成整个轧辊的装配过程。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其特征在于，其包括辊芯和辊套，所述辊芯和所述辊套形成组合式轧辊；所述辊套与所述辊芯的本体部之间采用过盈配合，所述辊套与所述辊芯的本体部之间具有过盈配合量，
所述辊套为中空的圆筒形结构，所述辊芯包括本体部和位于本体部两侧的连接部；
所述辊芯的本体部包括左半部分和右半部分，左半部分包括至少两段，各段采用变过盈量进行分段加工，每段分别采用各段预设的尺寸公差和表面粗糙度，通过改变表面粗糙度来改变摩擦系数实现整个过盈配合面摩擦力轴向分布趋于均匀；同时每段具有各段预设的尺寸精度，右半部分的结构与左半部分的结构对称，且右半部分的各段的公差和左半部分各段的公差对称；所述过盈配合量由中部到边部逐渐变小，边部接触应力小于中部接触应力。
2.如权利要求1所述的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其特征在于，所述辊芯的本体部包括两部分，其分别为第一部分和第二部分，第一部分为左半部分，预设辊芯的本体部分的长度为L，其中辊芯的本体部的左半部分的长度为1/2L，辊芯的本体部的右半部分的长度为1/2L；第二部分为右半部分，所述左半部分从左到右按照2:3:4的比例分成3段，每段分别长1/9L、3/18L、2/9L，每段与所述辊套的配合公差分别为
所述右半部分的装配情况和所述左半部分对称，所述右半部分从右到左按照2:3:4的比例分成3段，每段分别长1/9L、3/18L、2/9L，每段与所述辊套的配合公差分别为
3.如权利要求1所述的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其特征在于，所述辊套内孔两端的设计采用三次曲线和斜直线倒角。
4.如权利要求3所述的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其特征在于，所述辊套的内孔外端加工曲线倒角以改善过盈配合面不均匀磨损。
5.如权利要求4所述的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其特征在于，所述辊套的内孔径采用H7的偏差。
6.如权利要求5所述的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其特征在于，所述辊芯的内孔采用倒角，其斜直线倒角部分的倒角的水平方向的长度为L1，竖直方向的尺寸长度为H1；在三次曲线连接的部分，其水平方向的长度为L2，三次倒角的深度为H2；三次曲线的方程为y＝ax^3+bx^2+cx+d，式中的a、b、c、d为辊型的优化系数，x为曲线方程水平方向的尺寸参数，y为曲线方程竖直方向的尺寸参数。
7.如权利要求6所述的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其特征在于，L1＝5mm，H1＝0.8mm；L2＝95mm；H2＝0.81mm。
8.如权利要求7所述的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其特征在于，a＝0.0000006，b＝-0.00021，c＝0.025，d＝-0.0006。
9.如权利要求1-8中任一所述的分段式变过盈量组合式冷轧支承辊，其特征在于，对辊套采用加热处理，辊芯采用冷却处理，将两部分装配到一起形成组合式冷轧支承辊。
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