CN111804733A - 一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法，包括如下步骤：（1）辊芯外圆加工、（2）计算辊芯平均外径尺寸、（3）确定辊套内径目标尺寸、（4）辊套内圆加工、（5）热装配和（6）轧辊加工。本发明可准确测量钢辊芯的外径尺寸，根据环境温度因素科学计算辊套内径最终加工尺寸，有效避免因辊芯和辊套所处环境温度的不同，从而造成过盈量控制的不准确，影响装配质量；合理选择表面粗糙度，即确保了装配精度，又合理控制加工成本；结合热装配工艺，既可以保证热装后铸轧生产时辊套不发生滑套影响正常生产，又可最大限度保护辊套不被损坏，延长使用寿命，实现效益的最大化。

Description

一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法
技术领域
本发明属于铝合金铸轧技术领域，涉及一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法。
背景技术
铸轧辊是生产铝及铝合金板坯卷连续铸轧设备的主要部件，铸轧辊由辊芯和辊套组成，为使铸轧辊套在铸轧过程中可靠地传递扭矩，通常通过热装过盈配合的方法将辊套和辊芯装配在一起。热装过程中最重要的工艺参数是过盈量，过盈量根据辊套材质、传递扭矩大小、辊套使用的最小厚度进行计算选择。过盈量过小，轧制时辊套和辊芯之间会产生较大的相对运动，影响轧制过程的稳定，对控制板形极为不利；过盈量过大，会产生过大的内应力，增加辊套爆裂的可能。辊套属于消耗品，使用到一定程度就会失效。铸轧辊套价格昂贵，其寿命价值的高低直接影响着铸轧生产成本，如何提高铸轧辊套的寿命价值是当前铸轧生产企业技术人员必须考虑的课题。
在铸轧生产过程中，铸轧辊辊套是影响产品质量及成本的主要因素之一。若使用过程中出现因板形差、辊套爆裂、辊套穿透性裂纹及辊套中间严重缺陷等原因引起的辊套报废，则会对企业造成很大的损失，造成以上严重后果的众多影响因素中，辊套与辊芯装配工艺的不科学、不合理是主要原因。
通过分析研究各铝加工厂的铸轧辊套装配工艺，研究发现国内各厂普遍存在着辊套和辊芯尺寸测量不严谨、过盈量设定不科学、粗糙度和加热保温工艺不合理的问题，造成辊套使用寿命较短，通过量低，辊套成本居高不下，本发明针对以上问题提出一种新的方法，有效保证了辊套装配质量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法。
为此，本发明采取如下技术方案：
一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）辊芯外圆加工：将辊芯外径磨削至既定的目标尺寸，并记录测量时所在环境温度T1，加工后的辊芯外圆表面粗糙度控制在Ra0.6～1.0μm；
（2）计算辊芯平均外径尺寸：测量辊芯两端及中间三个部位的外径D1、D2、D3，设辊芯外径为OD1，则OD1=（D1+D2+D3）/3；
（3）确定辊套内径尺寸：测量辊套所在环境温度T2，将辊芯在T1温度时的外径尺寸OD1折算成T2温度下的尺寸OD2，再根据辊芯与辊套装配过盈系数ε，确定辊套最终内径的目标尺寸ID；
（4）辊套内圆加工：将辊套内径加工至目标尺寸ID，加工后的辊套内圆表面粗糙度为Ra1.0～1.4μm；
（5）热装配：将辊套垂直放置在加热炉中，对辊套进行加热，加热时辊套的升温速度不超过50℃/h，待辊套温度达到400～500℃时，停止加热，将辊套保温2～4h，保温结束后将辊芯安装至辊套内，固定辊芯与辊套的相对位置，然后进行冷却，当辊套温度低于40℃时出炉，完成铸轧辊装配；
（6）铸轧辊加工：对铸轧辊进行自然冷却，待铸轧辊温度冷却至室温后，对轧辊进行车削和磨削加工。
进一步地，其特征在于，所述步骤（3）中，设辊芯在T2温度下的外径尺寸为OD2，折算方法为OD2=OD1+α×∆T×OD1，其中∆T=T2-T1，α为辊芯的热膨胀系数。
进一步地，所述步骤（3）中，确定辊套内径尺寸ID时，ID=OD2/(1+ε)，其中辊套与辊芯的装配过盈系数ε=0.12～0.15%，最终过盈量为η=OD2-ID。
进一步地，所述步骤（4）中，加工后的辊套内圆表面粗糙度为Ra1.2μm。
进一步地，所述步骤（5）中，紧贴辊套外圆沿周向均匀设置3个热电偶并用耐火棉包覆。
进一步地，所述步骤（5）中，各热电偶温差小于5℃。
进一步地，所述步骤（5）中，冷却速度不大于50℃/h。
进一步地，所述步骤（5）中，将辊套垂直放置在井式加热炉中。
本发明的有益效果在于：
（1）准确测量钢辊芯的外径尺寸，根据环境温度因素科学计算辊套内径最终加工尺寸，有效避免因辊芯和辊套所处环境温度的不同，从而造成过盈量控制的不准确，影响装配质量；
（2）结合热装配工艺，既可以保证热装后铸轧生产时辊套不发生滑套影响正常生产，又可最大限度保护辊套不被损坏，延长使用寿命，实现效益的最大化；
（3）合理选择表面粗糙度，即确保了装配精度，又合理控制加工成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1、
铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法按以下步骤实施：
（1）辊芯外圆加工：去按照常规辊芯加工工艺要求将辊芯外圆适量磨削到既定的目标尺寸，并测量辊芯两端及中件三个部位的外圆直径D1、D2、D3，其分别是D1=729.72mm、D2=729.73mm、D3=729.75mm，加工后的辊芯外圆表面粗糙度为Ra0.6μm，与此同时记录下测量外圆时的环境温度T1，此时T1=22℃；
（2）计算辊芯外径平均尺寸：OD1，其中OD1=（D1+D2+D3）/3=729.73mm，即得到T1温度下的辊芯平均外径为729.73mm；
（3）确定辊套内径尺寸，测量辊套所在环境温度T2为29℃，将辊芯尺寸OD1折算成T2温度下的尺寸OD2，具体方法为OD2=OD1+α×∆T×OD1=729.79mm，其中∆T=T2-T1，α为钢辊芯的热膨胀系数，辊芯材质为42CrMo，热膨胀系数α为1.11×10-5/℃；由此可得辊套的内径尺寸为ID，取辊套与辊芯的装配过盈系数ε取0.14%，ID=OD2/(1+ε)=728.77mm，最终过盈量为η=OD2-ID=1.02mm；
（4）辊套内圆加工：将辊套内径加工至目标尺寸728.77mm，内圆表面粗糙度控制在Ra1.0μm，表面粗糙度过高，会导致加工难度增加，进而使得加工成本过高，选用此表面粗糙度即可确保装配精度，同时又有效控制成本，有效提高性价比；
（5）热装配：热装配可以保证铸轧生产时辊套不发生滑套影响正常生产，又可最大限度保护辊套不被损坏，延长使用寿命，具体地，4将加工好的辊套垂直放置在井式加热炉中，紧贴辊套外圆均匀设置3个热电偶监控辊套的实际升温速度，并用耐火棉包覆热电偶，盖好炉门后通电升温，升温速度30℃/h，待辊套温度达到450℃后，保温2h，在这一过程中各个热电偶之间的温差为3℃，保温的目的在于，通过保温热扩散，辊套各部位均达到目标温度，从而使辊套各个部位的热膨胀量一致，确保辊芯在安装过程中平稳进入辊套，不产生卡阻，然后将辊芯吊装至辊套内并固定好两者的相对位置，盖上炉盖断电随炉冷却，冷却速度为40℃/h，待辊套温度降至38℃后出炉，完成铸轧辊装配，因装配好的辊套在加热炉内冷却时，辊芯的热量通过辊套向周围环境传递，辊套的温降快于辊芯，如果冷却速度大于50℃/h，辊套的降温速度过快，使得辊套与辊芯之间冷却速度的不均匀，进而产生收缩不同步，辊套的收缩快辊芯的收缩慢，辊套与辊芯之间产生巨大的装配应力，而又不能及时释放，轻者会降低辊套的使用寿命，严重的会使辊套胀裂，导致辊套报废，通过多组实验发现50℃/h是辊套装配后在加热炉内冷却的极限冷却速度；
（6）轧辊加工：将装配好的轧辊放置在室内进行自然冷却，待轧辊温度冷却至室温后，按照工艺要求对轧辊进行车削和磨削加工。
实施例2、
铝合金铸轧用辊套的装配方法按以下步骤实施：
（1）辊芯外圆加工，去按照常规辊芯加工工艺要求将辊芯外圆适量磨削到既定的目标尺寸，并测量辊芯两端及中件三个部位的外圆直径D1、D2、D3，其分别为D1=729.48mm、D2=729.49mm、D3=729.49mm，加工后的辊芯外圆表面粗糙度为Ra1.0μm，与此同时记录下测量外圆时的环境温度T1，此时T1=6℃；
（2）计算辊芯外径平均尺寸OD1，其中OD1=（D1+D2+D3）/3=729.49mm，即得到T1温度下的辊芯平均外径为729.49mm；
（3）确定辊套内径尺寸，测量辊套所在环境温度T2为21℃，将辊芯尺寸OD1折算成T2温度下的尺寸OD2，具体方法为OD2=OD1+α×∆T×OD1=729.61mm，其中∆T=T2-T1，α为钢辊芯的热膨胀系数，辊芯材质为42CrMo，热膨胀系数α为1.11×10-5/℃，由此可得辊套的内径尺寸为ID，取辊套与辊芯的装配过盈系数ε取0.12%，ID=OD2/(1+ε)=728.74mm，最终过盈量为η=OD2-ID=0.87mm；
（4）辊套内圆加工，将辊套内径加工至目标尺寸728.74mm，内圆表面粗糙度控制在Ra1.2μm；
（5）热装配：将加工好的辊套垂直放置在井式加热炉中，紧贴辊套外圆均匀设置3个热电偶监控辊套的实际升温速度，并用耐火棉包覆热电偶，盖好炉门后通电升温，升温速度30℃/h，待辊套温度达到400℃后，保温3h，在这一过程中各个热电偶之间的温差小于4℃，然后将辊芯吊装至辊套内并固定好两者的相对位置，盖上炉盖断电随炉冷却，冷却速度为50℃/h，待辊套温度降至33℃后出炉，完成铸轧辊装配；
（6）轧辊加工：将装配好的轧辊放置在室内进行自然冷却，待轧辊温度冷却至室温后，按照工艺要求对轧辊进行车削和磨削加工。
实施例3、
铝合金铸轧用辊套的装配方法按以下步骤实施：
（1）辊芯外圆加工，去按照常规辊芯加工工艺要求将辊芯外圆适量磨削到既定的目标尺寸，并测量辊芯两端及中件三个部位的外圆直径D1、D2、D3，其分别为D1=839.62mm、D2=839.64mm、D3=839.63mm，加工后的辊芯外圆表面粗糙度为Ra0.81μm，与此同时记录下测量外圆时的环境温度T1，此时T1=23℃；
（2）计算辊芯外径平均尺寸OD1，其中OD1=（D1+D2+D3）/3=839.63mm，即得到T1温度下的辊芯平均外径为839.63mm；
（3）确定辊套内径尺寸，测量辊套所在环境温度T2为21℃，将辊芯尺寸OD1折算成T2温度下的尺寸OD2，具体方法为OD2=OD1+α×∆T×OD1=839.65mm，其中∆T=T2-T1，α为钢辊芯的热膨胀系数，辊芯材质为42CrMo，热膨胀系数α为1.11×10-5/℃，由此可得辊套的内径尺寸为ID，取辊套与辊芯的装配过盈系数ε取0.15%，ID=OD2/(1+ε)= 838.39mm，最终过盈量为η=OD2-ID=1.26mm；
（4）辊套内圆加工，将辊套内径加工至目标尺寸838.39mm，内圆表面粗糙度控制在Ra1.4μm；
（5）热装配：将加工好的辊套垂直放置在井式加热炉中，紧贴辊套外圆均匀设置3个热电偶监控辊套的实际升温速度，并用耐火棉包覆热电偶，盖好炉门后通电升温，升温速度30℃/h，待辊套温度达到450℃后，保温3h，在这一过程中各个热电偶之间的温差为4℃，然后将辊芯吊装至辊套内并固定好两者的相对位置，盖上炉盖断电随炉冷却，冷却速度为30℃/h，待辊套温度降至35℃后出炉，完成铸轧辊装配；
（6）轧辊加工：将装配好的轧辊放置在室内进行自然冷却，待轧辊温度冷却至室温后，按照工艺要求对轧辊进行车削和磨削加工。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所做的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）辊芯外圆加工：将辊芯外径磨削至既定的目标尺寸，并记录测量时所在环境温度T1，加工后的辊芯外圆表面粗糙度控制在Ra0.6～1.0μm；
（2）计算辊芯平均外径尺寸：测量辊芯两端及中间三个部位的外径D1、D2、D3，设辊芯外径为OD1，则OD1=（D1+D2+D3）/3；
（3）确定辊套内径尺寸：测量辊套所在环境温度T2，将辊芯在T1温度时的外径尺寸OD1折算成T2温度下的尺寸OD2，再根据辊芯与辊套装配过盈系数ε，确定辊套最终内径的目标尺寸ID；
（4）辊套内圆加工：将辊套内径加工至目标尺寸ID，加工后的辊套内圆表面粗糙度为Ra1.0～1.4μm；
（5）热装配：将辊套垂直放置在加热炉中，对辊套进行加热，加热时辊套的升温速度不超过50℃/h，待辊套温度达到400～500℃时，停止加热，将辊套保温2～4h，保温结束后将辊芯安装至辊套内，固定辊芯与辊套的相对位置，然后进行冷却，当辊套温度低于40℃时出炉，完成铸轧辊装配；
（6）铸轧辊加工：对铸轧辊进行自然冷却，待铸轧辊温度冷却至室温后，对轧辊进行车削和磨削加工。
2.根据权利要求1所述一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法，其特征在于，所述步骤（3）中，设辊芯在T2温度下的外径尺寸为OD2，折算方法为OD2=OD1+α×∆T×OD1，其中∆T=T2-T1，α为辊芯的热膨胀系数。
3.根据权利要求1所述一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法，其特征在于，所述步骤（3）中，确定辊套内径尺寸ID时，ID=OD2/(1+ε)，其中辊套与辊芯的装配过盈系数ε=0.12～0.15%，最终过盈量为η=OD2-ID。
4.根据权利要求1所述一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法，其特征在于，所述步骤（4）中，加工后的辊套内圆表面粗糙度为Ra1.2μm。
5.根据权利要求1所述一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法，其特征在于，所述步骤（5）中，紧贴辊套外圆沿周向均匀设置3个热电偶并用耐火棉包覆。
6.根据权利要求1所述一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法，其特征在于，所述步骤（5）中，各热电偶温差小于5℃。
7.根据权利要求1所述一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法，其特征在于，所述步骤（5）中，冷却速度不大于50℃/h。
8.根据权利要求1所述一种铝合金铸轧用铸轧辊的加工及装配方法，其特征在于，所述步骤（5）中，将辊套垂直放置在井式加热炉中。
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