СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВНОГО РОЛИКА Российский патент 1995 года по МПК C21D9/38 

Изобретение относится к непрерывной разливке и может быть также применено в машиностроении при изготовлении составных роликов.

Известен способ изготовления составного ролика (патент Японии 4333, 1965), включающий изготовление оси ролика и бандажа, насадку бандажа на ось и последующее соединение бандажа с осью посредством сварки.

Однако данный способ отличается значительной трудоемкостью, не обеспечивает надежного соединения бандажа с осью, поскольку плотный контакт между этими элементами имеет место лишь в зоне сварного шва. Другим недостатком способа является неравномерность структуры, связанная с наличием зоны термического влияния сварки.

Известен способ изготовления составного ролика [1] включающий изготовление оси ролика и бандажа, их сборку и последующую совместную горячую деформацию бандажа и оси.

Однако при совместной пластической деформации невозможно получить соединение деталей со значительным натягом. В процессе эксплуатации ролика бандаж контактирует с горячим слябом, разогревается, вследствие чего возникает проскальзывание бандажа относительно оси. Другим недостатком способа является значительная его трудоемкость.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления составного ролика [2] включающий изготовление оси ролика и бандажа, состоящего из нескольких колец, насадку бандажа на ось по скользящей посадке и последующую поверхностную закалку бандажа с индукционного нагрева при перемещении зоны закалки вдоль оси ролика.

Однако данный способ не предусматривает перемещения зоны закалки вдоль оси ролика с переменной скоростью, вследствие чего надежность соединения не может быть обеспечена.

Целью изобретения является повышение надежности соединения бандажа с осью.

Цель достигается тем, что в способе изготовления составного ролика, преимущественно для машины непрерывного литья заготовок, включающем изготовление оси ролика и бандажа, состоящего из нескольких колец, насадку бандажа на ось по скользящей посадке и последующую поверхностную закалку бандажа с индукционного нагрева при перемещении зоны закалки вдоль оси ролика, зону закалки по ширине каждого кольца перемещают с переменной скоростью.

Цель достигается также тем, что на уровне торцевых поверхностей каждого бандажного кольца зону закалки перемещают со скоростью, составляющей 0,3-0,7 рабочей скорости, также тем, что на участках, прилегающих к каждой торцевой поверхности каждого бандажного кольца, составляющих 0,10-0,35 ширины кольца, зону закалки перемещают со скоростью, возрастающей по мере удаления от этой торцевой поверхности, а в средней части кольца зону закалки перемещают с рабочей скоростью.

Перемещение зоны закалки вдоль оси ролика с переменной скоростью позволяет при поверхностной закалке бандажа обеспечить равномерный натяг, вследствие чего повышается надежность соединения бандажа с осью.

Перемещение зоны закалки на уровне торцевых поверхностей каждого бандажного кольца со скоростью, составляющей 0,3-0,7 рабочей скорости, позволяет компенсировать "краевой эффект" и нагреть металл кольца вблизи торцевой поверхности до такой же температуры, как и в средней части кольца, чем и достигается дополнительное повышение надежности соединения бандажа с осью.

Перемещение зоны закалки на участках, прилегающих к каждой торцевой поверхности каждого бандажного кольца и составляющих 0,10-0,35 ширины кольца, со скоростью, возрастающей по мере удаления от этой торцевой поверхности, и перемещение зоны закалки в средней части кольца с рабочей скоростью позволяет полностью компенсировать "краевой эффект", обеспечить равномерную усадку кольца по всей его ширине и тем самым дополнительно повысить надежность соединения бандажа с осью.

Способ изготовления составного ролика осуществляют следующим образом.

Изготовляют ось и бандаж, состоящий из нескольких колец. Насаживают бандаж на ось по скользящей посадке. Затем осуществляют поверхностную закалку бандажа с индукционного нагрева при перемещении зоны закалки вдоль оси ролика.

На уровне первой по ходу движения зоны закалки торцевой поверхности каждого кольца зону закалки перемещают вдоль оси ролика со скоростью, составляющей 0,3-0,7 рабочей скорости. На участке, составляющем 0,10-0,35 ширины кольца, скорость перемещения зоны закалки увеличивают до рабочей скорости. В средней части каждого кольца зону закалки перемещают с рабочей скоростью. На участке, примыкающем к второй по ходу движения зоне закалки, торцевой поверхности каждого кольца, и составляющем 0,10-0,35 ширины кольца, скорость перемещения зоны закалки уменьшают от рабочей скорости до скорости, составляющей 0,3-0,7 рабочей скорости.

Опытным путем установлено, что при перемещении зоны закалки вдоль оси ролика с постоянной (рабочей) скоростью не обеспечивается равномерный натяг. А именно, в средней части каждого бандажного кольца на участке, составляющем 0,3-0,8 его ширины, натяг постоянный, а на участках, прилегающих к торцевым поверхностям каждого кольца, натяг убывает по мере приближения к этим поверхностям. Вследствие неравномерного натяга не обеспечивается достаточно надежного соединения бандажа с осью ролика.

Предложенный способ позволяет компенсировать неравномерную усадку бандажного кольца за счет более медленного (по сравнению с рабочей скоростью) перемещения зоны закалки на участках, прилегающих к обеим торцевым поверхностям каждого кольца.

Длина средней части кольца, на которой скорость перемещения зоны закалки должна быть постоянной, определена на основании анализа опытных данных, приведенных в табл. 1.

Критерий Био в данном случае вычисляется по формуле
Bi= αH/λ, где Bi критерий Био (безразмерный);
α коэффициент теплоотдачи при спрейерном охлаждении поверхности кольца после индукционного нагрева, Вт/(м² х К);
Н глубина проникновения электрического тока в тело бандажа при индукционном нагреве, м;
λ коэффициент теплопроводности материала бандажа, Вт/(м х К).

Величины α и Н являются технологическими характеристиками способа обработки и назначаются с учетом свойств материала бандажа и технических характеристик применяемого оборудования. В табл. 1 охвачен весь реально возможный диапазон значений критерия Био.

Как следует из рассмотрения табл. 1, длина среднего участка, в пределах которого усадка кольца постоянна (при перемещении зоны закалки с постоянной скоростью), составляет 0,3-0,8 ширины кольца.

На участках, прилегающих к торцевым поверхностям кольца и составляющих 0,10-0,35 ширины кольца каждый:
[1-(0,3-0,8)] /2= 0,10-0,35, натяг между кольцом и осью убывает по мере приближения к торцевой поверхности кольца, что связано с проявлением "краевого эффекта".

Здесь при перемещении зоны закалки с рабочей скоростью материал кольца не успевает прогреться на достаточную глубину.

Для компенсации этого эффекта следует зону закалки на участках, прилегающих к торцевым поверхностям кольца, перемещать со скоростью, меньшей рабочей.

Предложенная величина минимальной скорости перемещения зоны закалки на уровне торцевых поверхностей установлена на основе анализа результатов механических испытаний бандажированных роликов, представленных в табл. 2.

Появление трещин на поверхности бандажа объясняется тем, что внутренние напряжения в поверхностном слое превышают предел прочности материала бандажа, хотя напряжения в зоне контакта бандажа с осью и невелики.

Касательные напряжения в зоне контакта рассчитаны по формуле
τ=2 ˙M/d˙F, где τ касательное напряжение, Па;
М момент сопротивления проворачиванию бандажа на оси при механических испытаниях, Н ˙м;
d диаметр оси, м;
F площадь контакта, м².

Площадь рассчитана по формуле
F= πdl, где l ширина бандажного кольца, м.

Как следует из табл. 2, хорошее качество соединения бандажа с осью имеет место в том случае, когда скорость перемещения зоны закалки на уровне торцевых поверхностей бандажных колец составляет 0,3-0,7 рабочей скорости.

При уменьшении скорости на уровне торцевых поверхностей до 0,2 рабочей скорости после закалки поверхность бандажа была поражена трещинами, что и явилось причиной уменьшения надежности соединения бандажа с осью.

Увеличение скорости перемещения зоны закалки на уровне торцевых поверхностей сверх 0,7 рабочей скорости приводит к существенному падению усилия сопротивления проворачиванию бандажа относительно оси.

Для осуществления разработанного способа применяется установка ТВЧ вертикального типа, имеющая следующие характеристики: мощность индуктора 250 кВт, частота тока 2500 Гц, частота вращения шпинделя с роликом 20 об/мин, привод перемещения индуктора гидравлический. Регулирование скорости перемещения индуктора осуществляется дросселями, являющимся составным элементом гидросистемы установки. Регулирование может осуществляться в ручном (оператором) или автоматическом режимах. Автоматическое регулирование осуществляется с помощью серийно выпускаемого блока управления, содержащего однокристальную микроЭВМ типа К 1816 ВЕ35, установленную на печатной плате.

П р и м е р 1. Ось ролика машины непрерывного литья заготовок изготовляют из стали 45. Посадочный диаметр оси 230h7. Из стали 25Х1М1Ф изготовляют бандажные кольца шириной 200 мм, диаметром посадочного отверстия 230 мм. Наружный диаметр колец 270h9. Таким образом толщина бандажного кольца составляет 20 мм. Бандажные кольца насаживают на ось по скользящей посадке.

Затем производят поверхностную закалку бандажа с индукционного нагрева, при этом зону закалки перемещают вдоль оси ролика с переменной скоростью. На уровне первой по ходу движения зоны закалки торцевой поверхности каждого кольца скорость перемещения зоны закалки равна 0,6 мм/с, что составляет 0,5 рабочей скорости. Затем на участке длиной 40 мм скорость перемещения зоны закалки монотонно увеличивают и доводят до рабочей скорости равной 1,2 мм/с. В средней части кольца на участке длиной 120 мм зону закалки перемещают с рабочей скоростью 1,2 мм/с. Затем скорость перемещения зоны закалки монотонно снижают. На уровне второй по ходу движения зоны закалки торцевой поверхности кольца скорость перемещения зоны закалки составляет 0,6 мм/с, что равно 0,5 рабочей скорости. Таким образом переменная скорость перемещения зоны закалки имеет место в пределах каждого бандажного кольца на двух участках, примыкающих к торцевым поверхностям. Длина каждого участка равна 40 мм, что составляет 0,2 ширины кольца.

После завершения закалки бандажированный ролик подвергают стабилизирующему отпуску при 650-680^оС.

Технико-экономическое преимущество разработанного технического решения в сравнении с прототипом заключается в повышении степени надежности соединения бандажа с осью, вследствие чего стойкость роликов повыситься на 20-25%

Изобретение относится к непрерывной разливке стали, может быть применено в машиностроении при изготовлении составных роликов машин непрерывного литья заготовки. Цель повышение надежности соединения бандажа с осью. Способ включает изготовление оси ролика и бандажа, состоящего из нескольких колец, насадку бандажа на ось по скользящей посадке и последующую поверхность закалку бандажа с индукцинного нагрева при перемещении зоны закалки вдоль оси ролика. Зону закалки по ширине каждого кольца перемещают с переменной скоростью. На уровне торцевых поверхностей каждого бандажного бандажного кольца зоны закалки перемещают со скоростью, составляющей 0,3 0,7 рабочей скорости. На участках, прилегающих к каждой торцевой поверхности каждого бандажного кольца, составляющих 0,10 0,35 ширины кольца, зону закалки перемещают со скоростью, возрастающей по мере удаления от этой торцевой поверхности, а в средней части кольца зону закалки перемещают с рабочей скоростью. 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВНОГО РОЛИКА преимущественно для машины непрерывного литья заготовок, включающий изготовление оси ролика и бандажа, состоящего из нескольких колец, насадку бандажа на ось по скользящей посадке и поверхностную закалку бандажа с индукционного нагрева при перемещении зоны закалки вдоль оси ролика, отличающийся тем, что зону закалки перемещают по ширине каждого кольца с переменной скоростью. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на уровне торцевых поверхностей каждого бандажного кольца зону закалки перемещают со скоростью, составляющей 0,3 0,7 рабочей скорости. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на участках, прилегающих к каждой торцевой поверхности бандажного кольца, составляющих 0,1 0,35 ширины кольца, зону закалки перемещают со скоростью, возрастающей по мере удаления от этой торцевой поверхности, а в средней части кольца зону закалки перемещают с рабочей скоростью.