ПРОКАТНЫЙ ВАЛОК Российский патент 1997 года по МПК B21B27/03 

Изобретение относится к прокатному оборудованию, в частности к прокатным валкам.

Известны прокатные валки, представляющие собой ось и бандаж в виде втулки с кольцевыми проточками в форме полуцилиндров на их посадочных поверхностях, образующими после посадки бандажа на ось закрытые цилиндрические полости вблизи торцов бочки валка, кольцевые цилиндрические полости заполнены склеивающим материалом (заявка Японии N 9-48065, кл. В 21 В 27/02, 1974).

Недостатком таких валков является малая надежность при эксплуатации из-за возможности окружного проворота бандажа относительно оси при передаче крутящего момента в виду низкой механической прочности склеивающего материала. Данное конструктивное исполнение валков обеспечивает отсутствие лишь осевого проскальзывания бандажа относительно оси, поэтому их возможно использовать только как опорные.

Известен также прокатный валок, состоящий из оси и бандажа в виде втулки, сопряженных между собой по горячей посадке. Для предотвращения осевого проскальзывания бандажа относительно оси на посадочных поверхностях сопрягаемых деталей вблизи торцов бочки валка выполнены уступ на оси и кольцевая проточка на бандаже, соответствующая профилю уступа, а для предотвращения окружного проворота сопрягаемых деталей при передаче крутящего момента на посадочных поверхностях бандажа и оси нарезана резьба. (заявка Япония N 49-18911, кл. В 21 В 27/02, 1974).

Недостатком данной конструкции является невысокая надежность работы валка из-за наличия резьбового соединения заведомого концентратора напряжений, значительно снижающего усталостную прочность оси, и его раскатывание при больших усилиях проката, приводящее к осевому проскальзыванию (сползанию) бандажа относительно оси.

Кроме того, возможен окружной проворот бандажа относительно оси, так как резьбовое соединение обеспечивает неподвижную фиксацию бандажа на оси при вращении валка только в одном направлении и реверсивное вращение невозможно, что снижает технологические возможности применения валка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и взятому в качестве прототипа является прокатный валок, содержащий ось и насаженный на не бандаж с кольцевыми проточками на их посадочной поверхности вблизи торцов бандажа, образующими кольцевые полости, в которые установлены составные кольцевые вкладыши, выполненные разъемными и состоящими, по меньшей мере, из трех секторов с поперечным сечением, соответствующим геометрии полостей (авт. св. СССР N 1304948, кл. В 21 В 27/02, 1987).

Однако известный валок не отличается повышенной надежностью при эксплуатации из-за большого количества дополнительных закладных деталей в районе торцев бандажа; заглушек и разъемных кольцевых вкладышей, которые выполнены составными по меньшей мере из трех секторов, и наличия концентраторов напряжений на посадочной поверхности бандажа из-за сложного конструктивного исполнения кольцевых полостей, которые состоят из двух элементов: кольцевой проточки и прорези. Это может вызвать разрушение бандажа, его сползание с оси и резко сократить срок службы валка.

Кроме того, данная конструкция имеет низкую технологичность сборки из-за сложности монтажа составного валка при закладывании кольцевых секторных вкладышей по периметру кольцевых проточек и последующей их фиксацией заглушками.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности работы валка за счет предотвращения осевого проскальзывания и окружного проворота бандажа относительно оси путем заполнения проточек оси выступами материала бандажа во время сборки пластической деформацией бандажа на стане радиально-сдвиговой деформации и полного устранения закладных деталей.

Поставленная задача достигается тем, что в прокатном валке, содержащем бандаж и ось с кольцевыми проточками на ее посадочной поверхности вблизи торцов бочки валка, кольцевые проточки выполнены коническими с углом конусности 36^oC75^o и заполнены выступами материала бандажа, соответствующими профилю проточек оси.

Принципиальное отличие предлагаемого конструктивного решения состоит в том, что кольцевые проточки на посадочной поверхности оси вблизи торцев бочки валка выполнены коническими с углом конусности 36^oC75^o и заполнены выступами материала бандажа при его посадке на ось пластической деформацией
поперечно-винтовой прокаткой на стане радиально-сдвиговой деформации.

В конструкции составного валка повышается надежность соединения бандажа с осью, так как конические проточки, заполненные материалом бандажа, играют роль высокопрочных упоров (фиксаторов) как в осевом, так в тангенциальном (окружном) направлениях.

Это дает новый положительный эффект и преимущество перед известными решениями в отношении повышения надежности работы валка, т.е. гарантированной передачи больших крутящих моментов без осевого проскальзывания и окружного проворота бандажа относительно оси и полного исключения необходимости применения дополнительных закладных деталей. Составной валок состоит только из двух конструктивных элементов: бандажа и оси. Кроме того, повышается усталостная и контактная прочность бандажа ввиду отсутствия концентраторов напряжений, обусловленных наличием кольцевых проточек на его посадочной поверхности.

Если угол конусности проточки на оси будет меньше 36^o, который соответствует минимальному значению коэффициента трения 0,35 при температурах горячей обработки металлов давлением, то угол конусности проточки будет меньше угла трения и наблюдается интенсивное самоторможение металла при пластической деформации бандажа на стане радиально-сдвиговой деформации и неполное заполнение конических проточек оси материалом бандажа. Некачественное заполнение конических проточек оси уменьшает прочность упоров и снижает надежность и срок службы валка при эксплуатации. Если угол конусности проточки будет больше 75^o, который соответствует максимальному углу поворота линий скольжения поля пластических зон при сборке валка поперечно-винтовой прокаткой бандажа, то наблюдается вытеснение металла бандажа из проточки оси ее незаполнение за счет появления непластических зон, которые будут отпрессовываться в сторону от проточки как твердое тело. При эксплуатации такого валка под нагрузкой возникает опасность проворота и сползания бандажа относительно оси, что отрицательно влияет на его надежность. Таким образом для составных прокатных валков с кольцевыми проточками на посадочной поверхности оси вблизи торцев бочки валка угол конусности проточек 36^oC75^o является оптимальным.

Сущность устройства поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 изображен описываемый валок в разрезе с коническими проточками на посадочной поверхности оси вблизи торцев бочки валка с углом конусности 36^oC75^o, заполненными выступами материала бандажа.

Валок состоит из оси 1 с выполненными на ее посадочной поверхности коническими проточками 2 с углом конусности 36.75^o, бандажа 3 и фиксирующими выступами 4 бандажа 3.

Сборку предлагаемой конструкции составного прокатного валка осуществляют следующим образом.

Перед посадкой бандажа 3 на ось 1 на последней предварительно механическим путем выполняют конические проточки 2 с углом конусности 36^oC75^o вблизи торцов бочки валка.

Затем разогретый бандаж 3 в виде гильзы горячей посадкой насаживают на холодную ось 1 и деформируют поперечно-винтовой прокаткой на стане радиально-сдвиговой деформации.

Процесс пластической деформации разогретого бандажа 3 на холодной оси 1 осуществляется стабильно при хорошем качестве заполнения конусных проточек 2 оси высокопрочным материалом бандажа 3.

При эксплуатации прокатного валка предлагаемый составной конструкции усилие прокатки передается равномерно по всей посадочной поверхности и исключается осевое проскальзывание и окружный проворот бандажа 3 относительно оси 1 благодаря наличию фиксирующих выступов 4 бандажа 3, плотно прилегающих к соответствующим предварительно выполненным на оси коническим проточкам 2 с углом конусности 36.75^oC.

Пример. Применение предлагаемой конструкции составного прокатного валка наиболее эффективно для валков малого диаметра, например для многовалковых станов холодной прокатки лент и полос, в частности для двадцативалкового прокатного стана Магнитогорского металлургического комбината при прокатке кинескопной ленты.

Берут составной прокатный валок, содержащий бандаж из высокопрочной вольфрамо-молибденовой стали Р6М5 и ось из стали 9Х2. Ось выполняют с наружным диаметром 48 мм и длиной 1005 мм. На наружной (посадочной) поверхности оси выполняют конические проточки с углом конусности 36^o и минимальной шириной 5 мм, глубиной 3 мм на расстоянии 15 мм от торцов бочки валка. Бандаж выполняют в виде гильзы длиной 835 мм с наружным диаметром 60 мм и толщиной стенки 12,1 мм. Разогретый бандаж-гильзу заводят на холодную ось и прокатывают на трехвалковом стане 120 поперечно-винтовой прокатки. Бандаж при пластической радиально-сдвиговой деформации во время прокатки и последующем остывании валка по горячей посадке плотно сопрягается с осью, заполняя материалом соответствующие профили конических проточек оси и образуя высокопрочные фиксаторы в виде выступов вблизи торцов бочки валка.

При эксплуатации такого валка полностью исключаются проскальзывание и проворот бандажа относительно оси и повышается в 1,5-2,0 раза надежность и срок службы валка.

Бандаж после износа при эксплуатации можно легко удалить, разрезая его в осевом направлении на части, а ось при этом остается пригодной для последующего использования.

Изобретение относится к прокатному оборудованию, в частности к прокатным валкам. Использование: повышение надежности работы составного прокатного валка за счет предотвращения осевого проскальзывания и наружного проворота бандажа относительно оси. Сущность изобретения: кольцевые проточки оси выполнены коническими с углом конусности 36^oC76^o и заполнены выступами материала бандажа, соответствующими профилю проточек оси, 1 ил.

Прокатный валок, бочка которого состоит из бандажа и оси с кольцевыми проточками на ее посадочной поверхности вблизи торцев, отличающийся тем, что кольцевые проточки выполнены коническими с углом конусности 36 75^o и заполнены материалом бандажа.