Способ ремонта составных рабочих валков универсального балочного стана Советский патент 1992 года по МПК B23P6/00 

Изобретение относится к тяжелому машиностроению и может быть использовано на предприятиях-изготовителях прокатных валков.

Известен способ ремонта прокатных валков путем их перезакалки, включающий контроль твердости поверхности бочки, ультразвуковой контроль внутренних дефектов, отпуск оставшегося закаленного слоя, удаление дефектов с поверхности бочки для предупреждения растрескивания валков при закалке и собственно перезакалку с целью восстановления рабочего слоя необходимой твердости.

Однако анализ и обобщение опыта перезакалки валков показали, что не все валки, имеющие запас конструкционного диаметра, могут подвергаться перезакалке, так как при этом имеются случаи растрескивания рабочей поверхности и их разрушения.

Указанный способ увеличения долговечности валков применяется для цельнокованых стальных валков и направлен на повышение ресурса рабочего слоя, тогда как для составных валков не менее важной проблемой является также увеличение долговечности их оси.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ ремонта рабочих составных бандажирован- ных валков УБС - универсальных балочных станов.

Указанный способ включает удаление бандажа с оси путем его разрезания и разрушения, контроль пригодности оси, ее механическую обработку, механическую обработку подобранного бандажа, нагрев его до температуры 300°С, собственно горячую посадку и механическую обработку изготовленного таким образом вапка

Целью изобретения является увеличение долговечности составных рабочих валков УБС путем установки валков после ремонта в менее нагруженную клегь.

(Л

С

VI

о

Ј

Способ ремонта составных рабочих валков УБС, отработавших ресурс, осуществляется следующим образом.

Изношенные бандажи нагревают мощными источниками тепла, например - газовыми горелками с подачей кислорода. Ось при этом защищают от воздействия теплового потока. При разнице температур оси и бандажа, достаточной для образования зазора между ними, их смещают в осевом направлении относительно друг друга и таким образом разъединяют на составные элементы, Ось подвергают, например, ультразвуковому контролю на наличие внутренних и поверхностных дефектов, последние удаляют механической обработкой. Величину остаточных напряжений в поверхностном слое посадочной поверхности определяют, например, с помощью приборов ИОН-4М, работа которого основана на использовании магнитоупругого эффекта, проявляющегося в ферромагнетиках под воздействием напряжений, изменяющих магнитные характеристики материала. Подобранный для посадки новый бандаж растачивают до обеспечения величины натяга в соответствии с условием

Д-А,(1- S ai).

i 1

где Лн - величина натяга при однократном использовании оси;

Л и ai - соответственно текущая величина натяга и степени накопления усталостных повреждений при I 1,2,3,... п-кратном использовании оси,

Величина максимального допустимого натяга определяется, исходя из допустимого напряжения для материала оси с учетом остаточных напряжений в соответствии с номограммой, приведенной на фиг.1. Номограмма получена в результате решения на ЭВМ задачи распределения напряжения в оси и бандаже, изготовленных из материалов с различными пределами прочности и остаточными напряжениями, соединяемых методом горячей посадки с различными натягами. Известное значение предела прочности находят на оси пределов прочности, проводят горизонталь до пересечения с линией величины остаточных напряжений равной нулю. Через точку пересечения проводят вертикаль (линия I) до пересечения с линией измеренных остаточных напряжений и, проводя горизонталь из точки пересечения на ось натягов, находят искомый натяг.

Так, например, для оси с поеделом прочности 1200 МПа (120 кг/мм ) максимальный натяг будет равен 1,12 мм при отсутствии остаточных напряжений. При

накоплении остаточных напряжений в 50 МПа величина натяга уменьшается до 1,05 мм, при остаточных напряжениях 100 МПа - до 0,98 мм, при 150 МПа - до 0,9 мм и т.д.

0 При первой сборке валка натяг устанавливают на уровне 0,3...0,4 значения максимального, чтобы избежать поломок при пиковых нагрузках, возникающих во время эксплуатации при захвате металла валками

5 или прокатке подстуженной полосы. При последующих циклах ремонта необходимо учитывать не только напряжения, возникающие в оси при посадке и прокатке, но и остаточные напряжения в поверхностном

0 слое посадочной поверхности.

Так, например, для материала с пределом прочности 1200 МПа и максимальным натягом 1,12 мм при отсутствии остаточных напряжений первоначальный натяг, равный

5 0,4 максимального, составит 0,45 мм. При накоплении в последующих циклах ремонта остаточных напряжений до 50 МПа - натяг уменьшается до 0,41 мм, при 100 МПа - до 0,36 мм и т.д. (см. линия II на фиг.1).

0 На фиг,2 графически показано, что при постоянной величине допускаемого напряжения материала оси. часть этого напряжения (0,3...0,4), отводимая при первой посадке для создания натяга, при последу5 ющих посадках уменьшается на величину остаточных напряжений, которая возрастает с каждой последующей посадкой, уменьшается и натяг.

Минимальный натяг определяется из

0 условия неподвижности соединения при передаче максимального крутящего момента. Описанные физические явления отражены в вышеприведенной формуле и на фиг.2, где 1 -доля допустимого напряжения материа5 ла, отводимая для напряжений в оси, возникающих при эксплуатации; 2 - доля, отводимая для напряжений, возникающих от посадки с натягом; 3 - для остаточных напряжений; Омин - напряжения при мини0 мальном натяге. После определения величины натяга и соответствующей мехобработки бандажа, его нагревают до температуры посадки 300°С по режиму, определенному для каждой марки стали, и производят собст55 венно горячую посадку. После охлаждения по заданному режиму между бандажом и осью за счет натяга образуется неразъемное соединение, достаточное для передачи крутящего момента. Изготовленный таким

образом валок проходит механическую обработку в соответствии с размерами чертежа и подвергается окончательному контролю. Отремонтированные валки следует устанавливать в менее нагруженные клети стана.

Выбор граничных параметров обусловлен тем, что при выходе значения максимального натяга за верхний предел 0,4 Амакс при первой посадке во время эксплуатации при пиковых нагрузках напряжения в оси пре- вышают допустимые, что приводит к разрушению поверхностного слоя посадочной поверхности и препятствует многократному использованию оси. При выходе за нижний предел 0,3 Амакс число циклов ремонта уменьшается до числа циклов при существующем способе и эффект от заявляемого способа не достигается.

Таким же образом и при последующих циклах ремонта если текущий натяг, найденный с учетом остаточных напряжений по формуле, выходит за верхний предел - то повышается опасность выкрошек на посадочной оси и дальнейшее использование оси становится невозможным. Если текущий натяг выходит за нижний предел -- число циклов ремонта становится сравнимым с числом циклов существующей технологии и эффект от заявляемого способа ремонта не проявляется. Оптимальным является текущий натяг, определяемый по приведенной выше зависимости.

В качестве примера параметры технологии ремонта составных рабочих валков главных универсальных клетей универсально-балочного сгана.

Валок состоит из оси с шейками и посаженного на нее бандажа с наружным диаметром 1500 мм, длинной 300...1020 мм, внутренним посадочным диаметром 850 мм. Ось изготавливается из стали 60ХН, с пределом прочности сга равным 1200 МПа (120 кг/мм ). бандаж - из износостойкой заэвтектоидной стали 150 ХНМ, твердостью 50...55 Н5Д. При переточке бандажа до диаметра 1350 мм его снимают по приведенной выше технологии. При этом разница температур бандажа и оси - не менее 120°С. Натяг при первой посадке равен 0,45 мм. При втором цикле ремонта остаточные напряжения достигают 25 МПа и натяг, определяемый по приведенной выше номограмме (фиг.1) уменьшается до 0,42 мм, при третьем цикле напряжения равны 50 МПа и натягО.39, при четвертом -75 МПа и 0,36 мм, при пятом -100 МПа и 0,33 мм.

При достижении минимального натяга 0,33 мм ось валка подвергают высокому отпуску при температуре 600ПС для снятия остаточных напряжений и производят шестую посадку бандажа с натягом 0,42 мм, седьмую - 0,37 мм, восьмую - 0,31 мм.

При существующей технологии ремонта ось при каждом из пяти циклов перетачивают на 1,6 мм, т.е. суммарный сьем за пять переточек составляет 8,0 мм. В предлагаемой технологии переточка составляет 1,0...1,1 мм, что позволяет при тех же 8 мм на переточки осуществлять 7...8 циклов ремонта. При увеличении суммарной величины переточки увеличивается и количество циклов ремонта с промежуточным отжигом. Нагрев бандажа производится в газовой печи со скоростью 15°С в час в течение 24 ч до 300°С, выдержка в течение 2..5 часов (в зависимости от длины бандажа). Охлаждение в печи со скоростью не выше 15°С/ч в течение 20 ч до температуры 60...70°С и далее - на воздухе. После окончательного охлаждения - контроль наличия внутренних дефектов и величины напряжений в бандаже и окончательная мехобработка в соответствии с размерами чертежа.

Отремонтированные валки используются в менее нагруженных клетях стана или прокатке балок меньшего профилеразмера. Увеличение количества циклов возможным за счет того, что удаление остаточных напряжений в поверхностном слое оси путем переточки на 1,6 мм заменили удалением остаточных напряжений путем термообработки (высокий отпуск). При этом переточка на 1.0-1,1 мм служит для удаления поверхностных дефектов. Уменьшение глубины переточки позволяет при одном и том же суммарном съеме поверхностного слоя оси произвести большее количество циклов ремонта. В зависимости от усилий и моментов, действующих нэ валок при эксплуатации, ось валка имеет 7...8 циклов ремонта вместо пяти при существующей технологии.

Проведенный анализ заявляемого способа ремонта составных валков свидетельствует, что положительный эффект при осуществлении изобретения будет получен благодаря тому, что поверхностный слой оси валка, предназначенный для переточек при горячей посадке, используется для большего числа циклов ремонта валка. Тем самым долговечность оси валка продлевается, что позволяет сохранить расход валков и повысить производительность труда при ремонте валков.

Сравнительные данные эффективности использования заявляемого технического решения приведены в табл.1.

В табл.2 приведены данные эксплуатационной надежности прокатного валка, полученные в результате физического моделирования при различных параметрах, втом числе при значениях, которые выходят за указанный диапазон, в результате чего цель не достигается.

Формула изобретения 1. Способ ремонта составных рабочих валков универсального балочного стана, включающий съем изношенного бандажа с оси, подготовку посадочной поверхности оси, контроль ее качества, определение натяга, посадку нового бандажа на ось и последующую механическую обработку валка, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности оси путем установки валков после ремонта в менее нагруженную клеть, при подготовке посадочной

поверхности оси в каждом цикле ремонта ее диаметр уменьшают до обеспечения натяга в соответствии с условием:

Л-Ан(1- J ai),

i 1

где АН натяг при однократном использовании оси;

Д и ai - соответственно текущие значения натяга и степени накопления усталостных повреждений при I 1,2,3... п-кратном использовании оси, а при достижении значением Д минимально допустимого натяга ось подвергают высокому отпуску.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что при первой сборке валка натяг устанавливают равным 0,3...0,4 максимально

допустимого его значения.

Использование: тяжелое машиностроение. Сущность изобретения: снимают бандаж с оси тепловой резкой, в процессе подготовки посадочной поверхности оси в каждом цикле ремонта ее диаметр уменьшают для уменьшения натяга и устанавливают новый бандаж. Валок после ремонта устанавливают в менее нагруженную клеть. 1 з.п.ф-лы, 2 ил, 2 табл.

Таблица 1

Сравнительные технико-экономические показатели работы составных

рабочих валков УБС НТМК

Таблица 2 Данные физического моделирования эксплуатационной надежности валков

Значение параметра и его величина

Текущий натяг при посадке Д

- выход за нижний предел Д 0,9 Дч(1 - 2) а ).

1 1

- нормальное значение Д ш Дн(1 - У ai),

1 1.

-выход за верхний предел Д 1.1 Дч(1 Значение максимального натяга:

-выход за нижний предел 0,2 Д«кс

-нижнее значение 0,3 Д«кс

-среднее значение 0.35 Длакс

-верхнее значение 0,4

-выход за верхний предел 0,5 Амакс

i 1

Коэффициент снижения эксплуатацион- ной надежности

1,05 1,00

1,20 1.00 1,00 1,00 1,20

125

(DO Ј

JUtf.

ч

|

OM

0,25.

0Остаточные, напряжет, fl/la Фиг.1

5

II

/гоо

t

iOOQ f,

Ш I

I

I

I

4

676 n

. Ј