專利名稱：一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于金屬非切削壓力加工領(lǐng)域中，軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥結(jié)構(gòu)技術(shù)。
現(xiàn)代高速線材軋機(jī)的最高軋制速度已達(dá)110m/s，相應(yīng)的滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥?zhàn)罡咿D(zhuǎn)動(dòng)速度應(yīng)當(dāng)達(dá)到35000rpm，否則，軋件將與滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的表面產(chǎn)生附加的滑動(dòng)摩擦。正是這種附加滑動(dòng)摩擦在很大程度上降低了滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的使用壽命。在高速線材的生產(chǎn)實(shí)踐中，為了保證線材具有良好的表面質(zhì)量，滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的表面被磨損至一定的粗糙度，就需要更換它。滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的工作壽命是以其一次連續(xù)使用所生產(chǎn)的線材產(chǎn)量來計(jì)量的。滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥是每個(gè)線材廠里消耗數(shù)量最多的易損備件。
國內(nèi)外高速線材行業(yè)普遍使用的現(xiàn)有技術(shù)的滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥為整體結(jié)構(gòu)，其斷面結(jié)構(gòu)剖視圖如附圖2所示，圖中省略滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的支座和輥軸。高速滾動(dòng)軸承(4)對(duì)稱地安裝在輥身(1)內(nèi)，外形尺寸ΦA(chǔ)、ΦB、H和R根據(jù)軋鋼工藝確定。
目前國內(nèi)制造的滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥為整體合金鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥，其表面硬度為HRc55，密度為8.2g/cm3。由于其硬度低，自重大，工作壽命較低。國外最先進(jìn)的滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥為整體金屬陶瓷滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥，其表面硬度可達(dá)HRc69，密度為6.6g/cm3。由于其表面硬度較高，自重較輕，工作壽命是合金鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的7倍。但是，由于整體結(jié)構(gòu)金屬陶瓷滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的硬度很高，必須用金剛石砂輪磨削加工，效率低，成本高，限制了它在發(fā)展中國家的廣泛應(yīng)用。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型實(shí)施的技術(shù)方案是改進(jìn)整體軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的結(jié)構(gòu)，減少其在工作中與軋件之間的附加滑動(dòng)摩擦造成的磨損。
為了說明軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥和軋件之間的附加滑動(dòng)摩擦對(duì)其工作壽命的影響，可將


圖1簡(jiǎn)化為示意圖3。在附圖3中V——軋件(3)進(jìn)入一對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥(1)之間的線速度V’—滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的旋轉(zhuǎn)線速度P——軋件對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的切向推力G——滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的自重D——滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的幾何直徑f——滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥內(nèi)軸承(4)的摩擦系數(shù)d——軸承(4)的直徑h——軋件高度如圖，軋件接觸滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥之前，V’＝0。當(dāng)軋件以速度V進(jìn)入兩個(gè)滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥之間的間隙，P帶動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥?zhàn)鲃蚣铀傩D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過時(shí)間T，V’→V，在時(shí)間T之前，V’永遠(yuǎn)小于V。
加速時(shí)間T的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下T=V980·(PG-f·dD)]]>上式說明T與V、G、f以及d成正比；T與P和D成反比。T值越大，說明滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的加速過程越長(zhǎng)，在此過程中由于滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的切向速度始終小于軋件的線速度，即滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥表面與軋件表面處于滑動(dòng)摩擦狀態(tài)，只有當(dāng)滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的切向速度等于軋件的線速度時(shí)，它才與軋件表面形成均勻的滾動(dòng)摩擦。在滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥表面硬度相同的條件下，滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的加速時(shí)間T增長(zhǎng)，是造成軋件產(chǎn)生表面缺陷(即滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥被迫更換)的重要原因之一。
因此，滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的表面耐磨壽命主要取決于兩大因素第一，滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥表面的硬度越高，滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥表面的磨損越少。第二，滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥?zhàn)陨淼闹亓吭捷p、其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，則滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥表面的旋轉(zhuǎn)線速度和軋件表面的線速度差值越小，附加滑動(dòng)摩擦引起的滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥表面磨損越小。
為此，本實(shí)用新型改進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù)整體滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。將其改進(jìn)為由具有同一幾何中心的外環(huán)和內(nèi)環(huán)復(fù)合構(gòu)成，外環(huán)采用高硬度的金屬陶瓷材料，內(nèi)環(huán)采用低密度、超輕質(zhì)的高強(qiáng)度鋁合金。從而大幅度減輕滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的自重、減小其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以減少其在工作中與軋件之間的附加滑動(dòng)摩擦。而且，鋁合金的內(nèi)環(huán)易于機(jī)械加工。
附圖4是本實(shí)用新型的斷面結(jié)構(gòu)剖視圖。其主要特征是滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的輥身，由具有同一幾何中心的外環(huán)(5)和內(nèi)環(huán)(6)復(fù)合構(gòu)成，兩者的同心度誤差不大于0.01mm。外環(huán)(5)為金屬陶瓷，硬度高達(dá)HRc69。內(nèi)環(huán)(6)采用密度僅為2.7g/cm3的高強(qiáng)度鋁合金制造。外環(huán)(5)與內(nèi)環(huán)(6)的界面φC、內(nèi)環(huán)(6)與軸承(4)之間均采用靜配合聯(lián)接。所述的外環(huán)(5)的邊緣厚度W1與內(nèi)環(huán)(6)的邊緣厚度W2之比為1∶1～2∶1。用冷凍法將內(nèi)環(huán)(6)裝入外環(huán)(5)之中。在
圖1所示的工作條件下，配有充足的冷卻水源(7)，可以保證鋁合金內(nèi)環(huán)(6)迅速散熱。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是第一，外環(huán)(5)的超硬性和內(nèi)環(huán)(6)的超輕性相結(jié)合。其組合自重僅為現(xiàn)有技術(shù)同樣尺寸的整體合金鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的60％、整體金屬陶瓷滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的70％。其較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減少了本實(shí)用新型復(fù)合結(jié)構(gòu)的軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥在使用中的變速運(yùn)動(dòng)，因而也減少了其表面與軋件之間附加的滑動(dòng)摩擦。綜合以上優(yōu)點(diǎn)，使本實(shí)用新型復(fù)合結(jié)構(gòu)的軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥，比現(xiàn)有技術(shù)整體結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥具有更高的耐磨壽命。
第二，鋁合金材料的易切削性，大大降低了加工內(nèi)環(huán)(6)中的孔徑φB的難度，不必采用金剛石磨削。采用本實(shí)用新型可顯著降低制造成本。
第三，本實(shí)用新型復(fù)合結(jié)構(gòu)的軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，有利于減少軸承(4)在變速運(yùn)動(dòng)中承受的徑向沖擊負(fù)荷，加之鋁合金內(nèi)環(huán)(6)具有良好的導(dǎo)熱性，有利于降低軸承(4)的工作溫度，提高其工作壽命。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)的軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的斷面結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖3是軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥和軋件的摩擦原理示意圖。
圖4為本實(shí)用新型的斷面結(jié)構(gòu)剖視圖。
在附圖中，(1)滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥，(2)軋輥，(3)軋件，(4)軸承，(5)本實(shí)用新型的外環(huán)，(6)本實(shí)用新型的內(nèi)環(huán)，(7)冷卻水，ΦA(chǔ)滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥外直徑，ΦB滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥內(nèi)環(huán)安裝軸承的內(nèi)直徑，ΦC外環(huán)與內(nèi)環(huán)的結(jié)合界面直徑，H滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥的高，R滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥工作外表面的圓弧半徑，W1外環(huán)(5)的邊緣厚度，W2內(nèi)環(huán)(6)的邊緣厚度。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥，由輥身和安裝于其內(nèi)的滾動(dòng)軸承(4)構(gòu)成，其特征在于所述輥身由外環(huán)(5)和內(nèi)環(huán)(6)復(fù)合構(gòu)成，在內(nèi)環(huán)(6)中安裝滾動(dòng)軸承(4)，外環(huán)(5)與內(nèi)環(huán)(6)之間的界面φC、內(nèi)環(huán)(6)與軸承(4)之間的界面φB均采用靜配合聯(lián)接。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)的軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥，其特征在于外環(huán)(5)由高硬度的金屬陶瓷材料構(gòu)成，內(nèi)環(huán)(6)由高強(qiáng)度鋁合金構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)的軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥，其特征在于外環(huán)(5)的邊緣厚度W1與內(nèi)環(huán)(6)的邊緣厚度W2之比為1∶1～2∶1。
專利摘要本實(shí)用新型是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的軋鋼滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥，用于引導(dǎo)軋件對(duì)中進(jìn)入軋輥孔型。本實(shí)用新型由輥身和安裝于其內(nèi)的滾動(dòng)軸承(4)組成，其特征在于所述輥身由金屬陶瓷外環(huán)(5)與鋁合金內(nèi)環(huán)(6)復(fù)合構(gòu)成，在內(nèi)環(huán)(6)中安裝滾動(dòng)軸承(4)，外環(huán)(5)與內(nèi)環(huán)(6)之間、內(nèi)環(huán)(6)與軸承(4)之間均采用靜配合聯(lián)接。由于外環(huán)(5)的硬度高，內(nèi)環(huán)(6)的重量輕、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，綜合提高了本實(shí)用新型表面的耐磨損壽命。由于鋁合金內(nèi)環(huán)(5)易于切削加工，降低了本實(shí)用新型的制造成本。
文檔編號(hào)B21B27/02GK2552617SQ02230999
公開日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2002年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月16日
發(fā)明者任朝理 申請(qǐng)人:任朝理