專利名稱：一種寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及板帶軋機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥。
背景技術(shù)：
寬帶鋼軋機(jī)支承輥的作用是傳遞軋制力、提高輥縫橫向剛度。支承輥與工作輥間的輥間接觸壓力分布直接影響輥面磨損和疲勞硬化狀態(tài)，是引起輥面剝落的主因。支承輥輥面接觸應(yīng)力分布不均，會大大縮短支承輥的使用壽命，而支承輥的輥型又決定著輥間接觸應(yīng)力分布。支承輥的主要損傷形式為輥面磨損和剝落。支承輥的磨損量與輥間接觸壓力成正比，輥間接觸壓力的分布不均勻造成局部磨損，而局部磨損又加劇輥間接觸應(yīng)力分布的不均勻性。支承輥的接觸疲勞損傷累積引起輥面材料的疲勞硬化，當(dāng)接觸疲勞次數(shù)超過材料疲勞極限時，輥面萌生局部裂紋，當(dāng)微裂紋擴(kuò)展到一定程度，就造成輥面剝落。分析寬厚板四輥軋機(jī)的棍系受力，如圖I所示，支承輥相當(dāng)于中部受分布力Q作用的簡支梁，軋制力F作用于支承輥軸承處，工作輥與支承輥直接接觸傳遞軋制力，工作輥彎輥力P用于調(diào)節(jié)帶鋼板型，寬厚板四輥軋機(jī)的棍系的受力狀態(tài)為典型的循環(huán)接觸疲勞受力，在軋制過程中，如果支承輥邊部承受較大的接觸應(yīng)力，在長期的交變應(yīng)力作用下，支承輥內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，隨著微裂紋的寬展，就會發(fā)生支承輥的大面積剝落。輥間接觸應(yīng)力的均勻化，可以改善輥面疲勞硬化和磨損狀態(tài)，提高支承輥的安全性，延長支承輥的使用壽命?，F(xiàn)有的支承輥的輥型方案主要有以下幾種I.三段式支承輥，其支承輥輥身由三種不同半徑的圓弧曲線連接而成；其端部倒角由兩種不同半徑的圓弧段連接而成，倒角長度的最大值取為200_。2.四輥粗軋機(jī)軋輥，支承輥由三段曲線組成，中部為六次多項式方程確定的中凸連續(xù)曲線，兩端為倒角直線。3. 一種具有復(fù)合曲線輥型的軋機(jī)支承輥，其輥身由三段組成，分別是中部的多次方中凸連續(xù)曲線和輥身邊部、形式為斜直線或曲線的兩個倒角部分，其中輥身中部占輥身長度的60% 90%，輥身邊部的倒角占10% 40%。如果按最大的支承輥輥身為4500mm、輥身邊部倒角占40%計算，其邊部的倒角長度最大為900mm。該輥型著力解決單一曲線輥型曲率要么大要么小，二者不能兼顧的問題。4. 一種熱軋帶鋼支承輥，支承輥輥型中部為平輥型，邊部倒角長度為8(T350mm，并且采用至少由兩根兩端輥型曲線長度不同的支承輥所組成的支承輥組。該支承輥輥型可改善工作輥受力區(qū)域，防止局部受力和應(yīng)力集中現(xiàn)象。5. 一種中厚板四輥軋機(jī)支承輥輥型，支承輥邊部磨削雙倒角，倒角處均要圓滑處理，等效圓角半徑為5000mm，第一倒角長度隨軋制條件的變化而變化，第二倒角的長度取值范圍為10(Tl50mm，兩個倒角長度相加的最大理論取值為550mm。這種輥型主要關(guān)注支承輥與工作輥的輥間壓力分布狀態(tài)，抑制軋輥邊部剝落，提高軋輥使用壽命。
6. 一種連續(xù)變凸度軋機(jī)支持輥，提供了一種為配合連續(xù)可變凸度工作輥輥型曲線的連續(xù)變凸度軋機(jī)支承輥，輥型是偏峰的非對稱曲線。7. 一種鑲套支承輥、鑲套式鍛鋼支承輥、軋鋼機(jī)平輥型支承輥，上述三種支承輥輥型均采用為平輥型設(shè)計。8.首鋼3500mm中板軋機(jī)的輥型針對3500mm中板軋機(jī)在軋制過程中，支承輥端部出現(xiàn)剝落或掉肉現(xiàn)象，采用影響函數(shù)法分析了不同軋輥輥型、不同軋制端部倒角對輥間壓力分布的影響規(guī)律。9.針對1580PC軋機(jī)支承輥提出的一種輥型優(yōu)化曲線，該輥型采用三段步進(jìn)型，其 中從支承輥端部開始第一段和第二段采用斜直線，第三段采用冪函數(shù)曲線，倒角總長度為250mmo10.寬帶鋼軋機(jī)支承輥，利用有限元法對輥間接觸壓力分布進(jìn)行了模擬分析，在此基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化的支承輥輥型參數(shù)，在該技術(shù)方案中，當(dāng)以接觸壓力均勻化為目標(biāo)時，支撐輥倒角曲線宜選用高次曲線，當(dāng)以提高板形質(zhì)量為目標(biāo)時，提高輥縫橫向剛度，宜選用低次曲線，一般都選為二次曲線，綜合考慮輥間接觸壓力均勻化程度和接觸長度自調(diào)節(jié)能力，支承輥邊部倒角高度應(yīng)取為0. 4^0. 6mm，倒角長度取在30(T400mm之間。11.熱連軋機(jī)支承輥輥型以攀鋼1450mm六機(jī)架熱連軋機(jī)的支承輥為例，提出了一種優(yōu)化輥型，其中輥型倒角長度為150mm，倒角高度為0. 7mm。12. 2500mm中厚板精軋機(jī)支承輥輥型針對2500mm中厚板軋機(jī)提出了一種4次曲線作為支承輥輥型曲線。但是，發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明時發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的支承輥的輥型方案多集中于在給定的支承輥直徑的情況下的輥型設(shè)計，未考慮在生產(chǎn)過程中隨著支承輥的徑向磨損而造成的支承輥剛度的改變這一因素，支承輥輥型多帶有凸度，曲線形式多數(shù)為近似圓弧線型和直線型，倒角長度均小于600mm，從而造成輥間接觸應(yīng)力分布不均勻,致使支承輥的使用壽命較短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥，以克服現(xiàn)有技術(shù)輥間接觸應(yīng)力分布不均勻致使支承輥的使用壽命較短的缺陷。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥，所述支承輥的輥型曲線為軸對稱，從對稱中心向兩邊依次包括平輥段(I)、三次曲線段(2)和斜直線段(3)；所述平輥段(I)為平行于所述支承輥的中心軸線的線段；所述斜直線段(3)為與所述支承輥的中心軸線呈一定角度的線段，其長度為5Ctam,高度為 0. 7mm ;所述三次曲線段(2)由方程y = ax3+bx2+cx+d確定,其中，a、b、c、d為棍型優(yōu)化系數(shù)，其取值區(qū)間如下a的取值區(qū)間為0. 0000000005^0. 000000002，根據(jù)所述支承輥的直徑確定a的取
值，所述支承輥的直徑最大時，取下限；b的取值區(qū)間為-0. OOOOOr-O. 000002，根據(jù)所述支承輥的直徑確定b的取值，所
述支承輥的直徑最大時，取上限；
c的取值區(qū)間為0. 0018、. 0029，根據(jù)所述支承輥的直徑確定c的取值，所述支承輥的直徑最大時，取下限；d的取值區(qū)間為-0. 0015、. 0075，根據(jù)所述支承輥的直徑確定d的取值，所述支承輥的直徑最大時，取下限；所述三次曲線段(2)的長度由公式Ll=1000j+300k確定，其中，LI為三次曲線段
(2)的長度，j、k為與軋制條件相關(guān)的輥型系數(shù)，其取值區(qū)間如下j的取值范圍為0. 8 l，k的取值范圍為0. 3^0 . 4，根據(jù)所述支承輥的直徑確定j和k的取值，所述支承輥的直徑最大時，j取上限，k取下限；所述支承輥的直徑最小時，j取下限，k取上限。其中，所述三次曲線段(2)的長度LI的取值范圍為92(Tl090mm。其中，所述三次曲線段(2)的倒角深度的取值范圍為0. 71^0. 91mm，支承輥直徑最大時取下限。其中，所述支承輥為直徑為200(T2200mm、輥身長度為400(T4500mm的寬厚板四輥
軋機(jī)的支承輥。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥，其輥型曲線考慮了在軋制過程中因軋輥輥面磨損而對輥身進(jìn)行重車和重磨造成軋輥直徑減小所帶來的軋輥剛度的改變這一影響因素，軋輥倒角采用三次曲線，三次曲線的系數(shù)和倒角長度根據(jù)軋輥使用的不同時期的輥徑值而確定。采用本發(fā)明支承輥輥型的四輥軋機(jī)能夠適應(yīng)不同板寬的軋制要求，輥間接觸應(yīng)力分布趨于均勻，延長了支承輥的使用壽命，同時帶鋼的厚度差也得到了很好的控制，保證了板帶材的生產(chǎn)質(zhì)量。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的四輥軋機(jī)棍系受力圖；圖2a是現(xiàn)有技術(shù)的一種斜直線型輥型曲線的示意圖；圖2b是現(xiàn)有技術(shù)的一種近似圓弧線型輥型曲線的示意圖；圖3是本發(fā)明的一種寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3中A部分的局部放大圖；圖5是采用a型輥型、b型輥型的支承輥和采用本發(fā)明輥型的支承輥的輥面接觸應(yīng)力分布示意圖；圖6是采用b型輥型的支承輥和采用本發(fā)明輥型的支承輥軋制板寬為3500mm的帶鋼，軋制完成后帶鋼的厚度差示意圖；圖7是本發(fā)明實施例1，2，3中支承輥LI段的三次曲線示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明根據(jù)大量的理論研究和現(xiàn)場實驗，充分考慮到了寬厚板四輥軋機(jī)的設(shè)備與工藝特點，以輥間應(yīng)力分布均勻和板帶厚度差為目標(biāo)提出了一種針對小2000/2200 X 4000/4500四輥軋機(jī)的支承輥輥型曲線方案。這種輥型曲線考慮到了在軋制過程中因軋輥輥面磨損而對輥身進(jìn)行重車和重磨造成軋輥直徑減小所帶來的軋輥剛度的改變這一影響因素，軋輥倒角采用三次曲線，三次曲線的系數(shù)和倒角長度根據(jù)軋輥使用的不同時期的輥徑值而確定。本發(fā)明輥型的優(yōu)點是不但改善了輥間應(yīng)力的分布，延長了支承輥的使用壽命，而且也減小了帶鋼的厚度差，保證了生產(chǎn)質(zhì)量。本發(fā)明的一種寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥的結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示，所述支承輥的輥型曲線為軸對稱，從對稱中心向兩邊依次包括平輥段I、三次曲線段2和斜直線段3 ；所述平輥段I為平行于所述支承輥的中心軸線的線段；所述斜直線段3為與所述支承輥的中心軸線呈一定角度的線段，其長度L2為50mm,高度 H2 為 0. 7mm ;設(shè)定B點坐標(biāo)為原點(0，0),則所述三次曲線段2由方程y = ax3+bx2+cx+d確定， 其中，a、b、C、d為輥型優(yōu)化系數(shù)，其取值區(qū)間如下a的取值區(qū)間為0. 0000000005^0. 000000002，根據(jù)所述支承輥的直徑確定a的取
值，所述支承輥的直徑最大時，取下限；b的取值區(qū)間為-0. OOOOOr-O. 000002，根據(jù)所述支承輥的直徑確定b的取值，所
述支承輥的直徑最大時，取上限；c的取值區(qū)間為0. 0018、. 0029，根據(jù)所述支承輥的直徑確定c的取值，所述支承輥的直徑最大時，取下限；d的取值區(qū)間為-0. 0015、. 0075，根據(jù)所述支承輥的直徑確定d的取值，所述支承輥的直徑最大時，取下限；所述三次曲線段2的長度由公式Ll=IOOO j+300k確定，其中，LI為三次曲線段2的長度，j、k為與軋制條件相關(guān)的輥型系數(shù)，其取值區(qū)間如下j的取值范圍為0. 8^1, k的取值范圍為0. 3^0. 4，根據(jù)所述支承輥的直徑確定j和k的取值，所述支承輥的直徑最大時，j取上限，k取下限；所述支承輥直徑最小時，j取下限，k取上限。所述三次曲線段2的長度LI的取值范圍為92(Tl090mm，倒角深度H2的取值范圍為0. 71^0. 91mm,支承棍直徑最大時取下限。本發(fā)明中，所述支承輥為直徑為200(T2200mm、輥身長度為400(T4500mm的寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥。實施例I本實施例中，支承輥為直徑為2100mm、輥身長度為4300mm的四輥軋機(jī)支承輥，如圖 4，L2 為 50mm，H2 為 0. 7_。LI的取值為Ll=IOOOj+300k，j、k為與軋制條件相關(guān)的輥型設(shè)計參數(shù)。本實施例中，取j的值為0. 845，k的值為0. 35，則LI取為950mm。LI之間的三次曲線段2由方程y = ax3+bx2+cx+d確定，其曲線形式如圖7所示。方程中各個系數(shù)取值如下a=0. 0000000008 ；b=-0. 0000025;
c=0. 0023 ；d=-0.0002。LI段的三次曲線2與支承輥中部平輥端I輥型相切，并平滑連接。實施例2本實施例中，支承輥為直徑為2200mm、輥身長度為4500mm的四輥軋機(jī)支承輥，如圖 4，L2 為 50mm，H2 為 0. 7_。LI的取值為Ll=IOOOj+300k，j、k為與軋制條件相關(guān)的輥型設(shè)計參數(shù)。本實施例中，取j的值為1，k的值為0. 3，則LI取為1090mm。LI之間的三次曲線段2由方程y = ax3+bx2+cx+d確定,其曲線形式如圖7所示。方程中各個系數(shù)取值如下a=0. 0000000005 ；b=-0. 000002 ；c=0. 0018 ；d=-0.0015。LI段的三次曲線2與支承輥中部平輥端I輥型相切，并平滑連接。實施例3本實施例中，支承輥為直徑為2000mm、輥身長度為4000mm的四輥軋機(jī)支承輥，如圖 4，L2 為 50mm，H2 為 0. 7_。LI的取值為Ll=IOOOj+300k，j、k為與軋制條件相關(guān)的輥型設(shè)計參數(shù)。本實施例中，取j的值為0. 8，k的值為0. 4，則LI取為920mm。LI之間的三次曲線段2由方程y = ax3+bx2+cx+d確定，其曲線形式如圖7所示。方程中各個系數(shù)取值如下a=0. 000000002 ；b=-0. 000004 ；c=0. 0029 ；d=0. 0075 o
LI段的三次曲線2與支承輥中部平輥端I輥型相切，并平滑連接。國內(nèi)某中板廠4300mm寬厚板軋機(jī)的支承輥的輥型有兩種形式，分別是a型——斜直線型和b型一近似圓弧線型，分別如圖2a和圖2b所示。這兩種輥型的倒角長度均為500mm。利用有限元法，分別計算了這兩種輥型的輥面應(yīng)力分布，計算所用的軋制參數(shù)是板寬為3500mm，軋制力為5000噸，計算結(jié)果如圖5所示。圖5顯示了利用有限元法計算了軋制過程中采用某中板廠的a型支承輥輥型和b型支承輥輥型以及采用本發(fā)明支承輥輥型的四輥軋機(jī)的支承輥輥間應(yīng)力分布情況。從圖中可以看出，采用a型支承輥輥型的四輥軋機(jī)輥間應(yīng)力分布很不均勻，支承輥端部有較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象，最大輥間接觸應(yīng)力約為1430Mpa，對稱面與端部的輥間應(yīng)力相差約為400Mpa ;采用b型支承輥輥型的四輥軋機(jī)的輥間應(yīng)力分布較a型支承輥輥型的均勻，最大輥間應(yīng)力約為1310Mpa，對稱面處于端部的輥間應(yīng)力分布相差約300Mpa ;采用本發(fā)明支承輥輥型四輥軋機(jī)的輥間應(yīng)力分布更為均勻，端部最大輥間接觸應(yīng)力約為1200Mpa，對稱面與端部的輥間接觸應(yīng)力相差約為200Mpa，有效的緩和了支承輥端部的應(yīng)力集中，從而有抑制了軋輥端部剝落的現(xiàn)象，延長了軋輥的使用壽命。圖6顯示了利用有限元法分別采用某中板廠b型支承輥輥型和本發(fā)明支承輥輥型四輥軋機(jī)，軋制帶鋼完成后帶鋼的厚度差情況，從圖中可以看出，采用本發(fā)明支承輥輥型的四輥軋機(jī)軋制帶鋼完成后，帶鋼的厚度差較采用該中板廠b型支承輥輥型的四輥軋機(jī)帶鋼的厚度差小，帶鋼的生產(chǎn)質(zhì)量得到了保證。該中板廠四輥軋機(jī)采用了本發(fā)明的支承輥輥型后，支承輥邊部剝落現(xiàn)象得到了有效抑制，支承輥壽命提高了約io°/ri5%。通過以上實施例可以看出，本發(fā)明的寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥，其輥型曲線考慮了在軋制過程中因軋輥輥面磨損而對輥身進(jìn)行重車和重磨造成軋輥直徑減小所帶來的軋輥剛度的改變這一影響因素，軋輥倒角采用三次曲線，三次曲線的系數(shù)和倒角長度根據(jù)軋輥使用的不同時期的輥徑值而確定。采用本發(fā)明支承輥輥型的四輥軋機(jī)能夠適應(yīng)不同板寬 的軋制要求，輥間接觸應(yīng)力分布趨于均勻，延長了支承輥的使用壽命，同時帶鋼的厚度差也得到了很好的控制，保證了板帶材的生產(chǎn)質(zhì)量。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥，其特征在于，所述支承輥的輥型曲線為軸對稱，從對稱中心向兩邊依次包括平輥段(I)、三次曲線段(2)和斜直線段(3)； 所述平輥段(I)為平行于所述支承輥的中心軸線的線段； 所述斜直線段(3)為與所述支承輥的中心軸線呈一定角度的線段，其長度為50mm，高度為O. 7mm ； 所述三次曲線段(2)由方程y = ax3+bx2+cx+d確定,其中，a、b、C、d為棍型優(yōu)化系數(shù)，其取值區(qū)間如下 a的取值區(qū)間為O. 0000000005^0. 000000002，根據(jù)所述支承輥的直徑確定a的取值，所述支承輥的直徑最大時，取下限； b的取值區(qū)間為-O. OOOOOr-O. 000002，根據(jù)所述支承輥的直徑確定b的取值，所述支承輥的直徑最大時，取上限； c的取值區(qū)間為O. 0018、. 0029，根據(jù)所述支承輥的直徑確定c的取值，所述支承輥的直徑最大時，取下限； d的取值區(qū)間為-O. 0015、. 0075，根據(jù)所述支承輥的直徑確定d的取值，所述支承輥的直徑最大時，取下限； 所述三次曲線段(2)的長度由公式Ll=IOOO j+300k確定，其中，LI為三次曲線段(2)的長度，j、k為與軋制條件相關(guān)的輥型系數(shù)，其取值區(qū)間如下 j的取值范圍為O. 8 l，k的取值范圍為O. 3^0. 4，根據(jù)所述支承輥的直徑確定j和k的取值，所述支承輥的直徑最大時，j取上限，k取下限；所述支承輥的直徑最小時，j取下限，k取上限。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥，其特征在于，所述三次曲線段(2)的長度LI的取值范圍為92(Tl090mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥，其特征在于，所述三次曲線段(2)的倒角深度的取值范圍為O. 7Γ0. 91mm，支承輥直徑最大時，取下限。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥，其特征在于，所述支承輥為直徑為200(T2200mm、輥身長度為400(T4500mm的寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬厚板四輥軋機(jī)的支承輥，所述支承輥的輥型曲線為軸對稱，從對稱中心向兩邊依次包括平輥段、三次曲線段和斜直線段。其中三次曲線段長度為L1，倒角深度為H1；L1的取值范圍為920~1090mm；H1的取值范圍為0.71~0.91mm；三次曲線段的方程為y=ax3+bx2+cx+d；其中a，b，c，d為與軋制條件相關(guān)的輥型優(yōu)化系數(shù)。斜直線段長度L2為50mm，高度H2為0.7mm。本發(fā)明支承輥輥型的四輥軋機(jī)能夠適應(yīng)不同板寬的軋制要求，輥間接觸應(yīng)力分布趨于均勻，延長了支承輥的使用壽命，同時帶鋼的厚度差也得到了很好的控制，保證了板帶材的生產(chǎn)質(zhì)量。
文檔編號B21B29/00GK102794307SQ20121024571
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者孫登月, 杜征, 付萬堂, 許石民 申請人:燕山大學(xué)