连铸大方坯连续曲率凸形辊制造方法
技术领域
本发明属于金属铸造领域,尤其涉及一种用于在现场对铸造坯料进行后处理或后加工装置的制造方法。
背景技术
申请公布号为CN 107377919 A,申请公布日为2017.11.24的中国发明专利申请,公开了一种“提高轴承钢铸坯中心致密度的方法”,其中公开了一种述凸形辊,所述凸形辊的中部设有凸起1,所述凸起1与所述凸形辊的两端以渐变曲率曲线过渡。
申请公布号为CN 106001475 A,申请公布日为2016.10.12的中国发明专利申请,公开了一种“连铸合金钢大方坯渐变曲率凸形辊及重压下工艺”,其将轧辊设计成一种渐变曲率的凸形辊结构;凸形辊具有能够补偿高度方向体积收缩量的凸台高度,以及能够覆盖宽度方向最严重疏松、偏析区域的凸台宽度。其变弧区圆弧控制在曲率半径r不大于30mm。
申请公布号CN 105983668 A,申请公布日为2016.10.05的中国发明专利申请,公开了一种“轻压下辊、具有其的轻压下装置及铸坯的制造方法”,其中公开了“轻压下辊的端部的直径比中间部的直径小,其中,在观察轻压下辊的包含旋转轴线的截面时,中间部与端部之间的外周在端部侧具有朝向旋转轴线鼓出的第1圆弧、在中间部侧具有朝向与第1圆弧的鼓出方向相反的方向鼓出的第2圆弧,与第1圆弧和第2圆弧这两者相切的切线和旋转轴线所成的角度为40°以下。”
在上述个技术方案中的轻压下凸形辊,尽管分别考虑了凸台轮廓曲线的光滑,但仅在一阶导数情况下的连续(即曲线与曲线相切、曲线与直线相切),这些切点处仍然为奇异点即应力集中点,如圆弧曲线与圆弧曲线相交仅满足0阶连续,并不是真正意义上的光滑曲线。铸坯在轧制变形过程中,仍不可避免的受到应力,由于连铸坯表面温度低通常在700-900℃,且表面温度不均匀,奇异点成为应力集中点,此处铸坯在轧制变形过程中表面容易产生裂纹。
同时采用两个圆弧曲线作为过渡曲线时,过渡曲线的在x轴上的投影长度AB必须大于等于凸台高度H,即两个圆弧的最小半径之和(R1+R2)必须大于等于凸台高度H,否则两个圆弧无法连接。
由于辊身的总长度一定,凸台中心的直线段DE长度由铸坯中心未凝固的液芯宽度决定。过度曲线过长,就意味着凸台两端的直线段AB和EF变短,如此对于降低轧制压力和减少拉坯阻力都是不利的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸大方坯连续曲率凸形辊制造方法。该连续曲率凸形辊辊身工作部分轮廓曲线,一阶导数连续变化、二阶导数连续变化、曲率连续变化,并给出具有连续变化曲率的过渡曲线的形成方法。该连续曲率凸形辊可以使变形区域铸坯均匀变形,减少裂纹发生;该连续曲率凸形辊的过渡曲线可以缩短,可进一步降低轧制压力和减少拉坯阻力。
本发明的技术方案是:提供一种连铸大方坯连续曲率凸形辊制造方法,其特征是:
所述连续曲率凸形辊辊身工作部分的外轮廓曲线,由第一直线段AB、第一过渡曲线段BC、中间直线段CD、第二过渡曲线段DE和第二直线段EF构成;
其第一过渡曲线段BC和第一直线段AB、中间直线段CD的一阶导数连续变化、二阶导数连续变化、曲率连续变化,构成一个具有连续变化曲率的第一过渡曲线;
同样,第二过渡曲线段DE和中间直线段CD、第二直线段EF的一阶导数连续变化、二阶导数连续变化、曲率连续变化,构成一个具有连续变化曲率的第二过渡曲线;
所述的第一过渡曲线BC与第二过渡曲线DE镜像对称;
制造、加工所述的凸形辊时,首先按照凸形辊的形状和尺寸要求,先铸造出毛坯,辊身工作部分的加工按照所述外轮廓曲线的形状,沿中心轴线O1O2旋转加工即成连续曲率凸形辊;
对于已有的平辊,可先在辊身工作部分堆焊出凸台,辊身工作部分的加工按照所述外轮廓曲线的形状,沿中心轴线O1O2旋转加工即成连续曲率凸形辊;
按照所述的连铸大方坯连续曲率凸形辊制造方法所制得的凸形辊,可以使变形区域铸坯均匀变形,减少裂纹发生;
按照所述的连铸大方坯连续曲率凸形辊制造方法所制得的凸形辊,其过渡曲线可以缩短,可进一步降低轧制压力和减少拉坯阻力。
具体的,所述的具有连续变化曲率的过渡曲线的形成方法如下:
建立一个坐标系,坐标原点在中间O点,O、B两点满足二阶导数连续,A点满足一阶导数连续;
所述凸形辊的凸台的曲线方程,为一个沿中心A点轴对称的曲线,曲线段OA为左半边的曲线,曲线段AB为右半边的曲线;
曲线段OA作为凸台左半边曲线,曲线段AB作为凸台右半边曲线,中间由水平直线相连。
进一步的,所述的曲线方程
限制条件如下:
O点:x=0:
y=0; (1)
A点:x=L/2:
y=H; (4)
B点:x=L:
y=0; (6)
即一共有8个限制条件;
假定凸台过渡曲线为多项式形式,因有8个限制条件,则应有:
y=a7x7+a6x6+a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0 (9)
(1)~(8)式条件代入式(9)、(10)、(11)得:用联立解8元一次方程得:
此曲线由于其0阶、1阶和2阶导数连续,因此其曲率连续,属于光滑曲线。
更进一步的,所述的第二过渡曲线DE,可用第一过渡曲线BC沿着中间直线段CD的中点作为中心线镜像形成。
与现有技术比较,本发明的优点是:
1.采用本技术方案制造的连续曲率凸形辊可以使变形区域铸坯均匀变形,减少裂纹发生;采用本发明的技术方案后,凸形辊的过渡曲线可以缩短,可进一步降低轧制压力和减少拉坯阻力;
2.采用本技术方案制造的凸形辊进行凝固末端轻压下控制,可来降低铸坯的中心疏松,进而提高铸坯中心致密度,改善轧材内部质量;
3.采用本技术方案制造的凸形辊来实施凝固末端重压下技术,避开了两侧已经凝固的坯壳产生较大的变形抗力,能够对铸坯的中部实施重压下,提高铸坯中心致密度,同时由于凸形辊与铸坯接触面积小,摩擦力减小,因此铸坯连铸过程的拉坯阻力也减少。
附图说明
图1是本发明凸形轧辊的轮廓形状示意图;
图2是本发明凸台水平方向剖面坐标系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明的目的在于提供能够充分地减少轧制材料的表面所产生的缺陷的轻压下辊。
针对上述目的,本发明采用了如下技术方案:
如图1中所示,本发明连续曲率凸形辊辊身工作部分的轮廓曲线,由第一直线段AB、第一过渡曲线段BC、中间直线段CD、第二过渡曲线段DE和第二直线段EF构成。
其中,第一过渡曲线段BC和第一直线段AB、中间直线段CD的一阶导数连续变化、二阶导数连续变化、曲率连续变化。
同样,第二过渡曲线段DE和中间直线段CD、第二直线段EF的一阶导数连续变化、二阶导数连续变化、曲率连续变化。
本技术方案中具有连续变化曲率的第一过渡曲线的形成方法如下:
建立如图2所示的坐标系(坐标原点在中间O点,O、B两点满足二阶导数连续,A点满足一阶导数连续)。
本技术方案中,凸形辊的凸台的曲线方程为沿中心A点轴对称曲线,曲线OA为左半边的曲线,曲线AB为由半边的曲线。曲线OA作为凸台左半边曲线,曲线AB作为凸台右半边曲线,中间由水平直线相连。
所述凸形辊凸台的第一过渡曲线的曲线方程通过下列步骤获得:
限制条件如下:
O点:x=0:
y=0; (1)
A点:x=L/2:
y=H; (4)
B点:x=L:
y=0; (6)
即一共有8个限制条件。
假定凸台过渡曲线为多项式形式,因有8个限制条件,则应有:
y=a7x7+a6x6+a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0 (9)
(1)~(8)式条件代入式(9)、(10)、(11)得:用联立解8元一次方程得:
此曲线由于其0阶、1阶和2阶导数连续,因此其曲率连续,属于光滑曲线。
上述的第二过渡曲线DE,可用第一过渡曲线BC沿着中间直线段CD的中点作为中心线镜像形成。
采用本发明技术方案的有益效果为:
本技术方案通过凸形辊进行凝固末端轻压下控制、综合运用来降低铸坯的中心疏松,进而提高铸坯中心致密度,改善轧材内部质量(在铸坯凝固过程中会产生很大的体积收缩,所以需要更大的压下量来补偿铸坯体积收缩,在压下过程中,铸坯会产生变形抗力,其主要集中在两侧已经凝固的坯壳上)。
本发明采用凸形辊凝固末端重压下技术,避开了两侧已经凝固的坯壳产生较大的变形抗力,能够对铸坯的中部实施重压下,提高铸坯中心致密度。
同时,由于凸形辊与铸坯接触面积小,摩擦力减小,因此铸坯连铸过程的拉坯阻力也减少。
此外,关键的一点在于,采用本技术方案制造的连续曲率凸形辊进行轻下压模式操作,可以使变形区域铸坯均匀变形,减少裂纹发生;采用本发明制造的凸形辊的过渡曲线可以缩短,可进一步降低轧制压力和减少拉坯阻力。
实施本发明时,首先按照本发明凸形辊的形状和尺寸要求,先铸造出毛坯;辊身工作部分加工按照图1外廓形状沿轴线O1O2旋转加工即成连续曲率凸形辊;对于已有的平辊,可先在辊身工作部分堆焊出凸台,辊身工作部分加工按照图1外廓形状沿轴线O1O2旋转加工即成连续曲率凸形辊。
实施例:
对于前述的第一直线段AB、第三直线段EF、中间直线段CD、第一过渡曲线BC和第二过渡曲线DE,尽量以其线段首末端的字母来代表,以便于文字描述简洁。
实施例一:
在图2坐标系(坐标原点在中间O点,O、B两点满足二阶导数连续,A点满足一阶导数连续)下,轧辊工作辊身长度500mm,两端直线段长度AB=EF=135mm,中间直线段CD长度150mm,过渡曲线BC和DE在x轴上的投影长40mm,凸台高度H=20mm,过渡曲线BC曲线方程为:
y=-4.882813×10-9x6+1.171875×10-6x5-9.375×10-5x4+2.5×10-3x3
第二过渡曲线DE可用第一过渡曲线BC沿着中间直线段CD的中点作为中心线镜像形成。
实施例二:
在图2坐标系下,轧辊工作辊身长度500mm,两端直线段长度AB=EF=115mm,中间直线段CD长度150mm,过渡曲线BC和DE在x轴上的投影长60mm,凸台高度H=20mm,过渡曲线BC曲线方程为:
y=-4.286694×10-10x6+1.543210×10-7x5-1.851852×10-5x4+7.407407×10-4x3
同样地,过渡曲线DE可用过渡曲线BC沿着线段CD的中点作为中心线镜像形成。
其余同实施例一。
实施例三:
在图2坐标系下,轧辊工作辊身长度500mm,两端直线段长度AB=EF=115mm,中间直线段CD长度150mm,过渡曲线BC和DE在x轴上的投影长60mm,凸台高度H=30mm,过渡曲线BC曲线方程为:
y=-6.430041×10-10x6+2.314815×10-7x5-2.777778×10-5x4+1.111111×10-3x3
同样地,过渡曲线DE可用过渡曲线BC沿着线段CD的中点作为中心线镜像形成。
其余同实施例一。
实施例四:
在图2坐标系下,轧辊工作辊身长度500mm,两端直线段长度AB=EF=135mm,中间直线段CD长度150mm,过渡曲线BC和DE在x轴上的投影长40mm,凸台高度H=15mm,过渡曲线BC曲线方程为:
y=-3.6621096×10-9x6+8.789063×10-7x5-7.031250×10-5x4+1.875000×10-3x3
同样地,过渡曲线DE可用过渡曲线BC沿着线段CD的中点作为中心线镜像形成。
其余同实施例一。
由于按照本发明技术方案制造的凸形辊辊身工作部分的轮廓曲线,一阶导数连续变化、二阶导数连续变化、曲率连续变化。
按照本发明技术方案制造的连续曲率凸形辊,可以使变形区域铸坯均匀变形,减少裂纹发生;该连续曲率凸形辊的过渡曲线可以缩短,可进一步降低轧制压力和减少拉坯阻力。
本发明可广泛用于金属铸造领域。