RU2700345C1 - Composite rolling roll - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to rolling, specifically working roll stands of hot and cold rolling mills. Roll includes a bearing profiled axis with a limiting collar shifted relative to the roll axis of rotation, and a mate of mating shape conjugated to it with interference fit. Shaped axis is made of two axially symmetric sections joined without benches, one of which adjoins the limiting collar, and the other is spaced from it. Both sections of the bearing axis have a single axis of symmetry, the section adjoining the limit collar is made cylindrical, and distant – in the form of a truncated cone, the generatrix of which is inclined to the axis of the roll at an angle determined by a mathematical expression.

EFFECT: easier machining of the roll and low cost thereof.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к валкам рабочих клетей станов горячей и холодной прокатки.The invention relates to rolling production, and in particular to rolls of working stands of hot and cold rolling mills.

Известен составной прокатный валок, включающий несущую профилированную ось с ограничительным буртом и сопряженный с ней по посадке с натягом бандаж ответной формы, при этом несущая ось имеет два цилиндрических участка равного диаметра, продольная ось примыкающего к бурту участка совпадает с осью вращения валка, а продольная ось другого участка наклонена к ней под углом (Составной прокатный валок. Патент России №2402393. МПК В21В 27/03).A composite rolling roll is known, including a profiled bearing axis with a restrictive collar and a mating band of a reciprocal form conjugated with it, while the bearing axis has two cylindrical sections of equal diameter, the longitudinal axis of the section adjacent to the collar coincides with the axis of rotation of the roll, and the longitudinal axis another section is inclined to it at an angle (Composite rolling roll. Russian Patent No. 2402393. IPC V21V 27/03).

Недостатком этого валка является возможность круговых микросмещений цилиндрического участка бандажа, примыкающего к ограничительному бурту от ударных нагрузок, а также при работе валка в реверсивных клетях. В процессе длительной эксплуатации валка вследствие круговых микросмещений происходит его износ, что ослабляет величину натяга и приводит к появлению зазоров между сопрягаемыми поверхностями элементов валка. В результате, появляются нежелательные вибрации и пробуксовки, что ухудшает качество прокатываемого металла.The disadvantage of this roll is the possibility of circular micro displacements of the cylindrical section of the bandage adjacent to the restrictive collar from shock loads, as well as during the work of the roll in reversing stands. During long-term operation of the roll due to circular micro displacements, its wear occurs, which weakens the interference fit and leads to gaps between the mating surfaces of the roll elements. As a result, unwanted vibrations and slippage appear, which affects the quality of the rolled metal.

Известен составной прокатный валок, принятый в качестве прототипа, включающий несущую профилированную ось с ограничительным буртом и сопрягаемый с ней по посадке с натягом бандаж ответной формы, при этом профилированная ось выполнена из двух стыкующихся без уступов осесимметричных участков равного диаметра, первый из которых примыкает к ограничительному бурту, а второй участок наклонен к первому под углом, несущая профилированная ось смещена в плоскости изгиба относительно оси вращения валка в сторону противоположную направлению изгиба (Составной прокатный валок. Патент России №2592011. МПК В21В 27/00).Known composite rolling roll, adopted as a prototype, including a bearing profiled axis with a restrictive collar and mating with it fit with an interference fit of the reciprocal shape, while the profiled axis is made of two axially symmetric sections joined without ledges of equal diameter, the first of which is adjacent to the restrictive collar, and the second section is inclined to the first at an angle, the bearing profiled axis is offset in the plane of bending relative to the axis of rotation of the roll in the direction opposite to the direction of bending iba (Composite rolling roll. Russian Patent No. 2592011. IPC B21B 27/00).

Недостатком этого валка является высокая трудоемкость изготовления составных частей валка из-за необходимости двойной операции перецентровки несущей оси составного валка с использованием дополнительной пары дорогостоящих приспособлений (бугелей). Каждая перецентровка требует точной настройки и выверки бугелей относительно торцов шеек валка.The disadvantage of this roll is the high complexity of manufacturing the components of the roll due to the need for a double operation of re-centering the bearing axis of the composite roll using an additional pair of expensive devices (yokes). Each re-alignment requires fine-tuning and alignment of the yokes with respect to the ends of the necks of the roll.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении технологичности изготовления составных частей валка, за счет исключения дополнительной операции перецентровки несущей оси в процессе ее механообработки, а также снижения затрат на изготовление специальных приспособлений (бугелей).The problem solved by the invention is to increase the manufacturability of the manufacture of the components of the roll, by eliminating the additional operation of re-centering the bearing axis during its machining, as well as reducing the cost of manufacturing special devices (yokes).

Эта задача решается следующим образом. В известном составном валке, включающем несущую профилированную ось с ограничительным буртом, смещенную относительно оси вращения валка, и сопрягаемый с ней по посадке с натягом бандаж ответной формы, при этом профилированная ось выполнена из двух стыкующихся без уступов осесимметричных участков, один из которых примыкает к ограничительному бурту, а другой отстоит от него, согласно изобретению, оба участка несущей оси имеют единую ось симметрии, при этом примыкающий к ограничительному бурту участок выполнен цилиндрическим, а отстоящий - в виде усеченного конуса, образующая которого наклонена к оси валка под углом β, определяемым из выражения:This problem is solved as follows. In the known composite roll, including the bearing profiled axis with a restrictive shoulder, offset from the axis of rotation of the roll, and mating with it an interference fit of the response band, the profiled axis is made of two axisymmetric sections that are joined without ledges, one of which is adjacent to the restrictive collar, and the other is spaced from it, according to the invention, both sections of the bearing axis have a single axis of symmetry, while the portion adjacent to the limiting collar is cylindrical, and the spaced - in the form of a truncated cone, the generatrix of which is inclined to the axis of the roll at an angle β determined from the expression:

0<β<arctg(d⋅α_t⋅Т-δ)/2L,0 <β <arctan (d⋅α _t ⋅Т-δ) / 2L,

где d - внутренний диаметр цилиндрического участка бандажа, мм;where d is the inner diameter of the cylindrical section of the bandage, mm;

α_t - коэффициент линейного расширения металла бандажа, °C^-1;α _t is the coefficient of linear expansion of the metal of the bandage, ° C ^-1 ;

Т - температура нагрева бандажа, °C;T is the heating temperature of the bandage, ° C;

δ - натяг, мм;δ is the interference, mm;

L - длина конического участка несущей оси, мм.L is the length of the conical section of the bearing axis, mm

На чертеже изображен общий вид составного валка.The drawing shows a General view of a composite roll.

Валок состоит из несущей профилированной оси 1, на которой выполнен ограничительный бурт 2 и бандажа 3. Посадочная часть несущей оси 1 выполнена из двух осесимметричных участков 4 и 5, один из которых цилиндрический и примыкает к ограничительному бурту, а другой - конический, при этом вся несущая ось 1 смещена относительно оси вращения валка на величину Δ. Смещение несущей оси относительно оси вращения валка исключает его круговое смещение, например, при изменении направления вращения валка, поскольку смещенный за контур изначального цилиндра участок находится в зацеплении с выемкой ответной формы на бандаже. От продольного смещения несущей оси относительно бандажа предотвращают, с одной стороны - ограничительный бурт 2, с другой - конический участок 5.The roll consists of a bearing profiled axis 1, on which a restrictive collar 2 and a band 3 are made. The landing part of the bearing axis 1 is made of two axisymmetric sections 4 and 5, one of which is cylindrical and adjacent to the restriction collar, and the other conical the bearing axis 1 is offset relative to the axis of rotation of the roll by Δ. The offset of the bearing axis relative to the axis of rotation of the roll eliminates its circular displacement, for example, when changing the direction of rotation of the roll, since the portion displaced beyond the contour of the original cylinder is engaged with the recess of the reciprocal form on the bandage. From longitudinal displacement of the bearing axis relative to the bandage is prevented, on the one hand, the restrictive shoulder 2, on the other, the conical section 5.

Сопрягаемый бандаж 3 выполнен ответной формы, т.е. смежные цилиндрический и конический участки внутреннего пространства бандажа расположены аналогичным образом.The mating bandage 3 is made in the reciprocal form, i.e. adjacent cylindrical and conical sections of the inner space of the bandage are located in a similar way.

Математическое выражение выведено из следующих соображений.The mathematical expression is derived from the following considerations.

Для того, чтобы обеспечить свободное прохождение несущей оси вдоль внутреннего пространства бандажа в процессе операции сборки составного валка внутренний диаметр цилиндрического участка бандажа (d) после нагрева должен превысить диаметр большего основания конического участка (D) несущей оси с учетом заданной величины натяга δ. Внутренний диаметр цилиндрического участка несущей оси после нагрева становится равным d(l+α_t⋅Т), следовательно, d(l+α_t⋅Т)>D+δ.In order to ensure the free passage of the bearing axis along the inner space of the bandage during the operation of assembling the composite roll, the inner diameter of the cylindrical section of the bandage (d) after heating should exceed the diameter of the larger base of the conical section (D) of the bearing axis, taking into account the specified amount of interference δ. After heating, the inner diameter of the cylindrical section of the bearing axis becomes d (l + α _t ⋅Т), therefore, d (l + α _t ⋅Т)> D + δ.

Из рассмотрения прямоугольного треугольника abc следует, что предельный угол наклона образующей конуса к оси валка β=arctg (ас/вс).From a consideration of the right-angled triangle abc, it follows that the limiting angle of inclination of the generatrix of the cone to the roll axis is β = arctan (ac / sun).

Катет ас=(D-d)/2, а катет bc=L (длина конического участка несущей оси).The leg is ac = (D-d) / 2, and the leg is bc = L (the length of the conical section of the bearing axis).

После элементарных преобразований получаем необходимое выражение 0<β<arctg (d⋅α_t⋅Т-δ)/2L, которое удовлетворяет поставленной задаче.After elementary transformations, we obtain the necessary expression 0 <β <arctan (d⋅α _t ⋅Т-δ) / 2L, which satisfies the task.

При β=0 конусность отстоящего от ограничительного бурта осесимметричного участка исчезает (участок становится цилиндрическим), при этом возможно продольное смещение бандажа относительно несущей оси.At β = 0, the taper of the axisymmetric section spaced from the restriction collar disappears (the section becomes cylindrical), and the longitudinal displacement of the bandage relative to the bearing axis is possible.

При β≥arctg (d⋅α_t⋅Т-δ)/2L невозможно свободное перемещение несущей оси вдоль внутреннего пространства нагретого бандажа.At β≥arctg (d⋅α _t ⋅Т-δ) / 2L, the free movement of the bearing axis along the inner space of the heated bandage is impossible.

Лишь при 0<β<arctg(d⋅α_t⋅Т-δ)/2L возможна сборка составного валка с оптимальной конфигурацией несущей оси, исключающей как круговое, так и продольное смещение бандажа относительно несущей оси в процессе эксплуатации валка.Only at 0 <β <arctan (d⋅α _t ⋅Т-δ) / 2L is it possible to assemble a composite roll with an optimal configuration of the bearing axis, eliminating both circular and longitudinal displacement of the band relative to the bearing axis during operation of the roll.

В процессе механообработки несущей оси сначала вытачивают ограничительный бурт 2, ось симметрии которого совпадает с осью валка, после чего с той же установки протачивают всю несущую ось с припуском, достаточным для формирования конического участка 5 с учетом заданной величины смещения Δ несущей оси относительно оси вращения валка и величины натяга. Затем с помощью бугелей, установленных на обоих торцах валка, смещают несущую ось 1 относительно оси вращения валка на величину Δ. и протачивают цилиндрический участок 4 несущей оси, примыкающий к ограничительному бурту 2, до заданных геометрических размеров с учетом величины натяга. Далее с той же установки (и с теми же бугелями) вытачивают второй осесимметричный участок в виде усеченного конуса 5. Таким образом, необходимость в дополнительной операции перецентровки отпадает.In the process of machining the bearing axis, the restriction collar 2 is first machined, the axis of symmetry of which coincides with the axis of the roll, and then the entire bearing axis is machined with the allowance sufficient to form a conical section 5, taking into account the specified displacement Δ of the bearing axis relative to the axis of rotation of the roll and magnitude of interference. Then, using the yokes installed on both ends of the roll, the bearing axis 1 is displaced relative to the axis of rotation of the roll by Δ. and grind the cylindrical section 4 of the bearing axis adjacent to the restrictive shoulder 2, to the specified geometric dimensions, taking into account the magnitude of the interference fit. Then, from the same installation (and with the same yokes), a second axisymmetric section is machined in the form of a truncated cone 5. Thus, there is no need for an additional re-centering operation.

Внутреннюю посадочную поверхность бандажа обрабатывают с учетом фактических размеров несущей оси и величины натяга.The inner landing surface of the bandage is processed taking into account the actual dimensions of the bearing axis and the magnitude of the interference fit.

Данное профилирование сопрягаемых поверхностей несущей оси и бандажа исключает их взаимное прокручивание и продольное смещение при изменении направления вращения валков, при этом соединение бандажа с несущей осью может осуществляться с меньшим натягом, что позволит легко заменить бандаж и исключить его разрушение от растягивающих напряжений натяга.This profiling of the mating surfaces of the bearing axis and the band excludes their mutual scrolling and longitudinal displacement when changing the direction of rotation of the rolls, while the connection of the band with the bearing axis can be carried out with less interference, which makes it easy to replace the band and prevent its destruction from tensile tension of the interference.

Пример. Требуется изготовить составной прокатный валок с габаритами бочки 1400 (диаметр) × 1300 (длина), мм для прокатной клети стана 1300 холодной прокатки. Заготовку для бандажа изготавливают из стали 45Х5МФ методом отливки в кокиль, а заготовку для несущей оси из стали 50Х методом ковки из слитка, позволяющего выточить из него монолитную несущую ось, состоящую из цилиндрического и конического участков.Example. It is required to produce a composite rolling roll with a barrel dimension of 1400 (diameter) × 1300 (length), mm for a rolling stand of a cold rolling mill 1300. The blank for the bandage is made of steel 45Kh5MF by casting in a chill mold, and the blank for the bearing axis is made of steel 50X by forging from an ingot, which makes it possible to carve out a monolithic bearing axle from it, consisting of a cylindrical and conical sections.

Коэффициент линейного расширения бандажа составляет 1,4⋅10^-5 °C^-1. Расчетную температуру нагрева бандажа принимают равной 350°C.The coefficient of linear expansion of the bandage is 1.4⋅10 ^-5 ° C ^-1 . The estimated temperature of the heating of the bandage is taken equal to 350 ° C.

Конструктивно диаметр ограничительного бурта принимают равным 1100 мм, а его толщину 30 мм. Диаметр цилиндрического принимают равным 1000 мм, а его длину 1000 мм. С учетом этого, длина конического участка составит 270 мм. Величину натяга принимают равной 0,5 мм. Таким образом, фактический посадочный диаметр цилиндрического участка несущей оси с учетом натяга составит 1000, 5 мм. Величину смещена Δ несущей оси относительно оси вращения валка приниают равной 2 мм.Structurally, the diameter of the limit collar is assumed to be 1100 mm, and its thickness is 30 mm. The diameter of the cylindrical is taken equal to 1000 mm, and its length is 1000 mm. With this in mind, the length of the conical section will be 270 mm. The amount of interference is taken equal to 0.5 mm. Thus, the actual landing diameter of the cylindrical section of the bearing axis, taking into account the interference fit, will be 1000, 5 mm. The value is shifted Δ of the bearing axis relative to the axis of rotation of the roll is taken equal to 2 mm

После нагрева бандажа до заданной температуры (350°C) внутренний диаметр цилиндрического участка бандажа с учетом коэффициента линейного расширения (1,4⋅10-5 °C^-1) увеличится до 1004,9 мм,After heating the band to a predetermined temperature (350 ° C), the inner diameter of the cylindrical section of the band, taking into account the coefficient of linear expansion (1.4 (10-5 ° C ^-1 ), will increase to 1004.9 mm,

Из выведенного математического выражения следует, что предельный угол наклона образующей конического участка к оси валка при вышеперечисленных конструктивных и теплофизических параметрах составляет ~0,467°.From the derived mathematical expression it follows that the limiting angle of inclination of the generatrix of the conical section to the axis of the roll with the above structural and thermophysical parameters is ~ 0.467 °.

Для обеспечения свободного прохождения несущей оси вдоль внутреннего пространства нагретого бандажа фактический угол наклона образующей конического участка к оси валка принимают равным 0,3°, что соответствует условиям решаемой задачи, при этом диаметр большего основания усеченного конуса составит 1002,83 мм < 1004,9 мм,To ensure free passage of the bearing axis along the inner space of the heated bandage, the actual angle of inclination of the generatrix of the conical section to the roll axis is taken to be 0.3 °, which corresponds to the conditions of the problem being solved, while the diameter of the larger base of the truncated cone will be 1002.83 mm <1004.9 mm ,

На первом этапе токарной обработки несущей оси, закрепленной в центрах станка, производят съем металла с поковки по всей посадочной длине до диаметра не менее 1007,35 мм с учетом величины смещения несущей оси (2 мм), натяга (0,5 мм) и диаметра большего основания усеченного конуса (1002,83 мм). На втором этапе токарной обработки полуфабрикат перецентровывают с помощью бугелей, т.е. смещают несущую ось относительно оси вращения валка на 2 мм. После установки бугелей в центрах токарного станка первый цилиндрический участок, примыкающий к ограничительному бурту, обтачивают с учетом натяга (0,5 мм) до диаметра 1000,5 мм на длине 1000 мм. В таком же положении продолжающимся ходом суппорта токарного станка с числовым программным управлением вытачивают второй участок несущей оси в виде усеченного конуса, образующая которого наклонена к оси валка под углом 0,3°.At the first stage of turning the bearing axis fixed in the centers of the machine, the metal is removed from the forgings along the entire landing length to a diameter of at least 1007.35 mm, taking into account the displacement of the bearing axis (2 mm), interference (0.5 mm) and diameter the larger base of the truncated cone (1,002.83 mm). At the second stage of turning, the semi-finished product is re-centered using yokes, i.e. displace the bearing axis relative to the axis of rotation of the roll by 2 mm After the yokes are installed in the centers of the lathe, the first cylindrical section adjacent to the restriction shoulder is machined with an interference fit (0.5 mm) to a diameter of 1000.5 mm over a length of 1000 mm. In the same position, the second section of the bearing axis in the form of a truncated cone, the generatrix of which is inclined to the axis of the roll at an angle of 0.3 °, is grinded by the ongoing progress of the numerically controlled lathe support.

Бандаж и его внутреннюю посадочную поверхность выполняют ответной формы, т.е. сначала на исходной заготовке в виде толстостенного кольца выполняют круговую выемку для ограничительного бурта, после чего продольную ось бандажа смещают относительно оси вращения валка на 2 мм и растачивают участок, примыкающий к ограничительному бурту до диаметра 1000 мм на длине 1000 мм, затем выполняют с той же установки конический участок бандажа на длине 270 мм.The bandage and its inner landing surface perform a reciprocal form, i.e. first, a circular recess for the restriction shoulder is made on the initial workpiece in the form of a thick-walled ring, after which the longitudinal axis of the bandage is shifted by 2 mm relative to the axis of rotation of the roll and the portion adjacent to the restriction shoulder to a diameter of 1000 mm over a length of 1000 mm is bored, then they are made with the same installation conical section of the bandage at a length of 270 mm.

Для обеспечения правильности монтажа сходственные участки несущей оси и бандажа предварительно метят, например, термостойкой краской.To ensure correct installation, similar sections of the bearing axis and bandage are pre-marked, for example, with heat-resistant paint.

После извлечения нагретого бандажа из печи его устанавливают в специальное приспособление на торец в вертикальное положение и надежно фиксируют от опрокидывания. Несущую ось, подвешенную с торца буртом вверх, с помощью крана подводят к нагретому бандажу, добиваясь совмещения меток несущей оси и бандажа, и заводят ее внутрь бандажа до упора в ограничительный бурт. В процессе остывания на воздухе до окружающей температуры цеха выбирается зазор между несущей осью и бандажом, при этом бандаж с натягом 0,5 мм облегает несущую ось.After removing the heated bandage from the furnace, it is installed in a special device on the end in a vertical position and securely fixed from tipping over. The bearing axis, suspended from the end with the shoulder up, is brought to the heated bandage using a crane, achieving alignment of the marks of the bearing axis and the bandage, and lead it inside the bandage to the stop in the restrictive collar. In the process of cooling in air to the ambient temperature of the workshop, a gap between the bearing axis and the band is selected, while the band with a tightness of 0.5 mm fits the bearing axis.

Предложенная конструкция позволит повысить технологичность изготовления составных частей валка, за счет двукратного уменьшения операций перецентровки несущей оси в процессе ее механообработки, а также снижения затрат на изготовление специальных приспособлений (бугелей).The proposed design will improve the manufacturability of the manufacture of the roll components, due to a twofold reduction in the operations of re-centering the axle during its machining, as well as reducing the cost of manufacturing special devices (yokes).

Claims (7)

Составной прокатный валок, содержащий несущую профилированную ось с ограничительным буртом, смещенную относительно оси вращения валка, и сопрягаемый с ней по посадке с натягом бандаж ответной формы, при этом несущая профилированная ось выполнена из двух стыкующихся без уступов осесимметричных участков, один из которых примыкает к ограничительному бурту, а другой отстоит от него, отличающийся тем, что оба участка несущей оси имеют единую ось симметрии, при этом примыкающий к ограничительному бурту участок выполнен цилиндрическим, а отстоящий - в виде усеченного конуса, образующая которого наклонена к оси валка под углом β, определяемым из выражения:A composite rolling roll containing a profiled bearing axis with a restriction shoulder displaced relative to the axis of rotation of the roll, and a mating band of the reciprocal form mating with it, while the bearing profiled axis is made of two axisymmetric sections joined without ledges, one of which is adjacent to the restrictive the shoulder, and the other is separated from it, characterized in that both sections of the bearing axis have a single axis of symmetry, while the adjacent to the bounding shoulder section is made cylindrical, and net - in the form of a truncated cone, the generatrix of which is inclined to the axis of the roll at an angle β, determined from the expression: 0<β<arctg(d⋅α_t⋅Т-δ)/2L,0 <β <arctan (d⋅α _t ⋅Т-δ) / 2L, где d - внутренний диаметр цилиндрического участка бандажа, мм;where d is the inner diameter of the cylindrical section of the bandage, mm; α_t - коэффициент линейного расширения металла бандажа, °C^-1;α _t is the coefficient of linear expansion of the metal of the bandage, ° C ^-1 ; Т - температура нагрева бандажа, °C;T is the heating temperature of the bandage, ° C; δ - натяг, мм;δ is the interference, mm; L - длина конического участка несущей оси, мм.L is the length of the conical section of the bearing axis, mm

Images