支承輥鑲套修復

周才東，唐廣銀

(常州金安冶金設備有限公司，江蘇 常州213126)

支承輥鑲套修復

周才東，唐廣銀

(常州金安冶金設備有限公司，江蘇 常州213126)

針對大型支承輥采用堆焊修復而使輥面組織不均勻的問題，采用了支承輥鑲套修復技術，根據支承輥的使用情況設計鑲套軋輥的配合直徑及聯接過盈量，根據配合直徑及過盈量確定熱裝溫度，保證安裝順利進行。支承輥鑲套修復后，鑲套軋輥聯接緊固，可以滿足支承輥使用性能。實際使用中效果良好。

支承輥;輥面修復;鑲套

0 前言

我國大型軋鋼、軋鋁企業經過幾十年的發展，特別是最近幾年的發展，產業升級，技術水平和生產能力大幅提高。現代化板帶軋機向大型化、高速化、自動化方向發展，隨著板材產量迅速增長，這些板材軋機使用的大型合金鍛鋼支承輥需求數量劇增。大型支承輥一般選用鍛造合金鋼材質，國內僅中國一重集團公司和中國二重集團公司有能力大批量制造，但因設備有限、工期長等諸多原因，供應數量十分有限，2/3大型支承輥只能依賴進口。支承輥的有效使用層只是輥身表面的淬硬層約50～150 mm，經過多年的使用，好多支承輥都已用到了報廢尺寸不能繼續使用，放在倉庫作廢品處理。軋輥實際有效使用量大概占整個軋輥重量15%～25%，其余75%～85%都成了廢品不能使用。因為大多數支承輥都是整體鍛鋼，價格非常昂貴，造成了很大的資源浪費。為了降低企業軋鋼成本，延長軋輥使用壽命，支承輥的修復使用受到了很大的關注。現在常用的支承輥修復方法為堆焊修復，由于堆焊修復工藝還不是十分穩定，且堆焊修復后輥面組織不像鍛鋼那樣組織分布均勻且致密，組織中經常會有堆焊缺陷存在，實際使用中采用該方法修復的支承輥經常出現問題。支承輥鑲套修復方法是采用鍛鋼輥套淬火后進行熱裝，輥面組織狀態與整體鍛造制造的新輥相同，可以達到新輥使用要求。

軋輥鑲套法是指采用過盈配合，在軋輥表面鑲一個的輥套。過盈聯接的配合直徑間有過盈量，在裝配后的配合面上，產生了一定的徑向壓力，當連接件承受軸向力F或扭矩T時，配合面上產生阻力或摩擦力來抵抗和傳遞外載荷。過盈聯接具有結構簡單、定心性好、承載能力高、承受變載荷和沖擊性能好等優點，在精密機械、重型機械、起重運輸機等行業得到廣泛的應用［1］。

1 輥套厚度及過盈量的確定

由于修復軋輥參數是確定的，所以輥套的長度、輥套和輥軸材料都是確定的，其核心是過盈量、配合直徑的設計。過盈配合選擇不當會在熱裝及使用過程中造成輥套漲裂，在使用過程中配合面產生相對滑動。產生輥套漲裂的原因是過盈量選擇太大，產生打滑的原因可能是由于過盈量選擇過小。所以過盈量的選擇正確與否將決定軋輥修復是否成功。與普通過盈聯接不同的是，軋輥在使用過程中還將不斷修磨，因此還應考慮輥套直徑修磨變小對過盈聯接的影響。

鑲套后軋輥主要傳遞扭矩及承受軸向力。為保證過盈聯接有效性，徑向結合壓力p應大于扭矩T及軸向力F共同作用時所產生的合力。如圖1所示的結合徑向壓力p

式中，d為結合公稱直徑，l為結合長度，f為結合面上的摩擦系數。

根據材料力學中對厚壁圓筒的分析，過盈聯接的計算以兩個簡單厚壁圓筒在彈性范圍內的聯接為計算基礎。過盈配合的最小極限過盈量δmin與結合壓力p之間的關系為

式中，d為結合公稱直徑;E、C分別為輥套及輥軸的彈性模量和剛性系數，E的單位為MPa;C1為輥軸的剛性系數;C2為輥套的剛性系數。

式中，d1為輥軸的中孔直徑，一般為0。d2為輥套的外徑(mm)。μ1為輥軸的泊松比，μ2為輥套的泊松比。鋼的泊松比為0.3。

為保證聯接的結合強度，還應考慮其它對聯接強度有影響的因素:結合面表面粗糙度;使用過程中溫度差;離心力的作用等［1］。實踐證明，粗糙度較小的兩表面相配合時配合的情況較好，可以提高聯接的緊固性。為降低輥套兩端應力集中，防止輥套漲裂，將輥軸配合面兩頭加工成圓弧過渡，減小配合面兩端的過盈量。

輥套和輥軸都是塑性材料，應該保證聯接后兩者不發生塑性變形，結合面所受壓力pmax不能大于輥套及輥軸的屈服極限σs，保證輥套及輥軸結合面都處于彈性變形范圍內，則最大極限過盈量 δmax為

當所選過盈量δ小于最小過盈量時，軋輥軋制時不能有效傳遞負荷，結合面會發生打滑現象，即結合強度失效;當所選過盈量δ大于最大過盈量時，輥套或輥軸可能產生塑性變形，嚴重的發生輥套開裂，即聯接強度失效［1］。為保證聯接的可靠性，所選擇的過盈量δ應滿足

2 輥套熱裝溫度確定

過盈配合聯接常用安裝方法有兩種:壓入法和脹縮法。壓入法常用于過盈量不是很大的小件裝配。由于鑲套軋輥本身較大不適宜用壓入法，只能利用脹縮法進行裝配。脹縮法也即溫差法，通常的做法就是將輥套加熱到一定溫度后產生膨脹，輥軸在常溫狀態下，由于溫度差的存在，使輥套及輥軸間的過盈配合變成間隙配合。再將輥軸裝入輥套，靜置一段時間，使輥套與輥軸溫差慢慢變小最后形成過盈配合，從而保證輥套與輥軸的聯接。根據鑲套軋輥配合直徑及過盈量，確定輥套熱裝時加熱溫度。

零件形體熱變形的影響因素極其復雜，包含了物體本身，環境溫度等諸多因素。溫度變化引起零件變形的傳統計算公式為

式中，dt、d分別為溫度t和假設室溫20℃時的輥套配合直徑尺寸，即輥套內孔;α為線膨脹系數，支承輥材料大都采用鉻合金鋼，鉻鋼在20～400℃時的線膨脹系數為13×0.000001/℃。在加熱溫度t時輥套內孔所產生的膨脹量Δd為

因為安裝只能一次性成功，安裝過程中發生問題時，不能強迫安裝，應重新加熱后再安裝。安裝必須在短時間內完成，所以Δd必須在大于過盈量的基礎上保證有足夠的間隙量，以便輥套在短時間內一次安裝成功。Δd應大于所選定的過盈量δ。根據實際經驗選擇Δd為

根據輥套直徑大小及安裝的難易程度選擇安裝時的間隙量，雖然熱裝溫度選擇高可以降低熱裝時的難度，但是加熱溫度還受到輥套淬火后回火溫度的影響，不能超過淬火后的回火溫度。熱裝溫度過高還引起熱裝后輥套和輥軸間產生過大的熱應力。加熱后輥套直徑方向增大，長度方向也相應增加。熱裝后直徑方向和長度方向都要相應收縮。由于熱裝后輥套兩端和輥套中部散熱條件不同，輥套兩端散熱條件比輥套中部要好的多，形成輥套兩端先軸套收縮，輥套中部最后軸向收縮時由于受到輥套兩端抱緊形成的阻力，最后使輥套中部形成軸向拉應力，拉應力過大有可能使輥套形成周向開裂。拉應力也有可能克服輥套與輥軸間的摩擦力后收縮。在收縮過程中產生相對滑動擦傷表面，將配合面的波峰磨平，實際上減少了過盈量。為了減少收縮過程中相對滑動產生的擦傷，應使輥套在冷卻過程中輥套中部首先冷卻收縮抱緊，輥套兩端最后冷卻后抱緊。為了達到這個目的，可以將輥軸加工成兩頭過盈量小中間過盈量大的形狀;降低熱裝加熱溫度，減少膨脹量，從而在冷卻過程中減少收縮量。因此熱裝溫度的確定原則是在保證安裝成功的基礎上選擇最低的加熱溫度。

3 軋輥鑲套工藝流程

鍛鋼軋輥鑲套修復的主要流程如下:

(1)利用正常報廢的軋輥作輥芯，經過輥身粗加工→探傷→半精加工→精加工→待裝配;

(2)輥套采用新的毛坯，粗煉鋼水(電爐)→鋼包精煉(真空除氣)→真空鑄錠→鍛造→鍛后熱處理→粗加工→超聲波探傷→預備熱處理→半精加工→超聲波探傷→工頻感應淬火→回火→精加工內孔→待裝配;

(3)將輥芯、輥套進行熱裝(圖2)，再進行最終的精加工以保證圖紙尺寸。

圖2 軋輥熱裝圖Fig.2 Hot installation of bushing on back-up roll

4 結束語

介紹了軋輥鑲套的過盈量的計算方法及制造工藝，利用此方法修復的支承輥已在實際使用中取得了預期效果。支承輥的鑲套修復不但為用戶大大降低了采購成本，也大大縮短了采購時間，還將用戶庫存廢品得到了很好的利用。即能產生很大的經濟效益，而且也符合國家提倡的可持續發展政策。因此支承輥的鑲套修復有很大的市場空間。

［1］陳連．過盈聯接可靠性設計研究［J］．中國機械工程，2005(1)．

Back-up roll surface repaired w ith bushing method

ZHOU Cai-dong，TANG Guang-yin
(Changzhou Jin'an Metallurgy Equipment Co．，Ltd．，Changzhou 213126，China)

An overhaul process ofback-up roll repaired with bushingmethod is introduced in this paper to overcome the nonuniformity of the roll surface texture，caused by bead weld on the surface of heavy back-up roll．The fit diameter and shrink fit are designed according to thewear condition of back-up roll．Then the hot charging temperature is decided，whichmakes sure this process successful．With this technology，the sleeve clamps tightly around roll，with which the back-up roll is able tomeet the requirement of application．The result was confirmed by actual use．

back-up roll;roll surface repair;bushing

TG333.17

：A

：1001－196X(2012)04－0092－03

2012－01－05;

2012－02－10

周才東(1972－)，男(漢族)，江蘇常州人，本科，常州金安治金設備有限公司工程師。