Составной предварительно напряженный прокатный валок
Изобретение предназначено для экономии валкового материала и сокращения трудозатрат на изготовление прокатных валков на сортовых, листовых и трубных прокатных станах. Составной валок содержит ось с буртом, втулку-цапфу с буртом, одетую на ось по скользящей посадке, бандаж, зажатый между торцами бурта оси и бурта втулки-цапфы гайкой, навинченной на резьбовой конец оси и контактирующей с торцом втулки-цапфы. Повышение нагрузочной способности и надежности составных прокатных валков обеспечивается за счет того, что торцы бурта оси и бурта втулки-цапфы оснащены остроконечными зубьями, а на торцы бандажа нанесен слой пластичного, но достаточно прочного для обеспечения отсутствия остаточных деформаций от действия на бандаж технологической нагрузки металла, что исключает прокручивание бандажа и смещение его относительно оси валка. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области производства проката и может быть использовано для повышения рентабельности прокатных станов путем оснащения их бандажированными рабочими валками. За счет многократного использования оси, применение бандажированных валков, по сравнению с цельнолитыми, снизит расход валкового материала и сократит трудозатраты на изготовление прокатных валков.
Известен составной предварительно напряженный прокатный валок, содержащий ось с буртом, бандаж с коническим отверстием и средства крепления бандажа на оси, включающие втулку, смонтированную на ось с возможностью осевого перемещения и сопряженную с коническим отверстием бандажа, а также торцевые фиксирующие устройства, взаимодействующие с торцевой поверхностью бандажа (1).
Технологическая нагрузка, действующая на бандаж, уравновешивается за счет взаимодействия бандажа с конической втулкой и торцом бурта оси.
Недостаток составного валка данной конструкции состоит в том, что колебание температурного режима валка, при работе его на стане горячей прокатки, вызывает колебание его радиального натяга, что вызывает разрушение чугунного бандажа или его прокручивание на оси в процессе прокатки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к заявленному является составной предварительно напряженный прокатный валок, содержащий ось с буртом, бандаж, одетый на ось с гарантированным радиальным зазором и сопряженный с торцом бурта по поверхности в виде многогранника, а также гайку, навинченную на резьбовую шейку оси и контактирующую торцевой поверхностью с торцевой поверхностью бандажа (2).
Момент прокатки в данном валке передается выступами сопряженных многогранников бурта и бандажа, исключающими прокручивание бандажа относительно бурта.
Основным недостатком данного составного валка является неравномерное распределение нагрузки между гранями многогранника и концентрация напряжения в отдельных точках бандажа, особенно на линиях пересечения его граней, что вызывает появление трещин в хрупком материале (чугуне) бандажа и его преждевременное разрушение (до износа бандажа по диаметру).
Целью изобретения является повышение нагрузочной способности составного прокатного валка и увеличение срока его службы за счет равномерного распределения механического напряжения на торцах бандажа.
Поставленная цель достигается за счет того, что в составном предварительно напряженном прокатном валке, содержащем ось с буртом, бандаж, одетый на ось с гарантированным радиальным зазором и контактирующий торцевой поверхностью с внутренней торцевой поверхностью бурта, средства осевого крепления бандажа, включающие втулку-цапфу с буртом, одетую на ось по скользящей посадке и контактирующую торцевой поверхностью бурта с торцевой поверхностью бандажа, а также гайку, навинченную на резьбовый конец оси и контактирующую торцевой поверхностью с торцевой поверхностью втулки-цапфы. При этом, согласно предполагаемому изобретению, торцы бурта и бурта втулки-цапфы, контактирующие с торцами бандажа, оснащены остроконечными зубьями, а на торцы бандажа нанесен слой пластичного, но достаточно прочного металла, обеспечивающего отсутствие пластической деформации от действия на бандаж технологической нагрузки.
Остроконечные зубья, на торцах бурта оси и бурта втулки-цапфы, согласно предлагаемому изобретению, выполнены путем нарезания на торцах радиальных и тангенциальных канавок с трапецеидальным поперечным сечением, а торцы бандажа наплавлены электродуговой сваркой электродом с содержанием 51% железа, 48% никеля и 1% углерода. Толщина наплавленного слоя, после механической обработки, равна 0,8...1,5 высоты взаимодействующих с ним зубьев.
На фиг.1 изображен продольный разрез составного предварительно напряженного прокатного валка предлагаемой конструкции, на фиг.2 - место А на фиг.1 (профиль остроконечных зубьев, образованный тангенциальными канавками), на фиг.3 - место Б на фиг.1 (профиль остроконечных зубьев, образованный радиальными канавками).
Составной предварительно напряженный прокатный валок содержит ось 1 с буртом 2, бандаж 3 одет на ось с гарантированным радиальным зазором и одной торцевой поверхностью контактирует с торцом бурта оси. Втулка-цапфа 4 с буртом 5 одета на ось по скользящей посадке, а от проворачивания на оси зафиксирована шпонкой 6. Гайка 7 навинчена на резьбовый конец 8 оси 1 и контактирует торцом с торцевой поверхностью втулки-цапфы 4. Внутренние торцы бурта 2 оснащены остроконечными зубьями 9 (фиг.2, 3), выполненными путем нарезания на торце тангенциальных 10 и радиальных 11 канавок с трапецеидальным поперечным сечением. А на торцы бандажа наплавлен слой 12 пластичного, но достаточно прочного металла, обеспечивающего отсутствие пластической деформации от действия, на бандаж технологической нагрузки. Торец бурта 5 оснащен остроконечными зубьями аналогично.
Сборка валка производится следующим образом. Торцы бандажа 3 наплавляются электродуговой сваркой электродом с содержанием 51% железа, 48% никеля, 1% углерода и обрабатываются на токарном станке. После установки на оси 1 деталей 3, 4, 6, 7 составной валок в осевом направлении сжимают на специализированном прессе. При этом осуществляется сжатие бурта 2, бандажа 3, втулки-цапфы 4 с буртом и растяжение оси 1, а также вдавливание остроконечных зубьев 9 в наплавку 12 на торцах бандажа. Между торцом втулки-цапфы 4 и торцом гайки 7 образуется зазор, равный сумме деформаций упомянутых выше деталей.
После перемещения гайки 7 по резьбе оси на величину образовавшегося зазора, усилие пресса снимается, а предварительное осевое напряжение составного валка поддерживается за счет взаимодействия деформированных на прессе деталей и заневоленных гайкой 7.
После износа и переточки бандажа до минимального диаметра, составной валок в осевом направлении вышеизложенным способом сжимают на прессе, отвинчивают гайку 7 и детали 4, 6, 7 с оси 1 демонтируют.
В процессе прокатки остроконечные зубья, вдавленные в пластичную наплавку на торцах бандажа, исключают смещение его относительно бурта оси и бурта втулки-цапфы как в радиальном, так и тангенциальном направлениях.
Применение составных прокатных валков по сравнению с цельнолитыми в несколько раз снижает расход валкового материала, а также значительно снижает трудозатраты на изготовление, однако их промышленное применение, по причине их низкой нагрузочной способности, освоено не более чем в чистовых и предчистовых клетях проволочных станов.
Предлагаемое изобретение позволит, за счет повышения нагрузочной способности, расширить масштабы применения составных прокатных валков и повысить рентабельность прокатных станов.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР №1616735, В21В 27/02.
2. Авторское свидетельство СССР №1488046, В21В 27/03.
1. Составной предварительно напряженный прокатный валок, содержащий ось с буртом, бандаж, одетый на ось с гарантированным радиальным зазором и контактирующий торцевой поверхностью с внутренней торцевой поверхностью бурта, средства осевого крепления бандажа, включающие втулку-цапфу с буртом, одетую на ось по скользящей посадке и контактирующую торцевой поверхностью бурта с торцевой поверхностью бандажа, гайку, навинченную на резьбовый конец оси и контактирующую торцевой поверхностью с торцевой поверхностью втулки-цапфы, отличающийся тем, что торцы бурта оси и бурта втулки-цапфы, контактирующие с торцами бандажа, оснащены остроконечными зубьями, а на торцы бандажа нанесен слой пластичного, достаточно прочного металла, выбранного из условия отсутствия остаточных деформаций от действия на бандаж технологической нагрузки.
2. Прокатный валок по п.1, отличающийся тем, что остроконечные зубья на торцах бурта оси и бурта втулки-цапфы выполнены в виде нарезанных радиальных и тангенциальных канавок с трапецеидальным поперечным сечением.
3. Прокатный валок по п.1, отличающийся тем, что торцы бандажа наплавлены электродуговой сваркой электродом с содержанием 51% железа, 48% никеля и 1% углерода.
4. Прокатный валок по п.1, отличающийся тем, что толщина наплавленного слоя после механической обработки равна 0,8-1,5 высоты взаимодействующих с ним остроконечных зубьев.
