專利名稱：一種復合結構的軋鋼滾動導衛(wèi)輥的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于金屬非切削壓力加工領域中，軋鋼滾動導衛(wèi)輥結構技術。
現(xiàn)代高速線材軋機的最高軋制速度已達110m/s，相應的滾動導衛(wèi)輥最高轉動速度應當達到35000rpm，否則，軋件將與滾動導衛(wèi)輥的表面產生附加的滑動摩擦。正是這種附加滑動摩擦在很大程度上降低了滾動導衛(wèi)輥的使用壽命。在高速線材的生產實踐中，為了保證線材具有良好的表面質量，滾動導衛(wèi)輥的表面被磨損至一定的粗糙度，就需要更換它。滾動導衛(wèi)輥的工作壽命是以其一次連續(xù)使用所生產的線材產量來計量的。滾動導衛(wèi)輥是每個線材廠里消耗數量最多的易損備件。
國內外高速線材行業(yè)普遍使用的現(xiàn)有技術的滾動導衛(wèi)輥為整體結構，其斷面結構剖視圖如附圖2所示，圖中省略滾動導衛(wèi)輥的支座和輥軸。高速滾動軸承(4)對稱地安裝在輥身(1)內，外形尺寸ΦA、ΦB、H和R根據軋鋼工藝確定。
目前國內制造的滾動導衛(wèi)輥為整體合金鋼滾動導衛(wèi)輥，其表面硬度為HRc55，密度為8.2g/cm3。由于其硬度低，自重大，工作壽命較低。國外最先進的滾動導衛(wèi)輥為整體金屬陶瓷滾動導衛(wèi)輥，其表面硬度可達HRc69，密度為6.6g/cm3。由于其表面硬度較高，自重較輕，工作壽命是合金鋼滾動導衛(wèi)輥的7倍。但是，由于整體結構金屬陶瓷滾動導衛(wèi)輥的硬度很高，必須用金剛石砂輪磨削加工，效率低，成本高，限制了它在發(fā)展中國家的廣泛應用。
為達到上述目的，本實用新型實施的技術方案是改進整體軋鋼滾動導衛(wèi)輥的結構，減少其在工作中與軋件之間的附加滑動摩擦造成的磨損。
為了說明軋鋼滾動導衛(wèi)輥和軋件之間的附加滑動摩擦對其工作壽命的影響，可將


圖1簡化為示意圖3。在附圖3中V——軋件(3)進入一對滾動導衛(wèi)輥(1)之間的線速度V’—滾動導衛(wèi)輥的旋轉線速度P——軋件對滾動導衛(wèi)輥的切向推力G——滾動導衛(wèi)輥的自重D——滾動導衛(wèi)輥的幾何直徑f——滾動導衛(wèi)輥內軸承(4)的摩擦系數d——軸承(4)的直徑h——軋件高度如圖，軋件接觸滾動導衛(wèi)輥之前，V’＝0。當軋件以速度V進入兩個滾動導衛(wèi)輥之間的間隙，P帶動滾動導衛(wèi)輥作勻加速旋轉運動，經過時間T，V’→V，在時間T之前，V’永遠小于V。
加速時間T的數學表達式如下T=V980·(PG-f·dD)]]>上式說明T與V、G、f以及d成正比；T與P和D成反比。T值越大，說明滾動導衛(wèi)輥的加速過程越長，在此過程中由于滾動導衛(wèi)輥的切向速度始終小于軋件的線速度，即滾動導衛(wèi)輥表面與軋件表面處于滑動摩擦狀態(tài)，只有當滾動導衛(wèi)輥的切向速度等于軋件的線速度時，它才與軋件表面形成均勻的滾動摩擦。在滾動導衛(wèi)輥表面硬度相同的條件下，滾動導衛(wèi)輥的加速時間T增長，是造成軋件產生表面缺陷(即滾動導衛(wèi)輥被迫更換)的重要原因之一。
因此，滾動導衛(wèi)輥的表面耐磨壽命主要取決于兩大因素第一，滾動導衛(wèi)輥表面的硬度越高，滾動導衛(wèi)輥表面的磨損越少。第二，滾動導衛(wèi)輥自身的重量越輕、其轉動慣量越小，則滾動導衛(wèi)輥表面的旋轉線速度和軋件表面的線速度差值越小，附加滑動摩擦引起的滾動導衛(wèi)輥表面磨損越小。
為此，本實用新型改進了現(xiàn)有技術整體滾動導衛(wèi)輥的結構設計。將其改進為由具有同一幾何中心的外環(huán)和內環(huán)復合構成，外環(huán)采用高硬度的金屬陶瓷材料，內環(huán)采用低密度、超輕質的高強度鋁合金。從而大幅度減輕滾動導衛(wèi)輥的自重、減小其轉動慣量，以減少其在工作中與軋件之間的附加滑動摩擦。而且，鋁合金的內環(huán)易于機械加工。
附圖4是本實用新型的斷面結構剖視圖。其主要特征是滾動導衛(wèi)輥的輥身，由具有同一幾何中心的外環(huán)(5)和內環(huán)(6)復合構成，兩者的同心度誤差不大于0.01mm。外環(huán)(5)為金屬陶瓷，硬度高達HRc69。內環(huán)(6)采用密度僅為2.7g/cm3的高強度鋁合金制造。外環(huán)(5)與內環(huán)(6)的界面φC、內環(huán)(6)與軸承(4)之間均采用靜配合聯(lián)接。所述的外環(huán)(5)的邊緣厚度W1與內環(huán)(6)的邊緣厚度W2之比為1∶1～2∶1。用冷凍法將內環(huán)(6)裝入外環(huán)(5)之中。在
圖1所示的工作條件下，配有充足的冷卻水源(7)，可以保證鋁合金內環(huán)(6)迅速散熱。
本實用新型的優(yōu)點是第一，外環(huán)(5)的超硬性和內環(huán)(6)的超輕性相結合。其組合自重僅為現(xiàn)有技術同樣尺寸的整體合金鋼滾動導衛(wèi)輥的60％、整體金屬陶瓷滾動導衛(wèi)輥的70％。其較小的轉動慣量，減少了本實用新型復合結構的軋鋼滾動導衛(wèi)輥在使用中的變速運動，因而也減少了其表面與軋件之間附加的滑動摩擦。綜合以上優(yōu)點，使本實用新型復合結構的軋鋼滾動導衛(wèi)輥，比現(xiàn)有技術整體結構的滾動導衛(wèi)輥具有更高的耐磨壽命。
第二，鋁合金材料的易切削性，大大降低了加工內環(huán)(6)中的孔徑φB的難度，不必采用金剛石磨削。采用本實用新型可顯著降低制造成本。
第三，本實用新型復合結構的軋鋼滾動導衛(wèi)輥的轉動慣量較小，有利于減少軸承(4)在變速運動中承受的徑向沖擊負荷，加之鋁合金內環(huán)(6)具有良好的導熱性，有利于降低軸承(4)的工作溫度，提高其工作壽命。
圖2是現(xiàn)有技術的整體結構的軋鋼滾動導衛(wèi)輥的斷面結構剖視圖。
圖3是軋鋼滾動導衛(wèi)輥和軋件的摩擦原理示意圖。
圖4為本實用新型的斷面結構剖視圖。
在附圖中，(1)滾動導衛(wèi)輥，(2)軋輥，(3)軋件，(4)軸承，(5)本實用新型的外環(huán)，(6)本實用新型的內環(huán)，(7)冷卻水，ΦA滾動導衛(wèi)輥外直徑，ΦB滾動導衛(wèi)輥內環(huán)安裝軸承的內直徑，ΦC外環(huán)與內環(huán)的結合界面直徑，H滾動導衛(wèi)輥的高，R滾動導衛(wèi)輥工作外表面的圓弧半徑，W1外環(huán)(5)的邊緣厚度，W2內環(huán)(6)的邊緣厚度。
權利要求1.一種復合結構的軋鋼滾動導衛(wèi)輥，由輥身和安裝于其內的滾動軸承(4)構成，其特征在于所述輥身由外環(huán)(5)和內環(huán)(6)復合構成，在內環(huán)(6)中安裝滾動軸承(4)，外環(huán)(5)與內環(huán)(6)之間的界面φC、內環(huán)(6)與軸承(4)之間的界面φB均采用靜配合聯(lián)接。
2.如權利要求1所述的復合結構的軋鋼滾動導衛(wèi)輥，其特征在于外環(huán)(5)由高硬度的金屬陶瓷材料構成，內環(huán)(6)由高強度鋁合金構成。
3.如權利要求1所述的復合結構的軋鋼滾動導衛(wèi)輥，其特征在于外環(huán)(5)的邊緣厚度W1與內環(huán)(6)的邊緣厚度W2之比為1∶1～2∶1。
專利摘要本實用新型是一種復合結構的軋鋼滾動導衛(wèi)輥，用于引導軋件對中進入軋輥孔型。本實用新型由輥身和安裝于其內的滾動軸承(4)組成，其特征在于所述輥身由金屬陶瓷外環(huán)(5)與鋁合金內環(huán)(6)復合構成，在內環(huán)(6)中安裝滾動軸承(4)，外環(huán)(5)與內環(huán)(6)之間、內環(huán)(6)與軸承(4)之間均采用靜配合聯(lián)接。由于外環(huán)(5)的硬度高，內環(huán)(6)的重量輕、轉動慣量小，綜合提高了本實用新型表面的耐磨損壽命。由于鋁合金內環(huán)(5)易于切削加工，降低了本實用新型的制造成本。
文檔編號B21B27/02GK2552617SQ02230999
公開日2003年5月28日 申請日期2002年4月16日 優(yōu)先權日2002年4月16日
發(fā)明者任朝理 申請人:任朝理