Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВНОГО РОЛИКА
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВНОГО РОЛИКА

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВНОГО РОЛИКА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в машиностроении при изготовлении составных роликов машин непрерывного литья заготовок. Сущность: бандаж на ось насаживают с зазором, составляющим диаметра оси. 2 з. п. ф-лы, 3 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2011688
Класс(ы) патента: C21D9/38, B21B27/02, B22D11/12
Номер заявки: 5055415/02
Дата подачи заявки: 20.07.1992
Дата публикации: 30.04.1994
Заявитель(и): Череповецкий металлургический комбинат
Автор(ы): Шестаков Н.И.; Тишков В.Я.; Иванов Ю.И.; Чумаков С.М.; Кочи Г.Л.; Назаров В.П.; Никифоров Г.К.; Лапешин В.Н.
Патентообладатель(и): Череповецкий металлургический комбинат
Описание изобретения: Изобретение относится к непрерывной разливке стали, может быть также применено в машиностроении при изготовлении составных роликов машин непрерывного литья заготовок.
Известен способ изготовления составных роликов (Патент 4333 (Япония) - 1965), включающий изготовление оси ролика и бандажа, насадку бандажа на ось и последующее соединение бандажа с осью посредством сварки.
Однако данный способ отличается значительной трудоемкостью. Кроме того, он не обеспечивает надежного соединения бандажа с осью, поскольку плотный контакт между этими элементами имеет место лишь в зоне сварного шва. Другим недостатком способа является неравномерность структуры, связанная с наличием зоны термического влияния сварки.
Известен способ изготовления составных роликов (Авт. св. СССР N 741971, 1980), включающий изготовление оси ролика и бандажа, их сборку и последующую совместную горячую деформацию бандажа и оси.
Однако при совместной пластической деформации невозможно получить соединение деталей со значительным натягом. В процессе эксплуатации ролика бандаж контактирует с горячим слябом, разогревается, вследствие чего возникает проскальзывание бандажа относительно оси. Другим недостатком способа является значительная его трудоемкость.
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления составных роликов, включающий изготовление оси ролика и бандажа, насадку бандажа на ось по скользящей посадке и последующую поверхностную закалку бандажа и индукционного нагрева при перемещении петлевого индуктора и спрейерной насадки вдоль оси ролика.
Однако данный способ не предусматривает насадки бандажа на ось с оптимальным зазором, вследствие чего надежность соединения не может быть обеспечена. Кроме того, рассматриваемый способ не устанавливает такие важные технологические характеристики, как глубина индуцирования электрического тока в бандаже и скорость перемещения зоны закалки вдоль оси ролика, что дополнительно снижает надежность соединения бандажа с осью.
Целью изобретения является повышение надежности соединения бандажа с осью.
Цель достигается тем, что в способе изготовления составного ролика, преимущественно для машины непрерывного литья заготовок, включающем изготовление оси ролика и бандажа, насадку бандажа на ось по скользящей посадке и последующую поверхностную закалку бандажа с индукционного нагрева, согласно изобретению бандаж на ось насаживают с зазором, составляющим (0,11-3,9)10-3 от диаметра оси.
Кроме того, при индукционном нагреве бандажа электрический ток в бандаже индуцируют на глубине 0,2-0,8 толщины бандажа.
Кроме того, зону закалки перемещают вдоль оси ролика со скоростью V = (0,2-18,0)а/l, м/с, где а - коэффициент температуропроводности материала бандажа, м2/с;
l - толщина бандажа, м.
Способ изготовления составного ролика осуществляют следующим образом.
Изготовляют ось ролика и бандаж. Насаживают бандаж на ось по скользящей посадке с соблюдением зазора между осью и бандажом в диапазоне (0,11-3,9)˙10-3 от диаметра оси. Затем производят поверхностную закалку бандажа с индукционного нагрева, причем электрический ток в бандаже индуцируют на глубине 0,2-0,8 толщины бандажа. Зону закалки перемещают вдоль оси ролика со скоростью
V = (0,2-18,0)a/l, м/с, где а - коэффициент температуропроводности материала бандажа, м2/с,
l - толщина бандажа, м.
Предлагаемый диапазон величин зазора выбран на основе экспериментальных данных. Эксперименты проводились в ремонтно-механическом цехе Череповецкого металлургического комбината.
Результаты приведены в табл. 1.
Как следует из табл. 1, хорошее качество соединения бандажа с осью имеет место в том случае, когда бандаж насажен на ось с зазором (0,11-3,9)˙10-3 от диаметра оси (перед закалкой). При этом в процессы механических испытаний бандажированных роликов на проворачивание бандажа относительно оси в зоне контакта возникали касательные напряжения в диапазоне (0,28-5,41)˙108 Па, что свидетельствует о достаточно надежном соединении бандажа с осью.
При уменьшении зазора до 0,1˙10-3 после закалки поверхность бандажа была поражена трещинами, что и явилось причиной уменьшения надежности соединения бандажа с осью. При начальном зазоре 0,07˙10-3 бандаж разрушился уже в процессе закалки.
Увеличение зазора до 4,0˙10-3 и выше приводит к резкому падению усилия сопротивления проворачиванию бандажа относительно оси. При начальном зазоре 4,5˙10-3 бандаж не соединился с осью, т. е. после закалки натяг между осью и бандажом полностью отсутствовал.
Для установления диапазона оптимальной глубины индуцирования электрического тока в бандаже поверхностной закалке подвергали бандажные кольца толщиной 3-80 мм, посадочный диаметр колец варьировал в диапазоне 80-550 мм.
Результаты представлены в табл. 2.
Как следует из табл. 2, технически рациональная величина усадки посадочного отверстия бандажа имеет место в том случае, когда электрический ток в бандаже индуцируется на глубине 0,20-0,80 от толщины бандажа. При меньшей глубине проникновения электрического тока величина усадки резко снижается, а при глубине индуцирования 0,15 толщины бандажа усадка посадочного отверстия полностью отсутствует.
При увеличении глубины индуцирования сверх 0,80 толщины бандажа усадка посадочного отверстия также резко снижается, а при глубине индуцирования 0,82 толщины бандажа она полностью отсутствует. При дальнейшем увеличении глубины проникновения электрического тока наблюдается обратный эффект - "разбухание" кольца.
Таким образом, оптимальной следует считать глубину индуцирования электрического тока в диапазоне 0,20-0,80 от толщины бандажа.
Для установления оптимальной скорости перемещения зоны закалки вдоль оси ролика на ось предложенным способом насаживали бандаж с диаметром посадочного отверстия 80-550 мм. Бандаж выполняли из легированной стали 14 марок, имеющих различный коэффициент температуропроводности. Толщину бандажа варьировали в диапазоне 3-80 мм. Технологические (V), теплофизические (а) и геометрические (b) характеристики представляли безразмерным комплексом - критерием Кр (аналог критерия Пекле). Этот критерий характеризует соотношение трансляционного теплового потока вдоль оси ролика (связанного с перемещение зоны закалки) и кондуктивного теплового потока (за счет теплопроводности) в радиальном и осевом направлениях. Величина Кр определяется по формуле
Кр = Vl/a
Результаты экспериментов сведены в табл. 3.
Влияние скорости перемещения зоны закалки на качество бандажированного ролика.
Как следует из табл. 3, хорошее качество соединения бандажа с осью имеет место в том случае, когда процесс осуществляется при соблюдении критерия Кр в диапазоне 0,2-18,0. Отсюда получаем оптимальную скорость перемещения зоны закалки:
V = (0,2-18,0) a/l.
П р и м е р. Из стали 45 изготовляют ось ролика машины непрерывного литья заготовок. Посадочный диаметр оси 230h7. Из стали 25Х1М1Ф изготовляют бандажные кольца шириной 100 мм, диаметром посадочного отверстия 230+0,22+0,07 . Наружный диаметр колец 270h9.
Таким образом толщина бандажного кольца составляет 20 мм. Бандажные кольца насаживают на ось ролика и собранную конструкцию устанавливают в центрах установки для поверхностной закалки токами высокой частоты. Мощность индуктора 250 кВт, частота тока 2500 Гц, частота вращения шпинделя с деталью 20 об/мин. В нижней части петлевого индуктора имеется спрейерная насадка. Индуктор со спрейерной насадкой перемещают вертикально вдоль оси ролика снизу вверх со скоростью 1,2 мм/с. Глубина проникновения индуцируемого электрического тока составляет 9,5 мм. Поскольку среднее значение коэффициента температуропроводности для данной марки стали 7,1˙10-6 м2/с, то критерий Кр определится соотношением:
Кр = Vl/a= 1,2·10-3·20·10-3/7,1·10-6= 3,38
Откуда V = 3,38 a/l, м/с
После завершения закалки бандажированный ролик снимают с установки и подвергают стабилизирующему отпуску при 650-680оС в печи с выдвижным подом.
Технико-экономическое преимущество разработанного технического решения в сравнении с прототипом заключается в повышении степени надежности соединения бандажа с осью, вследствие чего стойкость роликов повысится на 20-25% .
Формула изобретения: 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВНОГО РОЛИКА преимущественно для машины непрерывного литья заготовок, включающий изготовление оси ролика и бандажа, насадку бандажа на ось по скользящей посадке и последующую поверхностную закалку бандажа с индукционного нагрева, отличающийся тем, что бандаж насаживают на ось с зазором, составляющим (0,11 - 3,9) · 10-3 диаметра оси.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при индукционном нагреве бандажа электрический ток в бандаже индуцируют на глубине 0,2 - 0,8 толщины бандажа.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зону закалки перемещают вдоль оси ролика со скоростью (0,2 - 18,0)a/e, где a - коэффициент температуропроводности материала бандажа, м2/с; e - толщина бандажа, м.