涂鍍輥支撐輥設(shè)計

1、涂鍍輥支撐輥設(shè)計摘要：隨著工業(yè)化的發(fā)展，現(xiàn)在機(jī)器也要求具有越來越好的工作效益， 涂鍍輥支 撐輥的耐磨性和強(qiáng)度也開始受到人們的關(guān)注。新型的材料、新型的加工方法也開 始用在涂鍍輥支撐輥的制造上了，對涂鍍輥支撐輥就是其中一種。并在工件表面 堆焊一層特殊的材料，可以提高涂鍍輥支撐輥的強(qiáng)度和耐磨性， 同時節(jié)約工藝步 驟，節(jié)省材料。這樣的新型加工方法用在現(xiàn)在的工業(yè)上節(jié)約了成本， 降低了耗材, 在工廠里普遍受到歡迎。關(guān)鍵字：涂鍍輥支撐輥設(shè)計 工藝1概述1.1涂鍍輥支撐輥的目前的發(fā)展情況涂鍍輥支撐輥有輥身、輥頸和軸頭三部分組成。輥頸安裝在軸承中，并通過 軸承座和壓下裝置把軋制刀傳給機(jī)架。軸頭和連接軸相連接，傳

2、遞軋制扭矩。涂鍍輥支撐輥示意圖傳統(tǒng)的涂鍍輥支撐輥，為保證機(jī)器的高速化、大型化、高精度，保證涂鍍輥 支撐輥中Cr/C比，保證硬度，不損失耐磨性，C也在不斷往高的方向發(fā)展，但 是適應(yīng)劇烈的熱處理淬火方式，C的含量有由高向低發(fā)展趨勢。所以傳統(tǒng)的涂鍍 輥支撐輥材料是9Cr2Mq含碳量0.9%左右。鉻含量2%勺材料，但是隨著軋機(jī)設(shè) 計要求的提高和軋制工況的改變，該材料的不足之處開始體現(xiàn)出來。這些改變包 括：（一）更深的淬硬層深度要求?，F(xiàn)代軋機(jī)往往要求涂鍍輥支撐輥的單邊深度在35mm以上，最多要求75mm 9Cr2Mo由于受其自身合金元素含量的 影響，其淬透性達(dá)不到這樣的要求。工況的變化需要專門的材質(zhì)來適

3、應(yīng)。現(xiàn)代軋機(jī)對軋輥的要求越來越高，工作 輥要求耐磨，抗事故，抗輥印，均勻性高，而涂鍍輥支撐輥的表面要求抗疲 勞性能和耐磨性變得更為重要。（二）Cr2M o由于碳含量較高，基體中存在較多的碳化物，這些碳化物如果處理不當(dāng)，分布狀態(tài)不理想，就會降低基體的疲勞強(qiáng)度；另外材料中的Cr/C比決定該材料的碳化物為 M3C型,硬度偏低（約900HV,會降低軋 輥的耐磨性。70Cr3 Mo系列開始成為涂鍍輥支撐輥的首選材質(zhì)，而在一些高速重載軋機(jī)， 涂鍍輥支撐輥材質(zhì)甚至使用50Cr4MoV和45 Cr5 MoV系列材質(zhì)?？偟陌l(fā)展趨勢是 更高的合金元素含量（以鉻為主，也有鎳、鉬量的調(diào)整） ，較低的碳含量。當(dāng)然 制造

4、方也有相應(yīng)的工藝改進(jìn)， 從而實現(xiàn)更深的淬硬層深度， 更好的抗疲勞性能和 耐磨性，以及表面硬度的均勻性。1.2 涂鍍輥支撐輥的性能涂鍍輥支撐輥的質(zhì)量特征要求是輥身得到硬度高， 硬度均勻性好， 輥頸及輥 身芯部具有良好的強(qiáng)韌性。 使用特征是耐磨性高， 抗剝落性好和抗事故性好。 同 時不允許有砂眼、氣孔、夾雜與裂紋等缺陷。在機(jī)器中，涂鍍輥支撐輥都協(xié)助工作輥實現(xiàn)軋制過程中金屬變形的直接工 具，因此，對涂鍍輥支撐輥質(zhì)量要求嚴(yán)格。其主要的質(zhì)量要求有強(qiáng)度、硬度、耐 熱性、耐用性等。涂鍍輥支撐輥的工作特點是：（一） 工作負(fù)荷大。由于軋輥的軸身直徑要保持強(qiáng)度，而軸承座外觀尺寸 不應(yīng)該大于周身最小直徑，輥頸長度短

5、，所以輥頸上能承受的單位載荷 大。（ 二） 工作環(huán)境惡劣。各種軋機(jī)在軋制時，軋輥都要用水冷卻，且有氧化 鐵皮飛濺：冷軋機(jī)在軋制時要采用工藝潤滑油來潤滑， 冷卻軋制與軋件， 因此，對軸承的密封要求有較高的要求。1.3 本課題研究目的及制造工藝本課題研究一個直徑為800mm長為1350mm能軋制的帶材的最小厚度為0.002mm 其寬度為 1250mm冷軋涂鍍輥支撐輥的制造工藝過程如下： 計算模件尺寸繪制零件鑄造工藝圖 制造模具澆注凝固成型落砂清理粗車探傷調(diào)制半精車堆焊 精車處理檢測熱處理磨削終檢 42 方案設(shè)計2.1方案依據(jù)（一）要增加材料的硬度，從我們所學(xué)的金屬學(xué)與熱處理中可知，就是要提高鋼的淬

6、透性，而由所學(xué)知識可知，增加淬透性的元素有：Mn Cr、B、Ni、WWo從而為了更深的淬硬層深度，涂鍍輥支撐輥采用70Cr3 Mo系列材質(zhì)，使其淬透性達(dá)到我們所需要的要求。（二）為保證涂鍍輥支撐輥的高強(qiáng)度和高硬度，粗車后淬火 +低溫回火，根據(jù) 所學(xué)知識，低溫回火溫度是 150-250度（打不來攝氏度），得到的組織應(yīng)該是 殘余奧氏體分解為F相和彌散的碳化物FexC組成的機(jī)械混合物回火馬氏體或 下貝氏體，馬氏體具有極高的強(qiáng)度和硬度，保證表面硬度在 40HRC以上。（三）為保證涂鍍輥支撐輥表面的耐磨性，可對涂鍍輥支撐輥表面進(jìn)行堆焊。2.2模具的設(shè)計以及凝固成型（一）本課題研究的是一個直徑為 800m

7、m長為1350mm勺涂鍍輥支撐輥，為 防止冷收縮和為以后的加工作準(zhǔn)備，我們設(shè)計的模型直徑為803mm長度為1353m m的模具。因為保證模件能從模膛中取出、易于在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)錯模現(xiàn) 象、減少加工余塊并其涂鍍輥支撐輥的結(jié)構(gòu)比較對稱，所以選擇如圖（2 1）所示的a_a面。模具制進(jìn)方案圖（二）從材料的性能和鑄件的現(xiàn)狀上，我們可以考慮采用實型鑄造， （由熱加工 工藝基礎(chǔ)可知：實型鑄造又稱消失模鑄造） 2 。采用聚苯乙烯發(fā)泡的塑料模樣代 替普通模樣， 造好型后不取出模樣就澆入金屬液， 在金屬液的作用下， 塑料模樣 燃燒、氣化、消失，金屬液取代塑料模所占據(jù)的空間位置，冷卻凝固后獲得我們 所需的涂鍍輥支撐

8、輥。查閱相關(guān)資料，使我懂得實型鑄造的優(yōu)點：1、由于采用了遇金屬液即氣化的方法， 無需起模，無飛型面， 也無飛邊毛刺， 減少了由型芯組合而引起的鑄件尺寸誤差。2、減少了鑄件生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期，簡化了鑄件工藝設(shè)計。 實型鑄造適用范圍很廣， 幾乎不受鑄造合金、 鑄件大小及生產(chǎn)批量的限制， 尤其 適用于形狀復(fù)雜件 2 。凝固成型過程實際上就是一個金屬的結(jié)晶過程， 當(dāng)液態(tài)金屬冷卻到結(jié)晶溫度 下某一溫度，液態(tài)金屬才能是結(jié)晶，它們的差叫做過冷度。但是由于化學(xué)成分、 澆鑄溫度、 澆鑄結(jié)構(gòu)和鑄型條件的影響， 在冷卻凝固過 程中鑄件容易發(fā)生收縮，這就產(chǎn)生了縮孔、縮松更或者氣泡的產(chǎn)生。2.3 落砂清理、粗車、

9、探傷、調(diào)制和半精車 一段時間后在模型里的液態(tài)金屬全部冷卻以后，將胚料取出，將表面先進(jìn) 行。落砂處理，然后粗車，出去鑄件表面上留下的部分準(zhǔn)備切削區(qū)的金屬層厚度。 再用探傷儀對胚料進(jìn)行探傷， 看是否符合材料的價格要求， 如何符合就進(jìn)行下一 步加工，如果不符合就只有報廢。 當(dāng)材料符合后就開始對胚料進(jìn)行調(diào)制和半精工， 半加工后的產(chǎn)品直徑為780mn左右，長度要加寬來放加工余料。2.4 堆焊和探傷為簡化工藝，降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在有的工廠開始采用堆焊技術(shù)來保證材料的 硬度、保證材料的承載能力，同時又輥面不會產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷。 堆焊是 首先的預(yù)熱加熱溫度350 （應(yīng)高于母材的Ms點），保持時間1.5min

10、 /mm在堆 焊時，焊接電流400-500A,焊接電壓28-32V,焊接速度500mn/ min（工藝參數(shù) 由試驗后確定 ） 。在退火時應(yīng)該保持如圖（ 22）所示的退火溫度和時間：時 fc)/h圖2堆焊退火溫控圖等到堆焊結(jié)束后，在用探傷儀對原件進(jìn)行測試，以確定原件達(dá)到理想的強(qiáng) 度和硬度。2.5熱處理熱處理是將金屬在固態(tài)下通過加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變金屬內(nèi) 部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能的操作工藝。將工件進(jìn)行頻繁的淬火、回火和探 傷1。淬火是將工件加熱到臨界點 Ac3或者Ac1以上一定溫度，保溫后以大于臨界 冷卻速度的速度冷卻得到馬氏體的熱處理工藝3。淬火的目的是使更多的奧氏體 化后的工件

11、獲得較多的馬氏體。為此，必須注意選擇適當(dāng)?shù)拇慊饻囟群屠鋮s速度。 由于不同鋼件過冷奧氏體穩(wěn)定性不同，鋼淬火獲得馬氏體的能力各異。回火是將淬火鋼在A1以下溫度加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適 當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s到室溫的工藝過程3。回火的主要目的是減少或消除淬火應(yīng)力， 保 證相應(yīng)的組織轉(zhuǎn)變，提高鋼的韌性和塑性，獲得強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的適當(dāng) 配合，以滿足各種用途工件的性能要求。 本實驗要求得到回火馬氏體，所以采用 低溫回火，低溫回火的溫度約在 150 250經(jīng)淬火并低溫回火得到隱晶回火馬 氏體和均勻細(xì)小的碳化物組織，具有很高的硬度和耐磨性，同時顯著降低鋼的淬 火應(yīng)力和脆性。對于淬火獲得低碳馬氏體的

12、鋼， 經(jīng)低溫回火后可減少內(nèi)應(yīng)力，并 進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度和塑性，保持優(yōu)良的綜和力學(xué)性能?；鼗鸨貢r間應(yīng)保證工作各部件溫度均勻，同時保證組織轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行， 并盡可能見底或取消內(nèi)應(yīng)力。生產(chǎn)上常用硬度來衡量淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變程度，本實驗工件的回火時間為一個半小時。2.6磨削在工件完成熱處理后，應(yīng)該對工件進(jìn)行精加工一一磨削，磨削是指用磨料, 磨具切除工件上多余材料的加工方法，它利用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪等磨具加工工件表面的切削加工。磨削可以用于加工各種材料，包括淬硬鋼、高強(qiáng)度合金鋼、硬質(zhì) 合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金屬和非金屬材料。磨削的比功率比一般切 削大，金屬切除率比一般切削小，故在磨削之前工件通常都先

13、經(jīng)過其他切削方法 去除大部分加工余量，僅留0.11毫米或更小的磨削余量。隨著緩進(jìn)給磨削、 高速磨削等高效率磨削的發(fā)展，已能從毛坯直接把零件磨削成形。經(jīng)過磨削出來后的工件更能保證精確度，完成軋制的帶材的最小厚度為 0.002mm其寬度為1250mm勺要求。3性能測試由涂鍍輥支撐輥工作性能可以知道，要了解涂鍍輥支撐輥是否合格，我們 就必須對其強(qiáng)度和耐磨性進(jìn)行測試。3.1對強(qiáng)度的測試強(qiáng)度是材料在外力的作用下，抵抗變形和破壞的能力，常用的指標(biāo)有抗拉強(qiáng) 度和屈服強(qiáng)度。將標(biāo)準(zhǔn)試樣裝在拉伸試驗機(jī)上，對試樣兩端緩慢施加軸向拉力，隨著拉力的 增加，試樣漸漸被拉長，直至斷裂。在整個拉伸過程中，記錄小每一瞬間的拉力

14、(P)和伸長量( L)，并繪制它們之間的關(guān)系曲線，稱為拉伸曲線。1kJ厶圖37拉伸試樣但拉力大于Pe后，試樣開始產(chǎn)生永久變形即塑性變形。 當(dāng)拉力達(dá)到Ps后，拉伸 曲線出現(xiàn)平臺，即拉力雖不增加，但是試樣卻繼續(xù)產(chǎn)生塑性變形而伸長。 當(dāng)拉力 增加到最大值Pk是，試樣在縮頸處斷裂。Pb是試樣在拉斷前能承受的最大拉力5O金屬材料強(qiáng)度的指標(biāo)通常以應(yīng)力的形式來表示。應(yīng)力即單位截面積上的外 力，以C表示：(T =P/ F(MPa)式中P外力(NF截面面積(mm2抗拉強(qiáng)度時金屬材料在拉斷前縮能承受的最大應(yīng)力，以c b表示：藝 b=Pb/ Fo(MPa)式中Pb試樣拉斷前的最大拉力(NFo試樣的原始截面面積(mm

15、2屈服強(qiáng)度時金屬材料產(chǎn)生屈服是的應(yīng)力，以cs表示：藝 s=Ps/ Fo(MPa)式中Ps試樣產(chǎn)生屈服是所承受力(N)Fo試樣的原始截面面積(mm23.2對耐磨性的測試金屬抵抗磨損的能力稱為耐磨性，影響耐磨性的外部條件十分復(fù)雜，其中 包括試樣的表面粗糙度，陪試試樣的材料、性質(zhì)、表面粗糙度，試樣和陪試樣的 結(jié)構(gòu)形成、表面的接觸狀態(tài)，相對滑動速度，施加的載荷，環(huán)境介質(zhì)、溫度及散 熱條件等。每一個因素對耐磨性的影響都不以忽略。 在網(wǎng)上搜出了現(xiàn)在比較常用 的是用摩擦磨損試驗機(jī)來測定，也不是很清楚這個摩擦磨損試驗機(jī)正不正確？摩擦磨損試驗機(jī)型號為：MPX-2000型盤銷式試驗機(jī)圖3-3 MPX-2000型盤

16、銷式試驗機(jī)試驗機(jī)由三速電機(jī)1通過一級齒形帶輪2和6直接帶動上試樣軸旋轉(zhuǎn)，使 裝在上試樣軸上的上試樣9同步旋轉(zhuǎn)。由于采用了同步齒形帶傳動，就不會由于 試樣間摩擦力的增加造成皮帶打滑，同時噪音也比較低。試驗負(fù)荷由標(biāo)準(zhǔn)四等工 業(yè)法碼通過1:10的和桿22、加載塊30和下主軸15,直接作用于試樣10和9 上。上試樣9是通過試樣夾具8聯(lián)接在上主軸7的端面上，下試樣10是靠兩個 圓柱銷31固定在下主軸的上端面上。同時，下主軸上固定著力矩壓桿18,力矩壓桿壓在荷重傳感器的測量頭上， 這樣，由于上主軸的旋轉(zhuǎn)，通過試樣間的摩擦 力迫使下主軸和力矩壓軒扭轉(zhuǎn)一定角度并作用于荷重傳感器的測量頭上。荷重傳感器輸出的力矩

17、信號經(jīng)放大后由一個表頭顯示，以此可計算試樣間的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)與磨損量的測定按庫侖力定律F= yX N其中：F-摩擦力，牛頓；卩-摩擦系數(shù)；N-正壓力，牛頓正壓力即試驗時的載荷值，而摩擦力乘以試樣摩擦半徑0.0135米正是本試驗機(jī)所測得的摩擦力矩M牛頓米）。所以摩擦系數(shù)可按下式計算：卩=M / 0.0135N式中：M-摩擦力矩，牛頓米；N-載荷，牛頓磨損量可用稱重法和測長法測量。對所有的測試完畢，如果工件滿足要求就可使運(yùn)用在生產(chǎn)上，但是，如果 工件不滿足要求就只有作廢了。4 總結(jié)這次冷軋涂鍍輥支撐輥成型工藝設(shè)計的完成，讓我不僅通過自己的努力大 致了解了冷軋涂鍍輥支撐輥的制作流程， 還學(xué)會了把

18、自己書本上學(xué)到的知識運(yùn)用 到實際物體上去。涂鍍輥支撐輥是協(xié)助工作輥完成對鋼鐵等材料進(jìn)行軋制過程，所以涂鍍輥 支撐輥必須具有強(qiáng)的硬度和高的耐磨性。 冷軋是在工件的再結(jié)晶溫度以下對工件 進(jìn)行軋制，冷軋使涂鍍輥支撐輥的強(qiáng)度、硬度上升、韌塑指標(biāo)下降。涂鍍輥支撐輥是通過液態(tài)金屬澆注到模具里冷固成型，在冷固的過程里要 學(xué)會控制澆注溫度、 澆注速度以及環(huán)境條件來保證凝固件的力學(xué)性能也就是保證 晶體的結(jié)構(gòu)。之后，就是對工件進(jìn)行處理，剔除表面的毛料，便于堆焊，堆焊是 在工件表面鍍一層特殊的材料， 保證其硬度和耐磨性。 堆焊后就是對工件進(jìn)行熱 處理，反復(fù)的淬火和回火，改善其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，提高力學(xué)性能。最后對工件進(jìn)

19、 行的是消磨，提高它工作的精確度，保證軋制出來的板料等也有較高的精確度。等涂鍍輥支撐輥完成之后，還不能馬上投入生產(chǎn)，我們要用實際的數(shù)據(jù)證 實其有較高的硬度和耐磨性， 必須對工件的式樣進(jìn)行測試， 當(dāng)測試結(jié)果滿足工作 要求是才能投入到生產(chǎn)中去， 否則，不合格的工件投入到生產(chǎn)中會使工件平凡更 換和修復(fù)，這就提高了生產(chǎn)成本，也會造成浪費(fèi)。前段時間在沒有考金屬學(xué)時， 我覺得這個課程設(shè)計很難很難， 但現(xiàn)在經(jīng)過我 對金屬學(xué)的充分認(rèn)識， 我重新把這套涂鍍輥支撐輥的設(shè)計完成了一遍， 也從中發(fā) 現(xiàn)了很多原作者的問題，使我從中吸取了精華部分，改正了一個很嚴(yán)重的錯誤， 比如：原作者的熱加工工藝是淬火 +中溫回火，但據(jù)我所學(xué)知識，中溫