專利名稱：一種輥面為組合外廓線的軋輥的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于軋鋼設備技術領域。具體涉及一種輥面為組合外廓線的軋輥。
背景技術：
在軋鋼生產中，特別是在冷軋生產中，保證產品的尺寸精度尤為重要。但對于板帶材或冷軋產品，軋件的寬、厚比往往很大，使得變形區弧長大大小于軋件寬向尺寸。在變形區中，由于金屬質點運動的摩擦阻力與其同軋輥間的接觸尺寸成正比，于是金屬沿軋件寬向流動困難，致使軋制力沿軋件寬向分布規律為中間大、兩邊小，使得軋輥中部壓扁變形相對偏大，加之軋輥彎曲變形的影響，最終導致所軋出的產品乃中間厚、兩邊薄。可見產品沿寬向或橫向尺寸的控制與軋輥的外廓形狀有著密切的聯系。目前國內外學者在軋輥輥型方面進行了不少的研究，但多限于增大軋輥中部直徑以補償該處變形或采取將支反力的支點向輥身中心移動以“死撐”軋輥中部來阻止其發生彎曲變形的方法。
實用新型內容本實用新型的任務是提供一種能調整、改變軋制變形區中摩擦力、軋制力沿軋件寬向的分布規律以及軋件在變形區中的應力狀態，進而減小軋件在變形區中所受的球應力，改善軋件在變形區的塑性變形，在降低軋制能耗的同時亦改善軋件橫向厚差的軋輥。
為實現上述任務，本實用新型采用的技術方案是上、下工作輥的輥面外廓線由兩邊外廓線和中部外廓線光滑連接而成。上、下工作輥的兩邊外廓線或均為斜線，或其中任一工作輥的兩邊外廓線為斜線、另一工作輥的兩邊外廓線為水平線。上、下工作輥的中部外廓線為相互嚙合的波浪形外廓線，波浪形外廓線的波數為2～500個，波浪形外廓線對稱于上、下工作輥的軸向垂直平分線。
在上、下工作輥的輥身兩端端面分別各挖一同中心的環形空腔，環形空腔在上、下工作輥的縱向斷面形狀為U形或V形。
所述的相互嚙合是指上、下工作輥的輥縫為零時，其外廓線相互咬合。
所述的波浪形外廓線的波長相等，每個波的波浪線長或均相等、或均不相等、或部分相等，波浪形外廓線的波峰與波谷間的垂直距離相等或不相等；波浪形外廓線兩端點間的距離L、波長L1、波長所對應的波浪線長L2、波峰與波谷間的垂直距離△分別為 L＝a0×B(1) L1＝L/N (2) L2＝a1×L1 (3) Δ＝a2(a12-1)1/2×L1 (4) 式(1)～(4)中 a0—波浪形外廓線長度系數，0.515≤a0≤0.923， B—軋件的寬度， N—波數， a1—波長系數，1.003≤a1≤1.08， a2—波形系數，0.3≤a2≤1。
所述的上、下工作輥的輥身兩端端面的環形空腔底部間的距離均等于中部外廓線兩端點間的距離L；環形空腔的中心圓直徑d1、環形空腔的外壁與內壁在輥身端面的徑向距離S、環形空腔在輥身縱向斷面的底部圓弧半徑r分別為 d1＝(D+d)/2 (5) S＝a3×(D—d)/2 (6) r＝a4×S (7) 式(5)～(7)中 D—工作輥的輥身端部直徑， d—工作輥的輥頸直徑， a3—徑向差系數，0.2≤a3≤0.3， a4—半徑系數，0.2≤a4≤0.5。
所述的斜線是兩邊外廓線距其工作輥軸線距離的增量之和△Y為 ΔY＝a5×S0/(L0-L)×X (8) 式(8)中 S0—上、下工作輥間的中部輥縫； L0—工作輥的輥身長度； X—以工作輥的輥身端部為原點到中部外廓線端點的距離，0≤X≤(L0—L)/2； a5—斜率系數，0.2≤a5≤0.8 上、下工作輥的兩邊外廓線為水平線時，兩邊外廓線每一點距其軋輥軸線的距離恒等于中部外廓線端點距其軋輥軸線的距離。
由于采用上述技術方案，本實用新型工作輥的兩邊外廓線為直線光滑連接，從式(8)可見，該外廓線的某一點愈靠近輥身的端部，則與工作輥軸線的距離愈大，即上、下工作輥的兩邊外廓線間的距離愈小。當軋件進入輥縫時，該兩邊外廓線勢必會先行將軋件邊部咬入，即將軋件寬向兩邊先行夾持住，隨著軋制的進行，軋件寬向中部會漸入輥縫。又由于軋件寬向中部輥縫所對應的上、下工作輥的輥面外廓線相互嚙合呈波浪形，從(3)式可知，工作輥中部外廓線的總長度大于工作輥中部外廓線兩端點間的長度。于是，在軋件寬向會產生一定的拉伸變形或沿軋件寬向疊加了一拉力，從而減小了軋件在變形區中的球應力，特別是減小了輥身中心處軋件質點所受的沿軋件寬向中心處的壓應力大小，使工作輥的輥身長中心處的彈性壓扁量減小，避免了軋件中部的偏厚現象。由于軋件在變形區中各質點的球應力減小，不僅有利于金屬的塑性變形，還有利于降低軋制能耗。
另外，上、下工作輥輥身兩邊外廓線雖隨著輥身端面距離的靠近，其兩邊外廓線間的距離會變小，但并不會使軋件邊寬的厚度減薄。因工作輥輥身兩端面各挖有環形空腔，該空腔在工作輥的縱向斷面形狀為沿輥身端面到其底部呈圓滑過渡的U形或V形狀，且其底部的間距L小于軋件寬度B。當軋件邊部變形時會對該空腔的對應輥面施加作用力。在該力作用下，由于空腔對應的輥面呈懸臂梁狀態，則該輥面域會產生較大的彈性彎曲變形，同時亦會產生較大的彈性壓扁變形，此兩彈性變形的疊加從而增大了上、下工作輥邊部外廓線兩者間的距離。所以，盡管上、下工作輥的兩邊部外廓線間的初始距離在軋制前小于上、下工作輥間的中部輥縫，然而并不因此而減小軋件邊部所軋出的厚度，從而實現了改善軋件橫向厚差的效果。
所以，本實用新型在不影響軋件邊部精度的前提下，能調整和改變軋制力沿軋件寬向的分布規律以及軋件在變形區中的應力狀態，使得軋件寬向中部的厚度不致于增大，從而改善了軋件的橫向厚差。同時，由于軋件在變形區中所受的球應力減小，有利塑性變形，亦實現了降低軋制能耗的效果。
圖1為本實用新型的一種結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的描述，并非對本實用新型保護范圍的限制。
實施例1 一種輥面為組合外廓線的軋輥。上、下工作輥1、3的輥面外廓線由如圖1所示的兩邊外廓線7、5和中部外廓線9、4光滑連接而成。上工作輥1的兩邊外廓線7為水平線，下工作輥3的兩邊外廓線5為斜線；上、下工作輥1、3的中部外廓線9、4為相互嚙合的波浪形外廓線，波浪形外廓線的波數為2個，波浪形外廓線9、4對稱于上、下工作輥1、3的軸向垂直平分線。
在上、下工作輥1、3的輥身兩端端面分別各挖一同中心的環形空腔8、6，環形空腔8、6在上、下工作輥1、3的縱向斷面形狀均為V形。
所述的相互嚙合是指上、下工作輥1、3的輥縫為零時，其外廓線相互咬合。
所述的波浪形外廓線的波長相等，每個波的波浪線長均相等，波浪形外廓線的波峰與波谷間的垂直距離相等；波浪形外廓線兩端點間的距離L、波長L1、波長所對應的波浪線長L2、波峰與波谷間的垂直距離Δ分別為 L＝a0×B (1) L1＝L/N (2) L2＝a1×L1 (3) Δ＝a2(a12-1)1/2×L1 (4) 式(1)～(4)中 a0—中部外廓線長度系數，0.515≤a0≤0.923， B—軋件的寬度， N—波數， a1—波長系數，1.003≤a1≤1.08， a2—波形系數，0.3≤a2≤1。
所述的上、下工作輥1、3的輥身兩端端面的環形空腔8、6底部間的距離均等于中部外廓線9、4兩端點間的距離L；環形空腔8、6的中心圓直徑d1、環形空腔8、6的外壁與內壁在輥身端面的徑向距離S、環形空腔8、6在輥身縱向斷面的底部圓弧半徑r分別為 d1＝(D+d)/2(5) S＝a3×(D—d)/2(6) r＝a4×S (7) 式(5)～(7)中 D—工作輥的輥身端部直徑， d—工作輥的輥頸直徑， a3—徑向差系數，0.2≤a3≤0.3， a4—半徑系數，0.2≤a4≤0.5。
所述的上工作輥1的兩邊外廓線為水平線7，兩邊外廓線7上的任一點距其軋輥軸線的距離恒等于中部外廓線端點距其軋輥軸線的距離，下工作輥3的兩邊外廓線5為斜線，兩邊外廓線5距在X點距其軋輥軸線距離的增量之和ΔY為 ΔY＝a5×S0/(L0-L)×X (8) 式(8)中 S0—上、下工作輥間的中部輥縫； L0—工作輥的輥身長度； X—以工作輥的輥身端部為原點到中部外廓線端點的距離，0≤X≤(L0—L)/2； a5—斜率系數，0.2≤a5≤0.8， 本實施例1為200mm軋機上、下工作輥1、3的輥頸d為30mm，上、下工作輥1、3的輥徑為60mm，軋件寬度B為100mm、上、下工作輥(1、3)的中部輥縫S0為1mm。
根據式(1)～(8)所示，取a0、N、a1、a2、a3、a4、a5分別為0.52、2、1.003、0.3、0.2、0.35、0.2，并將其分別代入式(1)～(8)中的相關公式，則 上、下工作輥1、3的中部外廓線兩端點間的距離L為104mm； 上、下工作輥1、3的中部外廓線波長L1為52mm； 上、下工作輥1、3的中部外廓線波長所對應的波浪線長L2為52.208mm、 上、下工作輥1、3的中部外廓線波峰與波谷間的垂直距離Δ為1.4mm、 上、下工作輥1、3的環形空腔的中心圓直徑d1為45mm、 上、下工作輥1、3的環形空腔的外壁與內壁在輥身端面的徑向距離S為3mm、 上、下工作輥1、3的環形空腔在輥身縱向斷面的底部圓弧半徑r為1.05mm、 下工作輥3的兩邊外廓線距其軋輥軸線距離的最大增量之和ΔYmax為0.1mm。
實施例2 一種輥面為組合外廓線的軋輥。上、下工作輥1、3的輥面外廓線由兩邊外廓線7、5和中部外廓線光滑連接而成。上工作輥1的兩邊外廓線7為水平線，下工作輥3的兩邊外廓線5為斜線；上、下工作輥1、3的中部外廓線為相互嚙合的波浪形外廓線9、4，波浪形外廓線對稱于上、下工作輥1、3的軸向垂直平分線，波浪形外廓線的波數為250個。波浪形外廓線的波長相等，波長所對應的波浪線長相等，波浪形外廓線的波峰與波谷間的垂直距離相等。
在上、下工作輥1、3的輥身兩端端面分別各挖一同中心的環形空腔8、6，環形空腔8、6在上、下工作輥1、3的縱向斷面形狀均為V形。
本實施例2為2800mm軋機上、下工作輥1、3的輥頸d為500mm，上、下工作輥1、3的輥徑D為900mm，軋件寬度B為2000mm，上、下工作輥間的中部輥縫S0為14mm。其余同實施例1。
根據式(1)～(8)所示，取a0、N、a1、a2、a3、a4、a5分別為0.7、250、1.04、0.65、0.25、0.2、0.5，并將其分別代入式(1)～(8)中的相關公式，則 上、下工作輥1、3的中部外廓線兩端點間的距離L為1400mm、 上、下工作輥1、3的波長L1為5.6mm、 上、下工作輥1、3的波長所對應的波浪線長L2為5.82mm、 上、下工作輥1、3的波峰與波谷間的垂直距離Δ為1.04mm、 上、下工作輥1、3的環形空腔的中心圓直徑d1為700mm、 上、下工作輥1、3的環形空腔的外壁與內壁在輥身端面的徑向距離S為50mm、 上、下工作輥1、3的環形空腔在輥身縱向斷面的底部圓弧半徑r為10mm、 下工作輥3的兩邊外廓線距其軋輥軸線距離的最大增量之和ΔYmax為3.5mm。
實施例3 一種輥面為組合外廓線的軋輥。上、下工作輥1、3的輥面外廓線由兩邊外廓線7、5和中部外廓線9、4光滑連接而成。上、下工作輥1、3的兩邊外廓線7、5均為斜線；上、下工作輥1、3的中部外廓線9、4為相互嚙合的波浪形外廓線，波浪形外廓線對稱于上、下工作輥1、3的軸向垂直平分線，波浪形外廓線的波數為500個。波浪形外廓線的波長相等，其中上、下工作輥1、3的輥身中間兩個波和其余波所對應的兩種波浪線長分別相等但相互不等，波浪形外廓線的波峰與波谷間的垂直距離不相等。
在上、下工作輥1、3的輥身兩端端面分別各挖一同中心的環形空腔8、6，環形空腔8、6在上、下工作輥1、3的縱向斷面形狀均為U形。
本實施例3為4200mm軋機工作輥輥頸d為520mm，工作輥輥徑D為950mm，軋件寬度B為3400mm，上、下工作輥間的中部輥縫S0為20mm。其余同實施例1。
根據式(1)～(8)所示，取a0、N、a1、a2、a3、a4、a5分別為0.893、500、1.08、1、0.3、0.5、0.8，并將其分別代入式(1)～(8)中的相關公式，則 上、下工作輥1、3的中部外廓線兩端點間的距離L為3751mm、 上、下工作輥1、3的波浪線波長L1為7.5mm、 上、下工作輥1、3的輥身中間兩個波所對應的波浪線長L2為8.1mm、 上、下工作輥1、3的輥身中間兩個波的波峰與波谷間的垂直距離Δ為3.06mm、 上、下工作輥1、3的環形空腔的中心圓直徑d1為735mm、 上、下工作輥1、3的環形空腔的外壁與內壁在輥身端面的徑向距離S為64.5mm、 上、下工作輥1、3的環形空腔在輥身縱向斷面的底部圓弧半徑r為32.25mm、 上、下工作輥(1、3的兩邊外廓線距其軋輥軸線距離的最大增量之和ΔYmax為8mm。
由于本實施例3的輥身中間兩個波和其余波所對應的兩種波浪線長分別相等但相互不等，故對其余波將a1為1.06分別代入式(3)、(4)，則 上、下工作輥1、3的其余波所對應的波浪線長L2為7.95mm、 上、下工作輥1、3的其余波長的波峰與波谷間的垂直距離Δ為2.64mm。
由于本實施例1～3的工作輥的兩邊外廓線為直線光滑連接，從式(8)可見，該外廓線愈靠近輥身的端部，則與工作輥軸線的距離愈大，即上、下輥的兩邊外廓線間的距離愈小。于是當軋件2開始軋制時，上、下輥的兩邊外廓線勢必會先行將軋件2的邊部咬入，即將軋件2寬向兩邊先行夾持住。隨著軋制的進行，軋件2寬向的中間部分會漸入輥縫，此時，上工作輥1受有一作用力P0。為了使工作輥受力平衡，如圖1所示，在輥頸處會產生反作用力P0/2。對應于該反作用力P0/2，在工作輥輥身中部某波長內會產生作用在對應其區段的軋件2上有一力P。將此P沿該波浪線的法向與切向進行分解，則分別有法向力N與切向力T作用在對應其區段的軋件表面上。此切向力T乃為阻礙軋件2在變形區進行寬向流動的摩擦力。對于在上工作輥1、下工作輥3輥身中部的某波長內均有一個T力作用在與其相應區段的軋件表面上，由于上、下工作輥1、3的中部外廓線為相互嚙合的波浪形外廓線9、4故其T力乃大小相等、方向相反。因此，這極有利于金屬的“搓剪”變形。同時，由式(3)可知上工作輥1、下工作輥3的波浪形外廓線總長大于波浪形外廓線二端點間的距離L，于是在軋件2寬向會產生拉伸變形或沿軋件2寬向作用了一拉力，從而減小了軋件2在變形區的球應力，若將位于上、下工作輥輥面波浪形外廓線9、4中間處的波長或波峰與波谷間的垂直距離調至大于其它處的值時，則軋件2寬向中部位置的球應力減小程度更為顯著。這使得工作輥輥身中心處的彈性壓扁大大減小，避免了軋出的軋件2中部增厚的現象。可見，由于軋件2在變形區中的球應力減小，加之“搓剪”效應對變形的貢獻，從而大大有利于軋件2在變形區的塑性變形，于是降低了軋制能耗；同時通過調整上、下工作輥波浪形外廓線9、4的各波長或波峰與波谷間的垂直距離，極易調整軋件的橫向應力，以達到調整軋件橫向厚度的目的，避免了軋件2中部增厚的現象。
另外，如圖1所示，由于上工作輥1與下工作輥3，兩者邊部間的距離比其中部的輥縫值小，也就是說軋件邊部的變形量較中部的變形量大，于是軋件2邊部對上工作輥1作用了一個較軋件2中部更大的單位寬壓力p1，又由于上、下工作輥1、3輥身兩邊均被挖了一個環形空腔8、6，于是在該單位寬壓力p1作用下，會使工作輥輥身邊部發生較大的彈性彎曲變形和彈性壓扁變形(如圖1中上工作輥1中的兩邊外廓線7的變形后的虛線所示)，使被軋出的軋件2邊部不至于被減薄，從而保證了所軋出的軋件2在整個寬向上的厚度均勻一致，即保證了軋件2的尺寸精度。
權利要求1、一種輥面為組合外廓線的軋輥，其特征在于上、下工作輥(1、3)的輥面外廓線由兩邊外廓線(7、5)和中部外廓線(9、4)光滑連接而成；上、下工作輥(1、3)的兩邊外廓線(7、5)或均為斜線，或其中任一工作輥(3、1)的兩邊外廓線為斜線、另一工作輥(1、3)的兩邊外廓線為水平線；上、下工作輥(1、3)的中部外廓線(9、4)為相互嚙合的波浪形外廓線，波浪形外廓線的波數為2～500個，波浪形外廓線對稱于上、下工作輥(1、3)的軸向垂直平分線；
在上、下工作輥(1、3)的輥身兩端端面分別各挖一同中心的環形空腔(8、6)，環形空腔(8、6)在上、下工作輥(1、3)的縱向斷面形狀為U形或V形。
2、根據權利要求1所述的輥面為組合外廓線的軋輥，其特征在于所述的波浪形外廓線的波長相等，每個波的波浪線長或均相等、或均不相等、或部分相等，波浪形外廓線的波峰與波谷間的垂直距離相等或不相等；波浪形外廓線兩端點間的距離L、波長L1、波長所對應的波浪線長L2、波峰與波谷間的垂直距離△分別為
L＝a0×B(1)
L1＝L/N (2)
L2＝a1×L1(3)
△＝a2(a12-1)1/2×L1 (4)
式(1)～(4)中
a0—波浪形外廓線長度系數，0.515≤a0≤0.923，
B—軋件的寬度，
N—波數，
a1—波長系數，1.003≤a1≤1.08，
a2—波形系數，0.3≤a2≤1。
3、根據權利要求1所述的輥面為組合外廓線的軋輥，其特征在于所述的上、下工作輥(1、3)的輥身兩端端面的環形空腔(8、6)底部間的距離均等于中部外廓線(9、4)兩端點間的距離L；環形空腔(8、6)的中心圓直徑d1、環形空腔(8、6)的外壁與內壁在輥身端面的徑向距離S、環形空腔(8、6)在輥身縱向斷面的底部圓弧半徑r分別為
d1＝(D+d)/2 (5)
S＝a3×(D—d)/2 (6)
r＝a4×S (7)
式(5)～(7)中
D—工作輥的輥身端部直徑，
d—工作輥的輥頸直徑，
a3—徑向差系數，0.2≤a3≤0.3，
a4—半徑系數，0.2≤a4≤0.5。
4、根據權利要求1所述的輥面為組合外廓線的軋輥，其特征在于所述的上、下工作輥(1、3)的兩邊外廓線在X點距其工作輥軸線距離的增量之和△Y為
△Y＝a5×S0/(L0-L)×X(8)
式(8)中
S0—上、下工作輥間的中部輥縫；
L0—工作輥的輥身長度；
X—以工作輥的輥身端部為原點到中部外廓線端點的距離，0≤X≤(L0—L)/2；
a5—斜率系數，0.2≤a5≤0.8。
專利摘要本實用新型涉及一種輥面為組合外廓線的軋輥。其技術方案是上、下工作輥(1、3)的輥面外廓線由兩邊外廓線(7、5)和中部外廓線(9、4)光滑連接而成；上、下工作輥(1、3)的兩邊外廓線(7、5)或均為斜線，或其中任一工作輥的兩邊外廓線為斜線、另一工作輥的兩邊外廓線為水平線；上、下工作輥(1、3)的中部外廓線(9、4)為相互嚙合的波浪形外廓線，波浪形外廓線對稱于上、下工作輥(1、3)的軸向垂直平分線；在上、下工作輥(1、3)的輥身兩端端面分別各挖一同中心的環形空腔(8、6)，環形空腔(8、6)在上、下工作輥(1、3)的縱向斷面形狀為U形或V形。本實用新型能減小軋件在變形區中所受的球應力，可在降低軋制能耗的同時亦改善軋件橫向厚差。
文檔編號B21B27/02GK201244574SQ20082006836
公開日2009年5月27日 申請日期2008年7月10日 優先權日2008年7月10日
發明者胡衍生, 杭乃勤 申請人:武漢科技大學