一種冶金軋輥的應力快速調整方法

2023-06-25 18:30:36

專利名稱：一種冶金軋輥的應力快速調整方法
技術領域：
本發明是關於消除或降低金屬加工件內應力的方法，特別是關於鑄鐵軋輥降低內應力並使其均化的快速調整方法。
2.熱時效法。即對工件進行緩慢加溫、保溫和緩慢降溫處理。其優點是處理時間比自然時效法大為縮短，一般為數十小時。缺點是需要建造能置放工件的熱窯和消耗大量的熱能，並且操作要求嚴格。由於軋輥一般多是直徑在700毫米左右、長度超過2米的大型工件，使用此法不僅生產成本高於自然時效法，而且不易掌握。
3.振動時效法。即對工件在其固有的頻率範圍內，施加循環載荷對工件進行振動。此法的優點是設備投資少、處理時間極短，一般僅需數十分鐘、操作方便、節省能源、成本低。其缺點首先是工件固有頻率多採用在施工現場以掃頻實測方法獲得，既費時，又帶有一定的盲目性。尤其是對軋輥這類結構而言，其剛度大、固有頻率高、而常用的循環載荷加載設備因受電機轉速及功率限制難以達到共振要求。第二是施加的動應力大小的選擇問題。因為施力的大小不僅對工件壽命有關，而且直接影響時效的效果。由於學術界長期存在著振動時效會不會降低工件疲勞壽命的疑問，多年來雖有人對鋼結構焊件振動時效進行研究，獲得了既可不影響焊接工件疲勞壽命，又可取得消減殘餘內應力的良好效果。但若干冶金企業將其用在鑄鐵軋輥的實際試驗中卻都以失效告終。
本發明解決上述技術問題的技術方案如下一種冶金軋輥的應力快速調整方法，使用循環加載裝置對軋輥工件施以亞共振頻率的循環載荷應力，其特徵在於軋輥工件支承在一對具有一定動態彈性模量E動，且相隔距離為L的彈性支承上形成一個彈性振動系統，該循環加載裝置的施力點位於上述彈性振動系統的共振節點附近；該循環載荷應力б循＝(1～2)бs/3D、且б循＜б-1/D，上述式中的бs為工件表層材料彈性極限、б-1為工件表層材料疲勞極限、D為單自由度有阻尼振動系統的動力放大因子。
上述的冶金軋輥的應力快速調整方法，其特徵在於該彈性支承為彈簧、橡膠墊、避震塊或液壓避震器。
上述的冶金軋輥的應力快速調整方法，其特徵在於以所採用的彈性支承作為邊界約束條件，利用SAP5或Ansys有限元結構分析軟體計算在該動態彈性模量E動下的振動系統第一階系統頻率確定該振動系統最佳的施振振動頻率；以及計算獲得不同支承距離L下的工件中心軸心結點位移曲線，確定彈性支承的支承距離L。
上述的冶金軋輥的應力快速調整方法，其特徵在於在施加循環載荷時用動態工藝參數監視器監測軋輥工件殘餘應力調整過程中振幅、加速度、輸入功率、共振頻率諸工藝參數的變化，當上述諸工藝參數變化趨於穩定時，結束施加循環載荷。
本發明的優點如下1.使用彈性支承，與工件一起構成了一個彈性振動體系，極大地降低系統振動頻率，使用一般的循環加載裝置即可實現共振的效果。
2.系統振動頻率可通過計算快速獲得，既有針對性，又節省了原來實測法的探索時間。
3.有明確的處理結束時間，節省不必要的能源浪費。
4.所用的設備價格低廉，處理快速簡便，運行成本低。
5.施加的循環應力恰當，不僅能有效地減少和均化軋輥的內應力，而且可以提高其使用壽命，與半年自然時效處理的同類軋輥相比平均使用壽命顯著提高。既降低了噸鋼輥耗，提高了軋機生產效率，減少了繁重的更換軋輥操作，改善工人的勞動條件。
6.不必儲備大量軋輥，解放了巨額的軋輥佔用資金。以一臺軋機每年消耗140根Φ800mm的鑄鐵軋輥，每根價5.5萬元，採用6個月自然時效處理計，可解放385萬元資金。
7.軋輥壽命的延長，減少了軋輥用量，節約軋輥資金。
圖2是第一階中心軸線結點位移曲線圖。
實施例1.軋輥工件為Φ770×1200×2820mm的鉻鉬冷硬球墨複合鑄鐵軋輥，其外表層材料為厚20-30mm的白口組織，彈性極限бs約為130MPa、疲勞極限б-1約為90MPa。選用動態彈性模量E動＝360MPa的彈簧為彈性支承。利用SAP5有限元結構分析元件計算確定的系統最佳振動頻率為86Hz，兩彈性支承的支承距離L為1360mm。該振動系統的動力放大因子為3，則б循＝14～28Mpa。經時效處理50分鐘後所監測的諸工藝參數變化趨於穩定，測得該軋輥工作表層殘餘內應力減少了25％；最大與最小殘餘應力的差值從處理前的210MPa降為處理後的85MPa，獲得了明顯的均化。用本發明處理的軋輥，其平均使用壽命可達132小時，與同期經半年時效處理的同類鑄鐵軋輥的平均使用壽命80小時相比，提高了65％。由於軋輥壽命延長，減少了用量，僅此一項，每臺軋機每年可節約250～300萬元左右。
實施例2.軋輥工件為φ780×1200×2820高鉻鉬無限冷硬球墨複合鑄鐵軋輥，其外表層材料為白口組織，選用動態彈性模量E動＝300MPa的橡膠墊為彈性支承。經用ASP5有限元結構分析軟體計算和圖解後，選擇最佳的兩橡膠墊距離L＝1200mm，振動頻率70Hz，循環加載應力б循＝15～16MPa，經1小時左右的振動時效處理，其殘餘應力下降了12～16％，最大殘餘應力和最小殘餘應力差值明顯減小，達到降低應力和均化的效果，而且使用壽命也明顯高於同期經半年自然時效處理的同類軋輥的平均使用壽命。完全達到了時效處理的目的。
權利要求
1.一種冶金軋輥的應力快速調整方法，使用循環加載裝置對軋輥工件施以亞共振頻率的循環載荷應力，其特徵在於軋輥工件支承在一對具有一定動態彈性模量E動，且相隔距離為L的彈性支承上形成一個彈性振動系統，該循環加載裝置的施力點位於上述彈性振動系統的共振節點附近；該循環載荷應力б循＝(1～2)бs/3D、且б循＜б-1/D，上述式中的бs為工件表層材料彈性極限、б-1為工件表層材料疲勞極限、D為單自由度有阻尼振動系統的動力放大因子。
2.根據權利要求1所述的冶金軋輥的應力快速調整方法，其特徵在於該彈性支承為彈簧、橡膠墊、避震塊或液壓避震器。
3.根據權利要求1所述的冶金軋輥的應力快速調整方法，其特徵在於以所採用的彈性支承作為邊界約束條件，利用SAP5或Ansys有限元結構分析軟體計算在該動態彈性模量E動下的振動系統第一階系統頻率，確定該振動系統最佳的施振振動頻率；以及計算獲得不同支承距離L下的工件中心軸線結點位移曲線，確定彈性支座的支承距離L。
4.根據權利要求1所述的冶金軋輥的應力快速調整方法，其特徵在於在施加循環載荷時用動態工藝參數監視器監測軋輥工件殘餘應力調整過程中振幅、加速度、輸入功率、共振頻率諸工藝參數的變化，當上述諸工藝參數趨於穩定時，結束施加循環載荷。
全文摘要
一種冶金軋輥的應力快速調整方法，使用循環加載裝置對軋輥工件施以亞共振頻率的循環載荷應力，其特徵在於軋輥工件支承在一對具有一定動態彈性模量E
文檔編號C21D9/38GK1431325SQ0311526
公開日2003年7月23日 申請日期2003年1月29日 優先權日2003年1月29日
發明者朱世根, 沈劍 申請人:東華大學