包括傳動軸和輥環的軋輥以及組裝該軋輥的方法

2023-04-26 20:22:16

專利名稱：包括傳動軸和輥環的軋輥以及組裝該軋輥的方法
技術領域：
第一方面，本發明涉及一種軋輥，所述軋輥一方面包括具有柱形包絡面的傳動軸， 所述柱形包絡面具有一定的外徑和一定的長度，並且另一方面包括輥環，輥環包括硬質材料製成的外環以及與外環同心並用較韌性的材料製成的內環，所述內環包括具有一定的內徑的柱形內部，並且一方面，所述內環以冶金方式永久地與外環結合成整體，另一方面，所述內環可旋轉地剛性連接於傳動軸，從而將驅動扭矩從傳動軸傳遞至外環。另一方面，本發明還涉及一種組裝該軋輥的方法。
背景技術：
上述的這種類型的軋輥通常被所屬領域技術人員命名為組合式軋輥，並且在實踐中用於狹長金屬產品(諸如線、棒、管等)的熱軋或冷軋。為了這個目的，輥環形成有一個或多個周向凹槽，其以所期望的順序形成產品。當輥環有軋制平面物體(諸如帶)的目的時，輥環也可以完全是光滑。在一些軋輥中，輥環由所謂的複合輥環組成，這種複合輥環由基於鐵的鑄造合金(例如球墨鑄鐵)製成的內環和一個或多個嵌入內環的外環組成，外環由堅硬、耐磨並且耐熱的材料製成，諸如硬質合金，外環以冶金方式永久地與內環結合成整體，更精確地是在鑄造期間將外環嵌入合金中。在上述類型的軋輥中使用硬質合金製成的輥環已經有多年的發展歷史，一路上從嘗試著將硬質合金環僅以機械方式(通過楔、凸耳、杆或者其他驅動器)直接與傳動軸相連接的簡單軋輥結構直到今天的各個硬質合金環通常以冶金方式與較韌性的材料製成的內環結合成整體的結構，內環則在硬質合金環中不出現令人煩惱的應力現象的情況下連接於傳動軸。近年來，發展集中在兩個主要問題區域，即，第一方面為輥環材料的選擇，並且特別是輥環的內環的合適材料的選擇，而第二方面為可靠地相對於傳動軸可旋轉地固定輥環。此外(見EP0374116)，對於內環的材料，材料發展已經導致鎂球墨鑄鐵(magnesious nodular iron)的使用，其包括彌散的、類似球體的石墨，其通過熱處理而能夠釋放出來，從適量的殘餘奧氏體變為例如貝氏體。用於解決第二個問題的嘗試，也就是，使得能夠將大的扭矩從傳動軸傳遞給輥環，而且它們不會相對於彼此滑動的嘗試，已經產生大量的解決方案建議，這些可以在專利文獻中有據可查(除了以上提到的EP0374116之外，還可以參照US 5558610，US 5735788，US 6685611，以及EP 1733816)。然而，迄今為止公知的解決方案仍然是通過機械鎖定裝置實現從傳動軸到輥環的扭矩，機械鎖定裝置以某種方式在傳動軸和輥環的內環之間起作用。一種鎖定裝置包括彼此嚙合的凸形和凹形元件，它們要麼位於內環的內表面和傳動軸的包絡面之間的交界面上，要麼位於輥環的端面，並且在傳動軸的外側上與輥環相配合的數個環彼此壓靠(參見EP0374116的兩種情形)。另一種鎖定裝置依賴配合表面之間的摩擦接合。同樣在這種情況下，接合可以要麼位於內環的內表面和傳動軸的包絡面之間的交界面上，要麼位於與輥環相配合的環的環形端面。為了實現這樣的摩擦接合，能夠使用楔、鎖定螺母、液壓裝置等等。然而，機械性質的最簡單的鎖定裝置也有缺點，其在於其除了必須的車削外，鎖定裝置還要求某些形式的切割或切屑去除加工，即銑、鑽、形成螺紋等。不僅由於各個工作操作耗時的原因，還可能最重要地是由於這些部件必須在接踵而來的準備時間內在不同的加工站之間移動，每個這些另外的加工操作使得製造更昂貴。機械鎖定裝置的另一個缺點是其削弱了軋輥的能力[wl]，軋輥的能力取決於在給定的軋輥寬度內能夠安裝多少輥環(或在輥環中有多少槽)，例如其取決於傳動軸的有效長度。如果鎖定裝置強加在軋輥寬度上， 則有效的輥槽的數目當然會減少。有時，鎖定裝置也可能引起在輥環中的有害的應力現象。 另外，特別是各個部件的類似凹型的凹處可能在整體上減弱軋輥結構
發明內容
本發明的目的在於消除已知軋輥的上述缺點以及提供改進的軋輥。因而，本發明的主要目的是提供一種軋輥，其輥環能夠在無需任何傳統類型的機械鎖定裝置的情況下以可靠的方式相對於傳動軸可旋轉地固定。另一個目的是在沿著傳動軸的長度延伸的輥環的數目和/或輥槽的數目方面，提供具有最佳能力的軋輥。本發明的又一個目的是提供一種軋輥，軋輥的兩個主要部件，即傳動軸和輥環或多個輥環，能夠通過絕對最小的加工操作製造。根據本發明，通過權利要求1的特徵部分限定的特徵至少達到主要目的。在從屬權利要求2-4中進一步限定根據本發明的軋輥的優選實施例。在更多的方面，本發明還涉及一種組裝根據本發明的軋輥的方法。在獨立權利要求5中看到該方法的特徵。發明概述本發明基於令人驚奇的理解足夠強的冷縮配合接合完全足夠用於相對於傳動軸可旋轉地固定輥環，該冷縮配合接合能夠藉助於輥環相對於傳動軸的準確的應力計算和良好平衡的尺寸來實現。通過考慮[w2]具有傳動軸的直徑的至少0.01%的冷縮配合或過盈的冷縮配合接合，相應地產生的結果是，儘管實際上省略兩個部件之間的所有類型的機械鎖定裝置，輥環仍然能夠受到完全符合要求的扭矩，而不會在傳動軸上滑動。正好與傳統的設計理念相反，因此根據本發明的軋輥能夠在除了兩個至關重要的主要部件(即，傳動軸和輥環(或多個輥環))外，無需任何附加細節的情況下就被製造出來。


在附圖中圖1為根據本發明的軋輥處於組裝狀態的截面透視圖，圖2為相同狀態下，同一軋輥的縱截面，圖3為包括在軋輥中的單獨的輥環的縱截面，圖4為軋輥的單獨的傳動軸的縱向視圖，圖5為圖3的V-V的橫截面，圖6為圖4的VI-VI的橫截面，和圖7為圖3的VII的細節放大圖。
具體實施方式
在附圖中，1通常表示軋輥或傳動軸，2表示安裝在軋輥或傳動軸的外部的輥環。 在實例中，所述輥環2包括內環3以及兩個外環4，在所述外環4的包絡面中形成有用於軋制狹長產品的周向輥槽5。 傳動軸1包括以柱形包絡面6的形式的輥筒(參見圖4)，輥筒與軸的中心軸Cl同心，並且輥筒在相對的兩端處轉變成具有減小直徑的軸頸7的包絡面。在本例下，軸的兩端包括兩個軸頸7的平面端面8。軸的總長度Ll取決於兩個端面8之間的距離。由於每個軸頸7具有一定的長度L2，因此包絡面6的軸向伸長或長度L3小於軸的總長度Li。軸沿著包絡面6的外徑被表示為ODl (參見圖6)。輥環2的內環3 (參見圖3)包括包絡面9以及內表面或者內側10，兩者均具有柱形的基本形狀並且與輥環的中心軸C2同心。內環相對的兩端包括環狀平面表面11，它們彼此之間的距離決定內環的軸長L4。在圖3和5中，ID表示內環3的內徑，而0D2表示其外徑。兩個外環4中的每一個都被鑲鑄[w3]在內環3的包絡面中並且以這種方式永久地以冶金方式與內環結合成整體。在本例下，各外環4的外徑(缺少參考標記)大於內環的外徑0D2(它們也可以同樣大)，同時外環的內側具有如下直徑，一方面其小於內環的外徑，而另一方面大於內徑ID。同樣應該提出的是，當軋輥已經被組裝時，輥環2的中心軸C2與傳動軸1的中心軸Cl重合。在實踐中，優選的是用鋼鐵來製造傳動軸1，但是其他材料也是可行的，特別是具有相當高的硬度(高碳含量)的鑄鐵。作為輥環2的外環4的材料，有利的是使用傳統的硬質合金，即，通過壓制和燒結包含WC和粘結相(例如Co或Co+Ni+Cr)的硬質合金粉末而獲得的粉末冶金材料。然而，應該指出的是，除了傳統的硬質合金外的其他硬質材料也能夠被使用，例如，高速鋼。最後，內環3的材料通常由比外環的硬質材料更韌性的材料組成， 諸如，舉例來說，金屬或者金屬合金。在大多數情況下，這裡優選的是球墨鑄鐵，例如，在EP 0753594中公開的類型。軋輥的兩個主要部件的製造在分離的操作中實現。通過包絡面6和軸頸7的外側的外部縱向車削，以及端面8的表面車削，從柱形坯料製造出傳動軸1。通過坯料的鑄造生產出輥環2，其中預成形的硬質合金環被嵌入應該形成內環的液態球墨鑄鐵中。通過車削加工該坯料，即包絡面9的外部縱向車削，內側10的內部縱向車削，以及端面11的表面車削。 可能的是，可以珩磨輥環的內表面10以及傳動軸的包絡面6，以提供良好的尺寸精度。在原型實施例中，傳動軸1的包絡面6具有756mm的長度L3，並且在室溫下直徑 ODl為200mm。尺寸L3代表最大軋輥寬度。在本例下，輥環2的長度L4小於輥寬度並且為 700mm。在室溫下，輥環具有小於傳動軸直徑ODl的內徑並且在原型實施例中為199.84mm。 這意味著ID和ODl之間的差值為0. 16mm或者為傳動軸的外徑ODl的0. 08%。通過將輥環冷縮[w4]裝配在傳動軸上實現部件1和2的組裝。這能夠以多種方式實現，其中之一是冷卻傳動軸1並且將輥環2保持在室溫下。在原型實施例中，如果傳動軸被冷卻到-170°C (例如，在液氮中)，則包絡面6的外徑ODl從200mm減小到199. 55mm。 因此，在這種狀態下，ODl比ID小0. 29mm。以這種方式，傳動軸可能被插入到輥環的內部。 在將兩個部件相對於彼此定位在所期望的位置之後，使兩個部件的溫度相等，即為室溫。在該方面中，傳動軸膨脹並且提供冷縮配合接合，其過盈為0. 16mm。進行的測試表明，這個強度的冷縮配合接合完全足夠用於將相當大的扭矩從傳動軸傳遞至輥環，而不會產生所提及的輥環相對於傳動軸的滑動(當軋輥在惡劣的外界條件下運行時，諸如重負荷或頻繁的溫度波動時也是如此)。為了在冷縮裝配過程期間便於將傳動軸1插入輥環2中，在鄰近輥環的內環3的各個的端面11(參見圖7)處，形成有錐形表面12，該錐形表面通過圓角過渡[w5]R而轉變成內柱形表面10。在實例中，所述表面12的錐角α為15° (2Χα=30° )，且表面具有軸向延伸或者長度L5，所述軸向延伸或者長度L5至少應該為5mm，合適地至少為10mm。將輥環中的凹形的錐表面12與相鄰於傳動軸包絡面6的凸形的錐表面相結合也是可行的。

在上文提到的具體的實例中，所達到的冷縮配合接合的過盈為傳動軸直徑的 0. 08% (0.16/200)。該過盈尺寸可以根據軋輥的尺寸和所期望的扭矩改變，但是無論如何都應該至少為0. 01 %，合適地至少為0. 05%，更合適地至少為0. 07%。另一方面，為了可靠地避免在輥環中有害的應力現象的風險，過盈尺寸不應該超過0. 12%。有益地，給予接合 0. 07-0. 10%範圍內的過盈。本發明的有益效果本發明的主要優點在於，本發明軋輥的複合輥環能夠以可靠和簡單的方式可旋轉地固定於傳動軸，而不需要任何機械鎖定或聯接裝置。而且，因為沒有任何聯接裝置強加在沿傳動軸的包絡面的可用的空間上，所以能夠以最佳的方式利用有效的軋輥寬度。而且，因為實質上所有要求去除切屑的加工都能夠以車削的方式完成，所以可以在沒有複雜和成本升高的加工操作的情況下製造軋輥的兩個主要部件。換言之，兩個部件的坯料不需要在不同的加工站之間被移動。此外，沒有機械聯接裝置，特別是以槽、孔、埋頭孔等形式的凹形裝置，使得沒有任何一個部件被不必要地削弱。綜上所述，這些因素意味著製造軋輥的總成本能夠減少。另外，因為軋輥的部件的數目已經減少到絕對最少，所以當輥軋機在操作中時的故障和停機等被減少。本發明的可行修改本發明並不僅僅限於上文描述以及在附圖中示出的實施例。因此，為傳動軸裝配兩個或多個輥環，而輥環可以各自包括一個及多個硬質合金環是可行的。此外，可以以除了冷卻傳動軸外的另一方式進行各個輥環的冷縮裝配。相應地，為了使輥環的內部變寬，可以在加熱輥環的同時而傳動軸保持室溫。將傳動軸的冷卻和輥環的加熱相結合也是可行的。 總之，應該指出的是，根據本發明，組裝方法不僅能夠用於新軋輥的生產，也能夠用於使用過的軋輥的修復。因此，如果軋輥的兩個部件之一被損壞或者磨損，另一部件能夠在冷縮配合接合被分離後再利用，更精確地說，通過被固定地冷縮配合到新的或者經修復過的部件而被再利用。雖然優選地設置冷縮配合接合，所述冷縮配合接合具有在傳動軸的包絡面和輥環的內側之間完整的表面接觸，但是如果有需要，部分表面接觸也是可行的。
權利要求
1.一種軋輥，包括，一方面，傳動軸(1)，所述傳動軸(1)包括具有一定的外徑(ODl)和一定的長度(L3)的柱形包絡面(6)，並且，另一方面，包括較短的輥環(2)，所述輥環(2)包括硬質材料製成的外環(4)以及與所述外環同心並用較韌性的材料製成的內環(3)，所述內環包括具有一定的內徑(ID)的柱形內側(10)，並且，一方面，所述內環以冶金方式永久地與所述外環(4)結合成整體，而另一方面，所述內環則可旋轉地剛性連接於所述傳動軸 (1)，從而將扭矩從所述傳動軸傳遞給所述外環(4)，其特徵在於，所述傳動軸(1)和所述輥環(2)之間的可旋轉剛性接合獨自地由冷縮配合接合構成，該冷縮配合接合被建立在所述傳動軸的包絡面(6)和所述內環的內側(10)之間，並且具有至少為所述傳動軸(1)的外徑 (ODl)的0.01%的過盈。
2.根據權利要求1所述的軋輥，其特徵在於，冷縮配合接合的過盈至少為傳動軸(1)的外徑(ODl)的 0. 05%。
3.根據權利要求1或2所述的軋輥，其特徵在於，冷縮配合接合的過盈至少為傳動軸 (1)的外徑(ODl)的 0. 07%。
4.根據前述權利要求中任一項所述的軋輥，其特徵在於，鄰近輥環(2)的內環(3)的端面(11)處，形成有錐形表面(12)，通過圓角過渡(R)，所述錐形表面轉變成內環的內側 (10)。
5.用於組裝下述類型的軋輥的方法，所述軋輥包括，一方面，傳動軸，所述傳動軸包括具有一定的直徑和一定的長度的柱形包絡面，並且，另一方面，包括較短的輥環，所述輥環包括硬質材料製成的外環以及與所述外環同心並用較韌性的材料製成的內環，所述內環包括具有一定的內徑的柱形內側，並且，一方面，所述內環以冶金方式永久地與所述外環結合成整體，而另一方面，所述內環可旋轉地剛性連接於所述傳動軸，從而將扭矩從所述傳動軸傳遞給所述外環，其特徵在於以下步驟分別使所述傳動軸和所述輥環的溫度產生差別，將所述傳動軸插入所述輥環，並且在建立冷縮配合接合的同時，使溫度相等，所述冷縮配合接合在所述傳動軸和所述輥環之間形成獨自的可旋轉剛性接合，並且具有所述傳動軸的外徑的至少0. 01%的過盈。
全文摘要
本發明涉及一種軋輥，包括，一方面，傳動軸(1)，其包括具有一定的外徑和一定的長度的柱形包絡面(6)，並且，另一方面，包括較短的輥環(2)，其包括硬質材料製成的外環(4)以及與所述外環同心並用較韌性的材料製成的內環(3)，內環包括具有一定的內徑的柱形內側(10)，並且，一方面，所述內環以冶金方式永久地與外環(4)結合成整體，而另一方面，所述內環則可旋轉地剛性連接於傳動軸(1)，從而將扭矩從傳動軸傳遞給外環(4)。根據本發明，在傳動軸(1)和輥環(2)之間的可旋轉剛性接合獨自地由冷縮配合接合構成，該冷縮配合接合被建立在傳動軸的包絡面和內環的內側之間，並且具有傳動軸(1)的外徑的至少0.01％的過盈。
文檔編號B21B27/03GK102348515SQ201080011873
公開日2012年2月8日 申請日期2010年2月19日 優先權日2009年3月12日
發明者米林科·普魯西克 申請人:山特維克智慧財產權股份有限公司