平面、曲面强化复合轧辊的制作方法

专利名称：平面、曲面强化复合轧辊的制作方法
技术领域：
平面、曲面强化复合轧辊是属于轴类机械零件，主要用在轧机上。
背景技术：
轧辊按制造方法分为铸造轧辊和锻钢轧辊，铸造轧辊主要用于热轧生产，铸造轧辊的的金相组织是一种铸态组织，存在组织疏松、偏析、晶粒粗大等缺陷，如铸铁轧辊、复合铸钢轧辊、铸造高速钢复合轧辊等。锻钢轧辊主要用于冷轧生产，其具有组织均匀、致密，晶粒细小等优点，如锻钢冷轧辊、专利产品“高能复合钢轧辊”等。
轧辊的修复分为局部修复和整体修复。轧辊局部修复主要采用熔焊技术对局部进行堆焊来完成修复，如采用焊条、焊丝进行堆焊，还有埋弧堆焊等。但熔焊技术对局部堆焊后所形成的金相组织是铸态组织，修复后的性能不太好。轧辊整体修复主要采用铸造技术、熔焊技术来完成，也主要用于铸造轧辊的修复，但性能仍达不到新制铸造轧辊的性能。还有一种方法是采用爆炸焊接技术来完成，这种方法即可用于锻钢轧辊的修复，也可用于铸造轧辊的修复，且修复后的性能很好，但它是一种整体修复。有关轧辊修复的论述介绍文献很多，如专利申请号为98107161.9、专利名称为“一种表面上具有堆焊层的轧辊及制造、修复方法”，专利申请号为96115610.4、专利名称为“高碳合金钢轧辊局部修复冷焊技术”，专利申请号为03116017.4、专利名称为“大型轧辊硬面堆焊修复方法”，专利申请号为02102963.6、专利名称为“高能复合钢轧辊”，2000年第4期《铸造技术》期刊上发表的“铸造高术钢轧辊研究进展与前景展望”一文等文献。

发明内容
通过创新设计这种新的复合轧辊制造工艺方法，从而显著的改善了用爆炸焊接工艺方法制造高性能复合轧辊的工艺性，同时也解决了钢轧辊的整体修复和局部修复问题，并对复合轧辊性能的显著提高提供了新的保障和支持。
平面、曲面强化复合轧辊是一种用于板带材轧制的板型复合轧辊，这种复合轧辊的表面复合层通过爆炸焊接技术将平面复板或圆弧形曲面复板焊接在辊芯的相应部位上。依据这种轧辊毛坯的辊身表面焊接后形成的几何体形状，平面、曲面强化复合轧辊分为棱柱体形强化复合轧辊、圆柱体形强化复合轧辊、平面与曲面组合体形强化复合轧辊，它们的辊颈可以有复合层，也可以没有，有复合层的也可以制造成以上形状，没有复合层的辊颈是圆柱体形。
棱柱体形强化复合轧辊是指这种复合轧辊的复合层全部采用长方形平面复板焊接而成，并具有棱柱体形状，再经相应的工艺技术处理达到使用要求。
圆柱体形强化复合轧辊是指其辊身复合层采用钢管或若干块圆弧形曲面复板焊接而成，并具有圆柱体形状，再经相应的工艺技术处理达到使用要求。
平面与曲面组合体形强化复合轧辊是指辊身表面一部分采用圆弧形曲面复板焊接上去，一部分采用平面复板焊接上去，这样辊身表面复合层就是由平面和圆弧形曲面复板组合而成的，具有平面与曲面组合体形状，再经相应的工艺技术处理达到使用要求。
平面、曲面强化复合轧辊的辊芯采用锻钢件，表面复合层材料采用中、高碳合金钢，如高铬钢和高速钢等，并经锻、压等方式制造而具有锻钢性能，因此，平面、曲面强化复合轧辊的本质是一种锻钢复合轧辊，同时它能经受淬火、回火等剧烈相变热处理，平面、曲面强化复合轧辊的制造工艺方法如下(1)对辊芯进行切削加工，切削加工前辊芯要进行退火，切削加工方式要依据制成相应几何体形状的复合辊坯来确定，即如果要制成棱柱体形复合轧辊毛坯，则对辊芯进行相应的平面切削加工，如果要制成圆柱体形复合轧辊毛坯，则对辊芯进行相应的车削加工，如果要制成平面与曲面组合体形复合轧辊毛坯，则对辊芯进行相应车削加工和平面切削加工。
(2)制造与辊芯焊接面形状相匹配的锻压钢复板，如果加工好的辊芯是棱柱体形，那么按设计制造与侧表面的数量、大小、几何形状相应的平面复板，如果加工好的辊芯是圆柱体形，那么按设计制造相应大小、数量、几何形状的钢管或圆弧形曲面复板，如果加工好的辊芯是平面与曲面的组合体形状，那么按设计制造相应大小、数量、几何形状的平面复板和圆弧形曲面复板。以上这些锻压钢复板要经过相应的压力加工、热处理和切削加工，以达到锻件性能和满足爆炸焊接的要求。
(3)通过爆炸焊接技术将加工好的锻压钢复板焊接在加工好的相应几何体形状的辊芯表面上，棱柱体形辊芯表面上复合的复板均为平面锻压钢复板，圆柱体形辊芯表面上复合的复板为钢管或若干块圆弧形曲面锻压钢复板，平面与曲面组合体形的辊芯表面复合的复板既有平面锻压钢复板，也有圆弧形曲面锻压钢复板。这样根据具体设计要求完成的复合轧辊就具有相应的几何体形状特征，如棱柱体形、圆柱体形、平面与曲面组合体形状。
(4)根据具体产品的特征、性能和使用要求，将具有特定几何体形状特征的平面、曲面复合辊坯进行相应的强化、热处理、机械加工等工艺技术处理，从而完成平面、曲面强化复合轧辊的制造，另外，应根据具体情况来确定各工艺之间的协调与匹配。另外，以上所述平面、曲面强化复合轧辊制造工艺方法原理还可用于轴类零件的制造和修复。
平面、曲面强化复合轧辊即可是新制强化复合钢轧辊，也可是钢轧辊使用损坏后修复而成的强化复合钢轧辊，其修复方式分为整体修复和局部修复两种方式，整体修复和局部修复两种修复工艺方法都是依据平面、曲面强化复合轧辊的制造工艺方法原理进行。整体修复的修复工艺方法基本与平面、曲面强化复合轧辊的制造工艺方法相同，其修复工艺方法如下将待修复轧辊进行退火，然后将退火后的轧辊根据要制成相应几何体形状的复合轧辊毛坯进行切削加工，即将其作为辊芯按设计进行相应切削加工，再制造与切削后辊芯表面的几何形状相匹配的锻压钢复板，并经相应的热处理、切削加工，再通过爆炸焊接技术将复板焊接在加工好的辊芯表面上，从而完成修复轧辊的复合毛坯制造，将制造好的轧辊复合毛坯进行强化、热处理、机械加工等工艺技术处理而完成制造，达到使用要求。
局部修复工艺方法如下将待修复轧辊进行退火，然后按设计沿轧辊表面损坏处母线进行切削加工，将该辊局部损坏处切除，并加工出一个或几个平面，再通过爆炸焊接技术将与之相匹配的加工好的具有锻钢性能的平面复板焊接在轧辊表面相应的平面上，从而完成复合轧辊毛坯的制造，如果此时复合轧辊毛坯经车削后小于原图纸规定的直径尺寸，且要求恢复到规定尺寸，可按平面、曲面强化复合轧辊制造工艺方法再复合一层，然后将复合轧辊毛坯经强化、热处理、机械加工等工艺技术处理而完成制造，达到使用要求。
无论是新制平面、曲面强化复合轧辊，还是修复而成的平面、曲面强化复合轧辊，平面、曲面强化复合轧辊上的相邻复板间的连接应是搭接方式，即一块复板侧边搭接在另一块复板的侧边上，由于轧辊采用的材质种类较多，故必须根据具体情况来确定相应热处理工艺。
平面、曲面强化复合轧辊和“高能复合钢轧辊”在性能上是一样的，但它的制造工艺性得到显著提高，同时可以进行局部修复，而“高能复合钢轧辊”不行。它与锻钢辊相比成本降低，性能显蓍提高，而锻钢辊不能进行修复。平面、曲面强化复合轧辊与复合铸钢辊、铸造高速钢复合轧辊等铸造辊相比，其性能显著提高，能进行铸造辊所不能的局部修复，更重要的是修复后的性能很好。平面、曲面强化复合轧辊无论在强韧性，还是在耐磨性、抗事故能力等各方面性能都优于之前技术所制造的轧辊的性能，并显著的节约金属材料资源，特别是稀有金属资源。


图1是依据机械制图所作的平面、曲面强化复合轧辊主视图，轧辊规格为φ94×300，图2、图3、图4、图5均为依据机械制图所作的规格为φ94×300的平面、曲面强化复合轧辊辊身剖视图，所不同的是图2是棱柱体形强化复合轧辊剖视图，图3是圆柱体形强化复合轧辊剖视图，图4是平面与曲面组合体形强化复合轧辊剖视图，图5是局部修复后的强化复合轧辊剖视图。之所以绘图2、图3、图4、图5辊身剖视图，是为了更好的表达棱柱体形、圆柱体形、平面与曲面组合体形、局部修复等制造工艺方法和产品结构特征，图2、图3、图4、图5的剖视图中指引线所指为爆炸焊接焊缝，以上各图的绘图比例是1∶4。
具体实施例方式对平面、曲面强化复合轧辊来说，新制钢轧辊有棱柱体形、圆柱体形和平面与曲面组合体形三种制造方式，对于修复来说，则分为整体修复和局部修复。从制造的工艺性来看，平面与曲面组合体形强化复合轧辊制造方式和局部修复方式是平面、曲面强化复合轧辊的优选实现方式，下面举例如下例1制造一根复合层材质为9Cr2Mo，辊芯为9Cr2，规格为φ94×300的平面、曲面强化复合轧辊，采用圆柱体形工艺方法制造。首先锻造一根辊芯毛坯，并退火和进行车削加工，设计制造二块圆弧形曲面复板，复板材质为9Cr2Mo，这二快复板的大小应能全部完整的包覆辊芯上的辊身部位，并保证搭接的需要，同时这二块复板应经过锻压加工而具有锻件性能，并经相应热处理和切削加工，然后，先用爆炸焊接技术焊接其中一块复板，复合后对复合上的复板的搭接部位进行切削加工，同时对另一块复板搭接部位进行切削加工，接着用爆炸焊接技术将另一块复板焊接在相应的部位，这样复合轧辊毛坯制造完成。然后在对完成了辊身表面复合的圆柱体形复合轧辊毛坯进行切削加工、淬火等工艺技术处理而完成制造，达到使用要求，其成品辊身剖视图如图3所示。
例2制造一根复合层材质为9Cr2Mo，辊芯材质为9Cr2，规格为φ94×300的平面、曲面强化复合轧毗，只有辊身有复合层，采用平面与曲面组合体形状的工艺方法制造。首先锻造一根辊芯毛坯，并退火和进行车削加工，设计制造二块圆弧形曲面复板和二块平面复板，并经热处理和切削加工，复板材质仍为9Cr2Mo，二块圆弧形曲面复板的大小应保证它们在复合在辊身上后，它们的侧边相距10毫米距离，采用爆炸焊接技术将圆弧形曲面复板复合在相应部位，再进行平面切削加工，加工完后将二块平面复板爆炸焊接在加工好的平面上，这样就完成了平面与曲面组合体形复合轧辊毛坯的制造。并具有这种几何体形状，然后对复合毛坯进行强化、车削加工、淬火等工艺技术处理，从而完成了平面与曲面组合体形强化复合轧辊的成品制造，其辊身剖视图如图4所示。
例3一根规格为φ94×300，材质为9Cr2Mo的轧辊，其主视图如图1所示，其使用一段时间后辊身表面发生剥落而报废，其修复工艺如下先将待修轧辊退火，然后沿辊身损坏处母线进行平面切削加工，根据损坏情况设计加工出二个相交平面，再设计制造二块与这二个平面大小相匹配的平面复板，并经热处理和切削加工，这二块复板具有锻钢件性能，材质为9Cr2Mo，然后采用爆炸焊接技术将二块复板依次焊接在加工好的平面上，两复板间的连接应按工艺技术要求为搭接，复合完成后，再经相应的强化、热处理、机械加工等工艺技术处理，达到使用要求，其辊身剖视图如图5所示。
权利要求
1.平面、曲面强化复合轧辊是一种板型强化复合轧辊，其特征在于(1)平面、曲面强化复合轧辊的表面复合层是采用爆炸焊接技术将平面复板或圆弧形曲面复板焊接在辊芯表面的相应部位上。根据复板爆炸焊接在辊芯表面上所形成的复合轧辊毛坯的几何体形状，这种平面、曲面强化复合轧辊产品分为棱住体形、圆柱体形、平面与曲面组合体形强化复合轧辊。辊劲也可以制造成棱柱体形、圆柱体形、平面与曲面组合体形。(2)平面、曲面强化复合轧辊的辊芯采用锻钢件，表面复合层复板材料是经锻、压等方式制造而具有锻钢性能的中、高碳合金钢锻件，这种强化复合轧辊能经受淬火、回火等剧烈的相变热处理。(3)平面、曲面强化复合轧辊的制造工艺方法为首先将经过退火处理的辊芯根据要制造成相应几何体形状的复合辊坯进行切削加工，即将辊芯加工成或棱柱体形辊芯、或圆柱体形辊芯、或平面与曲面组合体形辊芯，然后制造与辊芯几何体形状相匹配的锻钢复板，即依据或棱柱体形辊芯、或圆柱体形辊芯、或平面与曲面组合体形辊芯的侧表面几何形状、大小、数量制造出相应的平面复板或圆弧形曲面复板，并经相应的热处理、切削加工，再通过爆炸焊接技术将加工好的复板焊接在辊芯侧表面相应的部位，从而完成了平面、曲面强化复合辊坯的制造，并具有相应的几何特征，如棱柱体形、圆柱体形、平面与曲面组合体形，将平面、曲面强化复合辊坯进行相应强化、热处理等工艺技术处理，从而完成平面、曲面强化复合轧辊的制造。这种制造工艺方法也可用于轴类零件的制造与修复。(4)平面、曲面强化复合轧辊即可是新制造的复合钢轧辊，也可是钢轧辊使用损坏后修复而成的。其修复方式分为整体修复和局部修复两种，这两种修复工艺方法都是依据平面、曲面强化复合轧辊的制造工艺方法原理进行。整体修复工艺方法是将某待修复轧辊进行退火，然后将退火后的轧辊根据要制成相应几何体形状的强化复合辊坯进行切削加工，再制造与切削后轧辊侧表面的几何形状相匹配的锻钢复板，并经相应的热处理、切削加工，再通过爆炸焊接技术将锻钢复板焊接在加工好的轧辊表面上，再对复合辊坯进行相应的强化、机械加工等工艺技术处理，完成整体修复达到使用要求。局部修复工艺方法是将待修复轧辊进行退火，然后沿母线进行切削加工，将该辊局部损坏处切除掉，并加工出一个或几个平面。再将加工好的具有锻钢性能的并与之相匹配的平面复板通过爆炸焊接技术将其焊接在该辊的相应已加工平面上，然后对加工好的复合辊坯进行相应的强化、热处理等工艺技术处理，完成局部修复达到使用要求。
2.根据权利要求1所述，其特征在于平面、曲面强化复合轧辊上相邻复板间的连接是搭接方式连接，即一块复板侧边搭接在另一块复板的侧边上。
全文摘要
平面、曲面强化复合轧辊是属于轴类机械零件。这种轧辊的辊芯采用锻件，表面复合层采用爆炸焊接技术将平面复板或圆弧形复板焊接在辊身上，再经相应的热处理、机械加工等工艺技术处理而制成的复合轧辊，辊颈可有复合层，也可没有。根据不同几何形状复板焊接在辊芯表面上所形成的复合轧辊毛坯的几何体形状，这种平面、曲面强化复合轧辊分为棱柱体形、圆柱体形、平面与曲面组合体形强化复合轧辊。平面、曲面强化复合轧辊制造工艺方法不仅能制造新辊，也能对轧辊进行整体修复和局部修复，从而显著节约金属材料资源，特别是稀有金属资源，同时这种制造工艺方法也显著的改善了复合轧辊制造的工艺性，该产品主要用在轧机上。
文档编号B21B27/02GK1846886SQ20051001853
公开日2006年10月18日 申请日期2005年4月11日 优先权日2005年4月11日
发明者江文 申请人:江文