专利名称：一种凹辊型热矫直机支撑辊及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热矫直机支撑辊，具体的说是一种凹辊型热矫直机支撑辊及其制
作方法。
背景技术：
钢板热矫直机矫直辊的支撑辊与钢板冷矫直机矫直辊的支撑不同，热矫直机支撑辊不仅要支撑矫直辊传递过来的矫直负载，还要承受所传递的热负载，因此，热矫直机支撑辊的变形既包括了接触机械变形，又包括了热变形，它是两种变形的耦合。
热矫直机通常采用平辊型支撑辊，见图1所示的矫直辊_支撑辊的有限元结构模型，其中，11为矫直辊，12为平辊型支撑辊。钢板矫直过程中所受的接触压力主要集中于中部，导致支撑辊中部磨损严重，甚至会出现局部压平缺陷，随矫直辊转动失灵的情况。图2为计算出的平辊型支撑辊变形放大图，可以说明平辊型支撑辊在热-机荷载作用下的耦合变形是凸度变形。图3为计算得到的平辊型支撑辊变形后辊型曲线图，图3表明平辊型支撑辊在热_机荷载作用下的耦合变形是鼓形。 在钢板热矫直过程中，当平辊型支撑辊中部磨损或中部局部变形缺陷损坏时，其
它部分一般是性能完好的。因此，平辊型支撑辊不仅寿命短，而且浪费严重。 目前，对于热矫直机辊型还没有相关的研究。对于轧机支撑辊，有关专利提出了可
变凸度辊型的轧辊支撑辊，或者消除应力集中的变辊端轴颈。然而，与轧辊支撑辊的变形机
理不同，热矫直机支撑辊由于支撑辊中间受热温度高，热变形可能占主导地位，整体呈现凸
度变形方式，因此，不能采用有关专利所提出的轧辊支撑辊辊型。
发明内容
为了克服现有热矫直机平辊型支撑辊，由于接触负荷和热负荷共同作用形成的凸度变形，导致中部磨损加大和中部压平等缺陷，本发明的目的是提供一种凹辊型热矫直机支撑辊及其制作方法，该热矫直机支撑辊采用凹型辊面，用于抵消热_机耦合形成的凸度变形，避免了变形过于集中于中部，使接触压力均匀，降低局部磨损程度和局部变形量，延长支撑辊的使用寿命，并改善矫直辊的受力状态，从而提高钢板热矫直的质量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的 —种凹辊型热矫直机支撑辊，包括辊身，其特征在于所述辊身为与接触机械变形和热变形耦合后的总变形相适配的凹型曲面。所述辊身在中央部位直径最小，两侧端部直径最大。 —种凹辊型热矫直机支撑辊的制作方法，其特征在于该方法按以下工序进行
1)建立包括矫直辊11和平辊型支撑辊12的矫直辊_支撑辊有限元结构模型；
2)根据矫直辊和支撑辊的接触压力、机械变形、热传导、温度场、热变形和热-机械耦合变形，得到矫直辊_支撑辊热_机械_接触力学模型； 3)根据矫直辊和支撑辊表面工作温度、矫直辊和支撑辊的材料参数、力学性能参数和热力学参数，得到矫直辊和支撑辊内部温度场； 4)计算平辊型支撑辊热_机械耦合变形，提取平辊型支撑辊变形后辊型曲线；平辊型支撑辊热-机械耦合变形的计算方法为采用三维热-机耦合有限元技术，计算支撑辊空间热-机械耦合变形场，再采用后处理技术提取沿表面轴向的径向变形曲线，将该曲线进行空间旋转得到辊型曲面，曲面的主视投影为辊型曲线； 5)根据平辊型支撑辊变形后辊型曲线，确定凹辊型热矫直机支撑辊的辊型曲线，得到凹型辊面的凹辊型热矫直机支撑辊。 本发明的优点是本发明根据先进的变形模拟技术，设计凹辊型热矫直机支撑辊，使得支撑辊设计的凹进量与支撑辊的热-机凸变形相互抵消，在矫直钢板过程中，形成变形后的平辊型，从而克服了现有热矫直机支撑辊由于接触负荷和热负荷共同作用形成的凸度变形，避免了中部磨损加剧和压平缺陷。使得接触压力分布均匀，延长了支撑辊使用寿命，并改善矫直辊的受力状态，提高钢板热矫直的质量。
图1是本发明中矫直辊_支撑辊有限元结构模型示意图； 图2是本发明中平辊型支撑辊变形后的放大图。
图3是本发明中平辊型支撑辊变形后的辊型曲线图。 图4是本发明中凹辊型支撑辊的辊型曲线图。 图5是本发明所述的凹辊型热矫直机支撑辊的结构示意图。
具体实施例方式
—种凹辊型热矫直机支撑辊，见图5，该凹辊型热矫直机支撑辊包括辊身1，辊身1为与接触机械变形和热变形耦合后的总变形相适配的凹型曲面2。辊身l在中央部位直径最小，两侧端部直径最大。 —种凹辊型热矫直机支撑辊的制作方法，该方法按以下工序进行 1)建立包括矫直辊11和平辊型支撑辊12的矫直辊_支撑辊有限元结构模型；见图1。 2)根据矫直辊和支撑辊的接触压力、机械变形、热传导、温度场、热变形和热_机械耦合变形，得到矫直辊_支撑辊热_机械_接触力学模型。 3)根据矫直辊和支撑辊表面工作温度、矫直辊和支撑辊的材料参数、力学性能参数和热力学参数，得到矫直辊和支撑辊内部温度场。矫直辊和支撑辊的表面工作温度是按设计要求确定的。 4)计算平辊型支撑辊热_机械耦合变形，包括机械变形、热变形和热_机械耦合变形，提取平辊型支撑辊变形后辊型曲线；见图2和图3。图2表明平辊型支撑辊在热-机荷载作用下的耦合变形是凸度变形。图3表明平辊型支撑辊在热-机荷载作用下的耦合变形是鼓形。平辊型支撑辊热_机械耦合变形的计算方法为采用三维热_机耦合有限元技术，计算支撑辊空间热-机械耦合变形场，再采用后处理技术提取沿表面轴向的径向变形
曲线，将该曲线进行空间旋转得到辊型曲面，曲面的主视投影为辊型曲线。 5)根据平辊型支撑辊变形后辊型曲线，确定凹辊型热矫直机支撑辊的辊型曲线，得到凹型辊面的凹辊型热矫直机支撑辊，见图4和图5。
权利要求
一种凹辊型热矫直机支撑辊，包括辊身(1)，其特征在于所述辊身(1)为与接触机械变形和热变形耦合后的总变形相适配的凹型曲面(2)。
2. 根据权利要求1所述的凹辊型热矫直机支撑辊，其特征在于所述辊身(1)在中央 部位直径最小，两侧端部直径最大。
3. —种凹辊型热矫直机支撑辊的制作方法，其特征在于该方法按以下工序进行1) 建立包括矫直辊和平辊型支撑辊的矫直辊-支撑辊有限元结构模型；2) 根据矫直辊和支撑辊的接触压力、机械变形、热传导、温度场、热变形和热-机械耦 合变形，得到矫直辊_支撑辊热_机械_接触力学模型；3) 根据矫直辊和支撑辊表面工作温度、矫直辊和支撑辊的材料参数、力学性能参数和 热力学参数，得到矫直辊和支撑辊内部温度场；4) 计算平辊型支撑辊热-机械耦合变形，提取平辊型支撑辊变形后辊型曲线；5) 根据平辊型支撑辊变形后辊型曲线，确定凹辊型热矫直机支撑辊的辊型曲线，得到 凹型辊面的凹辊型热矫直机支撑辊。
4. 根据权利要求3所述的凹辊型热矫直机支撑辊的制作方法，其特征在于工序4) 中，平辊型支撑辊热-机械耦合变形的计算方法为采用三维热-机耦合有限元技术，计算 支撑辊空间热-机械耦合变形场，再采用后处理技术提取沿表面轴向的径向变形曲线，将 该曲线进行空间旋转得到辊型曲面，曲面的主视投影为辊型曲线。
全文摘要
本发明公开了一种凹辊型热矫直机支撑辊，包括辊身，辊身为与接触机械变形和热变形耦合后的总变形相适配的凹型曲面。辊身在中央部位直径最小，两侧端部直径最大。该热矫直机支撑辊制作方法为建立矫直辊-支撑辊有限元结构模型；建立矫直辊-支撑辊热-机械-接触力学模型；根据表面工作温度、材料参数等，得到矫直辊和支撑辊内部温度场；计算平辊型支撑辊热-机械耦合变形，及变形后辊型曲线；根据变形后辊型曲线，确定支撑辊的辊型曲线，得到凹辊型热矫直机支撑辊。本发明采用凹型辊面，用于抵消热-机耦合形成的凸度变形，使接触压力均匀，降低局部磨损和变形量，延长支撑辊的使用寿命，并改善矫直辊的受力状态，从而提高钢板热矫直的质量。
文档编号B21D1/00GK101733328SQ20091023428
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月17日 优先权日2009年11月17日
发明者俞美萍, 廖仕军, 陈凯 申请人:南京钢铁股份有限公司