一种复合轧辊及其制备方法与流程

本发明属于金属轧制轧辊制造领域，涉及一种热轧机或冷轧机使用的具有复合结构的轧辊及其制备方法，特别是轧钢用的硬质合金复合轧辊及其制造方法。具体而言，本发明提供了一种结构设计独特的复合轧辊及制造方法，该复合轧辊采用间隙配合、端面压紧的方式传递扭矩，其关键在于采用普通螺母锁紧。这种结构的复合轧辊具有配件少、结构简单、制造简便、可靠性高、易拆卸等优点。

背景技术：

自1966年加拿大stelco公司首次在美国摩根公司生产的世界上第一台无扭高速线材轧机上试用硬质合金轧辊(环)至今已近半个世纪，现已成为高速线材轧机的标准配件。最早，硬质合金轧辊只用于高速线材精轧机组，到1970年代就迅速扩大到预精轧，中轧以及型、棒材轧机的精轧机组。如今，硬质合金轧辊的应用领域仍在以越来越快地速度持续扩展。与高速线材精轧、预精轧机组采用悬臂式，锥套装配整体硬质合金轧辊(环)不同，在高速线材轧机的中轧以及型、棒线材轧机的中、精轧机组必须将硬质合金辊环以某种可靠的方法连接(装配)到钢或铁质辊轴上形成复合(组合)轧辊来使使用。不管采用何种方法，其最终的目的是满足轧制时传递力矩的需要。

在美国专利us4841612，us4932111和us6685611b1中，德国kark公司公布了一种端面压紧式机械装配复合轧辊，该结构采用高压液压螺母和一种设计巧妙的环楔将硬质合金辊环压紧。这种结构的复合轧辊具有原理简单，易实施，可拆卸等优点。

美国专利us5044056，us5104458公布了一种采用键槽连接的复合轧辊，先将硬质合金辊环采用铸造的方法与钢冶金复合成含钢质内环和硬质合金外环 的复合辊环，在强韧性好的钢内环端面或内壁上开键槽，再将该复合辊环与辊轴通过键槽连接形成复合轧辊。这种结构的复合轧辊具有连接强度高，可靠性好，可拆卸等优点，但其复合辊环制备的技术难度较大，工艺要求高。

在中国专利cn1064827a和美国专利us5248289,us5359772,us6095958中，瑞典sandvik公司公布了一种采用离心铸造法将硬质合金辊环直接与钢或铸铁辊轴冶金粘结的复合轧辊，即cic复合轧辊。这种结构的复合轧辊连接强度高，可靠性好，但是其技术难度大，工艺控制要求高，生产成本很高，且不可拆卸。

美国专利us6110084公布的复合轧辊也采用端面键槽连接含钢质内环和硬质合金外环的复合辊环。

中国专利cn2417946y，cn1168563c和cn101073811公布了一种采用高强度工业胶剂粘接的复合轧辊。这种复合轧辊存在连接强度偏低，拆卸困难的问题。

中国专利cn2776584a、cn101642776a、cn102847715a、cn102847716a美国专利us2006/0287177a1、us7572215b2、us2010/0024507a1公布了几种结构不同的端面压紧式机械连接的复合轧辊。

中国专利cn201150929y、cn102847714a公布了几种采用过盈装配连接的复合轧辊。这种轧辊具有结构简单，易实施的优点，但其过盈容易导致硬质合金辊环胀裂，安全性，可靠性欠佳，拆卸困难。

中国专利cn101386028a公布了一种采用钎焊方法制备的复合轧辊。

综合分析上述现有技术，复合(组合)轧辊的制备技术按复合(组合)方式可分为机械连接复合轧辊、冶金粘结复合轧辊和胶粘接复合轧辊。其中，机械连接复合的方法主要有过盈装配辅助于端面螺栓(螺母)锁紧、过渡或间隙配合 液压螺母端面压紧等方式。

采用过盈装配辅助于端面螺栓(螺母)锁紧的复合轧辊，由于辊环与辊轴在径向的过盈配合，辊环沿辊轴的轴向无法移动，端面螺母几乎不受力或受力甚微。辊环承受了较大的过盈装配力，易被胀裂，且拆卸困难。

采用过渡或间隙配合的液压螺母端面压紧方式的复合轧辊，其螺母为液压螺母、需要特制，螺母内特制油腔、活塞环和密封环，成本高，装配时螺母固定在辊轴上不动，液压油通过活塞环沿轴向向所接触的辊环(或压紧环、隔环)施加约150mpa的轴向压力，压紧环、辊环等沿轴向移动，在辊环或压紧环与液压螺母之间产生间隙，在间隙间插入楔环(环楔)，旋转环楔，使楔环之间产生轴向位移，填补由于辊环和或压紧环沿轴向移动产生的间隙，通过楔环使液压螺母与辊环或压紧环紧密贴合，当液压螺母泄压后，液压螺母通过楔环向辊环或压紧环施加约150mpa的轴向压紧力，使辊环可靠的固定在辊轴上。

采用间隙配合的液压螺母端面压紧方式，由于可以方便拆卸，在复合轧辊领域应用较广，但其液压螺母结构复杂、零件加工要求高、成本高等不足，而且配件多，装配步骤繁琐，技术难度大。特别是填补液压螺母与辊环(或压紧环)间隙的楔环，两个配对的楔环相对面的楔形凸起由于接触面较小，在长期、连续的辊环轧制过程中，由于受到轧制冲击，一旦楔环之间发生旋转或变形，将造成液压螺母与辊环(或压紧环)之间产生间隙，液压螺母施加给辊环(或压紧环)的轴向压紧力下降，连接强度降低甚至失效。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种结构新颖、制造简单的复合轧辊。其包括辊轴及套装在辊轴上的辊环，辊轴与辊环间隙配合，在辊环一侧的辊轴上设置有螺母，该螺母与辊环之间紧密贴合，并向辊环施加轴向压紧力， 以此压紧力使辊环与螺母之间形成摩擦力，从而在轴向和径向上使辊环与辊轴之间固连，传递轧制扭矩。

进一步的改进是，在辊环两侧的辊轴上均设置有螺母。螺母与辊环之间紧密贴合，并向辊环施加相对的轴向压紧力，以此压紧力使辊环与螺母之间形成的摩擦力来传递轧制扭矩。本结构适用于辊环数量较多的复合轧辊。避免远离锁紧螺母的辊环，由于受到的轴向压紧力的逐次递减，而无法获得足够的摩擦力，无法保证在轴向和径向上该辊环与辊轴之间固连，无法传递轧制扭矩。

进一步的改进是，所述辊环与螺母之间设置有压紧环。压紧环与辊轴间隙配合，螺母与压紧环紧密贴合，并通过压紧环向辊环施加轴向压紧力。从而在轴向和径向上使辊环与辊轴之间固连，传递轧制扭矩。

进一步的改进是，所述的螺母为双螺母，与辊环紧密贴合的第一螺母为锁紧螺母；外侧的第二螺母为止退螺母，起防止锁紧螺母松脱的作用，进一步增强了复合轧辊的使用可靠性。

进一步的改进是，所述辊环至少为两个，辊环之间设置有隔环。以保护辊环。

本发明的另一目的是提供一种上述复合轧辊的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下制备步骤：

a、将辊环套装在辊轴上，辊环与辊轴之间间隙配合；

b、将螺母旋入安装在辊轴一侧，螺母沿轴向贴近辊环；

c、向辊环端面施加轴向压力，使辊环沿轴向移动，螺母与辊环间距加大；

d、旋转螺母向辊环移动，并与辊环紧密贴合；

e、撤除轴向压力；

f、螺母向辊环端面施加轴向压紧力，将辊环固定在辊轴上。

本发明另一种制备方法的技术方案如下：

a、将辊环、压紧环依次套装在辊轴上，辊环、压紧环与辊轴之间间隙配合；

b、将螺母旋入安装在辊轴一侧，螺母沿轴向贴近压紧环；

c、向压紧环端面施加轴向压力，使压紧环、辊环沿轴向移动，螺母与压紧环间距加大；

d、旋转螺母向压紧环移动，并与压紧环紧密贴合；

e、撤除轴向压力；

f、螺母通过压紧环向辊环端面施加轴向压紧力，将辊环固定在辊轴上。

本发明另一种制备方法的技术方案如下：

a1、在辊轴一侧旋入第一锁紧螺母；

a2、辊环、两侧的压紧环依次套装在辊轴上，第一锁紧螺母与一侧的压紧环贴近；两两辊环之间设置隔环，辊环、压紧环、隔环与辊轴之间间隙配合；

b、将第二锁紧螺母旋入安装在辊轴另一侧，第二螺母沿轴向向另一侧的压紧环贴近；

c、向两侧的压紧环端面施加轴向压力，使压紧环、辊环沿轴向移动，锁紧螺母与压紧环间距加大；

d、旋转两侧的锁紧螺母向两侧的压紧环移动，并与压紧环紧密贴合；

e、撤除轴向压力；

f、螺母通过压紧环向辊环端面施加轴向压紧力，将辊环固定在辊轴上。

上述技术方案中，所述轴向压紧力为100～200mpa。优选为通过机械装置向辊环端面施压。

采用本发明的复合轧辊及其制作步骤，端面锁紧螺母为普通螺母，为通用件，无需特别加工制作，向辊环(压紧环)施加的轴向力，优选为机械施压装 置，该施压部件为通用件，获取容易，且为外置式，无需配置在每支复合轧辊上。本发明取消了楔环，轴向施加压力后产生的螺母与辊环(压紧环)之间的间距，通过螺母旋转移动，使辊环(压紧环)与螺母之间紧密贴合，当撤除轴向施加的外力后，螺母直接向辊环(压紧环)产生一个轴向压紧力。由于螺母与辊环(压紧环)接触面大，贴合紧密，在连续轧制中，螺纹连接不容易松动，连接可靠，确保了螺母与辊环(压紧环)之间的高轴向压紧力。

本发明的复合轧辊，拆卸方法如下：向辊环(压紧环)施加一个轴向压力，使螺母与辊环(压紧环)之间产生间距；旋松螺母，撤除轴向压力后，依次卸除螺母，辊环(压紧环)。

本发明结构简单，成本低，效果好，可靠性高。装配部件少，且均为通用件，无需对装配件特别加工。装配容易，拆卸方便。特别适合大规模推广应用。

附图说明

图1、为本发明的复合轧辊结构示意图。

图2、为本发明实施例1的复合轧辊示意图。

图3、为本发明实施例2的复合轧辊示意图。

图4和图5为本发明的装配过程示意图。

图中：1-辊轴；2-辊环；3-螺母；4-隔环；5-压紧环；6-止退螺母；7-机械施压装置。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明方法作进一步描述:

实施例1：

一端有锁紧螺母的硬质合金复合轧辊，具体实施步骤如下：

1、将辊环2套装在辊轴1上，辊环与辊轴之间间隙配合，辊环一侧被辊轴定位；

2、将螺母3旋入安装在辊轴另一侧，螺母沿轴向贴近辊环；

3、向辊环端面施加轴向压力，使辊环沿轴向移动，螺母与辊环间距加大；

4、旋转螺母向辊环移动，并与辊环紧密贴合；

5、撤除轴向压力；

6、螺母向辊环端面施加轴向压紧力100～200mpa，将辊环固定在辊轴上。所获得的复合轧辊如图1所示。

上述实施例的拆卸方法如下：向辊环施加一个轴向压力，使螺母与辊环之间产生间距；旋松螺母，撤除轴向压力后，依次卸除螺母，辊环。

实施例2：

一端有锁紧螺母的硬质合金复合轧辊，具体实施步骤如下：

1、如图4所示，先将硬质合金辊环2、压紧环5依次套装在辊轴1上，辊环、压紧环与辊轴之间采用间隙配合，上述硬质合金辊环也可以为一个或者多个辊环，多个辊环之间可放置隔环4(如图2所示)。辊环一侧(多个辊环系指最外侧的辊环)被辊轴定位；

2、将锁紧螺母3套装到辊轴另一侧，螺母沿轴向贴近压紧环，使螺母与压紧环之间预锁紧。

3、如图5所示，在锁紧螺母3后加装加压装置7，加压装置固连在辊轴上，加压装置的压头顶压压紧环5，启动加压系统，压头依次对压紧环、辊环和隔环施加100～200mpa的轴向压力；

4、压紧环及锁紧螺母之间产生间隙；

5、旋紧锁紧螺母，压紧环移动，并与压紧环紧密贴合；消除步骤4产生的 压紧环与锁紧螺母之间的间隙。

6、加压装置卸压并拆除加压装置；

7、螺母通过压紧环向辊环端面施加轴向压紧力100～200mpa，将辊环固定在辊轴上。

上述实施例的拆卸方法如下：向压紧环施加一个轴向压力，使锁紧螺母与压紧环之间产生间距；旋松螺母，撤除轴向压力后，依次卸除螺母、压紧环、辊环。

实施例3

一端有锁紧螺母的硬质合金复合轧辊，具体实施步骤1-7同实施例2，还包括如下步骤：

8、在辊轴的锁紧螺母外侧再装入一个止退螺母6并旋紧，形成双螺母锁紧，防止锁紧螺母在长时间服役时松脱，进一步提高使用可靠性。所获得的易装易卸的复合轧辊如图2所示。

上述实施例的拆卸方法如下：向压紧环施加一个轴向压力，使锁紧螺母与压紧环之间产生间距；旋松止退螺母，锁紧螺母，撤除轴向压力后，依次卸除止退螺母、锁紧螺母、压紧环、辊环。

实施例4：

两端有锁紧螺母的硬质合金复合轧辊，具体实施步骤如下：

1、如图3所示，先在辊轴1一侧装入锁紧螺母3。

2、将多个硬质合金辊环2、两侧的压紧环5从辊轴另一侧依次套装在辊轴1上，多个辊环之间可放置隔环4，压紧环位于辊环的两侧，位于一侧的压紧环与一侧的锁紧螺母贴紧。辊环、压紧环、隔环与辊轴之间采用间隙配合。

3、将辊轴另一侧的锁紧螺母3套装到辊轴上并将螺母与另一侧的压紧环5 之间预锁紧。

4、分别在两侧的锁紧螺母后加装加压装置，加压装置固连在辊轴上，加压装置的压头顶压压紧环，启动加压系统，压头对压紧环及前面的辊环和隔环施加100～200mpa的压力；

5、压紧环及锁紧螺母之间产生间隙；

6、旋紧锁紧螺母，消除步骤5产生的压紧环与锁紧螺母之间的间隙。

7、关闭、卸压并拆除加压装置；

8、两侧的螺母通过压紧环向辊环端面施加轴向压紧力100～200mpa，将辊环固定在辊轴上。

9、辊轴两侧的锁紧螺母外各装入一个止退螺母6并旋紧，形成双螺母锁紧，获得如图3所示的易装易卸的复合辊环。

上述实施例的拆卸方法如下：分别向两侧的压紧环施加一个轴向压力，使锁紧螺母与压紧环之间产生间距；旋松两侧的止退螺母，锁紧螺母，撤除轴向压力后，从两侧依次卸除止退螺母、锁紧螺母、压紧环、辊环。

上述具体实施方式的实施例仅用以解释本发明，并不用于局限本发明。本发明技术方案中，也可以根据实际使用的需要，改变芯轴、辊环、螺母等的尺寸或材质，或改变加压装置的尺寸和/或结构等。在不背离权利要求书中所阐述的本发明的情况下，可对具体实施方式做出变更和改变。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。