5.2 Материал валков и технология их изготовления
Валки рабочих клетей изготавливают из чугуна, стали и иногда, когда необходима особенно высокая твердость − из карбида вольфрама.
Достоинством чугунных валков является их высокая износоустойчивость. Однако прочность их меньше, чем стальных. Чугунные валки подразделяются на мягкие (незакаленные), полутвердые (полузакаленные) и твердые (закаленные). Мягкие валки отливают из серого чугуна в опоках из глины. Вследствие малой скорости остывания в опоках чугун остается в виде твердого раствора углерода в железе. Полутвердые льют в чугунных кокилях, изнутри обмазанных слоем глины толщиной ≈ 15мм. Благодаря этому появляется поверхностный отбеленный слой из белого чугуна, который лучше сопротивляется износу, а мягкая сердцевина – напряжениям изгиба. Шейки и трефы не отбеливают. Твердые валки отливают в кокилях без футеровки их внутренней поверхности, что ведет к образованию твердого закаленного слоя значительной толщины.
Чугун используется с пластинчатым или шаровидным графитом, нелегированный и легированный. Легированный чугун по прочности приближается к углеродистой стали. Примером является чугун марки
СШХН – с шаровидным графитом, легированный хромом и никелем.
Мягкие чугунные валки применяются в обжимных клетях, в черновых клетях крупносортных и рельсобалочных станов. Полутвердые – в черновых клетях сортовых и листовых станов, в чистовых клетях крупносортных и заготовочных станов. Твердые – в качестве рабочих валков чистовых клетей листовых станов и в чистовых клетях сортовых станов.
Стальные валки для станов горячей прокатки изготавливают литыми и коваными, из конструкционных углеродистых и легированных сталей. Применяют стали 50, 55, 55ХН, 60ХН, 4Х2МФ и т.п.
Стальные валки применяют в тех случаях, когда прочность чугунных недостаточна. Кованые валки из углеродистых и легированных сталей используют в клетях обжимных, заготовочных и сортовых станов, в черновых клетях НШС и ТЛС и в качестве опорных - в чистовых клетях листовых станов.
Валки для станов холодной прокатки обычно изготавливают из хромистых сталей с высокой твердостью поверхности за счет закалки ТВЧ. Благодаря этому стойкость валков увеличивается в 2÷3 раза. С целью повышения усталостной (циклической) прочности применяют поверхностный наклеп бочек валков обкатыванием роликами. Имеются сообщения о попытках повышения стойкости валков путем лазерной обработки поверхности бочек.
Эффективным способом повышения срока службы стальных валков является восстановление поверхности бочки после переточки электродуговой наплавкой.
Лекция № 6
6.1 Условия работы и требования к опорам прокатных валков
Опорам (подшипникам) прокатных валков приходится работать в чрезвычайно тяжелых условиях. Характерными являются:
1. Очень высокие удельные нагрузки, связанные с большой величиной силы прокатки и малыми величинами т.н. «живого сечения» в радиальном направлении (D-d)/2, где D и d − наружный и внутренний диаметр подшипника (рис.6.1):
Рисунок 6.1 − К определению размеров подшипника
Внутренний диаметр d подшипника ограничен диаметром шейки валка, поскольку подшипник устанавливается на шейку. Наружный диаметр D ограничен диаметром бочки валка Dв, т.к. необходимо обеспечить установку валков «в забой», т.е. до их соприкосновения. Отсюда условие:
,
где
−
минимальный диаметр бочки после последней
переточки;
с − минимально допустимая толщина стенки подушки в ненагру- женной зоне подшипника;
Δ − половина минимального зазора между подушками в «забое».
В осевом направлении габариты подшипников менее ограничены. Однако при увеличении ширины В подшипника уменьшается жесткость валковой системы, а в подшипнике растет неравномерность распределения нагрузки по его ширине.
2. Ударный характер приложения нагрузки и большие амплитуды ее колебания у крупных станов;
3. Высокие числа оборотов валков у отдельных станов;
4. Большая загрязненность окружающей среды, особенно у станов горячей прокатки.
При этом опоры должны обеспечивать:
1. Заданную долговечность (желательно 7000 час. непрерывной работы и не менее – 5000 час.);
2. Высокую точность установки валков и жесткость всей валковой системы для получения необходимой точности проката;
3. Легкость проведения монтажных операций при частых перевалках и неприхотливость в эксплуатации;
4. Минимальную стоимость.
Поскольку один какой-то тип подшипников не может удовлетворить всем этим требованиям, то в качестве опор валков рабочих клетей, в зависимости от особенностей их работы, используются как подшипники скольжения (открытого и закрытого типов), так и подшипники качения.