專利名稱：高性能膠結硬質合金復合軋輥的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種專用于金屬壓力加工設備上的膠結復合軋輥，尤其是棒材等小型材軋機用的硬質合金復合軋輥，屬于金屬滾壓設備的主要部件。
背景技術：
硬質合金軋輥具有卓越的耐磨、耐蝕及單槽軋制壽命，能顯著提高生產效率和產品質量等優點，得到了越來越多的重視。如在高線精軋和預精軋機架上，由硬質合金輥環與輥軸組成的整體硬質合金軋輥已得到廣泛的應用。然而，這種整體硬質合金軋輥對于要求能承受較大軋制負荷和軋制扭矩的較大尺寸的棒材等小型材軋機來說，無論是從性能上還是從經濟上均是不合適的。
為了解決硬質合金在小型材軋機軋輥及線材中軋軋輥的應用問題，一種硬質合金/鐵基材料組成的復合輥環技術已經被開發出來，與整體硬質合金輥環相比，復合輥環抗彎強度和抗沖擊性能高，能傳遞較大扭矩，與輥軸裝配方式靈活，并可降低30％的硬質合金成本，既可用于棒材等小型軋機上，又可應用在高線軋機中軋機架，從而拓寬了硬質合金軋輥在金屬軋制加工領域的應用范圍。
現有的復合輥環制造工藝有冶金復合和膠結復合兩大類。冶金復合包括鑄造、熔焊、熱壓擴散等，如CN1843644《一種高線硬質合金復合輥環及其制造方法》公開的一種將輥環基體與硬質合金粉料同時裝入石墨模具，經熱壓燒結和正壓燒結制造復合輥環的工藝，CN1064827《含有燒結硬質合金和鑄鐵的軋輥及其制備方法》公開的一種離心鑄造+熱處理方法制造硬質合金復合輥環及軋輥的工藝。CN1370644《硬質合金——鑄鋼復合軋輥及其制備方法》公開的硬質合金環與鋼基體之間有一互溶過渡區，鑄型在澆注前和澆注中需加熱的鑄造復合工藝，ZL00234186.7《碳化鎢復合輥環結構》公開的采用銅、鎳、銀等在真空中將硬質合金外環與鋼內環硬釬焊的復合方式等。這些冶金復合方法雖然具有內外環結合強度高、耐溫性能好、可降低硬質合金成本的優點，但工藝復雜，而且由于在高溫中制造，還可能存在硬質合金性能下降、結合層因熱膨脹率不同導致的各種應力缺陷。
另一種復合工藝是化學膠結工藝，但現有的膠結復合工藝均存在一些缺點，如CN1513617《硬質合金復合軋輥》公開的用含凸出部分的輥軸直接與硬質合金輥環粘接成的復合軋輥工藝；CN1389320《一種復合粘結硬質合金軋輥的制造工藝》公開的用電化學成膜處理過的輥軸與硬質合金輥環及擋圈膠粘復合工藝，這兩種直接膠結復合軋輥因膠結面積有限，膠結強度較低，難以滿足更大軋制扭矩和軋制力的要求；另一種如CN1597161《硬質合金復合軋輥環的生產方法》公開的采用氧化銅+磷酸無機膠在80-400℃固化，并在復合面開R1鍵槽的方法制造的硬質合金/鋼復合輥環，其密集鍵槽的加工成本和難度大，有可能膠層松動造成鍵槽碎裂的后果，并且其膠結強度和能傳遞的軋制扭矩仍然有限。因此，盡管膠結復合工藝成本低，施工方便，對硬質合金輥環性能影響小，但能傳遞軋制扭矩的能力均相對較低。
發明內容
本發明的目的在于克服上述存在的不足，而提供一種制備工藝簡單、成本低廉、具有能傳遞較大軋制扭矩的高性能膠結硬質合金復合軋輥。該復合軋輥既可用于棒材、帶材、管材、等各種小型材軋機上，也可應用在高線軋機中軋機架。
本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，它由硬質合金輥環及與之固連的輥軸構成，所述的硬質合金輥環由一復合輥環座、硬質合金環及鋼質端面環組成，在鐵基輥環座上膠結有硬質合金環，在硬質合金環一側的至少一側設置有軸向延伸的輔助粘結臺階圈，硬質合金環一側邊的鐵基輥環座上固連有鋼質端面環。
所述的硬質合金環的兩側均設置有等同或不同的軸向延伸的輔助粘結臺階圈，且一側嵌入并膠結在輥環座中，另一側嵌入并膠結在端面環中。
所述的端面環與硬質合金環相鄰的端面上加工有鍵槽并膠結，端面環上用螺栓與輥環座相互固連并膠結。
所述的膠結采用無機膠或有機膠并至少構成一層1-3mm厚度的膠結層。本發明與現有技術相比，具有制造方便，成本低，復合強度高，傳遞扭矩能力遠高于普通膠結復合軋輥等優點。
圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是本發明的硬質合金復合輥環的結構示意圖。
圖3是本發明的硬質合金復合輥環的另一實施例結構示意圖。
圖4是本發明傳遞扭矩能力比較圖。
圖5是本發明重量成本增加曲線圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖及具體實施例對本發明作詳細的介紹圖1所示，本發明主要由硬質合金輥環1及與之固連的輥軸2構成，所述的硬質合金輥環1由一復合輥環座3、硬質合金環4及鋼質端面環5組成，在鐵基輥環座3上膠結有硬質合金環4，在硬質合金環4的至少一側設置有軸向延伸的輔助粘結臺階圈6，硬質合金環4一側邊的鐵基輥環座3上固連有鋼質端面環5，見圖2所示。
圖3所示，本發明所述的硬質合金環4的兩側均設置有等同或不同的軸向延伸的輔助粘結臺階圈6，且一側嵌入并膠結在輥環座3中，另一側嵌入并膠結在端面環5中。
所述的端面環5與硬質合金環4相鄰的端面上加工有鍵槽并膠結，端面環5上用螺栓7與輥環座3相互固連并膠結。以上所述的膠結采用無機膠或有機膠并至少構成一層1-3mm厚度的膠結層。
發明人經過計算分析認為，由于粘接復合輥環的內圓面膠結面積是固定的，端面膠結面是隨著輥環外徑磨削而逐漸降低的，能起的作用極其有限，因此現有的膠結復合輥環和復合軋輥膠結層傳遞軋制扭矩能力較小。為了解決這一問題，本發明的方案是在硬質合金輥環的一端或兩端增加輔助膠結臺階，提高復合輥環膠結面積，從而提高復合輥環和軋輥的傳遞軋制扭矩能力。
本發明的核心內容是在制造硬質合金輥環時在一端或兩端增加輔助膠結臺階，提高膠結面積，從而提高復合輥環或復合軋輥的傳遞扭矩能力。在該結構中，輔助膠結臺階厚度u一般為5mm-15mm，長度a可根據軋制扭矩要求而定。有輔助臺階復合輥環或復合軋輥的傳遞扭矩大小為2Pπ(2u+d)a(d/2+u)+Pπhd2/2，無輔助臺階復合輥環或復合軋輥傳遞扭矩能力為Pπhd2/2，在硬質合金工作面長度h時，兩者能傳遞的扭矩大小對比可舉例計算如下設硬質合金輥環外徑D＝320mm，內徑d＝250mm，輔助膠結臺階厚度u＝10mm，臺階長度a，工作面長度h，有臺階和無臺階的復合輥環或復合軋輥傳遞扭矩分別為M1和M0，則M1/M0與a/h＝x關系如圖4.因臺階增加對硬質合金輥環成本影響如圖5所示。根據圖4、圖5，當硬質合金輔助粘結臺階長度為工作面長度的0.45倍時，硬質合金輥環重量只增加6％左右，而復合輥環或復合軋輥的傳遞扭矩能力就可提高到200％，當輔助粘結臺階長度為工作面長度的0.9倍時，硬質合金輥環重量只增加12％左右，而復合輥環或復合軋輥的傳遞扭矩能力就可提高到300％。相反，如果不采用輔助臺階的硬質合金結構，要提高傳遞扭矩能力到200％到300％時，需要增加硬質合金成本分別為200％-300％，因而是很不經濟的，也是不現實的。
綜上所述，本發明通過在硬質合金制作時增加輔助膠結臺階，以增加6％-12％硬質合金成本代價，使硬質合金復合輥環或復合軋輥傳遞扭矩的能力提高到原來的2-3倍，從而可以應用到軋制扭矩要求高的小型材軋機上，可取代價格昂貴的冶金復合輥環。
具體實施例實例1假設某帶材軋機要求傳遞扭矩M＝120KN.m，工作面寬度h＝150mm，軋輥外徑D＝320mm，內徑d＝250mm，安全系數＝10，經計算可知對于無臺階硬質合金復合輥環或復合軋輥，要求復合層剪切強度為81.5MPa，顯然，化學膠結復合無法達到該強度。而采用有輔助臺階的復合輥環或復合軋輥，只要在硬質合金輥環上增加長度a＝75mm，u＝10mm的粘結臺階，膠結層剪切強度達到41MPa即可，顯然，這是容易達到的，而增加的重量成本僅6％。
實例2假設某管材軋機要求傳遞扭矩M＝120KN.m，工作面寬度h＝120mm，軋輥外徑D＝320mm，內徑d＝260mm，安全系數＝10，經計算可知對于無臺階硬質合金復合輥環或復合軋輥，要求復合層剪切強度為102MPa，顯然，化學膠結方法無法達到該強度。而采用有輔助臺階的復合輥環或復合軋輥，只要在硬質合金輥環上增加長度a＝100mm，u＝10mm的粘結臺階，膠結層剪切強度達到34MPa即可，顯然，這是容易達到的，而增加的重量成本僅12％。
權利要求
1.一種高性能膠結硬質合金復合軋輥，它由硬質合金輥環(1)及與之固連的輥軸(2)構成，其特征在于所述的硬質合金輥環(1)由一復合輥環座(3)、硬質合金環(4)及鋼質端面環(5)組成，在鐵基輥環座(3)上膠結有硬質合金環(4)，在硬質合金環(4)一側的至少一側設置有軸向延伸的輔助粘結臺階圈(6)，硬質合金環(4)一側邊的鐵基輥環座(3)上固連有鋼質端面環(5)。
2.根據權利要求1所述的高性能膠結硬質合金復合軋輥，其特征在于所述的硬質合金環(4)的兩側均設置有等同或不同的軸向延伸的輔助粘結臺階圈(6)，且一側嵌入并膠結在輥環座(3)中，另一側嵌入并膠結在端面環(5)中。
3.根據權利要求2所述的高性能膠結硬質合金復合軋輥，其特征在于所述的端面環(5)與硬質合金環(4)相鄰的端面上加工有鍵槽并膠結，端面環上用螺栓(7)與輥環座(3)相互固連并膠結。
4.根據權利要求1或2或3所述的高性能膠結硬質合金復合軋輥，其特征在于所述的膠結采用無機膠或有機膠并至少構成一層1-3mm厚度的膠結層。
全文摘要
一種高性能膠結硬質合金復合軋輥，它由硬質合金輥環及與之固連的輥軸構成，所述的硬質合金輥環由一復合輥環座、硬質合金環及鋼質端面環組成，在鐵基輥環座上膠結有硬質合金環，在硬質合金環一側的至少一側設置有軸向延伸的輔助粘結臺階圈，硬質合金環一側邊的鐵基輥環座上固連有鋼質端面環；所述的硬質合金環的兩側均設置有等同或不同的軸向延伸的輔助粘結臺階圈，且一側嵌入并膠結在輥環座中，另一側嵌入并膠結在端面環中；所述的端面環與硬質合金環相鄰的端面上加工有鍵槽并膠結，端面環上用螺栓與輥環座相互固連并膠結；所述的膠結采用無機膠或有機膠并至少構成一層1－3mm厚度的膠結層；它具有制造方便，成本低，復合強度高，傳遞扭矩能力遠高于普通膠結復合軋輥等優點。
文檔編號B21B27/02GK101073811SQ20071006941
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月12日 優先權日2007年6月12日
發明者應金根, 傅肅嘉, 龍鄭易 申請人:浙江省冶金研究院有限公司