Исследование и разработка конструкции бандажированного опорного валка стана 2500 горячей прокатки

Исследование и разработка конструкции бандажированного опорного валка стана 2500 горячей прокатки

При нанесении покрытий натяг в соединении возрастает. Обычно приращение натяга принимают равным удвоенной толщине покрытия, независимо от его вида. Следует заметить, что при больших натягах и больших диаметрах соединения влияние толщины покрытия не столько существенно.

Анализ результатов работ, в которых рассматривается влияние покрытий на несущую способность соединений с натягом дает основание полагать, что для составных валков наиболее подходит покрытие из достаточно пластичных металлов. Нанесение таких покрытий на посадочную поверхность оси позволяет повысить коэффициент трения не менее чем в 2 раза. При выборе метода и технологий покрытия будем руководствоваться следующими соображениями.

Существуют разнообразные методы нанесения металлических покрытий с целью предотвращения коррозии, высокой температуры, уменьшения износа и др. Практически все методы нанесения покрытий (горячий, электролитический, напыление, химическое осаждение и т.п.) требуют подготовки поверхностей, обычно включающей в себя обезжиривание, травление, химическое и электрохимическое полирование. Эти операции вредны для обслуживающего персонала и, несмотря на тщательную очистку стоков, загрязняют окружающую среду.

Использование перечисленных методов для нанесения покрытия на ось составного прокатного валка длиной около 5 метров представляет значительные технические трудности. Следует заметить, что в работах, где приводятся данные о влиянии покрытий на коэффициент трения, покрытия наносились электролитическим или горячим способом на небольшие образцы или модели прокатных валков [22]. Использование таких способов для крупногабаритных валков потребует создания специальных отделений или цехов. Представляется целесообразным фрикционные методы нанесения покрытий. Одни из наиболее простых и весьма эффективных является способ нанесения покрытия вращающейся металлической щеткой (ВМЩ, фрикционное плакирование) [24]. При этом одновременно с нанесением покрытия происходит поверхностное пластическое деформирование (ППД), что будет способствовать повышению усталостной прочности оси валка.

Схема одного из вариантов нанесения покрытия вращающейся металлической щеткой приведена на рисунке 14.

Материал покрытия (МП) прижимается к ворсу ВМЩ и разогревается в зоне контакта с ней до высокой температуры с ней. Частички металла покрытия схватываются с концами ворсинок и переносятся на обрабатываемую поверхность. Поверхность обрабатываемого изделия упрочняется за счет интенсивного пластического деформирования гибкими упругими элементами. Одновременно происходит пластическое деформирование частиц металла покрытия, находящихся на концах ворсинок и схватывание их с поверхностью изделия. Удаление окисных пленок, обнажение чистых поверхностей при совместной пластической деформации поверхностных слоев и частичек материала покрытия обеспечивает прочное сцепление их с основой.

Рисунок 14 – Схема нанесения покрытия методом фрикционного плакирования (ФП)

заготовка из материала покрытия (МП)

инструмент с гибкими упругими элементами (ВМЩ)

обрабатываемое изделие (ось составного валка)

Покрытие, которое наносится на посадочную поверхность оси прокатного валка должно обладать следующими свойствами: существенно увеличивать коэффициент трения, быть достаточно пластичным и заполнять впадины микропрофиля, обладать хорошей теплопроводностью. Этим требованиям может отвечать алюминий. Он хорошо наносится на стальную поверхность с помощью ВМЩ и образует покрытие достаточной толщины. Однако ответ на главный вопрос – о величине коэффициента трения в соединении с натягом, одна из сопрягаемых поверхностей которого покрыта алюминием, в технической литературе отсутствует. Цилиндрические сопряжения из материалов сталь – алюминий, собранные по посадке с натягом, также не известны, так как чистый алюминий из-за низких прочных характеристик не применяется в качестве конструкционного материала. Однако есть данные о коэффициентах трения при пластическом деформировании металлов (таблица 10) [25].

Таблица 10 – Коэффициенты сухого трения различных металлов по стали марки ЭХ-12 твердостью НВ-650

Металл

Медь

Цинк

Латунь Л-59

Алюминий

Никель

Свинец

Кадмий

Олово

Среднее значение коэффициента трения

0,36

0,39

0,44

0,97

0,32

0,33

0,24