專利名稱：一種冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于消除或降低金屬加工件內(nèi)應(yīng)力的方法，特別是關(guān)于鑄鐵軋輥降低內(nèi)應(yīng)力并使其均化的快速調(diào)整方法。
2.熱時效法。即對工件進行緩慢加溫、保溫和緩慢降溫處理。其優(yōu)點是處理時間比自然時效法大為縮短，一般為數(shù)十小時。缺點是需要建造能置放工件的熱窯和消耗大量的熱能，并且操作要求嚴(yán)格。由于軋輥一般多是直徑在700毫米左右、長度超過2米的大型工件，使用此法不僅生產(chǎn)成本高于自然時效法，而且不易掌握。
3.振動時效法。即對工件在其固有的頻率范圍內(nèi)，施加循環(huán)載荷對工件進行振動。此法的優(yōu)點是設(shè)備投資少、處理時間極短，一般僅需數(shù)十分鐘、操作方便、節(jié)省能源、成本低。其缺點首先是工件固有頻率多采用在施工現(xiàn)場以掃頻實測方法獲得，既費時，又帶有一定的盲目性。尤其是對軋輥這類結(jié)構(gòu)而言，其剛度大、固有頻率高、而常用的循環(huán)載荷加載設(shè)備因受電機轉(zhuǎn)速及功率限制難以達到共振要求。第二是施加的動應(yīng)力大小的選擇問題。因為施力的大小不僅對工件壽命有關(guān)，而且直接影響時效的效果。由于學(xué)術(shù)界長期存在著振動時效會不會降低工件疲勞壽命的疑問，多年來雖有人對鋼結(jié)構(gòu)焊件振動時效進行研究，獲得了既可不影響焊接工件疲勞壽命，又可取得消減殘余內(nèi)應(yīng)力的良好效果。但若干冶金企業(yè)將其用在鑄鐵軋輥的實際試驗中卻都以失效告終。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法，使用循環(huán)加載裝置對軋輥工件施以亞共振頻率的循環(huán)載荷應(yīng)力，其特征在于軋輥工件支承在一對具有一定動態(tài)彈性模量E動，且相隔距離為L的彈性支承上形成一個彈性振動系統(tǒng)，該循環(huán)加載裝置的施力點位于上述彈性振動系統(tǒng)的共振節(jié)點附近；該循環(huán)載荷應(yīng)力б循＝(1～2)бs/3D、且б循＜б-1/D，上述式中的бs為工件表層材料彈性極限、б-1為工件表層材料疲勞極限、D為單自由度有阻尼振動系統(tǒng)的動力放大因子。
上述的冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法，其特征在于該彈性支承為彈簧、橡膠墊、避震塊或液壓避震器。
上述的冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法，其特征在于以所采用的彈性支承作為邊界約束條件，利用SAP5或Ansys有限元結(jié)構(gòu)分析軟件計算在該動態(tài)彈性模量E動下的振動系統(tǒng)第一階系統(tǒng)頻率確定該振動系統(tǒng)最佳的施振振動頻率；以及計算獲得不同支承距離L下的工件中心軸心結(jié)點位移曲線，確定彈性支承的支承距離L。
上述的冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法，其特征在于在施加循環(huán)載荷時用動態(tài)工藝參數(shù)監(jiān)視器監(jiān)測軋輥工件殘余應(yīng)力調(diào)整過程中振幅、加速度、輸入功率、共振頻率諸工藝參數(shù)的變化，當(dāng)上述諸工藝參數(shù)變化趨于穩(wěn)定時，結(jié)束施加循環(huán)載荷。
本發(fā)明的優(yōu)點如下1.使用彈性支承，與工件一起構(gòu)成了一個彈性振動體系，極大地降低系統(tǒng)振動頻率，使用一般的循環(huán)加載裝置即可實現(xiàn)共振的效果。
2.系統(tǒng)振動頻率可通過計算快速獲得，既有針對性，又節(jié)省了原來實測法的探索時間。
3.有明確的處理結(jié)束時間，節(jié)省不必要的能源浪費。
4.所用的設(shè)備價格低廉，處理快速簡便，運行成本低。
5.施加的循環(huán)應(yīng)力恰當(dāng)，不僅能有效地減少和均化軋輥的內(nèi)應(yīng)力，而且可以提高其使用壽命，與半年自然時效處理的同類軋輥相比平均使用壽命顯著提高。既降低了噸鋼輥耗，提高了軋機生產(chǎn)效率，減少了繁重的更換軋輥操作，改善工人的勞動條件。
6.不必儲備大量軋輥，解放了巨額的軋輥占用資金。以一臺軋機每年消耗140根Φ800mm的鑄鐵軋輥，每根價5.5萬元，采用6個月自然時效處理計，可解放385萬元資金。
7.軋輥壽命的延長，減少了軋輥用量，節(jié)約軋輥資金。
圖2是第一階中心軸線結(jié)點位移曲線圖。
實施例1.軋輥工件為Φ770×1200×2820mm的鉻鉬冷硬球墨復(fù)合鑄鐵軋輥，其外表層材料為厚20-30mm的白口組織，彈性極限бs約為130MPa、疲勞極限б-1約為90MPa。選用動態(tài)彈性模量E動＝360MPa的彈簧為彈性支承。利用SAP5有限元結(jié)構(gòu)分析元件計算確定的系統(tǒng)最佳振動頻率為86Hz，兩彈性支承的支承距離L為1360mm。該振動系統(tǒng)的動力放大因子為3，則б循＝14～28Mpa。經(jīng)時效處理50分鐘后所監(jiān)測的諸工藝參數(shù)變化趨于穩(wěn)定，測得該軋輥工作表層殘余內(nèi)應(yīng)力減少了25％；最大與最小殘余應(yīng)力的差值從處理前的210MPa降為處理后的85MPa，獲得了明顯的均化。用本發(fā)明處理的軋輥，其平均使用壽命可達132小時，與同期經(jīng)半年時效處理的同類鑄鐵軋輥的平均使用壽命80小時相比，提高了65％。由于軋輥壽命延長，減少了用量，僅此一項，每臺軋機每年可節(jié)約250～300萬元左右。
實施例2.軋輥工件為φ780×1200×2820高鉻鉬無限冷硬球墨復(fù)合鑄鐵軋輥，其外表層材料為白口組織，選用動態(tài)彈性模量E動＝300MPa的橡膠墊為彈性支承。經(jīng)用ASP5有限元結(jié)構(gòu)分析軟件計算和圖解后，選擇最佳的兩橡膠墊距離L＝1200mm，振動頻率70Hz，循環(huán)加載應(yīng)力б循＝15～16MPa，經(jīng)1小時左右的振動時效處理，其殘余應(yīng)力下降了12～16％，最大殘余應(yīng)力和最小殘余應(yīng)力差值明顯減小，達到降低應(yīng)力和均化的效果，而且使用壽命也明顯高于同期經(jīng)半年自然時效處理的同類軋輥的平均使用壽命。完全達到了時效處理的目的。
權(quán)利要求
1.一種冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法，使用循環(huán)加載裝置對軋輥工件施以亞共振頻率的循環(huán)載荷應(yīng)力，其特征在于軋輥工件支承在一對具有一定動態(tài)彈性模量E動，且相隔距離為L的彈性支承上形成一個彈性振動系統(tǒng)，該循環(huán)加載裝置的施力點位于上述彈性振動系統(tǒng)的共振節(jié)點附近；該循環(huán)載荷應(yīng)力б循＝(1～2)бs/3D、且б循＜б-1/D，上述式中的бs為工件表層材料彈性極限、б-1為工件表層材料疲勞極限、D為單自由度有阻尼振動系統(tǒng)的動力放大因子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法，其特征在于該彈性支承為彈簧、橡膠墊、避震塊或液壓避震器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法，其特征在于以所采用的彈性支承作為邊界約束條件，利用SAP5或Ansys有限元結(jié)構(gòu)分析軟件計算在該動態(tài)彈性模量E動下的振動系統(tǒng)第一階系統(tǒng)頻率，確定該振動系統(tǒng)最佳的施振振動頻率；以及計算獲得不同支承距離L下的工件中心軸線結(jié)點位移曲線，確定彈性支座的支承距離L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法，其特征在于在施加循環(huán)載荷時用動態(tài)工藝參數(shù)監(jiān)視器監(jiān)測軋輥工件殘余應(yīng)力調(diào)整過程中振幅、加速度、輸入功率、共振頻率諸工藝參數(shù)的變化，當(dāng)上述諸工藝參數(shù)趨于穩(wěn)定時，結(jié)束施加循環(huán)載荷。
全文摘要
一種冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法，使用循環(huán)加載裝置對軋輥工件施以亞共振頻率的循環(huán)載荷應(yīng)力，其特征在于軋輥工件支承在一對具有一定動態(tài)彈性模量E
文檔編號C21D9/38GK1431325SQ0311526
公開日2003年7月23日 申請日期2003年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月29日
發(fā)明者朱世根, 沈劍 申請人:東華大學(xué)