Способ восстановления подушек опорных валков
METHOD FOR RESTORING PADS OF BACK-UP ROLLS

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для ремонта подушек опорных валков станов горячей и холодной прокатки.
Опорным узлам (подушкам и подшипникам) прокатных валков приходится работать в чрезвычайно тяжелых условиях, это:
- высокие удельные нагрузки, связанные с большой величиной прокатки;
- ударный характер приложения нагрузки и большие амплитуды ее колебания;
- высокие числа оборотов валков у отдельных клетей, особенно чистовой группы;
- большая загрязненность окружающей среды (вода, окалина);
- высокая температура, передающаяся от нагретого проката.
Все это негативно влияет на эксплуатацию оборудования. За время эксплуатации рабочие поверхности подушек опорных валков подвергаются износу и в конечной степени подушка опорного валка подлежит выбраковке.
Ранее восстановление подушек опорных валков проводилось с помощью электродуговой наплавки с последующей обработкой на расточном станке. Но у данного способа есть несколько минусов:
- не обеспечивается требуемая стойкость восстановленных поверхностей;
- при термическом воздействии в процессе наплавки происходит деформация конструкции подушки;
- изменяются физические свойства металла на границе наплавленного слоя.
По итогу стойкость такого слоя не превышала 6 месяцев эксплуатации.
Известен метод лазерного ремонта посадочного места подшипника прокатного стана, включающий определение поверхности гнезда подшипника прокатного стана, проведение механической очистки посадочного места подшипника прокатного стана, подготовку материала для лазерной наплавки для проведения ремонта посадочного места подшипника прокатного стана и выполнение механической обработки посадочного места подшипника прокатного стана. Обеспечивается улучшение коррозионной стойкости и износостойкости посадочного места подшипника прокатного стана [CN №108048836, IPC C23C 024/10, 2017].
Недостатком данного способа является ограничение по размеру толщины восстановленного слоя (от 0,1 до 5,0 мм).
Наиболее близким аналогом выбранным в качестве прототипа к заявляемому техническому решению является способ восстановления посадочных отверстий, включающий проведение пескоструйной обработки в изоляции от окружающей среды, нанесение многослойного покрытия концентрическими волнистыми слоями из материалов с различными физико-механическими свойствами и заканчивающийся окончательной обработкой металлизированного слоя шлифованием лепестковым шлифовальным кругом концентрическими слоями, соосными неизношенной базовой поверхности. Повышается экономичность ремонта оборудования и его качество [SU №1542765, МПК B23P 6/00, 1990].
Недостатком данного способа является сложность соблюдения требований к геометрическим параметрам восстановленных посадочных мест, в связи с использованием в качестве механической обработки - обработку шлифовальным кругом. Невозможность использования данной технологии для восстановления отверстий с повышенными требованиями к точности формы (профилю продольного сечения, цилиндричности, конусности и т.д.).
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении стойкости подушек опорных валков прокатных станов.
Технический результат достигается тем, что способ восстановления подушек опорных валков включает стадию подготовки восстанавливаемой поверхности с очисткой поверхности, обезжириванием, механической обработкой поверхности, приданием шероховатости поверхности, дробеструйной обработкой поверхности и защитой поверхностей детали, не подлежащих металлизации, стадию нанесения слоев покрытий с предварительным нагревом подушки опорного валка, нанесением подготовительного и основного слоев способом электродуговой металлизации (ЭДМ) и стадию механической обработки покрытий до проектного размера.
Предварительный нагрев подушки может осуществляться до температуры 50 - 110°C.
Подготовительный слой может быть выполнен из никель-алюминиевого сплава.
Основной слой может иметь следующий состав, мас.%: медь 48,0-54,0; никель 22,0-28,0; кремний 3,0-8,0; алюминий 1,0-7,0; углерод не более 6,0; железо не более 5,0; олово не более 4,0; марганец не более 4,0; фосфор не более 1,0; свинец не более 3,0; ниобий не более 3,0; цинк не более 3,0; неизбежные примеси - остальное.
Толщина нанесенного подготовительного слоя может составлять до 0,5 мм, основного слоя - до 10 мм. Толщина покрытия рассчитывается из условий припуска на механическую обработку 0,6-1 мм.
Скорость напыления подготовительного слоя может быть до 0,05 мм/об, основного слоя - до 0,07 мм/об.
Сущность заявляемого технического решения.
На фиг.1 изображен валковый комплект с указанными на нем опорным валком прокатного стана (2) и подушками опорного валка (1) и (3).
На фиг.2 изображена подушка опорного валка с указанной на ней поверхностью для восстановления (4).
I. Стадия подготовки восстанавливаемой поверхности включает в себя следующие этапы:
1) очистка поверхности. На этом этапе поверхность подушки опорного валка очищают механическими способами от масел, грязи, если этого не сделать, покрытия будут наноситься неравномерно, что приведет к их отслоению;
2) обезжиривание. На данном этапе восстанавливаемую поверхность подушки опорного валка обрабатывают специальными средствами, а именно очистителем на основе растворителя. Если пропустить данный этап, то сцепление между поверхностью подушки опорного валка и наносимыми покрытиями будет некачественным, что приведет к отслоению покрытий;
3) механическая обработка поверхности. Этот этап проводится с целью придания поверхности подушки опорного валка правильной геометрической формы, если этот этап пропустить, то толщина нанесенных покрытий будет различна, что может повлиять на стойкость восстановленной поверхности подушки опорного валка;
4) придание шероховатости поверхности. Шероховатость поверхности придается путем нарезания резьбы и дробеструйной обработкой для лучшего сцепления поверхности подушки опорного валка и наносимого подготовительного слоя;
5) защита поверхностей детали, не подлежащих металлизации. Для предотвращения попадания частиц наносимых слоев покрытий пазы и отверстия, не подлежащие металлизации следует закрыть. При попадании частиц будут загрязняться масляные каналы, что может вызвать засорение маслосистем.
II. Стадия нанесения слоев покрытий включает в себя:
1) предварительный нагрев подушки, который проводят для того, чтобы увеличить адгезионную прочность сцепления наносимых слоев и восстанавливаемой поверхности подушки опорного валка;
2) нанесение подготовительного слоя, который является адгезионным для основного слоя покрытия и поверхности подушки опорного валка. Без подготовительного слоя не будет сцепления между нанесенным основным покрытием и восстанавливаемой поверхностью подушки опорного валка, что приведет к отслоению покрытия;
3) нанесение основного слоя. На этом этапе наносят основной слой покрытия толщиной, достаточной для восстановления размеров подушки опорного валка.
III. Стадия механической обработки нанесенного покрытия включает его обточку до проектного размера подушки.
Нагрев осуществляют до температуры 50-110°C, так как в этом диапазоне температур частицы наносимых слоев и восстанавливаемая поверхность имеют пластичное состояние более длительное время, что обеспечивает увеличение адгезионной прочности сцепления между ними.
Подготовительный слой выполнен из никель-алюминиевого сплава, отличающегося высокой стойкостью к окислению.
Основной слой состоит из таких элементов, как медь, никель, алюминий. Данный сплав является износостойким, обладает хорошей адгезией и позволяет наносить большие толщины. Заявленная композиция позволяет обеспечить стойкость подушек опорных валков на несколько лет. Диапазоны элементов подобраны экспериментально, выход за их пределы приведет к снижению свойств наносимого покрытия.
Подготовительный слой наносится толщиной до 0,5 мм, так как данной толщины покрытия достаточно для обеспечения прочного сцепления с восстанавливаемой поверхностью и наносимым основным слоем.
Толщина наносимого основного слоя составляет до 10 мм, при нанесении слоя толщиной более 10 мм снижается адгезионная прочность покрытия и возрастает риск отслоения покрытия.
Скорости напыления подготовительного и основного слоев подбирались опытным путем в зависимости от диаметра подушки опорного валка.
Пример осуществления способа.
Восстановлена нижняя подушка опорного валка стана горячей прокатки.
При измерении износ отверстия составил 0,9 мм при номинальном размере ∅1270,08 мм.
На стадии подготовки восстанавливаемой поверхности была проведена очистка поверхности: с помощью мыльной воды были удалены масло и грязь с восстанавливаемой поверхности подушки опорного валка, затем обезжирили восстанавливаемую поверхность подушки опорного валка очистителем на основе растворителя. На расточном станке отверстие подушки было обработано на величину ∅1272 мм, далее в течение 7 часов придавали поверхности шероховатость  посредством нарезания метрической резьбы в течение 6 часов на расточном станке и дробеструйной обработкой поверхности детали в течение часа чугунной дробью. Данная операция выполнялась в специальной камере. Перед металлизацией каналы масла закрыты от попадания частиц.
На стадии нанесения слоев покрытия на восстанавливаемую поверхность был проведен нагрев подушки опорного валка до температуры 70-90°С при помощи газовой инжекционной горелки. Затем нанесен подготовительный слой никель-алюминиевым сплавом для обеспечения адгезионной прочности толщиной 0,15 мм в камере металлизации со скоростью 0,05 мм/об. Нанесен основной слой, содержащий по массе %: медь 50,39, никель 24,75, кремний 5,78, алюминий 5,2, углерод 4,02, железо 2,34, олово 1,98, марганец 1,87, фосфор 0,05, свинец 0,7, ниобий 0,48, цинк 0,9 и неизбежные примеси - остальное, толщиной 1,6 мм со скоростью 0,07 мм/об. После нанесения покрытия деталь оставили в камере металлизации для охлаждения до комнатной температуры.
В результате диаметр отверстия подушки опорного валка составил ∅1268,8 мм под чистовую обработку.
Затем опорную подушку прокатного валка переместили на расточной станок и произвели чистовую обработку в номинальный проектный размер ∅1270,08 мм.
После выполнения всех операций прогнозируемая стойкость восстановленной поверхности подушки опорного валка увеличилась до 10 лет.