РОЛИК ДЛЯ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК

Полезная модель относится к непрерывной разливке стали и может быть применена в машиностроении при изготовлении роликов машины непрерывного литья заготовок.
Ролики МНЛЗ эксплуатируются в сложных условиях циклического термомеханического воздействия со стороны слитка, окислительного воздействия охлаждающей жидкости, абразивного действия окалины слитка и др. В результате ролики быстро выходят из строя вследствие износа и образования термической усталости.
Известен ролик машины непрерывного литья, содержащий бочку с опорными цапфами и бандаж, состоящий из нескольких колец, причем кольца бандажа выполнены толщиной 0,05...0,07 диаметра бочки и шириной 2...7 толщины кольца [1].
Известен также ролик машины непрерывного литья заготовок, содержащий бочку с опорными цапфами и бандаж, состоящий из нескольких колец, причем кольца бандажа выполнены шириной 7,1...16,5 толщины кольца и/или толщиной 0.071...0,149 диаметра бочки, и/или шириной 0.05...0,18 длины бочки[2]. Однако, попытка повысить стойкость ролика за счет соблюдения указанных соотношений не является оптимальной, т.к. в практике эксплуатации возникают знакопеременные нагрузки как от механических, так и от тепловых воздействий, что приводит к проскальзыванию бандажа относительно бочки и является причиной преждевременного выхода ролика из строя.
Таким образом в практике эксплуатации роликов не устраняется один из основных дефектов - ослабление плотности сопряжения колец с бочкой, вызываемого температурно-силовыми факторами технологии непрерывной разливки стали.
Известен также способ изготовления биметаллического ролика машины непрерывного литья заготовок, направленный на упрощение фиксации колец бандажа на бочке ролика, при котором наружные кольца бандажа наносят наплавкой, а внутренние кольца бандажа выполняют из конструкционной легированной стали [3]. Однако данная технология предполагает использование дорогостоящих наплавочных материалов и трудоемких в изготовлении биметаллических
колец, формообразуемых со снятием стружки, причем при посадке этих колец на бочку с натягом по обычной технологии также не устраняется основной дефект - ослабление плотности сопряжения колец и бочки при эксплуатации в результате влияния температурно-силовых факторов.
Наиболее близким техническим решением по конструктивному выполнению представляемого ролика является конструкция ролика зоны вторичного охлаждения установки непрерывной разливки металлов, содержащего опорные цапфы и бочку с проволочной намоткой из износостойкой жаропрочной проволоки с регламентированными толщиной намотки и шагом, причем проволочная намотка выполнена в виде двух спиралей, витки которых наклонены в противоположные стороны, и каждая спираль занимает половину бочки [4]. Недостатком такой конструкции является ее сложность, ненадежность в работе, низкая долговечность из-за ослабления натяжения витков, намотанных по винтовой линии, смещения витков вдоль бочки при их взаимодействии с транспортируемым слябом.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка такой конструкции ролика для машины непрерывного литья заготовок, которая бы повысила надежность его работы и увеличила бы его износостойкость.
Технический результат достигается за счет того, что гладкая поверхность ролика выполнена с электроэрозионным покрытием в виде одного или нескольких слоев.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на «хлором показана конструкция упрочненного ролика.
Ролик состоит из стальной бочки 1 со сквозным отверстием 2. На поверхности бочки 1 выполнены кольцевые бурты 3. На цилиндрическую поверхность бочки ролика нанесено упрочняющее покрытие 4.
Для осуществления предлагаемого технического решения обрабатываемый ролик подвергают электроискровой обработке известными способами. В зависимости от исходных физико-химических свойств обрабатываемой поверхности устанавливают режимы и вид легирующего материала-электрода.
В процессе легирования материал электрода переносится на обрабатываемую поверхность ролика, образуя слой высокопрочного покрытия из легирующего материала.
При недостаточной сплошности покрытия легирование можно повторить методом дополнительного прохода упрочняющего электрода.
В результате исследований на опытных образцах были опробованы режимы упрочнения электроискровым легированием с использованием в качестве электродов тугоплавких материалов.
В качестве легирующих материалов были опробованы твердые сплавы: ВК15, Т15К6, ВК6М. сормайт.
Электроискровое легирование роликов проводили при следующих параметрах:
- технологический ток, А
- 100
- напряжение холостого хода, В
- 110
- емкость конденсаторов, мкф
- 1500
- охлаждение дискового электрода
- сжатый воздух
- скорость обработки, мм/мин.
- до 100
- сплошность покрытия за один проход, %
- до 95
- твердость материала валка, HRC
- 59
- твердость 1-го слоя покрытия. HRC
- 70
- твердость 2-го слоя покрытия. HRC
- 82
- толщина нижнего слоя покрытия, мм
- 0,05
- толщина верхнего слоя покрытия, мм
- 0,07
- шероховатость покрытия, Ra мкм
- 10,0
- частота следования импульсов, гц
- 100
Таблица №1
Марка стали ролика
Упрочняющий материал
Коэффициент повышения износостойкости
25Х1 М1Ф
ВК15
1.90
25Х1 М1Ф
КВ6М
1.78
25Х1 М1Ф
Т15К6
2.66
25Х1 М1Ф
контрольный образец
1,0
25ХМ1Ф
ВК15
1,82
25ХМ1Ф
КВ6М
1,74
25ХМ1Ф
Т15К6
1.95
25ХМ1Ф
контрольный образец
1.0
Таблица №2
Способ
Легирующий
Время работы
упрочнения
материал
роликов - кол-во
отлитого металла, т.
одностопное
легирование
ВК15
23700
-
Т15К6
25500
-
КВ6М
22900
2-х слойное
КВ6М
легирование
Т15К6
26500
-
ВК15
T15K6
25900
-
сормайт T15K6
28300
контрольный образец без упрочнения
-
15500
упрочнение по ролику прототипу
-
16800
Как видно из приведенных в таблицах 1 и 2 данных, наилучшие показатели по стойкости были достигнуты на роликах упрочненных 2-х слойным покрытием, а коэффициент износостойкости увеличился в 1,7-2,6 раз в сравнении с необработанными роликами.
Исследования режимов электроэрозионного легирования роликов МНЛЗ с использованием в качестве упрочняющего элемента тугоплавких электродов показали, что наилучшие показатели были достигнуты при нанесении 2-х слойного покрытия, причем нижний слоя покрытия выполняли электродом сормайт, а верхний слой выполняли электродом Т15К6.
Опытное опробывание упрочненных роликов позволило существенно повысить их износостойкость в 1,8-2,5 раза и снизить расход дорогостоящих роликов МНЛЗ.
Таким образом заявляемое техническое решение полностью выполняет поставленную перед изобретением задачу.
Достоинством данного технического решения является:
- высокая прочность сцепления нанесенного материала электрода с инструментальной основой за счет взаимного диффузионного механического перемешивания;
- возможность локального нанесения покрытия без специальной зашиты остальной поверхности;
- отсутствие изменений физико-механических свойств роликов
Технико-экономические преимущества предложенного ролика заключаются в том, что нанесение на гладкую цилиндрическую поверхность ролика упрочняющего электроэрозионного покрытия позволяет устранить вредное воздействие термоциклических напряжений в поверхностном слое бочки, уменьшить температурную деформацию ролика, повысить его стойкость, исключить боковое смещение транспортируемого сляба и наличие грубой окалины на его поверхности.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-технической информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источников характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели.
Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию "новизна".
Заявляемая полезная модель может быть реализована промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".
Для специалистов в данной области техники очевидно, что предлагаемая полезная модель не ограничивается описанным вариантом и может видоизменяться в рамках предложенной формулы полезной модели.
Использованная литература
1. А.с.1091991, кл. В 22 Д 11/12. опубл. 15.05.1984 г., бюл. №18
2. А.с.2033298, кл. В 22 Д 11/12. опубл. 20.04.1995 г., бюл. №11
3. А.с.1791074, кл. В 22 Д 11/12. опубл. 30.01.1993 г., бюл. №4
4. А.с.971564, кл. В 22 Д 11/124. опубл. 07.11.1982 г., бюл. №41