第三章轧辊与轧辊轴承第一节轧辊的结构与类型一、轧辊的结构轧辊是用来对轧件进行轧制加工的工具，它是整个工作机座的中心，机座的其他组件和机构都是为装置、支承和调整轧辊以及引导轧件正确地进出轧辊而设的。

1．辊身辊身是轧辊的中间部分，直接与轧件接触，经常处于高温、高压、受冲击等繁重的工作负荷以及承受高温下用水冷却而产生的内应力。

钢板轧机的轧辊辊身呈圆柱形，冷轧板带轧辊的辊身微凸，当它受力弯曲时，可保证良好的板形。

有时热轧薄板轧辊的辊身微凹，当受热膨胀时，可保持较好的板形。

型钢轧机轧辊的辊身上有轧槽，根据型钢轧制要求安排孔型(图3—16)。

2．辊颈辊颈安装在轴承中，承受轧制压力，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。

辊颈的形状有圆柱形和圆锥形两类，圆柱形辊颈用于滑动轴承和滚动轴承，圆锥形辊颈用于液体摩擦轴承。

3．辊头辊头和联接轴相连接，传递轧制扭矩。

辊头的形状有梅花轴头、扁头和带有键槽的圆柱形三种。

梅花轴头(图3～1)用于和梅花套筒、梅花接轴相连接；扁头(见图3—4)用于和万向接轴相连接；带双键槽的圆柱形辊头，则用键与套筒配合组成装配式辊头，与万向接轴或齿形接轴连接。

带双键槽的轴头在使用过程中，键槽侧壁容易崩裂，目前常用易加工的带平台的轴头(图3—2)取代。

在四辊板带轧机上，轧辊分为工作辊和支承辊。

工作辊一般是驱动辊，辊径小，并与高温轧件接触，要求有一定的强度、刚度和较高的耐磨性。

而支承辊则主要是承受弯曲负荷，要求有足够的抗弯强度和抗弯刚度，此外，还要考虑支承辊与工作辊问的接触应力。

工作辊的结构如图3—2所示。

辊身为光滑的圆柱表面。

辊颈使用滚动轴承，在其中部，为了便于拆卸轴承，开有一个小切口(切口宽度应大于轴承间隔环的宽度)。

辊头为平台结构。

工作辊两端做成对称的，使传动端和非传动端可互换使用。

当采用装配式轴头时，为了拆卸滚动轴承，辊头上的扁头必须作成可拆卸的。

轧辊的辊身与辊颈的过渡区由于直径的突然变化是受力的危险截面，产生很大的应力集中，设计翩造时应注意采用过渡台阶或过渡圆弧以减少应力集中。

轧辊的结构有实心辊、空心辊和镶套辊三种，一般为实心辊。

直径超过400mm的冷轧轧辊，在锻造后，多半在中心镗一个φ70～φ250的通孔，作成空心辊的原因是一方面可使轧辊热处理后的内应力分布均匀，另一方面，在轧辊表面淬火时，可对轧辊通水内冷，提高淬火效果，保证淬火层的硬度和厚度。

图3—3为采用镶套式辊身结构的支承辊，为节约高合金材料，辊套媚合金钢(8CrMoV，8Mn2MoV)，芯轴用锻钢。

其优点是既能保证辊身表面有较高的硬度(HS≥70)，又能使辊心有良好的韧性。

辊套要加热到270℃后热装到芯轴上，过盈量可取为芯轴直径的0.13％。

为了便于拆卸和安装液体摩擦轴承，其辊颈作成圆锥形，锥度一般取l:5，锥度公差不大于±0.03mm(在直径上测量)。

二、轧辊的类型轧辊按构造分类主要有光面轧辊和有槽轧辊，钢板轧辊按作用的不同又有工作辊和支承辊之分。

轧辊的工作表面硬度是轧辊的主要性能参数之一。

根据辊身表面硬度的不同，轧辊可分为软面轧辊(HS=25～35)、半硬面轧辊(HS=35～60)、硬面轧辊(HS=60～85)和特硬轧辊(HS=85～100)。

三、轧辊材料的选择轧辊是轧钢车间经常耗用的工具，其质量好坏直接影响着钢材的质量和产量，因此对轧辊的性能(主要是强度、耐磨性和一定的耐热裂性)的要求是很严格的。

因轧机类型和所轧钢材种类的不同，对轧辊材料性能的具体要求也有很大差别。

常用的轧辊材料有合金锻钢、合金铸钢和铸铁等。

初轧机和型钢轧机轧辊受力较大，且有冲击负荷，应有足够的强度，而辊面硬度可放在第二位。

初轧机常用高强度铸钢或锻钢，型钢轧机多用铸钢。

含Cr、Ni、Mo等合金元素的铸钢轧辊适用于轧制合金钢；含Mn钢及高碳铸钢轧辊多用于轧普碳钢的第一架粗轧机。

在型钢轧机的成品机架上，成品形状及公差要求严格，要求轧辊有较高的表面硬度及耐磨性，一般选用普通铸铁轧辊。

带钢热轧机的工作辊选择轧辊材料时，以辊面硬度要求为主，多采用铸铁轧辊，或在精轧机组前几架采用半钢轧辊，以减缓辊面的糙化过程。

而支承辊在工作中主要承受弯矩，且直径较大，要着重考虑强度和轧辊淬透性，因此，多选用含Cr合金锻钢。

带钢冷轧机的工作辊对辊面硬度及强度均有很高的要求，常采用高强度的合金铸钢。

其支承辊工作条件与热轧机相似，材料选用也基本相同，但要求有更高的辊面硬度。

在冷轧机上为了轧制高碳钢和其他难变形的合金钢，也采用带硬质合金辊套的复合式冷轧工作辊。

尽管冷轧工作辊的硬度要求很高(HS>90)，但却不使用铸铁轧辊，这是因为当辊径确定以后，可能轧出的轧件最小厚度值和轧辊材料的弹性模数E值成反比，即轧辊材料弹性模数E愈大，可能轧出的轧件厚度愈小，铸铁的E值约为钢的一半，故而冷轧带钢使用铸铁轧辊是不利的。

在轧辊的常用材料中：1)用于轧辊的合金锻钢，在我国重型机械标准JB／ZQ4289—86标准中列出了热轧轧辊和冷轧轧辊用钢。

热轧轧辊用钢有：55Mn2、55Cr、60CrMnMo、60SiMnMo等。

冷轧轧辊用钢有：9Cr、9Cr2、9CrV、9Cr2W、9Cr2Mo)、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV 等。

2)用于轧辊的合金铸钢种类尚不多，也没有统一标准。

3)铸铁可分为普通铸铁、合金铸铁和球墨铸铁。

采用不同的铸型，可以得到半冷硬、冷硬及无限冷硬铸铁。

表3—1列出了部分轧机轧辊材料及辊面硬度。

第二节轧辊尺寸轧辊辊身直径和辊身长度既是轧钢机的主要参数，也是轧辊尺寸的主要参数。

当轧辊 直径D 确定以后，轧辊的其它尺寸受强度、刚度或结构上的限制也将随之确定。

一、轧辊辊身直径D 和辊身长度L 的确定1．初轧机和型钢轧机这些轧机的轧辊都是有轧槽的，轧辊直径是以名义直径(或公称直径)表示的：对型钢轧机是以齿轮座的中心距作为轧辊名义直径；初轧机则把辊环外径作为名义直径。

因此，有槽轧辊其名义直径均大于其工作直径(指槽底直径)。

为了避免轧槽切入过深，轧辊名义直径与工作直径的比值一般不大于1．4。

轧辊工作直径D 1要根据允许咬入角α(或压下量与辊径之比△h ／D 1)和轧辊的强度要求来决定。

各种轧机的最大允许咬人角可参考表3—2。

按照轧辊的咬入条件，轧辊的工作直径D l 应满足下式要求11cos h D a∆≥- (3—1) 带有轧槽的轧辊辊身长度L 取决于孔型配置、轧辊的抗弯强度和刚度。

因此，粗轧机的辊身较长，以便配置较多的孔型，而精轧机轧辊尤其是成品轧机轧辊的辊身较短，这样可提高轧辊刚度，从而提高产品尺寸精度。

通常各种轧机轧辊的L 与D 均有一定比例，其比值可参考表3～3。

按照式(3—1)计算后确定的轧辊名义直径，应符合国家规定的轧钢机系列标准。

2．板带轧机轧辊板带轧机辊身长度标志着板带轧机的规格。

决定板带轧机轧辊尺寸时，应首先确定辊身长度，然后再根据强度、刚度和有关工艺条件确定其直径。

辊身长度L 比所轧钢板的最大宽度b 大一个适当的裕量α，即L=b+α式中 α值视钢板宽度而定，当b=400～1200mm 时 α=100mmb=1000～2500mm时α=150～200mmb更大时α=200～400mm辊身长度确定以后，对二辊轧机可根据皎人条件及轧辊强度，参照表3—3确定辊径D。

对于四辊轧机，为减少轧制力，应尽量使工作辊直径取得小些，但工作辊最小直径受辊颈和辊头的扭转强度及轧件咬入冬件的限制。

支承辊直径主要取决于刚度和强度要求。

四辊轧机的辊身长度L确定以后，可根据表3—4确定工作辊直径D1和支承辊直径D2。

比值L／D2标志着辊系的抗弯刚度，其值愈小则刚度愈高。

辊径比D2/D1的选择，主要取决于工艺条件，其值视轧机的用途而略有不同。

一般说，当轧件较厚时(咬人角较大)，要求较大的工作辊直径，故选较小的D2／D1值；当轧件较薄时，则选较大的D2／D1值。

因此粗轧机组比精轧机组的辊径比小些，热轧机比冷轧机的辊径比小些。

对于支承辊传动的四辊轧机，一般选D2／D1=3～4。

在冷轧板带轧机上，轧制压力很大，若工作辊直径过大，则弹性压扁值也大，以致无h加的限制。

根据经验法轧出合格产品。

为此，工作辊最大直径还受所轧板带最小厚度minh有张力轧制时D1<(1500～2000)minh无张力轧制时D1<1000min3．轧辊的重车在轧制过程中，轧辊辊面因工作磨损，需不止一次地重车或重磨。

轧辊工作表面的每次重车量为0．5～5mm，重磨量为0．01～0．5mm。

轧辊直径减小到一定程度后，即不能再使用。

轧辊从开始使用直到报废，其全部重车量与轧辊名义直径的百分比称为重车率。

初轧机轧辊的重车率受咬入能力和辊面硬度的限制；板带轧机轧辊只受表面硬度的限制。

各种轧机轧辊的最大重车率见表3—5。

二、轧辊辊颈直径d和辊颈长度f的确定辊颈直径和长度与轴承的型式和工作载荷有关，直径d受轴承径向尺寸的限制，而且辊颈与辊身的交界面，往往是最薄弱环节。

只要条件允许，辊颈直径和辊颈与辊身的过渡圆角r均应选得大些。

使用滑动轴承的轧机，辊颈尺寸(d／D、l/d和r／D比值)列于表3—6中。

使用滚动轴承时，由于轴承外径较大，辊颈尺寸不能过大，一般近似地选d=(0．5～0．55)D，l/d =0．83～1.0。

三、辊头的型式与尺寸各种轧机由于传动连接方法的不同，所要求的辊头型式也不同。

选择辊头尺寸时，应根据辊头的型式确定。

1．梅花辊头梅花辊头的外径d1与辊颈直径d的关系大致如下：三辊型铜与线材轧机d1=d一(10～15)mm二辊型钢(连续式)轧机d1=d一10mm中板轧机d1=(0．9～0．94)d二辊薄板轧机d1=0．85d辊头其余尺寸见表3—7。

2．万向辊头(扁头)的尺寸图3—4为带有整体扁．头的轧辊，多用于初轧机，其各部尺寸有如下关系：D1=D一(5～15)mm b=(0．15～0．20)D lS=(0．25～0．28)D1c=(0．50～1．00)b=(0．50～0．60)D1当采用可拆卸辊头时，若使用滑动轴承，则扁头与轧辊用热压配合；若使用滚动轴承时，则扁头用无键联接(用手压泵通过液压力拆装扁头)方式装在轧辊上。

第三节 轧辊的强度校核轧辊的破坏可能由于三方面原因造成：1)轧辊的形状设计不合理或设计强度不够，因而产生轧辊断裂、辊面疲劳剥落等；2)轧辊的材质、热处理或加工工艺不合要求，如轧辊的耐热裂性、耐粘附性及耐磨性差；3)轧辊在生产过程中使用不合理，比如，热轧轧辊在冷却不足或冷却不均匀时，会因热疲劳造成辊面热裂；冷轧时事故粘附也会导致表层剥落；在冬季新换上的冷辊突然进行高负荷热轧，或者冷轧机停车，轧热了的轧辊骤然冷却，往往因温度应力过大，导致轧辊表面剥落甚至断辊；低温轧制、压下量过大，或因工艺过程安排不合理产生过负荷轧制，也会造成轧辊破环。