Логика проектирования и изготовления корпусов подшипников качения (Часть 1)

В комплектном оборудовании прокатных станов для листового и полосового проката корпус подшипника часто рассматривается просто как коробка для установки подшипников. На самом деле он не только выполняет функцию установки и позиционирования подшипников, но и непосредственно участвует в передаче усилия прокатки, поддерживая жесткость валковой системы, контролируя точность формы листа и обеспечивая долговременную надежность работы оборудования. Для линий горячей, холодной и фольговой прокатки существуют значительные различия в конструктивных особенностях, выборе материалов, точности обработки и требованиях к контролю качества корпуса подшипника.

1. Корпус подшипника следует понимать в соответствии с функцией валков прокатного стана.

В конструкции прокатного стана подшипниковый узел устанавливается на обоих концах валков и используется для размещения подшипников и передачи нагрузки от прокатки на раму или систему рамы стана. Обычно подшипниковый узел обозначается на месте установки по двум параметрам: один делится на подшипниковый узел рабочего валка, подшипниковый узел промежуточного валка и подшипниковый узел опорного валка в зависимости от функции валка; другой делится на подшипниковый узел верхнего валка, подшипниковый узел нижнего валка, подшипниковый узел передающего валка и подшипниковый узел рабочего валка в зависимости от места установки. В совокупности это образует точные названия, такие как подшипниковый узел рабочего валка со стороны передающего валка и подшипниковый узел опорного валка со стороны рабочего валка.

Значение этого метода классификации заключается в том, что разные валки выполняют разные функции, а форма нагрузки, частота смены валков, пространственные ограничения, методы смазки и требования к точности корпуса подшипника также различны. Поэтому конструкция корпуса подшипника не может быть просто разделена на горячую прокатку, холодную прокатку и прокатку фольги, и должна сначала четко определить, служит ли он рабочему валку, промежуточному валку или опорному валку.

2. Основные принципы проектирования различных корпусов роликовых подшипников.

Рабочий валок непосредственно участвует в деформации металла и является компонентом с наибольшей частотой смены валков и наиболее сложной динамической нагрузкой в ​​валковой системе. Соответствующий корпус подшипника рабочего валка обычно должен выдерживать переменные нагрузки, ударные нагрузки, а также управляющие силы, влияющие на форму листа, такие как изгиб и скручивание. При его проектировании основное внимание уделяется усталостной прочности, ударопрочности, износостойкости направляющей поверхности, удобству смены валков и согласованию интерфейсов с гибочным блоком, тележкой для смены валков, фиксирующим устройством и системой смазки.

Опорный валок в основном воспринимает усилие прокатки, а корпус подшипника имеет большой объем и тяжелый вес. Это ключевой несущий элемент в системе жесткости прокатного стана. При его проектировании основное внимание уделяется общей статической жесткости, точности позиционирования отверстия и поверхности окна подшипника, надежности установки подшипника, контролю остаточных напряжений и долговременной стабильности размеров. Для крупных прокатных станов горячей прокатки при проектировании корпуса подшипника опорного валка также следует учитывать ударные нагрузки, запас прочности и удобство обслуживания на месте.

Промежуточный валок в основном используется в шестивалковых прокатных станах, прокатных станах с высокой жесткостью, прокатных станах с однорядной гибкой вязкой и некоторых многовалковых прокатных станах и тесно связан с валками, гибочными валками и системой управления формой листа. Его подшипниковая конструкция относительно компактна в пространстве, имеет сложные интерфейсы и требует высокой точности размеров и групповой согласованности. Основное внимание уделяется обеспечению точности направляющих валков, контролю деформации смещения и рациональному расположению систем смазки, охлаждения и уплотнения.

3. Различия в условиях работы корпусов подшипников при горячей, холодной и листовой прокатке.

Основные требования к корпусу подшипника для прокатных станов горячей прокатки — это прочность, ударостойкость и адаптивность к высоким температурам. В зоне горячей прокатки присутствует высокотемпературное излучение, окалина, эрозия водяным паром и значительные колебания силы прокатки. Хотя корпус подшипника не контактирует непосредственно с горячей заготовкой, он всегда находится в неблагоприятной среде. Поэтому следует уделять внимание коэффициенту запаса прочности конструкции, износостойкости контактной поверхности, герметичности, надежности смазки и ремонтопригодности. Материалы могут быть выбраны из литой стали, легированной литой стали, высокопрочного чугуна или кованой стали в зависимости от габаритов конструкции, уровня нагрузки и экономичности изготовления. Нельзя просто предполагать, что для определенного типа корпуса подшипника необходимо использовать определенный тип материала.

Основные требования к корпусу подшипника для прокатных станов холодной прокатки — это жесткость, точность и динамическая стабильность. Скорость холодной прокатки высока, а требования к форме и толщине листа строгие. Незначительные деформации, изменения зазоров или ошибки сборки корпуса подшипника могут повлиять на стабильность прокатки и качество продукции. При его проектировании следует уделять особое внимание точности подшипникового отверстия, направляющей поверхности окна, позиционирующей поверхности и интерфейсов, связанных с гибочными валками, валками, системой автоматического регулирования скорости и т. д. Одновременно необходимо учитывать контроль вибрации при высокоскоростной работе и повторяемость точности позиционирования после многократной смены валков. 

Ключевым требованием к корпусу подшипника для прокатного стана для фольги является высокая точность, низкий уровень вибрации и стабильность размеров. Чрезвычайно тонкие полосы, такие как алюминиевая фольга и фольга для аккумуляторных батарей, крайне чувствительны к вибрации прокатного стана. Даже незначительные вибрации роликов или локальные деформации корпуса подшипника могут вызывать следы вибрации, изменения толщины или дефекты формы листа на поверхности полосы. Поэтому корпус подшипника прокатного стана для фольги должен не только обеспечивать точность позиционирования и согласованность сборки, но и уделять внимание структурному демпфированию, контролю повышения температуры, смазке, герметизации и адаптации к чистой среде. В некоторых высокоточных прокатных станах могут использоваться материалы с хорошими демпфирующими свойствами, такие как высокопрочный чугун, но их все равно необходимо тщательно проверять на основе нагрузки, жесткости, контактного напряжения и стандартов заказчика.

4. Выбор материала нельзя оценивать исключительно по размеру загрузки.

Суть выбора материала для корпуса подшипника заключается в достижении баланса между прочностью, жесткостью, ударной вязкостью, демпфированием, технологичностью, стоимостью и ремонтопригодностью.

В некоторых корпусах подшипников рабочих валков используется кованая сталь или высококачественная легированная сталь, поскольку рабочие валки часто заменяются и подвергаются значительным ударным и переменным нагрузкам. Направляющие поверхности, стопорные поверхности и зоны установки подшипников подвержены износу или усталости. Кованая сталь обладает хорошей плотностью, ударной вязкостью и усталостной прочностью, что делает ее подходящей для работы в условиях высоких нагрузок, высокой точности или сильных ударов. Однако это не означает, что все корпуса подшипников рабочих валков должны быть изготовлены из кованой стали. В средних прокатных станах или в условиях работы без ограничений можно также использовать литую сталь, высокопрочный чугун или комбинированные конструкции.

В корпусах крупных опорных роликовых подшипников часто используется литая сталь или крупногабаритные литые конструкции из-за их больших размеров и сложной структуры, и они могут содержать каналы для смазки, полости для возврата масла и подъемные механизмы. Процесс литья имеет преимущества при изготовлении крупных и сложных конструкций, а также при контроле затрат. При условии обеспечения надлежащего качества литья, термообработки и контроля дефектов, он может полностью соответствовать требованиям к прочности, жесткости и сроку службы.

Ценность высокопрочного чугуна в основном заключается в его демпфирующих свойствах, способности к формовке при литье и стабильности размеров. В некоторых чувствительных к вибрации прецизионных прокатных станах или станах для прокатки фольги он может использоваться в качестве одного из материалов для снижения вибрационной реакции. Однако прочность, ударная вязкость и свариваемость высокопрочного чугуна отличаются от стали, и его нельзя напрямую заменить сталью только потому, что он обладает хорошими демпфирующими свойствами. Необходима дальнейшая инженерная проверка.

5. Качество изготовления определяет срок службы корпуса подшипника.

Изготовление корпуса подшипника — это не просто литье или механическая обработка, а систематический инженерный процесс, обеспечивающий единый контроль над материалами, термообработкой, технологическими процессами, контролем качества и сборкой.

На этапе обработки сырья ключевыми контрольными точками являются химический состав, внутренние дефекты, включения, усадка и пористость, а также остаточные напряжения от литья и ковки. В случае корпусов подшипников больших размеров необходимо снизить риски для качества за счет рационального проектирования стояков и каналов, моделирования процесса затвердевания, процессов ковки и систем термообработки. Важно отметить, что высокие требования к чистоте расплава валков не всегда соответствуют требованиям к корпусам подшипников. Конкретные требования должны определяться на основе материала корпуса подшипника, условий эксплуатации и технических соглашений.

На этапе обработки ключевые контрольные точки включают в себя отверстия для подшипников, торцевые поверхности, направляющие поверхности окон, поверхности установки вкладышей, фиксирующие поверхности и системы отверстий для смазки. Для корпусов подшипников, изготовленных методом холодной прокатки и прокатки фольги, также важно обращать внимание на однородность группы нескольких корпусов подшипников, чтобы избежать отклонения центральной линии роликовой системы, аномальных зазоров между окнами или ошибок в контроле формы пластин во время сборки.

На этапе контроля качества, помимо стандартной проверки размеров, необходимо сочетать неразрушающий контроль, измерение твердости, повторное измерение критически важных положений формы и необходимую проверку пробной сборки с учетом типов материалов и требований заказчика. Для шестивалковых, двадцативалковых и высококачественных фольгопрокатных машин существует четкая взаимосвязь размеров между корпусом подшипника, футеровкой, клином, направляющей и компонентами подшипникового узла, и накопление ошибок необходимо контролировать с точки зрения системы.

6. От покупки запчастей к надежности системы

Выход из строя корпуса подшипника влияет не только на саму деталь, но также может привести к перегоранию подшипника, перегрузке роликов, деформации пластин, вибрации прокатного стана, незапланированной остановке и даже повреждению рамы. По сравнению с разницей в цене покупки, потери, вызванные остановкой, ремонтом и проблемами с качеством, зачастую оказываются больше.

Поэтому при закупке корпусов подшипников следует не только сравнивать цены за единицу продукции, но и оценивать возможности поставщика по проверке конструкции, контролю материалов, опыту термообработки, точности обработки, методам контроля и возможностям решения проблем на месте. 

Компания Guangwei Precision уже давно занимается исследованиями и производством основных компонентов для металлургического оборудования. Она поставляет корпуса подшипников и сопутствующие основные компоненты для линий горячей и холодной прокатки, прокатки фольги, а также для производства листового и полосового проката. Наш приоритет – не только поставка продукции, но и обеспечение долгосрочной стабильной работы корпусов подшипников в системе прокатного стана. Благодаря выбору материалов, оптимизации конструкции, контролю точности обработки, проверке качества и обратной связи на месте эксплуатации, мы предлагаем клиентам более надежные, долговечные и практичные корпуса подшипников и решения.

О компании GW Precision

Компания GW Precision Technology Co., Ltd. — это сертифицированное на национальном уровне высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на производстве прецизионных стальных катушек с 2006 года — один из старейших производителей стальных катушек в Китае. Продукция GW предназначена для намотки листового и фольгового проката из алюминия, меди, нержавеющей стали и кремниевой стали, и поставляется клиентам во многие страны мира.

Вебсайт:www.gwspool.com

Контакты: guangwei@gwspool.com | +86-13837907701