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CN104379269A - 压轧辊的制造方法和压轧辊以及压轧辊的制造装置 - Google Patents

压轧辊的制造方法和压轧辊以及压轧辊的制造装置 Download PDF

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CN104379269A
CN104379269A CN201480001554.1A CN201480001554A CN104379269A CN 104379269 A CN104379269 A CN 104379269A CN 201480001554 A CN201480001554 A CN 201480001554A CN 104379269 A CN104379269 A CN 104379269A
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园田晃大
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Hosokawa Micron Corp
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Abstract

本发明提供一种具有在由铬钼钢或碳素钢制成的芯件(11)的外周形成有补焊堆积层(12)的辊身构件(13)和设置在芯件(11)的轴方向两侧上的铬钼钢的轴件(14、15)的压轧辊(10)的制造方法，该方法具有：辊身构件(13)及/或轴件(14、15)的接合端部(16～19)的预热工序，以及在将轴件(14、15)向芯件(11)压紧的同时使其旋转而对接合端部(16～19)摩擦加热后强压接合的摩擦焊接工序。制造装置(20)具有：辊身构件(13)和轴件(14、15)的第一、第二夹紧机构(29、23)、使轴件(14、15)旋转的旋转机构、在轴方向上压紧芯件(11)与轴件(14、15)的压紧机构(24)、预热辊身构件(13)与轴件(14、15)的接合端部(16～19)的预热机构(31)。

Description

压轧辊的制造方法和压轧辊以及压轧辊的制造装置
技术领域
本发明涉及一种使用于制铁压轧设备的压轧辊的制造方法和压轧辊以及压轧辊的制造装置。
背景技术
以往，例如，在型钢的压轧中，为了谋求压轧材的高品质化、省力以及省能源化，一直寻求能够承受更加苛刻的压轧条件且长寿命的压轧辊。
因此，例如，如专利文献1所示，使用辊身构件的表层部由硬质的金属(例如，高速钢系多合金白口铸铁)构成的压轧辊等。该压轧辊由在芯件的外周形成有硬质的金属层的辊用坯材通过切削制造而成，是辊身构件与设置在其轴方向两侧的轴件一体形成的压轧辊。
但是，在由辊用坯材切削长轴件的压轧辊的情况下，切削时的多余的切削余量增多，不能缩短制造时间，而且会由于需要花费切削刃的运行成本而造成浪费。此外，由于不能由一根辊用坯材制造多根压轧辊，例如需要重新准备辊用坯材，因而难以实现缩短压轧辊的交付期、削减制造成本的目的。
因此，例如，如专利文献2所述，提出了如下方法，即：在辊身构件的两侧分别设置坡口并配置轴件，对该各坡口进行焊接而将辊身构件与轴件接合的方法。
先行技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-158020号公报
专利文献2:日本特开2005-324204号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，由于压轧辊使用于承担大负荷的制铁压轧设备中，因而在辊身构件与轴件接合的情况下，该接合部分容易受到损伤，更加难以谋求寿命的延长。
另外，在专利文献2记载的技术中，轴件容易相对于辊身构件偏心或弯曲地被焊接，需要进行焊接后的应力消除，因为难以完全地对应力进行消除，所以需要使用稍微粗的轴件。
本发明鉴于上述情况作出，其目的在于提供一种压轧辊的制造方法和压轧辊以及压轧辊的制造装置，能够在短工期内廉价地制造出同以往相比更长寿命化的压轧辊。
用于解决课题的方案
基于所述目的的第一发明涉及的压轧辊的制造方法，该压轧辊具有：辊身构件，所述辊身构件在由铬钼钢或碳素钢制成的圆柱状的芯件的外周上形成有硬质的补焊堆积层；轴件，所述轴件由铬钼钢制成，分别设置在所述芯件的轴方向两侧，
所述轴件的接合端部的直径小于所述芯件的直径，
所述压轧辊的制造方法具有：
预热工序，在该预热工序中至少对所述辊身构件及所述轴件的任意一方或者双方的接合端部以预先设定的温度进行预热；以及
摩擦焊接工序，在该摩擦焊接工序中，在所述轴件的轴心与所述芯件的轴心对合的状态下，将所述轴件向所述芯件压紧，同时使其旋转，从而对所述芯件及所述轴件的接合端部进行摩擦加热，在此之后将所述轴件向所述芯件强压而接合。
第一发明涉及的压轧辊的制造方法，所述轴件的接合端部的直径可以为所述芯件的直径的0.86倍以上、0.96倍以下。
第一发明涉及的压轧辊的制造方法，优选地，所述芯件从所述辊身构件的端部突出。该情况的突出量如果为1～10mm则已经足够，但本发明不限定于该数值。
第一发明涉及的压轧辊的制造方法，优选地，在所述摩擦焊接工序后，通过对所述辊身构件与所述轴件的接合部分进行机械加工而使金属面露出，对所述接合部分进行圆周焊接。
第一发明涉及的压轧辊的制造方法，优选地，在所述预热工序中，所述接合端部的预热温度为500℃以上、所述轴件的熔点以下。
第一发明涉及的压轧辊的制造方法，所述辊身构件能够使用已使用辊，所述已使用辊在其外周形成有新的所述补焊堆积层。
第一发明涉及的压轧辊的制造方法，优选地，在退火后，通过机械加工将所述已使用辊的外周的补焊堆积层的一部分或全部除去。
第一发明涉及的压轧辊的制造方法，所述轴件能够使用从已使用辊切断分离的轴件。
基于所述目的的第二发明涉及的压轧辊，通过第一发明涉及的压轧辊的制造方法制造。
基于所述目的的第三发明涉及的压轧辊的制造装置，该制造装置使用于该第一发明涉及的压轧辊的制造方法中，该制造装置具有：
第一夹紧机构，该第一夹紧机构水平或垂直地夹紧所述辊身构件；
第二夹紧机构，所述第二夹紧机构使所述轴件与所述辊身构件的轴心对合而夹紧；
旋转机构，所述旋转机构设置于所述第二夹紧机构，使所述轴件以其轴心为中心旋转；
压紧机构，所述压紧机构设置于所述第一夹紧机构或所述第二夹紧机构，使所述芯件与所述轴件的接合面彼此对接，在轴方向上压紧所述芯件与所述轴件；以及
预热机构，所述预热机构对所述辊身构件及所述轴件的双方的接合端部进行预热。
第三发明涉及的压轧辊的制造装置，优选地，所述预热机构具有多个燃烧器，所述多个燃烧器分别朝向有间隔地相对配置的所述辊身构件和所述轴件的各接合端部配置。
第三发明涉及的压轧辊的制造装置，优选地，朝向所述接合端部配置的多个所述燃烧器在所述接合端部的中央部比周围部更加密集地配置。
第三发明涉及的压轧辊的制造装置，优选地，在多个所述燃烧器的火焰喷出口侧设置有耐热构件。
第三发明涉及的压轧辊的制造装置，优选地，在多个所述燃烧器中设置有水冷机构。
第三发明涉及的压轧辊的制造装置，所述预热机构也可设置于移动机构，所述移动机构能够在对所述辊身构件与所述轴件的接合端部进行预热的预热位置与位于该预热位置的侧方的非预热位置之间移动。
第三发明涉及的压轧辊的制造装置，优选地，所述预热机构具有：燃烧器，该燃烧器同时或依次对所述辊身构件及所述轴件的接合端部进行加热；以及机械臂，在该机械臂的前部安装有所述燃烧器，通过所述机械臂决定所述燃烧器的方向及移动轨迹。
第三发明涉及的压轧辊的制造装置，优选地，所述燃烧器具有对所述辊身构件的接合端部进行预热的第一燃烧器，以及对所述轴件的接合端部进行预热的第二燃烧器。
发明的效果
在本发明涉及的压轧辊的制造方法和压轧辊以及压轧辊的制造装置中，因为通过预热工序和摩擦焊接工序进行辊身构件与轴件的接合，所以能够在短工期内廉价地制造出同以往相比长寿命化的压轧辊。
另外，因为轴件的接合端部的直径小于芯件的直径，所以由铬钼钢或者碳素钢制成的芯件能够与由铬钼钢制成的轴件可靠地对合轴心而抵接来进行焊接(摩擦焊接)。而且，因为辊身构件的外侧的硬质的补焊堆积层不与轴件相接，所以作为压轧辊能够可靠地进行具有充分的接合强度且扭曲、走形少的摩擦焊接。
特别是，在使芯件从辊身构件突出的情况下，轴件更不会与辊身构件的硬质的补焊堆积层相接，能够可靠地进行摩擦焊接。
另外，在本发明涉及的压轧辊的制造装置中，在使用作为对辊身构件与轴件的接合端部进行预热的预热机构而设置于机械臂的前部的燃烧器的情况下，通过控制机械臂，能够在任意的时期通过燃烧器对辊身构件和轴件的任意的部位进行加热。而且，通过变更机械臂的程序，能够使其与任意的直径的辊身构件及轴件匹配地改变加热区域。
附图说明
图1是本发明的一实施例涉及的压轧辊的说明图。
图2是本发明的实施例1涉及的压轧辊的制造方法的说明图。
图3(A)、(B)分别是使用于同压轧辊的制造方法的压轧辊的制造装置的预热机构的侧剖面图、正面图。
图4是设置了该预热机构的驱动机构的正面图。
图5是本发明的实施例2涉及的压轧辊的制造方法的说明图。
图6(A)～(C)是使用于本发明的预热机构的说明图。
图7是使用于本发明的另外的预热机构的说明图。
具体实施方式
接下来，参照附图，对本发明的具体实施例进行说明，以便理解本发明。
首先，参照附图1，对于本发明的一实施例涉及的压轧辊10进行说明。
压轧辊10是在钢铁的压轧中，特别是在薄板、棒钢、线材、或者型钢的热轧作业、冷轧作业(压轧、矫正)中使用的辊，是根据使用目的实施规定的加工处理的辊。
该压轧辊10具有在圆柱状的芯件11的外周形成有补焊堆积层12的辊身构件13和分别设置在芯件11的轴方向两侧的轴件14、15。此外，在压轧辊10的尺寸中，辊身构件13的外径(辊身径)D为例如300～900mm左右，宽度(辊身长)W为例如1500～2500mm左右，包括轴件14、15在内的全长L为例如4000～7000mm左右。
在此，辊身构件13的芯件11由铬钼(Cr-Mo)钢或碳素钢制成，轴件14、15由铬钼(Cr-Mo)钢制成。
形成于芯件11的外周的补焊堆积层12由例如日本特开2012-110968号公报中记载的铁系外层材(肖氏硬度(HS)为70～100左右)、高速钢系多合金白口铸铁(高速钢的一例)等硬质的材料制成。此外，补焊堆积层12的厚度能够根据使用目的进行各种变更，例如为50～150mm左右。
由于该辊身构件13能够通过例如日本特开2000-158020号公报中公开的方法等制造，因而在此省略说明。
在上述的压轧辊10中，辊身构件13和轴件14、15分别地形成，辊身构件13的芯件11的一侧的接合端部16与一侧的轴件14的接合端部17摩擦接合，芯件11的另一侧的接合端部18与另一侧的轴件15的接合端部19摩擦接合。
但是，根据需要，也可以仅对芯件的一侧的轴件通过机械加工与芯件一体地形成，而仅对芯件的另一侧的轴件与芯件分别地形成，使芯件与轴件的接合端部摩擦接合。
这样，由于轴件14、15与辊身构件13摩擦接合，因而为了能在良好的状态下进行芯件11与轴件14、15的接合，轴件14、15的接合端部17、19的直径(外径)比芯件11的直径小。具体而言，优选地，轴件14、15的接合端部17、19的直径为芯件11的直径的0.86倍以上且0.96倍以下。
此外，优选地，进一步对辊身构件13与轴件14、15的接合部分(周方向的边界部分)进行圆周焊接(堆焊)来加强。对于该焊接，可以应用例如使用高强度(high-tensile)钢等填充材料的MIG法或TIG法。
在此，辊身构件13虽然可以使用未使用的辊身构件(未使用品)，但也可以使用已使用的辊的辊身构件(已使用品)。此外，在使用已使用品的情况下，在切断除去已使用的辊的轴方向两侧(或单侧)的轴件后，在得到的辊身构件的外周上，必要时在机械加工后，形成上述结构的新的补焊堆积层。
另外，轴件14、15虽然可以使用未使用的轴件(未使用品)，但也可以使用已使用的辊的轴件(已使用品)。此外，在使用已使用品的情况下，根据需要对从已使用的辊切断分离的轴件进行机械加工(缩径)。
接下来，参照图1～图4，对本发明的实施例1涉及的压轧辊的制造装置(以下仅称为制造装置)20进行说明。
压轧辊的制造装置20具有：底座21；设置在该底座21上，夹紧辊身构件13的多个(在此处为3个)夹具22；夹紧轴件14(或轴件15，以下同样)的卡盘(第二夹紧机构的一例)23；以及在其轴方向上压紧由多个夹具22夹紧的辊身构件13的液压缸(压紧机构的一例)24。
在底座21的长度方向一侧(辊身构件13侧)端部，安装固定有设置有液压缸24的第一支承台25，在长度方向另一侧(轴件14侧)端部，安装固定有设置有卡盘23的第二支承台26。
卡盘23是为了使轴件14成为水平状态而夹紧轴件14的基侧的机构。此外，在该卡盘23上，设置有作为以轴件14的轴心为中心使其旋转的旋转机构的一例的减速机以及电动机(未图示)。另外，在卡盘23的前方(轴件14的前侧)，配置有振动防止机构27，其用于抑制甚至防止在轴件14旋转时由卡盘23夹紧的轴件14的轴心位置的振动。
在分别配置在底座21的长度方向两侧端部的支承台25与支承台26之间，配置有可沿着底座21的长度方向移动的工作台28。在该工作台28上，在底座21的长度方向上有间隔地安装固定有多个夹具22。
由此，能够在底座21上使其轴心对合地水平配置辊身构件13和轴件14。
此外，在此，构成具有夹具22和工作台28的第一夹紧机构29。另外，由于液压缸24与工作台28的长度方向一侧端部接触，因而液压缸24设置于第一夹紧机构29。
由此，通过使用液压缸24，能够经由第一夹紧机构29相对于轴件14压紧辊身构件13。此时，恐怕会存在由压紧力而导致的支承台25与支承台26的上部的间隔拉开之虞，但由于支承台25与支承台26的下部由底座21连结，上部由连结杆30连结，因而能够防止这一问题。
如上所述，在此，对通过设置于第一夹紧机构29的液压缸24使辊身构件13向轴件14侧压紧的情况进行了说明。但是，如果考虑到辊身构件13的重量、长度等，优选地，固定辊身构件13的设置位置(不使其移动)，在可沿着底座21的长度方向移动的工作台上安装卡盘(甚至是振动防止机构)，甚至在该卡盘上设置液压缸(压紧机构的一例)，向辊身构件13侧压紧轴件14。
此外，只要能够在轴方向上压紧芯件11与轴件14，压紧机构也可以不仅限定于液压缸，而是空压气缸、电动气缸等。
如图2、图3(A)、(B)、图4所示，在卡盘23与夹具22之间设置有预热机构31。
预热机构31由分别朝向(由夹具22和卡盘23分别夹紧并有间隔地相对配置的)辊身构件13和轴件14(轴件15也同样)的各接合端部16、17配置的多个燃烧器32构成，以预先设定的温度对辊身构件13的接合端部16和轴件14的接合端部17双方进行预热。
如图3(A)、(B)所示，在预热机构31中设置有水冷机构33。
水冷机构33具有：与辊身构件13的芯件11的接合面有间隔地相对配置的圆盘状的水冷套34；与轴件14的接合面有间隔地相对配置的圆盘状的水冷套35。该水冷套34和水冷套35轴心对合地固定安装于安装台36的厚度方向两侧，在该水冷套34、35中分别安装固定有多个燃烧器32。
在水冷套34、35的上部以及下部，连接有向水冷套34、35送水和从水冷套34、35排水的配管37、38。
另外，在各水冷套34、35的表面侧，即，多个燃烧器32的火焰喷出口侧(与辊身构件13的接合面相对的相对面侧和与芯件11的接合面相对的相对面侧)，分别设置有陶瓷制(例如，氧化铝)的耐热板(耐热构件的一例)39、40。此外，在耐热板39、40上形成有与各燃烧器32的火焰喷出口的位置相对应的开口部41。
另一方面，在各水冷套34、35的背面侧，分别设置有用于将从气体供给管42输送来的气体向各燃烧器32供给的气体供给室43、44。
这样，当正在通过多个燃烧器32对辊身构件13的接合端部16和轴件14的接合端部17双方进行预热时，由于在多个燃烧器32上设置有水冷机构33和耐热板39、40，能够抑制甚至防止因燃烧器32的火焰由各接合面弹回而造成燃烧器32的安装部分变成高温而变形甚至是熔化。
此外，在此，虽然对于在多个燃烧器32中设置了水冷机构33和耐热板39、40双方的情况进行了说明，但也可以根据燃烧器32的使用状况(预热温度等)不使用这些，或者只使用水冷机构33和耐热板39、40中的任意一方。
如图3(B)、图4所示，多个燃烧器32配置在水冷套34(水冷套35也同样)的轴心位置以及以该轴心位置为中心的同心圆上。特别是，在本实施例中，由于轴件14(轴件15也同样)与辊身构件13摩擦接合，因而为了能在良好的状态下进行芯件11与轴件14的接合，朝向各接合端部16、17配置的多个燃烧器32在接合端部16、17(水冷套34、35)的中央部(轴心部)比周围部更加密集地配置。
由此，各接合端部16、17的中央部的温度同其周围部相比更能够上升。
此外，在此，作为预热机构31，对于使用了多个燃烧器32的情况进行了说明，但也可以并不仅限定于此，而使用例如电磁感应加热线圈等。
如图4所示，预热机构31设置于移动机构47，该移动机构47可在对辊身构件13与轴件14(轴件15也同样)的接合端部16、17进行预热的预热位置45(图4中的预热机构31的双点划线位置)与位于该预热位置45的侧方的非预热位置46(图4中的预热机构31的实线位置，即，待机位置)之间移动。
移动机构47具有：搭设配置于预热位置45与非预热位置46之间的导轨48；可在该导轨48上走行的安装固定有预热机构31的安装台36的下端的搬送台49。
由此，能够使预热机构31在预热位置45与非预热位置46之间往复移动。
另外，在移动机构47中设置有向预热机构31的燃烧器32供给气体的气体供给用管50。
气体供给用管50的前侧端部与搬送台49连接，构成为向与搬送台49连接的气体供给管42供给气体的结构。另一方面，气体供给用管50的基侧端部在底座21的侧方与可平行于底座21走行的台车51连接。
另外，在预热机构31往复移动于预热位置45与非预热位置46之间时，气体供给用管50由导辊52支承并且引导(套口机构)，防止气体供给用管50与地板面53接触。
此外，在压轧辊的制造装置20中，还设置有测定预热后的辊身构件13及轴件14的温度的温度计、检测芯件11与轴件14在压紧时的扭矩的扭矩检测器，还设置有测定在压紧时施加的压力的压力计等。
上述的电动机、液压缸24、以及预热机构31的各动作能够由控制装置(未图示)进行控制。此外，控制装置也预先对温度计、扭矩检测器、以及压力计的各测量值进行管理，能够基于它们的测定值对电动机、液压缸24、以及预热机构31的各动作进行控制。
由此，在预热后的轴件14、15的轴心与预热后的芯件11的轴心对合的状态下，芯件11与轴件14、15的接合面彼此对接，在芯件11通过液压缸24向轴件14、15压紧芯的同时通过电动机使卡盘23(轴件14、15)旋转，在对芯件11以及轴件14、15的接合端部16～19进行摩擦加热后，可以通过液压缸24将芯件11向轴件14、15强压进行接合。此外，强压也可以通过液压缸24以外的方式进行。
接下来，参照图1、图5，对于本发明的实施例2涉及的压轧辊的制造装置(以下仅称为制造装置)60进行说明。
压轧辊的制造装置60具有：底座61、设置于该底座61上的夹紧辊身构件13的夹具(第一夹紧机构的一例)62、夹紧轴件14(或者轴件15，以下同样)的卡盘(第二夹紧机构的一例)63。
该夹具62是以在与芯件11的轴心垂直的方向夹紧辊身构件63的方式设置的机构。另外，卡盘63以夹紧的轴件14的轴心与芯件11的轴心对合的方式(即，轴件14的轴心为垂直方向的方式)配置在夹具62的上方。
在上述的卡盘63中，设置有作为使由该卡盘63夹紧的轴件14以其轴心为中心旋转的旋转机构的一例的电动机(未图示)。
在该卡盘63中，还设置有使由卡盘63夹紧的轴件14相对于由夹具62夹紧的辊身构件13上下移动，使芯件11和轴件14、15的接合面彼此对接并在轴方向上将其压紧的未图示的压紧机构(例如，液压缸等)。此外，压紧机构也可以设置于夹具侧。
在卡盘63与夹具62之间设置有预热机构(未图示)。在该预热机构中可以使用具有与所述的预热机构31同样的功能的机构。
此外，在压轧辊的制造装置60中，还与所述的压轧辊的制造装置20同样设置有温度计、扭矩检测器，进而，也设置有压力计等。
另外，能够通过控制装置(未图示)控制上述的电动机、压紧机构、以及预热机构的各动作。此外，控制装置也对温度计、扭矩检测器、以及压力计的各测量值进行管理，能够基于它们的测定值，对电动机、压紧机构、以及预热机构的各动作进行控制。
由此，在轴件14、15的轴心与预热后的芯件11的轴心对合的状态下，芯件11与轴件14、15的接合面彼此对接，通过压紧机构将轴件14、15向芯件11压紧，同时通过电动机使卡盘63(轴件14、15)旋转，在对芯件11以及轴件14、15的接合端部16～19摩擦加热后，能够通过压紧机构将轴件14、15向芯件11强压接合。
接下来，参照图1～图4，对本发明的实施例1涉及的压轧辊的制造方法进行说明。
压轧辊的制造方法具有准备工序、预热工序、摩擦焊接工序、以及精加工工序。
首先，对于准备工序进行说明。
在该准备工序中，准备辊身构件13和轴件14、15。
作为辊身构件13，在使用未使用的辊身构件(未使用品)的情况下，首先，对长尺寸的辊用坯材(铬钼钢或碳素钢)进行机械加工，制造与芯件11同径的长尺寸芯件(具有多根芯件11的长度的芯件)。接下来，在制造了的长尺寸芯件的外周形成补焊堆积层12后，切断该长尺寸芯件得到辊身构件13。
此外，也可以只对芯件的一侧的轴件通过机械加工由辊用坯材一体地形成芯件。
作为该辊身构件13，在使用已使用的辊的辊身构件(已使用品)的情况下，在切断除去已使用的辊的轴方向两侧的轴件后，在得到的辊身构件的外周形成新的补焊堆积层12。优选地，该新的补焊堆积层12的形成是在对切断除去了已使用的辊的轴方向两侧的轴件后的辊身构件进行退火后，通过机械加工除去外周的既存的补焊堆积层的一部分或者全部(残厚为0或者大于0且小于等于30mm左右)而进行。
此外，也可以只对压轧辊的一侧的轴件从已使用的辊切断轴件。
在此，优选地，在上述的辊身构件13(芯件11)的与轴件14、15接合的接合端部16、18上，预先形成有与轴件14、15同一径或大径的突出部(轴心方向的突出量：例如，1～100mm左右，更优选地为2～10mm)。
另外，作为轴件14(轴件15也同样)，在使用未使用的轴件(未使用品)的情况下，对辊用坯材(铬钼钢)进行机械加工·切断(机械加工、切断)，得到接合端部17端面为平面的轴件14。
此外，在使用已使用的辊的轴件(已使用品)的情况下，对于从已使用的辊切断分离的轴件根据需要进行机械加工(缩径)。优选地，该情况也与上述的已使用的辊的辊身构件同样，在机械加工前预先退火。
在此，轴件14的接合端部17的直径预先设置得比芯件11的直径小(芯件11的直径的0.86～0.96倍)。
将通过上述的方法得到的辊身构件13和轴件14、15搬送至压轧辊的制造装置20，使辊身构件13由夹具22夹紧，轴件14(轴件15也同样)由卡盘23夹紧。
此时，也调整夹具22与卡盘23的相对位置，以便辊身构件13的芯件11的轴心与轴件14的轴心一致。
接下来，对预热工序进行说明。
在该预热工序中，通过所述的预热机构31对辊身构件13的接合端部16与轴件14(或轴件15，以下同样)的接合端部17以预先设定的温度进行预热。
首先，启动移动机构47的搬送台49，使位于非预热位置46的预热机构31移动至预热位置45(分别朝向辊身构件13与轴件14的各接合端部16、17配置的位置)。
接下来，以上述的温度对接合端部16、17预热。
由于在进行该预热时使用所述的预热机构31，因而芯件11与轴件14的各接合端部16、17的中央部的温度同其周围部相比更能够上升(例如，使中央部的温度同周围部相比在50℃以上且150℃以下的范围内上升)。由此，同各接合端部16、17的周围部相比，在芯件11与轴件14的各接合端部16、17的中央部的轴心方向的突出量也有所增大。
此外，由于预热至少对于辊身构件13的接合端部16和轴件14的接合端部17进行即可，因而也可以对于包括接合端部16在内的辊身构件13的一部分或全部，或者对于包括接合端部17在内的轴件14的一部分或全部进行。
另外，根据需要，预热也可以只对于辊身构件13的接合端部16或只对于轴件14的接合端部17进行。
此外，也可以对于芯件11与轴件14的各接合端部16、17的至少一方的端面预先机械加工，形成为中央部相对于其他部分(除了中央部以外的部分)在轴心方向上的突出量以0.1mm～数mm进行突出的大致圆弧形状、山形状、凸形状等。在此情况下，也可以使用能够大致均匀地加热接合端部的加热机构。
在此，只要预热温度(芯件11与轴件14的各接合端部16、17的中央部的温度)是可良好地进行辊身构件13与轴件14的接合的温度，则没有特别的限定，但特别优选地，在500℃以上、轴件14的熔点以下进行。
在预热温度不满500℃的情况下，由于温度过低，恐怕存在辊身构件与轴件的接合强度不能充分升高之虞。另一方面，在预热温度超过轴件的熔点的情况下，恐怕存在例如因轴件软化或金属组织变化而不能作为轴件使用之虞。
因此，预热温度为500℃以上、轴件14的熔点以下，但优选地将下限定为550℃，甚至为600℃，上限定为“轴件14的熔点-50℃”、甚至为“轴件14的熔点-100℃”。
这样，在预热结束后，启动移动机构47的搬送台49，使位于预热位置45的预热机构31移动到非预热位置46。
接下来，对摩擦焊接工序进行说明。
在该摩擦焊接工序中，轴件14与辊身构件13接合。
首先，在轴件14的轴心与通过上述的预热工序预热后的芯件11的轴心对合的状态下，通过电动机使卡盘23(轴件14、15)旋转，同时通过液压缸24将芯件11向轴件14压紧，对芯件11以及轴件14的接合端部16、17摩擦加热。
在此，只要能够实施充分的摩擦加热，则芯件11的压紧力和轴件14的旋转速度没有特别限定，但压紧力为例如10MPa以上且40MPa以下(优选地，下限值为15MPa，上限值为30MPa)左右，旋转速度为例如100rpm(次/分钟)以上且500rpm以下(优选地，下限值为150rpm，上限值为300rpm)左右。
由此，因为芯件11与轴件14从其中央部开始首先接触而摩擦加热·熔化(通过摩擦加热熔化)，接下来，接触周围部而摩擦熔化，所以芯件11与轴件14的各接合端部16、17在整个面上熔化。这样，通过从中央部开始朝向周围部逐渐地产生摩擦加热，以及熔化的金属起到譬如润滑剂的作用，使得芯件11与轴件14之间的摩擦扭矩减小，即使在接合端部16、17的直径粗的情况下，也可以使用功率小的电动机。
如上所述，在对芯件11及轴件14的接合端部16、17摩擦加热·熔化后，通过液压缸24将芯件11向轴件14强压，停止轴件14的旋转而接合(加压(upset))。即，通过对芯件11与轴件14的接合端部16、17的摩擦加热而熔化的金属彼此进行冷却·固化(冷却而固化)，芯件11与轴件14坚固地接合。
在此，如果能够充分提高芯件11与轴件14的接合强度，则摩擦加热后的芯件11向轴件14的强压没有特别的限定，但强压力高于上述的摩擦加热时的压紧力，例如，为20MPa以上且80MPa以下(优选地，下限值为30MPa、上限值为60MPa)左右。
另外，停止轴件14的旋转的时机可以在对芯件11以及轴件14的接合端部16、17进行摩擦加热时通过由该接合端部16、17的软化(熔化)而导致的变形量设定，也可以通过将芯件11向轴件14强压的强压开始的时机起的时间(例如，5秒以下)设定。
最后对精加工工序进行说明。
在该精加工工序中，对摩擦接合的压轧辊进行精加工。
首先，将摩擦接合后的压轧辊粗加工至接近于精加工状态的状态，进而进行调质处理，即规定的淬火、回火等热处理。而且，将进行了调质处理的压轧辊机械加工成与使用用途相对应的成品形状，形成压轧辊10。
此外，在所述的摩擦焊接工序之后，通过对辊身构件13与轴件14的接合部分进行机械加工而使金属面露出，优选地，对该接合部分进行圆周焊接(堆焊)。
另外，如上所述，在使辊身构件13与轴件14的接合部分的金属面露出后，对于该接合部分进行超声波检查，对辊身构件13与轴件14的接合是否良好进行检查(品质检查)。
接下来，参照图1、图5，对本发明的实施例2涉及的压轧辊的制造方法进行说明，由于本方法与所述的本发明的实施例1涉及的压轧辊的制造方法相比，除压轧辊的制造装置60的使用方法以外大致相同，因而只对不同的部分进行说明。
首先，对于准备工序进行说明。
将通过所述的实施例1涉及的压轧辊的制造方法准备的辊身构件13和轴件14、15搬送至压轧辊的制造装置60，使辊身构件13由夹具62夹紧，轴件14(轴件15也同样)由卡盘63夹紧。
而且，以辊身构件13的芯件11的轴心与轴件14的轴心一致的方式，对夹具62与卡盘63的相对位置进行调整。
接下来，对预热工序进行说明。
在该预热工序中，如所述的实施例1涉及的压轧辊的制造方法所示，通过所述的预热机构对辊身构件13的接合端部16和轴件14(或者轴件15，以下同样)的接合端部17以预先设定的温度进行预热。
接下来，对摩擦焊接工序进行说明。
首先，在使轴件14的轴心与通过上述的预热工序预热后的芯件11的轴心对合的状态下，通过压紧机构在芯件11上对轴件14进行压紧，通过电动机使卡盘63(轴件14、15)旋转，对芯件11以及轴件14的接合端部16、17进行摩擦加热。此外，轴件14的压紧力可以适用所述的实施例1涉及的压轧辊的制造方法中所示的芯件11的压紧力。
如上所述，在对芯件11以及轴件14的接合端部16、17摩擦加热后，通过压紧机构将轴件14向芯件11强压，停止轴件14的旋转而进行接合。此外，轴件14的强压力可以适用所述的实施例1涉及的压轧辊的制造方法中所示的芯件11的强压力。
最后，对精加工工序进行说明。
通过所述的实施例1涉及的压轧辊的制造方法中所示的方法对摩擦接合后的压轧辊进行精加工，形成压轧辊10。此外，在所述的摩擦焊接工序之后，通过机械加工使辊身构件13与轴件14的接合部分露出金属面，优选地，对该接合部分进行圆周焊接(堆焊)，另外，使接合部分的金属面露出后，对于该接合部分进行超声波检查，优选地，对辊身构件13与轴件14的接合是否良好进行检查(品质检查)。
接下来，参照图6(A)～(C)、图7，对在预热工序中使用的预热机构的其他的例子进行说明。在该预热机构中，具有公知的结构的机械臂(优选地，使用6轴多关节机器人)65、安装于机械臂65的臂部66的前部的燃烧器67。机械臂65具有未图示的控制部，按照输入控制部的程序决定燃烧器67的方向及移动轨迹，能够在任意的位置朝向任意的方向配置燃烧器67。此外，燃烧器67形成有水冷结构，使燃烧器67不会被自身产生的热加热。机械臂65的臂部66也可以根据需要进行水冷。
因此，操作机械臂65，通常将燃烧器67预先配置在待机位置，在预热辊身构件13的接合端部16(18也同样)以及轴件14(15也同样)的接合端部17(19也同样)的情况下，在辊身构件13的接合端部16与轴件14的接合端部17之间设置充分的间隙，在该间隙之间的中央位置配置燃烧器67。向燃烧器67输送可燃气体(例如，LPG、LNG)和氧气(或者空气)，进行点火。此外，69表示的是水冷套。
接下来，操作机械臂65，使燃烧器67朝向接合端部16，燃烧器67的火焰螺旋状地对接合端部16加热。在对该接合端部16的加热结束后，使燃烧器67旋转180度，螺旋状地对接合端部17加热。此外，燃烧器67的螺旋运动既可以如图6(B)所示以从A向B(即，从外周向中心侧)的方式移动，也可以如图6(B)所示以从B向A的方式螺旋移动。
此外，也可以如图6(C)的D→C，或者C→D所示，在不同的直径的圆上移动。
另外，如果使用一个燃烧器67，则需要使燃烧器67的火焰喷出方向在短时间之内从一方的接合端部16向另一方的接合端部17变化，因此如图7所示，背向(相差180度的角度)设置构成燃烧器的第一、第二燃烧器71、72，能够从双方的第一、第二燃烧器71、72发出火焰，同时对接合端部16、17双方加热。
在此，在接合端部16、17的直径不同的情况下，优选地，设置有双方的第一、第二燃烧器71、72的阀73、74。在第二燃烧器72对于小径的接合端部17一部分不使用的情况下，能够通过关闭阀74不对其加热。此外，该第一、第二燃烧器71、72设置于未图示的机械臂的臂部的前端。
通过使用以上所示的本发明的压轧辊的制造方法，能够短工期地廉价制造同以往相比的长寿命化的压轧辊。
以上参照实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施例中记载的结构，也包括了权利要求书中记载的事项的范围内的其他的实施例、变形例。例如，将所述的各自的实施例、变形例的一部分或者全部结合而构成本发明的压轧辊的制造方法和压轧辊以及压轧辊的制造装置的情况也包括在本发明的权利要求之内。
产业上的利用可能性
本发明涉及的压轧辊的制造方法和压轧辊以及压轧辊的制造装置通过预热工序和摩擦焊接工序对辊身构件与轴件进行接合，能够节约材料费，是同以往相比更简单的方法，能够制造精度更高的压轧辊。
附图标记说明
10：压轧辊、11：芯件、12：补焊堆积层、13：辊身构件、14、15：轴件、16～19：接合端部、20：压轧辊的制造装置、21：底座、22：夹具、23：卡盘(第二夹紧机构)、24：液压缸(压紧机构)、25、26：支承台、27：振动防止机构、28：工作台、29：第一夹紧机构、30：连结杆、31：预热机构、32：燃烧器、33：水冷机构、34、35：水冷套、36：安装台、37、38：配管、39、40：耐热板(耐热构件)、41：开口部、42：气体供给管、43、44：气体供给室、45：预热位置、46：非预热位置、47：移动机构、48：导轨、49：搬送台、50：气体供给用管、51：台车、52：导辊、53：地板面、60：压轧辊的制造装置、61：底座、62：夹具(第一夹紧机构)、63：卡盘(第二夹紧机构)、65：机械臂、66：臂部、67：燃烧器、69：水冷套、71、72：燃烧器、73、74：阀。

Claims (17)

1.一种压轧辊的制造方法，该压轧辊具有：辊身构件，所述辊身构件在由铬钼钢或碳素钢制成的圆柱状的芯件的外周上形成有硬质的补焊堆积层；轴件，所述轴件由铬钼钢制成，分别设置在所述芯件的轴方向两侧，其特征在于，
所述轴件的接合端部的直径小于所述芯件的直径，
所述压轧辊的制造方法具有：
预热工序，在该预热工序中，至少对所述辊身构件及所述轴件的任意一方或者双方的接合端部以预先设定的温度进行预热；以及
摩擦焊接工序，在该摩擦焊接工序中，在所述轴件的轴心与所述芯件的轴心对合的状态下，将所述轴件向所述芯件压紧，同时使其旋转，从而对所述芯件及所述轴件的接合端部进行摩擦加热，在此之后将所述轴件向所述芯件强压而接合。
2.如权利要求1所述的压轧辊的制造方法，其特征在于，所述轴件的接合端部的直径为所述芯件的直径的0.86倍以上、0.96倍以下。
3.如权利要求1或2所述的压轧辊的制造方法，其特征在于，所述芯件从所述辊身构件的端部突出。
4.如权利要求1～3中任一项所述的压轧辊的制造方法，其特征在于，在所述摩擦焊接工序后，通过对所述辊身构件与所述轴件的接合部分进行机械加工而使金属面露出，对所述接合部分进行圆周焊接。
5.如权利要求1～4中任一项所述的压轧辊的制造方法，其特征在于，在所述预热工序中，所述接合端部的预热温度为500℃以上、所述轴件的熔点以下。
6.如权利要求1～5中任一项所述的压轧辊的制造方法，其特征在于，所述辊身构件使用已使用辊，所述已使用辊在其外周形成有新的所述补焊堆积层。
7.如权利要求6所述的压轧辊的制造方法，其特征在于，在退火后，通过机械加工将所述已使用辊的外周的补焊堆积层的一部分或全部除去。
8.如权利要求1～5中任一项所述的压轧辊的制造方法，其特征在于，所述轴件使用从已使用辊切断分离的轴件。
9.一种压轧辊，其特征在于，该压轧辊通过如权利要求1～8中任一项所述的压轧辊的制造方法制造。
10.一种压轧辊的制造装置，该压轧辊的制造装置使用于如权利要求1～8中任一项所述的压轧辊的制造方法中，其特征在于，该制造装置具有：
第一夹紧机构，所述第一夹紧机构水平或垂直地夹紧所述辊身构件；
第二夹紧机构，所述第二夹紧机构使所述轴件与所述辊身构件的轴心对合而夹紧；
旋转机构，所述旋转机构设置于所述第二夹紧机构，使所述轴件以其轴心为中心旋转；
压紧机构，所述压紧机构设置于所述第一夹紧机构或所述第二夹紧机构，使所述芯件与所述轴件的接合面彼此对接，在轴方向上压紧所述芯件与所述轴件；以及
预热机构，所述预热机构对所述辊身构件及所述轴件的双方的接合端部进行预热。
11.如权利要求10所述的压轧辊的制造装置，其特征在于，所述预热机构具有多个燃烧器，多个所述燃烧器分别朝向有间隔地相对配置的所述辊身构件和所述轴件的各接合端部配置。
12.如权利要求11所述的压轧辊的制造装置，其特征在于，朝向所述接合端部配置的多个所述燃烧器在所述接合端部的中央部比周围部更加密集地配置。
13.如权利要求11或12所述的压轧辊的制造装置，其特征在于，在多个所述燃烧器的火焰喷出口侧设置有耐热构件。
14.如权利要求11～13中任一项所述的压轧辊的制造装置，其特征在于，在多个所述燃烧器中设置有水冷机构。
15.如权利要求10～14中任一项所述的压轧辊的制造装置，其特征在于，所述预热机构设置于移动机构，所述移动机构能够在对所述辊身构件与所述轴件的接合端部进行预热的预热位置与位于该预热位置的侧方的非预热位置之间移动。
16.如权利要求10所述的压轧辊的制造装置，其特征在于，所述预热机构具有：燃烧器，该燃烧器同时或依次对所述辊身构件及所述轴件的接合端部进行加热；以及机械臂，在该机械臂的前部安装有所述燃烧器，通过所述机械臂决定所述燃烧器的方向及移动轨迹。
17.如权利要求16所述的压轧辊的制造装置，其特征在于，所述燃烧器具有对所述辊身构件的接合端部进行预热的第一燃烧器，以及对所述轴件的接合端部进行预热的第二燃烧器。
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