压榨辊制造过程中开裂原因初探

　　榨辊是压榨机上的主要部件,要求具有较高的强度和优异的耐磨性能。为了达到较好的综合性能,常常采用热卡法(红套)将抗磨铸铁制成的榨辊壳紧紧地套在钢轴上,形成一个复合体。榨辊在制造使用过程中,时有发生榨辊壳开裂的情况。分析原因,有以下几种:

　　(1)榨辊壳的材质强度较低,这与材料的化学元素,金相组织有关。

　　(2)铸造质量有缺陷。如铸件内部存在气孔,细小裂缝等。在内应力作用下,气孔、细小裂缝不断扩大,最终造成榨辊壳开裂。

　　(3)在红套过程中,榨辊壳的加热温度过高,造成晶粒粗大,降低了机械强度。

　　(4)设计时,榨辊壳与钢轴间过盈量取值过大,造成内应力过大。

　　(5)榨辊壳较长,在机械加工过程中,切削内孔时容易产生误差。如果超出允许范围,则会在榨辊壳内部产生额外的内应力,产生不良影响。

　　从上述分析中可知,造成榨辊壳开裂的主要原因是:在制造辊轴时,由于采用红套工艺,使榨辊壳收缩受阻,产生了内应力,当内应力大于材料的抗拉强度时,就会出现开裂现象。所以本文就红套工艺对榨辊壳产生的内应力进行深入分析。由于榨辊壳壳壁较厚,可以视为厚壁管。

　　1　厚壁管在内压力作用下产生的径向位移

　　见附图。厚壁管的形状和所承受的外力都对称于中心轴。它属于典型的轴对称问题,我们可以用弹性力学的方法,得径向位移表达式

　　式中:E———材料的弹性模量Pa;ν———泊松比;a———内孔半径mm;b———厚壁管外径mm;Pa———作用于内孔壁的压力Pa;μa———径向位移mm.

　　2　红套后厚壁管对轴产生的压力

　　采用红套工艺的壁管和轴,其管内径比轴径略小。根据热胀冷缩的原理,将轴放入加热膨胀后的厚壁管内,待冷却后,厚壁管即紧紧地套在轴上,厚壁管对轴产生了很大的抱紧力(压力)。如果轴是实心的,并具有足够的强度和硬度,则轴不产生径向位移。根据作用力等于反作用力的原理,这时的抱紧力也是对厚壁管内孔的压力,大小相等,方向相反。

　　轴径与孔径之间的过盈量,可以视为厚壁管在这个压力作用下的径向位移。

　　当厚壁管孔径、轴径及过盈量确定后,即可用公式(2)计算出红套后厚壁管内壁受到的压力大小。

　　例1　一个榨辊壳的外径为700mm,内径为30 mm,其与钢辊轴的过盈量为0.3 mm。榨辊壳采用耐磨铸铁,求红套后榨辊壳受到的内压力。

    解:查表,耐磨铸铁的

　　3　红套后厚壁管产生的内应力