Utveckling av tillverkningsunderlag till laboratorievalspar

Sammanfattning

Varmvalsning är en av stålindustrins vanligaste plastiska bearbetningsmetoder. Högskolan i Gävle vill därför utöka sin utbildnings- och utvecklingsverksamhet från att behandla strängpressning av aluminiumlegeringar och skärande bearbetning till att även omfatta varmvalsning av stållegeringar. För att möjliggöra denna verksamhetsutökning har detta arbete som målsättning att ta fram ett fullständigt tillverkningsunderlag samt monteringsanvisningar till ett laboratorievalspar med drivning, med avgränsning till den mekaniska konstruktionen. Arbetet utgår från en förutbestämd spårvals med sju spår och valsdiametern 120 mm, samt givna data över vardera sticken. Utifrån detta har mekaniska komponenter, rullager och drivlina dimensionerats, samtidigt som ett mätsystem för valskraft och vridmoment har föreslagits. Även det fysiska avtrycket samt ström- och effektbehovet för valsverket har beräknats och angivits. Konstruktionsarbetet genomfördes genom CAD-modellering och valsens hållfasthet med avseende på utböjning, spänning och spänningskoncentrationer verifierades genom statiska analyser med finita elementmetoden (FEM). Detta utfördes för varje stick baserat på de givna data. För att säkerställa hög hårdhet som krävs för valsning valdes bainithärdat segjärn som valsmaterial. Val av lager baserades på axeltapps-diametern, tillgängligt utrymme, reaktionskrafter och utböjning. FEM-analyserna påvisade en maximal utböjning på 0,043 mm under stick 4 och en högsta von Mises-spänning på 174 MPa, vilket ligger inom gränsen för materialets tillåtna spänningsgräns på 320 MPa under stick 7. Valstapparna dimensionerades till 65 mm och försågs med koniska rullager. I stället för en traditionell och utrymmeskrävande fördelningsväxel utformades ett ”twin-drive” drivsystem med två separata, frekvensstyrda växelmotorer kopplade via vidvinkelkardanaxlar. Denna konfiguration minskar den mekaniska komplexiteten, sparar utrymme och möjliggör dessutom direkt momentövervakning via frekvensomriktare. Det resulterande tillverkningsunderlaget avser ett stollöst valspar med drivning, med de totala dimensionerna 2300 × 500 mm. Konstruktionen medger även axiell justering av den övre valsen och integrerar en spelningsmekanism för justering av valsspelet, där piezoelektriska lastceller kan mäta krafter upp till 60 kN på vardera sida. Den framtagna konstruktionen uppfyller ställda krav vilket ger goda förutsättningar för tillförlitlig laborativ verksamhet inom plastisk bearbetning. Fortsatt arbete rekommenderas gällande konstruktion av fundament, elektrisk utrustning samt säkerhetssystem inför framtida tillverkning och drift