鑄軋輥磨削的缺陷分析和預(yù)防 2

1、鑄軋輥磨削的缺陷分析和解決方法 杜永生摘要：分析了鑄軋輥磨削過(guò)程中產(chǎn)生的輥型缺陷和表面振動(dòng)紋，切削痕，螺旋紋的缺陷產(chǎn)生的原因和危害性，并介紹了缺陷的控制方法。關(guān)鍵詞：鑄軋輥，砂輪，凸度、振動(dòng)紋、切削痕、螺旋紋一 前言 高質(zhì)量的鋁鑄軋板帶的生產(chǎn), 在很大程度上依賴于高磨削質(zhì)量的鑄軋輥,因此在軋輥磨削過(guò)程中準(zhǔn)確診斷和分析已發(fā)現(xiàn)的磨削缺陷 , 找出產(chǎn)生的原因, 及時(shí)采取正確而經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)消除和預(yù)防, 是提高鑄軋板質(zhì)量的有效途徑。本文以我公司在鑄軋輥磨削過(guò)程中產(chǎn)生的主要缺陷為例，分析其產(chǎn)生的原因并提出相應(yīng)的解決辦法。我公司現(xiàn)使用的鑄軋磨床是國(guó)內(nèi)險(xiǎn)峰機(jī)床廠生產(chǎn)的M84100B軋輥磨床。鑄軋輥的磨削技術(shù)要

2、求是：1鑄軋輥表面不允許有明顯刀花，切削痕，振動(dòng)紋等。2鑄軋輥的中凸度（直徑）允許的誤差值為0.01mm。3. 鑄軋輥的中高對(duì)稱度（半徑）應(yīng)小于0.006mm。4. 輥面徑向跳動(dòng)<=0.001mm。鑄軋輥的主要缺陷概括為兩大類，輥型缺陷和軋輥表面缺陷。其中輥型缺陷直接影響到鑄軋板的板形，造成板形縱向厚差，橫向厚差超標(biāo)以及中凸度超標(biāo)或不夠，是鑄軋生產(chǎn)中最經(jīng)常碰到的質(zhì)量問(wèn)題。鑄軋輥的表面缺陷除了影響鑄軋板的表面質(zhì)量外還影響到鑄軋輥的使用壽命，增加鑄軋的生產(chǎn)成本。二 鑄軋輥磨削的主要輥型缺陷分析及解決方法2.1輥型缺陷輥型是指輥身中部和輥身邊部的直徑差值的分布規(guī)律，為了補(bǔ)償軋制時(shí)由于軋制力引起

3、的軋輥壓扁產(chǎn)生彎曲而獲得斷面平直的鑄軋板帶，鑄軋輥一般設(shè)計(jì)有一定的凸度，通常鑄軋輥的輥型為拋物線或正弦曲線凸輥，如圖1 所示, 軋輥凸度值的大小是以輥面中心處的直徑與輥面邊部直徑的差值來(lái)表示的,Cr=D - D0 或Cr = 2·t , 式中Cr 為軋輥凸度, D 為軋輥中心處直徑, D0 為輥面邊部直徑。圖1 軋輥凸度示意圖在實(shí)際的磨削過(guò)程中軋輥的凸度缺陷主要有三種（1） 凸度不對(duì)稱輥號(hào)輥徑 中高對(duì)稱度（mm）31775.7mm0 0.0480.1500.1590.16800.0470.1600.170圖1 正常軋輥曲線和不對(duì)稱軋輥曲線比較圖如上圖所示，軋輥兩個(gè)對(duì)稱點(diǎn)數(shù)值偏差大，在

4、實(shí)際生產(chǎn)中，會(huì)造成鑄軋板兩邊厚度差。主要原因是計(jì)算輥輪位置或調(diào)整輥輪在標(biāo)尺上的位置不正確或未按要求找出軋輥中心所致。防止措施:除了認(rèn)真核對(duì)計(jì)算輥輪位置和準(zhǔn)確調(diào)節(jié)輥輪在標(biāo)尺上的位置外, 每次輥輪位置的變化均要調(diào)整模板來(lái)找正軋輥中心后方可開(kāi)始磨削。（2）凸度超差凸度偏差的原因除了床身精度超標(biāo)外, 主要與成型機(jī)構(gòu)的間隙消除機(jī)構(gòu)調(diào)整不合適有關(guān), 另外對(duì)用頂尖支承軋輥的磨床, 還可能是由于頂尖與中心孔接觸不良引起，另外，砂輪硬度太軟也是造成凸度超差的重要因素，解決方法:對(duì)床身精度原因引起的要對(duì)床身進(jìn)行必要的調(diào)整、校正, 以恢復(fù)其精度; 成型機(jī)構(gòu)引起的, 必須對(duì)成型機(jī)構(gòu)的間隙消除機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,同時(shí)由于標(biāo)尺

5、轉(zhuǎn)動(dòng)的角度極小, 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)非常精密, 對(duì)此必須潤(rùn)滑良好, 調(diào)整時(shí)不得隨意拆卸。做到以上幾點(diǎn)，再選擇合適硬度的砂輪就能解決該問(wèn)題。（3） 凸度曲線失真如圖2所示，所磨削的軋輥中高是0.16mm正常的磨削曲線和失真的磨削曲線的對(duì)比圖，正常的磨削曲線是成正弦曲線緩慢上升的，而失真的曲線是邊部急劇上升，到了軋輥中間幾乎成一條直線。輥號(hào)輥徑 中高對(duì)稱度（mm）31775.7mm0 0.0500.1030.1400.16000.0470.1000.142 表1 正常鑄軋輥曲線中高值輥號(hào)輥徑 中高對(duì)稱度（mm）31775.7mm0 0.100.1420.1500.16000.100.1380.152表2

6、 失真的軋輥曲線中高值 圖2 正常軋輥曲線和失真曲線的對(duì)比原因分析，主要是M84100軋輥磨床進(jìn)給系統(tǒng)沒(méi)有微量補(bǔ)償，在實(shí)際磨削過(guò)程中，砂輪選擇太軟，砂輪脫粒太快，到了軋輥中間砂輪切入輥面的深度已經(jīng)大大降低，造成中高曲線失真。 解決方法，選擇合理的砂輪硬度和合理的精磨工藝參數(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中，我們選擇了L60B的砂輪，精磨中高時(shí)，降低拖板速度，控制在每分鐘20mm，降低砂輪的進(jìn)給量，每個(gè)行程進(jìn)0.005mm,此時(shí)磨削出的軋輥中高值最接近理論中高曲線，而且對(duì)軋輥表面質(zhì)量的控制良好。三 鑄軋輥磨削的主要表面質(zhì)量缺陷分析和解決方法鑄軋輥磨削表面質(zhì)量缺陷主要有以下三種3.1振動(dòng)紋軋輥表面的振紋缺陷是指零件

7、表面具有各種不同形狀的、深淺不一的花紋。外圓磨削常出現(xiàn)振紋, 如圖3所示。圖3 振動(dòng)紋缺陷3.1.1 振動(dòng)紋產(chǎn)生的原因(1) 強(qiáng)迫振動(dòng)。引起強(qiáng)迫振動(dòng)的主要原因是砂輪不平衡; 其次是砂輪傳動(dòng)電機(jī)不平衡; 傳動(dòng)皮帶厚薄或皮帶長(zhǎng)短不一致等。強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的多角形深度較深, 波距比較寬。(2) 自激振動(dòng)。在磨削過(guò)程中, 砂輪對(duì)工件進(jìn)行摩擦引起工件的振動(dòng), 使工件表面出現(xiàn)振紋。工件頂尖系統(tǒng)的剛性愈差, 振動(dòng)的振幅就愈大,產(chǎn)生的多角形也就愈深。工件轉(zhuǎn)速提高, 砂輪變鈍, 砂輪與工件材料匹配不當(dāng), 都容易引起自激振動(dòng), 使工件產(chǎn)生波紋。3.1.2 振動(dòng)紋的解決方法 (1)砂輪需經(jīng)過(guò)靜平衡。要求砂輪在平衡架平衡

8、時(shí), 8 個(gè)方位都能停留得??；(2）砂輪和工件采用較低的轉(zhuǎn)速和工作臺(tái)速度, 橫向進(jìn)給量應(yīng)選得小一些;(3) 選擇合適的砂輪, 要注意砂輪硬度是否均勻；(4)要調(diào)整好砂輪皮帶的長(zhǎng)短，使其長(zhǎng)短一致，減少皮帶的振動(dòng)。3.2 表面切削痕切削痕是指工件表面出現(xiàn)的一些比工件光滑表面的溝紋要深一些寬一些的痕跡。也稱“拉毛”或“劃傷”。這種劃痕常沿砂輪與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向很有規(guī)律地排列著, 也有突然出現(xiàn)1 個(gè)、2 個(gè)的劃痕, 也有密密麻麻分布的劃痕, 如圖4所示。圖4 切削痕 對(duì)于鑄軋輥來(lái)說(shuō)，表面切削痕對(duì)于鑄軋板的表面質(zhì)量影響不大，但對(duì)于鑄軋輥的使用壽命影響很大 ，它是軋輥產(chǎn)生裂紋的根源，軋輥的裂紋總是從切削痕

9、的根部向下延伸，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并完全消除掉，會(huì)影響裂紋擴(kuò)展過(guò)早出現(xiàn)疲勞裂紋，縮短軋輥的使用壽命。3.2.1 切削痕產(chǎn)生的原因及控制方法要分析切削痕產(chǎn)生的基本原因，我們先了解一下砂輪的磨削過(guò)程：磨削過(guò)程，實(shí)際上就是砂輪圓周表面上有大量的、排列很不整齊的、分布不規(guī)則的尖銳多棱的磨粒的切削過(guò)程。 磨粒的切削過(guò)程可分3個(gè)階段(1) 滑擦階段：磨粒開(kāi)始擠入工件，滑擦而過(guò)，工件表面產(chǎn)生彈性變形而無(wú)切屑。 (2) 耕犁階段：磨粒擠入深度加大，工件產(chǎn)生塑性變形，耕犁成溝槽，磨粒兩側(cè))和前端堆高隆起； (3) 切削階段：切入深度繼續(xù)增大，溫度達(dá)到或超過(guò)工件材料的臨界溫度，部分工件材料明顯地沿剪切面滑移而形成磨

10、屑。 在磨削過(guò)程中，由于磨粒的形狀及其在砂輪中的位置很不規(guī)則，因而各個(gè)磨粒切削金屬的過(guò)程也是不相同的。在砂輪圓周表面突出高度較高的和棱角比較鋒利的磨粒，切入工件表面較深，能切下一定厚度的金屬，起切削作用；突出高度較小或較鈍或位置不利于切削的磨粒，切入深度又淺，切不下金屬，只能在工件表面起刻劃作用而擠壓出細(xì)微的凹槽；更鈍的、隱附在其他磨粒下面的磨粒，只能稍微擦著工件表面起摩擦拋光作用。由此可見(jiàn)，磨削過(guò)程是包含切削、刻劃和摩擦拋光作用的綜合而復(fù)雜的過(guò)程。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)因磨削條件、工件材料性能不同及零件加工要求的不同而各有主次，如粗磨時(shí)以切削作用為主；較細(xì)粗糙度磨削時(shí)以摩擦拋光作用為主。而我們

11、所說(shuō)的切削痕就是這些磨削后軋輥表面上出現(xiàn)的溝狀條紋，主要是磨粒在起切削和刻劃作用的情況下產(chǎn)生的。其原因歸為以下幾點(diǎn)。1. 軋輥表面不干凈：磨削前軋輥表面粘結(jié)有砂粒、粘鋁等異物，磨削過(guò)程中異物從輥面脫落并嵌入砂輪表面，磨削時(shí)就對(duì)軋輥表面造成劃傷。2. 砂輪表面不干凈：這是由于更換砂輪前，有大顆粒異物壓入砂輪較深，修整砂輪時(shí)修整量不夠，導(dǎo)致異物未能完全去除；還有一個(gè)原因就是砂輪修整時(shí)，未用切削液沖洗，造成脫落的磨粒附著在砂輪表面，磨削時(shí)就對(duì)軋輥表面造成劃傷。3. 砂輪硬度，粒度選擇不當(dāng)砂輪的硬度是指砂輪表面的磨粒在磨削力的作用下脫落的難易程度。砂輪軟，就是磨粒粘結(jié)的不牢，在磨削過(guò)程中容易整顆脫落，

12、如果沒(méi)有及時(shí)被切削液沖走而是附著在砂輪表面上，這就容易造成輥面劃傷。砂輪硬，又容易出現(xiàn)前面的振動(dòng)紋問(wèn)題。砂輪是由許多極硬的顆粒經(jīng)過(guò)結(jié)砂合劑粘結(jié)而成的并具有一定幾何形狀的多孔切削刀具。砂輪表面上多棱多角的堅(jiān)硬顆粒稱為磨粒，而磨料顆粒的大小稱為粒度，通常用粒度號(hào)表示。 砂輪粒度越細(xì)，參加磨削過(guò)程的磨粒數(shù)越多，磨削厚度就越薄，有利于改善切削痕狀況。砂輪粒度太細(xì)，又容易堵塞，產(chǎn)生振動(dòng)紋，我們?cè)趯?shí)際使用過(guò)程中，選擇了3種砂輪進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)下表。表3 實(shí)驗(yàn)效果比較砂輪試 驗(yàn) 效 果100KB切削痕有較大改善，但磨削效率不高80KB切削痕良好，刀花明顯、容易出振紋。60LB切削痕良好，振動(dòng)紋不明顯，磨削效

13、率高通過(guò)實(shí)際磨削試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，選用粒度號(hào)大的砂輪是減輕第一類切削痕最簡(jiǎn)單的方法，而且效果最明顯；降低軋輥轉(zhuǎn)速和提高砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)減輕切削痕也具有一定效果，但是卻容易產(chǎn)生其它磨削缺陷，因此只能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在實(shí)際軋輥磨削過(guò)程中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況（比如根據(jù)粗糙度控制、磨削效率以及其他磨削缺陷控制等綜合因素）來(lái)選擇砂輪粒度，我們?cè)谧罱K選擇了60LB型號(hào)砂輪，切削痕已經(jīng)能夠達(dá)到工藝技術(shù)要求，而且軋輥表面質(zhì)量較好，磨削效率較高。4.砂輪堵塞鈍化：磨屑在磨削區(qū)內(nèi)被加熱到很高的溫度(如中碳鋼材料可達(dá)到1200K以上)，然后被氧化和熔化，隨后固化成微粒球體，這些磨屑有不少部分將會(huì)填充到砂輪氣孔中或依附在磨料的四周，從

14、而引起砂輪的堵塞鈍化。那些融化粘結(jié)在砂輪磨粒表面上的磨屑，再次參與磨削時(shí)，將會(huì)造成輥面劃傷。5.切削液：在軋輥磨削過(guò)程中，會(huì)經(jīng)常碰到由于切削液的問(wèn)題，產(chǎn)生許多磨削缺陷，造成軋輥磨削質(zhì)量的下降，尤其是切削痕問(wèn)題。我們鑄軋磨床使用的是嘉實(shí)多9930C水溶性切削油、濃度為5.0%左右，在這里重點(diǎn)分析一下切削液的功能與可能產(chǎn)生的問(wèn)題。(1) 冷卻作用：磨削加工中，由于工件材料變形的內(nèi)摩擦與砂輪和工件表面間的外摩擦，將產(chǎn)生大量的磨削熱，磨削區(qū)域內(nèi)溫度會(huì)達(dá)10001500。因此，需要將切削液送入到磨粒與軋輥表面之間，以降低磨削溫度，防止軋輥表面燒傷，以及可以減輕砂輪堵塞鈍化的產(chǎn)生（如上原因4）。(2) 潤(rùn)

15、滑作用：切削液中含有極壓添加劑，這些添加劑與軋輥表面接觸后能迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成化合物粘附在軋輥表面上，形成潤(rùn)滑膜，從而能減少磨粒與軋輥表面之間的摩擦，減輕磨屑粘結(jié)磨粒，造成砂輪鈍化的現(xiàn)象，也有利于提高砂輪的使用壽命及降低軋輥表面粗糙度。(3) 清洗作用： 切削液可以將磨屑及碎裂而脫落的磨粒沖掉，以免軋輥磨削表面被劃傷。如果切削液本身就含有許多較大的顆粒物（如磨屑、砂粒等），這些異物就會(huì)進(jìn)入磨削區(qū)，造成輥面劃傷，因此切削液使用后一般都要經(jīng)過(guò)過(guò)濾才能循環(huán)使用,M84100軋輥磨床切削液是經(jīng)過(guò)磁性過(guò)濾、紙質(zhì)分離過(guò)濾和靜置隔離過(guò)濾后進(jìn)入使用水箱備用。由于原先過(guò)濾裝置存在許多缺陷，使用后的切削液經(jīng)常

16、從紙質(zhì)分離過(guò)濾槽中溢出直接進(jìn)入使用水箱，因此切削液中含有大量的磨屑、砂粒的大顆粒，造成軋輥表面被劃傷。后來(lái)通過(guò)過(guò)濾器水箱改造后，改善了切削液的過(guò)濾效果，現(xiàn)在已基本解決了此類切削痕問(wèn)題。(4) 防銹作用：切削液中加有的防銹添加劑能夠在金屬表面上形成保護(hù)膜，使軋輥與磨床床身表面免受氧化作用，起防銹作用。3.3螺旋紋螺旋形是軋輥在磨削時(shí)表面上存在的像螺紋一樣的螺旋線痕跡,且螺旋線的導(dǎo)程及螺旋線的粗細(xì)在不同的條件下都有所不同, 如圖5 所示。圖5 螺旋型缺陷鑄軋輥螺旋形缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施:(1) 砂輪在粗修整時(shí)母線修得不平, 精修時(shí)由于修整量少, 而校正不過(guò)來(lái)。磨削時(shí)砂輪同工件部分接觸, 常常使

17、砂輪的一個(gè)棱邊接觸工件, 使工件表面出現(xiàn)螺旋形;(2) 修整砂輪時(shí)沒(méi)有用冷卻液或冷卻液只沖著砂輪的一部分。沒(méi)有沖到的部分在修整時(shí), 金剛石會(huì)受熱膨脹, 而造成砂輪的母線不直。因此,在修整砂輪時(shí), 應(yīng)有充分的冷卻液, 而且噴嘴位置和冷卻液要對(duì)準(zhǔn)砂輪的整個(gè)寬度上;(3) 工作臺(tái)潤(rùn)滑油壓力過(guò)高, 使臺(tái)面運(yùn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定性差, 有漂浮現(xiàn)象,從而在磨削時(shí)產(chǎn)生單邊接觸, 而使工件出現(xiàn)螺旋形。在這種情況下, 應(yīng)注意減少磨削用量;(4) 由于頭、尾架系統(tǒng)剛性不一致, 當(dāng)在磨削力基本不變的條件下,系統(tǒng)剛性差的變形大, 使砂輪與工件接觸不良而引起螺旋線, 在這種情況下,應(yīng)注意用減少磨削用量來(lái)解決;(5) 磨削時(shí), 由于砂輪