冷軋軋輥磨削輥型及表面缺陷分析

田 洪

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司高精板帶事業(yè)部，重慶 九龍坡 401326）

0 前言

軋輥是鋁軋機(jī)的貴重消耗性工具，其磨削精度和磨削效率直接影響鋁板帶的軋制質(zhì)量和生產(chǎn)效率。軋輥在鋁板帶軋制的過(guò)程受高溫高壓等惡劣環(huán)境影響，易發(fā)生高溫氧化和機(jī)械磨損。其通常表現(xiàn)為軋輥表面幾何精度磨損、表面疲勞、裂紋、劃傷和印痕等缺陷。所以需要周期性的對(duì)軋輥工作面進(jìn)行磨削修復(fù)。

軋輥在磨削修復(fù)的過(guò)程中有兩類(lèi)影響軋輥使用的問(wèn)題需要注意：一是輥型控制，即根據(jù)軋制工藝要求對(duì)軋輥提出的工藝要求，如凸度、錐度、圓度、表面粗糙度等；二是表面缺陷，主要有色差、振紋、劃道、螺旋紋、織布紋和軟點(diǎn)等可見(jiàn)缺陷。

1 輥型控制

1.1 凸度

軋輥凸度通常有兩個(gè)方面需要精確控制，否則影響使用：一是凸度對(duì)稱性差，二是中高超差。

凸度對(duì)稱性差。凸度對(duì)稱性差的原因除了床身導(dǎo)軌精度超標(biāo)外，主要原因是未按要求找出軋輥中心所致。防止措施：對(duì)床身精度原因引起的應(yīng)對(duì)床身導(dǎo)軌進(jìn)行必要的調(diào)整、校正，以恢復(fù)其精度；由中心所致，認(rèn)真核對(duì)軋輥中心位置、砂輪起刀位置和砂輪走刀結(jié)束位置，核對(duì)軋輥工作面的中心和砂輪起刀到結(jié)束的中心是否完全重合。

中高超差。凸度超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)。防止措施：對(duì)床身精度原因引起的應(yīng)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。

1.2 錐度

軋輥對(duì)錐度的要求是非常嚴(yán)格的，我廠冷軋工作輥輥徑為450mm，錐度要求為0.01mm。導(dǎo)致錐度超差的原因除了床身精度超標(biāo)外，主要原因是磨削前軋輥中心線和床頭中心線同軸性差。其次是磨削過(guò)程左右托架有一側(cè)的潤(rùn)滑不夠出現(xiàn)明顯發(fā)熱，導(dǎo)致軋輥中心線偏移。防止措施：磨削前認(rèn)真校正軋輥中心。我廠HERKULES 的WS450磨床帶自動(dòng)測(cè)量裝置，軋輥中心線與基準(zhǔn)的同軸度可達(dá)0.001mm。對(duì)于沒(méi)有自動(dòng)測(cè)量的磨床，使用千分表也應(yīng)將軋輥的中心線與基準(zhǔn)的誤差控制在0.005mm。認(rèn)真做好托瓦清潔防止異物掉落，選擇適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油保證足夠潤(rùn)滑，防止輥頸發(fā)熱。

1.3 圓度

軋輥磨后都存在一定的圓度偏差，我廠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要將軋輥工作面圓度偏差控制在0.01mm，同時(shí)將軋輥輥頸的圓度偏差控制在0.005mm。實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，即使輥頸處的圓度小于0.005mm，磨后輥身的圓度也是控制值的2～3倍。

首先，分析磨不圓的根源，在轉(zhuǎn)動(dòng)軋輥時(shí)我們對(duì)磨床支撐軋輥的托架各主要部位用百分表來(lái)測(cè)量, 觀察軋輥振動(dòng)的來(lái)源（見(jiàn)圖1），分別測(cè)量A、B、C、D、E處的振擺。這些點(diǎn)振擺過(guò)大都將使軋輥磨不圓。若某點(diǎn)振擺過(guò)大，對(duì)相應(yīng)部位做適宜的調(diào)整，減小振擺。其次，磨床頭架驅(qū)動(dòng)力偶不平穩(wěn)也是引起軋輥振動(dòng)的重要因素。

圖1 軋輥傳動(dòng)及振擺測(cè)量點(diǎn)位置示意圖

軋輥的輥頸圓度是軋輥磨削時(shí)的基準(zhǔn), 該圓度會(huì)直接影響軋輥磨削后的圓度。而左右托架的剛度和它們與軋輥輥頸的接觸精度也將直接影響軋輥的磨削圓度。磨床頭架驅(qū)動(dòng)軋輥時(shí)工裝與磨床花盤(pán)夾頭點(diǎn)接觸, 兩頭墊多片碟形彈簧緩沖驅(qū)動(dòng)扭力。因此必然產(chǎn)生一對(duì)驅(qū)動(dòng)作用力偶, 向左的力偶基本由側(cè)瓦抵擋, 而向右的力偶只有底瓦來(lái)抵擋。因此, 驅(qū)動(dòng)力偶會(huì)使軋輥每旋轉(zhuǎn)一周作兩次向右的振擺，以致E處振擺是最高點(diǎn), 直接造成軋輥磨后圓度偏差超標(biāo)。另外，托架鎖緊螺栓松動(dòng)，托架與導(dǎo)軌面接觸差存在間隙同樣會(huì)引起軋輥振動(dòng)。再有，托瓦絲桿的間隙過(guò)大、瓦面與輥頸的弧面接觸差一樣會(huì)致輥身振動(dòng)。所以，托架與床身的間隙、側(cè)瓦絲桿的間隙、瓦面的弧度等都將影響E處的振擺大小，以致軋輥工作面磨不圓。

提高圓度，因采取以下措施：（1）采用軋輥?zhàn)兯倌ハ?，通過(guò)改變力偶周期的變化來(lái)改變E處振擺的周期性變化；（2）鏟刮磨床床身導(dǎo)軌面與托架接觸面, 要求有更多面積的接觸, 每25mm ×25mm面積上的接觸點(diǎn)均勻地達(dá)到12點(diǎn)；（3）碾刮托瓦巴氏合金,改善托瓦的弧面和軋輥輥頸架的接觸面；（4）更換側(cè)瓦絲桿, 并校驗(yàn)新絲桿自由間隙。修磨側(cè)瓦壓板內(nèi)表面, 確保側(cè)瓦平穩(wěn)固定；（5）更換花盤(pán)夾頭碟形彈簧, 合理調(diào)整夾頭與軋輥扁頭間隙；（6）調(diào)整適當(dāng)主軸間隙，提高主軸剛度。

1.4 表面粗糙度

軋輥工作面粗糙度是根據(jù)軋制合金、壓下量、板面粗糙度等綜合得出的，所以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，粗糙度是一個(gè)柔性很大的變量。在實(shí)際生產(chǎn)中要根據(jù)不同的粗糙度制定不同磨削工藝，選擇適當(dāng)?shù)纳拜啞Ｄハ鞴に嚫鶕?jù)不同工況情況下要做出適宜的調(diào)整，磨削工藝不是一成不變的，所以磨削工藝在這兒就不作深入討論。砂輪選擇時(shí)在表面粗糙度與表面缺陷間要合理平衡。選擇原則：在不產(chǎn)生表面缺陷的情況下，通過(guò)調(diào)整磨削工藝來(lái)匹配需要磨削的粗糙度。此外，主軸系統(tǒng)剛度要好、主軸間隙適宜，不產(chǎn)生讓刀，也是粗糙度均勻的重要保障。

2 表面缺陷

2.1 振紋

磨削過(guò)程中, 任何部位超幅振動(dòng)，軋輥表面都可能產(chǎn)生振痕。對(duì)于高精度磨床，主軸系統(tǒng)是產(chǎn)生振紋的密集區(qū)。而斜紋更多的時(shí)候是床頭撥盤(pán)系統(tǒng)引起的。由磨削自激振動(dòng)的再生效應(yīng)理論可知，磨削顫振的變化主要是由軋輥或砂輪表面波紋引起的。就軋輥再生效應(yīng)而言，其作用的具體過(guò)程如下：在軋輥磨削過(guò)程中，軋輥在前一轉(zhuǎn)切削時(shí)表面產(chǎn)生了波紋，后一轉(zhuǎn)時(shí)砂輪將在有波紋的表面上進(jìn)行切削，并在軋輥表面上形成新的波紋。這就是產(chǎn)生振紋的一般機(jī)理。

振紋消除措施：（1）軋輥采用變速磨削，以10%/min的變化幅度比較適宜。變速磨削時(shí)軋輥轉(zhuǎn)速的變化，會(huì)使軋輥表面的振紋相移不斷變化，這樣就有可能使系統(tǒng)不斷地離開(kāi)顫振激發(fā)區(qū)，從而抑制顫振，提高軋輥表面磨削質(zhì)量；（2）保證主軸系統(tǒng)精度，主軸圓度和圓柱度誤差都應(yīng)在0.001mm以內(nèi)，表面粗糙度為Ra0.02μm；主軸間隙，徑向要求在0.10mm之內(nèi)，軸向間隙要求在0.02mm左右；碾磨軸與軸承內(nèi)孔的接觸點(diǎn)數(shù)在12點(diǎn)/（25mm×25mm）以上；（3）主軸油腔必須密封、清潔無(wú)異物；主軸油清潔無(wú)水汽、雜質(zhì)等，并定期更換主軸油；（4）按磨削工藝修整砂輪。

2.2 劃道

劃道是砂輪脫粒造成的短劃痕，是磨粒脫落的產(chǎn)物，不能完全消除。通過(guò)以下措施可以減少或使其變短：（1）適當(dāng)加大磨削液流量，清洗砂輪和輥面；（2）適當(dāng)提高砂輪線速度；（3）砂輪選型時(shí)選擇脫粒速度匹配的砂輪。

2.3 螺旋紋

螺旋紋是幾乎不能消除的，這是磨削原理所決定的，其產(chǎn)生與砂輪選型、磨削工藝有關(guān)。減輕措施：（1）每次修整完砂輪后必須倒圓角；（2）選擇適宜的磨削工藝和匹配的砂輪。

2.4 織布紋

織布紋是磨削原理所決定的，是幾乎不能消除的。不過(guò)可以通過(guò)砂輪選型和磨削工藝得到改善。

2.5 色差

色差是粗糙度、圓度、振紋和軋輥硬度等多方面因素的綜合產(chǎn)物。控制色差就是控制好以下幾方面：（1）輥面粗糙度均勻；（2）輥身圓度好；（3）表面無(wú)淺振紋；（4）軋輥輥身硬度均勻，無(wú)軟點(diǎn)。

3 總結(jié)

本文分析了軋輥磨削常見(jiàn)的兩大類(lèi)缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，并結(jié)合我廠實(shí)際磨削遇到的問(wèn)題提出了相應(yīng)的防止措施，為我廠高精鋁板帶的生產(chǎn)提供了高效率的軋輥磨削的保障。