高速鋼軋輥的加工及運(yùn)用

王少良，黃佳磊

（中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司，河北邢臺(tái) 054000）

0 引言

某鋼鐵廠主要生產(chǎn)礦用錨桿鋼筋以及Φ12～50 mm 螺紋鋼，同時(shí)兼顧高鐵用精軋螺紋以及核電用鋼筋等功能性鋼筋，軋機(jī)布置采用的工藝形式為6-4-7、1-10 架平立交替，進(jìn)行全連續(xù)無(wú)張力軋制[1]。軋輥的材料，主要為高鎳鉻無(wú)限冷硬復(fù)合鑄鐵以及球墨無(wú)限冷硬鑄鐵。該鋼鐵廠生產(chǎn)機(jī)組全部采用高速鋼材料軋輥，大大提高了軋機(jī)作業(yè)率、鋼材表面質(zhì)量以及負(fù)差控制率。不過(guò)由于其本身具有較高的硬度，難以對(duì)其進(jìn)行切削加工，從而導(dǎo)致高速鋼軋輥的應(yīng)用發(fā)展受到了一定的限制[2]。因此需要對(duì)高速鋼軋輥的生產(chǎn)運(yùn)用進(jìn)行探討，從而提高生產(chǎn)效率。

1 高速鋼軋輥

高速鋼軋輥是高碳高速鋼復(fù)合軋輥的簡(jiǎn)稱。作為一種熱軋輥材料，近年來(lái)高速鋼軋輥發(fā)展異常迅速。合金鋼是高速鋼軋輥的制作成分，其經(jīng)過(guò)熱處理工藝的淬火之后，即便是在空氣中冷卻，也能夠進(jìn)行硬化[3]。高碳鋼為高速鋼軋輥的工作層材料，以球墨鑄鐵、鍛鋼或石墨等作為軋輥的芯部材料，通過(guò)采用CPC（Continuous Pouring Process for Cladding，連續(xù)復(fù)合）工藝或離心鑄造將兩種不同的材料進(jìn)行復(fù)合，一般以貝氏體、碳化物、回火馬氏體作為其基體組織，其中碳化物在機(jī)體中以高度彌散形式分布，這使其強(qiáng)韌性、耐磨性極高，因此大大增加了車削加工的難度[4]。

高速鋼軋輥具有淬透性好、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，且其碳化物硬度高，能夠較為容易地形成氧化膜，這就使其抗熱裂性能以及耐磨性較高。另外，高速鋼軋輥對(duì)于冷卻水的要求遠(yuǎn)比硬質(zhì)合金的要求低，而它的單槽軋制量是鑄鐵軋輥的4～5 倍，這使得其對(duì)于軋材的負(fù)公差控制更為有利，能夠提高軋材表面質(zhì)量。高速鋼軋輥主要應(yīng)用于線棒材成品和切分軋制預(yù)切等為主的新型材料軋輥的研發(fā)，可以達(dá)到78～90 HSD，其耐磨性極高，而且抗熱疲勞性能以及抗沖擊性能均十分良好[5]。高速鋼軋輥逐漸在線棒材軋鋼廠得到普及，相關(guān)研發(fā)制造廠商大幅增多，但是各個(gè)廠家對(duì)于高速鋼軋輥的鑄造過(guò)程中所添加的合金元素不盡相同，這就使得高速鋼軋輥在加工、使用以及切削難度等方面存在一定的差異[6]。

2 刀具材料的選擇

作為與軋輥進(jìn)行直接的接觸切削，刀具的切削部分會(huì)承受著巨大的沖擊力和切削壓力，而且會(huì)在高壓、高溫下與軋輥之間發(fā)生劇烈摩擦，工況十分惡劣。因此，高速鋼軋輥的加工工具常選用立方氮化硼（Cubic Boron Nitride，CBN）、金剛石等超硬材料，這樣其切削速度將比普通的硬質(zhì)合金刀具快十幾倍，并且切削后其表面粗糙度較低。與金剛石相比，立方氮化硼的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性更優(yōu)良，其禁帶寬度、透紅外形等性能也更為優(yōu)異。

（1）硬度高。立方氮化硼的耐磨性和硬度僅次于金剛石，是目前企業(yè)加工高速鋼軋輥的首選刀具材料。目前，立方氮化硼刀具的合成類型主要有復(fù)合片以及聚晶片兩種。其中，復(fù)合片為立方氮化硼與結(jié)合劑復(fù)合于硬質(zhì)合金片之上，而聚晶片則為立方氮化硼與結(jié)合劑進(jìn)行合成。目前高速鋼軋輥的加工，通常刀具材料為超細(xì)晶粒立方氮化硼和金屬陶瓷結(jié)合劑。

（2）良好的韌性和強(qiáng)度。刀具的切削部分，由于在切削過(guò)程中會(huì)受到巨大的沖擊力和切削力，因此需要具有良好的韌性和強(qiáng)度。聚晶金剛石分為天然和人造兩大類，工業(yè)生產(chǎn)中刀具材料一般選擇人造金剛石。不過(guò)人造金剛石的抗沖擊力較差，且脆性也較大，這就對(duì)機(jī)床的平穩(wěn)性和精度提出了較高的要求。另外，金剛石刀具的耐熱性較差，與鐵元素的親和力較強(qiáng)，所以一般可用于有色金屬及其合金材料的加工，但并不太適合鐵系金屬的加工。立方氮化硼刀具具有較高的熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性，斷裂韌性、抗彎強(qiáng)度也較高，介于硬質(zhì)合金和陶瓷刀具之間，較適合鋼鐵材料的加工。

（3）良好的耐熱性與耐磨性。通常情況下刀具材料的硬度越高，其耐磨性越好。耐磨性和耐熱性之間有著緊密的關(guān)系，在高溫條件下，材料的硬度越高、耐熱性越好。立方氮化硼刀具在高溫條件下具有較高的硬度、較好的紅硬性、較高的抗塑性變形能力，所以其耐磨性也較高。

（4）導(dǎo)熱性能良好。刀具材料的抗龜裂、耐熱沖擊性與其導(dǎo)熱性有著密切的聯(lián)系。立方氮化硼復(fù)合刀具的熱穩(wěn)定性較高，即便處于1000 ℃的環(huán)境也具有較高的紅硬性，因此切削熱量不會(huì)對(duì)其造成太大影響。

3 高速鋼軋輥加工

高速鋼軋輥在切削的過(guò)程中會(huì)對(duì)刀具產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻沖擊，而且溫度對(duì)于高速鋼軋輥的影響較小，這就使得刀具的磨損加快，從而增加了高速鋼軋輥的加工難度，降低了切削效率。所以，高速鋼軋輥的加工應(yīng)當(dāng)勤換刀具，并采用低切削、高轉(zhuǎn)速的方法來(lái)降低加工難度。

3.1 加工軋輥孔型

孔型加工會(huì)存在著較大的粗加工工作量，這就會(huì)加快刀具的磨損、縮短刀具的使用壽命，所以孔型加工一般是先在輥身上利用略小于孔型基圓直徑的刀片進(jìn)行軋槽形狀的切出，然后按照數(shù)控加工程度使用立方氮化硼刀具進(jìn)行循環(huán)加工。根據(jù)加工孔型的部位，切削用量選用的參數(shù)也不相同。

3.2 孔型加工中容易出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

3.2.1 孔型對(duì)于樣板或尺寸精度不符合

（1）槽型不對(duì)稱：如果出現(xiàn)一側(cè)的縫隙較大的問(wèn)題，則需要對(duì)刀片進(jìn)行更換，如果問(wèn)題仍沒(méi)有得到良好的解決，還需要在程序中增加絲杠的補(bǔ)償值。

（2）槽底有縫隙：需要在數(shù)控加工程序中減小刀具的補(bǔ)償值，也可以適當(dāng)?shù)慕档涂仔途庸さ倪M(jìn)給量。

（3）軋槽深度不足：首先需要檢查刀具，查看其是否受到了磨損，如果可以排除刀具磨損的因素，則可以降低槽底圓弧加工的進(jìn)給量或適當(dāng)增加刀具的補(bǔ)償值。

3.2.2 刀具的損壞

（1）刀具碎斷。刀具碎斷的主要原因是刀具磨損材料疲勞之后沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行及時(shí)更換，或其承受了過(guò)大的沖擊載荷，因此需要對(duì)刀具進(jìn)行及時(shí)更換，或者適當(dāng)減少進(jìn)給量。

（2）刀具崩刃。主要表現(xiàn)為切削刃上產(chǎn)生的小缺口，如果損壞較小、還在允許的磨損限度之內(nèi)，則可繼續(xù)使用，如果效果超差，就需要對(duì)刀具進(jìn)行更換且應(yīng)適當(dāng)降低切削用量。

（3）刀具剝落。主要表現(xiàn)為在刀片的前刀面上產(chǎn)生貝殼形狀的剝落。剝落的原因主要是刀具的切削速度和進(jìn)給量選擇不相符，所以應(yīng)適當(dāng)提高切削速度、適當(dāng)減少進(jìn)給量。

3.2.3 橫肋銑削加工

對(duì)于高速鋼軋輥的加工橫肋，可以對(duì)飛刀銑床進(jìn)行選擇，在飛刀工位銑橫肋，在擺頭工位對(duì)商標(biāo)字符進(jìn)行加工。裝夾刀桿之后對(duì)刀頭位置進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于中樣板的對(duì)正調(diào)整應(yīng)使用專用孔型，使刀頭、孔型、樣板處于同一條直線，確認(rèn)刀頭對(duì)準(zhǔn)基園孔型正中，再取下對(duì)中樣板、使刀退出。啟動(dòng)加工程序，通過(guò)手動(dòng)的方式緩慢進(jìn)刀，直到刀頭與槽底產(chǎn)生接觸并出現(xiàn)銑削痕跡。通過(guò)劃痕確認(rèn)對(duì)刀的準(zhǔn)確性，如果沒(méi)對(duì)中則對(duì)其進(jìn)行微調(diào)。

4 高速鋼軋輥的加工要求及使用

（1）軋輥的裝夾方式。高速鋼軋輥的裝夾，應(yīng)用四爪重型卡盤或過(guò)渡套筒再加上尾座回轉(zhuǎn)套筒式大頂尖，采用“兩頂一夾”的裝夾方式。目前，大多數(shù)情況下是用大螺栓固定軋輥圓頭端，因此軋輥圓頭的中心孔通常有一個(gè)大于M48 mm 的螺絲孔，所以需要定制尾座頂尖傘狀回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)來(lái)增加夾裝的剛性。為便于裝卸萬(wàn)向節(jié)套筒，傳送端具有較大的加工倒角，使得標(biāo)準(zhǔn)卡爪無(wú)法卡到傳動(dòng)端平面，因此需要使用過(guò)渡套筒。需要注意的是，套筒的內(nèi)孔尺寸要大于輥頭，并且在圓周上要安裝4～6 條螺栓，以便于橢圓度的微調(diào)。

（2）對(duì)機(jī)床的要求。數(shù)控軋輥加工對(duì)機(jī)床有著較高的剛性要求，所以應(yīng)盡量減小周圍設(shè)備對(duì)機(jī)床的振動(dòng)影響。

（3）高速高壓輥的使用。需要用干凈、低溫水對(duì)其進(jìn)行冷卻，并確保合適的水壓以及水量，以有效避免因?yàn)檫^(guò)熱而產(chǎn)生裂紋、輥身由于熱裂紋的擴(kuò)展而脫落等情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

與其他軋輥相比，高速鋼軋輥有較高的硬度、耐磨等性能，且能夠有效控制負(fù)差尺寸的精度等，其優(yōu)越性日益顯著，但是加工刀具的材料影響了高速鋼軋輥的發(fā)展。不過(guò)隨著立方氮化硼刀具的快速發(fā)展，高速鋼軋輥工藝的加工難題得到了一一解決，使得加工效率大幅提升，也促進(jìn)了軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展。