影響軋輥磨削質(zhì)量因素分析

仵 杰

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司熱軋板帶廠， 廣西 柳州 545002）

引言

隨著工業(yè)化水平的發(fā)展，客戶(hù)對(duì)板帶鋼材表面的質(zhì)量要求越來(lái)越高，而軋輥表面磨削質(zhì)量直接決定鋼材表面質(zhì)量，所以鋼材軋制工藝對(duì)軋輥磨削質(zhì)量精度要求比較高。軋輥磨削后質(zhì)量須達(dá)到：輥徑錐度≤0.02 mm，輥型誤差±0.01 mm，表面粗糙度Ra0.8～1.6μm，表面無(wú)波紋和走刀印等缺陷。為了保證軋輥磨削高質(zhì)量，不僅要求操作工自身要有較高的操作水平，還要知道磨削時(shí)如何選用匹配的砂輪、磨削液、磨削參數(shù)等重要因素。本文從砂輪、磨削液、磨削參數(shù)三個(gè)方面對(duì)軋輥磨削質(zhì)量的影響進(jìn)行分析。

1 砂輪的選擇

砂輪是由磨料和結(jié)合劑以適當(dāng)?shù)谋壤旌?，?jīng)壓制、干燥、燒結(jié)而成。砂輪的磨料、粒度、結(jié)合劑、硬度等要素決定著砂輪的特性[1]。每種砂輪的特性決定了它的適用范圍，根據(jù)柳鋼1450生產(chǎn)線精軋工作輥材質(zhì)、加工精度，表面粗糙度，磨削效率等綜合考慮選擇匹配的砂輪。

1.1 砂輪磨料的選擇

1）須考慮軋輥材質(zhì)?？估瓘?qiáng)度較高的材料，應(yīng)選用韌性大的磨料；硬度低、延伸率大的材料，應(yīng)選用較脆的磨料；對(duì)高硬材料則應(yīng)選擇硬度較高的磨料。

2）須注意選用不易與軋輥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的磨料，以減少砂輪的磨損。

3）須注意磨料在一定介質(zhì)中和溫度下受到侵蝕的趨勢(shì)，以保證砂輪壽命。

歸納來(lái)講，軋輥材質(zhì)硬，磨料更要硬，表面要光，磨料則要韌。由于精軋工作軋輥主要材質(zhì)為高鉻鑄鐵和高鎳鉻無(wú)限球墨鑄鐵，綜合考量應(yīng)當(dāng)選用碳化硅砂輪（GC）。

1.2 砂輪粒度的選擇

砂輪粒度的選擇應(yīng)考慮磨削軋輥的尺寸、表面粗糙度、磨削效率以及避免一些磨削缺陷產(chǎn)生等因素。一般來(lái)說(shuō)，要求工效高、表面粗糙度值較大，砂輪與軋輥接觸面大、軋輥材料韌性大時(shí)，應(yīng)選擇粗一些的粒度；反之，加工高硬脆、組織緊密的材料，精磨、成形磨和高速磨削時(shí)，則應(yīng)選擇較細(xì)的粒度。根據(jù)精軋工作輥材質(zhì)及磨削質(zhì)量要求綜合磨削因素考量，選用粗粒度24號(hào)—36號(hào)比較合適。

1.3 砂輪硬度的選擇

磨削硬質(zhì)軋輥，砂輪硬度應(yīng)當(dāng)選擇軟，以使其保持較好的自銳性，提高砂輪的使用壽命，減少磨削力和磨削熱；磨削軟質(zhì)軋輥，砂輪硬度應(yīng)當(dāng)選擇硬，可以在較長(zhǎng)的時(shí)間保持磨粒微刃的鋒利，有利切削。根據(jù)精軋工作輥材質(zhì)、輥身硬度及磨削效率綜合磨削因素考量，選用L等級(jí)的砂輪硬度比較合適。

1.4 結(jié)合劑的選擇

結(jié)合劑主要是將細(xì)小磨粒黏合在一起的材料，讓砂輪具備一定的形狀和強(qiáng)度。不同的結(jié)合劑對(duì)砂輪的強(qiáng)度、耐沖擊性、耐腐蝕性及耐熱性等性能有突出的影響，并對(duì)磨削表面質(zhì)量有一定影響。陶瓷結(jié)合劑（V）較脆、彈性差、承受力小，線速度一般在35 m/s以下；橡膠結(jié)合劑（R）耐熱、耐油和耐濕性較差；菱土結(jié)合劑（Mg）強(qiáng)度低、耐水性差、線速度在20 m/s；樹(shù)脂結(jié)合劑（B）黏接強(qiáng)度高、彈性好、線速度高、自銳性好、磨削效率高。綜合以上幾種情況，所以選擇使用樹(shù)脂結(jié)合劑。

2 磨削液（切削液）

磨削過(guò)程與其他加工過(guò)程相比，磨削速度很高，單位磨削力大[2]。由于磨粒和軋輥表面高速驟烈的摩擦，磨削時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，瞬間溫度可達(dá)1 000℃以上。磨削熱的產(chǎn)生會(huì)對(duì)軋輥的磨削精度和表面質(zhì)量帶來(lái)極不利的影響，極易產(chǎn)生燒傷和熱變形。因此，合理的選用磨削液是控制和降低磨削溫度保證磨削質(zhì)量的重要因素。

2.1 磨削液的作用

1）冷卻作用。磨削液一方面減少磨屑、砂輪、輥面間的摩擦，減少磨削熱的產(chǎn)生，另一方面帶走大部分磨削熱，使磨削溫度降低。

2）潤(rùn)滑作用。磨削液能夠到達(dá)磨粒和軋輥接觸的表面之間，在軋輥表面上形成潤(rùn)滑膜，以減少摩擦，從而提高砂輪的使用壽命，提高軋輥表面精度。

3）清洗作用。磨削液可將黏附在軋輥表面和砂輪上的磨渣沖洗掉，防止劃傷輥面，保持砂輪的磨削性能，減少砂輪的磨損。

4）防銹作用。磨削液能在軋輥表面形成保護(hù)膜或與金屬化合形成鈍化膜，保護(hù)軋輥表面不受周?chē)橘|(zhì)的影響而腐蝕。

2.2 磨削液的選擇使用要求

1）磨削液的化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，不易變質(zhì)或產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，無(wú)毒性，酸堿度為中性，以免對(duì)人體有害和腐蝕磨床、軋輥、砂輪，能與水均勻混合，使用時(shí)不產(chǎn)生泡沫。

2）有良好的冷卻性能，能發(fā)揮較好的冷卻作用。

3）有較好的潤(rùn)滑性能及較高的透明度，便于形成潤(rùn)滑膜，降低摩擦系數(shù)，便于觀察軋輥表面磨削質(zhì)量。

4）使用切削液時(shí)要有磨渣過(guò)濾系統(tǒng)保證切削液的清潔無(wú)雜物，切削液的濃度要用折光儀觀測(cè)，理想的濃度在2%～5%之間。

3 磨削參數(shù)

選擇合理的軋輥磨削參數(shù)，關(guān)系到軋輥的磨削精度，軋輥的表面粗糙度，同時(shí)對(duì)磨削效率和生產(chǎn)成本影響很大。目前柳鋼1450生產(chǎn)線數(shù)控軋輥磨床的主要磨削參數(shù)有：砂輪線速度VS（m/s），軋輥轉(zhuǎn)數(shù)n（r/min），拖板速度Z（mm/min），周期進(jìn)給量ap（μm），砂輪連續(xù)補(bǔ)償速度Vt（μm/min）。

3.1 砂輪線速度VS（m/s）

當(dāng)粗磨時(shí)在周期進(jìn)給量保持不變的情況下，砂輪線速度提高，可以減少每顆磨粒的磨削時(shí)間，磨粒切削次數(shù)增加，金屬切除率可以增加，從而會(huì)顯著提高磨削生產(chǎn)效率，同時(shí)由于每顆磨粒切下磨削厚度減小，磨粒負(fù)荷減輕，磨粒比較鋒利，砂輪的使用壽命得到提高。在精磨時(shí)，由于磨粒的當(dāng)量切削厚度變薄，在軋輥表面上留下的溝痕就淺，軋輥粗糙度值就會(huì)減小。反之砂輪線速度太低，磨粒負(fù)荷增加，磨粒出現(xiàn)鈍化，砂輪磨損嚴(yán)重，表面粗糙度值增大，生產(chǎn)率低。砂輪磨削線速度推薦使用范圍為：20～35 m/s。

3.2 軋輥轉(zhuǎn)速n(r/min)

軋輥轉(zhuǎn)速主要取決于軋輥直徑、砂輪線速度以及表面粗糙度值的要求。一般來(lái)講，軋輥直徑越大，軋輥轉(zhuǎn)速相應(yīng)低些，砂輪在單位時(shí)間內(nèi)切除的金屬量增加，能提高磨削效率。軋輥轉(zhuǎn)速的選擇原則是：周期進(jìn)量越大、軋輥直徑越、軋輥材質(zhì)越硬，則軋輥轉(zhuǎn)速越低。目前柳鋼1450生產(chǎn)線所使用的精軋工作輥輥徑范圍為Φ560～Φ760 mm，所以推薦工件轉(zhuǎn)速范圍為 20～30 r/min。

3.3 拖板移動(dòng)速度Z（mm/min）

拖板移動(dòng)速度由軋輥磨削的階段決定，在不同的磨削階段對(duì)應(yīng)不同的速度。粗磨時(shí)為提高生產(chǎn)率，應(yīng)適當(dāng)加快拖板移動(dòng)速度，工件每轉(zhuǎn)拖板縱移動(dòng)量約為砂輪寬度的2/3～3/4，不得超過(guò)砂輪寬度的3/4，否則會(huì)在輥面出現(xiàn)漏磨的刀痕，導(dǎo)致在中磨時(shí)必須用更多的磨削行程來(lái)消除，反而降低磨削效率。精磨時(shí)為了提高軋輥表面質(zhì)量，應(yīng)適當(dāng)降低拖板速度，工件每轉(zhuǎn)拖板縱向進(jìn)給量約為砂輪寬度的1/5～1/3，太低的拖板速度容易引起拖板“爬行”，同時(shí)易使軋輥表面出現(xiàn)走刀印。

3.4 周期進(jìn)給量ap（μm）

粗磨階段主要以磨去軋輥表面疲勞層和可見(jiàn)缺陷為目的，要求在短時(shí)間內(nèi)盡可能磨掉多余的表層，應(yīng)該用強(qiáng)力磨削，故采用較大的周期進(jìn)給量，磨削后輥面粗糙度值比較大。中磨階段主要是磨掉粗磨時(shí)留下的走刀痕跡，并大致磨出所要輥型和錐度。精磨階段主要是精修輥型和錐度并軋輥表面粗糙度達(dá)到要求。根據(jù)1450生產(chǎn)線磨床設(shè)計(jì)及軋輥的磨削要求，推薦每個(gè)磨削行程周期：粗磨周期進(jìn)給量為30～50 μm，中磨周期進(jìn)給量為：10～20 μm，精磨周期進(jìn)給量為：0～5 μm。

3.5 砂輪連續(xù)補(bǔ)償速度Vt（μm/min）

在正常磨削時(shí)，砂輪由于具有自銳性，鈍化后的磨粒會(huì)脫落，繼而讓新的磨粒能夠參與磨削過(guò)程。由于磨粒的脫落會(huì)導(dǎo)致砂輪直徑變小，磨削力下降，為保證正常磨削，在磨削過(guò)程中要用連續(xù)補(bǔ)償量來(lái)補(bǔ)償因磨粒脫落砂輪直徑變小而下降的磨削力。砂輪連續(xù)補(bǔ)償量主要與砂輪周期進(jìn)給量、砂輪的硬度、輥面磨削長(zhǎng)度及軋輥輥型有關(guān)。當(dāng)砂輪周期進(jìn)給量越大、砂輪偏軟、磨削輥面長(zhǎng)度時(shí)、輥型中凹量大時(shí)，砂輪連續(xù)補(bǔ)償量應(yīng)越大，反之應(yīng)小些。但在實(shí)際磨削中，砂輪連續(xù)補(bǔ)償用量往往又隨砂輪以及軋輥材質(zhì)的軟硬程度而不同。由于砂輪連續(xù)補(bǔ)償量的取值“隨機(jī)性”太大，很難有固定的數(shù)值，尤其在磨削曲線輥面時(shí)，砂輪的連續(xù)補(bǔ)償量是保證輥面曲線精度的一個(gè)重要參數(shù)，目前主要是操作人員根據(jù)自己的操作參數(shù)和習(xí)慣進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

4 結(jié)語(yǔ)

合理選擇匹配的砂輪和磨削液是軋輥高質(zhì)量磨削的基礎(chǔ)，是提高軋輥磨削質(zhì)量必要的先決良好條件。但是，僅僅依靠良好的基礎(chǔ)條件還是不能夠磨出質(zhì)量合格的軋輥，要保證每支軋輥都能完全滿(mǎn)足軋制工藝的要求，離不開(kāi)技術(shù)熟練的磨輥操作工，在磨削過(guò)程中使用合理的磨削參數(shù)來(lái)保證軋輥磨削的質(zhì)量。這三項(xiàng)因素是影響軋輥磨削質(zhì)量的主要因素，它們之間的關(guān)系是相互促進(jìn)、相輔相成、缺一不可的。