熱軋工作輥磨削質(zhì)量的改進

王 磊 張彩霞 尹玉京 崔二寶 馬夫明 易軼妹

(1.北京首鋼股份有限公司，河北064400；2.青島四砂泰益超硬研磨股份有限公司，山東266555)

軋輥是軋鋼的重要工具，是實現(xiàn)軋制過程的重要工藝裝備。工作輥與帶鋼直接接觸，所以工作輥的磨削質(zhì)量直接影響帶鋼的表面質(zhì)量和板形。隨著市場對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，對軋輥磨削精度和表面質(zhì)量的要求也越來越高。

1 工作輥材質(zhì)及硬度

我公司熱軋2160 mm生產(chǎn)線軋機布置為：粗軋兩輥軋機(R1)、粗軋四輥軋機(R2)，以及六機架精軋機。需要進行磨削的有粗軋R1工作輥，粗軋R2工作輥，精軋F1-F3工作輥以及精軋F4-F6工作輥四種類型。針對各機架工作輥不同的使用特點制定相應(yīng)的磨削方案。工作輥具體材質(zhì)及硬度見表1。

表1 工作輥材質(zhì)及硬度

2 工作輥磨削概述

2.1 砂輪選擇

砂輪選擇應(yīng)根據(jù)磨削不同材質(zhì)的軋輥，選擇不同材質(zhì)磨料；綜合考慮軋輥要求的表面質(zhì)量以及磨床性能，選擇不同磨料粒度、砂輪硬度、砂輪組織以及粘合劑。為達到較好的磨削效果(高磨削效率或高表面質(zhì)量)，有時需要混合磨料材質(zhì)及混合磨料粒度。

2160 mm生產(chǎn)線使用砂輪轉(zhuǎn)速較高，磨削壓力較大，所以全部采用樹脂結(jié)合劑，以保證砂輪強度。

R1和R2工作輥材質(zhì)是高鉻鋼，宜選擇韌性較大的剛玉類磨料，PA磨料與WA磨料均具有較高硬度，WA磨料脆性較高，可以有效提高砂輪磨削效率。而PA磨料韌性高于WA磨料，所以PA與WA混合，可以在保證磨削效率基礎(chǔ)上提高砂輪耐用度。為達到較低的粗糙度，選擇F8～F16混合粒度。

F1-F3工作輥材質(zhì)是高速鋼，含有一定量的釩，硬度較高，可磨性差。只選剛玉類磨料會出現(xiàn)磨不動現(xiàn)象。碳化硅磨料硬度比剛玉類硬，但若只選碳化硅類磨料，在磨削的高溫下易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成砂輪損耗大。將PA磨料中按一定比例加入GC磨料，在保證磨削效率基礎(chǔ)上提高砂輪耐用度。為達到粗糙度Ra0.6～1.0 μm，選擇F36粒度。

F4-F6工作輥材質(zhì)是改進型無限冷硬鑄鐵，選擇GC磨料較適合。我們選用較松的8號組織，保證其在大磨削量下有效散熱，選用F46粒度，保證其較高的表面質(zhì)量。

經(jīng)過多次磨削試驗，2160 mm生產(chǎn)線的軋輥磨削砂輪的選擇見表2。

表2 軋輥類型與砂輪型號對照表

表3 砂輪出廠靜平衡指標

表4 砂輪浸泡實驗

圖1 粗軋工作輥輥面開槽示意圖

表5 精軋工作輥磨削工藝參數(shù)

砂輪與砂輪法蘭裝配前需要對砂輪進行靜平衡調(diào)整。為了使砂輪平衡達到最好狀態(tài)，針對砂輪靜平衡標準，經(jīng)與砂輪供貨廠商交流，砂輪出廠時靜平衡標準比國標嚴70%。砂輪出廠靜平衡指標見表3。

砂輪安裝到磨床上后，通過磨床主軸配有的砂輪動平衡裝置對砂輪進行動平衡調(diào)整。砂輪試運轉(zhuǎn)應(yīng)反復(fù)進行多次。砂輪動平衡及砂輪試運轉(zhuǎn)完成后，需要對砂輪進行修整。砂輪使用一段時間后，原有的動平衡可能發(fā)生變化，需要再次進行動平衡調(diào)整，同時根據(jù)軋輥磨削表面質(zhì)量對砂輪進行修磨。

由于粗軋工作輥與精軋工作輥更換周期及周轉(zhuǎn)數(shù)量的因素，磨削精軋工作輥的砂輪更換周期為3～4天，而磨削粗軋工作輥的砂輪更換周期可能為10～15天。由于砂輪是微小顆粒用粘合劑黏貼形成的，各個顆粒之間均存在微小間隙。切削液就會在間隙中殘留，導(dǎo)致砂輪本體酥松。

從砂輪浸泡實驗結(jié)果(見表4)可以看出，磨削液對樹脂砂輪有一定腐蝕性，浸泡時間越長，砂輪強度越低。為防止砂輪強度下降可能造成事故，在現(xiàn)有的砂輪原材料中添加增強劑。并在砂輪直徑?610 mm范圍以內(nèi)，增大材料的密度，即做成加芯砂輪，消除砂輪顆粒之間的縫隙。避免砂輪由于長期浸泡而導(dǎo)致砂輪本體酥松。

2.2 磨削工藝的優(yōu)化

2.2.1 粗軋工作輥磨削工藝優(yōu)化

為預(yù)防R1、R2工作輥粗軋初期打滑，設(shè)定磨后粗糙度為Ra3.2～6.3 μm。由于粗軋工作輥達到較粗糙的表面，所以僅一道粗磨工序，磨削參數(shù)砂輪線速度為35～40 ms；工件轉(zhuǎn)速為30～40 rmin；拖板速度2000～3000 mmmin；橫進給量0.03～0.08 mm單次。

另外粗軋R2機架易出現(xiàn)新輥上機打滑及板型失控現(xiàn)象，輥面粗糙度需控制在Ra3.2～6.3 μm范圍內(nèi)，同時在軋輥中心刻槽，見圖1，寬度50 mm、深度0.5 mm，防止板坯軋制過程中跑偏。

2.2.2 精軋工作輥磨削工藝優(yōu)化

精軋工作輥磨削需要較高的表面質(zhì)量，不允許存在砂輪印、螺旋紋、網(wǎng)文、斜紋等表面缺陷，磨后粗糙度為Ra0.4～0.8 μm。精軋工作輥要求的表面質(zhì)量較高，故磨削程序分為粗磨、半精磨以及精磨(光刀)，其中粗磨是為了去除軋輥疲勞層，所以磨削速度比較大；注意粗磨時連續(xù)進料及增量進料應(yīng)進行階梯式減小，防止粗磨后曲線誤差偏大或軋輥輥面過于粗糙導(dǎo)致半精磨以及精磨(光刀)工序無法消除，磨削參數(shù)見表5。

為避免砂輪銳角對輥面的劃傷，還要保證最后一步光刀方向從曲線高點到低點，如圖2所示。

2.3 提高精軋輥表面質(zhì)量及磨削精度的措施

2.3.1 磨削液檢查及更換標準

圖2 精軋工作輥最后一步光刀方向示意圖

磨削液的作用是清洗、防銹、冷卻、潤滑。磨削液會帶走80%的磨削熱量。磨削液具有較好的潤滑性能及較高的透明度，便于形成潤滑膜，降低摩擦系數(shù)，便于觀察軋輥表面磨削質(zhì)量。當磨削液變質(zhì)或濃度不足時，磨削液的清洗及防銹作用就會降低或者徹底喪失，而且會黏著在軋輥表面。為保證磨削液質(zhì)量，需制定檢查及更換標準，具體如下：

(1)保證所有磨床磨削液濃度在3%～5%以內(nèi)，考慮到空氣濕度對軋輥防銹的影響，每年4月～10月控制磨削液濃度靠上限，11月～次年3月控制磨削液濃度靠下限。

(2)每天使用折光儀對磨削液濃度進行檢測，測量前用清水進行測量儀器(折光儀)校準，確保儀器靈敏有效。

(3)磨削液需定期補充水，每次補充水后檢測磨削液濃度。若濃度不符合要求，及時進行補加磨削液，記錄補液前后測量數(shù)據(jù)，并填寫記錄。

(4)正常磨削液為白色半透明液體，當出現(xiàn)磨削液發(fā)黃、產(chǎn)生氣泡、有異味或磨削后的軋輥短時間內(nèi)批量銹蝕等異?，F(xiàn)象時應(yīng)立即檢測磨削液濃度，低于規(guī)定濃度必須增加磨削液濃度。

(5)當磨削液出現(xiàn)嚴重變質(zhì)：液體混濁、發(fā)紅并伴有刺鼻異味且磨削后軋輥表面不光潔，并且表面沾有黏液，則需要對磨削液進行更換。

2.3.2 磨床托瓦及母線的調(diào)整

磨床的基礎(chǔ)精度是保證軋輥磨削精度的根本，利用設(shè)備定修對磨床床身運行精度及頭架基礎(chǔ)精度檢測，必要時進行調(diào)整。利用磨床設(shè)備的例修對磨床的母線進行檢測。

磨床床身母線的人工調(diào)整是模擬操作床身測量系統(tǒng)軌跡進行的，以磨床頭架撥盤為基準，使用內(nèi)外測量臂及百分表(千分表)對軋輥在工件床身上的上母線及兩條側(cè)母線進行校準，根據(jù)內(nèi)外測量臂壓力及百分表(千分表)數(shù)值調(diào)整托瓦。調(diào)整數(shù)值是軋輥相對于操作床身的相對位置，而調(diào)整的托瓦高度是補償軋輥相對位置的位移量。

根據(jù)母線調(diào)整的數(shù)值每周需要定期對磨床托瓦高度進行檢查及調(diào)整，當磨削過程中出現(xiàn)輥型精度偏差較大時，需要調(diào)整托瓦高度。托瓦調(diào)整前先記錄托瓦實際高度值，然后按照標準對托瓦進行調(diào)整。

2.4 常見磨削質(zhì)量及應(yīng)對措施

在保證砂輪正確選型、磨削液合格以及磨床設(shè)備基礎(chǔ)精度均滿足的條件下，依然還會出現(xiàn)導(dǎo)致軋輥磨削質(zhì)量問題，常見問題及措施如下：

(1)磨削出現(xiàn)振紋、螺旋紋。首先檢查砂輪是否安裝到位，在旋轉(zhuǎn)過程中有無抖動或者異響；新砂輪上機前做好靜平衡檢測，另外使用砂輪修磨程序?qū)ι拜嗊M行修整；除振紋外同時伴隨著曲線及圓度異常時還需要檢查軋輥托肩及托瓦，軋輥磨削過程中，軋輥在托瓦上旋轉(zhuǎn)，如軋輥托肩上存在劃痕，當托肩上的劃痕通過托瓦時，會導(dǎo)致軋輥轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)而引起軋輥振動，另外如果托瓦存在碎裂或異常磨損也會導(dǎo)致軋輥出現(xiàn)抖動。在軋輥上機床前，要對軋輥托肩及磨床托瓦進行檢查，發(fā)現(xiàn)有劃傷或異物嵌入要及時進行修磨處理。

(2)軋輥磨削后曲線、圓度不合格。出現(xiàn)此類問題基本是磨床基礎(chǔ)精度發(fā)生變化引起的，首先對磨床托瓦高度進行測量，對頭架撥盤進行檢查。必要時重新測量磨床母線并進行調(diào)整，另外對軋輥托肩進行圓度及尺寸測量并進行修磨。

(3)輥面燒傷。軋輥在磨削過程中，砂輪與軋輥輥面由于摩擦溫度上升，導(dǎo)致軋輥表面產(chǎn)生燒傷。首先對裝配砂輪型號進行檢查，另外可能由于磨削量大，切削速度較快會導(dǎo)致砂輪脫粒不及時造成砂輪表面被切屑堵塞，需要對砂輪表面進行修磨。最后檢查砂輪冷卻水是否充足。

3 結(jié)論

通過不同的軋輥材質(zhì)及磨削要求開展磨削實驗，從而匹配最合適的砂輪。在保證磨削效率的前提下通過砂輪的選材、磨削工藝的優(yōu)化以及設(shè)備基礎(chǔ)精度的保證，解決了以下問題：

(1)粗軋工作輥上機初期打滑的問題。

(2)精軋工作輥磨削時產(chǎn)生螺旋紋、明暗條紋等表面質(zhì)量問題。

(3)提高了精軋工作輥磨削效率，F(xiàn)1-F3工作輥磨削時間由前期的45～50 min降至35～40 min；F4-F6工作輥磨削時間由前期的35～40 min降至30～35 min。

(4)精軋工作輥輥型精度得到提升，F(xiàn)1-F3磨后精度由±0.02 mm提升至±0.015 mm；F4-F6磨后精度由±0.02 mm提升至±0.012 mm。