輥刷對熱軋5052鋁合金帶材表面質(zhì)量的影響

路紀(jì)軒，黃東海

(好富頓(上海)高級工業(yè)介質(zhì)有限公司，奎克好富頓集團(tuán)，上海 201613)

隨著人民生活水平的提高，對鋁材表面要求越來越高，使各生產(chǎn)企業(yè)不得不提升各工序產(chǎn)品的質(zhì)量。對熱軋來說，軋輥和鋁軋件長時(shí)間經(jīng)受高溫、高壓，在軋輥表面上形成鋁、鋁氧化物和軋制油的薄膜“涂層”[1]?！巴繉印敝苯佑绊戃埣砻尜|(zhì)量。輥刷可有效控制軋輥表面“涂層”厚度及其均勻性，使輥面粘鋁層處于一個(gè)理想穩(wěn)定狀態(tài)[2]。結(jié)合某鋁廠1 850 mm單機(jī)架雙卷取熱軋機(jī)軋制情況，探討輥刷使用要素對軋制5052鋁合金帶材表面質(zhì)量的影響。

1 輥刷的結(jié)構(gòu)及使用要素

1.1 輥刷的結(jié)構(gòu)

四輥1 850 mm單機(jī)架雙卷取熱軋機(jī)工作輥直徑為850 mm。輥刷安裝在上、下工作輥軸承座的出口側(cè)，每根輥刷由單獨(dú)的電機(jī)帶動(dòng)。輥刷直徑為300 mm～305 mm，轉(zhuǎn)速0～1 200 r/min，在正常軋制過程中，輥刷軸向竄動(dòng)行程為 ±20 mm，振蕩頻率為20次/min，輥刷頂靠缸的壓力為 4.5 MPa，輥刷有霍達(dá)尼的尼龍刷和奧斯本的鋼絲刷兩種類型。

輥刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)由輥刷、驅(qū)動(dòng)裝置、加壓裝置、軸向竄動(dòng)裝置、冷卻潤滑裝置組成，該系統(tǒng)與軋機(jī)的出口導(dǎo)板一體安裝在工作輥軸承座上。

圖1 輥刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure drawing of roll brush system

輥刷由軸承座、空心軸、刷毛、萬向連接軸、支撐座組成。

驅(qū)動(dòng)裝置由萬向連接軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、速度控制系統(tǒng)組成。

軸向竄動(dòng)裝置由液壓缸、快換接頭、液壓控制系統(tǒng)組成。

加壓裝置由擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括彈簧)、兩個(gè)液壓缸、液壓控制系統(tǒng)組成。

冷卻系統(tǒng)由壓力軟管、旋轉(zhuǎn)接頭、電磁控制閥組成。

1.2 輥刷的類型

輥刷按照刷毛不同可以分為兩種：一種為彈簧鋼絲刷， 刷毛直徑為0.3 mm～0.4 mm，裝配密度約100根/cm2～120根/cm2；另一種為尼龍輥刷，刷毛為碳化硅尼龍絲，包括單根毛刷和集束三根毛刷[3]，刷毛直徑為0.6 mm～0.7 mm，裝配密度約50根/cm2～60根/cm2(如圖2所示)。

圖2 刷毛類型Fig.2 Types of bristles

按照纏繞方式可分為碟片式輥刷和纏繞式輥刷(如圖3所示)。

圖3 刷毛纏繞方式Fig.3 Bristles winding mode

1.3 輥刷的使用要素

輥刷的使用要素包括：輥刷壓靠量(刷痕寬度)，輥刷的轉(zhuǎn)速，震蕩頻次(軸向竄動(dòng)頻率)，刷毛類型(鋼絲、尼龍)，輥刷的沖洗冷卻(外沖、內(nèi)沖)。

2 輥刷使用要素對5052鋁合金帶材表面質(zhì)量影響

2.1 尼龍輥刷對帶材表面質(zhì)量的影響

采用集束三根毛的尼龍輥刷，觀測刷痕寬度、輥刷轉(zhuǎn)速、輥刷沖洗冷卻、震蕩頻次等因素對5052鋁合金帶材表面質(zhì)量的影響。

1)刷痕寬度

刷痕寬度是指輥刷由液壓缸壓靠于軋輥表面與輥面接觸弧的投影長度[4]。其測定方法如圖4所示，將輥刷壓靠在軋輥上，在軋輥不轉(zhuǎn)的情況下，給定輥刷一個(gè)恒定的推力并旋轉(zhuǎn)30 s[5],這時(shí)所測量輥刷與輥面接觸弧長的投影長度即為刷痕寬度。

圖4 刷痕寬度的測定Fig.4 Determination of brush mark width

在輥刷轉(zhuǎn)速為500 r/min，輥刷的內(nèi)外沖洗冷卻正常運(yùn)行，震蕩頻次為20次/min條件下，試驗(yàn)對比刷痕寬度分別為10 mm、28 mm、50 mm的軋輥和帶材表面質(zhì)量，結(jié)果如圖5所示。

由圖5a可見，輥面粘鋁層較厚，對應(yīng)的帶材表面黑點(diǎn)、黑條明顯(圖5b)；圖5c的輥面粘鋁層較均勻，對應(yīng)的帶材表面較細(xì)膩均勻(圖5d)；圖5e所示的輥面有較多橘皮紋, 對應(yīng)的帶材表面橘皮紋明顯(圖5f)。由此可見， 在刷毛、轉(zhuǎn)速、冷卻沖洗、震蕩頻次均相同情況下，刷痕寬度較小時(shí)，對軋輥表面清刷不足，軋輥表面“涂層”較厚，軋制時(shí)“涂層”不均勻脫落，使帶材表面黑點(diǎn)、黑條明顯；刷痕寬度較大時(shí)，軋輥表面粗糙度急速下降，更易形成表面橘皮紋；只有適中的刷痕寬度才能較好控制軋輥表面的“涂層”，進(jìn)而軋制出較均勻細(xì)膩的帶材表面。

圖5 刷痕寬度對軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響Fig.5 Influence of brush mark width on surface quality of the roll and strip

2)輥刷轉(zhuǎn)速

在輥刷的刷痕寬度為28 mm，輥刷的內(nèi)外沖洗冷卻正常運(yùn)行，震蕩頻次為20次/min條件下，采用150 r/min、500 r/min、 850 r/min三種不同輥刷轉(zhuǎn)速進(jìn)行試驗(yàn)，對比軋輥和帶材表面質(zhì)量，結(jié)果如圖6所示。

由圖6a、b可見，當(dāng)輥刷轉(zhuǎn)速為150 r/min時(shí)，輥面粘鋁層較厚，對應(yīng)的帶材表面黑點(diǎn)較多；當(dāng)輥刷轉(zhuǎn)速為500 r/min時(shí)，輥面粘鋁層均勻，對應(yīng)的帶材表面較細(xì)膩，如圖6c、d所示；當(dāng)輥刷轉(zhuǎn)速為850 r/min時(shí)，輥面較亮無粘鋁層，對應(yīng)的帶材表面紋路較重，如圖6e、f所示。由此可見，在刷毛、刷痕寬度、冷卻沖洗、震蕩頻次均相同情況下，當(dāng)輥刷轉(zhuǎn)速較慢時(shí)，輥刷對軋輥表面涂層清刷能力不足，使帶材表面黑點(diǎn)明顯；當(dāng)輥刷速度很快時(shí)，又對軋輥表面涂層清刷過度，使帶材表面紋理較明顯；只有適中的輥刷速度才能較好的控制軋輥表面的涂層[6]，進(jìn)而軋制出較好的帶材表面。

圖6 輥刷轉(zhuǎn)速對軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響Fig.6 Influence of rotational speeds of roll brush on surface quality of the roll and strip

3)輥刷的沖洗冷卻

輥刷內(nèi)、外沖洗冷卻噴淋的主要目的：一是帶走輥刷與軋輥相對滑動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱，二是清洗刷輥產(chǎn)生的污垢(磨耗粉)[7]。當(dāng)內(nèi)、外沖洗效果不佳時(shí)，輥刷上會(huì)聚集大量鋁粉，輥面“涂層”厚度不均，導(dǎo)致帶材表面殘留污漬。

在輥刷轉(zhuǎn)速為500 r/min，輥刷的刷痕寬度為28 mm，震蕩頻次為20次/min條件下,試驗(yàn)對比打開或關(guān)閉輥刷沖洗冷卻對軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響，結(jié)果如圖7所示。

由圖7a、b可見，當(dāng)輥刷的內(nèi)、外沖洗關(guān)閉時(shí)，輥刷及軋輥表面“涂層”嚴(yán)重不均，對應(yīng)的帶材表面有大量不均的污漬殘留；當(dāng)輥刷的內(nèi)、外沖洗打開，軋輥表面“涂層”較均勻，對應(yīng)的帶材表面較干凈細(xì)膩，如圖7c、d所示。由此可見使用輥刷的沖洗冷卻是必要的。

圖7 輥刷沖洗對軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響Fig.7 Effect of washing of roller brush on surface quality of roller and strip

4)輥刷震蕩頻次

輥刷的震蕩頻次主要是指輥刷沿軸向竄動(dòng)的頻率。在輥刷的刷痕寬度為28 mm，輥刷的內(nèi)外沖洗冷卻正常運(yùn)行，輥刷轉(zhuǎn)速均為500 r/min條件下，打開、關(guān)閉輥刷的震蕩(震蕩頻次為20次/min)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖8。

由圖8可見，輥刷震蕩關(guān)閉時(shí)，軋輥表面有間距不等的色差帶，帶材表面色差帶與軋輥表面的相對應(yīng)；輥刷震蕩打開時(shí)，軋輥表面“涂層”較均勻，對應(yīng)的帶材表面較均勻 。因此，為得到較均勻細(xì)膩的帶材表面，輥刷使用合理的震蕩頻次也是必要的。

圖8 震蕩對軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響Fig.8 Effect of vibration on surface quality of the roll and strip

2.2 不同輥刷材質(zhì)對帶材表面質(zhì)量的影響

在輥刷轉(zhuǎn)速均為500 r/min，輥刷內(nèi)外沖洗冷卻正常運(yùn)行，震蕩頻次為20次/min，刷痕寬度28 mm，對比鋼絲輥刷與尼龍輥刷對帶材表面質(zhì)量的影響，結(jié)果如圖9所示。

由圖9a、b可見，使用鋼絲輥刷的軋輥表面肋部有明顯的粘鋁，對應(yīng)的帶材表面的肋部出現(xiàn)了明顯的黑點(diǎn)黑條；使用尼龍輥刷的軋輥表面涂層較均勻，對應(yīng)的帶材表面較細(xì)膩，如圖9c、d所示。

圖9 輥刷材質(zhì)對軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響Fig.9 Influence of roll brush material on surface quality of the roll and strip

對比可以看出，在其他條件相同的情況下，使用鋼絲輥刷時(shí)，其清刷能力較強(qiáng)，但因壓靠時(shí)輥刷的撓度有限[8]，導(dǎo)致軋輥肋部或一側(cè)容易出現(xiàn)清刷不到的情況，使輥面局部產(chǎn)生粘鋁層過厚，進(jìn)而形成局部的表面黑點(diǎn)、黑條。使用尼龍輥刷時(shí)，其清刷能力稍弱(但可以通過壓靠進(jìn)行彌補(bǔ))，尼龍刷的撓度比較大，對軋輥表面涂層清刷效果較均勻，帶材表面也較均勻細(xì)膩。

需要指出的是，在大軋制力、大壓下量的情況下為得到足夠的清刷效果，采用鋼絲輥刷是必要的，但要控制好刷痕寬度和兩側(cè)的一致性。尼龍輥刷雖然清刷比較均勻，在大軋制力情況下清刷效果有限，要綜合考慮后做出選擇。

3 結(jié)束語

通過對比試驗(yàn)方式，探討了輥刷使用要素對5052鋁合金帶材表面的粘鋁、黑點(diǎn)、黑條、色差及均勻細(xì)膩度的影響，說明輥刷對控制帶材表面質(zhì)量十分重要。在輥刷實(shí)際使用過程中，這些要素相互關(guān)聯(lián)，只有優(yōu)化輥刷的全部使用要素，才能使軋制的帶材表面質(zhì)量處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。