鑄軋輥磨削的缺陷分析和預(yù)防 2

1、鑄軋輥磨削的缺陷分析和解決方法 杜永生摘要：分析了鑄軋輥磨削過程中產(chǎn)生的輥型缺陷和表面振動紋，切削痕，螺旋紋的缺陷產(chǎn)生的原因和危害性，并介紹了缺陷的控制方法。關(guān)鍵詞：鑄軋輥，砂輪，凸度、振動紋、切削痕、螺旋紋一 前言 高質(zhì)量的鋁鑄軋板帶的生產(chǎn), 在很大程度上依賴于高磨削質(zhì)量的鑄軋輥,因此在軋輥磨削過程中準(zhǔn)確診斷和分析已發(fā)現(xiàn)的磨削缺陷 , 找出產(chǎn)生的原因, 及時采取正確而經(jīng)濟(jì)的方法來消除和預(yù)防, 是提高鑄軋板質(zhì)量的有效途徑。本文以我公司在鑄軋輥磨削過程中產(chǎn)生的主要缺陷為例，分析其產(chǎn)生的原因并提出相應(yīng)的解決辦法。我公司現(xiàn)使用的鑄軋磨床是國內(nèi)險峰機(jī)床廠生產(chǎn)的M84100B軋輥磨床。鑄軋輥的磨削技術(shù)要

2、求是：1鑄軋輥表面不允許有明顯刀花，切削痕，振動紋等。2鑄軋輥的中凸度（直徑）允許的誤差值為0.01mm。3. 鑄軋輥的中高對稱度（半徑）應(yīng)小于0.006mm。4. 輥面徑向跳動<=0.001mm。鑄軋輥的主要缺陷概括為兩大類，輥型缺陷和軋輥表面缺陷。其中輥型缺陷直接影響到鑄軋板的板形，造成板形縱向厚差，橫向厚差超標(biāo)以及中凸度超標(biāo)或不夠，是鑄軋生產(chǎn)中最經(jīng)常碰到的質(zhì)量問題。鑄軋輥的表面缺陷除了影響鑄軋板的表面質(zhì)量外還影響到鑄軋輥的使用壽命，增加鑄軋的生產(chǎn)成本。二 鑄軋輥磨削的主要輥型缺陷分析及解決方法2.1輥型缺陷輥型是指輥身中部和輥身邊部的直徑差值的分布規(guī)律，為了補(bǔ)償軋制時由于軋制力引起

3、的軋輥壓扁產(chǎn)生彎曲而獲得斷面平直的鑄軋板帶，鑄軋輥一般設(shè)計有一定的凸度，通常鑄軋輥的輥型為拋物線或正弦曲線凸輥，如圖1 所示, 軋輥凸度值的大小是以輥面中心處的直徑與輥面邊部直徑的差值來表示的,Cr=D - D0 或Cr = 2·t , 式中Cr 為軋輥凸度, D 為軋輥中心處直徑, D0 為輥面邊部直徑。圖1 軋輥凸度示意圖在實(shí)際的磨削過程中軋輥的凸度缺陷主要有三種（1） 凸度不對稱輥號輥徑 中高對稱度（mm）31775.7mm0 0.0480.1500.1590.16800.0470.1600.170圖1 正常軋輥曲線和不對稱軋輥曲線比較圖如上圖所示，軋輥兩個對稱點(diǎn)數(shù)值偏差大，在

4、實(shí)際生產(chǎn)中，會造成鑄軋板兩邊厚度差。主要原因是計算輥輪位置或調(diào)整輥輪在標(biāo)尺上的位置不正確或未按要求找出軋輥中心所致。防止措施:除了認(rèn)真核對計算輥輪位置和準(zhǔn)確調(diào)節(jié)輥輪在標(biāo)尺上的位置外, 每次輥輪位置的變化均要調(diào)整模板來找正軋輥中心后方可開始磨削。（2）凸度超差凸度偏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), 另外對用頂尖支承軋輥的磨床, 還可能是由于頂尖與中心孔接觸不良引起，另外，砂輪硬度太軟也是造成凸度超差的重要因素，解決方法:對床身精度原因引起的要對床身進(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, 必須對成型機(jī)構(gòu)的間隙消除機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,同時由于標(biāo)尺

5、轉(zhuǎn)動的角度極小, 機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)非常精密, 對此必須潤滑良好, 調(diào)整時不得隨意拆卸。做到以上幾點(diǎn)，再選擇合適硬度的砂輪就能解決該問題。（3） 凸度曲線失真如圖2所示，所磨削的軋輥中高是0.16mm正常的磨削曲線和失真的磨削曲線的對比圖，正常的磨削曲線是成正弦曲線緩慢上升的，而失真的曲線是邊部急劇上升，到了軋輥中間幾乎成一條直線。輥號輥徑 中高對稱度（mm）31775.7mm0 0.0500.1030.1400.16000.0470.1000.142 表1 正常鑄軋輥曲線中高值輥號輥徑 中高對稱度（mm）31775.7mm0 0.100.1420.1500.16000.100.1380.152表2

6、 失真的軋輥曲線中高值 圖2 正常軋輥曲線和失真曲線的對比原因分析，主要是M84100軋輥磨床進(jìn)給系統(tǒng)沒有微量補(bǔ)償，在實(shí)際磨削過程中，砂輪選擇太軟，砂輪脫粒太快，到了軋輥中間砂輪切入輥面的深度已經(jīng)大大降低，造成中高曲線失真。 解決方法，選擇合理的砂輪硬度和合理的精磨工藝參數(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中，我們選擇了L60B的砂輪，精磨中高時，降低拖板速度，控制在每分鐘20mm，降低砂輪的進(jìn)給量，每個行程進(jìn)0.005mm,此時磨削出的軋輥中高值最接近理論中高曲線，而且對軋輥表面質(zhì)量的控制良好。三 鑄軋輥磨削的主要表面質(zhì)量缺陷分析和解決方法鑄軋輥磨削表面質(zhì)量缺陷主要有以下三種3.1振動紋軋輥表面的振紋缺陷是指零件

7、表面具有各種不同形狀的、深淺不一的花紋。外圓磨削常出現(xiàn)振紋, 如圖3所示。圖3 振動紋缺陷3.1.1 振動紋產(chǎn)生的原因(1) 強(qiáng)迫振動。引起強(qiáng)迫振動的主要原因是砂輪不平衡; 其次是砂輪傳動電機(jī)不平衡; 傳動皮帶厚薄或皮帶長短不一致等。強(qiáng)迫振動產(chǎn)生的多角形深度較深, 波距比較寬。(2) 自激振動。在磨削過程中, 砂輪對工件進(jìn)行摩擦引起工件的振動, 使工件表面出現(xiàn)振紋。工件頂尖系統(tǒng)的剛性愈差, 振動的振幅就愈大,產(chǎn)生的多角形也就愈深。工件轉(zhuǎn)速提高, 砂輪變鈍, 砂輪與工件材料匹配不當(dāng), 都容易引起自激振動, 使工件產(chǎn)生波紋。3.1.2 振動紋的解決方法 (1)砂輪需經(jīng)過靜平衡。要求砂輪在平衡架平衡

8、時, 8 個方位都能停留得住；(2）砂輪和工件采用較低的轉(zhuǎn)速和工作臺速度, 橫向進(jìn)給量應(yīng)選得小一些;(3) 選擇合適的砂輪, 要注意砂輪硬度是否均勻；(4)要調(diào)整好砂輪皮帶的長短，使其長短一致，減少皮帶的振動。3.2 表面切削痕切削痕是指工件表面出現(xiàn)的一些比工件光滑表面的溝紋要深一些寬一些的痕跡。也稱“拉毛”或“劃傷”。這種劃痕常沿砂輪與工件相對運(yùn)動方向很有規(guī)律地排列著, 也有突然出現(xiàn)1 個、2 個的劃痕, 也有密密麻麻分布的劃痕, 如圖4所示。圖4 切削痕 對于鑄軋輥來說，表面切削痕對于鑄軋板的表面質(zhì)量影響不大，但對于鑄軋輥的使用壽命影響很大 ，它是軋輥產(chǎn)生裂紋的根源，軋輥的裂紋總是從切削痕

9、的根部向下延伸，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并完全消除掉，會影響裂紋擴(kuò)展過早出現(xiàn)疲勞裂紋，縮短軋輥的使用壽命。3.2.1 切削痕產(chǎn)生的原因及控制方法要分析切削痕產(chǎn)生的基本原因，我們先了解一下砂輪的磨削過程：磨削過程，實(shí)際上就是砂輪圓周表面上有大量的、排列很不整齊的、分布不規(guī)則的尖銳多棱的磨粒的切削過程。 磨粒的切削過程可分3個階段(1) 滑擦階段：磨粒開始擠入工件，滑擦而過，工件表面產(chǎn)生彈性變形而無切屑。 (2) 耕犁階段：磨粒擠入深度加大，工件產(chǎn)生塑性變形，耕犁成溝槽，磨粒兩側(cè))和前端堆高隆起； (3) 切削階段：切入深度繼續(xù)增大，溫度達(dá)到或超過工件材料的臨界溫度，部分工件材料明顯地沿剪切面滑移而形成磨

10、屑。 在磨削過程中，由于磨粒的形狀及其在砂輪中的位置很不規(guī)則，因而各個磨粒切削金屬的過程也是不相同的。在砂輪圓周表面突出高度較高的和棱角比較鋒利的磨粒，切入工件表面較深，能切下一定厚度的金屬，起切削作用；突出高度較小或較鈍或位置不利于切削的磨粒，切入深度又淺，切不下金屬，只能在工件表面起刻劃作用而擠壓出細(xì)微的凹槽；更鈍的、隱附在其他磨粒下面的磨粒，只能稍微擦著工件表面起摩擦拋光作用。由此可見，磨削過程是包含切削、刻劃和摩擦拋光作用的綜合而復(fù)雜的過程。在實(shí)際生產(chǎn)過程中也會因磨削條件、工件材料性能不同及零件加工要求的不同而各有主次，如粗磨時以切削作用為主；較細(xì)粗糙度磨削時以摩擦拋光作用為主。而我們

11、所說的切削痕就是這些磨削后軋輥表面上出現(xiàn)的溝狀條紋，主要是磨粒在起切削和刻劃作用的情況下產(chǎn)生的。其原因歸為以下幾點(diǎn)。1. 軋輥表面不干凈：磨削前軋輥表面粘結(jié)有砂粒、粘鋁等異物，磨削過程中異物從輥面脫落并嵌入砂輪表面，磨削時就對軋輥表面造成劃傷。2. 砂輪表面不干凈：這是由于更換砂輪前，有大顆粒異物壓入砂輪較深，修整砂輪時修整量不夠，導(dǎo)致異物未能完全去除；還有一個原因就是砂輪修整時，未用切削液沖洗，造成脫落的磨粒附著在砂輪表面，磨削時就對軋輥表面造成劃傷。3. 砂輪硬度，粒度選擇不當(dāng)砂輪的硬度是指砂輪表面的磨粒在磨削力的作用下脫落的難易程度。砂輪軟，就是磨粒粘結(jié)的不牢，在磨削過程中容易整顆脫落，

12、如果沒有及時被切削液沖走而是附著在砂輪表面上，這就容易造成輥面劃傷。砂輪硬，又容易出現(xiàn)前面的振動紋問題。砂輪是由許多極硬的顆粒經(jīng)過結(jié)砂合劑粘結(jié)而成的并具有一定幾何形狀的多孔切削刀具。砂輪表面上多棱多角的堅硬顆粒稱為磨粒，而磨料顆粒的大小稱為粒度，通常用粒度號表示。 砂輪粒度越細(xì)，參加磨削過程的磨粒數(shù)越多，磨削厚度就越薄，有利于改善切削痕狀況。砂輪粒度太細(xì)，又容易堵塞，產(chǎn)生振動紋，我們在實(shí)際使用過程中，選擇了3種砂輪進(jìn)行對比，結(jié)果見下表。表3 實(shí)驗(yàn)效果比較砂輪試 驗(yàn) 效 果100KB切削痕有較大改善，但磨削效率不高80KB切削痕良好，刀花明顯、容易出振紋。60LB切削痕良好，振動紋不明顯，磨削效

13、率高通過實(shí)際磨削試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，選用粒度號大的砂輪是減輕第一類切削痕最簡單的方法，而且效果最明顯；降低軋輥轉(zhuǎn)速和提高砂輪轉(zhuǎn)速對減輕切削痕也具有一定效果，但是卻容易產(chǎn)生其它磨削缺陷，因此只能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在實(shí)際軋輥磨削過程中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況（比如根據(jù)粗糙度控制、磨削效率以及其他磨削缺陷控制等綜合因素）來選擇砂輪粒度，我們在最終選擇了60LB型號砂輪，切削痕已經(jīng)能夠達(dá)到工藝技術(shù)要求，而且軋輥表面質(zhì)量較好，磨削效率較高。4.砂輪堵塞鈍化：磨屑在磨削區(qū)內(nèi)被加熱到很高的溫度(如中碳鋼材料可達(dá)到1200K以上)，然后被氧化和熔化，隨后固化成微粒球體，這些磨屑有不少部分將會填充到砂輪氣孔中或依附在磨料的四周，從

14、而引起砂輪的堵塞鈍化。那些融化粘結(jié)在砂輪磨粒表面上的磨屑，再次參與磨削時，將會造成輥面劃傷。5.切削液：在軋輥磨削過程中，會經(jīng)常碰到由于切削液的問題，產(chǎn)生許多磨削缺陷，造成軋輥磨削質(zhì)量的下降，尤其是切削痕問題。我們鑄軋磨床使用的是嘉實(shí)多9930C水溶性切削油、濃度為5.0%左右，在這里重點(diǎn)分析一下切削液的功能與可能產(chǎn)生的問題。(1) 冷卻作用：磨削加工中，由于工件材料變形的內(nèi)摩擦與砂輪和工件表面間的外摩擦，將產(chǎn)生大量的磨削熱，磨削區(qū)域內(nèi)溫度會達(dá)10001500。因此，需要將切削液送入到磨粒與軋輥表面之間，以降低磨削溫度，防止軋輥表面燒傷，以及可以減輕砂輪堵塞鈍化的產(chǎn)生（如上原因4）。(2) 潤

15、滑作用：切削液中含有極壓添加劑，這些添加劑與軋輥表面接觸后能迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成化合物粘附在軋輥表面上，形成潤滑膜，從而能減少磨粒與軋輥表面之間的摩擦，減輕磨屑粘結(jié)磨粒，造成砂輪鈍化的現(xiàn)象，也有利于提高砂輪的使用壽命及降低軋輥表面粗糙度。(3) 清洗作用： 切削液可以將磨屑及碎裂而脫落的磨粒沖掉，以免軋輥磨削表面被劃傷。如果切削液本身就含有許多較大的顆粒物（如磨屑、砂粒等），這些異物就會進(jìn)入磨削區(qū)，造成輥面劃傷，因此切削液使用后一般都要經(jīng)過過濾才能循環(huán)使用,M84100軋輥磨床切削液是經(jīng)過磁性過濾、紙質(zhì)分離過濾和靜置隔離過濾后進(jìn)入使用水箱備用。由于原先過濾裝置存在許多缺陷，使用后的切削液經(jīng)常

16、從紙質(zhì)分離過濾槽中溢出直接進(jìn)入使用水箱，因此切削液中含有大量的磨屑、砂粒的大顆粒，造成軋輥表面被劃傷。后來通過過濾器水箱改造后，改善了切削液的過濾效果，現(xiàn)在已基本解決了此類切削痕問題。(4) 防銹作用：切削液中加有的防銹添加劑能夠在金屬表面上形成保護(hù)膜，使軋輥與磨床床身表面免受氧化作用，起防銹作用。3.3螺旋紋螺旋形是軋輥在磨削時表面上存在的像螺紋一樣的螺旋線痕跡,且螺旋線的導(dǎo)程及螺旋線的粗細(xì)在不同的條件下都有所不同, 如圖5 所示。圖5 螺旋型缺陷鑄軋輥螺旋形缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施:(1) 砂輪在粗修整時母線修得不平, 精修時由于修整量少, 而校正不過來。磨削時砂輪同工件部分接觸, 常常使

17、砂輪的一個棱邊接觸工件, 使工件表面出現(xiàn)螺旋形;(2) 修整砂輪時沒有用冷卻液或冷卻液只沖著砂輪的一部分。沒有沖到的部分在修整時, 金剛石會受熱膨脹, 而造成砂輪的母線不直。因此,在修整砂輪時, 應(yīng)有充分的冷卻液, 而且噴嘴位置和冷卻液要對準(zhǔn)砂輪的整個寬度上;(3) 工作臺潤滑油壓力過高, 使臺面運(yùn)動時穩(wěn)定性差, 有漂浮現(xiàn)象,從而在磨削時產(chǎn)生單邊接觸, 而使工件出現(xiàn)螺旋形。在這種情況下, 應(yīng)注意減少磨削用量;(4) 由于頭、尾架系統(tǒng)剛性不一致, 當(dāng)在磨削力基本不變的條件下,系統(tǒng)剛性差的變形大, 使砂輪與工件接觸不良而引起螺旋線, 在這種情況下,應(yīng)注意用減少磨削用量來解決;(5) 磨削時, 由于砂輪