影響軋輥磨削質量因素分析

仵 杰

（廣西柳州鋼鐵集團有限責任公司熱軋板帶廠， 廣西 柳州 545002）

引言

隨著工業化水平的發展，客戶對板帶鋼材表面的質量要求越來越高，而軋輥表面磨削質量直接決定鋼材表面質量，所以鋼材軋制工藝對軋輥磨削質量精度要求比較高。軋輥磨削后質量須達到：輥徑錐度≤0.02 mm，輥型誤差±0.01 mm，表面粗糙度Ra0.8～1.6μm，表面無波紋和走刀印等缺陷。為了保證軋輥磨削高質量，不僅要求操作工自身要有較高的操作水平，還要知道磨削時如何選用匹配的砂輪、磨削液、磨削參數等重要因素。本文從砂輪、磨削液、磨削參數三個方面對軋輥磨削質量的影響進行分析。

1 砂輪的選擇

砂輪是由磨料和結合劑以適當的比例混合，經壓制、干燥、燒結而成。砂輪的磨料、粒度、結合劑、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，根據柳鋼1450生產線精軋工作輥材質、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。抗拉強度較高的材料，應選用韌性大的磨料；硬度低、延伸率大的材料，應選用較脆的磨料；對高硬材料則應選擇硬度較高的磨料。

2）須注意選用不易與軋輥產生化學反應的磨料，以減少砂輪的磨損。

3）須注意磨料在一定介質中和溫度下受到侵蝕的趨勢，以保證砂輪壽命。

歸納來講，軋輥材質硬，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為高鉻鑄鐵和高鎳鉻無限球墨鑄鐵，綜合考量應當選用碳化硅砂輪（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生等因素。一般來說，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，應選擇粗一些的粒度；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，則應選擇較細的粒度。根據精軋工作輥材質及磨削質量要求綜合磨削因素考量，選用粗粒度24號—36號比較合適。

1.3 砂輪硬度的選擇

磨削硬質軋輥，砂輪硬度應當選擇軟，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；磨削軟質軋輥，砂輪硬度應當選擇硬，可以在較長的時間保持磨粒微刃的鋒利，有利切削。根據精軋工作輥材質、輥身硬度及磨削效率綜合磨削因素考量，選用L等級的砂輪硬度比較合適。

1.4 結合劑的選擇

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

2 磨削液（切削液）

磨削過程與其他加工過程相比，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，磨削時會產生大量的熱，瞬間溫度可達1 000℃以上。磨削熱的產生會對軋輥的磨削精度和表面質量帶來極不利的影響，極易產生燒傷和熱變形。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，減少磨削熱的產生，另一方面帶走大部分磨削熱，使磨削溫度降低。

2）潤滑作用。磨削液能夠到達磨粒和軋輥接觸的表面之間，在軋輥表面上形成潤滑膜，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膜或與金屬化合形成鈍化膜，保護軋輥表面不受周圍介質的影響而腐蝕。

2.2 磨削液的選擇使用要求

1）磨削液的化學性質要穩定，不易變質或產生化學反應，無毒性，酸堿度為中性，以免對人體有害和腐蝕磨床、軋輥、砂輪，能與水均勻混合，使用時不產生泡沫。

2）有良好的冷卻性能，能發揮較好的冷卻作用。

3）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，便于觀察軋輥表面磨削質量。

4）使用切削液時要有磨渣過濾系統保證切削液的清潔無雜物，切削液的濃度要用折光儀觀測，理想的濃度在2%～5%之間。

3 磨削參數

選擇合理的軋輥磨削參數，關系到軋輥的磨削精度，軋輥的表面粗糙度，同時對磨削效率和生產成本影響很大。目前柳鋼1450生產線數控軋輥磨床的主要磨削參數有：砂輪線速度VS（m/s），軋輥轉數n（r/min），拖板速度Z（mm/min），周期進給量ap（μm），砂輪連續補償速度Vt（μm/min）。

3.1 砂輪線速度VS（m/s）

當粗磨時在周期進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間，磨粒切削次數增加，金屬切除率可以增加，從而會顯著提高磨削生產效率，同時由于每顆磨粒切下磨削厚度減小，磨粒負荷減輕，磨粒比較鋒利，砂輪的使用壽命得到提高。在精磨時，由于磨粒的當量切削厚度變薄，在軋輥表面上留下的溝痕就淺，軋輥粗糙度值就會減小。反之砂輪線速度太低，磨粒負荷增加，磨粒出現鈍化，砂輪磨損嚴重，表面粗糙度值增大，生產率低。砂輪磨削線速度推薦使用范圍為：20～35 m/s。

3.2 軋輥轉速n(r/min)

軋輥轉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。一般來講，軋輥直徑越大，軋輥轉速相應低些，砂輪在單位時間內切除的金屬量增加，能提高磨削效率。軋輥轉速的選擇原則是：周期進量越大、軋輥直徑越、軋輥材質越硬，則軋輥轉速越低。目前柳鋼1450生產線所使用的精軋工作輥輥徑范圍為Φ560～Φ760 mm，所以推薦工件轉速范圍為 20～30 r/min。

3.3 拖板移動速度Z（mm/min）

拖板移動速度由軋輥磨削的階段決定，在不同的磨削階段對應不同的速度。粗磨時為提高生產率，應適當加快拖板移動速度，工件每轉拖板縱移動量約為砂輪寬度的2/3～3/4，不得超過砂輪寬度的3/4，否則會在輥面出現漏磨的刀痕，導致在中磨時必須用更多的磨削行程來消除，反而降低磨削效率。精磨時為了提高軋輥表面質量，應適當降低拖板速度，工件每轉拖板縱向進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”，同時易使軋輥表面出現走刀印。

3.4 周期進給量ap（μm）

粗磨階段主要以磨去軋輥表面疲勞層和可見缺陷為目的，要求在短時間內盡可能磨掉多余的表層，應該用強力磨削，故采用較大的周期進給量，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到要求。根據1450生產線磨床設計及軋輥的磨削要求，推薦每個磨削行程周期：粗磨周期進給量為30～50 μm，中磨周期進給量為：10～20 μm，精磨周期進給量為：0～5 μm。

3.5 砂輪連續補償速度Vt（μm/min）

在正常磨削時，砂輪由于具有自銳性，鈍化后的磨粒會脫落，繼而讓新的磨粒能夠參與磨削過程。由于磨粒的脫落會導致砂輪直徑變小，磨削力下降，為保證正常磨削，在磨削過程中要用連續補償量來補償因磨粒脫落砂輪直徑變小而下降的磨削力。砂輪連續補償量主要與砂輪周期進給量、砂輪的硬度、輥面磨削長度及軋輥輥型有關。當砂輪周期進給量越大、砂輪偏軟、磨削輥面長度時、輥型中凹量大時，砂輪連續補償量應越大，反之應小些。但在實際磨削中，砂輪連續補償用量往往又隨砂輪以及軋輥材質的軟硬程度而不同。由于砂輪連續補償量的取值“隨機性”太大，很難有固定的數值，尤其在磨削曲線輥面時，砂輪的連續補償量是保證輥面曲線精度的一個重要參數，目前主要是操作人員根據自己的操作參數和習慣進行參數設置。

4 結語

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