铸轧辊磨削的缺陷分析和预防

铸轧辊磨削的缺陷分析和解决方法杜永生摘要：分析了铸轧辊磨削过程中产生的辊型缺陷和表面振动纹，切削痕，螺旋纹的缺陷产生的原因和危害性，并介绍了缺陷的控制方法。

关键词：铸轧辊，砂轮，凸度、振动纹、切削痕、螺旋纹一前言高质量的铝铸轧板带的生产, 在很大程度上依赖于高磨削质量的铸轧辊,因此在轧辊磨削过程中准确诊断和分析已发现的磨削缺陷 , 找出产生的原因, 及时采取正确而经济的方法来消除和预防, 是提高铸轧板质量的有效途径。

本文以我公司在铸轧辊磨削过程中产生的主要缺陷为例，分析其产生的原因并提出相应的解决办法。

我公司现使用的铸轧磨床是国内险峰机床厂生产的M84100B轧辊磨床。

铸轧辊的磨削技术要求是：1．铸轧辊表面不允许有明显刀花，切削痕，振动纹等。

2．铸轧辊的中凸度（直径）允许的误差值为0.01mm。

3. 铸轧辊的中高对称度（半径）应小于0.006mm。

4. 辊面径向跳动<=0.001mm。

铸轧辊的主要缺陷概括为两大类，辊型缺陷和轧辊表面缺陷。

其中辊型缺陷直接影响到铸轧板的板形，造成板形纵向厚差，横向厚差超标以及中凸度超标或不够，是铸轧生产中最经常碰到的质量问题。

铸轧辊的表面缺陷除了影响铸轧板的表面质量外还影响到铸轧辊的使用寿命，增加铸轧的生产成本。

二铸轧辊磨削的主要辊型缺陷分析及解决方法2.1辊型缺陷辊型是指辊身中部和辊身边部的直径差值的分布规律，为了补偿轧制时由于轧制力引起的轧辊压扁产生弯曲而获得断面平直的铸轧板带，铸轧辊一般设计有一定的凸度，通常铸轧辊的辊型为抛物线或正弦曲线凸辊，如图1 所示, 轧辊凸度值的大小是以辊面中心处的直径与辊面边部直径的差值来表示的,Cr=D - D0 或Cr = 2〃Δt , 式中Cr 为轧辊凸度, D 为轧辊中心处直径, D0 为辊面边部直径。

图1 轧辊凸度示意图在实际的磨削过程中轧辊的凸度缺陷主要有三种（1） 凸度不对称0.050.10.150.21234568910图1 正常轧辊曲线和不对称轧辊曲线比较图如上图所示，轧辊两个对称点数值偏差大，在实际生产中，会造成铸轧板两边厚度差。

主要原因是计算辊轮位置或调整辊轮在标尺上的位置不正确或未按要求找出轧辊中心所致。

防止措施:除了认真核对计算辊轮位置和准确调节辊轮在标尺上的位置外, 每次辊轮位置的变化均要调整模板来找正轧辊中心后方可开始磨削。

（2） 凸度超差凸度偏差的原因除了床身精度超标外, 主要与成型机构的间隙消除机构调整不合适有关, 另外对用顶尖支承轧辊的磨床, 还可能是由于顶尖与中心孔接触不良引起，另外，砂轮硬度太软也是造成凸度超差的重要因素，解决方法:对床身精度原因引起的要对床身进行必要的调整、校正, 以恢复其精度; 成型机构引起的, 必须对成型机构的间隙消除机构进行调整,同时由于标尺转动的角度极小, 机械传动机构非常精密, 对此必须润滑良好, 调整时不得随意拆卸。

做到以上几点，再选择合适硬度的砂轮就能解决该问题。

（3） 凸度曲线失真如图2所示，所磨削的轧辊中高是0.16mm 正常的磨削曲线和失真的磨削曲线的对比图，正常的磨削曲线是成正弦曲线缓慢上升的，而失真的曲线是边部急剧上升，到了轧辊中间几乎成一条直线。

表1 正常铸轧辊曲线中高值表2 失真的轧辊曲线中高值0.050.10.150.21234568910图2 正常轧辊曲线和失真曲线的对比原因分析，主要是M84100轧辊磨床进给系统没有微量补偿，在实际磨削过程中，砂轮选择太软，砂轮脱粒太快，到了轧辊中间砂轮切入辊面的深度已经大大降低，造成中高曲线失真。

解决方法，选择合理的砂轮硬度和合理的精磨工艺参数，在实际生产中，我们选择了L60B 的砂轮，精磨中高时，降低拖板速度，控制在每分钟20mm ，降低砂轮的进给量，每个行程进0.005mm,此时磨削出的轧辊中高值最接近理论中高曲线，而且对轧辊表面质量的控制良好。

三 铸轧辊磨削的主要表面质量缺陷分析和解决方法铸轧辊磨削表面质量缺陷主要有以下三种3.1 振动纹轧辊表面的振纹缺陷是指零件表面具有各种不同形状的、深浅不一的花纹。

外圆磨削常出现振纹, 如图3所示。

图3 振动纹缺陷3.1.1 振动纹产生的原因(1) 强迫振动。

引起强迫振动的主要原因是砂轮不平衡; 其次是砂轮传动电机不平衡; 传动皮带厚薄或皮带长短不一致等。

强迫振动产生的多角形深度较深, 波距比较宽。

(2) 自激振动。

在磨削过程中, 砂轮对工件进行摩擦引起工件的振动, 使工件表面出现振纹。

工件顶尖系统的刚性愈差, 振动的振幅就愈大,产生的多角形也就愈深。

工件转速提高, 砂轮变钝, 砂轮与工件材料匹配不当, 都容易引起自激振动, 使工件产生波纹。

3.1.2 振动纹的解决方法(1)砂轮需经过静平衡。

要求砂轮在平衡架平衡时, 8 个方位都能停留得住；(2）砂轮和工件采用较低的转速和工作台速度, 横向进给量应选得小一些;(3) 选择合适的砂轮, 要注意砂轮硬度是否均匀；(4)要调整好砂轮皮带的长短，使其长短一致，减少皮带的振动。

3.2 表面切削痕切削痕是指工件表面出现的一些比工件光滑表面的沟纹要深一些宽一些的痕迹。

也称“拉毛”或“划伤”。

这种划痕常沿砂轮与工件相对运动方向很有规律地排列着, 也有突然出现1 个、2 个的划痕, 也有密密麻麻分布的划痕, 如图4所示。

图4 切削痕对于铸轧辊来说，表面切削痕对于铸轧板的表面质量影响不大，但对于铸轧辊的使用寿命影响很大，它是轧辊产生裂纹的根源，轧辊的裂纹总是从切削痕的根部向下延伸，如果不能及时发现并完全消除掉，会影响裂纹扩展过早出现疲劳裂纹，缩短轧辊的使用寿命。

3.2.1 切削痕产生的原因及控制方法要分析切削痕产生的基本原因，我们先了解一下砂轮的磨削过程：磨削过程，实际上就是砂轮圆周表面上有大量的、排列很不整齐的、分布不规则的尖锐多棱的磨粒的切削过程。

磨粒的切削过程可分3个阶段(1) 滑擦阶段：磨粒开始挤入工件，滑擦而过，工件表面产生弹性变形而无切屑。

(2) 耕犁阶段：磨粒挤入深度加大，工件产生塑性变形，耕犁成沟槽，磨粒两侧)和前端堆高隆起；(3) 切削阶段：切入深度继续增大，温度达到或超过工件材料的临界温度，部分工件材料明显地沿剪切面滑移而形成磨屑。

在磨削过程中，由于磨粒的形状及其在砂轮中的位置很不规则，因而各个磨粒切削金属的过程也是不相同的。

在砂轮圆周表面突出高度较高的和棱角比较锋利的磨粒，切入工件表面较深，能切下一定厚度的金属，起切削作用；突出高度较小或较钝或位置不利于切削的磨粒，切入深度又浅，切不下金属，只能在工件表面起刻划作用而挤压出细微的凹槽；更钝的、隐附在其他磨粒下面的磨粒，只能稍微擦着工件表面起摩擦抛光作用。

由此可见，磨削过程是包含切削、刻划和摩擦抛光作用的综合而复杂的过程。

在实际生产过程中也会因磨削条件、工件材料性能不同及零件加工要求的不同而各有主次，如粗磨时以切削作用为主；较细粗糙度磨削时以摩擦抛光作用为主。

而我们所说的切削痕就是这些磨削后轧辊表面上出现的沟状条纹，主要是磨粒在起切削和刻划作用的情况下产生的。

其原因归为以下几点。

1.轧辊表面不干净：磨削前轧辊表面粘结有砂粒、粘铝等异物，磨削过程中异物从辊面脱落并嵌入砂轮表面，磨削时就对轧辊表面造成划伤。

2.砂轮表面不干净：这是由于更换砂轮前，有大颗粒异物压入砂轮较深，修整砂轮时修整量不够，导致异物未能完全去除；还有一个原因就是砂轮修整时，未用切削液冲洗，造成脱落的磨粒附着在砂轮表面，磨削时就对轧辊表面造成划伤。

3.砂轮硬度，粒度选择不当砂轮的硬度是指砂轮表面的磨粒在磨削力的作用下脱落的难易程度。

砂轮软，就是磨粒粘结的不牢，在磨削过程中容易整颗脱落，如果没有及时被切削液冲走而是附着在砂轮表面上，这就容易造成辊面划伤。

砂轮硬，又容易出现前面的振动纹问题。

砂轮是由许多极硬的颗粒经过结砂合剂粘结而成的并具有一定几何形状的多孔切削刀具。

砂轮表面上多棱多角的坚硬颗粒称为磨粒，而磨料颗粒的大小称为粒度，通常用粒度号表示。

砂轮粒度越细，参加磨削过程的磨粒数越多，磨削厚度就越薄，有利于改善切削痕状况。

砂轮粒度太细，又容易堵塞，产生振动纹，我们在实际使用过程中，选择了3种砂轮进行对比，结果见下表。

表3 实验效果比较通过实际磨削试验我们发现，选用粒度号大的砂轮是减轻第一类切削痕最简单的方法，而且效果最明显；降低轧辊转速和提高砂轮转速对减轻切削痕也具有一定效果，但是却容易产生其它磨削缺陷，因此只能进行适当调整。

在实际轧辊磨削过程中应结合实际情况（比如根据粗糙度控制、磨削效率以及其他磨削缺陷控制等综合因素）来选择砂轮粒度，我们在最终选择了60LB型号砂轮，切削痕已经能够达到工艺技术要求，而且轧辊表面质量较好，磨削效率较高。

4.砂轮堵塞钝化：磨屑在磨削区内被加热到很高的温度(如中碳钢材料可达到1200K以上)，然后被氧化和熔化，随后固化成微粒球体，这些磨屑有不少部分将会填充到砂轮气孔中或依附在磨料的四周，从而引起砂轮的堵塞钝化。

那些融化粘结在砂轮磨粒表面上的磨屑，再次参与磨削时，将会造成辊面划伤。

5.切削液：在轧辊磨削过程中，会经常碰到由于切削液的问题，产生许多磨削缺陷，造成轧辊磨削质量的下降，尤其是切削痕问题。

我们铸轧磨床使用的是嘉实多9930C水溶性切削油、浓度为5.0%左右，在这里重点分析一下切削液的功能与可能产生的问题。

(1) 冷却作用：磨削加工中，由于工件材料变形的内摩擦与砂轮和工件表面间的外摩擦，将产生大量的磨削热，磨削区域内温度会达1000～1500℃。

因此，需要将切削液送入到磨粒与轧辊表面之间，以降低磨削温度，防止轧辊表面烧伤，以及可以减轻砂轮堵塞钝化的产生（如上原因4）。

(2) 润滑作用：切削液中含有极压添加剂，这些添加剂与轧辊表面接触后能迅速发生化学反应，生成化合物粘附在轧辊表面上，形成润滑膜，从而能减少磨粒与轧辊表面之间的摩擦，减轻磨屑粘结磨粒，造成砂轮钝化的现象，也有利于提高砂轮的使用寿命及降低轧辊表面粗糙度。

(3) 清洗作用：切削液可以将磨屑及碎裂而脱落的磨粒冲掉，以免轧辊磨削表面被划伤。

如果切削液本身就含有许多较大的颗粒物（如磨屑、砂粒等），这些异物就会进入磨削区，造成辊面划伤，因此切削液使用后一般都要经过过滤才能循环使用,M84100轧辊磨床切削液是经过磁性过滤、纸质分离过滤和静置隔离过滤后进入使用水箱备用。

由于原先过滤装置存在许多缺陷，使用后的切削液经常从纸质分离过滤槽中溢出直接进入使用水箱，因此切削液中含有大量的磨屑、砂粒的大颗粒，造成轧辊表面被划伤。

后来通过过滤器水箱改造后，改善了切削液的过滤效果，现在已基本解决了此类切削痕问题。

(4) 防锈作用：切削液中加有的防锈添加剂能够在金属表面上形成保护膜，使轧辊与磨床床身表面免受氧化作用，起防锈作用。