冷轧轧辊磨削辊型及表面缺陷分析

田 洪

（西南铝业（集团）有限责任公司高精板带事业部，重庆 九龙坡 401326）

0 前言

轧辊是铝轧机的贵重消耗性工具，其磨削精度和磨削效率直接影响铝板带的轧制质量和生产效率。轧辊在铝板带轧制的过程受高温高压等恶劣环境影响，易发生高温氧化和机械磨损。其通常表现为轧辊表面几何精度磨损、表面疲劳、裂纹、划伤和印痕等缺陷。所以需要周期性的对轧辊工作面进行磨削修复。

轧辊在磨削修复的过程中有两类影响轧辊使用的问题需要注意：一是辊型控制，即根据轧制工艺要求对轧辊提出的工艺要求，如凸度、锥度、圆度、表面粗糙度等；二是表面缺陷，主要有色差、振纹、划道、螺旋纹、织布纹和软点等可见缺陷。

1 辊型控制

1.1 凸度

轧辊凸度通常有两个方面需要精确控制，否则影响使用：一是凸度对称性差，二是中高超差。

凸度对称性差。凸度对称性差的原因除了床身导轨精度超标外，主要原因是未按要求找出轧辊中心所致。防止措施：对床身精度原因引起的应对床身导轨进行必要的调整、校正，以恢复其精度；由中心所致，认真核对轧辊中心位置、砂轮起刀位置和砂轮走刀结束位置，核对轧辊工作面的中心和砂轮起刀到结束的中心是否完全重合。

中高超差。凸度超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。防止措施：对床身精度原因引起的应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。

1.2 锥度

轧辊对锥度的要求是非常严格的，我厂冷轧工作辊辊径为450mm，锥度要求为0.01mm。导致锥度超差的原因除了床身精度超标外，主要原因是磨削前轧辊中心线和床头中心线同轴性差。其次是磨削过程左右托架有一侧的润滑不够出现明显发热，导致轧辊中心线偏移。防止措施：磨削前认真校正轧辊中心。我厂HERKULES 的WS450磨床带自动测量装置，轧辊中心线与基准的同轴度可达0.001mm。对于没有自动测量的磨床，使用千分表也应将轧辊的中心线与基准的误差控制在0.005mm。认真做好托瓦清洁防止异物掉落，选择适当的润滑油保证足够润滑，防止辊颈发热。

1.3 圆度

轧辊磨后都存在一定的圆度偏差，我厂根据实际生产需要将轧辊工作面圆度偏差控制在0.01mm，同时将轧辊辊颈的圆度偏差控制在0.005mm。实际检测中发现，即使辊颈处的圆度小于0.005mm，磨后辊身的圆度也是控制值的2～3倍。

首先，分析磨不圆的根源，在转动轧辊时我们对磨床支撑轧辊的托架各主要部位用百分表来测量, 观察轧辊振动的来源（见图1），分别测量A、B、C、D、E处的振摆。这些点振摆过大都将使轧辊磨不圆。若某点振摆过大，对相应部位做适宜的调整，减小振摆。其次，磨床头架驱动力偶不平稳也是引起轧辊振动的重要因素。

图1 轧辊传动及振摆测量点位置示意图

轧辊的辊颈圆度是轧辊磨削时的基准, 该圆度会直接影响轧辊磨削后的圆度。而左右托架的刚度和它们与轧辊辊颈的接触精度也将直接影响轧辊的磨削圆度。磨床头架驱动轧辊时工装与磨床花盘夹头点接触, 两头垫多片碟形弹簧缓冲驱动扭力。因此必然产生一对驱动作用力偶, 向左的力偶基本由侧瓦抵挡, 而向右的力偶只有底瓦来抵挡。因此, 驱动力偶会使轧辊每旋转一周作两次向右的振摆，以致E处振摆是最高点, 直接造成轧辊磨后圆度偏差超标。另外，托架锁紧螺栓松动，托架与导轨面接触差存在间隙同样会引起轧辊振动。再有，托瓦丝杆的间隙过大、瓦面与辊颈的弧面接触差一样会致辊身振动。所以，托架与床身的间隙、侧瓦丝杆的间隙、瓦面的弧度等都将影响E处的振摆大小，以致轧辊工作面磨不圆。

提高圆度，因采取以下措施：（1）采用轧辊变速磨削，通过改变力偶周期的变化来改变E处振摆的周期性变化；（2）铲刮磨床床身导轨面与托架接触面, 要求有更多面积的接触, 每25mm ×25mm面积上的接触点均匀地达到12点；（3）碾刮托瓦巴氏合金,改善托瓦的弧面和轧辊辊颈架的接触面；（4）更换侧瓦丝杆, 并校验新丝杆自由间隙。修磨侧瓦压板内表面, 确保侧瓦平稳固定；（5）更换花盘夹头碟形弹簧, 合理调整夹头与轧辊扁头间隙；（6）调整适当主轴间隙，提高主轴刚度。

1.4 表面粗糙度

轧辊工作面粗糙度是根据轧制合金、压下量、板面粗糙度等综合得出的，所以根据实际生产情况，粗糙度是一个柔性很大的变量。在实际生产中要根据不同的粗糙度制定不同磨削工艺，选择适当的砂轮。磨削工艺根据不同工况情况下要做出适宜的调整，磨削工艺不是一成不变的，所以磨削工艺在这儿就不作深入讨论。砂轮选择时在表面粗糙度与表面缺陷间要合理平衡。选择原则：在不产生表面缺陷的情况下，通过调整磨削工艺来匹配需要磨削的粗糙度。此外，主轴系统刚度要好、主轴间隙适宜，不产生让刀，也是粗糙度均匀的重要保障。

2 表面缺陷

2.1 振纹

磨削过程中, 任何部位超幅振动，轧辊表面都可能产生振痕。对于高精度磨床，主轴系统是产生振纹的密集区。而斜纹更多的时候是床头拨盘系统引起的。由磨削自激振动的再生效应理论可知，磨削颤振的变化主要是由轧辊或砂轮表面波纹引起的。就轧辊再生效应而言，其作用的具体过程如下：在轧辊磨削过程中，轧辊在前一转切削时表面产生了波纹，后一转时砂轮将在有波纹的表面上进行切削，并在轧辊表面上形成新的波纹。这就是产生振纹的一般机理。

振纹消除措施：（1）轧辊采用变速磨削，以10%/min的变化幅度比较适宜。变速磨削时轧辊转速的变化，会使轧辊表面的振纹相移不断变化，这样就有可能使系统不断地离开颤振激发区，从而抑制颤振，提高轧辊表面磨削质量；（2）保证主轴系统精度，主轴圆度和圆柱度误差都应在0.001mm以内，表面粗糙度为Ra0.02μm；主轴间隙，径向要求在0.10mm之内，轴向间隙要求在0.02mm左右；碾磨轴与轴承内孔的接触点数在12点/（25mm×25mm）以上；（3）主轴油腔必须密封、清洁无异物；主轴油清洁无水汽、杂质等，并定期更换主轴油；（4）按磨削工艺修整砂轮。

2.2 划道

划道是砂轮脱粒造成的短划痕，是磨粒脱落的产物，不能完全消除。通过以下措施可以减少或使其变短：（1）适当加大磨削液流量，清洗砂轮和辊面；（2）适当提高砂轮线速度；（3）砂轮选型时选择脱粒速度匹配的砂轮。

2.3 螺旋纹

螺旋纹是几乎不能消除的，这是磨削原理所决定的，其产生与砂轮选型、磨削工艺有关。减轻措施：（1）每次修整完砂轮后必须倒圆角；（2）选择适宜的磨削工艺和匹配的砂轮。

2.4 织布纹

织布纹是磨削原理所决定的，是几乎不能消除的。不过可以通过砂轮选型和磨削工艺得到改善。

2.5 色差

色差是粗糙度、圆度、振纹和轧辊硬度等多方面因素的综合产物。控制色差就是控制好以下几方面：（1）辊面粗糙度均匀；（2）辊身圆度好；（3）表面无浅振纹；（4）轧辊辊身硬度均匀，无软点。

3 总结

本文分析了轧辊磨削常见的两大类缺陷的产生机理，并结合我厂实际磨削遇到的问题提出了相应的防止措施，为我厂高精铝板带的生产提供了高效率的轧辊磨削的保障。