数控磨削轧辊技术的发展及缺陷分析

摘要：本文浅谈当今磨削技术的发展，并结合生产实际分析了锻钢轧辊磨削过程中产生的辊型缺陷和表面振动纹，切削痕，螺旋纹缺陷产生的原因和危害性，并阐述了缺陷的控制方法。

关键词：磨削技术；砂轮；振动纹；切削痕；螺旋纹

轧辊磨削就是为轧机提供二次可以满足生产需求轧辊表面的切削工艺流程，去除旧轧辊表面疲劳应力层、辊印、微裂纹等。本篇主要针对轧辊在磨削过程中产生的辊型缺陷、轧辊表面缺陷等，分析其产生的原因和危害性以及缺陷的控制方法。

1 磨削技术发展概述

一般来讲，冷轧锻钢轧辊磨削主要采用线速度Vs<45 m/s的普通磨削，高速磨削及超高速磨削在现阶段对于砂轮及磨床的刚性需求较大，暂时不适合批量周期生产。按磨削粗糙度的高低等级将磨削分为普通磨削、精密磨削、超精密磨削。随着科学集成化的发展，可能后期的轧辊磨床会将几个工序给整合起来，集成激光或者喷丸毛化效果以满足高档汽车及面板的市场需求。

在磨削技术中，最重要的还要是砂轮的开发。国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究，以获得亚微米级的尺寸精度。微细磨料磨削，用于超精密镜面磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均直径可小至4 μm。

磨削技术发展很快，在机械加工中起着非常重要的作用。目前，磨削技术的发展趋势是发展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削机理并开发其新的磨削工艺技术，研制高精度、高刚性的自动化磨床。

2 磨削缺陷的分析

我公司负责高质量冷轧板带的生产，在很大程度上依赖于高磨削质量的轧辊，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，及时采取正确的方法来消除和预防，是提高板面质量的有效途径。轧辊的磨削技术要求是：1）轧辊表面不允许有明显螺旋纹，切削痕，振动纹等。2）轧辊的凸度（直径）允许的误差值要在公差范围内。3）辊面径向跳动<=0.001mm。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板材的板形，造成板形纵向厚差，横向厚差超标以及中凸度超标或不够，是板材生产中最经常碰到的质量问题。轧辊的表面缺陷除了影响板带的表面质量外还影响到锻钢轧辊的使用寿命，增加轧制的生产成本。

2.1 轧辊磨削时的辊型缺陷

辊型缺陷的原因分析，主要是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，造成曲线失真，如图1所示。

辊型缺陷的解决方法：

（1）选择合理的砂轮硬度 砂轮的硬度由软→硬有：E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W这些等级，在实际生产中，对于冷轧锻钢的轧辊磨削，我们选择了较硬的砂轮，一般采用H-K的硬度。

（2）选择合理的精磨工艺参数 降低拖板速度，控制在每分钟20mm；降低砂轮的进给量，每个行程只进0.005mm，不要采用大进给量，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，修改参数后的轧辊中高值曲线如图2所示，参数建议设定见表1。

2.2 轧辊磨削时的主要表面质量缺陷

锻钢轧辊磨削时表面质量缺陷主要有以下三种：

2.2.1 振动纹

该缺陷有几种形态

第一是明暗相见的条纹（类似轮胎印），辊身的横向宽度根据振动的频率所决定5mm-20mm不等。第二是振纹不是整个辊身，只占辊身长度传动侧或者操作侧2/3或者1/2不等。第三是在轧辊圆周方向上，间距比较大，但是也有周期性的表现，一般情况有一到多条不等的明暗纹，明暗纹宽度15 mm左右。该表面振纹的缺陷主要由磨辊过程中造成的，不易检查，只有精磨过后测光可见。

振动纹的解决方法：第一种横向振纹是砂轮线速度过大，砂轮趋近于刚性较高的体征、单道次进给量过大，形成的切削力过高、砂轮架和工件侧床身的中心架刚性不够产生颤振；第二种、第三种振纹是床头辊卡变形或者连接不牢、让轧辊在旋转过程中自由度过高，也就形成轧辊与砂轮接触接触时在旋转的个别角度会同时产生进刀或者退刀的现象。轧机换辊时辊缝打开速度过慢，操作不当造成辊子与带钢压靠所形成的压靠印（等同振纹）等。

2.2.2 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”。这种划痕常态下是没有规律的零星分布，也有密密麻麻分布的划痕。磨粒的切削过程可分3个阶段 （1）相对滑擦阶段（2）耕犁阶段（3）切削阶段。

切削痕产生的原因归为以下几点。（1）粗磨时的磨削量较大，横移速度过快，砂轮和轧辊的线速度不匹配；（2）砂轮选型过硬导致磨粒在磨削过程中不易脱落，轧辊磨屑填堵砂轮间隙；（3）在磨削过程中降低砂轮与轧辊的接触面；（4）冷却方法不良，冷却液不足，热量排不出；（5）冷却液和辊面洁净度不够；如图4。

解决方法：（1）冷却液应该经过良好的过滤，定期检测冷却液浓度并及时清理更换。（2）检查好砂轮修磨器，保证修整后的表面完好。（3）合理的选用砂轮及磨削参数，保证精磨半精磨磨削道次。（4）砂轮的动静平衡要通过。（5）冷却液的过滤要达到工艺标准，保证喷嘴处没有堵塞。（6）选用合适的磨削用量

2.2.3 螺旋纹

图5是常见的螺旋纹。

产生螺旋形的缺陷原因及防止措施：

（1）在长期磨削倒角或者凸度较大的辊面时砂轮同轧辊部分接触，常常是砂轮的一个边接触轧辊；因此在精磨和超精磨磨削时切深不宜过大，现在我们根据经验一般都设计在0.005—0.01毫米/次。

（2）修磨砂輪时冷却液冲洗砂轮不均匀，导致砂轮受热不均匀，砂轮表面与轧辊表面不完全接触，产生螺旋形缺陷。见图7。

（3）磨床工件侧床身刚性较差，当采用大磨削压力或者大的切深度时，轧辊中心线会产生偏移，见图8。在这种情况下，应该减少磨削用量降低磨削力的办法来解决。

（4）砂轮法兰与砂轮本体的间隙较大，在砂轮架横向移动过程中，砂轮有微摆动现象，产生螺旋线缺陷。

（5）中心架拖瓦的高度没有调整好，或者供油量过大，轧辊的中心线与砂轮架的中心线不平行，砂轮在磨削时出现与轧辊单面接触（也就是我们常说的单面磨削）。因此必须提高拖瓦调整丝杠本身精度和优化程序参数，如将INTERVAL间歇参数调整为3=WH+HS。

（6）砂轮组织不均或者冷却液喷嘴不能完全覆盖砂轮表面，则应该更换砂轮、调整喷嘴角度。

3 结束语

轧机轧辊磨削的好坏直接影响到了生产线机组的产量以及质量，通过合理的参数设定，明确的缺陷辨识度，提高磨床磨削作业效率，保证了轧辊的磨削质量，生产出优质合格的板材。

参考文献：

[1]郭爱莲主编，赵必洁等编著.磨工基本技术.北京：金盾出版社，2000.1

[2]朱祖根著.磨工与磨削.北京：机械工业出版社，1988

[3]杨云梅.提高轧辊磨削质量的措施.精密制造与自动化.2006，第3期

[4]周志雄，邓朝晖，陈根余，宓海青.磨削技术的发展及关键技术

[5]马钢（合肥）薄板深加工项目1550mm磨辊间技术附件

作者简介：

管超（1988-），男，本科，技术员，从事技术管理工作。