冷軋軋輥磨削輥型及表面缺陷分析

田 洪

（西南鋁業（集團）有限責任公司高精板帶事業部，重慶 九龍坡 401326）

0 前言

軋輥是鋁軋機的貴重消耗性工具，其磨削精度和磨削效率直接影響鋁板帶的軋制質量和生產效率。軋輥在鋁板帶軋制的過程受高溫高壓等惡劣環境影響，易發生高溫氧化和機械磨損。其通常表現為軋輥表面幾何精度磨損、表面疲勞、裂紋、劃傷和印痕等缺陷。所以需要周期性的對軋輥工作面進行磨削修復。

軋輥在磨削修復的過程中有兩類影響軋輥使用的問題需要注意：一是輥型控制，即根據軋制工藝要求對軋輥提出的工藝要求，如凸度、錐度、圓度、表面粗糙度等；二是表面缺陷，主要有色差、振紋、劃道、螺旋紋、織布紋和軟點等可見缺陷。

1 輥型控制

1.1 凸度

軋輥凸度通常有兩個方面需要精確控制，否則影響使用：一是凸度對稱性差，二是中高超差。

凸度對稱性差。凸度對稱性差的原因除了床身導軌精度超標外，主要原因是未按要求找出軋輥中心所致。防止措施：對床身精度原因引起的應對床身導軌進行必要的調整、校正，以恢復其精度；由中心所致，認真核對軋輥中心位置、砂輪起刀位置和砂輪走刀結束位置，核對軋輥工作面的中心和砂輪起刀到結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標外，主要與成型機構的間隙消除機構調整不合適有關。防止措施：對床身精度原因引起的應對床身進行必要的調整、校正，以恢復其精度；成型機構引起的，必須對成型機構的間隙消除機構進行調整，同時由于標尺轉動的角度極小，機械傳動機構非常精密，對此必須潤滑良好，調整時不得隨意拆卸。

1.2 錐度

軋輥對錐度的要求是非常嚴格的，我廠冷軋工作輥輥徑為450mm，錐度要求為0.01mm。導致錐度超差的原因除了床身精度超標外，主要原因是磨削前軋輥中心線和床頭中心線同軸性差。其次是磨削過程左右托架有一側的潤滑不夠出現明顯發熱，導致軋輥中心線偏移。防止措施：磨削前認真校正軋輥中心。我廠HERKULES 的WS450磨床帶自動測量裝置，軋輥中心線與基準的同軸度可達0.001mm。對于沒有自動測量的磨床，使用千分表也應將軋輥的中心線與基準的誤差控制在0.005mm。認真做好托瓦清潔防止異物掉落，選擇適當的潤滑油保證足夠潤滑，防止輥頸發熱。

1.3 圓度

軋輥磨后都存在一定的圓度偏差，我廠根據實際生產需要將軋輥工作面圓度偏差控制在0.01mm，同時將軋輥輥頸的圓度偏差控制在0.005mm。實際檢測中發現，即使輥頸處的圓度小于0.005mm，磨后輥身的圓度也是控制值的2～3倍。

首先，分析磨不圓的根源，在轉動軋輥時我們對磨床支撐軋輥的托架各主要部位用百分表來測量, 觀察軋輥振動的來源（見圖1），分別測量A、B、C、D、E處的振擺。這些點振擺過大都將使軋輥磨不圓。若某點振擺過大，對相應部位做適宜的調整，減小振擺。其次，磨床頭架驅動力偶不平穩也是引起軋輥振動的重要因素。

圖1 軋輥傳動及振擺測量點位置示意圖

軋輥的輥頸圓度是軋輥磨削時的基準, 該圓度會直接影響軋輥磨削后的圓度。而左右托架的剛度和它們與軋輥輥頸的接觸精度也將直接影響軋輥的磨削圓度。磨床頭架驅動軋輥時工裝與磨床花盤夾頭點接觸, 兩頭墊多片碟形彈簧緩沖驅動扭力。因此必然產生一對驅動作用力偶, 向左的力偶基本由側瓦抵擋, 而向右的力偶只有底瓦來抵擋。因此, 驅動力偶會使軋輥每旋轉一周作兩次向右的振擺，以致E處振擺是最高點, 直接造成軋輥磨后圓度偏差超標。另外，托架鎖緊螺栓松動，托架與導軌面接觸差存在間隙同樣會引起軋輥振動。再有，托瓦絲桿的間隙過大、瓦面與輥頸的弧面接觸差一樣會致輥身振動。所以，托架與床身的間隙、側瓦絲桿的間隙、瓦面的弧度等都將影響E處的振擺大小，以致軋輥工作面磨不圓。

提高圓度，因采取以下措施：（1）采用軋輥變速磨削，通過改變力偶周期的變化來改變E處振擺的周期性變化；（2）鏟刮磨床床身導軌面與托架接觸面, 要求有更多面積的接觸, 每25mm ×25mm面積上的接觸點均勻地達到12點；（3）碾刮托瓦巴氏合金,改善托瓦的弧面和軋輥輥頸架的接觸面；（4）更換側瓦絲桿, 并校驗新絲桿自由間隙。修磨側瓦壓板內表面, 確保側瓦平穩固定；（5）更換花盤夾頭碟形彈簧, 合理調整夾頭與軋輥扁頭間隙；（6）調整適當主軸間隙，提高主軸剛度。

1.4 表面粗糙度

軋輥工作面粗糙度是根據軋制合金、壓下量、板面粗糙度等綜合得出的，所以根據實際生產情況，粗糙度是一個柔性很大的變量。在實際生產中要根據不同的粗糙度制定不同磨削工藝，選擇適當的砂輪。磨削工藝根據不同工況情況下要做出適宜的調整，磨削工藝不是一成不變的，所以磨削工藝在這兒就不作深入討論。砂輪選擇時在表面粗糙度與表面缺陷間要合理平衡。選擇原則：在不產生表面缺陷的情況下，通過調整磨削工藝來匹配需要磨削的粗糙度。此外，主軸系統剛度要好、主軸間隙適宜，不產生讓刀，也是粗糙度均勻的重要保障。

2 表面缺陷

2.1 振紋

磨削過程中, 任何部位超幅振動，軋輥表面都可能產生振痕。對于高精度磨床，主軸系統是產生振紋的密集區。而斜紋更多的時候是床頭撥盤系統引起的。由磨削自激振動的再生效應理論可知，磨削顫振的變化主要是由軋輥或砂輪表面波紋引起的。就軋輥再生效應而言，其作用的具體過程如下：在軋輥磨削過程中，軋輥在前一轉切削時表面產生了波紋，后一轉時砂輪將在有波紋的表面上進行切削，并在軋輥表面上形成新的波紋。這就是產生振紋的一般機理。

振紋消除措施：（1）軋輥采用變速磨削，以10%/min的變化幅度比較適宜。變速磨削時軋輥轉速的變化，會使軋輥表面的振紋相移不斷變化，這樣就有可能使系統不斷地離開顫振激發區，從而抑制顫振，提高軋輥表面磨削質量；（2）保證主軸系統精度，主軸圓度和圓柱度誤差都應在0.001mm以內，表面粗糙度為Ra0.02μm；主軸間隙，徑向要求在0.10mm之內，軸向間隙要求在0.02mm左右；碾磨軸與軸承內孔的接觸點數在12點/（25mm×25mm）以上；（3）主軸油腔必須密封、清潔無異物；主軸油清潔無水汽、雜質等，并定期更換主軸油；（4）按磨削工藝修整砂輪。

2.2 劃道

劃道是砂輪脫粒造成的短劃痕，是磨粒脫落的產物，不能完全消除。通過以下措施可以減少或使其變短：（1）適當加大磨削液流量，清洗砂輪和輥面；（2）適當提高砂輪線速度；（3）砂輪選型時選擇脫粒速度匹配的砂輪。

2.3 螺旋紋

螺旋紋是幾乎不能消除的，這是磨削原理所決定的，其產生與砂輪選型、磨削工藝有關。減輕措施：（1）每次修整完砂輪后必須倒圓角；（2）選擇適宜的磨削工藝和匹配的砂輪。

2.4 織布紋

織布紋是磨削原理所決定的，是幾乎不能消除的。不過可以通過砂輪選型和磨削工藝得到改善。

2.5 色差

色差是粗糙度、圓度、振紋和軋輥硬度等多方面因素的綜合產物。控制色差就是控制好以下幾方面：（1）輥面粗糙度均勻；（2）輥身圓度好；（3）表面無淺振紋；（4）軋輥輥身硬度均勻，無軟點。

3 總結

本文分析了軋輥磨削常見的兩大類缺陷的產生機理，并結合我廠實際磨削遇到的問題提出了相應的防止措施，為我廠高精鋁板帶的生產提供了高效率的軋輥磨削的保障。