影响轧辊磨削质量因素分析

仵 杰

（广西柳州钢铁集团有限责任公司热轧板带厂， 广西 柳州 545002）

引言

随着工业化水平的发展，客户对板带钢材表面的质量要求越来越高，而轧辊表面磨削质量直接决定钢材表面质量，所以钢材轧制工艺对轧辊磨削质量精度要求比较高。轧辊磨削后质量须达到：辊径锥度≤0.02 mm，辊型误差±0.01 mm，表面粗糙度Ra0.8～1.6μm，表面无波纹和走刀印等缺陷。为了保证轧辊磨削高质量，不仅要求操作工自身要有较高的操作水平，还要知道磨削时如何选用匹配的砂轮、磨削液、磨削参数等重要因素。本文从砂轮、磨削液、磨削参数三个方面对轧辊磨削质量的影响进行分析。

1 砂轮的选择

砂轮是由磨料和结合剂以适当的比例混合，经压制、干燥、烧结而成。砂轮的磨料、粒度、结合剂、硬度等要素决定着砂轮的特性[1]。每种砂轮的特性决定了它的适用范围，根据柳钢1450生产线精轧工作辊材质、加工精度，表面粗糙度，磨削效率等综合考虑选择匹配的砂轮。

1.1 砂轮磨料的选择

1）须考虑轧辊材质。抗拉强度较高的材料，应选用韧性大的磨料；硬度低、延伸率大的材料，应选用较脆的磨料；对高硬材料则应选择硬度较高的磨料。

2）须注意选用不易与轧辊产生化学反应的磨料，以减少砂轮的磨损。

3）须注意磨料在一定介质中和温度下受到侵蚀的趋势，以保证砂轮寿命。

归纳来讲，轧辊材质硬，磨料更要硬，表面要光，磨料则要韧。由于精轧工作轧辊主要材质为高铬铸铁和高镍铬无限球墨铸铁，综合考量应当选用碳化硅砂轮（GC）。

1.2 砂轮粒度的选择

砂轮粒度的选择应考虑磨削轧辊的尺寸、表面粗糙度、磨削效率以及避免一些磨削缺陷产生等因素。一般来说，要求工效高、表面粗糙度值较大，砂轮与轧辊接触面大、轧辊材料韧性大时，应选择粗一些的粒度；反之，加工高硬脆、组织紧密的材料，精磨、成形磨和高速磨削时，则应选择较细的粒度。根据精轧工作辊材质及磨削质量要求综合磨削因素考量，选用粗粒度24号—36号比较合适。

1.3 砂轮硬度的选择

磨削硬质轧辊，砂轮硬度应当选择软，以使其保持较好的自锐性，提高砂轮的使用寿命，减少磨削力和磨削热；磨削软质轧辊，砂轮硬度应当选择硬，可以在较长的时间保持磨粒微刃的锋利，有利切削。根据精轧工作辊材质、辊身硬度及磨削效率综合磨削因素考量，选用L等级的砂轮硬度比较合适。

1.4 结合剂的选择

结合剂主要是将细小磨粒黏合在一起的材料，让砂轮具备一定的形状和强度。不同的结合剂对砂轮的强度、耐冲击性、耐腐蚀性及耐热性等性能有突出的影响，并对磨削表面质量有一定影响。陶瓷结合剂（V）较脆、弹性差、承受力小，线速度一般在35 m/s以下；橡胶结合剂（R）耐热、耐油和耐湿性较差；菱土结合剂（Mg）强度低、耐水性差、线速度在20 m/s；树脂结合剂（B）黏接强度高、弹性好、线速度高、自锐性好、磨削效率高。综合以上几种情况，所以选择使用树脂结合剂。

2 磨削液（切削液）

磨削过程与其他加工过程相比，磨削速度很高，单位磨削力大[2]。由于磨粒和轧辊表面高速骤烈的摩擦，磨削时会产生大量的热，瞬间温度可达1 000℃以上。磨削热的产生会对轧辊的磨削精度和表面质量带来极不利的影响，极易产生烧伤和热变形。因此，合理的选用磨削液是控制和降低磨削温度保证磨削质量的重要因素。

2.1 磨削液的作用

1）冷却作用。磨削液一方面减少磨屑、砂轮、辊面间的摩擦，减少磨削热的产生，另一方面带走大部分磨削热，使磨削温度降低。

2）润滑作用。磨削液能够到达磨粒和轧辊接触的表面之间，在轧辊表面上形成润滑膜，以减少摩擦，从而提高砂轮的使用寿命，提高轧辊表面精度。

3）清洗作用。磨削液可将黏附在轧辊表面和砂轮上的磨渣冲洗掉，防止划伤辊面，保持砂轮的磨削性能，减少砂轮的磨损。

4）防锈作用。磨削液能在轧辊表面形成保护膜或与金属化合形成钝化膜，保护轧辊表面不受周围介质的影响而腐蚀。

2.2 磨削液的选择使用要求

1）磨削液的化学性质要稳定，不易变质或产生化学反应，无毒性，酸碱度为中性，以免对人体有害和腐蚀磨床、轧辊、砂轮，能与水均匀混合，使用时不产生泡沫。

2）有良好的冷却性能，能发挥较好的冷却作用。

3）有较好的润滑性能及较高的透明度，便于形成润滑膜，降低摩擦系数，便于观察轧辊表面磨削质量。

4）使用切削液时要有磨渣过滤系统保证切削液的清洁无杂物，切削液的浓度要用折光仪观测，理想的浓度在2%～5%之间。

3 磨削参数

选择合理的轧辊磨削参数，关系到轧辊的磨削精度，轧辊的表面粗糙度，同时对磨削效率和生产成本影响很大。目前柳钢1450生产线数控轧辊磨床的主要磨削参数有：砂轮线速度VS（m/s），轧辊转数n（r/min），拖板速度Z（mm/min），周期进给量ap（μm），砂轮连续补偿速度Vt（μm/min）。

3.1 砂轮线速度VS（m/s）

当粗磨时在周期进给量保持不变的情况下，砂轮线速度提高，可以减少每颗磨粒的磨削时间，磨粒切削次数增加，金属切除率可以增加，从而会显著提高磨削生产效率，同时由于每颗磨粒切下磨削厚度减小，磨粒负荷减轻，磨粒比较锋利，砂轮的使用寿命得到提高。在精磨时，由于磨粒的当量切削厚度变薄，在轧辊表面上留下的沟痕就浅，轧辊粗糙度值就会减小。反之砂轮线速度太低，磨粒负荷增加，磨粒出现钝化，砂轮磨损严重，表面粗糙度值增大，生产率低。砂轮磨削线速度推荐使用范围为：20～35 m/s。

3.2 轧辊转速n(r/min)

轧辊转速主要取决于轧辊直径、砂轮线速度以及表面粗糙度值的要求。一般来讲，轧辊直径越大，轧辊转速相应低些，砂轮在单位时间内切除的金属量增加，能提高磨削效率。轧辊转速的选择原则是：周期进量越大、轧辊直径越、轧辊材质越硬，则轧辊转速越低。目前柳钢1450生产线所使用的精轧工作辊辊径范围为Φ560～Φ760 mm，所以推荐工件转速范围为 20～30 r/min。

3.3 拖板移动速度Z（mm/min）

拖板移动速度由轧辊磨削的阶段决定，在不同的磨削阶段对应不同的速度。粗磨时为提高生产率，应适当加快拖板移动速度，工件每转拖板纵移动量约为砂轮宽度的2/3～3/4，不得超过砂轮宽度的3/4，否则会在辊面出现漏磨的刀痕，导致在中磨时必须用更多的磨削行程来消除，反而降低磨削效率。精磨时为了提高轧辊表面质量，应适当降低拖板速度，工件每转拖板纵向进给量约为砂轮宽度的1/5～1/3，太低的拖板速度容易引起拖板“爬行”，同时易使轧辊表面出现走刀印。

3.4 周期进给量ap（μm）

粗磨阶段主要以磨去轧辊表面疲劳层和可见缺陷为目的，要求在短时间内尽可能磨掉多余的表层，应该用强力磨削，故采用较大的周期进给量，磨削后辊面粗糙度值比较大。中磨阶段主要是磨掉粗磨时留下的走刀痕迹，并大致磨出所要辊型和锥度。精磨阶段主要是精修辊型和锥度并轧辊表面粗糙度达到要求。根据1450生产线磨床设计及轧辊的磨削要求，推荐每个磨削行程周期：粗磨周期进给量为30～50 μm，中磨周期进给量为：10～20 μm，精磨周期进给量为：0～5 μm。

3.5 砂轮连续补偿速度Vt（μm/min）

在正常磨削时，砂轮由于具有自锐性，钝化后的磨粒会脱落，继而让新的磨粒能够参与磨削过程。由于磨粒的脱落会导致砂轮直径变小，磨削力下降，为保证正常磨削，在磨削过程中要用连续补偿量来补偿因磨粒脱落砂轮直径变小而下降的磨削力。砂轮连续补偿量主要与砂轮周期进给量、砂轮的硬度、辊面磨削长度及轧辊辊型有关。当砂轮周期进给量越大、砂轮偏软、磨削辊面长度时、辊型中凹量大时，砂轮连续补偿量应越大，反之应小些。但在实际磨削中，砂轮连续补偿用量往往又随砂轮以及轧辊材质的软硬程度而不同。由于砂轮连续补偿量的取值“随机性”太大，很难有固定的数值，尤其在磨削曲线辊面时，砂轮的连续补偿量是保证辊面曲线精度的一个重要参数，目前主要是操作人员根据自己的操作参数和习惯进行参数设置。

4 结语

合理选择匹配的砂轮和磨削液是轧辊高质量磨削的基础，是提高轧辊磨削质量必要的先决良好条件。但是，仅仅依靠良好的基础条件还是不能够磨出质量合格的轧辊，要保证每支轧辊都能完全满足轧制工艺的要求，离不开技术熟练的磨辊操作工，在磨削过程中使用合理的磨削参数来保证轧辊磨削的质量。这三项因素是影响轧辊磨削质量的主要因素，它们之间的关系是相互促进、相辅相成、缺一不可的。