楔横轧实际生产过程中划痕缺陷的研究

文/杜会琨·河北东安精工股份有限公司

张军改·河北省楔横轧技术创新中心

本文从楔横轧工艺的理论出发，结合实际生产研究了楔横轧件在生产过程中划痕缺陷的分类及具体产生原因，从模具磨损、到模具调整、再到导板调整，具体且详细的分析说明了其解决办法。不仅有效地解决了生产过程中的划痕缺陷，也拓宽了生产过程中处理表面缺陷的思路，对模具修理工作起到了很好的引导作用。

楔横轧工艺现状

楔横轧技术一直以其节材、高效、环保、低噪、近净成形而成为轴类零件先进成形的优选技术，但随着国内外先进模锻设备的改造升级，模锻技术的提升，楔横轧技术原有的节材、成形精度高、加工余量小等优势逐渐失去竞争力，模锻件的精度越来越高，因此，客户对产品的要求越来越严，加工余量越来越小，对楔横轧件外观质量提出了更高的要求，解决表面深坑、表面划痕等表面缺陷刻不容缓，本文将以如图1所示的楔横轧件为例重点分析划痕产生的原因及解决办法。

划痕缺陷的表现形式及产生原因

划痕缺陷是楔横轧工艺较常见的缺陷之一，一般产生但不局限于图1轧件D7末端位置，通常表现为图2和图3两种形式，第一种形式是由于轧件在轧制过程中受力不均，导致轧件与导板切口拐角处相碰造成的，如图4红圈位置；为了防止切刀能正常通过且给料头留出空间，一般都在导板对应轧件成形完毕两端料头部位切出两个切口，当轧件在成形过程中前后摆动时，D7台阶末端正好碰到切口的拐角处，造成图2所示的划痕（裂痕）；第二种形式主要是由于楔横轧模具局部磨损造成上下轧辊模具受力不一致，从而在成形过程中，上下轧辊模具作用在轧件上的力不一致，造成图3所示的划痕（扭痕）。

划痕具体原因及其解决办法

裂痕

⑴导板切口位置靠内，由于受力不平衡易导致切口内拐角与工件碰撞而产生裂痕。这种情况可采取补焊切口，使切口位置向外移动的办法解决，如图5所示，其中箭头为切口外移方向，虚线为外移后的位置。这种方法调整不当会导致料头卡导板，造成卡钢，因此，不是迫不得已，不建议采用此方法。

⑵D7台阶末端对应上下轧辊模具相应位置成形角磨损，成形角较大的轧辊作用在轧件上的力较大，成形角较小的轧辊作用在轧件上的力较小，轧件会被成形角较大的轧辊带动使之与导板拐角处相碰，造成划痕（裂痕）。这种情况可采取修理或补焊成形角，使上下轧辊成形角一致的办法解决。

成形角的磨损情况分两种，一种是成形角磨损后变小，另一种是成形角磨损后变大，同时其磨损后修理方式也有两种：即添加材料和去除材料的方法。如图6中α为原未磨损的成形角，由于轧制一段时间后，二者均可能磨损变小或变大，但磨损程度不同，为方便说明问题，假设下辊模具成形角未磨损，上辊模具成形角磨损后变小为α1，第一种修理方式是，添加材料方法，即在图6(a)红色剖面线位置补焊并打磨，使α1变为α。第二种修理方式是，去除材料方法，即将图6(a)中绿色部位的材料用角磨机磨削，使α1达到α。第二种方法会改变展宽角的位置，选取哪种解决方法需要根据成形角及展宽角的磨损情况确定，最终保证上下轧辊成形角和展宽角一致。

⑶D7台阶末端对应上下轧辊模具相应位置成形面磨损程度不同，在轧件成形过程中与模具接触面积不同，如图7所示。黑色部位是轧件与模具相接触位置，接触面积大的受力也较大，同时会带动轧件摆向其旋转方向一侧导板，并与导板拐角处相碰，造成划痕（裂痕）。解决此问题，有两种方法，即去除材料和添加材料。假设本案例中图7(a)模具是正常状态，可对图7(b)模具A区域进行补焊，使之与图7(a)的A区域成形面相同，此时因图7(b)A区域补焊后得到顺利排料，其B区域也将和图7(a)的B区域受力情况一样，不再与轧件接触；如果图7(b)模具是正常状态，可以用角磨机磨削图7(a)中A区域，使之与图7(b)中A区域成形面相同，总之，应视模具缺陷情况选择修理办法进行修理，并确保修理后上下轧辊模具状态一致且合格。

⑷上下轧辊的相位调整不对应，导致某一轧辊优先入楔，在相同成形面和成形角的状态下，优先入楔的轧辊成形面和成形角作用在轧件上的力要比后入楔的大，导致轧件在成形过程中，摆向优先入楔轧辊旋转方向一侧导板，并与导板拐角处相碰，造成划痕（裂痕）。正常情况应该是上下轧辊模具同时入楔排料，才能保证上下轧辊力的平衡。这种情况可以通过调整导板位置来解决。解决方法是：将模具旋转到图8所示位置，观察并测量A和B距离是否相等，若不相等，前后导板可同时向距离较小的方向移动一段距离，使A=B，并应保证A+B不变（例如：如果A=30，B=34，则同时将前后导板向右移动2mm，使A=B=32mm）。

⑸上下轧辊模具槽型不对正。如图9中，上辊模具比下辊模具靠外，假设上下轧辊模具轴向错位差为t，在成形过程中，相当于上辊模具提前入楔，先入楔的上辊模具作用在轧件上的力要大于后入楔的下辊，在上辊带动下，轧件摆向其旋转方向一侧导板，并与导板拐角处相碰，造成划痕（裂痕）。这种情况可通过调整错位差，使得t=0，确保上下轧辊槽型对正解决。

⑹D7台阶位置对应成形角刻痕磨损程度不同，刻痕常常不被模具修理工所重视，而恰恰相反，往往有经验的模具修理师傅会特别重视成形角上的刻痕，由于成形角刻痕可增大轧件与轧辊的摩擦力，是轧件旋转的必要条件，如果刻痕磨损，导致摩擦力减小，旋转条件变差，轧辊和轧件相对打滑，上下轧辊与轧件接触处的线速度不同，刻痕正常的线速度大，刻痕磨损的线速度小，使轧件向线速度大的一边偏移摆动，造成裂痕，解决方法是将磨损后的刻痕进行补焊，重新打刻痕，如图10(a)和10(b)是磨损后刻痕和正常的刻痕。

扭痕

扭痕与裂痕一样，也是由于轧件受力不平衡造成的，包括模具上下左右成形角不一致，成形面高低不一致，模具刻痕不一致等等，只是裂痕一般是台阶成形末端对应的模具不一致造成的轧件受力不平衡，而扭痕则是在所有成形部位模具不一致造成的轧件受力不平衡，但其模具的修理思路和方法是一致的，可参照裂痕的解决办法修理相应的部位，在此不再一一赘述。

结论

⑴楔横轧件表面划痕缺陷有两种表现形式，一种是裂痕，一种是扭痕，这两种缺陷归根结底是受力不平衡问题造成的，只是受力部位不同。

⑵解决划痕问题的办法是保证轧件在轧制过程中受力平衡，包括上下左右成形角度一致、上下左右成形面高度一致（接触面积）、上下模具相位一致、上下轧辊槽型对正，上下左右刻痕一致。

⑶导板切口位置是影响轧件裂痕的一个重要因素，应尽可能保证在轧件成形长度内没有切口，又不影响料头运动，且切口棱角圆滑过渡。