楔横轧制导板粘料影响因素分析探究

文／张军改，石小猛，张招，崔松松，杜会坤，韩娜·河北东安精工股份有限公司，河北省楔横轧技术创新中心

在楔横轧机上下两个轧辊中间左右位置各设一块导板，用以控制轧件，防止轧件歪斜，保证轧制过程的稳定，并可有效地控制产品的尺寸精度，有利于精密楔横轧工艺的实现，见图1。但在楔横轧制过程中，由于冷导板和热轧件接触产生摩擦力，经常会使轧件的表面材料被刮下粘到导板工作面上，这部分材料有的会掉落，重新粘到工件上，在抛丸时自工件脱落，形成表面坑，见图2，而粘到导板上的材料不掉落时，会在工件表面形成划痕，见图3，这两种情况，轻者影响表面外观，重者造成产品报废。长期以来，导板粘料造成的产品表面坑或表面划痕的废品占全部废品的50%左右，该缺陷一直困扰着我们，为解决此问题，我们进行了大量试验，最终使该缺陷得到有效控制。

影响导板粘料的因素

导板工作面粗糙度

导板工作表面越粗糙，与轧件的有效接触面积越小，二者相对运动时，对轧件的压强越大，在接触点的凸峰微切削作用下将轧件表面材料刮下，形成导板粘料，见图4。

导板工作面硬度

导板工作面越软，在轧制时，越容易磨损，使导板表面变粗糙，产生粘料现象。

导板工作面材料

由于导板工作表面直接与热轧件接触，并且承受着很大压力下的切向和轴向的滑动摩擦。因此，如果导板材料高温耐磨性较差时，就容易磨损，磨损后会造成工作面不光滑，轧制时，高温轧件材料会粘到导板上。同时，导板工作面的显微组织晶粒大小对耐磨性和粘料也有影响。

工件温度

工件温度越高，塑性越好，强度越低，越容易被导板刮料。同时，温度高，还容易在工件表面产生氧化皮，氧化皮组织比正常组织疏松，容易脱落，粘到导板上。

导板安装位置

导板上下、左右位置对轧制工艺的稳定，产品质量影响很大。

⑴导板上下位置。

导板上下位置与轧辊的转动方向有关，如图5(a)所示，当轧辊逆时针旋转时，轧件顺时针旋转，轧件容易被左导板工作面的下部和右导板工作面的上部刮伤。所以在轧辊的径向调整好后，应将左导板调整至尽量贴向下轧辊，将右导板调整至贴向上轧辊，如图5(b)导板实线部分。如图6(a)所示，当轧辊顺时针旋转时，轧件逆时针旋转，情况正好相反，左导板应贴向上轧辊，右导板应贴向下轧辊，如图6(b)。

⑵导板左右位置。

1)导板间的距离。两个导板工作面之间的距离Q应为轧件热态最大直径kd加上一定的间隙δ，见图7，若该间隙δ过大，则容易使轧件左右摆动，产品尺寸精度差，甚至导致中心疏松，若该间隙过小，则不容易落料，甚至被卡住，或者刮料。因此，该间隙既不能过大，也不能过小。

2)工作导板位置。导板的理想状态是轧制中心线（两导板工作面间的中心线）与轧辊中心连线重合，如图8(a)，左右导板均不受力，但实际上轧件不是贴近左导板就是贴近右导板，或者来回交替贴左右导板，甚至出现轧件一端贴近一个导板，并不断地变化，贴近的导板就是工作导板，为确保轧制稳定，应尽可能使轧件始终贴近一个导板（即工作导板），这就要求轧制中心线（两导板工作面间的中心线）偏离轧辊中心连线一定距离△，见图8(b)。△越大，贴向右导板的力越大，但过大会加重导板磨损，形成粘料，因此应根据经验及公式合理选择△。

导板工作面宽度

如图9所示，导板工作面的宽度（即导板厚度）应确保不与轧辊产生干涉。过宽，轧制时会碰到轧辊；过窄，容易刮料，因此，导板工作面宽度一般按热态轧件最小直径kd加一定间隙的经验公式确定。

试验过程

为解决导板粘料问题，在确保导板尺寸精度、导板安装位置准确以及轧件温度合理的前提下，我们做了如下试验。

⑴在导板工作面上镶嵌白钢条。白钢条是高速钢，硬度高、耐磨，正常情况下，可以减少导板粘料，但该材料非常脆，抗冲击能力差，一旦轧件卡住导板就会产生崩裂，安全风险也非常大。

⑵H13组合导板。H13是热作模具钢，具有抗热裂能力，在高温时具有较好的强度和硬度，耐磨性好。为降低导板制作成本，又能提高导板工作表面硬度和耐磨性，我们用45#钢和H13材料做组合导板，H13做导板的工作面，热处理后磨床磨削使用，热处理硬度要求50～55HRC，实际硬度50HRC，该导板并未像想象的那样耐磨，轧制不足一个班，就磨损出深坑，出现了粘料现象，轧制800多件，出现了50多件粘料坑工件。

⑶45#钢导板工作面喷涂热处理。喷涂工艺是近几年兴起的一种硬化零件表面的加工工艺，该工艺制作的导板工作面硬度高，表面粗糙度值小，耐磨，寿命长，使用效果不错，但因为喷涂热处理需要委外加工，加工时间长，成本高，一旦损坏，仍需委外处理，因此，这种导板也不太理想。

⑷滚轮导板。滚轮导板是在导板工作面上安装数个一定长度能滚动的圆柱轮，使轧件和导板之间的滑滚动摩擦变为纯滚动摩擦，降低摩擦力，减少导板工作面的磨损，从而可以减少粘料现象，但由于这种方式是在并不很厚的导板工作面上挖洞，做转轴，安装转轮，转轴很细，承载能力差，一旦卡钢，就会将滚轮轴卡断，应用效果并不十分好。

⑸D322焊条堆焊导板工作面后用手工磨削，见图10。随着工业技术的日益发展，堆焊的应用越来越广泛。已从单纯修复磨损零件工艺，发展成制造具有很高的耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能要求的双金属零件的重要手段，堆焊后的导板工作面硬度高达52～62HRC，但该导板使用一两个班后就开始粘料，一直靠人工捅导板（也就是每轧一件，由人工将粘到导板上的材料用铁棒捅下来）的办法缓解导板粘料缺陷。这种靠人工捅导板的方法是不可靠的，一是捅导板的人员不是专职人员，既负责上料、又负责捅导板，在上料期间，导板没人捅，就会粘料；二是粘到导板上的材料有时很结实，很难全部捅下来，剩余部分，仍然会造成工件表面缺陷，因此这种方法是不可靠的。

⑹D322焊条堆焊导板工作面后磨床磨削，见图11。这种方法与试验5类似，硬度相同，只是对堆焊后的导板工作面用磨床磨削，提高了表面光洁度，表面平滑如镜面，使用30多个班才开始轻微磨损，出现轻微粘料现象，工件表面坑很浅，并未造成产品报废，是一种较为理想的加工方法，不仅延长了导板使用寿命，减少导板粘料，降低废品率，还节约了捅导板的人工成本。

试验分析

⑴试验1的白钢条硬而脆，只解决了耐磨问题，却未解决抗冲击能力。试验3的喷涂工艺，硬度高，耐磨，也具有抗冲击能力，但制作和维修成本均很高。

⑵试验4由滑滚动摩擦变纯滚动摩擦，摩擦力减小，磨损程度降低，粘料现象减轻，但存在抗冲击能力差，易断轴的缺点，而且制作成本也较高。

⑶试验2和试验6对比：加工工艺都是磨削，但材料不同，其硬度存在较大差异：H13热处理硬度仅达到要求的底限，规范要求硬度50～55HRC，实际硬度48HRC，硬度偏低；堆焊可提高耐磨性与耐蚀性，D322焊条含有Cr、Mo、W、V元素，这些元素使堆焊层具有较好的高温强度，并能在480～650℃时发生二次硬化效应，Cr使材料有很好的抗氧化性能，堆焊冷却速度很快，形成较多的马氏体，马氏体不仅硬度高(堆焊硬度高达52～62HRC)，而且具有很高的屈服强度，使堆焊层经受中度的冲击；导板的磨损实际上是粘连磨损，即两个相对滑动的表面在载荷作用下使个别接触点发生焊合，焊合点在滑动时被撕裂，进而发生分离的过程，这种磨损受表面温度、硬度及光洁程度的影响，磨床磨削后的表面光滑，不易粘合。试验2和试验6相比，表面均为磨床磨削，除材料不同，存在晶粒大小差异外，其粗糙度相差无几，但二者耐磨程度相差很多，由此可见，导板粘料不仅与表面粗糙度有关，还与材料、表面加工工艺、表面硬度有关，从这两个试验可以推断，堆焊工艺比直接用模具钢热处理加工的导板表面耐磨。

⑷试验5和试验6对比：二者均为D322焊条堆焊的工作面，表面硬度均在52～62HRC之间，只是磨削方式不同，一个是手工磨削，一个是机器磨削，手工磨削的表面有磨痕，见图10，粗糙度大，易粘料，机器磨削的表面光滑平整无加工痕迹，见图11，耐磨性提高约30倍，粘料现象得到有效控制，由坑造成的废品率减少85%左右。因此，表面粗糙度是磨损和粘料关键因素。

总结

总之，影响导板磨损和粘料的因素，除导板尺寸、安装位置及工件温度外，最重要的是导板工作面的材料、加工工艺、组织状况、硬度及粗糙度。归根结底取决于导板工作面的硬度及粗糙度，因此，导板工作面的材料除具有较高的硬度，较小的粗糙度值，还应保证有一定的抗冲击能力。本文试验和生产实践证明，用D322焊条堆焊后磨床磨削是导板工作面加工的最佳工艺，其硬度控制在55～62HRC，粗糙度Ra不大于1.6μm。