轧辊的磨削教材

谷兵 轧辊磨床 轧辊 砂轮 磨削 基础知识 轧辊的磨削 工作辊 支承辊 疲劳层 表面缺陷 改料 轧辊磨床 磨床 砂轮 磨削液 磨削工艺 §什么是轧辊？ § 为什么要磨削？ § 用什么磨削？ § 磨削系统包括哪些？ 本次学习的主要目标 能够了解的内容 §轧辊是轧机上承受轧制力并把轧制材料厚度均匀减小的圆柱形的贵重的大型工 具。分为支承辊（DSR辊）、工作辊，六辊轧机还有中间辊 §轧辊通常包括四个组成部分：辊身、辊颈、接头和顶尖孔 轧辊是什么？ 辊身 顶尖孔 辊颈 接头 轧辊的几个部位 §辊身：是轧辊的主要部分，直接与轧制材料接触 一般所谓的轧辊磨削就是指对辊身的磨削，为弥补轧制过程中的变形，辊身通常都磨 成凸形或凹形，CVC轧机是将工作辊磨成S型(或称花瓶型)，上下辊反向180°配置 铝轧机对工作辊辊身硬度要求比较高，一般为HsD95102，当表面硬度低于90个单 位时，轧制较薄的铝板材将变得困难；对辊身硬度的均匀性也有严格的要求，否则压 延时在软点处容易引起局部变形不均而起鼓，严重的还会造成断带 支承辊通常为平辊，为避免或减少辊身边缘处的剥落和改善弯辊效果，在辊身边缘部 分要磨成倒角。支承辊硬度比工作辊软，一般为HsD75左右 §辊颈：用来安装轴承并通常做为轧辊磨削的支承面，硬度一般为HsD4550 其正圆度和同心度有严格的要求，一般要求0.003mm。 由于轴承经常拆装以及支承磨削时的磨擦，辊颈的轴承部位容易被损伤。在允许的范 围内，可以对损伤处进行适度修磨 §接头：用来和主传动接手相联接，一般也是磨削时安装夹具的地方 §顶尖孔：是加工找正的基准 应保证其正圆和准确的锥角，对于采用顶尖孔直接磨削的轻型轧辊尤为重要 根据轧辊的轻重不同，换尖孔有60°、75°和90°等不同角度。 轧辊磨削多采用托架支承方式，顶尖孔只起初步定位作用，要求不高 轧辊为什么需要磨削？ 疲劳层 压花 改料 粘伤 般都要进行更换，按要求重新磨削后方能再次投入使用 轧辊在使用过程中辊身会出现： 磨 削 轧辊的基本知识 所谓辊型是指辊身中间和两端有着不同的直径，以及这个直径差从辊身中间向 两端延伸的分布规律。通常分布是对称的。一般为72°的正弦曲线。 辊型在标注时要注明是直径值还是半径值。圆柱形辊型又称为“平辊” 金属材料对磨损和外力所能引起变形之抵抗能力的大小称为硬度。铝轧机轧辊的硬度常用 肖氏硬度来表示，注意肖氏硬度有HsC和HsD之分。 HsC 是1/12盎斯的重锤从10高下落所打出的数值 HsD 是36g的重锤从3/4高下落所打出的数值 轧辊的硬度大多采用HsD表示 是指零件加工表面所具有的，较小间距和微小峰谷的微观几何形状不平度。国家标准 (GB1031-83)规定评定表面粗糙度有三个参数。即： 轮廓算术平均偏差Ra； 微观不平度十点高度Rz； 轮廓最大高度Ry 辊型 轧辊的硬度 表面粗糙度 应当了解的有关术语 径向跳动 是指工件表面绕中心线作无轴向移动回转时，在任一测量平面用千分表等测表 测量所显示的数值。这是对轧机和磨床都更有实际意义的测量数值 轧辊有什么特性？ § 轧辊辊身表面必须具有高而均匀的硬度，以此保证轧制带材的 尺寸精度和良好的表面 § 辊身淬硬层深度是工作辊所要求的性能中最主要的性能之一 因为辊身表面淬硬层深度的增加，可增大轧辊的可用直径，从 而有效地提高轧辊使用寿命；与之相应，不需重新淬火，因此， 有利于降低生产成本 § 具有高弹性极限。防止在高轧制载荷作用下，辊身表面发生过 量的塑性变形。这一特性对于轧制薄带材显得尤为重要 § 具有高的耐磨损性能和粗糙度保持能力。当然，这对磨削来讲 也增加了难度 § 具有高的抗事故能力，特别是应兼有高的抗热冲击和抗剥落性能 § 由于轧辊的抗事故能力对钢的组织和性能不均匀性特别敏感，因 此，要求轧辊本身：一是纯净的冶金质量；二是高的组织均匀性 轧辊的管理 §铝轧机的工作辊、支承辊等都是用高级优质合金钢经特种冷热加工精制而成，价格昂贵，加强对轧 辊的使用和管理，是保证其良好的工作状态和延长其使用寿命的基础 §新辊应对其各部尺寸、硬度、圆跳动等进行检查；同时建立起管理卡片 §新辊第一次使用时，应在低速、低压下运行 §使用中要保证轧制时润滑冷却到位，修磨时应彻底磨掉其表面的疲劳层。 §选择适当的砂轮，粒度与硬度要匹配；对刀时要小心精力集中，严防磨削烧伤(烧伤层要彻底 清除后方可使用) §做好轧辊的历史记录，包括轧辊每次上下机前后的直径、在机时间、轧制量、磨削量、磨削后 的检查结果、是否出现轧制事故、轧制事故的种类、处理方法及处理结果等有关历史资料 §赋予轧辊人性化的管理，服役后的轧辊应有充分的休息以消除服役疲劳，使轧辊能够劳逸结 合，这就要求轧辊有合理的服役节奏和合理的备辊数量 §根据轧辊材质、轧机及轧材规格材质制定合理的轧辊服役周期 §根据轧辊轧制量，制定合理的磨削规范，包括砂轮的选择、进刀量、磨削量及冷却液的控制 §进行硬度检查，有无明显加工硬化区，确保轧辊表面硬度均匀，防止轧辊带缺陷上机 §对于事故轧辊如粘铝、打滑、断带、过载等情况下要通过探伤或切槽的方法，确定表面裂纹、 压痕等缺陷深度，要保证将裂纹去除干净；检查硬度与正常区域相比是否有异常（或高或 低），消除热影响区后才可上机 §合理修磨支撑辊边部倒角、园弧，减轻轧辊边部接触疲劳，防止支撑辊边部掉肩、剥落和工作 辊边部剥落 何为轧辊磨床？其作用是什么？ v 磨床整体示意图 轧制板材时，轧辊中部易产生热膨胀，本来加工成圆柱形的轧辊，这时中间 变得比两头粗，轧出的板材中间比两边薄。因而应该使用中间部位直径较细 的轧辊。冷轧时，热膨胀很少，由于轧制力的作用使轧辊变形，造成轧出的 板材中向变厚，因此应该使用中间部位直径较粗的轧辊。 将轧辊加工成中间部 位比两端稍凸(鼓形) 或凹(细腰形)的磨削 叫做鼓形或凹形磨削 (成型磨削)。用于对 轧辊进行成型磨削的 磨床即是轧辊磨床 轧辊磨床 轧辊磨床和普通外圆磨床的几点区别 § 成型机构：轧辊磨床和外圆磨床最根本的区别在于轧辊磨床具有 一套专门的成型机构，使轧辊在磨削过程中具备工艺所要求的特定的 形状。 § 支承方式：普通外圆磨床的工件通常是支承在二个顶尖之间。而 轧辊磨削由于时间较长，重量大，磨削时是把辊颈支承在托架上，顶 尖只起定位的作用。 § 工件的驱动：外圆磨床上，工件由顶尖支承，拨盘单点驱动；而 在轧辊磨床上，为使轧辊转动平稳，采用对称调节的两个拨销双点驱 动，为克服轧辊的对中误差，减少头架转动时的影响，拨盘一般设轧 辊磨床的基本组成计为“万向节”形式 轧辊磨床的分类及组成 § 轧辊磨床的基本结构根据轧辊重量的不同，轧辊磨床可分为两大类 轧辊移动式 砂轮架移动式 § 其基本结构大致相同，主要由以下几部分组成 床身 头架 尾座 托架（中心架） 砂轮架 冷却液系统 电控设备等。 轧辊磨床组成-床身 床身是保证磨削精度的基础。轧辊移动式轧辊磨床，床身用来支承轧辊，砂轮架是固定 的。而砂轮架移动式轧辊磨床，为便于加工、安装、运输、避免彼此影响保持高精度，床 身一般分为独立的两部分：工件床身用来支承轧辊，是固定不动的；操作台床身用来支承 砂轮架 轧辊磨床组成-头架 用来驱动轧辊，为保证驱动的平稳性和减震，一般采用多级皮带传动 在重型轧辊磨床上大都安装有辅肋起动电机，以克服重轧辊起动时较大的 惯性 为使轧辊转动平稳，床头拨盘上应有两个拨销且要均匀受力 轧辊磨床组成-尾架 尾座由上下两部分组成，下部延床 身移动，上部可横向移动，以使两 顶尖连线与砂轮轴线平行 顶尖可伸缩 金刚石砂轮修正装置一般设在尾座 轧辊磨床组成-中心架 托架用来支承住轧辊，一般有 上(侧)、下两个支承点托瓦 ，托瓦上部与轧辊接触处为较 柔软的“巴氏合金”。一般下托 瓦的调节采用的是斜铁，调节 的范围为2050mm，因此， 若希望磨削不同规格的轧辊， 就应配齐相适应的不同的托瓦 轧辊磨床组成-砂轮架 砂轮架是轧辊磨床的核心，通常由 架体、主轴、砂轮动平衡装置、横 向进给机构、微进给机构等组成 砂轮架有两层式和三层式之分 主轴是轧辊磨床核心的核心，其关 键在于主轴支承。大多数主轴为动 压式，动压润滑条件直接受主轴转 速影响；动静压联合主轴承，在动 压没有形成之前靠静压支承主轴； 纯静压轴承则完全靠单独的油压系 统来支承主轴 轧辊磨床组成-测量系统 轧辊测量系统主要完成对圆度、同心度、直径的测量，同时在磨削过程中通过 自动叠加反向补偿曲线完成轧辊横向找正功能 轧辊磨床组成-冷却液系统 轧辊磨床对冷却液的要求很高，磨削时冷却液中含有磨屑和砂粒是造成辊面“零星划痕”的主 要原因，因此轧辊磨床一般采用过滤效果较好的磁力和纸带联合过滤器。另外，冷却液中混 入杂油过多(尤其是抗磨液压油)，会影响砂轮的切削能力和效果，使磨削表面发亮，易出现振 纹。 轧辊磨削工艺系统 § 系统输入 v 工件： v 工件形体：形状要素（形状、尺寸、结构）加工要素（尺寸、形状、位置精度、表面质量） 材料：成分、力学性能、化学性能 v 砂轮： v砂轮修整：修整方法、修整器形状、修整用量 v实体：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、强度（安全速度）、平衡性 v磨损：砂轮形貌、脱落、破碎、磨耗、粘着堵塞 v磨削液： v类型：水基、油基、乳化剂 v性能：冷却、润滑、化学、油温 v供液方式 v机床（含夹具）： v-结构：特点、精度、静动刚度 v电机种类、控制方式（液电控制、NC控制、检测元件、传感器） v加工条件：V砂、n工、t(切削深度)、进给速度 v测量：机构、结构特点、精度、测量原理、测量方法 v环境条件：温度、振动干扰、环境尘埃 组组成：输输入 磨削过过程 输输出 轧辊磨削工艺系统 § 磨削过程（会出现的现象） 弹性变形 塑性变形 切屑生成 摩擦 磨削力 磨削热 砂轮磨损 界面化学作用 砂轮与工件接触弧长度 能量消耗 § 组组成：输输入 磨削过过程 输输出 轧辊磨削工艺系统 § 磨削结果 § 切屑：体积、形态、形状、火花 § 经济性：成本、效率 § 加工质量：精度（尺寸、形状、位置） 表面（表面形貌、残留应力 表面变质层、裂纹与烧伤） § 组组成：输输入 磨削过过程 输输出 磨削工作系统示意图 磨 床 状 况 磨削方式 主轴精度 机床刚度 抗振性能 规格型号 进给装置 磨 削 用 量 砂轮速度 工件速度 径向进给量 轴向进给量 磨 具 特 性 形状 尺寸 磨料 粒度 硬度 组织 结合剂 最高线 速度 修 整 条 件 修整工具 方法 用量 冷 却 条 件 磨削液性能 供液压力 供液流量 供液方式 工 件 状 况 材料性质 形状 尺寸 重量 热处理 硬度 前工序（ 或使用） 情况 工 件 成 品 精度 粗糙度 表面质量 加工效率 加工成本 轧辊磨削质量与板带材质量的关系 §从润滑轧制的角度,铝材表面质量可以从轧件表面粗糙度、表面光亮度和表面显微 形貌三个方面来反映。影响辊缝内轧件表面质量的因素很多，如轧辊表面粗糙度、 轧件原始表面粗糙度、润滑剂粘度、添加剂及含量、润滑方式、润滑剂的油含量、 轧制压下率、轧制速度、开卷张力、喂料高度等等。 §其中，辊面粗糙度与轧件表面质量的关系： §轧辊表面通常通过磨削加工而获得很小的表面粗糙度。一般认为，低的粗糙度的轧 辊表面将会轧出低表面粗糙度、高表面光亮度的轧件。然而，在润滑轧制条件下， 辊面粗糙度对铝材表面质量的影响程度，会受到轧件与轧辊之间油膜厚度与状态的 制约。当轧制平均表面粗糙度与轧辊平均表面粗糙度的比值大小不同时，轧后轧件 表面粗糙度会呈现几种情况。一般情况下，该比值大于1，即能有效阻止辊面与轧 件表面的直接接触，又能发挥光亮辊面对轧件表面的压平与抛光作用，因