高表面质量带钢轧辊的磨削工艺分析

从实际生产出发分析轧辊表面磨削缺陷的主要形式和形成原因，明确磨削程序结构、工艺参数设置对轧辊表面质量的影响，指出优化程序结构和工艺参数的思路和方向。研究结果对冷轧带钢轧辊磨削表面质量提升具有指导意义。

轧辊的磨削过程控制是轧辊表面质量控制的关键，良好的磨削工艺不仅能满足高品质产品的生产需要，还能有效降低轧辊辊耗、提高轧机机组的生产效率。随着市场对产品质量要求的不断提高，轧辊磨削工艺优化已成为国内冷轧行业面临的重要课题之一。轧辊磨削是影响轧辊表面质量的关键工艺过程，磨削工艺优化需考虑磨削程序结构和关键参数两个方面与磨削效果之间的关系。以HERKULES WS350轧辊磨床磨削轧机工作辊为例，对轧轧辊磨削过程中产生的多种轧辊表面磨削缺陷进行分析，采取控制措施，为高表面质量带钢轧辊磨削开展实用性探讨。

1轧辊磨削缺陷的分类

（1）振痕（又称振纹、砂轮振痕）。振痕是轧辊表面沿轧辊轴向呈明暗相间的条纹，数量较多，条纹间距在辊面圆周上具有周期性；单个条纹长度不大于磨削用砂轮宽度。振痕是磨削过程中砂轮系统受迫振动或自激振动，在磨削过程中对轧辊表面的切削作用不稳定，导致轧辊表面形成周期性的明暗相间的条纹。产生原因有砂轮选择不当，砂轮平衡不好，横向进刀量过大，磨削液润滑不良等。

（2）刀花（又称刀痕、走刀痕）。刀花是沿轧辊周向呈螺旋状的条纹，常伴有振痕状条纹。刀花是由于轧辊的转速、砂轮的转速，轧辊的纵向进给和砂轮的横向进刀量4者不匹配而引发的轧辊磨削缺陷，该缺陷产生在轧辊与砂轮边沿纵向进刀侧接触的位置，在轧辊表面周向呈螺旋分布。当轧辊纵向移动方向反向时，刀花的螺旋方向也相反，在该道次的磨削中如果没有磨除掉上道次产生的螺旋，两条方向相反的螺旋交叉，呈网纹装，也称为网纹。

（3）轧辊振痕（又称工件振痕、不圆）。轧辊振痕是沿辊身从一端到另一端呈完全或部分贯穿分布的色差带，通常出现1～2条。轧辊振痕通常是磨削过程中轧辊的振动导致的。

（4）辊面划伤（又称划痕、拉毛）。辊面划伤是指磨削过程中，砂轮脱落的磨粒或磨削液带入的磨粒进入磨削区域，或者砂轮工作面上存在的个别凸起的磨粒，划伤辊面，形成划痕。

2轧辊磨削过程控制的原则

2.1振痕的控制对策

（1）正确的砂轮装配及修整和砂轮静平衡、砂轮动平衡调整。由于制造过程中存在密度的不均匀和几何尺寸的误差，以及砂轮法兰与砂轮装配的偏差，因此砂轮在使用前需要进行静平衡和动平衡。砂轮与砂轮法兰装配时，可通过对砂轮装配孔与砂轮法兰中间连接装置的配合间隙进行检查和调整，减少砂轮与砂轮法兰装配的中心偏差。砂轮静平衡调整，是把装配好砂轮法兰的砂轮安装在静平衡架上，调整法兰上的3个配重块位置，转动砂轮，使砂轮能在圆周的各个方向上能停住。砂轮安装到磨床上后，通过磨床主轴配有砂轮动平衡装置，对砂轮进行动平衡调整。砂轮动平衡完成后，需要对砂轮进行修整，可通过轧辊粗磨工序（常常选用磨削量需求较大的缺陷轧辊）实现对砂轮轮廓线修整。砂轮使用一段时间后，由于自身损耗，原有的动平衡可能发生变化，需要再次进行动平衡调整，以减小砂轮在工作中的振动。

（2）砂轮的合理选择和横向进刀量的控制。砂轮是由磨料、结合剂、气孔3部分组成，砂轮的特性包括磨料、粒度、结合剂、组织、硬度、强度、形状和尺寸等。一般来说，横向进刀量越大，轧辊在直径方向的切削效率越高；但当横向进刀量过大的时候，砂轮和辊面之间的压力增加，磨料颗粒过深地进入轧辊表层，受到更大的阻力，导致磨料颗粒整个的剥落，砂轮的自锐性变差，切削能力反而下降；同时导致砂轮快速磨损，砂轮容易堵塞，砂轮切削能力进一步减弱，切削阻力增加，引起砂轮振动。根据轧辊硬度高（肖氏硬度Hs90~95），砂轮最大线速度45 m/s等特点，选用了砂轮硬度L级，砂轮结合剂选用了树脂结合剂；结合轧辊表面粗糙度在要求Ra（0.8~1.0）μm，切削效率要求较高的特点，砂轮磨料粒度号选择了80#，砂轮磨料选择了自锐性好白刚玉。

（3）磨削液的控制。磨削液在磨削过程中起到润滑、冷却、清洗、防锈作用。在轧辊磨削过程中，通过磨削液的冲洗，带走了砂轮和轧辊产生大量的磨屑、结合剂残渣、磨料残渣，避免了砂轮堵塞，从而避免了磨削阻力增加；由于磨削液的润滑作用，减少了磨削区域的磨削阻力；充分的磨削液冷却，可避免磨削过程中辊面烧伤，减少砂轮损耗。磨削液在磨削过程中通过有效降低磨削力，避免砂轮振动和产生振痕。现场常常采用乳化液作为磨削液，在生产过程中有着良好的实用性和经济性。乳化液使用过程中，应定期检查，一是浓度要合理，一般控制在4%～6%（视乳化液成分和磨削负荷而定）；二是发生变质时，要及时更换；三是磨削液要保持清洁，避免磨料颗粒随乳化液进入磨削区域，引起辊面划痕；四是乳化液喷入磨削区域的位置、压力和量要合理。

2.2刀花的控制对策

在轧辊磨削进给速度过大，特别是纵向进给参数过大时，一方面导致砂轮切向磨削阻力大，另一方面导致靠纵向进给侧砂轮受侧向阻力过大，导致砂轮棱边与辊面单边接触，在纵向进给侧轧辊表面形成螺旋形走刀痕。在轧辊磨削过程中，虽然刀花是轧辊的转速、砂轮的转速，轧辊的纵向移动和砂轮的横向进刀量4者不匹配导致的；通过现场观察，降低轧辊的纵向进给速度，对降低刀花的产生有明显效果。

2.3轧辊振痕的控制对策

（1）保证轧辊在磨床上安装的支撑精度。轧辊通过辊颈安放在2个支撑架安装在磨床上，通过调整支撑架的底瓦和侧瓦的位置，使轧辊的中心线与床身的中心线重合。磨床通过头架的2个拨叉驱动轧辊转动，当轧辊中心线与床身中心线偏差较大，特别是头架侧轧辊中心与磨床拨盘回转中心偏差较大时，会出现2个拨叉交替驱动轧辊的情况，导致转动过程中呈周期性振动，通常在辊身上形成2条对称的贯穿性条状色差，在轧辊驱动侧较明显，同时伴有对称性的圆度偏差。轧辊磨床配有测量装置，轧辊安装找正时，能通过对轧辊辊身两端圆周上进行3点的测量，计算出轧辊中心线与床身中心线的偏差，并在磨床操作界面上分别显示支撑架底瓦、侧瓦的位置偏差量，操作人员可通过显示数据对支撑架的底瓦和侧瓦进行调整，使轧辊安装达到工艺要求。

（2）保证轧辊辊颈支撑面的表面质量。轧辊进行多次拆装过程中，部分轧辊辊颈表面常会出现横向划伤和毛刺。轧辊磨削过程中，轧辊在支撑架上旋转，每当辊颈上的划痕通过支撑瓦时，与支撑瓦面刮擦，导致轧辊转动不平稳而引起轧辊振动，在磨削轧辊表面形成整痕；随着轧辊的纵向移动，该整痕在轧辊辊面轴向延伸，形成长整痕。根据现场观察，该轧辊振痕常常出现在辊颈划痕相反方向的辊面上，反映出轧辊在水平面内的振动较垂直面内的振动，对轧辊磨削表面质量影响更大。在轧辊上机床前，要对轧辊辊颈进行检查，发现有划伤或异物嵌入，要及时进行修磨处理。

（3）保证合适的轧辊轴向顶紧力。磨削过程中，为了防止轧辊轴向窜动，通常采用磨床尾架的伸缩回转平顶尖顶住轧辊端面，使将轧辊在轴向固定在磨床头架和尾架之间。尾架与轧辊接触压力要适度，接触压力不足，在纵向进刀反向时容易导致轧辊轴向窜动；接触压力过大时，在顶紧过程中，顶尖端面中心常常会上升，导致轧辊辊颈离开支撑架瓦面，轧辊中心偏离床身中心，同时，顶尖的支撑刚性和回转精度较差，在磨削过程中轧辊容易产生振动，导致辊面振痕和轧辊振痕。HERKULES轧辊磨床采用在尾架回转平顶尖内置轴向弹性装置，通过设定顶块端面轴向压缩量控制顶尖顶紧力，现场使用效果良好。

2.4轧辊磨削程序结构及工艺参数调整。

砂轮的转速、轧辊的转速、轧辊的纵向进给和砂轮的横向进给速度，是影响轧辊磨削效率和轧辊表面磨削质量的主要工艺参数；其中砂轮的横向进给速度和轧辊的纵向进给是关键的工艺参数。在一定程度上，随着砂轮的转速、轧辊的转速、轧辊的纵向进给和砂轮的横向进刀量4者的提高，磨削的效率也越高；同时，轧辊受到砂轮的切削力、砂轮受到的切削阻力也越大，砂轮和轧辊更容易产生振动，轧辊表面磨削质量降低。在轧辊磨削过程中，一方面要提高磨削效率，另一方面要提高轧辊表面磨削质量，为了实现轧辊磨削质量的控制，通常把磨削程序分成多个工艺阶段，以实现不同的磨削目标；各工艺阶段通过轧辊磨削表面质量与轧辊磨削效率之间的权衡，逐步从牺牲磨削表面质量以提高磨削效率，向牺牲磨削效率以提高磨削表面质量过度。在整个磨削程序中，后续的工艺阶段磨削掉前工艺阶段产生的表面质量缺陷，产生程度较轻的表面质量缺陷；随着工艺阶段的逐步推进，磨削缺陷的程度逐步减轻，直至消除。一般将轧辊磨削程序分为粗磨1、粗磨2、半精磨1、半精磨2、半精磨3、精磨、抛光等7个工艺阶段。从粗磨阶段到抛光阶段，轧辊纵向进给速度逐步减小。从粗磨1阶段到粗磨2阶段，砂轮以逐步减小的连续进给方式工作；从半精磨1阶段到半精磨3阶段中，砂轮以逐步减小的增量进给方式工作；在精磨和抛光工艺过程中，砂轮不作横向进给，该过程仅改善轧辊表面质量，完成对辊面粗糙度的控制，对轧辊辊形几乎不产生影响；在轧辊表面粗糙度值要求较大时，常常不执行抛光工艺过程。

3结论

（1）砂轮振动和轧辊振动是导致轧辊磨削过程中导致磨削表面质量缺陷的主要原因。

（2）保证轧辊的辊颈质量和轧辊在机床上的安装质量，能有效避免轧辊在磨削过程中的振动，从而避免轧辊振痕；合理设置砂轮的转速、轧辊的转速、轧辊的纵向进给和砂轮的横向进刀速度等工艺参数，能有效控制振痕、刀花等磨削缺陷。

（3）通过磨削程序参数的分步调整，可以逐步消除磨削表面质量缺陷，提高轧辊磨削表面质量。