李歡良

摘 要：分析軋輥材料特性、缺陷種類、生產(chǎn)加工要求以及加工技術(shù)上與操作上的難點(diǎn)，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)探索與驗(yàn)證，根據(jù)生產(chǎn)批量確定修復(fù)加工所用的數(shù)控車床。在修復(fù)加工過(guò)程中，有效解決了刀具選擇、切削參數(shù)的確定、夾具的設(shè)計(jì)以及數(shù)控編程等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軋輥高品質(zhì)、低生產(chǎn)成本加工。

關(guān)鍵詞：軋輥修復(fù) 數(shù)控車床 刀具 切削參數(shù) 數(shù)控編程

中圖分類號(hào)：TG519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（c）-0001-02

隨著金屬加工業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械加工行業(yè)每年需生產(chǎn)大量各類軋輥。軋輥主要用于軋鋼廠的軋鋼設(shè)備上，利用成對(duì)軋輥滾動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的壓力來(lái)軋碾鋼材，從而得到所需的各種型材。它作為各種型材材料的成型模具，具有舉足重輕的地位。在冶金方面可軋制板材、線材、棒材和管材等；在非冶金方面可用在造紙、橡膠、榨油、制粉、制糖、棉紡、毛線等行業(yè)[1]。軋輥的種類很多，常見(jiàn)的三大類軋輥分別是鑄鐵軋輥、鑄鋼軋輥和鍛造軋輥，在型材軋機(jī)上還有少量硬質(zhì)合金軋輥，也稱鎢鋼軋輥，是用碳化鎢和鈷等作為材料用粉末冶金方法加工而成的軋輥。

1 缺陷產(chǎn)生的因素

現(xiàn)代軋制技術(shù)的發(fā)展方向是軋制過(guò)程的自動(dòng)化、連續(xù)化和重型化。軋輥在軋制時(shí)主要承受動(dòng)靜載荷、磨損以及溫度變化3個(gè)方面的影響。近年來(lái)，由于對(duì)軋制鋼材的特殊需求，對(duì)軋材的尺寸要求、表面加工精度以及軋材的各種性能均提出了更高的要求。此外，隨著現(xiàn)代軋制技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)軋輥的工作環(huán)境要求也越來(lái)越苛刻，以熱連軋為例，軋輥長(zhǎng)期處于高溫、高負(fù)荷和高速度的惡劣條件下，對(duì)軋輥的性能要求更高[2]。

軋輥在制造和使用前的準(zhǔn)備工序中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力，投入使用后要經(jīng)受各種周期性應(yīng)力的作用，包括彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、接觸應(yīng)力、剪力和熱應(yīng)力等。這些應(yīng)力沿軋輥輥身不均勻的分布，并且不斷變化著，其原因不僅有設(shè)計(jì)方面的因素，還有軋輥在使用中磨損、溫度和輥形的不斷變化。此外，軋制條件也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種異常情況。軋輥在使用后冷卻不當(dāng)，同樣會(huì)受到熱應(yīng)力的損害。所以軋輥在使用中除有正常的磨損外，還經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)剝落、壓痕、裂紋、斷裂等各種局部損傷和表面損傷缺陷。

該公司銅材廠的軋輥?zhàn)鳛檐堛~工藝中軋機(jī)軋制銅桿的重要工具和主要消耗部件，關(guān)系到銅材廠高效化持續(xù)生產(chǎn)和軋材的產(chǎn)品質(zhì)量，用于對(duì)銅線的熱軋，通過(guò)多對(duì)軋輥的軋制，最后生產(chǎn)出8 mm成品銅桿。在軋制一段時(shí)間后，由于高溫、金屬擠壓等的作用，在軋輥表面會(huì)出現(xiàn)氧化皮、裂紋、凹坑等缺陷，影響成品銅桿的質(zhì)量，因此必須對(duì)軋輥的表面進(jìn)行修復(fù)，達(dá)到原設(shè)計(jì)圖紙要求后，再用于軋制生產(chǎn)。

2 加工修復(fù)的難點(diǎn)

現(xiàn)在我國(guó)的軋輥生產(chǎn)選材、制造工藝和質(zhì)量控制等方面已經(jīng)達(dá)到國(guó)外先進(jìn)國(guó)家90年代水平[3]。軋輥磨損后，修復(fù)軋輥的費(fèi)用比加工新軋輥要低得多，可為用戶節(jié)約大量生產(chǎn)成本。但是軋輥在修復(fù)加工時(shí)，由于軋輥本身的一些特性，修復(fù)加工過(guò)程中存在以下幾個(gè)難點(diǎn)。

（1）熱軋輥常用的材料為55Mn2、55Cr、60CrMnMo、60SiMnMo、4Cr5MoSiV1等，該公司銅材廠軋輥采用的材料為4Cr5MoSiV1熱作模具鋼H13，該鋼具有較高的淬透性和抗熱裂能力，含有較高含量的碳和釩（碳C：0.32%～0.45%，釩V：0.80%～1.20%）。鋼中馬氏體的硬度和強(qiáng)度主要取決于馬氏體的含碳量，鋼的硬度隨含碳量的提高而增大[4]。根據(jù)鋼中含碳量與淬火鋼硬度的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖1，由圖1可以知道H13模具鋼淬火硬度在55HRC左右，而普通45#鋼調(diào)質(zhì)硬度在HRC20～HRC30之間。對(duì)工具鋼而言，鋼中的碳一部分進(jìn)入鋼的基體中引起固溶強(qiáng)化；另外一部分碳將和合金元素中的碳化物形成元素結(jié)合成合金碳化物。對(duì)熱作模具鋼，這種合金碳化物除少量殘留的以外，還要求它在回火過(guò)程中在淬火馬氏體基體上彌散析出產(chǎn)生兩次硬化現(xiàn)象。從而由均勻分布的殘留合金碳化合物和回火馬氏體的組織來(lái)決定熱作模具鋼的性能。它耐磨性好，韌性相對(duì)有所減弱，具有良好的耐熱性，在較高溫度時(shí)具有較好的強(qiáng)度和硬度，較高的耐磨性和韌性，優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和較高的抗回火穩(wěn)定性。材料本身的優(yōu)點(diǎn)給修復(fù)、加工和制造帶來(lái)較大的難度，因?yàn)楣ぜ牧系膹?qiáng)度、硬度越高，韌性和塑性越好，越難切削，總切削抗力越大[5]，使得普通硬質(zhì)合金刀具根本啃不動(dòng)。

（2）表面形狀復(fù)雜，表面質(zhì)量要求高，加工精度以及表面光潔度等要求較嚴(yán)，加工的技術(shù)難度大。我公司所加工的軋輥，表面分別為直線與圓弧、圓弧與圓弧相切形成的回轉(zhuǎn)體表面，每對(duì)軋輥尺寸精度誤差不能超過(guò)±0.05 mm，表面粗糙度要求達(dá)到Ra0.8 μm，采用普通車床根本達(dá)不到形狀加工要求。

3 加工修復(fù)中采取的措施

由于修復(fù)后的軋輥的尺寸、精度、表面質(zhì)量以及硬度等直接影響著軋輥的好壞，因此軋輥修復(fù)加工時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)地措施來(lái)解決生產(chǎn)加工中遇到的難題。

3.1 機(jī)床的選擇

修復(fù)軋輥要求機(jī)床能夠加工圓弧形曲面，并滿足回轉(zhuǎn)直徑要求，具有數(shù)控編程功能，能進(jìn)行半自動(dòng)加工。現(xiàn)有的加工方法可以采用軋輥磨床加工或數(shù)控車床加工，軋輥磨床屬于專用設(shè)備，通用性差，加工范圍窄，機(jī)床昂貴，適用于大批量加工；而數(shù)控車床加工范圍廣，生產(chǎn)率較高，適合小批、單件生產(chǎn)，機(jī)床相對(duì)較便宜，既可加工多種產(chǎn)品，還可用于其它產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。

3.2 刀具的選擇

刀具是直接對(duì)軋輥進(jìn)行切削的，要高質(zhì)量、高效率地進(jìn)行切削加工，就要求有高質(zhì)量、高性能的生產(chǎn)工具。刀具性能和質(zhì)量的優(yōu)劣，選擇是否恰當(dāng)，都直接影響切削加工的效率、加工精度和加工表面質(zhì)量。由于軋輥表層性質(zhì)硬而脆，當(dāng)?shù)毒咔腥牖蚯谐鰰r(shí)容易出現(xiàn)崩邊現(xiàn)象，往往造成廢品或使刀具崩損。刀具的選擇，就顯得非常重要。軋輥的工作表面是圓弧接圓弧或圓弧接直線。為了換刀方便，一般選用機(jī)加刀，刀片成圓形。由于軋輥的硬度在55HRC左右，刀具材料應(yīng)選擇有高硬度、高耐磨性、高紅熱性，刀片材料可以選擇金剛石、立方碳化硼或熱壓氧化碳陶瓷等高性能的材料。該公司軋輥修復(fù)用的刀具選用瑞典山特維克可樂(lè)滿刀具公司的高硬度立方氮化硼圓弧形車刀。

軋輥材料具有較高的熱強(qiáng)度、高硬度的特點(diǎn)，有一些軋輥材料加入了適量的鎳和鉻等合金元素，以提高強(qiáng)度和耐磨性。同時(shí)，使軋輥高溫強(qiáng)度提高，導(dǎo)熱系數(shù)下降，使切削抗力增大，切削溫度提高，由于要修復(fù)的軋輥使用后出現(xiàn)凹坑、裂紋等缺陷，使加工變得困難，特別是增大刀具在切削過(guò)程中的刀具崩刃現(xiàn)象和磨損嚴(yán)重現(xiàn)象。因此，在刀具幾何參數(shù)的選擇方面，一般我們要選擇刀具的刃傾角、前角為0°，主偏角、副偏角和后角較小為宜。

3.3 切削用量的選擇

解決好軋輥切削加工的技術(shù)問(wèn)題，就可以提高切削加工的效率、確保軋輥加工精度。軋輥修復(fù)屬于精車環(huán)節(jié)，選擇切削用量，主要是根據(jù)軋輥的硬度，考慮對(duì)軋輥表面光潔度的要求，合理地選擇背吃刀量、進(jìn)給量和切削速度，對(duì)于保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率起著很重要的作用。轉(zhuǎn)速過(guò)快，刀具壽命短，機(jī)床震動(dòng)。轉(zhuǎn)速過(guò)低，加工成本高，加工效率低。進(jìn)給快，達(dá)不到質(zhì)量要求；進(jìn)給過(guò)慢，效率低。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，從理論分析到實(shí)際操作，我們總結(jié)了軋輥切削技術(shù)參數(shù)，確定了合理的工藝路線和切削要素，合理的切削速度150 m/min，背吃刀量0.15 mm，進(jìn)給量0.1 mm/r。

3.4 數(shù)控編程

編程的尺寸直接影響軋輥的精度、形狀等。由于軋輥屬于精密磨具，工作表面是圓弧接圓弧或圓弧接直線，手工計(jì)算點(diǎn)存在著誤差，為了提高編程的準(zhǔn)確度，選用自動(dòng)編程。為了保證表面各段之間連隊(duì)接光滑過(guò)渡，各坐標(biāo)點(diǎn)要精確。采用工件輪廓編程方式，圓弧半徑補(bǔ)償設(shè)置在刀具參與切削前運(yùn)行，切削結(jié)束后用取消。在刀補(bǔ)參數(shù)里設(shè)置刀補(bǔ)位置參數(shù)，參考點(diǎn)設(shè)置在離工件端面較近但換刀時(shí)不會(huì)干涉的位置。對(duì)刀后，手動(dòng)將x、z方向移到與實(shí)際參考點(diǎn)坐標(biāo)負(fù)方向偏差一個(gè)半徑值的位置。

3.5 裝夾

軋輥的內(nèi)孔與外圓的同軸度較高，一般用心軸和軋輥內(nèi)孔零間隙配合，采用一夾一頂方式加工，減小內(nèi)孔與外圓的同軸度誤差。通過(guò)認(rèn)真分析探討軋輥的加工要求，自主設(shè)計(jì)制造了軋輥車削專用夾具，不僅能夠完成軋輥在機(jī)床上的定位和夾緊，也能滿足軋輥在機(jī)床上的定位精度。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)然，對(duì)于軋輥的修復(fù)，在解決了上述生產(chǎn)加工中所碰到的難題之后，還要解決好生產(chǎn)人員的數(shù)控編程技術(shù)水平、操作技能水平、質(zhì)量檢測(cè)水平，以及生產(chǎn)管理能力。生產(chǎn)人員要能用專業(yè)數(shù)控軟件對(duì)軋輥圖紙進(jìn)行重新繪制，計(jì)算出加工表面直線與直線、直線與圓弧、圓弧與圓弧之間的交點(diǎn)坐標(biāo)，要能根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)編寫(xiě)出適合數(shù)控車床的程序，并熟練操作數(shù)控機(jī)床完成生產(chǎn)加工要求。

參考文獻(xiàn)

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