轧辊磨削工艺

轧辊磨削工艺

轧辊磨削工艺

1 砂轮的选择和使用

砂轮是有许多极硬的磨粒经过结合剂粘结而成的切削工具。砂轮表面上的多棱多角的坚硬颗粒称为磨料，起着切削作用。把磨料粘在一起的粘结材料叫做结合剂。磨料、结合剂之间有许多空隙，起着散热和容纳磨屑的作用。磨料、结合剂和空隙构成砂轮结构的三要素。 为了使砂轮能正常磨削，一般砂轮的工作面要经过修整，以形成无数等高的微刃，起磨削作用。

在磨削过程中，磨粒的微刃在不断变化，由峰利而变钝，钝化了的磨粒继续进行磨削，作用在磨粒上的力就不断增加。有时磨粒所受到的压力超过结合剂的粘结力，磨粒就会白行脱落；有时磨粒所受到的压力尚未超过结合剂的粘结力，但足以使磨粒自身蹦碎而形成新的锋利的刃口。钝化了的磨粒绷碎或自行脱落，又出现锋利的磨粒使砂轮保持原来的切削性能，砂轮的这种性能称为“自锐性”。

砂轮的自锐性是砂轮独有的性能，对磨削的影响极大。处理的好坏将直接影响磨削的质量和生产效率。

由于砂轮上每颗磨粒没有确切的几何角度，这就使砂轮的选择显得比较复杂。一般砂轮的选择主要是从砂轮的特性着手的。

1.1砂轮的特性

砂轮的特性包括以下几个部分：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织和强度。每一种砂轮根据其本身的特性，都有一定的适应范围。所以在磨削加工时，必须根据具体条件，如工件的材料、工件的硬度及加工表面的要求，来选用合适的砂轮。

磨料——磨料是砂轮的主要部分，它直接担负切削工作。在磨削时，它要经受剧烈的摩擦、挤压以及高温的作用。所以磨料必须具有很高的硬度、耐热性以及相当的韧性，还要具有比较锋利的切削刃口。

粒度——粒度是指磨料颗粒的大小即粗细程度。

表示粒度号的方法有两种：一种是颗粒尺寸大于40微米的磨粒，用筛子筛分的方法测定，粒度号代表的是磨粒所通过的筛网在每英寸长度上所含的孔眼数。如80#粒度是指它可以通过每英寸长度上有80个孔眼的筛网，但不能通过每英寸长度上有100个孔眼的筛网。因此用这种方法表示的粒度号数越大，磨粒越细。另一种是尺寸很小的磨粒，成微粉状，用显微镜测量的方法测定粒度。320#粒度以上的砂轮都属于这一种。

砂轮的粒度对磨削的表面粗糙度和磨削效率有很大的关系，磨削时要合理选择砂轮的粒度。 结合剂-----结合剂是将磨粒粘固成各种砂轮的粘结材料。结合剂的种类及其性质将影响砂轮的强度、耐冲击性、耐热性和耐腐蚀性等。结合剂对磨削粗糙度和磨削温度也有一定的影响。常用的结合剂分有机结合剂和无机结合剂两大类。无机结合剂最常用的是陶瓷结合剂。有机结合剂最常用的是有树脂结合剂橡胶结合剂两种。

硬度--------砂轮的硬度是指结合剂粘结磨粒的牢固程度，也是指磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落下来的难易程度。砂轮硬，就是磨粒粘的牢，不易脱落；砂轮软，就是磨粒粘的不牢，容易脱落。所以，砂轮的硬度和磨料的硬度不是一个概念。

砂轮的硬度对磨削生产率和磨削的表面质量影响极大，因此要选择适当。如果选的太硬，磨粒子变钝后仍不能脱落，会使磨削力和磨削热显著增加，磨削效率降低，当磨粒还很锋利时就脱落，这样就会使砂轮损耗过快，并很快地失去正确的外部形状，工件的精度难于控制，同时工件的表面也容易被脱落的磨粒划伤。

砂轮的组织----砂轮的组织是表示砂轮的松紧程度的。砂轮的松紧程度与磨粒、结合剂和气

孔三者的体积比例有关。

砂轮组织的分类和分级是以磨粒占砂轮体积的百分比来划分的，工分三种组织状态和十二个组织号，每个号的组织都按磨粒所占全部体积的百分比表示。砂轮组织级数越低，越紧密，磨粒占砂轮体积的百分比越大，因而磨粒与磨粒之间的气孔小。相反，磨粒之间的气孔大。 砂轮内部气孔的大小直接影响磨削加工的声厂效率和表面质量。气孔在磨削过程中，除容纳磨屑外，还可以将磨削液和空气带入磨削区域，以降低温度，减少工件发热变形和避免减少烧伤。若砂轮的气孔大，则单位面积上的磨粒树木就少，砂轮的轮廓形状就不容易保持，影响加工表面的粗糙度和精度。

强度----砂轮告诉旋转时，砂轮上任一部分都受到很大的离心力作用，如果没有足够的强度，砂轮就会破裂而引起严重事故。

砂轮所受的离心力与砂轮线速度的平方成正比例，所以当砂轮线速度增大到一定数值时，离心力就会超过砂轮强度所允许的数值，使砂轮碎裂。因此，砂轮的强度通常用安全线速度来表示。

安全线速度比砂轮碎裂是的速度低的多，在这个速度下正常工作，可以保证生产安全。各种砂轮，按强度高低，都规定了安全线速度，并注杂砂轮上或说明书中，供使用者选择。

1.2砂轮的选择

砂轮对磨削过程的影响是多方面的，其中包括加工精度、表面粗糙度和生产效率。为了获得良好的磨削效果，正确选择砂轮十分重要。选择砂轮时主要考虑下列一些因素： 工件材料的物理性能（强度、硬度、韧性等）；

工件的加工精度和表面粗糙度的要求;

工件的形状和尺寸；

工件的磨削量；

磨削方式和磨床的性能；

冷却液的种类；

由于影响选择砂轮的因素非常复杂，要提出对各种加工条件都适应的具体方法, 实际上是不可能的, 因此, 在实际生产过程中，应该从具体情况出发加以分析, 选择比较合适的砂轮。 在前面粗糙度的介绍中已经强调，轧辊磨削仅仅保证粗糙度Ra 值，并不能满足轧制工艺要求，必须用特定的砂轮，按规定的磨削工艺磨出的轧辊，才能保证铝箔轧制的需要。

由于轧辊的表面硬度很高，磨削的时间比较长，所以砂轮的消耗量比较快。为了保证连续工作，砂轮就要有足够的储备。另一方面，砂轮受结合剂的影响，存放时间不能太长，砂轮结合剂不同，存放的时间也不同。陶瓷结合剂的砂轮可存放两年，树脂结合剂的砂轮存放期为一年。

在选用砂轮时应注意另一个问题就是要保证砂轮的性能稳定，同一国歌型号（相同的磨料、结合剂、组织、硬度）的砂轮，生产厂家不同，磨削效果也不一样，在更换砂轮供应商时应该特别注意。

在砂轮粒度选择时也应注意，日本、欧洲、美国的砂轮粒度型号相同，但砂粒尺寸的平均直径标准并不一样。

1.3砂轮的检查和安装

砂轮的检查和安装是一项重要细微的工作。因为砂轮工作时圆周速度很高，而一般砂轮又呈脆性，如果安装不当，就可能造成严重事故，或者使砂轮失去平衡而引起震动，影响磨削精度和磨床精度。安装砂轮之前，首先要仔细检查砂轮是否有裂纹，方法是将砂轮吊起，用木棰轻敲听其声音。没有裂纹的砂轮发出清脆的声音，有裂纹时则声音嘶哑。有裂纹或声音嘶哑的砂轮应禁止使用。

大孔径的砂轮，一般都用法兰盘装夹。砂轮内孔与法兰盘轴颈部分应有适当的间隙，一般为0.1-0.5mm 。如果发现砂轮内孔与法兰盘轴颈配合过紧，可以修刮砂轮内孔，不可用力压入，以免使砂轮碎裂。如果太松，砂轮中心与法兰盘的中心偏移太大，砂轮将会失去平衡。这时，必须在法兰盘外径与砂轮内孔之间均匀的垫上一层硬纸片加以消除。如果砂轮内孔比法兰盘外径大的太多，则应中心配制法兰盘或更换砂轮。

砂轮的两个平面和法兰盘之间安装时要垫上1-2mm 有弹性的纸板，纸板的直径要比法兰盘的直径稍大一些。紧固螺栓时，不可用力过猛，一般要按对角顺序逐步拧紧螺栓，使砂轮受力均匀。

砂轮的平衡

砂轮在制造过程中，会因形状精度不好和砂粒分布不均而存在不平衡。砂轮不平衡热闹后是由于砂轮中心与回转轴线不重合而引起的。在新砂轮的外圆上能使砂轮平衡的重量，称为砂轮的原始不平衡度。砂轮的原始不平衡度是评定砂轮质量的指标之一。

为了使砂轮精确而平稳地工作，砂轮必须经过平衡校正。不平衡的砂轮作高速旋转时，将产生迫使砂轮偏离轴心的离心力，引起磨床振动，使轧辊表面产生振痕，主轴振动，会使轴承加快磨损，严重的会使砂轮碎裂。直径大于125mm 的砂轮都要进行平衡校正。

砂轮的平衡一般是指静平衡。镜平衡是在平衡架上进行的。平衡架使用时必须处于水平位置。静平衡的指标，是指砂轮在平衡架上水平任何位置上都能保持静止状态。调整静平衡的方法是：根据砂轮的不平衡情况，适当调整砂轮法兰盘上环形槽内的平衡块位置，使砂轮的中心与它的回转中心重合。

砂轮在使用过程中要经常修整使用面，每次修整后都会产生新的微量不平衡，为此，砂轮在每次修整后都要进行动平衡，高精度的轧辊磨床都有砂轮动平衡装置。HERKULES 轧辊磨床的动平衡装置，是安装在砂轮主轴的砂轮一侧，用电流表来显示调整精度，（电流表的显示值来源于装在砂轮架上的一个振幅传感器）动平衡的调整值应小于1uA 。

砂轮动平衡是靠主轴内平衡装置小半径上的平衡量，来平衡砂轮半径上的不平衡量，它的平衡能力是有限的。所以，即使装有砂轮动平衡的轧辊磨床，新砂轮在使用前都必须要进行静平衡才能使用。

1.5砂轮的修整

砂轮的修整直接关系到轧辊的表面质量和生产效率。因此，砂轮修整十分重要。

用砂轮修整工具将砂轮工作面已磨钝的表面修去，以恢复工作面的切削性能和正确几何形状的方法，叫做砂轮修整。

在磨削带有凸度的轧辊时，为了消除砂轮磨削痕迹，砂轮修整时必须对砂轮两个硬角进行处理，砂轮的表面也可以修整成圆弧形。

砂轮修整用的金刚笔上的金刚石，它的大小和形状对砂轮休整的结果有一定的影响。对于砂轮直径400mm 以上的砂轮，金刚石应不小于1.5克拉，使用变钝了的金刚石要注意调换角度。

2磨削液的作用

轧辊磨削时，由于轧辊材料变形的内摩擦与砂轮和轧辊材料的外摩擦，将产生大量的磨削热，在磨削区内最高温度有时可达1000℃左右。磨削产生的高温可使轧辊表面烧伤、产生裂纹。因此，磨削时的冷却是非常重要的。

磨削液能起以下作用：

（1）冷却作用----通过磨削液的热传导作用，能有效地改善散热条件，带走绝大部分磨削热，降低磨削区域的温度。

冷却作用的大小与磨削液的种类、性能、用量、和使用方法有关。磨削液的传导热系数越大，冷却作用就显著。如水的散热能里就比油强的多。

（2）润滑作用----磨削液渗入到磨屑、磨粒与轧辊的接触表面之后，粘附在

金属表面上形成润滑膜，能减少磨粒和轧辊之间的摩擦，减轻磨屑与磨粒的粘结现象，从而提高轧辊表面的质量和砂轮的寿命。

由于接触表面上的压力较大，纯矿物油不易渗到磨削区，因此，一般磨削液中都加入一些硫、氯、磷等极压添加剂。这些添加剂与钢、铁表面接触后能迅速发生化学变化。产生新的化合物（硫化铁、氯化铁等），吸附在金属上，能显著提高润滑效果。

（3）清洗作用----磨削液可以将磨屑和碎裂而脱落的磨粒冲洗掉，防止轧辊磨削表面划伤。

（4）防锈作用----在磨削液中加入防锈添加剂后，能在金属表面上形成保护膜，使轧辊和磨床免受氧化作用，起到防锈作用。

根据磨削液的作用，磨削液应该满足下列要求：、磨削液的化学成分要纯，不应含有毒性的杂质。磨削液的酸度PH 值应呈中性，以免腐蚀轧辊、磨床和刺激人的皮肤；

不易变质；不易燃烧，不易挥发；透明度好，便于观察磨削情况；

不腐蚀砂轮结合剂。陶瓷结合剂不受磨削液的侵蚀，树脂结合剂易受碱性磨削液的侵蚀，橡胶结合剂易受油质磨削液的侵蚀。

3轧辊磨削的准备

从轧机上卸下来的轧辊，要冷却到室温才能磨削（必要时也可以用磨削液冷却轧辊）。

3.1轧辊磨削前要用顶尖使轧辊对中，然后用支架找正。目的是使轧辊的垂直、水平母线与砂轮的中心线保持平行，保证轧辊磨削精度。在找正过程中，由于下支承点不是处在垂直位置，所以调整起来比较难。在找正过程中应采用两个检测点，同时检测轧辊在垂直方向和水平方向的位移，这样才能更快更准确的找正。找正时要考虑轧辊两端的直径差，并在调整时加上差值。

3.2轴向定位

在找正轧辊后，要在两个顶尖和轧辊之间各放上一个特制塑料块，是垫块在顶尖和轧辊之间轻松转动，防止轧辊在磨削中产生轴向移动。

3.2轧辊磨削

轧辊磨削一般分为三个阶段：即粗磨、中磨、精磨。

粗磨以去掉轧辊表面硬化层和可见缺陷为主要目的。粗磨要求在短时间内尽可能磨掉多余的表层，原则上是强力磨削，所采用的砂轮粒度较大，磨削的表面粗糙度也比较粗。粗磨时砂轮的走刀速度为砂轮宽度的2/3。

由于粗磨时砂轮的损耗较大，为提高磨削效率、保证轧辊磨削辊型和表面粗糙度的均匀一致，操作时要经常观察电流表，使磨削在相对恒定的电流下进行。

中磨是为了去掉粗磨的走刀痕迹，并为精磨准备好辊形。精磨是为了得到轧辊最终理想的表面粗糙度。对于中轧和精轧用轧辊，一般要根据轧制工艺的要求用不用的砂轮来磨削，选择合适的砂轮非常重要。精磨时砂轮的走刀速度为砂轮宽度的1/5。

要想得到轧辊的理想表面粗糙度，砂轮和轧辊的转数与砂轮进刀量的匹配要得当。为了避免辊颈发热和轧辊出现振动，粗磨和中磨时轧辊专署不宜太高。

精磨的关键在于控制表面粗糙度，既要达到轧制工艺要求又要保证轧辊的表面粗糙均匀一致。要做到这一点，就要求磨床操纵手从粗磨到精磨的全过程中，平衡有效地控制轧辊的横向进刀量和轧辊的纵向走刀量，合理选择轧辊的转数和砂轮的转数。

轧辊制造技术和轧辊磨床的现代化，为轧辊磨削提供了良好的条件，但是，并非有了两好的轧辊和现代化的轧辊磨床，就一定能够磨出合格的轧辊。要保证每对轧辊都能完全满足轧制和工艺的要求，最终还要靠技术熟练的轧辊磨床操纵手来精心细致的操作。