強建明

上海懌天機械有限公司

摘 要：本文介紹了一種棒線材精軋機組輥環(huán)（即軋輥）孔型加工在線檢測技術(shù)，與傳統(tǒng)加工檢測技術(shù)對比，具有數(shù)字、智能、節(jié)能減排的優(yōu)勢；做到高精度、高效率的綠色加工，生 產(chǎn)應(yīng)用具有很大的綜合效益，在國內(nèi)棒線軋制行業(yè)具有示范作用。

關(guān)鍵詞 ： 輥環(huán)；孔型；檢測；精軋機

1 前言

目前國內(nèi)鋼鐵棒線軋制生產(chǎn)線約為500 余條，產(chǎn)能約 2 億噸，其中高速線材精軋機組軋制線速度已經(jīng)超過 120m/s（相當(dāng)于高鐵 432km/h 行駛速度)。高速線材精軋機組是高度機械化、高度自動化、生產(chǎn)效率很高的生產(chǎn)線，由多對互成 90°布置的輥環(huán)凹R圓弧槽組成 的孔型對棒線軋件進行軋制。輥環(huán)的安裝一般不允許使用墊片等手段“湊合”。

高速有規(guī)律軋制是靠軋機和工藝裝備的高精度來保證的，輥環(huán)作為棒線精軋機組的核心工藝件，通常采用碳化鎢（WC）工藝件，通常采用碳化鎢、高耐磨性、高彈性模量等特性的環(huán)形合金材料，具有壽命長、成本低的特點，軋制產(chǎn)品尺寸精度高、表面質(zhì)量優(yōu)良，可以極大降低工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率；輥環(huán)的加工精度決定棒線精軋機組的軋制速度與軋件質(zhì)量。

2 輥環(huán)工作原理

高速兩輥線材精軋機組輥環(huán)是懸臂式成對使用，輥環(huán)靠錐套漲緊安裝在精軋機輥軸上，安裝上輥環(huán)的精軋機組軋制穩(wěn)定要滿足三個條件：

首先，輥環(huán)的制作精度要滿足工藝設(shè)計 （圖1）要求；才能在輥軸上安裝滿足裝配精度要求,其內(nèi)徑中心線要與錐套、輥軸中心線同心，組合后靠錐套漲緊組裝在輥軸上，不能松動。

其次，輥環(huán)凹 R 圓弧槽的加工通常采用成型金剛石砂輪磨（或車）削（見圖 3-1、3-2、3-3），工藝和規(guī)格尺寸精度要滿足工藝設(shè)計（圖2）要求。

再者，輥環(huán)在輥軸安裝完成后，工藝精度調(diào)整要求前、后精軋機組上、下輥環(huán)凹 R 圓弧槽組成的孔型中心與軋制中心始終保持一致，即兩個中心理論上重合，才能滿足精軋機組高速軋制穩(wěn)定要求；其中軋制中心是精軋機組出廠時標定的工藝基準，工藝基準理論上是個定值；上、下輥環(huán)凹 R 圓弧槽組成的孔型工藝基準與輥環(huán)的磨（或車）削加工和組合裝配有關(guān)系，目前工藝精度只是借助光學(xué)儀器憑經(jīng)驗肉眼估判上、下輥環(huán)凹R圓弧槽組成的孔型輪廓（見圖 8）粗略調(diào)整。輥環(huán)在工藝精度調(diào)整完成后，保證前后精軋機組高速運行的穩(wěn)定，前提要通過磨（或車）削加工的凹R圓弧槽組成截面（即孔型規(guī)格）的棒線軋件金屬秒流量相等，即 Q(金屬秒流量)=Fi（軋件的截面積) X Ui(軋件線速度)。

其中，輥環(huán)凹 R 圓弧槽的工藝及規(guī)格尺寸精度是輥環(huán)磨（或車）削加工檢測的重點，在磨（或車）削過程中要多次測量校對。線材（軋件）成品是由精軋機組輥環(huán)凹R圓弧槽組成的孔型直接軋制而成，若是輥環(huán)及凹 R 圓弧槽精度與工藝設(shè)計（見圖1、2）要求誤差不能精確判斷，軋制出的線材（軋件）尺寸必然無律波動。通常線材（軋件）在軋制一定的數(shù)量后，輥環(huán)凹 R 圓弧槽的磨損會導(dǎo)致不能繼續(xù)軋制，需拆卸下輥環(huán)重新修磨，換上磨（或車）削好凹 R 圓弧槽的輥環(huán)上精軋機組。

3 輥環(huán)傳統(tǒng)加工與測量

3.1 影響精度的因素分析

國內(nèi)鋼鐵棒線精軋機組輥環(huán)凹 R 圓弧槽加工方式基本選用成型金剛石砂輪磨削，金剛石砂輪磨損程度和輥環(huán)凹 R 輪廓槽的尺寸檢測采用投影放大或凹、凸 R 槽廓成型樣板副對；(見圖 4)是以輥環(huán)外徑和端面為基準，肉眼觀測凸 R 圓弧輪廓樣板與凹 R 圓弧槽的縫隙估得凹 R 圓弧槽對稱中心至輥環(huán)端面的數(shù)據(jù)，況且樣板本身有誤差，易造成修磨同規(guī)格外徑、不同 R 值輥環(huán)凹 R 圓弧槽的對稱中心至端面的工藝參數(shù)不一致； (見圖 5)是以輥環(huán)外徑為基準，肉眼觀測百分表探頭與凹 R 圓弧槽接觸的數(shù)據(jù)，況且檢測凹 R 圓弧槽深器具本身有誤差，易造成檢測同規(guī)格外徑、相同 R 值輥環(huán)凹 R 圓弧槽深的工藝參數(shù)不一致。輥環(huán)外徑和凹 R 圓弧 R 值尺寸檢測采用常規(guī)量具加樣板副對檢測法，R 值尺寸精度在 0.05mm ~0.20mm 之間波動。

凹 R 圓弧槽精度一致是精軋機組實現(xiàn)軋件無扭軋制的關(guān)鍵因素，目前棒線軋制凹 R 圓弧槽在成型金剛石砂輪凸 R 圓弧輪廓精度達到工藝設(shè)計（見圖 2）要求的前提下，磨削加工檢測一致性產(chǎn)生偏差的因素有二個：（一）凹 R 圓弧槽的工藝精度是以輥環(huán)外徑為基準測量，應(yīng)以凹 R 圓弧槽中心為基準，檢測與工藝基準不一致；（二） 凹 R 圓弧槽的工藝及規(guī)格尺寸精度是以凹凸 R 圓弧槽廊樣板（見圖 7）副對手工測量，肉眼估測，檢測器具及人為因素較大。由于凹 R 圓弧槽精度存在差異，造成上、下輥環(huán)凹 R 圓弧槽工藝基準（見圖 8）不易對中，導(dǎo)致棒線精軋機組在高速軋制中振動大，增大棒線軋件在精軋機組間無律抖動，增大輥環(huán)等相關(guān)零部件消耗，增加噸鋼軋制成本。

3.2 磨削粉塵

傳統(tǒng)輥環(huán)配套的磨削裝備無完善的防塵措施，加工金剛石砂輪和輥環(huán)全過程中產(chǎn)生大量粉塵彌漫在整個生產(chǎn)場所；特別是碳化鎢硬質(zhì)合金粉塵為重金屬，顆粒大于 3.2µm，比重約為 15.63g/cm，粘附力強，可導(dǎo)致人體肺通氣功能下降，危害遠超 PM2.5。

操作人員在金剛石砂輪與輥環(huán)修磨“對刀”過程中是采用凹、凸 R 圓弧槽廓樣板(見圖4)，以(見圖 6)的方式手動移動磨床砂輪 X、Z 軸（砂輪中心線與修待磨輥環(huán)中心線在磨床 Y軸是同一水平高度），肉眼觀察金剛石砂輪與輥環(huán)接觸火花判定磨削啟始點，易吸入粉塵，危及人體健康。

4 輥環(huán)磨削在線檢測

4.1 新技術(shù)特點

輥環(huán)凹 R 圓弧槽精度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是影響精軋機組穩(wěn)定生產(chǎn)的基本條件。

一種成型磨削輥環(huán)凹 R 圓弧槽加工在線檢測技術(shù)工藝出現(xiàn)，解決了現(xiàn)有成型磨削裝備的難點。

首先，成型磨削裝備配置凹 R 圓弧檢測系統(tǒng)可以檢測輥環(huán)和金剛石砂輪的外徑及砂輪凸R 圓弧輪廓圓心坐標，代替了人工測量，改變現(xiàn)有的磨削裝備輥環(huán)和金剛石砂輪的外徑尺寸檢測采用通用量具、孔型尺寸采用(圖 6)凹凸 R 圓弧槽廓樣板副對肉眼估值，不能確定成型金剛石砂輪凸 R 圓弧輪廓圓心坐標，導(dǎo)致輥環(huán)凹 R 圓弧槽檢測與工藝基準不一致的現(xiàn)狀。

其次，凹 R 圓弧檢測系統(tǒng)與電控系統(tǒng)互聯(lián)，參照（圖 1、2）輥環(huán)工藝圖中外徑尺寸、凹 R 圓弧槽工藝參數(shù)確定其在磨削裝備上的坐標，自動移動 X 、Z 軸，實現(xiàn)智能“對刀”加工。

最后，凹 R 圓弧檢測系統(tǒng)對加工完畢的輥環(huán)進行檢測，將（圖 1、2）輥環(huán)工藝圖中外徑尺寸、凹 R 圓弧槽工藝參數(shù)（H1 或 H2±0.01mm 與 S-0.076）及規(guī)格參數(shù)（R 的大小、R的形狀）對應(yīng)的數(shù)據(jù)儲存至電腦，改變了(操作人員)采用凹凸 R 圓弧槽廓樣板（見圖 7）副對手工測量和記錄。

另外，成型金剛石砂輪修磨輥環(huán)凹 R 圓弧槽時，磨削裝備凹 R 圓弧檢測系統(tǒng)檢測凹 R 圓弧槽軋制痕跡，數(shù)字判斷輥環(huán)凹 R 圓弧槽的工藝基準組裝精度，改變調(diào)整人員在精軋機組換裝輥環(huán)、調(diào)整孔型工藝基準精度只是借助光學(xué)儀器憑經(jīng)驗肉眼估判精軋機組輥環(huán)組成的凹 R 圓弧槽孔型輪廓，人為估判凹 R 圓弧槽孔型磨損程度的現(xiàn)狀。

4.2 效果對比分析

輥環(huán)上、下凹 R 圓弧槽組成的孔型中心（見圖 8）與軋制線工藝基準始終保持一致是精軋機組軋制時棒線軋件無扭軋制的關(guān)鍵因素。若是精軋機組精度調(diào)整不能精確判斷凹 R 圓弧槽的工藝基準狀況，則導(dǎo)致軋機微張力調(diào)整無律可尋。

成型金剛石砂輪磨削新技術(shù)利于輥環(huán)加工時操作人員數(shù)字管理，解決了輥環(huán)凹 R 圓弧槽加工檢測與工藝基準一致課題，利于輥環(huán)重復(fù)修磨精度一致,利于上下輥間的工藝基準調(diào)整有律可尋，使得兩輥（見圖 8）或三輥棒線精軋機組高速運行穩(wěn)定，降低精軋機組高速運行時噪音，使得棒線軋件形狀有質(zhì)的提升。

成型金剛石砂輪磨削新技術(shù)可以閉環(huán)方式控制修磨輥環(huán)凹 R 圓弧槽，兼有高精度測量系統(tǒng)，能夠檢測碳化鎢(WC)輥環(huán)凹 R 槽的輪廓尺寸、位置、形狀，做到智能加工，實現(xiàn)輥環(huán)全程精度與消耗數(shù)字管理。

5 結(jié)束語

成型金剛石砂輪磨削新技術(shù)裝備配置空氣凈化系統(tǒng)和磨削液過濾系統(tǒng)，具有節(jié)能環(huán)保高效的磨削工藝，提高了輥環(huán)配置的數(shù)字化，降低了輥環(huán)及相關(guān)零部件成本，科學(xué)性管理精軋機配套生產(chǎn)準備工作。