強建明
上海懌天機(jī)械有限公司
摘 要：本文介紹了一種棒線材精軋機(jī)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(jī)
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(jī)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(jī)組是高度機(jī)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(jìn)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(jī)和工藝裝備的高精度來保證的，輥環(huán)作為棒線精軋機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)輥軸上，安裝上輥環(huán)的精軋機(jī)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(jī)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(jī)組高速軋制穩(wěn)定要求；其中軋制中心是精軋機(jī)組出廠時標(biāo)定的工藝基準(zhǔn)，工藝基準(zhǔn)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(zhǔn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(zhǔn)，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(zhǔn)，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(jī)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(dá)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(zhǔn)測量，應(yīng)以凹 R 圓弧槽中心為基準(zhǔn)，檢測與工藝基準(zhǔn)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(zhǔn)（見圖 8）不易對中，導(dǎo)致棒線精軋機(jī)組在高速軋制中振動大，增大棒線軋件在精軋機(jī)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(yuǎn)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(jī)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(biāo)，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(biāo)，導(dǎo)致輥環(huán)凹 R 圓弧槽檢測與工藝基準(zhǔn)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(biāo)，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(jìn)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(zhǔn)組裝精度，改變調(diào)整人員在精軋機(jī)組換裝輥環(huán)、調(diào)整孔型工藝基準(zhǔn)精度只是借助光學(xué)儀器憑經(jīng)驗肉眼估判精軋機(jī)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(zhǔn)始終保持一致是精軋機(jī)組軋制時棒線軋件無扭軋制的關(guān)鍵因素。若是精軋機(jī)組精度調(diào)整不能精確判斷凹 R 圓弧槽的工藝基準(zhǔn)狀況，則導(dǎo)致軋機(jī)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(zhǔn)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(zhǔn)調(diào)整有律可尋，使得兩輥（見圖 8）或三輥棒線精軋機(jī)組高速運行穩(wěn)定，降低精軋機(jī)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(jī)配套生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。