当前位置：文档库 › 高速钢轧辊孔型的加工

高速钢轧辊孔型的加工

吴德宝，刘朋刚

(山东石横特钢集团有限公司，山东肥城 271612)

摘要：针对高速钢轧辊加工困难的现状，阐述了刀具、工艺、机床等因素对轧辊加工的影响，指明了如何正确选用刀具、工艺等加工要素。

关键词：高速钢轧辊；刀具；工艺；机床；加工

High-speed Steel Roll Pass Processing

WU Debao,LIU Peng-gang

(Shandong Shiheng Special Steel Group Co..Ltd, Feicheng City, Shandong Province. Post Code: 271612)

Abstract:High-speed steel rolls for the processing of the current difficulties, Describes tools, techniques, tools and other factors on the impact of roll processing, Pointing out how to properly use tools, technology and other processing elements.

Key words: high-speed steel roll; tool; technology; machine; processing

1前言

山东石横特钢集团有限公司制修车间是一个集机械加工、铆焊加工、各类机械设备安装、调试及设备大中修为一体的综合性生产车间，拥有C8463、C8465、C8480等轧辊车床6台；XK9350、XK9350FA 螺纹铣床6台、NHS7145数控电火花金刚石砂轮修磨机、NH7732/B线切割机床、MC1363/h×3m高精密外圆磨床等专用设备，承担着公司三条轧钢生产线铸铁轧辊、高速钢轧辊、碳化钨组合轧辊、碳化钨辊环的各种规格孔型的加工。制修车间年加工各种规格高速钢轧辊200多支，积累了丰富的加工经验，满足了公司轧钢生产线的需要。本文从刀具、工艺及机床刚性等方面对高速钢轧辊加工要点加以阐述，供大家探讨。

2刀具及加工工艺的选择

高速钢轧辊以高耐磨性、高轧制量、高作业率等优点得到了钢铁企业的认可。但是，高速钢轧辊孔型加工的难题一直困扰使用企业，影响了其进一步的应用。因高速钢轧辊具有较好的热稳定性、红硬性和良好的耐磨性，其硬度接近普通硬质合金刀具，只有选用合适的高硬度刀具才能保证轧辊的正常加工。目前，高硬度的刀具包括人造金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、陶瓷刀片（Si

基、Al

-TiC 基）、超细晶粒合金（H10F、H06F、ZK10）等，其加适用工范围不同。高速钢轧辊使用过程中呈现出不同机械性能和表面硬度，所以只有合理搭配使用各种刀具，才能解决轧辊加难题（见表一）。因超硬刀具（PCD、PCBN）受工艺、刀具材质及价格的限制，无法制作切分成型刀，现用的切分成型刀材质主要为超细晶粒合金。目前，常用的焊接成型车刀在制作时通常要保温48～72h，刀片硬度一般要下降HRA10左右，并且存在焊接应力，在使用或修磨时合金开裂现象严重，约占到报废刀具数量的50%以上；而采用粘结工艺制作的成型刀（粘结温度80～120℃），则保留了合金原有的硬度，具有制作时间短（固化4小时即可）、抗冲击高（粘结剂起到明显减振作用）、成品率高等特点，极大提高了车削加工效率，在加工高速钢轧辊切分孔型中得到广泛应用。

表1高速钢轧辊加工适用刀具性能一览表

刀具材质牌号应用范围刀具形式及修磨方式

立方氮化硼PCBN （整体式聚晶片）MBN2500

硬度HRA95，机夹刀、基圆φ16以下成

型刀，加工辊身及带肋钢筋孔型粗加

工、光圆钢筋孔型精加工

机夹刀片时无需刃磨，用钝后报废；

孔型刀时由厂家刃磨，或手工刃磨（用于

孔型粗加工）；刀片塑性差，修磨困难，

不能制作切分成型刀。PCBN复合片横肋

铣刀头，工艺复杂，价格高，应用较少。MBN3500

硬度HRA96.5，机夹刀、基圆φ16以下

成型刀，加工辊身及带肋孔型精加工

超细晶粒H06F 硬度HRA93.6,切分辊成型刀、横肋铣刀用作粘结切分孔型刀时用线切割机床

合金H03F 硬度HRA94，横肋铣刀加工；横肋铣刀时用专用工具磨加工。

2.1高速钢轧辊辊身的车削加工

高速钢轧辊辊身硬度一般在HSD75～90，在新辊或修复辊辊身加工时可选用MBN3500聚晶氮化硼刀具方刀片（如SNUN12T612），并配备车削专用机夹式刀杆（CSXNR3535R12），其主偏角为25°，易于断屑及散热。因高速钢轧辊硬度高脆性大，在车削之前，先将辊身两端倒工艺角（推荐≥5×45°），否则在车削至另一端时，辊身将产生严重崩边现象。加工时一般分为粗精车两步，粗车时留余量0.4～0.6mm，精车时最好反向走刀，这样能消除尾座顶尖带来的间隙，一般两端辊身直径差在0.06mm左右，满足了切分轧制的要求，达到了以“车”代“磨”的目的。加工新辊时可采用较高的切削用量（推荐值V=13～26m/min、f=0.36～0.7m/r、a

=1～1.5mm），精车时应选用高速、低进给，以保证表面粗糙度要求。

加工修复辊时，进给量过大时，孔型槽口处会产生崩边现象，可用45°机夹刀对孔型槽口处两边先倒角，再整体车削辊身。加工参数可参照新辊选择较低切削用量。由加工经验可知，当切削深度增加一倍时，主切削力也增加一倍；进给量增加一倍时，主切削力增加0.75～0.9倍。为了提高加工效率，粗加工时在机床刚性允许的范围内采用较大的进给量。

2.2高速钢轧辊孔型的车削加工

2.2.1高速钢新辊孔型的加工

高速钢新辊的K1辊孔型可采用聚晶立方氮化硼孔型刀（MBN3500）直接加工。这种加工方法因孔型刀加工量大、接触面积大，刀具使用寿命短、效率低。在C8450上加工时，为提高加工效率，一般采用比加工孔型小一规格孔型刀粗加工，然后用成型刀精加工。例如，加工φ14圆钢孔型时，先用φ12孔型刀粗加工，然后采用φ14孔型刀精加工至尺寸。因聚晶立方氮化硼孔型刀刃磨困难，采用一次性刀片成本较高，可采用机夹式孔型刀片降低成本，在刀片磨钝后可寄给生产厂家刃磨（专用数控刀具磨床），或自制专用夹具及磨刀样板自行磨削，自行修磨对工人的技术水平要求较高。

用超细晶粒合金刀片（H03F、H06F）加工K1孔时时，加工时间约为聚晶立方氮化硼孔型刀的2倍，加工效率相对较低，但该刀片抗冲击性好，修磨方便，适用于刚性稍差的机床加工。（加工对比见表2）

表2各种刀具加工效率对比（高速钢轧辊硬度HSD82/规格φ370×650，机床C8450）刀具类型转速n 进给量f 切削深度ap 位置备注

MBN2500机夹刀MBN3500机夹刀H06F焊接刀

H06F粘接刀MBN3500机夹刀H06F焊接刀

H06F粘接刀

H06F粘接四切刀

2.8

11.2

2.8

1.8

1.3

0.5

手动

0.11

手动

机动

外圆

K1槽

K4槽

试验，刀具无损坏，轻微磨损

加工三次外圆，刀具无明显磨损

加工一次外圆，磨2次刀

加工一次外圆后磨刀

加工16槽，刀具无明显磨损（新辊）

加工1槽，刀具磨损（新辊）

加工3槽，刀具轻微磨损（新辊）

加工6组切分槽，刀具磨损（新辊）

高速钢新辊的K2～K4预切分孔型，在C8450上可采用切分成型刀加工。因孔型尺寸较大，吃刀抗用大，手动进给困难。在机床刚性允许的情况下，可采用机动进给。要保证以下两点：一是切削速度及进给量约为K1辊的1/5～1/4；二是机床整体刚性好，刀杆伸出较长时下部可加刚性支承。（见图1）

在数控轧辊车床上加工轧辊时，在保证不干涉的情况下尽量采用较大尺寸V型定位槽机夹刀片（RCGX090700）。锥型定位槽因重复定位精度低（内外锥面加工困难），装夹时很难保证刀片上平面与轧辊加工件中心平面平行，造成加工尺寸偏差。刀片装夹时只需将刀片V型定位槽中心与工件轴线成45°夹角（保证刀片与刀杆有一定的磨擦力，防止刀片切出孔型时将刀片拉出，产生加工误差），轻轻拧紧刀

片压板即可。在精加工时，一般使用MBN3500刀片，确保证将孔型一次车削至尺寸，否则换刀加工时将产生重复定位误差，影响加工精度。

2.2.2高速钢修复辊孔型的加工

因高速钢轧辊存在加工硬化现象，特别是成品带肋钢筋孔型的加工更是困难。对于圆钢K1成品辊，可采用聚晶立方氮化硼孔型刀（MBN3500）直接加工、或用MBN2500刀片粗加工后采用H03F孔型刀精加工至尺寸、或者用H03F孔型刀分粗精车至尺寸。对带肋钢筋K1成品辊，因存在月牙槽横肋，属于断续切削，采用H06F粗加工，必须手动进刀，每转进给量约0.1mm，待轧辊转过一转后及时进刀或退出刀片，如果空转多圈不进刀，刀片会很快磨钝。加工轧辊前，要准备2～3把成型刀用于粗加工，有利于节约磨刀时间；最后采MBN3500或H03F刀具精加工至尺寸。

在数控轧辊车床上加工修复辊孔型时，可采用MBN3500刀片分粗精车加工，一般推荐切削用量为：V=8～15m/min、f=0.3～0.5m/r、a

=0.5～1.5mm。在粗加工时，应选用较低的切削速度及较大的进给量；在精加工时，选用较高的切削速度及最大的进给量，切削深度应较小。为提高加工效率，降低刀片消耗，带肋钢筋K1成品辊先在普通轧辊车床上粗加工孔型，去除的横肋及硬点，然后在数控轧辊车床上精加工孔型，这种工艺路线比直接在数控轧辊车床上粗精车可节约1/3左右加工时间。

2.3横肋槽的加工

加工高速钢轧辊时，最好选用旋飞雕铣床（如XK9350FA），在飞刀工位铣横肋，在摆头工位刻字。装夹刀杆时，采用专用对中样板调整，（见图2）将刀杆、样板与孔型调整到一条直线上，然后在轧辊孔型内涂上粉笔屑，采用单段方式进刀，观察横肋对中情况，最后通过微调A轴，保证刀杆中心处于孔型中心。横肋与轴线夹角β值按国标加工时，β尽量采用60°~65°，因横肋与轴线接近垂直，有利于钢筋横肋在轧辊中脱槽，降低横肋槽的磨损；刀头在刀杆中装夹倾角小，有利于采用较大的进给量，同时可按双头方式编程，手工或自动编程时简单、快捷，加工效率高。刀头压装顶杆的角度（90°－β）值要准确，一般控制在±2°左右。

铣刀头常选用H06F（抗冲击性好），进给量0.04～0.06mm/r，此值过低加剧刀具磨损，过快时则易造成刀头破碎或刀杆断裂，一次可加工4～8槽，加工螺纹12 K1辊时每槽用时1.5～3h。在孔型中刻字时，先将机床调至摆头方式，采用H03F棒铣刀可加工6槽约36字，刻字时间约10min(5字)。铣刀头及棒铣刀磨钝后，要及时修磨，并采用专用磨刀样板对比刀头尺寸，直至修磨至合格尺寸。

３机床的选择及加工系统刚性的调整

加工高速钢轧辊时，应选用刚性较好的轧辊专用机床，如Ｃ8450、CK8463、XK9350FA等机床，并配备四爪重型卡盘及回转套筒式尾座。轧辊加工时采用一夹一顶方式装夹（主轴前端最好安装轴向定位顶尖，卡爪夹持在传动端），尾座中安装固定顶尖，这样可通过单独整辊卡爪来控制辊径端跳，并且固定顶尖随套筒转动，加工时振动小，加工效率高。如卡爪较短时，可采用扁头套筒装夹（见图3），同时四周要安装紧定螺钉，减小扁头与套筒间隙；装夹大轧辊时，则采用专用圆弧卡爪支承块，保证为卡爪与轧辊为面接触，降低振动。若尾座为非回转式，当采用回转顶尖装夹时，通常跳动量达到0.1mm，并且回转顶尖承重量低，很快损坏；采用普通固定顶尖时，因热量大，易烧损。最好制作专用镶嵌硬质合金顶尖，利用输液器制作滴油润滑装置，用于冷却顶尖与轧辊锥孔支承锥面；同时在空间允许的情况下，尽量采用中心支架。车床刀杆应具有足够强度，并直接压紧在刀架上，伸出长度尽量短，必要时要加装支承杆，以提高其刚性。（参见图1）

图1 成型刀支承杆图2 刀杆对中示意图

在XK9350FA上加工横肋时，要保证铣刀杆有足够的刚性，在孔型尺寸允许的范围内采用最大直径刀杆。同时刀杆应采用一夹一顶方式装夹，顶部采用回转式顶尖（固定式顶尖与刀杆摩擦，造成装夹锥面椭圆，刀杆径向跳动，造成横肋尺寸深度不一致）；支承块采用可调间隙式，每加工2～3槽孔型横肋，都要及时调整支承块与刀杆之间间隙，防止因间隙过大横肋尺寸超差或刀杆折断，同时支承面应带有石墨润滑剂，才能保证足够的耐磨性。

4其它因素对轧辊加工的影响

4.1轧制工艺

轧辊冷却水要干净并具备足够的水压、水量，在水压较低及水量不足时，轧辊冷作硬化现象严重，一般上辊硬度比下辊高HSD5左右，容易出现爆槽现象，车削时孔型崩边现象严重，辊身重车量较大；受轧制量及轧辊材质的影响，每次轧制后辊身硬度略有增加，一般每次增高HSD2～5。因此，为保证正常车削及合理轧制量，新辊硬度在HSD78～83比较理想。

当轧槽轧制量超过规定值（推荐带肋钢筋K1辊单槽300～500t、预切分辊K4辊1500～2500t，光圆钢筋单槽轧制量要高一些）的1/3时，辊身硬度增加明显，横肋裂纹扩散较深，辊身重车量为正常重车量的2~3倍，造成轧辊重车次数降低，总体轧制量明显下降，性价比不高。所以，制定合理的轧制工艺才能保证高速钢轧辊的正常加工。

4.2合理的加工时间

高速钢轧辊较铸铁轧辊硬度高HSD20以上，其硬度已接近普通硬质合金硬度，在轧制过程中表面产生冷作硬化，辊身又硬又脆，其正常加工工时为铸铁轧辊的2～3倍。现用高硬度刀具（PCBN、H03F、H06F）抗冲击性差，绝不能以加工铸铁时的切削用量来加工高速钢轧辊，否则刀头一碰即碎，再好刀具也无法正常使用。（一般加工轧辊φ370×650带肋钢筋孔型用时2～3h/槽，铣横肋用时1.5～3h/槽）

5结语

综上所述，高速钢轧辊加工时对机床、刀具及操作工的技能水平均有较高的要求。在不改变现有机床装备和人员的情况下，选择合适的刀具、工艺路线及足够的加工时间是保证高速钢轧辊正常加工的有效途径。

图3 可调式扁头套筒图4 镶嵌硬质合金强力顶尖参考文献：

[1]金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社，1996,1-42.

[2]苗利河.棒材用高速钢轧辊的孔型加工工艺[J].轧钢，2008，（2）：70-72.

个人简介：吴德宝，汉族，男，1977年2月，山东济宁人，大学学历，工程师

联系地址：山东石横特钢集团有限公司，邮编271612 电话0538-*******，E-mail:wu77215@https://www.wendangku.net/doc/30512908.html,