楔横轧制导板粘料影响因素分析探究

2020-03-18 02:54张军改石小猛张招崔松松杜会坤韩娜河北东安精工股份有限公司河北省楔横轧技术创新中心
锻造与冲压 2020年5期
关键词:导板堆焊轧辊

文/张军改,石小猛,张招,崔松松,杜会坤,韩娜·河北东安精工股份有限公司,河北省楔横轧技术创新中心

在楔横轧机上下两个轧辊中间左右位置各设一块导板,用以控制轧件,防止轧件歪斜,保证轧制过程的稳定,并可有效地控制产品的尺寸精度,有利于精密楔横轧工艺的实现,见图1。但在楔横轧制过程中,由于冷导板和热轧件接触产生摩擦力,经常会使轧件的表面材料被刮下粘到导板工作面上,这部分材料有的会掉落,重新粘到工件上,在抛丸时自工件脱落,形成表面坑,见图2,而粘到导板上的材料不掉落时,会在工件表面形成划痕,见图3,这两种情况,轻者影响表面外观,重者造成产品报废。长期以来,导板粘料造成的产品表面坑或表面划痕的废品占全部废品的50%左右,该缺陷一直困扰着我们,为解决此问题,我们进行了大量试验,最终使该缺陷得到有效控制。

影响导板粘料的因素

导板工作面粗糙度

导板工作表面越粗糙,与轧件的有效接触面积越小,二者相对运动时,对轧件的压强越大,在接触点的凸峰微切削作用下将轧件表面材料刮下,形成导板粘料,见图4。

导板工作面硬度

导板工作面越软,在轧制时,越容易磨损,使导板表面变粗糙,产生粘料现象。

导板工作面材料

由于导板工作表面直接与热轧件接触,并且承受着很大压力下的切向和轴向的滑动摩擦。因此,如果导板材料高温耐磨性较差时,就容易磨损,磨损后会造成工作面不光滑,轧制时,高温轧件材料会粘到导板上。同时,导板工作面的显微组织晶粒大小对耐磨性和粘料也有影响。

工件温度

工件温度越高,塑性越好,强度越低,越容易被导板刮料。同时,温度高,还容易在工件表面产生氧化皮,氧化皮组织比正常组织疏松,容易脱落,粘到导板上。

导板安装位置

导板上下、左右位置对轧制工艺的稳定,产品质量影响很大。

⑴导板上下位置。

导板上下位置与轧辊的转动方向有关,如图5(a)所示,当轧辊逆时针旋转时,轧件顺时针旋转,轧件容易被左导板工作面的下部和右导板工作面的上部刮伤。所以在轧辊的径向调整好后,应将左导板调整至尽量贴向下轧辊,将右导板调整至贴向上轧辊,如图5(b)导板实线部分。如图6(a)所示,当轧辊顺时针旋转时,轧件逆时针旋转,情况正好相反,左导板应贴向上轧辊,右导板应贴向下轧辊,如图6(b)。

⑵导板左右位置。

1)导板间的距离。两个导板工作面之间的距离Q应为轧件热态最大直径kd加上一定的间隙δ,见图7,若该间隙δ过大,则容易使轧件左右摆动,产品尺寸精度差,甚至导致中心疏松,若该间隙过小,则不容易落料,甚至被卡住,或者刮料。因此,该间隙既不能过大,也不能过小。

2)工作导板位置。导板的理想状态是轧制中心线(两导板工作面间的中心线)与轧辊中心连线重合,如图8(a),左右导板均不受力,但实际上轧件不是贴近左导板就是贴近右导板,或者来回交替贴左右导板,甚至出现轧件一端贴近一个导板,并不断地变化,贴近的导板就是工作导板,为确保轧制稳定,应尽可能使轧件始终贴近一个导板(即工作导板),这就要求轧制中心线(两导板工作面间的中心线)偏离轧辊中心连线一定距离△,见图8(b)。△越大,贴向右导板的力越大,但过大会加重导板磨损,形成粘料,因此应根据经验及公式合理选择△。

导板工作面宽度

如图9所示,导板工作面的宽度(即导板厚度)应确保不与轧辊产生干涉。过宽,轧制时会碰到轧辊;过窄,容易刮料,因此,导板工作面宽度一般按热态轧件最小直径kd加一定间隙的经验公式确定。

试验过程

为解决导板粘料问题,在确保导板尺寸精度、导板安装位置准确以及轧件温度合理的前提下,我们做了如下试验。

⑴在导板工作面上镶嵌白钢条。白钢条是高速钢,硬度高、耐磨,正常情况下,可以减少导板粘料,但该材料非常脆,抗冲击能力差,一旦轧件卡住导板就会产生崩裂,安全风险也非常大。

⑵H13组合导板。H13是热作模具钢,具有抗热裂能力,在高温时具有较好的强度和硬度,耐磨性好。为降低导板制作成本,又能提高导板工作表面硬度和耐磨性,我们用45#钢和H13材料做组合导板,H13做导板的工作面,热处理后磨床磨削使用,热处理硬度要求50~55HRC,实际硬度50HRC,该导板并未像想象的那样耐磨,轧制不足一个班,就磨损出深坑,出现了粘料现象,轧制800多件,出现了50多件粘料坑工件。

⑶45#钢导板工作面喷涂热处理。喷涂工艺是近几年兴起的一种硬化零件表面的加工工艺,该工艺制作的导板工作面硬度高,表面粗糙度值小,耐磨,寿命长,使用效果不错,但因为喷涂热处理需要委外加工,加工时间长,成本高,一旦损坏,仍需委外处理,因此,这种导板也不太理想。

⑷滚轮导板。滚轮导板是在导板工作面上安装数个一定长度能滚动的圆柱轮,使轧件和导板之间的滑滚动摩擦变为纯滚动摩擦,降低摩擦力,减少导板工作面的磨损,从而可以减少粘料现象,但由于这种方式是在并不很厚的导板工作面上挖洞,做转轴,安装转轮,转轴很细,承载能力差,一旦卡钢,就会将滚轮轴卡断,应用效果并不十分好。

⑸D322焊条堆焊导板工作面后用手工磨削,见图10。随着工业技术的日益发展,堆焊的应用越来越广泛。已从单纯修复磨损零件工艺,发展成制造具有很高的耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能要求的双金属零件的重要手段,堆焊后的导板工作面硬度高达52~62HRC,但该导板使用一两个班后就开始粘料,一直靠人工捅导板(也就是每轧一件,由人工将粘到导板上的材料用铁棒捅下来)的办法缓解导板粘料缺陷。这种靠人工捅导板的方法是不可靠的,一是捅导板的人员不是专职人员,既负责上料、又负责捅导板,在上料期间,导板没人捅,就会粘料;二是粘到导板上的材料有时很结实,很难全部捅下来,剩余部分,仍然会造成工件表面缺陷,因此这种方法是不可靠的。

⑹D322焊条堆焊导板工作面后磨床磨削,见图11。这种方法与试验5类似,硬度相同,只是对堆焊后的导板工作面用磨床磨削,提高了表面光洁度,表面平滑如镜面,使用30多个班才开始轻微磨损,出现轻微粘料现象,工件表面坑很浅,并未造成产品报废,是一种较为理想的加工方法,不仅延长了导板使用寿命,减少导板粘料,降低废品率,还节约了捅导板的人工成本。

试验分析

⑴试验1的白钢条硬而脆,只解决了耐磨问题,却未解决抗冲击能力。试验3的喷涂工艺,硬度高,耐磨,也具有抗冲击能力,但制作和维修成本均很高。

⑵试验4由滑滚动摩擦变纯滚动摩擦,摩擦力减小,磨损程度降低,粘料现象减轻,但存在抗冲击能力差,易断轴的缺点,而且制作成本也较高。

⑶试验2和试验6对比:加工工艺都是磨削,但材料不同,其硬度存在较大差异:H13热处理硬度仅达到要求的底限,规范要求硬度50~55HRC,实际硬度48HRC,硬度偏低;堆焊可提高耐磨性与耐蚀性,D322焊条含有Cr、Mo、W、V元素,这些元素使堆焊层具有较好的高温强度,并能在480~650℃时发生二次硬化效应,Cr使材料有很好的抗氧化性能,堆焊冷却速度很快,形成较多的马氏体,马氏体不仅硬度高(堆焊硬度高达52~62HRC),而且具有很高的屈服强度,使堆焊层经受中度的冲击;导板的磨损实际上是粘连磨损,即两个相对滑动的表面在载荷作用下使个别接触点发生焊合,焊合点在滑动时被撕裂,进而发生分离的过程,这种磨损受表面温度、硬度及光洁程度的影响,磨床磨削后的表面光滑,不易粘合。试验2和试验6相比,表面均为磨床磨削,除材料不同,存在晶粒大小差异外,其粗糙度相差无几,但二者耐磨程度相差很多,由此可见,导板粘料不仅与表面粗糙度有关,还与材料、表面加工工艺、表面硬度有关,从这两个试验可以推断,堆焊工艺比直接用模具钢热处理加工的导板表面耐磨。

⑷试验5和试验6对比:二者均为D322焊条堆焊的工作面,表面硬度均在52~62HRC之间,只是磨削方式不同,一个是手工磨削,一个是机器磨削,手工磨削的表面有磨痕,见图10,粗糙度大,易粘料,机器磨削的表面光滑平整无加工痕迹,见图11,耐磨性提高约30倍,粘料现象得到有效控制,由坑造成的废品率减少85%左右。因此,表面粗糙度是磨损和粘料关键因素。

总结

总之,影响导板磨损和粘料的因素,除导板尺寸、安装位置及工件温度外,最重要的是导板工作面的材料、加工工艺、组织状况、硬度及粗糙度。归根结底取决于导板工作面的硬度及粗糙度,因此,导板工作面的材料除具有较高的硬度,较小的粗糙度值,还应保证有一定的抗冲击能力。本文试验和生产实践证明,用D322焊条堆焊后磨床磨削是导板工作面加工的最佳工艺,其硬度控制在55~62HRC,粗糙度Ra不大于1.6μm。

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