楔橫軋制導(dǎo)板粘料影響因素分析探究

文／張軍改，石小猛，張招，崔松松，杜會坤，韓娜·河北東安精工股份有限公司，河北省楔橫軋技術(shù)創(chuàng)新中心

在楔橫軋機上下兩個軋輥中間左右位置各設(shè)一塊導(dǎo)板，用以控制軋件，防止軋件歪斜，保證軋制過程的穩(wěn)定，并可有效地控制產(chǎn)品的尺寸精度，有利于精密楔橫軋工藝的實現(xiàn)，見圖1。但在楔橫軋制過程中，由于冷導(dǎo)板和熱軋件接觸產(chǎn)生摩擦力，經(jīng)常會使軋件的表面材料被刮下粘到導(dǎo)板工作面上，這部分材料有的會掉落，重新粘到工件上，在拋丸時自工件脫落，形成表面坑，見圖2，而粘到導(dǎo)板上的材料不掉落時，會在工件表面形成劃痕，見圖3，這兩種情況，輕者影響表面外觀，重者造成產(chǎn)品報廢。長期以來，導(dǎo)板粘料造成的產(chǎn)品表面坑或表面劃痕的廢品占全部廢品的50%左右，該缺陷一直困擾著我們，為解決此問題，我們進行了大量試驗，最終使該缺陷得到有效控制。

影響導(dǎo)板粘料的因素

導(dǎo)板工作面粗糙度

導(dǎo)板工作表面越粗糙，與軋件的有效接觸面積越小，二者相對運動時，對軋件的壓強越大，在接觸點的凸峰微切削作用下將軋件表面材料刮下，形成導(dǎo)板粘料，見圖4。

導(dǎo)板工作面硬度

導(dǎo)板工作面越軟，在軋制時，越容易磨損，使導(dǎo)板表面變粗糙，產(chǎn)生粘料現(xiàn)象。

導(dǎo)板工作面材料

由于導(dǎo)板工作表面直接與熱軋件接觸，并且承受著很大壓力下的切向和軸向的滑動摩擦。因此，如果導(dǎo)板材料高溫耐磨性較差時，就容易磨損，磨損后會造成工作面不光滑，軋制時，高溫軋件材料會粘到導(dǎo)板上。同時，導(dǎo)板工作面的顯微組織晶粒大小對耐磨性和粘料也有影響。

工件溫度

工件溫度越高，塑性越好，強度越低，越容易被導(dǎo)板刮料。同時，溫度高，還容易在工件表面產(chǎn)生氧化皮，氧化皮組織比正常組織疏松，容易脫落，粘到導(dǎo)板上。

導(dǎo)板安裝位置

導(dǎo)板上下、左右位置對軋制工藝的穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。

⑴導(dǎo)板上下位置。

導(dǎo)板上下位置與軋輥的轉(zhuǎn)動方向有關(guān)，如圖5(a)所示，當(dāng)軋輥逆時針旋轉(zhuǎn)時，軋件順時針旋轉(zhuǎn)，軋件容易被左導(dǎo)板工作面的下部和右導(dǎo)板工作面的上部刮傷。所以在軋輥的徑向調(diào)整好后，應(yīng)將左導(dǎo)板調(diào)整至盡量貼向下軋輥，將右導(dǎo)板調(diào)整至貼向上軋輥，如圖5(b)導(dǎo)板實線部分。如圖6(a)所示，當(dāng)軋輥順時針旋轉(zhuǎn)時，軋件逆時針旋轉(zhuǎn)，情況正好相反，左導(dǎo)板應(yīng)貼向上軋輥，右導(dǎo)板應(yīng)貼向下軋輥，如圖6(b)。

⑵導(dǎo)板左右位置。

1)導(dǎo)板間的距離。兩個導(dǎo)板工作面之間的距離Q應(yīng)為軋件熱態(tài)最大直徑kd加上一定的間隙δ，見圖7，若該間隙δ過大，則容易使軋件左右擺動，產(chǎn)品尺寸精度差，甚至導(dǎo)致中心疏松，若該間隙過小，則不容易落料，甚至被卡住，或者刮料。因此，該間隙既不能過大，也不能過小。

2)工作導(dǎo)板位置。導(dǎo)板的理想狀態(tài)是軋制中心線（兩導(dǎo)板工作面間的中心線）與軋輥中心連線重合，如圖8(a)，左右導(dǎo)板均不受力，但實際上軋件不是貼近左導(dǎo)板就是貼近右導(dǎo)板，或者來回交替貼左右導(dǎo)板，甚至出現(xiàn)軋件一端貼近一個導(dǎo)板，并不斷地變化，貼近的導(dǎo)板就是工作導(dǎo)板，為確保軋制穩(wěn)定，應(yīng)盡可能使軋件始終貼近一個導(dǎo)板（即工作導(dǎo)板），這就要求軋制中心線（兩導(dǎo)板工作面間的中心線）偏離軋輥中心連線一定距離△，見圖8(b)?！髟酱螅N向右導(dǎo)板的力越大，但過大會加重導(dǎo)板磨損，形成粘料，因此應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗及公式合理選擇△。

導(dǎo)板工作面寬度

如圖9所示，導(dǎo)板工作面的寬度（即導(dǎo)板厚度）應(yīng)確保不與軋輥產(chǎn)生干涉。過寬，軋制時會碰到軋輥；過窄，容易刮料，因此，導(dǎo)板工作面寬度一般按熱態(tài)軋件最小直徑kd加一定間隙的經(jīng)驗公式確定。

試驗過程

為解決導(dǎo)板粘料問題，在確保導(dǎo)板尺寸精度、導(dǎo)板安裝位置準(zhǔn)確以及軋件溫度合理的前提下，我們做了如下試驗。

⑴在導(dǎo)板工作面上鑲嵌白鋼條。白鋼條是高速鋼，硬度高、耐磨，正常情況下，可以減少導(dǎo)板粘料，但該材料非常脆，抗沖擊能力差，一旦軋件卡住導(dǎo)板就會產(chǎn)生崩裂，安全風(fēng)險也非常大。

⑵H13組合導(dǎo)板。H13是熱作模具鋼，具有抗熱裂能力，在高溫時具有較好的強度和硬度，耐磨性好。為降低導(dǎo)板制作成本，又能提高導(dǎo)板工作表面硬度和耐磨性，我們用45#鋼和H13材料做組合導(dǎo)板，H13做導(dǎo)板的工作面，熱處理后磨床磨削使用，熱處理硬度要求50～55HRC，實際硬度50HRC，該導(dǎo)板并未像想象的那樣耐磨，軋制不足一個班，就磨損出深坑，出現(xiàn)了粘料現(xiàn)象，軋制800多件，出現(xiàn)了50多件粘料坑工件。

⑶45#鋼導(dǎo)板工作面噴涂熱處理。噴涂工藝是近幾年興起的一種硬化零件表面的加工工藝，該工藝制作的導(dǎo)板工作面硬度高，表面粗糙度值小，耐磨，壽命長，使用效果不錯，但因為噴涂熱處理需要委外加工，加工時間長，成本高，一旦損壞，仍需委外處理，因此，這種導(dǎo)板也不太理想。

⑷滾輪導(dǎo)板。滾輪導(dǎo)板是在導(dǎo)板工作面上安裝數(shù)個一定長度能滾動的圓柱輪，使軋件和導(dǎo)板之間的滑滾動摩擦變?yōu)榧儩L動摩擦，降低摩擦力，減少導(dǎo)板工作面的磨損，從而可以減少粘料現(xiàn)象，但由于這種方式是在并不很厚的導(dǎo)板工作面上挖洞，做轉(zhuǎn)軸，安裝轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)軸很細，承載能力差，一旦卡鋼，就會將滾輪軸卡斷，應(yīng)用效果并不十分好。

⑸D322焊條堆焊導(dǎo)板工作面后用手工磨削，見圖10。隨著工業(yè)技術(shù)的日益發(fā)展，堆焊的應(yīng)用越來越廣泛。已從單純修復(fù)磨損零件工藝，發(fā)展成制造具有很高的耐磨、耐熱、耐蝕等特殊性能要求的雙金屬零件的重要手段，堆焊后的導(dǎo)板工作面硬度高達52～62HRC，但該導(dǎo)板使用一兩個班后就開始粘料，一直靠人工捅導(dǎo)板（也就是每軋一件，由人工將粘到導(dǎo)板上的材料用鐵棒捅下來）的辦法緩解導(dǎo)板粘料缺陷。這種靠人工捅導(dǎo)板的方法是不可靠的，一是捅導(dǎo)板的人員不是專職人員，既負責(zé)上料、又負責(zé)捅導(dǎo)板，在上料期間，導(dǎo)板沒人捅，就會粘料；二是粘到導(dǎo)板上的材料有時很結(jié)實，很難全部捅下來，剩余部分，仍然會造成工件表面缺陷，因此這種方法是不可靠的。

⑹D322焊條堆焊導(dǎo)板工作面后磨床磨削，見圖11。這種方法與試驗5類似，硬度相同，只是對堆焊后的導(dǎo)板工作面用磨床磨削，提高了表面光潔度，表面平滑如鏡面，使用30多個班才開始輕微磨損，出現(xiàn)輕微粘料現(xiàn)象，工件表面坑很淺，并未造成產(chǎn)品報廢，是一種較為理想的加工方法，不僅延長了導(dǎo)板使用壽命，減少導(dǎo)板粘料，降低廢品率，還節(jié)約了捅導(dǎo)板的人工成本。

試驗分析

⑴試驗1的白鋼條硬而脆，只解決了耐磨問題，卻未解決抗沖擊能力。試驗3的噴涂工藝，硬度高，耐磨，也具有抗沖擊能力，但制作和維修成本均很高。

⑵試驗4由滑滾動摩擦變純滾動摩擦，摩擦力減小，磨損程度降低，粘料現(xiàn)象減輕，但存在抗沖擊能力差，易斷軸的缺點，而且制作成本也較高。

⑶試驗2和試驗6對比：加工工藝都是磨削，但材料不同，其硬度存在較大差異：H13熱處理硬度僅達到要求的底限，規(guī)范要求硬度50～55HRC，實際硬度48HRC，硬度偏低；堆焊可提高耐磨性與耐蝕性，D322焊條含有Cr、Mo、W、V元素，這些元素使堆焊層具有較好的高溫強度，并能在480～650℃時發(fā)生二次硬化效應(yīng)，Cr使材料有很好的抗氧化性能，堆焊冷卻速度很快，形成較多的馬氏體，馬氏體不僅硬度高(堆焊硬度高達52～62HRC)，而且具有很高的屈服強度，使堆焊層經(jīng)受中度的沖擊；導(dǎo)板的磨損實際上是粘連磨損，即兩個相對滑動的表面在載荷作用下使個別接觸點發(fā)生焊合，焊合點在滑動時被撕裂，進而發(fā)生分離的過程，這種磨損受表面溫度、硬度及光潔程度的影響，磨床磨削后的表面光滑，不易粘合。試驗2和試驗6相比，表面均為磨床磨削，除材料不同，存在晶粒大小差異外，其粗糙度相差無幾，但二者耐磨程度相差很多，由此可見，導(dǎo)板粘料不僅與表面粗糙度有關(guān)，還與材料、表面加工工藝、表面硬度有關(guān)，從這兩個試驗可以推斷，堆焊工藝比直接用模具鋼熱處理加工的導(dǎo)板表面耐磨。

⑷試驗5和試驗6對比：二者均為D322焊條堆焊的工作面，表面硬度均在52～62HRC之間，只是磨削方式不同，一個是手工磨削，一個是機器磨削，手工磨削的表面有磨痕，見圖10，粗糙度大，易粘料，機器磨削的表面光滑平整無加工痕跡，見圖11，耐磨性提高約30倍，粘料現(xiàn)象得到有效控制，由坑造成的廢品率減少85%左右。因此，表面粗糙度是磨損和粘料關(guān)鍵因素。

總結(jié)

總之，影響導(dǎo)板磨損和粘料的因素，除導(dǎo)板尺寸、安裝位置及工件溫度外，最重要的是導(dǎo)板工作面的材料、加工工藝、組織狀況、硬度及粗糙度。歸根結(jié)底取決于導(dǎo)板工作面的硬度及粗糙度，因此，導(dǎo)板工作面的材料除具有較高的硬度，較小的粗糙度值，還應(yīng)保證有一定的抗沖擊能力。本文試驗和生產(chǎn)實踐證明，用D322焊條堆焊后磨床磨削是導(dǎo)板工作面加工的最佳工藝，其硬度控制在55～62HRC，粗糙度Ra不大于1.6μm。