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摘 要： 高硼钢轧辊是高硬度高性能轧辊，在稳定轧制工艺、提高负差控制水平、提高综合成材率、提高产能及降低工艺成本等指标方面发挥显著作用，在棒材生产线应用性价比高。
关键词： 高硼钢；轧辊；棒材
中图分类号：TG51 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210149－01
1 现状分析
高硼钢轧辊是高性能轧辊，在稳定轧制工艺、提高负差控制水平、提高综合成材率、提高产能及降低工艺成本等指标方面发挥显著作用，在棒材生产线应用性价比高。为了提高棒材厂主体生产车间各类经济技术指标，引入新材料高硼钢轧辊。高硼钢轧辊硬度高，数值在HS75-80，普通轧辊机床加工能力达不到要求，轧辊孔型机加工难度大，制约着高硼钢轧辊在棒材生产线的稳定应用。一是机床刚性不能满足高硼钢轧辊的加工能力，在机加工过程中吃刀抗力大，震动剧烈，直接影响轧辊的加工精度及机床的使用寿命；二是刀具的加工性能制约轧辊加工能力，通用类轧辊加工刀具硬度在HS80-85之间，与高硼钢轧辊的硬度非常接近，通用类刀具加工高硼钢轧辊会快速增加刀刃及后刀面磨损量，刀具急剧钝化，无法稳定加工。
为了解决以上问题，经过分析与实践，通过提高机床系统刚度；提高刀具性能、优化刀具几何参数、正确装夹刀具；选择合理车削用量三项措施的实施，可以实现高硼钢轧辊在普通轧辊机床上加工。
2 改进方案
2.1 提高机床系统刚度
轧辊车床系统刚度中有三项直接决定机床的工作能力，分别为机床主轴的回转刚度、托板及刀架系统接触刚度、尾座接触刚度。以CV8463轧辊车床为例说明问题。
2.1.1 机床主轴回转刚度提升。主轴箱传动链是三级降速，高速Ⅰ轴及Ⅱ轴传递速度高，齿轮啮合作用力小，采用球轴承支撑结构；Ⅲ轴主动侧齿轮与机床主轴齿轮啮合，传递动力较大，采用双列圆柱滚子轴承，很好地提高了主轴传动源刚性，从而保证主轴箱整个传动链的刚性匹配。为了提高主轴的刚性及回转精度，匹配高硬度轧辊加工时的切削力，主要消除主轴的轴向游隙及径向游隙，消除主轴支撑轴承0.005-0.01mm的间隙，进行有效预紧。主轴径向预紧前、中双列向心短圆柱滚子轴承，轴向预紧双向推力轴承，从而有效提升主轴箱中主轴的回转刚性、加工精度及加工能力。
2.1.2 托板及刀架系统接触刚度。CV8463轧辊车床床身导轨为矩形与三角导轨组合结构，相应的与之相配合的大托板导轨为矩形、三角结构，矩形导轨在于提高导轨的接触刚度，三角导轨用于导向，导轨接触精度及镶条调整侧隙决定其接触刚度。普通轧辊车床导轨接触精度在8-12点/25mm2，接触精度为中等精度。为提升托板系统的接触刚度，将接触精度提高到15点/25mm2以上，并将调整镶条安装在非受力侧，将导轨侧间隙调整到过渡配合状态，这样，其接触刚度将大大提高。刀架与托板的配合导轨是燕尾形的，具有优良的抗倾翻能力，同样将燕尾导轨的接触精度提高到15点/25mm2以上，并配合镶条间隙的调整功能，将实现刀架系统的刚度提升。
2.1.3 尾座的刚度。轧辊车床尾座有上下两部分构成，下座支承在床身上，上座装有尾架套筒，用于装配活顶尖用。为了提高尾座的刚度，必须保证上下座自身及与床身良好接触、尾座套筒及顶尖良好接触，同时将活动顶尖改用固定顶尖，能够有效地提高尾座工作刚度。
2.2 刀具材质选择
刀具性能包括：足够的强度、较高的硬度、良好的耐磨性及高低速切削性能。高强度保障刀具使用过程中刀刃的完整性和稳定性，高硬度保障刀具对于高硼钢轧辊的切削加工性能，耐磨性及高低速性能保证刀具在使用过程中的合理寿命。要实现以上刀具性能，必须选择高性能材质刀具。YD150硬质合金刀具具有高硬度、适中的强韧性、较好的切削性能，在性能参数上适合于高硼钢轧辊孔型的加工。YD150硬质合金性能见表1。
表1 Yd150硬质合金性能表
从表1可以看出：YD150密度在14.9g/cm3，硬度值达到HRA93.1，抗弯强度值在2280N/mm2，密度大、硬度高、抗弯强度好，保证了YD150具有高硬度及良好的强韧性，对于硬度HS75的高硼钢轧辊的加工表现出较好的切削加工性能。
2.3 高硼钢轧辊加工切削用量的确定
高硼钢轧辊的切削加工性能差，轧辊车床在车削过程中要选择合理的切削用量，促进高性能轧辊的正常加工。切削用量包含三个方面：切削速度、切削深度、进给量。
2.3.1 切削速度的确定。切削速度在切削用量中是影响轧辊加工的最重要因素。直接影响机床的震动及寿命、刀具的使用及寿命、轧辊加工精度状况等等。切削速度在实际轧辊加工中表现为主轴转速的选择，过快则影响加工精度及刀具寿命，过慢则影响切削力及加工效率。对于Ø370×1578高硼钢轧辊加工时轧辊车床主轴转速选择5-6r/min，轧辊切削面的线速度适中，且加工效能与刀具寿命保持在合理的范围内。
2.3.2 切削深度的确定。切削深度是影响切削力的决定性因素，同时影响机床的加工精度。粗车轧辊时选择较大的切削深度，数值控制在3-3.5mm，以大切削深度提高加工效率，精加工轧辊时重点因素为加工精度，数值控制在0.2-0.5mm，以达到轧辊孔型标示的形状及位置误差。
2.3.3 进给量的确定。进给量主要影响加工效率及加工表面质量，对切削力有一定的影响。进给量过大，加工效率高，但表面质量差；进给量小，加工效率低，但表面质量好。根据刀具的性能及轧辊孔型要求精度范围，选择进给量在0.2～0.3mm之间，平衡轧辊加工效率及表面质量之间的关系。
3 效果评价
高硼钢轧辊的加工应用，使生产主体车间工艺调整时间大大降低，轧钢调整工的工作环境得到改善，劳动强度进一步降低。促进了棒材主体生产车间的技术经济指标的提升，将成材率等的指标稳定在了一个新的平台上，在稳定负差离散率、降低工艺停机时间、降低中间轧废等方面发挥着显著效益，年累计产生效益161.98万元。
参考文献：
[1]杨军、王晋华、符寒光、任大忠，热处理对高硼铸钢耐磨性的影响研究[J].铸造技术，2006年，10期.
[2]向勇，棒材热轧过程三维热力耦合模拟及高硼高速钢辊套复合轧辊研究[D].中南大学，2008年.
[3]宋绪丁，高硼铁基系列铸造耐磨合金研制及其应用研究[D].长安大学，2008年.
关键词： 高硼钢；轧辊；棒材
中图分类号：TG51 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210149－01
1 现状分析
高硼钢轧辊是高性能轧辊，在稳定轧制工艺、提高负差控制水平、提高综合成材率、提高产能及降低工艺成本等指标方面发挥显著作用，在棒材生产线应用性价比高。为了提高棒材厂主体生产车间各类经济技术指标，引入新材料高硼钢轧辊。高硼钢轧辊硬度高，数值在HS75-80，普通轧辊机床加工能力达不到要求，轧辊孔型机加工难度大，制约着高硼钢轧辊在棒材生产线的稳定应用。一是机床刚性不能满足高硼钢轧辊的加工能力，在机加工过程中吃刀抗力大，震动剧烈，直接影响轧辊的加工精度及机床的使用寿命；二是刀具的加工性能制约轧辊加工能力，通用类轧辊加工刀具硬度在HS80-85之间，与高硼钢轧辊的硬度非常接近，通用类刀具加工高硼钢轧辊会快速增加刀刃及后刀面磨损量，刀具急剧钝化，无法稳定加工。
为了解决以上问题，经过分析与实践，通过提高机床系统刚度；提高刀具性能、优化刀具几何参数、正确装夹刀具；选择合理车削用量三项措施的实施，可以实现高硼钢轧辊在普通轧辊机床上加工。
2 改进方案
2.1 提高机床系统刚度
轧辊车床系统刚度中有三项直接决定机床的工作能力，分别为机床主轴的回转刚度、托板及刀架系统接触刚度、尾座接触刚度。以CV8463轧辊车床为例说明问题。
2.1.1 机床主轴回转刚度提升。主轴箱传动链是三级降速，高速Ⅰ轴及Ⅱ轴传递速度高，齿轮啮合作用力小，采用球轴承支撑结构；Ⅲ轴主动侧齿轮与机床主轴齿轮啮合，传递动力较大，采用双列圆柱滚子轴承，很好地提高了主轴传动源刚性，从而保证主轴箱整个传动链的刚性匹配。为了提高主轴的刚性及回转精度，匹配高硬度轧辊加工时的切削力，主要消除主轴的轴向游隙及径向游隙，消除主轴支撑轴承0.005-0.01mm的间隙，进行有效预紧。主轴径向预紧前、中双列向心短圆柱滚子轴承，轴向预紧双向推力轴承，从而有效提升主轴箱中主轴的回转刚性、加工精度及加工能力。
2.1.2 托板及刀架系统接触刚度。CV8463轧辊车床床身导轨为矩形与三角导轨组合结构，相应的与之相配合的大托板导轨为矩形、三角结构，矩形导轨在于提高导轨的接触刚度，三角导轨用于导向，导轨接触精度及镶条调整侧隙决定其接触刚度。普通轧辊车床导轨接触精度在8-12点/25mm2，接触精度为中等精度。为提升托板系统的接触刚度，将接触精度提高到15点/25mm2以上，并将调整镶条安装在非受力侧，将导轨侧间隙调整到过渡配合状态，这样，其接触刚度将大大提高。刀架与托板的配合导轨是燕尾形的，具有优良的抗倾翻能力，同样将燕尾导轨的接触精度提高到15点/25mm2以上，并配合镶条间隙的调整功能，将实现刀架系统的刚度提升。
2.1.3 尾座的刚度。轧辊车床尾座有上下两部分构成，下座支承在床身上，上座装有尾架套筒，用于装配活顶尖用。为了提高尾座的刚度，必须保证上下座自身及与床身良好接触、尾座套筒及顶尖良好接触，同时将活动顶尖改用固定顶尖，能够有效地提高尾座工作刚度。
2.2 刀具材质选择
刀具性能包括：足够的强度、较高的硬度、良好的耐磨性及高低速切削性能。高强度保障刀具使用过程中刀刃的完整性和稳定性，高硬度保障刀具对于高硼钢轧辊的切削加工性能，耐磨性及高低速性能保证刀具在使用过程中的合理寿命。要实现以上刀具性能，必须选择高性能材质刀具。YD150硬质合金刀具具有高硬度、适中的强韧性、较好的切削性能，在性能参数上适合于高硼钢轧辊孔型的加工。YD150硬质合金性能见表1。
表1 Yd150硬质合金性能表
从表1可以看出：YD150密度在14.9g/cm3，硬度值达到HRA93.1，抗弯强度值在2280N/mm2，密度大、硬度高、抗弯强度好，保证了YD150具有高硬度及良好的强韧性，对于硬度HS75的高硼钢轧辊的加工表现出较好的切削加工性能。
2.3 高硼钢轧辊加工切削用量的确定
高硼钢轧辊的切削加工性能差，轧辊车床在车削过程中要选择合理的切削用量，促进高性能轧辊的正常加工。切削用量包含三个方面：切削速度、切削深度、进给量。
2.3.1 切削速度的确定。切削速度在切削用量中是影响轧辊加工的最重要因素。直接影响机床的震动及寿命、刀具的使用及寿命、轧辊加工精度状况等等。切削速度在实际轧辊加工中表现为主轴转速的选择，过快则影响加工精度及刀具寿命，过慢则影响切削力及加工效率。对于Ø370×1578高硼钢轧辊加工时轧辊车床主轴转速选择5-6r/min，轧辊切削面的线速度适中，且加工效能与刀具寿命保持在合理的范围内。
2.3.2 切削深度的确定。切削深度是影响切削力的决定性因素，同时影响机床的加工精度。粗车轧辊时选择较大的切削深度，数值控制在3-3.5mm，以大切削深度提高加工效率，精加工轧辊时重点因素为加工精度，数值控制在0.2-0.5mm，以达到轧辊孔型标示的形状及位置误差。
2.3.3 进给量的确定。进给量主要影响加工效率及加工表面质量，对切削力有一定的影响。进给量过大，加工效率高，但表面质量差；进给量小，加工效率低，但表面质量好。根据刀具的性能及轧辊孔型要求精度范围，选择进给量在0.2～0.3mm之间，平衡轧辊加工效率及表面质量之间的关系。
3 效果评价
高硼钢轧辊的加工应用，使生产主体车间工艺调整时间大大降低，轧钢调整工的工作环境得到改善，劳动强度进一步降低。促进了棒材主体生产车间的技术经济指标的提升，将成材率等的指标稳定在了一个新的平台上，在稳定负差离散率、降低工艺停机时间、降低中间轧废等方面发挥着显著效益，年累计产生效益161.98万元。
参考文献：
[1]杨军、王晋华、符寒光、任大忠，热处理对高硼铸钢耐磨性的影响研究[J].铸造技术，2006年，10期.
[2]向勇，棒材热轧过程三维热力耦合模拟及高硼高速钢辊套复合轧辊研究[D].中南大学，2008年.
[3]宋绪丁，高硼铁基系列铸造耐磨合金研制及其应用研究[D].长安大学，2008年.