离心复合高速钢轧辊的高效加工

彭国胜 赵登军 王绍荣

(山钢集团莱芜钢铁新疆有限公司，新疆844200)

离心复合高速钢轧辊具有芯部高韧性、工作层高强度、高耐磨性的特性，广泛应用于窄带钢、棒材等生产线。它能够改善轧件表面质量，减少换辊换槽频次，显著提升轧钢生产线的经济技术指标。然而，受现有机加工水平制约，高速钢轧辊加工效率极低，应用效能不高，产出效益少，限制了其普及应用。经过生产实践，借助于新材料刀具、机加工工艺的改进，在及强力切削原理基础上研究出了高效加工方法，实现了高速钢轧辊加工效率的大幅提升，甚至部分孔型的高速钢轧辊加工效率超过了普通轧辊。本文以加工∅12 mm螺纹钢K1轧辊为例，从机加工设备选型、加工刀具的选型、轧辊及刀具的装夹方法、加工工艺等方面介绍了高速钢轧辊的高效加工方法。

1 高速钢轧辊高效加工设备选型及装夹

1.1 机加工设备及刀具选型

国内通用的高速钢轧辊加工是利用数控轧辊车床，通过程序控制走孔型轮廓曲线的工艺，逐层去掉多余的材料实现轧辊孔型加工的。其切削用量小，吃刀抗力小，对机床传动刚性及支撑刚性要求不高，加工精度高，但加工效率极低，机加工费用高。

高效加工是建立在强力切削的基础上，切削用量大，吃刀抗力大，在重型数控轧辊机床上进行加工。目前我公司轧槽车削采用南通鼎顺产数控轧辊车床CK8450，其矩形导轨、重型四爪卡盘、重型尾座、托板重型刀排座的结构适合高效车削加工高速钢轧辊。月牙槽的铣削采用南通炜星产数控螺纹月牙槽铣床WXK500C，矩形三导轨，重型顶尖，四爪卡盘的结构具有高刚性特点，适合高效铣削加工轧辊槽。

刀体采用高速钢材质或40Cr锻坯，孔型刀片为立方氮化硼材质的专用刀具CBN35，减径刀片为CBN60，刀片采用PCD刀片。刀体和刀片都具有强力加工性能。

车削工序的刀具强度及红硬性是高速钢轧辊切削刀具选择必须考虑的因素，并且要在不同的机加工工序中做出合理的调整。例如，在粗加工工序或减径工序选用CBN60刀片，精加工工序选择CBN35等，主要是考虑刀具强度及红硬性在不同加工工序中的合理分配。刀体选择综合性能较高的40Cr锻坯，可以满足刀片对刀体强度及韧性要求。

1.2 轧辊车床装夹及刀具装夹方法

轧辊装夹采用扁套式专用工装，扁套与轧辊扁头配合精度较高，属于偏向间隙的过渡配合。利用数控机床的重型四爪卡盘装夹扁套式专用工装后的弹性变形量来卡紧轧辊的扁头，并传递转矩，同时重型尾座顶尖顶紧轧辊工作侧中心孔，在数控机床主轴的带动下完成轧辊的旋转轧辊装夹。关键在于在装夹后轧辊扁头与套筒扁头之间没有间隙，否则极易出现打刀现象，甚至无法切削轧槽。

刀具采用机夹式圆锥定位刀片，通过压板可靠定位压紧在刀体上。机夹刀体装夹采用数控机床的重型刀排定位装夹，装夹牢靠。机夹刀体的装夹关键在于最大限度地减少刀体的悬臂长度，以利于提高刀体本身的装夹刚度及支撑能力，并适合强力切削。

在铣刀刀杆装夹刀片时，由于高速钢轧辊硬度高，切削力大，刀片定位斜面与顶杆的斜面必须处于最大接触面状态，否则刀片定位不可靠，容易引起刀片转角的变化，从而出现打刀等问题。

2 高速钢轧辊高效加工工艺

高速钢轧辊的高效加工是用增大切削用量、减少机加工工步的方法实现的。因此，机加工工艺制订及切削用量的确定以强力切削为基础。

2.1 高速钢轧辊轧槽在数控车床的车削加工

∅12 mm螺纹钢K1孔型分粗、精加工进行。先粗加工走一刀，去余量，再精加工走两刀或三刀。初次精加工一刀去掉半径方向0.2 mm的余量，再次精加工一刀或两刀找精度。∅12 mm螺纹钢孔型内径为11.388 mm，孔型相对较小，粗加工的主要目的为去除多余的材料，编程为直线编程。选择刀片材质CBN35，刀片型号RC1104，刀片的尺寸R4.76 mm，刀具的前角为8°，后角为15°。按照配辊图，在z方向尺寸定位的情况下，采取在x方向直接进刀的方式，主轴转速选择40 r/min，进给量为0.15 mm，粗车孔型留精车余量为(11.38-9.52)/2=0.93 mm，这样在孔型的两个侧面的单侧余量也是0.93 mm。精车两刀或三刀达到配辊孔型精度要求。经现场实际验证，粗车去余量用时20 min，精车一刀用时60 min，加上轧辊及刀具的装夹找正时间，这样加工一支高速钢轧辊用时约4 h。

返修∅12 mm螺纹钢K1高速钢轧辊时需要增加减径及去肋时间。减径尺寸一般在4 mm之内，刀具为CBN60，用同样的切削用量，减径加工耗时30 min。用去肋刀具去肋用约1.5 h。精车操作相同。8 h可以加工一对轧辊。

高速钢轧辊高效加工方法与目前国内通用的轧辊加工方法比较，一对轧辊节约时间30 h。大大降低了机加工各类消耗，节约了人工、电耗并降低了机床本身的损耗，极大地促进了高速钢轧辊的现场使用。

2.2 高速钢轧辊月牙槽在数控铣床的铣削加工

高速钢轧辊在铣床加工的工艺和刀具材质没有改变。高效加工高速钢月牙槽的方法是增大切削用量，进给量由原来的0.01 mm/r改为0.05 mm/r，机床倍率由40%调整到80%。改变了固有的小吃刀量的工艺模式后效率大大提高，单槽铣削时间由原来的8 h减少到40 min,刻字时间为20 min。这样，一个班次可以加工8条轧槽。

高速钢轧辊的高效加工技术在数控车床和数控铣床的运用，提高了数控机床的加工效率，实现了高加工精度及高加工效能。

3 结束语

通过对轧辊加工机床及刀具的合理选型、轧辊及刀具的正确装夹、切削用量的合理选择、加工工艺的高效优化，高速钢轧辊的高效加工方法实现了高加工效率和高加工精度，降低了轧辊加工成本，促进了离心复合高速钢轧辊的实际应用。