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轧辊磨削理论与工艺控制
发布时间:2019-11-23 09:50:01    点击次数:63

轧辊是铝箔轧制的重要工具,在铝箔轧制过程中,工作辊辊身和铝箔直接接触,其尺寸、精度、表面硬度、辊型及表面质量对铝箔表面、板形质量与轧制工艺参数的控制起到非常重要的作用。轧辊又分为工作辊和支承辊。轧辊使用一定时间后,为磨去轧辊表面疲劳层并获得一定的凸度和粗糙度,必须进行磨削。
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(1)
工作辊尺寸。工作辊的直径和辊身长度代表铝箔轧机的公称规格。工作辊的直径对单张箔轧制的最小出口厚度影响很大:
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工作辊辊身长度决定铝箔轧制宽度,通常最大可轧制的铝箔宽度是辊身长度的80%-85%,当投入板形控制系统时,最高可达
90%,再宽,板形控制将非常困难。
(2)轧辊的几何精度。工作辊辊身和辊颈的椭圆度不大于0. 005 mm ,辊身两边缘直径差不大于0. 005 mm,辊身和辊径的同心度不大于0. 005 mm,当轧制为双辊驱动时,一对工作辊的直径偏差不超过0. 02mm。支承辊的辊身和辊颈的椭圆度不大于0. 03 mm ,辊身的圆锥度不大于0. 005 mm 。
(3)轧辊的表面硬度。
轧辊在生产运行过程中要承受相当大的压力,一般都采用经过特
殊处理的锻造合金钢来制造,轧辊表面硬度要求严格,同时还要有一定深度的淬火层。工作辊的表面硬度一般为95一102 HSD,淬火层深度不小于1 Omm,支承辊表面的硬度一般为75一80HSD,淬火层深度不小于20mm,辊颈的硬度一般为45一5OHSD.
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(4)
轧辊的辊型。为了获得厚度均匀、板形平整的铝箔产品,合理的选择轧辊辊型是非常重要的。辊型是指辊身中间和两端的直径差和这个差值的分布规律,通常分布是对称的,而把直径差称为凸度。如果凸度偏大,轧出的铝箔会中间松两边紧,凸度偏小,轧出的铝箔会中间紧,两边松。凸度的选择,通过理论计算很困难,大多是根据实际经验来选定。工作辊的凸度一般为0. 04一0. 08 mm,支承辊的凸度一般为0一0. 02mm,辊型的误差应在标准值的士10%以内。
二.轧辊的磨削

轧辊是轧机上承受轧制力并把铝材厚度均匀减小的圆柱形的大型工具。轧辊在使用过程中,会出现辊面被压花、粘伤等情况,一般都要按要求重新磨削后方能再次投入使用。显轧辊磨削的加工质量直接影响到铝材的表面质量和板形
轧辊的几个常用的术语

(1)辊型:所谓辊型是指辊身中间和两端有着不同的直径,以及这个直径差从辊身中间向两端延伸的分布规律。通常分布是对称的。辊型在标注时要注明是直径值还是半径值。圆柱形辊型又称为“平辊”。
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(2)
轧辊的硬度:铝轧机轧辊的硬度常用肖氏硬度来表示,轧辊的硬度大多采用HsD表示。

(3)表面粗糙度:表面粗糙度按国家标准( GB1031-83 )规定评定,评定指标包括轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度10点高度Rz,轮廓最大高度Ry。通常采用轮廓算术平均偏差Ra.
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(4)
径向跳动:径向跳动是对轧机和磨床都更有实际意义的测量数值。
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轧辊的基本结构
轧辊通常包括4个组成部分:辊身、辊颈、接头和顶尖孔,   {5 e, z3 E) K* L6 z# R3 R8 D
A辊身
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辊身是轧辊的主要部分,直接与轧制材料接触,一般所谓的轧辊磨削就是指对辊身的磨削。为弥补轧制过程中的变形,辊身通常都磨成凸形或凹形,铝轧机对工作辊辊身硬度要求比较高,一般为HsD95一102。铝轧机对辊身硬度的均匀性也有严格的要求,否则压延时在软点处容易引起局部变形不均而鼓起,严重的还会造成断带。

支撑辊通常为平辊,为避免或减少辊身边缘处的剥落和改善弯辊效果,辊身边缘部分要磨成倒角。支撑辊硬度比工作辊的软,一般为HsD75左右。
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B
辊颈
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辊颈用来安装轴承并通常作为轧辊磨削的支撑面,其正圆度和同心度一般要求不大于0. 003 mm 。

由于轴承经常拆装以及支撑磨削时的摩擦,辊颈的轴承部位容易被损伤。在允许的范围内,可以对损伤处进行适度修磨。辊颈的硬度一般为HsD45一50。

C接头
接头用来和主传动接手相连接,一般也是磨削时安装夹具的地方。

D顶尖孔

顶尖孔是找正的基准,应保证其正圆和准确的锥角,对于采用顶尖孔直接磨削的轻型轧辊尤为重要。根据轧辊的轻重不同,顶尖孔有60°, 75°和90°等不同角度。轧辊一般较重,大多采用托架支撑方式,顶尖孔只起初步定位作用,因此要求不高。

三.轧辊的加工精度

A轧辊加工的尺寸精度

对铝加工的轧辊磨床来说,轧辊磨削的尺寸精度要求为:
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(1 )
辊身的径向跳动:一般不大于0. 003 mm 。

(2)辊身两端直径差(俗称“锥度”):一般不大于0. O15mm。

(3)辊型的准确度:包括两个方面,一是辊型误差,一般不大于给定值的10%一20%;二是辊型位置,轴向偏移量不大于5mm。
(4)配对辊径差:要小于0. 02mm 。

B表面状况

(1)表面粗糙度:轧辊的表面粗糙度与一般加工件的表面粗糙度含义不太一样,它包含着一种用特定的磨削工艺所磨削出来的表面状态。比如,同样磨削一个Ra=0. 25 μm的工件用80号砂轮和用150号砂轮磨出的效果就不相同,其他如不同的磨削液、不同的磨削工艺加工出来的效果也会不一样。

轧辊的表面粗糙度根据轧机生产工艺要求而定,轧辊磨床主要关心的是表面粗糙度的越匀性。一般表面粗糙度的数值越低,其允许的误差也越小。

(2)表面感官质量:轧辊磨削后表面不介许有螺旋纹(或称之为“砂轮印”、“刀花”)、振纹、小划道等影响板材表面质量的缺陷。" {' Q* V0 A0 |
四.轧辊的检查
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(1)
外形尺寸的检查。轧辊表面的感官质量主要是通过人的眼睛,在充足的光线照射下,从一定的角度、合适的距离去观察。
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外径千分尺可以用来检测直径值、锥度、配对辊径差和大致的辊型资料。轧辊磨床应配备量程齐全的千分尺。为避免划伤辊面,影响板材质量,磨后的轧辊在使用宽度内不允许测量。

千分表主要用于检测轧辊的径向跳动。现在轧辊磨床上都安装了精密的轧辊检测装置,可以检测轧辊的圆度、辊型等资料,还可以打印记录。
(2)表面粗糙度的检查。
(3)硬度的检测。一般使用硬度计来检测硬度。
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(4)
轧辊裂纹等缺陷的检查。轧辊裂纹等缺陷的检查主要是使用涡流探伤仪,通过高频涡流探头和轧辊表面之间的电磁感应变化,从而探测出轧辊表面裂纹所在的部位及深度。该探伤仪的使用可以减小轧辊的磨削量,延长轧辊的使用寿命,提高轧辊的质量。

五. 轧辊的管理

(1)新辊进厂后应对其各部尺寸、硬度、圆跳动等进行检查,同时建立起管理卡片。
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(2)
轧辊应存放在干燥、温度高于10°C的环境中,以免锈蚀。
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(3)
新辊第一次使用时,应在低速、低压下运行。
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(4)
使用中要保证轧制时润滑冷却到位,修磨时应彻底清除其表面的疲劳层。

(5)选择适当的砂轮,粒度与硬度要匹配;对刀时要小心,精力集中,严防磨削烧伤(烧伤层要彻底清除后方可使用)。

(6)使用时要确保辊身、辊颈的冷却,润滑均匀而到位,这样既可保证轧制的平稳进行,又可减少轧辊产生剥落和断颈事故的发生。
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(7)
轧制环境要干净,避免异物压人;断带处理要及时,防止出现叠轧。

(8)轧辊使用的一般原则是:新辊轧宽带、薄带,用于精轧;旧辊轧窄带、厚板,用于初轧。
(9)磨烧伤(严重者磨时即会起皮)、粘伤、过度疲劳等都容易引发晶界裂纹,而这些裂纹是导致辊身网纹状剥落的起源,会使轧辊过早报废,应努力避免。
六.轧辊磨床

用于对轧辊进行成形磨削的磨床即是轧辊磨床。轧辊磨床是外圆磨床的一个分支,是一种专用磨床。

1. 轧辊磨床的基本结构

根据轧辊质量的大小,轧辊磨床可分为两大类:一类是轧辊移动式;一类是砂轮架移动式。其基本结构大致相同,主要由床身、头架、尾座、托架、砂轮架、冷却液系统和电控设备等组成。

(1)床身。床身是保证磨削精度的基础。轧辊移动式轧辊磨床,床身用来支撑轧辊,砂轮架是固定的。砂轮架移动式轧辊磨床,为便于加工、安装、运输,避免彼此影响且保持高精度,床身一般分为独立的两部分:工件床身用来支撑轧辊,是固定不动的;操作台床身用来支撑砂轮架。
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(2)
头架。头架用来驱动轧辊,为保证驱动的平稳性和减振,一般采用多级皮带传动。在重型轧辊磨床上大都安装有辅助驱动电机,以克服重型轧辊启动时较大的惯性。为使轧辊转动平稳,床头拨盘上应有两个拨销且要均匀受力。
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(3)
尾座。尾座由上下两部分组成,下部沿床身移动,上部可横向移动,以使两顶尖连线与砂轮轴线平行。顶尖可伸缩。金刚石砂轮修正装置一般设在尾座。,
(4)托架。托架用来支撑住轧辊,一般有上(侧)、下两个支撑点—托瓦,托瓦上部与轧辊接触处为较柔软的“巴氏合金”。一般下托瓦的调节采用的是斜铁,调节的范围为20一5Omm,磨削不同规格的轧辊,应配齐相适应的不同尺寸的托瓦。4 O, e2 I; x& [, v& @
(5)砂轮架。砂轮架是轧辊磨床的核心,通常由架体、主轴、砂轮动平衡装置、横向进给机构、微进给机构及曲线磨削装置
等组成。

(6)主轴。主轴是轧辊磨床核心的核心,其关键在于主轴支撑。纯静压轴承完全靠单独的油压系统来支撑主轴。
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(7)
冷却液系统。轧辊磨床对冷却液的要求很高,磨削时冷却液中含有磨屑和砂粒是造成辊面“零星划痕”的主要原因,因此轧辊磨床一般采用过滤效果较好的磁力和纸带联合过滤器。另外,冷却液中混入杂油过多(尤其是抗磨液压油),会影响砂轮的切削能力和效果,使磨削表面发亮,易出现振纹,因此,如何解
决冷却液中的杂油也是应该认真对待的问题。
七.轧辊磨削工艺

1. 磨削的准备

A工作前,磨工必须穿戴好以下劳保用品:
工作服、工作裤、工作鞋、手套(进行屏幕及按钮、按键操作时不允许戴)。
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B
开机设备条件的确认

(1)有足够的照明和通风,尤其是检查轧辊表面质量的光线应充足。

(2)环境温度的变化在1h之内不大于2°C,一天之内不大于6°C。
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(3)
各电机运转正常,无振动和异常声响,温度适当。
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(4)
砂轮安装牢靠,无损伤,转动平稳,防护罩确认锁紧。
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(5)
各个功能键和手柄操作灵活,动作准确。

(6)各油箱(孔、池)中的油应清洁、量足,油泵工作正常,油路畅通。

(7)磨削液充足、清洁,且浓度和pH值符合要求。
(8)各导轨轨面应清洁有油,无损伤。( N( w3 J# C" ~$ y  |* V
2.砂轮的准备

A砂轮的选择

砂轮的特性主要包括磨料、粒度、硬度、结合剂、组织、形状和尺寸等。轧辊磨床所用砂轮都是平形的,选择砂轮主要是根据轧辊的材质、硬度及表面粗糙度的要求对砂轮的磨料、粒度、硬度、结合剂及组织进行选择。

选择砂轮的原则是:粗磨时切削性能好,金属切除率高;精磨时砂轮的等高性、微刃性好,磨削发热小。
3. 磨料的选择
磨料是砂轮的主要成分,是其能起磨削作用的最根本的因素。磨料分为普通磨料和超硬磨料两大类,普通磨料又主要有刚玉系(主要成分是氧化铝)、碳化物系等种类。对于钢质轧辊宜选用刚玉磨料。
b粒度的选择
粒度对工件的表面粗糙度和磨削效率有很大影响,是表示磨粒尺寸大小的参数。根据磨料标准,粒度共有41个粒度号。下表为砂轮粒度与加工表面粗糙度的一般关系。

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4.
硬度的选择
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砂轮硬度是指其表面上的磨粒在外力作用下从结合剂中脱落的难易程度,与金属的硬度概念不同。砂轮的硬度分为7大级,分别用不同的字母表示。轧辊磨削常用的是J(软3)和K(中软1)两种。

d结合剂的选择
结合剂是将磨粒粘结成各种砂轮的材料,应用最多的是陶瓷结合剂(V)、树脂结合剂(B)和橡胶结合剂(R)。陶瓷结合剂(V) 砂轮耐腐蚀,存贮时间长,保持砂轮的外形轮廓好,树脂结合剂(B)砂轮不耐碱,存放期一年,自锐性好,适于大切削量的粗磨;橡胶结合剂(R)砂轮不耐油,存放期二年,一般用于抛光砂轮。* G) t( X# w; K
5.组织的选择" H' _2 n" q8 E. M0 x; {7 T
组织是表示砂轮内部结构松紧程度的参数,一般以磨粒占砂轮体积的百分比,即磨粒率来划分,共分为15个组织号,数字越大越疏松。轧辊磨床除磨胶辊等软材料要用大气孔砂轮外,一般都采用中等组织的砂轮,即5-8.
下表为轧辊磨削砂轮选择参考数据。
B砂轮的安装
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6.
装新砂轮
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仔细检查砂轮外观有无破损,轻敲时应发出清脆的金属般的响声,边部有缺口及敲击时音哑的严禁使用。砂轮与法兰盘间应垫0.5-lmm厚的纸板(或其他软质物),拧紧固螺丝时采用对称紧固法且用力要均匀。
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b
砂轮的平衡

引起砂轮不平衡的主要原因有两方面,一是由于砂轮制造误差造成的,如组织不均、外形尺寸误差等;二是安装在法兰盘上产生的。砂轮不平衡会使砂轮产生振动,是磨削表面出现振纹的主要原因之一,甚至会损坏主轴及轴承,引起砂轮爆裂,因此必须将其平衡好。砂轮的平衡方法主要有静平衡和动平衡。
砂轮的静平衡:将装好法兰盘的砂轮小心安装在静平衡架上,待砂轮自由转动停止后,再反复调整法兰盘上的平衡块,若砂轮旋转任意角度而稳住不动,则说明已平衡好。# P0 j( g0 R6 O& {' k! `
砂轮的动平衡:轧辊磨床上通常都安装了自动动平衡装置,该装置的形式和结构有多种。正确地使用自动动平衡装置,可使砂轮在磨削过程中所产生的振幅小于0. 001 mm,从而不影响磨削的质量。但自动动平衡装置的平衡能力有限,砂轮必须经过静平衡才能使用。
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7.
砂轮的修整
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新砂轮或砂轮表面出现磨粒钝化、表面堵塞、外形失真等现象时(其直接结果就是轧辊磨削表面出现振纹),必须及时修整。用砂轮修整工具将砂轮工作面已磨钝的表层修去,以恢复砂轮的切削性能和正确的几何形状。轧辊磨床常用的是金刚石砂轮刀车削法,见图
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(1)金刚石砂轮刀金刚石颗粒大小的选择:砂轮直径在护φ400mm左右时,选0.2g (1克拉)的金刚石颗粒;砂轮直径在φ600mm左右时,选0.3g (1.5克拉)的金刚石颗粒;砂轮直径在φ75Omm以上时,选0.4g (2克拉)的金刚石颗粒。
(2)修整用量的选择见下表:
 
(3)砂轮修整的注意事项:安装金刚石砂轮刀时,刀杆不应伸出太长,安装要牢固。修整前砂轮要进行一次动平衡并先要检查金刚石砂轮刀是否有尖角。若无尖角,则应将紧固砂轮刀的螺丝松开,转动砂轮刀至有尖角对着砂轮,然后拧紧螺丝固定。若砂轮刀已找不出尖角,则应更换新的。修整时,砂轮趋近并接触金刚石后,要先开冷却液再开始走刀。修整过程中冷却液要充足,以免金刚石碎裂。修整后要用废砂轮块和油石将砂轮两边精心倒圆,其倒圆弧之半径为3一5mm.

8.冷却液的选择
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磨削过程中,砂轮和工件表面接触处温度可达1000℃左右。为降低磨削温度,减小磨削力,提高砂轮的耐用度和改善工件表面质量,一般都要使用冷却液。
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A
冷却液的作用
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(1)
冷却作用。冷却液的热传导作用,能有效地改善散热条件,带走绝大部分磨削热,降低磨削温度。

(2)润滑作用。冷却液能渗人到磨粒与工件的接触表面之间,粘附在金属表面上,形成润滑膜,减少磨粒和工件之间的摩擦,从而提高砂轮的耐用度,减小工件表面粗糙度。
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(3)
冲洗作用。冷却液可以将磨屑和脱落的磨粒冲洗掉,防止工件表面划伤。
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(4)
防锈作用。要求冷却液有防锈作用,以免工件和磨床发生锈蚀。

B冷却液的选用

(1)冷却液有油型、水型和磨削液型。
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(2)
油型冷却液润滑性能好而散热性差,易堵塞砂轮,一般不适用于轧辊磨床。
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(3)
磨削液型冷却液冷却和散热性较好,但清洗性能差,易变质,使用寿命短。

(4)水型冷却液散热性能和清洗性能好,不易变质,透明,磨削过程中便于观察,轧辊磨削大都使用这类磨削液。

八.轧辊的磨削
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粗磨

粗磨的目的一般是去掉轧辊表面的疲劳层、去掉“砂眼、啃伤”等缺陷、轧辊配对。粗磨是轧辊磨削的初加工,它要求以最少的时间切除大部分的磨削量,一般选较粗的(即粒度大的)砂轮,且作粗修整,并采用较大的磨削用量。粗磨时,砂轮的损耗较大,在数控轧辊磨床上,为保证恒压力磨削,弥补砂轮的损耗,采用设定每分钟进给若干微米的方式进行,一般为3一10μmm.

磨削时,砂轮和轧辊速度的匹配要合适,当砂轮速度/轧辊速度=30时,磨除量最大。
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粗磨时,进给量不可过大,以免轧辊发生“磨烧伤”,甚至损伤砂轮主轴及轴承;砂轮钝了要及时修整,否则,即使磨削电流(压力)很大,磨削效率也很低。
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B
精磨和抛光(超精磨)

精磨主要用来去掉粗磨的痕迹,磨好辊型和要求的尺寸。抛光(超精磨)主要是磨出要求的粗糙度和表面,磨削量很小。( u( e: w# M9 L4 a) z$ D
轧辊磨削的关键在于控制表面粗糙度。表面粗糙度要均匀,而且表面不能有振纹、螺旋纹、划痕等缺陷。为此,必须从粗磨到抛光的全过程都要平衡有效地控制吃刀深度和走刀量,合理地选择砂轮和轧辊的速度。

C轧辊磨削参数

轧辊磨削参数主要有砂轮速度、轧辊速度、轴向进给速度(量)和径向进给速度(量)。

(1)砂轮速度。砂轮速度有两种表达方式,一是转速(r/min );二是圆周速度(线速度,m/s ),即砂轮外圆表面上任意一点在单位时间内所经过的路程。
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(2)
轧辊速度。轧辊速度一般用转速( r/min)表示。
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(3)
轴向进给速度(量)。轴向进给速度(量)又称为纵向进给速度(量)、走刀速度(量),是指轧辊每转一转相对砂轮在纵向移动的距离,一般用“( 0. 1一0. 6 )砂轮宽度/轧辊每转”来表示。
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(4)
径向进给速度(量)。径向进给速度(量)又称为横向进给量、磨削深度。
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磨削参数的选择
(1)
砂轮速度的选择见表
 
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轧辊磨削砂轮速度参考值:粗、精磨钢质轧辊为25 m/s;抛光(超精磨)为16一20m/s.
轧辊速度的选择见下表
 
 
(3)
径向进给速度(量)的选择见下表

常见轧辊磨削缺陷产生的原因及对策措施
常见轧辊磨削缺陷产生的原因及对策措施见表。
 
 
 

G轧辊磨削后的几项工作

(1)轧辊涂防锈油。防锈油的种类很多,宜选豁度小的,以免污染轧制油;涂油时注意尽量少滴落,以免混人冷却液。
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(2)
裹纸(防尘)。一般用新闻纸,最好是浸过油的,若轧辊使用频繁,更换周期短,也可不浸油。

(3)填写轧辊磨削质量检测记录。记录要准确,为使轧机对辊方使,一般还需贴一份在轧辊上。

(4)吊轧辊下磨床。由于轧辊较重,吊下轧辊时要仔细,不要碰坏设备和伤人。
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当班工作结束后,要正确停机:先停止冷却液,使砂轮空转5一lOmin,以甩干其中的冷却液;停止机床所有的运动后再按总开关,但要保持微机电源供电。
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最后是清洁磨床各部及周围地面,收拾好工量具,清理杂物。