路紀(jì)軒，黃東海

(好富頓(上海)高級(jí)工業(yè)介質(zhì)有限公司，奎克好富頓集團(tuán)，上海 201613)

隨著人民生活水平的提高，對(duì)鋁材表面要求越來越高，使各生產(chǎn)企業(yè)不得不提升各工序產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)熱軋來說，軋輥和鋁軋件長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受高溫、高壓，在軋輥表面上形成鋁、鋁氧化物和軋制油的薄膜“涂層”[1]?！巴繉印敝苯佑绊戃埣砻尜|(zhì)量。輥刷可有效控制軋輥表面“涂層”厚度及其均勻性，使輥面粘鋁層處于一個(gè)理想穩(wěn)定狀態(tài)[2]。結(jié)合某鋁廠1 850 mm單機(jī)架雙卷取熱軋機(jī)軋制情況，探討輥刷使用要素對(duì)軋制5052鋁合金帶材表面質(zhì)量的影響。

1 輥刷的結(jié)構(gòu)及使用要素

1.1 輥刷的結(jié)構(gòu)

四輥1 850 mm單機(jī)架雙卷取熱軋機(jī)工作輥直徑為850 mm。輥刷安裝在上、下工作輥軸承座的出口側(cè)，每根輥刷由單獨(dú)的電機(jī)帶動(dòng)。輥刷直徑為300 mm～305 mm，轉(zhuǎn)速0～1 200 r/min，在正常軋制過程中，輥刷軸向竄動(dòng)行程為 ±20 mm，振蕩頻率為20次/min，輥刷頂靠缸的壓力為 4.5 MPa，輥刷有霍達(dá)尼的尼龍刷和奧斯本的鋼絲刷兩種類型。

輥刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)由輥刷、驅(qū)動(dòng)裝置、加壓裝置、軸向竄動(dòng)裝置、冷卻潤(rùn)滑裝置組成，該系統(tǒng)與軋機(jī)的出口導(dǎo)板一體安裝在工作輥軸承座上。

圖1 輥刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure drawing of roll brush system

輥刷由軸承座、空心軸、刷毛、萬向連接軸、支撐座組成。

驅(qū)動(dòng)裝置由萬向連接軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、速度控制系統(tǒng)組成。

軸向竄動(dòng)裝置由液壓缸、快換接頭、液壓控制系統(tǒng)組成。

加壓裝置由擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括彈簧)、兩個(gè)液壓缸、液壓控制系統(tǒng)組成。

冷卻系統(tǒng)由壓力軟管、旋轉(zhuǎn)接頭、電磁控制閥組成。

1.2 輥刷的類型

輥刷按照刷毛不同可以分為兩種：一種為彈簧鋼絲刷， 刷毛直徑為0.3 mm～0.4 mm，裝配密度約100根/cm2～120根/cm2；另一種為尼龍輥刷，刷毛為碳化硅尼龍絲，包括單根毛刷和集束三根毛刷[3]，刷毛直徑為0.6 mm～0.7 mm，裝配密度約50根/cm2～60根/cm2(如圖2所示)。

圖2 刷毛類型Fig.2 Types of bristles

按照纏繞方式可分為碟片式輥刷和纏繞式輥刷(如圖3所示)。

圖3 刷毛纏繞方式Fig.3 Bristles winding mode

1.3 輥刷的使用要素

輥刷的使用要素包括：輥刷壓靠量(刷痕寬度)，輥刷的轉(zhuǎn)速，震蕩頻次(軸向竄動(dòng)頻率)，刷毛類型(鋼絲、尼龍)，輥刷的沖洗冷卻(外沖、內(nèi)沖)。

2 輥刷使用要素對(duì)5052鋁合金帶材表面質(zhì)量影響

2.1 尼龍輥刷對(duì)帶材表面質(zhì)量的影響

采用集束三根毛的尼龍輥刷，觀測(cè)刷痕寬度、輥刷轉(zhuǎn)速、輥刷沖洗冷卻、震蕩頻次等因素對(duì)5052鋁合金帶材表面質(zhì)量的影響。

1)刷痕寬度

刷痕寬度是指輥刷由液壓缸壓靠于軋輥表面與輥面接觸弧的投影長(zhǎng)度[4]。其測(cè)定方法如圖4所示，將輥刷壓靠在軋輥上，在軋輥不轉(zhuǎn)的情況下，給定輥刷一個(gè)恒定的推力并旋轉(zhuǎn)30 s[5],這時(shí)所測(cè)量輥刷與輥面接觸弧長(zhǎng)的投影長(zhǎng)度即為刷痕寬度。

圖4 刷痕寬度的測(cè)定Fig.4 Determination of brush mark width

在輥刷轉(zhuǎn)速為500 r/min，輥刷的內(nèi)外沖洗冷卻正常運(yùn)行，震蕩頻次為20次/min條件下，試驗(yàn)對(duì)比刷痕寬度分別為10 mm、28 mm、50 mm的軋輥和帶材表面質(zhì)量，結(jié)果如圖5所示。

由圖5a可見，輥面粘鋁層較厚，對(duì)應(yīng)的帶材表面黑點(diǎn)、黑條明顯(圖5b)；圖5c的輥面粘鋁層較均勻，對(duì)應(yīng)的帶材表面較細(xì)膩均勻(圖5d)；圖5e所示的輥面有較多橘皮紋, 對(duì)應(yīng)的帶材表面橘皮紋明顯(圖5f)。由此可見， 在刷毛、轉(zhuǎn)速、冷卻沖洗、震蕩頻次均相同情況下，刷痕寬度較小時(shí)，對(duì)軋輥表面清刷不足，軋輥表面“涂層”較厚，軋制時(shí)“涂層”不均勻脫落，使帶材表面黑點(diǎn)、黑條明顯；刷痕寬度較大時(shí)，軋輥表面粗糙度急速下降，更易形成表面橘皮紋；只有適中的刷痕寬度才能較好控制軋輥表面的“涂層”，進(jìn)而軋制出較均勻細(xì)膩的帶材表面。

圖5 刷痕寬度對(duì)軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響Fig.5 Influence of brush mark width on surface quality of the roll and strip

2)輥刷轉(zhuǎn)速

在輥刷的刷痕寬度為28 mm，輥刷的內(nèi)外沖洗冷卻正常運(yùn)行，震蕩頻次為20次/min條件下，采用150 r/min、500 r/min、 850 r/min三種不同輥刷轉(zhuǎn)速進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比軋輥和帶材表面質(zhì)量，結(jié)果如圖6所示。

由圖6a、b可見，當(dāng)輥刷轉(zhuǎn)速為150 r/min時(shí)，輥面粘鋁層較厚，對(duì)應(yīng)的帶材表面黑點(diǎn)較多；當(dāng)輥刷轉(zhuǎn)速為500 r/min時(shí)，輥面粘鋁層均勻，對(duì)應(yīng)的帶材表面較細(xì)膩，如圖6c、d所示；當(dāng)輥刷轉(zhuǎn)速為850 r/min時(shí)，輥面較亮無粘鋁層，對(duì)應(yīng)的帶材表面紋路較重，如圖6e、f所示。由此可見，在刷毛、刷痕寬度、冷卻沖洗、震蕩頻次均相同情況下，當(dāng)輥刷轉(zhuǎn)速較慢時(shí)，輥刷對(duì)軋輥表面涂層清刷能力不足，使帶材表面黑點(diǎn)明顯；當(dāng)輥刷速度很快時(shí)，又對(duì)軋輥表面涂層清刷過度，使帶材表面紋理較明顯；只有適中的輥刷速度才能較好的控制軋輥表面的涂層[6]，進(jìn)而軋制出較好的帶材表面。

圖6 輥刷轉(zhuǎn)速對(duì)軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響Fig.6 Influence of rotational speeds of roll brush on surface quality of the roll and strip

3)輥刷的沖洗冷卻

輥刷內(nèi)、外沖洗冷卻噴淋的主要目的：一是帶走輥刷與軋輥相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的摩擦熱，二是清洗刷輥產(chǎn)生的污垢(磨耗粉)[7]。當(dāng)內(nèi)、外沖洗效果不佳時(shí)，輥刷上會(huì)聚集大量鋁粉，輥面“涂層”厚度不均，導(dǎo)致帶材表面殘留污漬。

在輥刷轉(zhuǎn)速為500 r/min，輥刷的刷痕寬度為28 mm，震蕩頻次為20次/min條件下,試驗(yàn)對(duì)比打開或關(guān)閉輥刷沖洗冷卻對(duì)軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響，結(jié)果如圖7所示。

由圖7a、b可見，當(dāng)輥刷的內(nèi)、外沖洗關(guān)閉時(shí)，輥刷及軋輥表面“涂層”嚴(yán)重不均，對(duì)應(yīng)的帶材表面有大量不均的污漬殘留；當(dāng)輥刷的內(nèi)、外沖洗打開，軋輥表面“涂層”較均勻，對(duì)應(yīng)的帶材表面較干凈細(xì)膩，如圖7c、d所示。由此可見使用輥刷的沖洗冷卻是必要的。

圖7 輥刷沖洗對(duì)軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響Fig.7 Effect of washing of roller brush on surface quality of roller and strip

4)輥刷震蕩頻次

輥刷的震蕩頻次主要是指輥刷沿軸向竄動(dòng)的頻率。在輥刷的刷痕寬度為28 mm，輥刷的內(nèi)外沖洗冷卻正常運(yùn)行，輥刷轉(zhuǎn)速均為500 r/min條件下，打開、關(guān)閉輥刷的震蕩(震蕩頻次為20次/min)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖8。

由圖8可見，輥刷震蕩關(guān)閉時(shí)，軋輥表面有間距不等的色差帶，帶材表面色差帶與軋輥表面的相對(duì)應(yīng)；輥刷震蕩打開時(shí)，軋輥表面“涂層”較均勻，對(duì)應(yīng)的帶材表面較均勻 。因此，為得到較均勻細(xì)膩的帶材表面，輥刷使用合理的震蕩頻次也是必要的。

圖8 震蕩對(duì)軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響Fig.8 Effect of vibration on surface quality of the roll and strip

2.2 不同輥刷材質(zhì)對(duì)帶材表面質(zhì)量的影響

在輥刷轉(zhuǎn)速均為500 r/min，輥刷內(nèi)外沖洗冷卻正常運(yùn)行，震蕩頻次為20次/min，刷痕寬度28 mm，對(duì)比鋼絲輥刷與尼龍輥刷對(duì)帶材表面質(zhì)量的影響，結(jié)果如圖9所示。

由圖9a、b可見，使用鋼絲輥刷的軋輥表面肋部有明顯的粘鋁，對(duì)應(yīng)的帶材表面的肋部出現(xiàn)了明顯的黑點(diǎn)黑條；使用尼龍輥刷的軋輥表面涂層較均勻，對(duì)應(yīng)的帶材表面較細(xì)膩，如圖9c、d所示。

圖9 輥刷材質(zhì)對(duì)軋輥和帶材表面質(zhì)量的影響Fig.9 Influence of roll brush material on surface quality of the roll and strip

對(duì)比可以看出，在其他條件相同的情況下，使用鋼絲輥刷時(shí)，其清刷能力較強(qiáng)，但因壓靠時(shí)輥刷的撓度有限[8]，導(dǎo)致軋輥肋部或一側(cè)容易出現(xiàn)清刷不到的情況，使輥面局部產(chǎn)生粘鋁層過厚，進(jìn)而形成局部的表面黑點(diǎn)、黑條。使用尼龍輥刷時(shí)，其清刷能力稍弱(但可以通過壓靠進(jìn)行彌補(bǔ))，尼龍刷的撓度比較大，對(duì)軋輥表面涂層清刷效果較均勻，帶材表面也較均勻細(xì)膩。

需要指出的是，在大軋制力、大壓下量的情況下為得到足夠的清刷效果，采用鋼絲輥刷是必要的，但要控制好刷痕寬度和兩側(cè)的一致性。尼龍輥刷雖然清刷比較均勻，在大軋制力情況下清刷效果有限，要綜合考慮后做出選擇。

3 結(jié)束語

通過對(duì)比試驗(yàn)方式，探討了輥刷使用要素對(duì)5052鋁合金帶材表面的粘鋁、黑點(diǎn)、黑條、色差及均勻細(xì)膩度的影響，說明輥刷對(duì)控制帶材表面質(zhì)量十分重要。在輥刷實(shí)際使用過程中，這些要素相互關(guān)聯(lián)，只有優(yōu)化輥刷的全部使用要素，才能使軋制的帶材表面質(zhì)量處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。