影响电火花毛化床轧辊毛化质量的因素分析与研究.doc

影响电火花毛化床轧辊毛化质量的因素分析与研究摘要：本文深入论述了影响电火花毛化床轧辊毛化质量的因素，并分别提出了解决办法，而且提出了毛化床使用过程中的注意事项。关键词：粗糙度 表面缺陷 电流 通电时间 断电时间 间隙 辊形 电介质液1 前言：唐钢冷轧薄板厂电火花毛化床由英国沙克拉德公司制造，于2005年12月投入使用。毛化辊的质量主要表现在表面粗糙度、均匀分布度以及是否有表面缺陷上。影响毛化辊质量的因素复杂多样，经过近10个月的质量跟踪、分析研究，最终找出了改善毛化质量的方法，满足了冷轧厂各车间对毛化辊的质量要求。2 电火花毛化床的工作原理：2.1概述电火花毛化床基于放电加工原理制造，对一个预先磨削好的轧辊进行表面毛化处理，并且不改变轧辊的原有直径和辊形，在毛化过程中，电极和轧辊正在被毛化的部分浸泡在电介质液中，电极上通有正极性或负极性的脉冲直流电，轧辊的电势为零，电介质液在电介质液未通电的时候呈现电绝缘性能，通电后呈电导性，于是电极与轧辊之间存在一个脉冲电势差，电极瞬时通电时与轧辊之间产生一个电火花，每个电火花在轧辊表面形成一个麻坑。脉冲电流连续通断，轧辊表面逐渐被毛化。2.2 电火花的产生过程电火花产生在一个非常短的周期内，该周期由通电时间和断电时间两部分组成，毛化过程中电火花的频率一般在4-400khz以内。图1为毛化过程中电极与轧辊之间电压以及电流的时序图，图中td为通电延时时间，此时间段内电介质液被逐渐电离，下面详细论述电火花的产生过程。图1l 电极被给定初始电压，电极与轧辊之间的电压上升，并且电介质液中的添加物逐渐电离，在电极与轧辊之间逐渐形成电导桥，此时电介质液呈现绝缘状态。l 经过一段延时时间（td）后电介质液电离完成，电介质液绝缘被破坏而呈现电导性，电极与轧辊之间的电导桥形成，电极与轧辊之间的电压下降，等离子体开始放电，电极电源有电流流出，电火花产生。l 电火花逐渐变大，轧辊以及电极表面的金属开始熔化蒸发，轧辊表面开始产生麻坑，一个蒸汽气泡形成，然后迅速破裂。l 在通电时间末端，电火花放出的热量最大，通电时间结束后毛化电源关断后，电压和电流迅速下降，电介质液电离状态被破坏，不再有热量产生，蒸发的轧辊以及电极表面的金属随着气泡排出，同时熔化的金属在麻坑附近重新凝固l 在断电时间内电压保持为零，蒸汽气泡破裂，残留物混入周围的电介质液中，烟雾从电介质液池中排出，直到电介质液状态稳定后，继续开始下一个电火花周期。3 影响毛化质量的因素：3.1 影响粗糙度及均匀分布度的因素3.11 毛化电流：由2.2章节可知电流越大，电火花产生的热量越大，轧辊表面金属熔化蒸发的速度也就越快，产生的麻坑也就越深、越大，轧辊的粗糙度也就越大，根据我厂的使用情况开，每增加1am的电流，轧辊的粗糙度大约增加0.1Ra。但是如果电流过大，电极熔化的速度过快，来不及蒸发，滴在轧辊表面形成黑点。3.12 通电时间：通电时间越长，电火花放出的热量越多，轧辊表面形成的麻坑也就越深、越大，轧辊的粗糙度越大，根据我厂的使用情况每增加1s，轧辊粗糙度大约增加0.1Ra。但是通电时间不能无限制的增大，如果时间太长在轧辊表面将出现竖纹等表面缺陷。3.13 轧辊旋转速度和轧辊移动速度：这两个速度并不直接影响麻坑的大小，这两个速度主要影响均匀分布度，轧辊旋转速度越快，均匀分布度越好；轧辊的移动速度越慢，均匀分布度越好。3.14轧辊与电极之间的间隙：间隙越大，电介质液电离所需要的时间就越大，那么在通电时间内有效的毛化时间也就越小，这样势必会减小轧辊的粗糙度，当间隙过大时，在通电时间内，电介质液无法被电离，也就无法产生电火花，无法进行毛化工作。而且维持一个稳定的电火花，间隙也不能太大，所以必须把间隙控制在最大值以内。但是如果间隙过小，将存在电极与轧辊碰撞的危险。3.15 电介质液：在电介质液里添加一定量的添加剂，当电极上通有脉冲直流电时产生电离，在轧辊与电极之间形成一个电导桥，进行放电，产生电火花。添加剂浓度越大，电介质液就越容易电离，通电时间内有效的毛化时间越长，轧辊表面产生的麻坑越大，粗糙度越大。但是如果添加剂浓度过高时，电极与轧辊完全导通，也不会产生电火花，无法进行毛化工作。电极与轧辊的间隙就越小，将存在电极与轧辊碰撞的危险。在正常的生产过程中添加剂不断的被消耗，而且毛化轧辊时蒸发的金属有少部分混入电介质液中，这些都直接影响电介质液的导电性能，因此要定期向过滤电介质液，并重新添加添加剂。3.16 辊形:一般情况下，由于毛化床有自动调节间隙的功能，因此辊形对粗糙度及均匀分布度的影响并不大，但如果辊形椎度太大或是CVC曲线时，由于我厂每个毛化头上有18个电极，这18个电极与轧辊间距相差太大的情况，每个电极在轧辊表面产生的麻坑大小相差较大，这将影响最终的毛化质量，因此为了提高毛化质量，在毛化这样轧辊时，适当的加大轧辊与电极的间隙，一定程度上能够消除辊行的影响3.2 毛化辊表面缺陷及产生的原因：3.2.1 轧辊磨削或储存过程中产生的缺陷对毛化的影响：轧辊在磨削或存储过程中出现的缺陷主要有：划伤，水痕，手印，锈斑，震纹，走刀纹。水痕、手印，轻微的锈斑、划伤、走刀纹、震纹在毛化过程中能够被消除，但一般情况下需要多执行一次毛化程序，才能保证较高的毛化质量，若果情节比较严重，就需要重新磨削。因此要加强管理，提高轧辊的磨削质量，妥善储存运输轧辊，在毛化轧辊前把轧辊清理干净，保证毛化质量。3.2.2 毛化过程中产生的缺陷：A）震纹：毛化过程中出现震纹的原因主要有三种，首先当电极间隙伺服控制系统出现故障时，电极与轧辊之间无法保持稳定的间隙；其次轧辊的辊颈部位有缺陷，致使轧辊在旋转过程中出现抖动，电极与轧辊无法保持稳定的间隙，这种情况一般表现为轧辊周期性震动；再次轧辊的辊形坡度太大，同一打毛头上的电极与轧辊之间的间隙差异太大，无法保持稳定。要避免震纹的出现，首先要经常维护保养间隙伺服系统，使其动作迅速、可靠、正常；其次及时清理辊颈杂物，加强润滑，修复辊颈缺陷；若果毛化辊形变化较大的轧辊，适当增加轧辊与电极的间隙，减小辊形对毛化质量的影响B）弧形条纹：当一个或多个电极产生连续的电弧放电时会出现此种缺陷，一般情况下表现为在轧辊表面形成连续或半连续的亮螺纹，有时也表现为在轧辊表面的不连续的出现较大的麻坑，下面详细叙述此种缺陷出现的原因：l 断电时间不足，电介质液介电性能没有完全恢复时就重新通电，造成电极灭弧不成功，连续放电。l 大的碎片（如纸屑，布片，胶皮等）进入电极与轧辊之间，电介质液介电离能变差，造成电极与轧辊实际距离变小，与轧辊碰撞。l 电极之间出现短路，致使电流加大，金属熔化速度加快，造成轧辊表面出现亮斑l 电极表面的绝缘被破坏l 某个电极电源出现故障为了避免此类缺陷应当采取以下措施：l 不使用碎布或纸巾清理毛化辊表面，以防止它们混入电介质液中去，这些东西将造成毛化辊的弧形条文缺陷。用橡胶刷清理残留在毛化辊表面的电介质液。l 及时清理电介质液回路中的过滤器滤网，避免杂物混入电介质液中去l 定期过滤电介质液，填充添加剂。C）毛化螺纹如果轧辊旋转速度与轧辊行进速度配比不合适，轧辊表面将出现毛化螺纹，较好的配比关系为：行进速度(mm/min)旋转速度 (rpm) 0.5电极直径 (mm) 5mm D）黑点：当一个或多个电极供电模块出现故障后，可能造成电极电流过大，致使电极熔化过快，滴到轧辊表面形成黑点。E）粗糙度异常变小：使用同一个毛化程序，轧辊的粗糙度变化过大，这主要是由于电介质液中被污染造成的。F）粗糙度异常增大或电极伺服系统异常：电介质液中添加剂浓度过小或电介质液回路堵塞、电介质液流量太小会造成粗糙度异常变大或电极伺服系统异常现象。G）磕痕：有时轧辊表面会出现黄色金属亮点，产生这种现象的原因有：l 在电火花产生的过程中，电极受到一个电磁力的作用，这个力造成电极轻微的震动，致使电极松动，甚至脱离电极基座，电极与轧辊发生碰撞，产生磕痕l 轧辊没有水平放置，造成轧辊在旋转过程中抖动 与电极发生碰撞。因此要时常检查电极是否松动，保证电机紧固；及时维护保养轧辊找正系统，确保轧辊水平放置，这样就能避免磕痕的产生。4 结语：根据上文论述的各因素对轧辊毛化影响，毛化床在使用过程中应注意以下事项： l 加强管理，保证毛化前轧辊表面质量l