1、板坯修磨机的恒线速磨削赵智忻 董 菁Constant Linear Velocity Grinding of Slab GrinderZhao Zhixin and Dong Jing(Taiyuan Iron and Steel (Group) Co Ltd, Taiyuan 030003)板坯修磨机是冶金企业对不锈钢连铸坯进行表面加工的设备，经过砂轮对钢坯表面的磨削，去除氧化层和表面缺陷，是提高产品质量的重要手段之一。影响该工序成本的重要因素是金属去除率和磨削比。金属去除率用单位时间内磨掉的金属重量来评价，磨削比是指磨掉的金属重量与消耗的砂轮重量之比。根据磨削动力学原理，要达到大的金属去除
2、率，主要的方法是提高砂轮的线速度和增大磨削压力。但是，提高磨削压力和砂轮线速度会影响砂轮使用寿命，因此，必须寻求最佳加工工艺。本文通过先实现砂轮恒线速控制，进而再研究降低工序成本的加工工艺。1 恒线速高速磨削当前，国际上对磨床的研究正朝着砂轮线速度的高速化发展，最高线速已达 200 m/s以上。国外已有直接连续测量砂轮直径，采用直流电机调速，进行砂轮恒线速度控制的钢坯修磨机。高速磨削是一种先进的磨削工艺(砂轮线速度60 m/s)，不仅可以获得优良的加工表面，磨削效率还可大大提高。高速磨削比低速磨削的金属去除率要提高 23%77%，砂轮寿命可以提高 1倍以上 1 。从磨削压力与磨削深度和砂轮磨损
3、之间的关系 2 可以看出：提高生产效率与降低生产成本要综合平衡。磨削时的金属去除率 Q(mm3/min或 kg/min)可由下式确定：Q=hom.Ac A c=Bf.v式中 h om 同时参加磨削的所有磨粒的瞬时切削厚度之和/mm；A c在 1 min内参加磨削的砂轮表面积/mm 2；B f砂轮实际有效宽度/mm；v砂轮线速度/mm .min-1。可以看出，金属去除率与砂轮线速度成正比，提高砂轮线速度是提高磨削效率的关键因素。太钢板坯修磨机采用恒转速拖动方式，砂轮直径范围 D=610380 mm，直径最大时，线速度为 70 m/s，最小时，为 43.6 m/s。操作工人为提高磨削效率，往往在砂
4、轮直径较小时采取加大磨削压力的方法，形成低线速、大压力不合理磨削，磨削质量低，砂轮消耗大。提高砂轮线速度，首先要实现砂轮的恒线速控制，这样才能保证砂轮磨损后的使用寿命期间内线速度提高；其次，提高砂轮线速度和增大磨削压力，受到砂轮强度的限制；传动皮带的性能、轴润滑条件等也是提速的制约因素。公司板坯修磨机使用美国进口的砂轮，允许工作压 力 10 kN，允许工作线速度 80 m/s，本课题限定最大磨削压力 6kN，最大砂轮线速度 75 m/s。2 砂轮恒线速控制的实现实现砂轮恒线速度控制，首先要有一套调速控制系统，随着砂轮的磨损，不断提高砂轮的转速，从而保持砂轮的线速度不变。本调速系统采用交流变频调
5、速，变频装置选用西门子 6SE71变频器，线速度检测采用在线检测砂轮直径的方法，根据砂轮直径的变化，自动调节砂轮转速，实现恒线速控制。控制系统原理框图如下：图 1 控制系统原理框图Fig.1 Schematic diagram of control system太钢板坯修磨机采用杠杆式砂轮升降支撑机构，随着砂轮直径的变化，杠杆将以轴为支点旋转不同的角度，检测旋转角度的大小，即可计算出砂轮的直径。检测原理如图 2所示。图 2 检测原理图Fig.2 Principle schematic of detection砂轮直径计算公式如下：D=2(H-h-Lsin)式中 D砂轮直径/mm;H支点距台车平
6、面高/mm；h板坯厚度/mm；杠杆旋转角度/度；L杠杆长度/mm。 3 恒速磨削的结果3.1 金属去除率在两台相同的板坯修磨机上对比磨削试验的结果如表 1所示。表 1 磨削的试验结果Table 1 Testing results of grinding设备号砂轮线速度/m .s-1调速系统加工时间/min金属切除量/kg金属切除率/kg.min-1加工质量895172.6恒转速恒线速60403703706.159.23粗糙光滑由表 1可以看出，当砂轮线速度由 51 m/s提高到 72.6 m/s时，金属去除率由 6.15 kg/min提高到 9.23 kg/min，提高了 50%；加工时间由
7、60 min减少到 40 min，磨削效率提高了 30%。工件表面加工质量显著提高。3.2 磨削比8 #(恒转速)和 9#(恒线速)两台磨床的钢坯加工量和砂轮消耗统计见表 2。表 2 钢坯加工量和砂轮消耗Table 2 Abrasive wheel consumption and grinding volume of billet时间 设备号 磨钢量/t 砂轮消耗量/片 磨削比1998年 6月 89 324546 79 62.782.21998年 7月 89 10001500 2325.5 58.978.941998年 8月 89 12001500 2725.5 60.278.94累 计 89
8、 25243546 5760 59.7980.3由表 2可以看出，砂轮由恒转速控制改为恒线速控制以后，磨削比由 59.79提高到 80.3，砂轮消耗降低 25.58%。 4 结论板坯修磨机实现高恒线速磨削不仅可以显著提高磨削效率和磨削质量，同时可以减少砂轮消耗，降低工序成本，是板坯修磨机的改造方向。作者简介：赵智忻，男，57 岁，高级工程师。1966 年毕业于北京钢铁学院工企自动化专业。从事冶金设备电气传动自动化研究和开发工作。作者单位：太原钢铁(集团)有限公司，太原 030003参考文献1 沙道航.冶金自动化，1997，21(4)：102 J.卡兹马莱科著.切削、磨料及腐蚀加工原理.北京：机械工业出版社，1985.225
