專利名稱：一種軋輥表面激光毛化處理方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種軋輥表面激光毛化處理方法。
背景技術(shù)：
具有特殊表面形貌的冷軋薄鋼板在制造業(yè)中有著廣泛的應用，特別是在汽 車和家電產(chǎn)業(yè)中。毛化冷軋薄鋼板是由表面經(jīng)毛化處理的軋輥軋制而成的，其 毛化的表面形貌特征對鋼板的深沖、涂裝等工藝性能影響極大。
為了改善冷軋薄鋼板的板型、深沖性、延伸率和涂鍍性能，在冷軋薄板生 產(chǎn)工藝中，要求對冷軋工作輥的輥面進行毛化處理，然后軋制出滿足用戶特殊 工藝要求的冷軋毛化鋼板。
激光毛化是采用髙能量脈沖激光束聚焦照射于軋輥表面，利用激光束的髙 亮度在軋輥表面獲得非常髙的能量密度，使激光聚焦處的軋輥表面加熱、熔化 并部分汽化，形成毛化點。激光毛化工作原理是，髙能量密度(104 106W/cm2)、 高重復頻率(103 104次/秒)脈沖激光束，聚焦照射到作旋轉(zhuǎn)運動的軋輥表面， 形成若干微小的小熔池，同時吹以一定角度的輔助氣體對熔池溶融金屬擠壓造 型。光脈沖作用停止后，微坑熔池金屬在軋輥自身熱傳導作用下迅速冷卻，形 成微坑和坑邊環(huán)形凸臺結(jié)構(gòu)的相變硬化點。與此同時，聚焦激光束與軋輥作軸 向相對運動，完成整個軋輥毛化。
現(xiàn)有的激光毛化設備如圖1所示，基本組成為激光器和數(shù)控機床12;數(shù) 控機床12的基本形式與普通車床或磨床相似，其床身上分別相對安裝床頭箱 和尾座，床頭箱上設置有用于支撐并驅(qū)動軋輥11旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸13,而尾座上 則設置有用于頂緊軋輥11的頂尖14。同時床身上設置有同旋轉(zhuǎn)軸13平行的 平移導軌15,平移導軌15上固定有托板(代替車床的車刀架)，托板上安置 有光學機構(gòu)，該光學機構(gòu)通常被稱作激光毛化頭10，其上設有單個或多個聚 焦頭10-1、 10-2。該激光毛化頭10能夠?qū)⑦B續(xù)激光束變換成單路或分成多路 脈沖激光束，聚焦成單個或多個聚焦點垂直落在軋輥11表面，從而在軋輥ll 表面形成單路或多路毛化點。
要完成整個軋輥11的毛化，其工藝過程如下
將直徑為①的軋輥11安裝于數(shù)控機床12的旋轉(zhuǎn)軸13和頂尖14之間； 啟動數(shù)控機床12，使軋輥11按照設定的轉(zhuǎn)速(o勻速旋轉(zhuǎn)；通過平移導軌15驅(qū)動激光毛化頭10沿軋輥11的軸向按照設定的速度v (通常為10 100mm/min)移動同時啟動激光器和激光毛化頭10,調(diào)整脈 沖頻率col=(2;ra)co/60)n，其中n為毛化點密度(即單位長度中的毛化點個數(shù))， tol —般為數(shù)千至數(shù)萬Hz。軋輥11的髙速旋轉(zhuǎn)和激光毛化頭10的橫向移動相 疊加，使得激光毛化頭10上的聚焦頭相對軋輥11表面產(chǎn)生螺旋線相對運動， 并定時向軋輥11表面發(fā)射激光，髙重復頻率的激光在螺旋線上形成密集小坑， 這些小坑的幾何分布是沿著輥身周向一條升角恒定的螺旋線而密集分布的。
控制激光毛化頭10的橫向移動速度v、軋輥11旋轉(zhuǎn)速度(o和斬光盤旋轉(zhuǎn) 速度，使小坑周向間距可控，其范圍是0.1-0.4mm;螺旋線的螺距A=V/(o可控， 其范圍也是0.1-0.4mm。由此在軋輥表面形成可預控的粗糙度值(Ra)和密度 值(PPI),其均勻性好。通過調(diào)節(jié)激光毛化工藝參數(shù)，如激光功率、脈沖頻 率、脈沖波形、輔助氣體種類、方向和流量以及軋輥旋轉(zhuǎn)速度等，可精確控制 軋輥表面的毛化坑型及分布。
為了在整個軋輥11上打滿毛化點， 一組螺旋線不可能布滿整個軋輥11， 則要求毛化完一組螺旋線后必須再從頭開始一組新的蠊旋線，直至布滿真?zhèn)€軋 輥ll，因此數(shù)控機床12必須不斷地精確定位每一組螺旋線，這對于一個較先 進的數(shù)控系統(tǒng)來說不是困難的事。
上述激光毛化工藝的基本特征是毛化點a沿一個螺距(0.1-0.4mm)非 常小的蠊旋線分布，由于螺距A相對于軋輥11的直徑①(200-700mm)非常 小，因此可以將毛化點分布看作是沿圓周線分布的。整個軋輥ll面上的毛化 點分布可以看作是很多條平行的圓周線毛化點分布，但一般不對軋輥11軸線 上的毛化點位置進行控制，所以毛化點a在橫向上的分布一般是雜亂的，如圖 2所示。
上述毛化點分布形式帶來下述明顯的缺點
在鋼板的長度方向容易形成拉傷，形成沿鋼板長度方向的很細的直線劃 痕。仔細觀察這些劃痕，發(fā)現(xiàn)絕大部分劃痕出現(xiàn)在兩排毛化點之間的一條直線 上。分析這些直線劃痕形成的原因，是因為在毛化點之間的這條直線上，軋輥 是平滑的，軋輥與鋼板之間緊密接觸，如果軋制時形成鐵屑，這個鐵屑不能夠 被毛化點凹坑吸收，始終存在于鋼板和軋輥之間，連續(xù)劃出可見的直線痕跡。 另一方面由于軋輥在長度方向出現(xiàn)隱約的"直線"毛化形貌，影響其外觀質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種軋輥表面激光毛化處理方法，由該方法處理出來 的軋輥在軋鋼時，不會在鋼板的長度方向上形成劃痕，不僅能夠確保鋼板的軋 制質(zhì)量，而且能夠大大提髙軋輥自身的耐磨性，延長其使用壽命。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種軋輥表面激光毛化處理方法，包括使軋輥沿自 身軸線勻速旋轉(zhuǎn)，同時使激光毛化頭沿軋輥的軸向勻速運動，并定時向軋輥的 表面發(fā)射激光束在軋輥的表面形成毛化點；其特征在于通過加快激光毛化頭沿 軋輥軸向的運動速度v，使毛化點在軋輥表面沿蠊距A=2mm-200mm的大傾角 螺旋線分布。
本發(fā)明方法中所述激光毛化頭沿軋輥軸向的運動速度v具體被限定為10 200m/min，從而才能夠在軋輥表面得到螺距A=2mm-200mm的大傾角螺旋線毛 化點分布，而現(xiàn)有技術(shù)中該運動速度v僅為10 100mm/min。
本發(fā)明方法中通過調(diào)整激光毛花頭沿壓輥軸向的運動速度v,將所述大傾角 螺旋線的蠊距A優(yōu)選限定為10 200mm。
本發(fā)明方法中通過調(diào)整激光毛花頭沿壓輥軸向的運動速度v,將所述大傾角 螺旋線的螺距A進一步限定為50 180mm。
本發(fā)明方法中通過調(diào)整激光毛花頭沿壓輥軸向的運動速度v,將所述大傾 角蠊旋線的螺距A更進一步限定為100 150mm。
本發(fā)明的優(yōu)點是
通過本發(fā)明方法制作出來的軋輥，由于其表面圓周上相鄰兩排毛化點之間 不再有平滑的直線，故在軋制鋼板的時候，能夠避免軋輥與鋼板在這些部位的 貼合，使產(chǎn)生的鐵屑顆粒能夠很容易的被軋輥圓周方向上交錯排列的毛化凹坑 所吸收，不會再在鋼板的長度方向上造成劃痕，也不會使得鐵屑顆粒對毛化點 造成磨損和破壞，從而既大大提髙了鋼板軋制質(zhì)量，又大大提髙了軋輥自身的 耐磨性，延長了軋輥的使用壽命。
另外通過本發(fā)明方法制作出來的軋輥由于在長度方向不再出現(xiàn)隱約的"直 線"毛化形貌，故在軋制鋼板的時候能夠避免在鋼板橫向軋出有規(guī)律的直線紋 路，從而大大改善鋼板的外觀質(zhì)量。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述圖1為現(xiàn)有激光毛化設備示意圖2為現(xiàn)有的軋輥表面毛化點分布示意圖3為采用本發(fā)明方法制作出來的軋輥表面毛化點分布示意圖。 10、激光毛化頭10-1/10-2、聚焦頭；11、軋輥12、數(shù)控機床；13、旋 轉(zhuǎn)軸；14、頂尖；15、平移導軌；a、毛化頭。
具體實施例方式
實施例1:本實施例所提供的這種軋輥表面激光毛化處理方法依舊采用如 圖1所示的現(xiàn)有激光毛化設備完成，該激光毛化設備由激光器和數(shù)控機床12 組成，數(shù)控機床12的床身上分別相對安裝床頭箱和尾座，床頭箱上設置有用 于支撐并驅(qū)動軋輥11旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸13,而尾座上則設置有用于頂緊軋輥11 的頂尖14。同時床身上設置有同旋轉(zhuǎn)軸13平行的平移導軌15，平移導軌15 上固定有托板，托板上安置有激光毛化頭10;本實施例中該激光毛化頭10上 設有第一和第二兩個聚焦頭10-1、 10-2。
具體的毛化處理過程如下將軋輥11置于數(shù)控機床12的旋轉(zhuǎn)軸13上， 通過尾座上的頂尖14頂緊；啟動數(shù)控機床12使軋輥11按設定的轉(zhuǎn)速(0勻速 旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)速co與現(xiàn)有技術(shù)同，故不再詳述；與此同時數(shù)控機床12通過平移 導軌15驅(qū)動托板及固定其上的激光毛化頭10沿軋輥11的軸向勻速運動，并 由激光毛化頭10上的聚焦頭10-1和10-2進行聚焦，發(fā)出兩束脈沖激光束照 射軋輥ll,激光束的兩個聚焦光點垂直落在旋轉(zhuǎn)的軋輥11表面，從而對軋輥 11進行毛化加工。
由于本實施例中激光毛化頭IO上的聚焦頭為兩個，這兩個聚焦頭10-1、 10-2同時對軋輥11表面進行毛化加工，故在激光毛化頭10從軋輥11 一端移 動至另一端的過程中，能夠在軋輥11的表面形成兩條由毛化點a分布排列而 成的蠊旋線。當激光毛化頭IO運動到軋輥11的另一端后立即移動一個蠊距， 反向沿另兩條螺旋線返回起始端；在起始端再移動一個螺距，沿下兩條蠊旋線 繼續(xù)運動到末端，直至毛化點a布滿整個軋輥11，通過數(shù)控機床12精密數(shù)控 系統(tǒng)內(nèi)預設的程序控制旋轉(zhuǎn)軸13和平移導軌15聯(lián)動，使每一條螺紋線準確錯 位，如圖3所示。
現(xiàn)有技術(shù)中，由于激光毛化頭10沿軋輥11軸向的運動速度v僅為10 100mm/min,根據(jù)公式螺距A=v/ ，可知毛化點a將沿一個螺距非常小(0.1-0.4mm)的蠊旋線分布，由于蠊距A相對于軋輥11主直徑(200-700mm) 非常小，因此可以將毛化點a分布看作是沿圓周線分布的。而本發(fā)明則通過將 激光毛化頭10沿軋輥軸向的運動速度v加快至10 200m/min,使得毛化點a 在軋輥11表面沿螺距A=2mm-200mm的大傾角蠊旋線分布，并且通過調(diào)整激光 毛花頭沿壓輥軸向的運動速度v,該大傾角螺旋線的螺距A優(yōu)選限定為10 200mm，進一步限定為50 180mm，更進一步限定為100 150mm,本實施例 中該螺距A具體被限定為120mm,如圖3所示。
上述軋輥表面激光毛化處理過程中，旋轉(zhuǎn)軸13和平移導軌15之間必須精 密聯(lián)動，根據(jù)程序要求激光毛化頭10必須以大傾角蠊旋線"走"遍整個軋輥 ll表面。在聯(lián)動過程中，旋轉(zhuǎn)軸13應設定為主軸，在整個激光毛化處理過程 中保持旋轉(zhuǎn)軸13具有恒定的轉(zhuǎn)速，這樣才能保證整個軋輥11表面具有均勻的 粗糙度。
結(jié)合圖3所示，由于通過本發(fā)明方法制得的軋輥11表面圓周上相鄰兩排 毛化點a之間不再有平滑的直線，故在軋制鋼板的時候，能夠避免軋輥與鋼板 在這些部位的貼合，使產(chǎn)生的鐵屑顆粒能夠很容易的被軋輥圓周方向上交錯排 列的毛化凹坑所吸收，不會再在鋼板的長度方向上造成劃痕，也不會使得鐵屑 顆粒對毛化點造成磨損和破壞，從而既大大提髙了鋼板軋制質(zhì)量，又大大提高 了軋輥自身的耐磨性，延長了軋輥的使用壽命。
另外通過本發(fā)明方法制作出來的軋輥由于在長度方向不再出現(xiàn)隱約的"直 線"毛化形貌，故在軋制鋼板的時候能夠避免在鋼板橫向軋出有規(guī)律的直線紋 路，從而大大改善鋼板的外觀質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種軋輥表面激光毛化處理方法，包括使軋輥(11)沿自身軸線勻速旋轉(zhuǎn)，同時使激光毛化頭(10)沿軋輥(11)的軸向勻速運動，并定時向軋輥(11)的表面發(fā)射激光束在軋輥(11)的表面形成毛化點(a)；其特征在于通過加快激光毛化頭(10)沿軋輥(11)軸向的運動速度v，使毛化點(a)在軋輥(11)表面沿螺Δ＝2mm-200mm的大傾角螺旋線分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種軋輥表面激光毛化處理方法，其特征在于所 述激光毛化頭(10)沿軋輥(11)軸向的運動速度v限定為10 200m/min。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種軋輥表面激光毛化處理方法，其特征在 于所述大傾角蠊旋線的螺距A進一步限定為10 200mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種軋輥表面激光毛化處理方法，其特征在于所 述大傾角螺旋線的蠊距A進一步限定為50 180mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種軋輥表面激光毛化處理方法，其特征在于所 述大傾角螺旋線的螺距A進一步限定為100 150mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軋輥表面激光毛化處理方法，包括使軋輥沿自身軸線勻速旋轉(zhuǎn)，同時使激光毛化頭沿軋輥的軸向勻速運動，并定時向軋輥的表面發(fā)射激光束在軋輥的表面形成毛化點；通過加快激光毛化頭沿軋輥軸向的運動速度v，使毛化點在軋輥表面沿螺距Δ＝2mm-200mm的大傾角螺旋線分布。通過本發(fā)明方法制作的軋輥，由于其表面圓周上相鄰兩排毛化點之間不再有平滑的直線，故在軋制鋼板時，能夠避免軋輥與鋼板在這些部位貼合，使產(chǎn)生的鐵屑顆粒能被軋輥圓周方向上交錯排列的毛化凹坑吸收，不會再在鋼板的長度方向上造成劃痕，也不會使鐵屑顆粒對毛化點造成磨損和破壞，從而既提高了鋼板軋制質(zhì)量，又提高了軋輥自身的耐磨性，延長了軋輥使用壽命。
文檔編號B21B28/02GK101642778SQ200910115939
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者孫長東, 焄 王, 鄧國華, 陳培鋒 申請人:蘇州市博海激光科技有限公司