專利名稱：軋輥表面激光毛化處理方法
技術(shù)領(lǐng)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(yīng)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(duì)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(duì)冷軋工作輥的輥面進(jìn)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高的能量密度，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(diǎn)。激光毛化工作原理是，高能量密度(104 106W/cm2)、 高重復(fù)頻率(103~104次/秒)脈沖激光束，聚焦照射到作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軋輥表面， 形成若干微小的小熔池，同時(shí)吹以一定角度的輔助氣體對(duì)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?zhàn)陨頍醾鲗?dǎo)作用下迅速冷卻，形 成微坑和坑邊環(huán)形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的相變硬化點(diǎn)。與此同時(shí)，聚焦激光束與軋輥?zhàn)鬏S 向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成整個(gè)軋輥毛化。
現(xiàn)有的激光毛化設(shè)備如圖1所示，基本組成為激光器和數(shù)控機(jī)床12;數(shù) 控機(jī)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(duì)安裝床頭箱 和尾座，床頭箱上設(shè)置有用于支撐并驅(qū)動(dòng)軋輥11旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸13，而尾座上 則設(shè)置有用于頂緊軋輥11的頂尖14。同時(shí)床身上設(shè)置有同旋轉(zhuǎn)軸13平行的 平移導(dǎo)軌15，平移導(dǎo)軌15上固定有托板(代替車床的車刀架)，托板上安置 有光學(xué)機(jī)構(gòu)，該光學(xué)機(jī)構(gòu)通常被稱作激光毛化頭10，其上設(shè)有單個(gè)或多個(gè)聚 焦頭10-1、 10-2，每個(gè)聚焦頭內(nèi)均設(shè)有若干反射鏡，激光束的聚焦通過這些反 射鏡的反射依次完成。所述激光毛化頭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，并聚焦成單個(gè)或多個(gè)聚焦點(diǎn)垂直落在軋輥11表面，從而 在軋輥11表面形成單路或多路毛化點(diǎn)。
要完成整個(gè)軋輥11的毛化，其工藝過程如下
將直徑為O的軋輥11安裝于數(shù)控機(jī)床12的旋轉(zhuǎn)軸13和頂尖14之間；啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床12,使軋輥ll按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速co勻速旋轉(zhuǎn)；
通過平移導(dǎo)軌15驅(qū)動(dòng)激光毛化頭10沿軋輥11的軸向按照設(shè)定的速度v (通常為10 100mm/min)移動(dòng)同時(shí)啟動(dòng)激光器和激光毛化頭10，調(diào)整脈 沖頻率ol=(2;rOo)/60)ii,其中n為毛化點(diǎn)密度(即單位長度中的毛化點(diǎn)個(gè)數(shù))， ol —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(dòng)相 疊加，使得激光毛化頭10上的聚焦頭相對(duì)軋輥11表面產(chǎn)生螺旋線相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 并定時(shí)向軋輥11表面發(fā)射激光，髙重復(fù)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(dòng)速度v、軋輥11旋轉(zhuǎn)速度co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(yù)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(gè)軋輥11上打滿毛化點(diǎn)， 一組螺旋線不可能布滿整個(gè)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螺旋線，直至布滿真?zhèn)€軋 輥ll,因此數(shù)控機(jī)床12必須不斷地精確定位每一組螺旋線，這對(duì)于一個(gè)較先 進(jìn)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(diǎn)a沿一個(gè)蠊距(0.1-0.4mm)非 常小的蠊旋線分布，由于蠊距A相對(duì)于軋輥11的直徑O (200-700mm)非常 小，因此可以將毛化點(diǎn)分布看作是沿圓周線分布的。整個(gè)軋輥ll面上的毛化 點(diǎn)分布可以看作是很多條平行的圓周線毛化點(diǎn)分布，但一般不對(duì)軋輥11軸線 上的毛化點(diǎn)位置進(jìn)行控制，所以毛化點(diǎn)a在橫向上的分布一般是雜亂的，如圖 2所示。
上述毛化點(diǎn)分布形式帶來下述明顯的缺點(diǎn)
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(xì)的直線劃 痕。仔細(xì)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(diǎn)之間的一條直線 上。分析這些直線劃痕形成的原因，是因?yàn)樵诿c(diǎn)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(shí)形成鐵屑，這個(gè)鐵屑不能夠 被毛化點(diǎn)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。

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(shí)，不會(huì)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，而且能夠大大提高軋輥?zhàn)陨淼哪湍バ?，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(shí)使激光毛化頭沿軋輥的軸向勻速運(yùn)動(dòng)，并定時(shí)向軋輥的 表面發(fā)射激光束在軋輥的表面形成毛化點(diǎn)；其特征在于使聚焦光點(diǎn)在預(yù)設(shè)形 成的螺旋線左右隨機(jī)小幅度擺動(dòng)，從而在軋輥表面產(chǎn)生無規(guī)則分布的毛化點(diǎn)。
本發(fā)明的上述軋輥表面激光毛化處理方法中，進(jìn)一步使激光毛化頭相對(duì)軋 輥表面沿螺距A=0.1~0.8mm的小傾角螺旋線運(yùn)動(dòng)，而將聚焦光點(diǎn)在螺旋線左右 的隨機(jī)擺動(dòng)幅度限定為1個(gè)螺距以下。
本發(fā)明的上述軋輥表面激光毛化處理方法中，具體使用振鏡代替激光毛化 頭上位于聚焦頭內(nèi)的反射鏡，通過驅(qū)動(dòng)振鏡的角度擺動(dòng)，使得入射到聚焦頭內(nèi) 的光束的入射角擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聚焦光點(diǎn)的擺動(dòng)。
當(dāng)然本發(fā)明的上述軋輥表面激光毛化處理方法中，也可以通過激光毛化頭 自身的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)聚焦光點(diǎn)的擺動(dòng)，具體可以是通過在托板上增加一個(gè)蝸 輪機(jī)構(gòu)對(duì)激光毛化頭進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)其沿軋輥軸向的橫向擺動(dòng)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)之間 不再有平滑的直線，故在軋制鋼板的時(shí)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(cuò)排列的毛化凹坑 所吸收，不會(huì)再在鋼板的長度方向上造成劃痕，也不會(huì)使得鐵屑顆粒對(duì)毛化點(diǎn) 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?zhàn)陨淼?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(shí)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(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述 圖1為現(xiàn)有激光毛化設(shè)備示意圖；圖2為現(xiàn)有的軋輥表面毛化點(diǎn)分布示意圖
圖3為采用本發(fā)明方法制作出來的軋輥表面毛化點(diǎn)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(jī)床；13、旋 轉(zhuǎn)軸；14、頂尖；15、平移導(dǎo)軌；a、毛化頭。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:本實(shí)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(shè)備完成，這種激光毛化設(shè)備同現(xiàn)有技術(shù)一樣由激光 器和數(shù)控機(jī)床12組成，數(shù)控機(jī)床12的床身上分別相對(duì)安裝床頭箱和尾座，床 頭箱上設(shè)置有用于支撐并驅(qū)動(dòng)軋輥11旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸13，而尾座上則設(shè)置有用 于頂緊軋輥11的頂尖14。同時(shí)床身上設(shè)置有同旋轉(zhuǎn)軸13平行的平移導(dǎo)軌15, 平移導(dǎo)軌15上固定有托板，托板上安置有激光毛化頭10;本實(shí)施例中該激光 毛化頭IO上設(shè)有第一和第二兩個(gè)聚焦頭10-1、 10-2。同現(xiàn)有技術(shù)所不同的是， 本實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)激光毛化設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，具體是分別采用一個(gè)振鏡來代替 第一聚焦頭10-1和第二聚焦頭10-2內(nèi)位于后部的一個(gè)反射鏡。
在具體的毛化處理過程中，之前的步驟同現(xiàn)有技術(shù)一樣，包括將軋輥11 置于數(shù)控機(jī)床12的旋轉(zhuǎn)軸13上，通過尾座上的頂尖14頂緊；啟動(dòng)數(shù)控機(jī)床 12使軋輥11按設(shè)定的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)數(shù)控機(jī)床12通過平移導(dǎo)軌15 驅(qū)動(dòng)托板及固定其上的激光毛化頭IO沿軋輥ll軸向勻速運(yùn)動(dòng)，并由激光毛化 頭10上的聚焦頭10-1和10-2進(jìn)行聚焦，發(fā)出兩束脈沖激光束照射軋輥11, 兩個(gè)聚焦光點(diǎn)垂直落在旋轉(zhuǎn)的軋輥11表面，從而能夠同時(shí)在軋輥11的表面形 成預(yù)設(shè)的兩條由毛化點(diǎn)a分布排列而成的螺旋線；但與現(xiàn)有技術(shù)所不同的是， 本實(shí)施方案中通過驅(qū)動(dòng)振鏡的角度擺動(dòng)使入射到第一和第二聚焦頭10-1、 10-2 內(nèi)的激光束的入射角均產(chǎn)生擺動(dòng)(振鏡的角度擺動(dòng)幅度和速度都是隨機(jī)的，通 過數(shù)控系統(tǒng)控制程序內(nèi)的隨機(jī)值來決定振鏡的擺動(dòng)動(dòng)作)，導(dǎo)致兩個(gè)聚焦光點(diǎn) 分別在預(yù)設(shè)形成的兩條嫘旋線左右隨機(jī)小幅度擺動(dòng)，從而在軋輥11表面產(chǎn)生 無規(guī)則分布的毛化點(diǎn)a。
本實(shí)施方案中，通過精密數(shù)控系統(tǒng)引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)軸13和平移導(dǎo)軌15聯(lián)動(dòng)，使 得激光毛化頭10柑對(duì)軋輥11表面沿螺距A=0.1~0.8mm的小傾角螺旋線運(yùn)動(dòng) (本實(shí)施例中該螺距A具體被設(shè)定為0.4mm);而將聚焦光點(diǎn)在螺旋線左右的 隨機(jī)擺動(dòng)幅度最髙限制為1個(gè)蠊距即可。當(dāng)激光毛化頭10從軋輥11 一端移動(dòng)至另一端后，最終的毛化點(diǎn)分布是在軋輥11表面分別沿兩個(gè)小傾角螺旋線(近 似圓周線)周圍擺動(dòng)的兩條"曲線"，無規(guī)律的毛化點(diǎn)分布的結(jié)果使得軋輥11 表面圓周上的相鄰兩排毛化點(diǎn)a間的平行"直線"分布消失，如圖3所示。
本實(shí)施方案中，當(dāng)激光毛化頭10運(yùn)動(dòng)到軋輥11的另一端后立即移動(dòng)一個(gè) 蠊距，反向沿另兩條蠊旋線返回起始端；在起始端再移動(dòng)一個(gè)蟪距，沿下兩條 螺旋線繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到末端，直至毛化點(diǎn)a無規(guī)則的布滿整個(gè)軋輥11。
結(jié)合圖3所示，由于通過本實(shí)施例方法制得的軋輥11表面圓周上相鄰兩 排毛化點(diǎn)a之間不再有平滑的直線，故在軋制鋼板的時(shí)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(cuò) 排列的毛化凹坑所吸收，不會(huì)再在鋼板的長度方向上造成劃痕，也不會(huì)使得鐵 屑顆粒對(duì)毛化點(diǎn)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?zhàn)陨淼哪湍バ?，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(shí)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。
當(dāng)然值得一提的是，上述實(shí)施例中聚焦光點(diǎn)的橫向擺動(dòng)也可以通過激光毛 化頭10的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，例如可以通過在托板上增加一個(gè)蝸輪機(jī)構(gòu)對(duì)激光 毛化頭IO進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)其在軋輥11軸向上的橫向擺動(dòng)，而橫向擺動(dòng)的幅 度及速度依舊是隨機(jī)的，通過精密數(shù)控裝置控制程序內(nèi)的隨機(jī)值來決定擺動(dòng)的 動(dòng)作。
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(shí)使激光毛化頭(10)沿軋輥(11)的軸向勻速運(yùn)動(dòng)，并定時(shí)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(diǎn)(a)；其特征在于使聚焦光點(diǎn)在預(yù)設(shè)形成的螺旋線左右隨機(jī)小幅度擺動(dòng)，從而在軋輥(11)表面產(chǎn)生無規(guī)則分布的毛化點(diǎn)(a)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的軋輥表面激光毛化處理方法，其特征在于使激 光毛化頭(10)相對(duì)軋輥(11)表面沿蠊距A=0.1 0.8mm的小傾角螺旋線運(yùn)動(dòng)， 而將聚焦光點(diǎn)在蠊旋線左右的隨機(jī)擺動(dòng)幅度限定為1個(gè)螺距以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的軋輥表面激光毛化處理方法，其特征在于 使用振鏡代替激光毛化頭(10)上位于聚焦頭內(nèi)的反射鏡，通過驅(qū)動(dòng)振鏡的角 度擺動(dòng)，使得入射到聚焦頭內(nèi)的光束的入射角擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聚焦光點(diǎn)的擺動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軋輥表面激光毛化處理方法，其特征在于 通過激光毛化頭(10)自身的機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)聚焦光點(diǎn)的擺動(dòng)。
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(shí)使激光毛化頭沿軋輥的軸向勻速運(yùn)動(dòng)，并定時(shí)向軋輥的表面發(fā)射激光束在軋輥的表面形成毛化點(diǎn)；其特征在于使聚焦光點(diǎn)在預(yù)設(shè)形成的螺旋線左右隨機(jī)小幅度擺動(dòng)，從而在軋輥表面產(chǎn)生無規(guī)則分布的毛化點(diǎn)。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(diǎn)之間不再有平滑的直線，故在軋制鋼板時(shí)，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(cuò)排列的毛化凹坑吸收，不會(huì)再在鋼板的長度方向上造成劃痕，也不會(huì)使鐵屑顆粒對(duì)毛化點(diǎn)造成磨損和破壞，從而既大大提高了鋼板軋制質(zhì)量，又大大提高了軋輥?zhàn)陨淼哪湍バ?，延長了軋輥使用壽命。
文檔編號(hào)B23K26/00GK101642849SQ200910115940
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:蘇州市博海激光科技有限公司