CN105290547B - 一种低粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种低粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工方法,通过调整设备运行精度、改变轧辊磨削行程、减少毛化横向色差、避免毛化轧辊表面弧化、改进毛化轧辊表面亮点和划伤缺陷、改变毛化辊驱动器结构的步骤,实现粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工。与现有的技术相比,本发明的有益效果是:不改变电火花毛化设备的高效率、低运行成本以及优良的无序冷轧辊表面形貌等性能的情况下,将电火火毛化冷轧轧辊的最低粗糙度值降低到1.2μm,每平方厘米的峰值数提高到130点以上,可以明显提高冷轧汽车板的喷涂和冲压性能,在高端冷轧汽车板生产中有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及电火花毛化领域,特别是一种低粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工方法。
背景技术
在目前的钢铁工业生产中,常用的有三类毛化冷轧轧辊的方法,第一类,喷丸毛化技术(SBT),第二类,电火花毛化技术(EDT),第三类,激光毛化技术(LBT),另外,还有电子束毛化技术、喷墨毛化技术、以及镀铬毛化技术,但受技术限制,这三种技术尚未广泛应用于钢铁工业生产。
第一类毛化技术是使用最早的毛化技术,因设备成本低,设备结构相对简单,早期曾广泛应用于冷轧轧辊的毛化作业中,但因其控制精度差,毛化的重复性很难再现,在高端的冷轧行业中该技术已经被淘汰;第三类毛化技术属于较新的毛化技术,因其控制精度高备受关注,但实际工业应用中并不理想,一是工作效率低,二是其毛化后的轧辊表面凹坑过于整齐和具有规则,喷涂后的钢板存在明显色差,制约了它的应用,近年虽然出现了无序激光毛化技术,但属于有限无序,与喷砂和电火花技术的无序存在明显不同,仍不具备广泛应用的条件。
第二类毛化技术仍属于目前应用最广泛,行业认可度最高的毛化技术,其控制精度明显优于喷丸毛化技术,工作效率明显高于激光毛化技术,设备运行成本也较低,且属于纯无序毛化,是现在冷轧轧辊毛化的主流设备。
在现在电火花技术中,毛化后轧辊的粗糙度主要集中在2.0~4.5μm,尽管多数设备厂家承诺设备的加工能力是Ra=1.0~12μm,但Ra>4.5μm的实际应用意义不大,在轧辊加工上很少应用,且喷丸毛化技术也可以满足要求,而Ra<2.0μm的技术在实际应用中却非常困难,磨削缺陷覆盖、表面粗糙度均匀性、表面色差控制、表面划伤控制等问题都很难实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工方法,通过改进设备结构,改变轧辊磨削行程、减少毛化横向色差、避免毛化轧辊表面弧化、改进毛化轧辊表面 两点和划伤缺陷的步骤,实现粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工,提高单位面积内有效凹坑或尖峰值数。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案实现:
一种低粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工方法,具体操作步骤如下:
1)在初磨磨削中,增加两道次磨削行程,消除横印缺陷;
中磨中,中磨过程中的转速为30r/min,Z轴速度控制在2400~2600mm/min,X轴进给量控制在0.3mm/min以下,同时增加中磨次数1~2个道次;
精磨中,Z轴速度为2200mm/min,砂轮转速35m/s,将绝对电流修整由2道次增加到4道次,并且使与之相对的绝对电流的数值变化程递减的趋势,每一行程绝对电流减少1~2A,使轧辊表面粗糙度达到Ra≤0.3μm;
2)利用百分表调整电火花毛化设备前后托架的中心位,使工件中心与机床中心偏差控制在20μm以内;火花的出现的时间用微秒来测量,毛化过程中火花的频率在4~400KHz之间,选择脉间值大于脉宽值至少5ms;
3)将电解质的流量设定为60升/分钟,电解池的大小为20升,每20秒就能使电解液完全更换;
4)低粗糙度轧辊的电解质配比为每1000L的电解油配9kg石墨粉末,石墨粉末为300目,电解油中的石墨使电流通过间隙产生传导桥,同时增加了火花能够跳跃的距离;石墨颗粒保证桥的距离变成恒定值,轧辊与电极之间的规定距离范围0.05~0.15mm,能够允许更多的电解质在轧辊和电极之间流动,电压的增加和电解质中的物质,通过间隙形成一个导电桥;
5)在打毛头到达轧辊边部后,打毛头转向进行反向毛化80mm;
6)采用多道次毛化方式,第一道次电流值设为比目标粗糙度所需电流大2~3A,横移速度提高到70~80mm/min,轧辊直径越小横移速度可以设定的越大,同时门槛值需要提高到6.0~6.5V;在第二道次采用目标粗糙度所需的实际电流,脉宽较第一道次降低20%,门槛值需要降低到4.5~4.0V横移速度需要降低到55mm/min以下,在粗糙度要求低于1.5μm时,增加第3道次,参数可与第二道次相当。
加工方法所用的电火花毛化设备中的限位驱动器为中部空芯,桶壁镂空,长度为550mm。
与现有的技术相比,本发明的有益效果是:
中空限位驱动器长度较传动驱动器缩短1/2,重量减少2/3,定位更稳定、准确,驱动工件更平稳、连续地旋转,降低磨削过程中产生的轴向串动;刮研托瓦,修磨轧辊轴承位,使其表面光滑无凸点,提高滑动接触面积,降低震动;尾顶针增加减震垫,减少工件转动时轧辊端部与尾顶针相对运动产生的震动。
不改变电火花毛化设备的高效率、低运行成本以及优良的无序冷轧辊表面形貌等性能的情况下,将电火火毛化冷轧轧辊的最低粗糙度值降低到1.2μm,每平方厘米的峰值数提高到130点以上,可以明显提高冷轧汽车板的喷涂和冲压性能,在高端冷轧汽车板生产中有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明所用电火花毛化设备结构示意图。
图2是本发明的中空限位驱动器结构示意图。
图3是本发明的中空限位驱动器结构B向图。
图4是本发明的中空限位驱动器结构B-B图。
图5是原程序打毛行走路径。
图6是本发明的二道次毛化工艺打毛头行走路径示意图。
图7是本发明的三道次毛化工艺打毛头行走路径示意图。
1-伺服传动装置 2-脉冲控制放电装置 3-打毛站 4-轧辊 5-托架一 6-托架二7-尾座8-床头 9-中空限位驱动器 10-移行托板 11-滚珠丝杠
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明:
一种低粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工方法,通过改变驱动器结构、改变轧辊磨削行程、减少毛化横向色差、避免毛化轧辊表面弧化、改进毛化轧辊表面两点和划伤缺陷的步骤,实现粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工,具体操作步骤如下:
1)改变轧辊磨削行程:在初磨磨削中,增加两道次磨削行程,消除横印缺陷;中磨中,降低中磨过程中的转速由35r/min降低到30r/min,Z轴速度控制在2400~2600mm/min,X轴进给量控制在0.3mm/min以下,同时增加中磨次数1~2个道次,以便更好地消除粗磨 时产生的印痕;精磨中,降低Z轴速度由2400mm/min逐渐降低到2200mm/min,降低砂轮转速由40m/s逐渐降低到35m/s,将绝对电流修整的工艺由2道次增加到4道次,并且使与之相对的绝对电流的数值变化程递减的趋势,每一行程递减的跨度不宜太大,每一行程绝对电流减少1A~2A,提高光洁度;粗磨时消除印缺陷,中磨时消除进刀痕缺陷,精磨时改善粗磨时产生的缺陷,提高光洁度,轧辊表面粗糙度应达到Ra≤0.3μm。
2)减少毛化横向色差,在轧辊本身材质无缺陷的情况下,横向毛化色差多由轧辊偏心产生,可利用百分表调整电火花毛化设备前后托架的中心位,使工件中心与机床中心偏差控制在20μm以内,可避免横向色差的产生;
3)为避免毛化轧辊表面弧化,脉宽/脉间与粗糙度正相关,与峰值数负相关,但是如果关断时间设的太短,就会发生连续放电,这种情况叫“电弧”,能损害轧辊表面,如果关断时间太长,电火花产生频率低,会影响打毛效果,实验证明脉间值应大于脉宽值至少5ms;
轧辊表面弧化与脉冲时间的选择密切相关,火花的出现的过程是一个很短的时间,用微秒来测量,在毛化过程中火花的频率通常在4~400KHz之间,选择脉间值大于脉宽值至少5ms;
毛化拉弧缺陷是由横移速度与工件旋转速度不匹配产生的,试验证明,移行速度<5倍旋转速度时,可有效避免拉弧缺陷的产生,但二者的设定直接关系到作业率的高低,与峰值密度密切相关,且随轧辊直径的不同变化较大,所以无法用简单的正负性直接表示出来,需要进行大量试验,以便找出最佳的匹配参数,实验数据见下表1,表1中每组数据的最后一列为最理想的速度参数组合。
表1速度参数匹配实验数据:
4)为了降低毛化轧辊表面亮点和划伤缺陷,增加电解液循环速度,带走毛化过程产生的杂质,使电解液的成分均匀稳定。将电解质的流量设定为60升/分钟,电解池的大小为20升,因此每20秒就能使电解液完全更换,从而保证了所有的废弃物能够从电解池中带走,可有效降低亮印缺陷和划伤缺陷发生的几率;设备的电解液必须填加300目(53μm)高精度人工合成的石墨粉末,优化石墨粉的填加比例,以提高低电流时电解液的击穿率,提高低粗糙度毛化轧辊质量。
5)提高轧辊毛化效率:低粗糙度轧辊的电解质配比为每1000L的电解油配9kg石墨粉末,石墨粉末为300目,火花变得更连续有效,电解油中的石墨使电流通过间隙产生传导桥,同时有效的增加了火花能够跳跃的距离;石墨颗粒能够保证桥的距离变成恒定值,轧辊与电极之间的规定距离范围0.05~0.15mm,能够允许更多的电解质在轧辊和电极之间流动,电压的增加和电解质中的物质,主要来源于石墨颗粒,通过间隙形成一个导电桥;在这个过程剩余的电解液没有导电没有电流,如果电解液是自由的粒子或者是低浓缩的,降低间隙的击穿;
6)通过电火花毛化设备对轧辊进行打磨:轧辊表面的金属和电极融化形成蒸气泡并迅速的蒸发,蒸发的金属从电解液中气化,随着产生的气体和液体溶入蒸气泡中,同时熔化的金属在坑的边缘重新固化,在轧辊表面形成弹坑;在打毛头到达轧辊边部后,打毛头转向进行反向毛化80mm,以提高全辊面的毛化均匀性;
7)多道次毛化:如图5~图7,针对低粗糙度高峰值数毛化轧辊加工周期长,且容易暴露轧辊表面缺陷的特点,采用多道次毛化方式,每一道次赋予不同的目的,第一道次主要实现目标粗糙度消除表面缺陷,电流值可设为比目标粗糙度所需电流大2~3A,横移速度也可以提高到70~80mm/min,轧辊直径越小横移速度可以设定的越大,以提高毛化效率,同时门槛值需要提高到6.0~6.5,以保证设备运行稳定性,在第二道次采用目标粗糙度所需的实际电流、脉宽可较第一道次降低20%、门槛值需要降低到4.5~4.0、横移速度需要降低到55mm/min以下,以获低粗糙度和高峰值数的毛化轧辊,在粗糙度要求低于1.5μm时,增加第3道次,参数可与第二道次相当,以提高毛化均匀性和峰值数。
8)如图1~图4所示,最大限度地缩短驱动器长度到550mm,将驱动器设计为中部镂空,可将驱动器重量降低10Kg;刮研托瓦,修磨轧辊轴承位,使其表面光滑无凸点,可存在少量凹点,使轧辊轴承位与托瓦的微小间隙值小于10μm,提高滑动接触面积,降低震动;尾顶针增加减震垫,减少工件转动时轧辊端部与尾顶针相对运动产生的震动。
提高毛化轧辊表面均匀性,降低毛化设备门槛值,减小电极与轧辊之间的距离,提高毛化精度。通常情况下,高门槛值会降低打毛的粗糙度,如果减小门槛值,粗糙度增大。为了获得高峰值密度,必须降低粗糙度度,降低门槛值可以在不改变峰值密度的前提下提高粗糙度。但如果门槛值设的太低,也就是缝隙太窄,电极会来不及做出反应,有触辊的危险。最低的门槛值不能低于电极触辊的界限,通过改善设备运行状态,可有效降低触辊界限值,通常的毛化参数门槛值要设定在5V以上,本发明门槛值设定在4.0~5.5之间。
工作过程:
本发明的实施例选择克虏伯镀锌工作辊,粗糙度为1.8μm的轧辊,将轧辊4放在电火花毛化设备上,尾座7设置在电火花毛化设备尾部,轧辊4设置在托架一5和托架二6上,床头8通过中空限位驱动器9驱动轧辊4中间做旋转运动,滚珠丝杠10驱动托扳11托动轧辊4相对与打毛站3做横向移行,伺服传动装置1和脉冲控制放电装置2控制打毛站3对轧辊4进行毛化处理。
采用两道次毛化方式,第一道次主要实现目标粗糙度,消除表面缺陷,第二道次提高辊面型貌的分布密度。粗糙度为1.2μm和1.5μm的轧辊,采用三道次的毛化方式,第一道次采用大电流、高门槛值,主要为消除表面磨削缺陷,第二道实现目标粗糙度,第三道次 提高辊面型貌的分布密度。经过反复调整优化,结果如下:
表2工作辊的毛化实例参数:
Claims (1)
1.一种低粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工方法,其特征在于,具体操作步骤如下:
1)在初磨磨削中,增加两道次磨削行程,消除横印缺陷;
中磨中,中磨过程中的转速为30r/min,Z轴速度控制在2400~2600mm/min,X轴进给量控制在0.3mm/min以下,同时增加中磨次数1~2个道次;
精磨中,Z轴速度为2200mm/min,砂轮转速35m/s,将绝对电流修整由2道次增加到4道次,并且使与之相对的绝对电流的数值变化呈递减的趋势,每一行程绝对电流减少1~2A,使轧辊表面粗糙度达到Ra≤0.3μm;
2)利用百分表调整电火花毛化设备前后托架的中心位,使工件中心与机床中心偏差控制在20μm以内;火花的出现的时间用微秒来测量,毛化过程中火花的频率在4~400KHz之间,选择脉间值大于脉宽值至少5ms;
3)将电解质的流量设定为60升/分钟,电解池的大小为20升,每20秒就能使电解液完全更换;
4)低粗糙度轧辊的电解质配比为每1000L的电解油配9kg石墨粉末,石墨粉末为300目,电解油中的石墨使电流通过间隙产生传导桥,同时增加了火花能够跳跃的距离;石墨颗粒保证桥的距离变成恒定值,轧辊与电极之间的规定距离范围0.05~0.15mm,能够允许更多的电解质在轧辊和电极之间流动,电压的增加和电解质中的物质,通过间隙形成一个导电桥;
5)在打毛头到达轧辊边部后,打毛头转向进行反向毛化80mm;
6)采用多道次毛化方式,第一道次电流值设为比目标粗糙度所需电流大2~3A,横移速度提高到70~80mm/min,轧辊直径越小横移速度设定的越大,同时门槛值需要提高到6.0~6.5V;在第二道次采用目标粗糙度所需的实际电流,脉宽较第一道次降低20%,门槛值需要降低到4.5~4.0V横移速度需要降低到55mm/min以下,在粗糙度要求低于1.5μm时,增加第3道次,参数与第二道次相当;
加工方法所用的电火花毛化设备中的限位驱动器为中部空芯,桶壁镂空,长度为550mm;刮研托瓦,修磨轧辊轴承位,使其表面光滑无凸点,可存在少量凹点,使轧辊轴承位与托瓦的微小间隙值小于10μm,提高滑动接触面积,降低震动;尾顶针增加减震垫,减少工件转动时轧辊端部与尾顶针相对运动产生的震动。
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