CN105290547B - 一种低粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工方法 - Google Patents

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

一种低粗糙度高峰值数毛化轧辊的加工方法

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。