CN113399838A - 一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于轧辊表面毛化技术领域，针对现有技术中轧辊表面微凸度磨削难度大的技术问题，本发明公开了一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，设定激光合焦点与辊面的间隔距离为离焦量，通过激光在不同的离焦量下毛化时，辊面毛化凸起高度的变化，控制激光脉冲沿离焦曲线实施加工，通过单个激光脉冲或多个激光脉冲累加的离焦毛化作用，形成辊面的毛化凸度。在毛化轧制过程中，通过两只轧辊表面毛化凸度的配合，能够改善毛化箔材的板型，避免毛化箔材的表面褶皱，提高毛化箔材表面粗糙度和力学性能的一致性。

Description

一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法
技术领域
本发明属于轧辊表面毛化技术领域，具体涉及一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法。
背景技术
在冷轧应用中，轧辊表面通常需要具备一定的凸度，用于改善轧材的板型。通过磨床磨削是一种制备辊面凸度常用的方法，但是超薄箔材(例如：厚度小于20μm)毛化轧制需要的凸度较小，例如：几微米至十几微米，磨削难度大，对磨床的精度要求高，磨削难以实现。即使辊面通过磨削形成了凸度，在激光毛化的过程中，激光焦斑必须拟合磨削曲线，仍然具有一定难度。在平辊面上，利用激光毛化自身的加工过程，根据箔材的厚度制备相应的毛化凸度，是一种有吸引力的想法。在激光毛化的工艺参数中，激光离焦量是一个制备辊面凸度的理想参数，既能连续调节激光焦斑的功率密度,改变毛化凸起高度，又独立于激光输出。
激光加工过程中，通常根据工艺要求选择合焦点。在激光切割应用中，通常采用负离焦加工，将激光合焦点放置在板厚中央，以保证切缝的小锥度。在激光焊接应用中，薄板传导焊接通常采用正离焦加工，激光合焦点位于焊缝上方，用于降低光斑的功率密度，避免熔池飞溅，厚板深熔焊接通常采用负离焦加工，激光和焦点位于焊缝下方，用于增加熔深。在相关文献的激光毛化应用中，激光毛化的工艺参数在整个加工过程中保持不变，未涉及辊面凸度，同时不存在将激光毛化工艺和辊面凸度加工工艺结合在一起的先例，无法适应超薄箔材毛化轧制的要求。因此，如何研发一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，具有重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，在平辊面上通过控制激光毛化自身的工艺参数形成辊面凸度，更好地适应超薄箔材毛化轧制的要求，有效地解决背景技术提出的问题。
本发明采取的技术方案为：
一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，设定激光合焦点与辊面的间隔距离为离焦量，通过激光在不同的离焦量下毛化时，辊面毛化凸起高度的变化，控制激光脉冲沿离焦曲线实施加工，通过激光脉冲的离焦毛化作用形成辊面的毛化凸度。
一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，具体包括如下步骤：
(1)将轧辊架在数控车床上，使用激光脉冲聚焦在轧辊表面，调整聚焦头X轴横向位置，通过测量焦点直径和圆度确定合焦点，设此聚焦头位置为激光脉冲串离焦曲线X轴坐标零点。
(2)通过编制数控程序，控制车床主轴旋转，控制聚焦头沿Z轴纵向和x轴横向同步运动，合成聚焦头的离焦曲线，激光脉冲通过聚焦头汇聚形成由激光合焦点构成的实际离焦曲线，最终在辊面形成毛化凸度。
进一步的，所述激光离焦曲线的离焦值均小于激光焦深,所述激光焦深为2倍瑞利长度。
进一步的，所述激光离焦曲线的形状设置为圆弧或其它函数曲线。
进一步的，所述激光离焦曲线的形状相对轧辊辊面中央对称。
进一步的，所述激光离焦曲线单独采用正离焦或负离焦，所述正离焦为除与合焦点重合的辊面外，其余辊面均在合焦点外；所述负离焦为除与合焦点重合的辊面外，其余辊面均在合焦点内。
进一步的，所述激光实际离焦曲线与轧辊辊面中央相切，形成辊面中央凸起的正凸度。
进一步的，所述激光实际离焦曲线与轧辊辊面边缘相交，形成辊面中央凹下的负凸度。
进一步的，在毛化轧制过程中，轧辊设置为两只，两只轧辊的辊面毛化凸度或者同时为正凸度；或者一只为正凸度，另一只为负凸度；或者一只为正凸度，另一只为零凸度。
进一步的，所述激光脉冲为单个脉冲或脉冲串,所述激光脉冲在轧辊表面形成的毛化凸度范围为-20～20μm。
本发明的有益效果为：
激光毛化是热效应和力学效应的综合作用，对激光焦斑处的功率密度敏感。相对其它激光毛化工艺参数，激光离焦量既可以连续的调节激光焦斑焦斑的功率密度，改变轧辊表面的毛化凸起高度，又独立于激光输出。在平辊面上，利用激光脉冲的离焦毛化作用，能够根据箔材的厚度制备相应的毛化凸度，有助于改善毛化箔材的板型，避免毛化箔材的表面褶皱，提高毛化箔材的表面粗糙度、力学性能的一致性。
附图说明
图1为本发明实施方式中辊面正毛化凸度加工方法的示意图；
图2为本发明实施方式中辊面负毛化凸度加工方法的示意图；
图3为本发明实施例1中制备的轧辊表面毛化凸度曲线示意图；
其中，1、轧辊；2、聚焦头；3、激光脉冲；4、离焦曲线；5、实际离焦曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图2所示，一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，设定激光合焦点与辊面的间隔距离为离焦量，通过激光在不同的离焦量下毛化时，辊面毛化凸起高度的变化，控制激光脉冲沿离焦曲线实施加工，通过激光脉冲的离焦毛化作用,形成辊面的毛化凸度,具体包括如下步骤：
(1)将轧辊1架在数控车床上，使用激光脉冲聚焦在轧辊1表面，调整聚焦头2的X轴横向位置，通过测量焦点直径和圆度确定合焦点，设此聚焦头2位置为激光脉冲离焦曲线4的x轴坐标零点。
在本步骤中，首先，单个激光脉冲3经过聚焦头2汇聚到轧辊1表面，观察辊面毛化坑的直径和圆度，调整聚焦头2在x轴方向的位置，保证毛化坑两个方向的直径相等即圆度最高，设聚焦头2此位置为离焦曲线4的x轴坐标零点。
(2)通过编制数控程序，控制车床主轴旋转，控制聚焦头2沿Z轴纵向和沿X轴横向同步运动，合成聚焦头2的离焦曲线4，激光脉冲3通过聚焦头2汇聚在轧辊1表面，通过激光脉冲的离焦毛化作用,形成轧辊1表面的毛化凸度。
在此步骤中，激光脉冲为单个脉冲或脉冲串；离焦曲线4的离焦值δ均小于激光焦深(2倍瑞利长度)，以确保整个辊面的毛化效果；离焦曲线4的形状设置为圆弧或其它函数曲线，且相对辊面中央对称，以适应毛化轧制箔材的面型要求；聚焦头2沿离焦曲线4运动，激光脉冲3的合焦点构成实际离焦曲线5，实际离焦曲线5相对离焦曲线4沿x轴偏移x0；离焦曲线4单独采用正离焦或负离焦，所述正离焦为除与激光合焦点构成的实际离焦曲线5重合的辊面外，其余辊面均在实际离焦曲线5外；所述负离焦为除与实际离焦曲线5重合的辊面外，其余辊面均在实际离焦曲线5内；在图1中，示意了激光负离焦加工方式，实际离焦曲线5与辊面中央相切，形成辊面中央凸起的正凸度；在图2中，同样示意了激光负离焦加工方式，实际离焦曲线5与辊面边缘相交，形成辊面中央凹下的负凸度。
在毛化轧制过程中，轧辊1设置为两只，两只轧辊的辊面毛化凸度或者同时为正凸度；或者一只为正凸度，另一只为负凸度；或者一只为正凸度，另一只为零凸度；激光脉冲3在轧辊1表面形成的毛化凸度范围为-20～20μm。
实施例1
本实施例采用图1所示的正毛化凸度加工方法。轧辊1的辊面宽度Width为500mm。控制轧辊1沿主轴旋转，控制激光聚焦头2沿z轴和x轴同步运动，合成圆弧离焦曲线4，采用负离焦加工方式，含多个脉冲数的激光脉冲3经聚焦头2汇聚在轧辊1表面，实际圆弧离焦曲线5与辊面中央相切。实施以上措施后，使用表面粗糙度仪器测量辊面的粗糙度，从辊面一端开始测量，边缘测量间距为50mm，中部测量间隔为100mm,每圆周测量四次取平均值，直至测完整个辊面，辊面凸起高度用Rp表征。轧辊1表面形成的毛化凸度曲线表示在图3中，整个毛化凸度曲线从边缘向中央平滑过渡，通过激光脉冲3中多个激光脉冲累加的离焦毛化作用，形成的毛化凸度为+8μm。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，设定激光合焦点与辊面的间隔距离为离焦量，通过激光在不同的离焦量下毛化时，辊面毛化凸起高度的变化，控制激光脉冲沿离焦曲线实施加工，通过激光脉冲的离焦毛化形成辊面的毛化凸度。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)将轧辊架在数控车床上，使用激光脉冲聚焦在轧辊表面，调整聚焦头X轴横向位置，通过测量焦点直径和圆度确定合焦点，设此聚焦头位置为激光脉冲串离焦曲线X轴坐标零点；
(2)控制车床主轴旋转，控制聚焦头沿Z轴纵向和x轴横向同步运动，合成聚焦头的离焦曲线，激光脉冲通过聚焦头汇聚形成由激光合焦点构成的实际离焦曲线，最终在辊面形成毛化凸度。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，离焦曲线的离焦值均小于激光焦深，所述激光焦深为2倍瑞利长度。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，离焦曲线的形状设置为圆弧或其它函数曲线。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，离焦曲线的形状相对辊面中央对称。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，离焦曲线单独采用正离焦或负离焦，所述正离焦为除与合焦点重合的辊面外，其余辊面均在合焦点外；所述负离焦为除与合焦点重合的辊面外，其余辊面均在合焦点内。
7.根据权利要求2所述的一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，实际离焦曲线与辊面中央相切，形成辊面中央凸起的正凸度。
8.根据权利要求2所述的一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，实际离焦曲线与辊面边缘相交，形成辊面中央凹下的负凸度。
9.根据权利要求2所述的一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，在毛化轧制过程中，轧辊设置为两只，两只轧辊的辊面毛化凸度或者同时为正凸度；或者一只为正凸度，另一只为负凸度；或者一只为正凸度，另一只为零凸度。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种基于激光离焦曲线的轧辊表面毛化凸度的加工方法，其特征在于，激光脉冲为单个脉冲或脉冲串，激光脉冲在辊面形成的毛化凸度范围为-20～20μm。
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