CN114635100B - 一种薄壁沉没辊及加工方法及加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种薄壁沉没辊及加工方法及加工装置，所述薄壁沉没辊的辊体设置为空心圆筒，所述空心圆筒的外圆面上设置有第一螺旋沟槽和第二螺旋沟槽，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽对称设置且螺旋方向相反，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽在所述薄壁沉没辊的中心相交，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽的结构尺寸相同；所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽的螺距A为23mm～25mm，沟槽深度B为1.8mm～2.2mm，沟槽底部圆角C为R4mm～R5mm，沟槽两肩部圆角D为R5mm～R6mm，沟槽宽度E为8.5mm～10.5mm；本发明设计的沟槽形状有良好的排锌渣效果。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种薄壁沉没辊及加工方法及加工装置。
背景技术
镀锌板是家电、汽车等领域普遍应用的原材料，目前镀锌板主流生产工艺是采用钢带穿过熔融的锌液使其表面发生镀锌反应的方法，而沉没辊是使钢带穿过锌液、实现传动和输送的关键部件，因其始终沉浸在熔融的锌液中而得名沉没辊。
由于带钢与沉没辊辊身紧密贴合，为了排除两者夹角之间的锌液(改善镀锌板表面质量)，通常需在沉没辊辊身上设计螺旋沟槽，但现有的螺旋沟槽排锌渣效果差，无法进一步提高镀锌板表面质量。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种薄壁沉没辊，所述薄壁沉没辊的辊体设置为空心圆筒，所述空心圆筒的外圆面上设置有第一螺旋沟槽和第二螺旋沟槽，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽对称设置且螺旋方向相反，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽在所述薄壁沉没辊的中心相交，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽的结构尺寸相同。
较佳的，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽的螺距A为23mm～25mm，沟槽深度B为1.8mm～2.2mm，沟槽底部圆角C为R4mm～R5mm，沟槽两肩部圆角D为R5mm～R6mm，沟槽宽度E为8.5mm～10.5mm。
较佳的，所述薄壁沉没辊的辊体采用316L奥氏体不锈钢，且外圆面设置有碳化钨涂层。
较佳的，一种用于所述薄壁沉没辊加工的加工装置，包括底座、立柱、扭力杆、横梁和压轮，所述立柱通过轴承与所述底座连接，所述横梁与所述立柱通过扁轴活动连接，在所述横梁在端部设置有与所述扁轴厚度相同的配合槽，所述扁轴设置在所述配合槽内，所述扭力杆通过耳轴与所述立柱、所述横梁连接，所述压轮与所述横梁通过轴连接；所述压轮设置在所述薄壁沉没辊上部并与所述薄壁沉没辊的外圆面顶靠接触。
较佳的，若干所述压轮分为两压轮组，所述压轮组内的所述压轮沿直线排列，且两所述压轮组平行对称设置。
较佳的，所述压轮5至少设置有4个，所述压轮5采用橡胶材质制作。
较佳的，一种所述薄壁沉没辊的加工方法，包括步骤：
S1，将所述薄壁沉没辊浸泡稀硫酸退去粘附的所有凝固锌，拆除轴头上的轴套；
S2，检查辊径、辊身变形量、涂层损坏情况，确定满足修复条件；
S3，将所述薄壁沉没辊设置在数控车床上，卡盘夹一侧轴头，尾座顶针顶另一侧轴头端面，以轴头做基准找正；
S4，设置所述加工装置，所述加工装置放置在车床刀架的对向一侧；
S5，粗车所述薄壁沉没辊的辊身：提前编辑好所需的程序导入数控车床，选取菱形刀片，固定至刀架上，开始粗车，按正反双螺旋、中心线交界的模式，沿着辊身原形状轮廓加工去除辊面涂层，车削过程中根据共振和抖动情况，实时调节所述加工装置的所述扭力杆，增大或减小工装的压下力，保持辊身加工过程中无明显共振和抖动；
S6，精车螺旋沟槽：保持所述加工装置稳固，选取与粗车相同的刀片，精车转速约55rpm～65rpm，按正反双螺旋、中心线交界的模式，分2～3次精车；
S7，精车后利用检验模板进行沟槽校验，并检测加工质量；
S8，完成所述薄壁沉没辊后续涂层制备及装配工序，符合上线使用条件。
较佳的，所述步骤S4包括：将所述加工装置上的各所述压轮分搭在所述薄壁沉没辊辊身正上方，各所述压轮在长度方向上置于所述薄壁沉没辊辊身的中心线附近，调整所述加工装置的角度和位置，保证压载的各所述压轮都与辊面接触，且所述横梁与辊身母线基本垂直，所述加工装置放置到位后，预先调节所述扭力杆，使所述压轮压于辊身上，固定所述底座。
较佳的，所述粗车的参数为：粗车转速为45rpm～55rpm，粗车进给量为0.4mm～0.6mm。
较佳的，所述精车的参数为：精车转速为55rpm～65rpm，进车进给量单次为0.1mm～0.15mm。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，本发明设计的沟槽形状有良好的排锌渣效果；2，本发明所述薄壁沉没辊的加工装置能调节压紧力的工装可以有效减少切削时的共振，提高车削加工质量和沟槽加工质量；3，用成型刀片切削薄壁沉没辊当进给量大于0.12mm、转速大于40rpm时，发生共振抖动的概率即会显著增大，统计约每2500mm切削行程会发生抖动一次，而本发明采用尖刀配数控程序多轨迹叠加，R0.5～R0.8mm尖刀配数控程序，细分成70～90次轨迹叠加构成特定形状的沟槽，相比于传统的利用成型刀具整体加工，尖刀走轨迹叠加的切削方式由于接触面很细小，在合理切削参数范围内增大转速和进给量都不会发生抖动现象。
附图说明
图1为所述薄壁沉没辊的结构视图；
图2为图1中F处的局部视图；
图3为所述薄壁沉没辊的加工装置的结构视图；
图4为现有技术未使用所述加工装置和多轨迹叠加方式所加工获得的沟槽图；
图5为本发明所加工获得的沟槽图。
图中数字表示：
1-底座；2-立柱；3-扭力杆；4-横梁；5-压轮。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
如图1所示，图1为所述薄壁沉没辊的结构视图；本发明所述薄壁沉没辊的辊体设置为空心圆筒，所述空心圆筒的外圆面上设置有第一螺旋沟槽和第二螺旋沟槽，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽对称设置且螺旋方向相反，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽在所述薄壁沉没辊的中心相交，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽的结构尺寸相同。
如图2所示，图2为图1中F处的局部视图；具体的，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽的螺距A为23mm～25mm，沟槽深度B为1.8mm～2.2mm，沟槽底部圆角C为R4mm～R5mm，沟槽两肩部圆角D为R5mm～R6mm，沟槽宽度E为8.5mm～10.5mm。
较佳的，所述薄壁沉没辊设置为40mm壁厚的空心圆筒，以使所述薄壁沉没辊在锌液中有较好的悬浮受力、减轻对沉没辊轴头上的轴套/轴瓦(即轴承与轴承座)的磨损，更好的便于钢带的平稳传输。
所述薄壁沉没辊的辊体采用316L奥氏体不锈钢，且外圆面设置有碳化钨涂层，以实现耐蚀性防护。
沉没辊工作时处于480℃的熔融锌液中，沉没辊随着带钢转动、将带钢从锌锅中带入穿出，实现其表面镀锌，带钢与沉没辊接触，为了保证带钢表面镀锌层平整纹路良好，在沉没辊与带钢夹角的间隙处需要能将多余的锌渣排除，若沉没辊表面平整无沟槽，则锌渣进入夹角后无法排除会影响镀锌表面质量；而细牙沟槽由于螺距小、螺旋线总长偏长，且沟槽轮廓空间小，储留锌渣和排出能力有限，此种方式在锌渣多的镀锌线使用效果不佳；但螺距和沟槽轮廓空间不是越大越好，过大的螺距和沟槽轮廓空间虽然会缩短锌渣排除路程，但螺距大即会让沉没辊表面沟槽间的平台部分增多，此部分与带钢接触的夹角出会有更大概率残留锌渣无法排除，故为了排锌渣效果，需要合理设计螺旋沟槽螺距和沟槽轮廓，本方案设计的23mm～25mm螺距及ABCDE尺寸形状沟槽，是经过多次设计、实际使用后不断优化得出的，有良好的排锌渣效果。
实施例二
本发明所述薄壁沉没辊由于为空心结构，在车削受力时会产生共振抖动现象，影响车削加工质量和沟槽加工质量。
如图3所示，图3为所述薄壁沉没辊的加工装置的结构视图；故所述薄壁沉没辊进行加工时，需采用所述薄壁沉没辊的加工装置，所述加工装置包括底座1、立柱2、扭力杆3、横梁4和压轮5，所述立柱2通过轴承与所述底座1连接，在使用过程中便于旋转，在上下工件的时候减少工序转接；所述横梁4与所述立柱2通过扁轴活动连接，在所述横梁4在端部设置有与所述扁轴厚度相同的配合槽，所述扁轴设置在所述配合槽内，使得所述横梁4能够横向前后移动；所述扭力杆3通过耳轴与所述立柱2、所述横梁4连接，通过所述扭力杆3，使得所述立柱2产生与之相适应的力矩；所述压轮5与所述横梁4通过轴连接；所述压轮5设置在所述薄壁沉没辊上部并与所述薄壁沉没辊的外圆面顶靠接触，所述立柱2产生的力矩传递至所述压轮5转为压力施加于辊子上，从而降低辊子震动和抖动。
较佳的，若干所述压轮5分为两压轮组，所述压轮组内的所述压轮5沿直线排列，且两所述压轮组平行对称设置。
较佳的，所述压轮5至少设置有4个，所述压轮5采用橡胶材质制作。
薄壁辊筒的车加工难免会存在抖动、共振的问题，影响切削质量，常规做法是承压或灌水，但沉没辊由于轮辐法兰上带排锌孔，内腔无法灌水，故只能通过承压方式，在材质确定的情况下，共振情况和程度会受车削参数(如进给量、转速、车削接触面大小)的变化影响，本方案设计的杠杆式力矩+调节装置不同于普通的承压装置，用杠杆方式将扭力杆伸缩产生的拉力转化为横梁左侧压轮的压力，立柱2左右的横梁长度及扭力杆3长度和角度，是通过力矩计算而得出，通过调节扭力杆伸缩，可以实现横梁左侧压轮不同程度的下压力，扭力杆伸压力增大、扭力杆缩压力减小，实现不同压力的实时调节，便于不同参数、不同切削情况下的共振和抖动消除。本发明所述薄壁沉没辊的加工装置能调节压紧力的工装可以有效减少切削时的共振，提高车削加工质量和沟槽加工质量。
由于杠杆原理，扭力杆传导的力在距离杠杆支点越远的点力矩越大，会造成前面压轮下压多、后面压轮下压小，横梁会翘头，前后的压轮不在水平线上、接触面也会有不同，影响压稳效果，为此设计前面2只压轮可上下活动、后面2只压轮固定，在下压时可以保证前后4只压轮中心在水平线上、下压接触面基本相同，起到更好的稳定效果。
实施例三
在本实施例中，所述薄壁沉没辊的尺寸为Φ800(辊身外径)/Φ720(辊身内径)*2300(辊身长度)*3220(总长)。
本发明所述薄壁沉没辊的加工方法，包括步骤：
S1，将所述薄壁沉没辊浸泡稀硫酸退去粘附的所有凝固锌，拆除轴头上的轴套；
s2，检查辊径、辊身变形量、涂层损坏情况，确定满足修复条件；
S3，将所述薄壁沉没辊设置在数控车床上，卡盘夹一侧轴头，尾座顶针顶另一侧轴头端面，以轴头做基准找正；
S4，设置所述加工装置，所述加工装置放置在车床刀架的对向一侧，将所述加工装置上的所述压轮5分搭在所述薄壁沉没辊辊身正上方，长度方向置于中心线附近，调整所述加工装置的角度和位置，保证压载的4个所述压轮5都与辊面接触，且所述横梁4与辊身母线基本垂直，所述加工装置放置到位后，预先调节所述扭力杆3，实现一定的压力下压于辊身上，固定所述底座1；
S5，粗车所述薄壁沉没辊的辊身：提前编辑好所需的特定程序导入数控车床，选取R0.5～R0.8菱形刀片固定至刀架上，确定好车加工起始位置，设置好粗车参数，调取程序，打开冷却水路，开始粗车，粗车转速约45rpm～55rpm，粗车进给量0.4mm～0.6mm，按正反双螺旋、中心线交界的模式，沿着辊身原形状轮廓加工去除辊面涂层，车削过程中根据共振和抖动情况，适时调节所述加工装置的所述扭力杆3，增大或减小工装的压下力，保持辊身加工过程中无明显共振和抖动；
S6，精车螺旋沟槽：保持所述加工装置稳固，按上述同样步骤，调取设计的特定沟槽形式编辑的数控程序，设置精车参数，选取与粗车相同的刀片，精车转速约55rpm～65rpm，进车进给量单次0.1mm～0.15mm，按正反双螺旋、中心线交界的模式，分2～3次精车；
S7，精车后利用特定检验模板进行沟槽校验，并检测粗糙度、跳动等加工质量；
s8，完成沉没辊后续涂层制备及装配等工序，符合上线使用条件。
刀具选择R0.5～R0.8mm，菱形结构，刀片厚7mm，刀片材质为硬质合金加镀膜，车削时粗车转速45rpm～55rpm、精车转速55rpm～65rpm，螺旋步进、程序正反行走，刀具补偿0.3mm～0.5mm，细分为70～90次加工轨迹叠加构成特定形状的沟槽，以辊身中心线为交界线，粗车进给量0.4mm～0.6mm，精车单次进给量0.1mm～0.15mm。
本发明所述薄壁沉没辊的加工方法采用尖刀配数控程序多轨迹叠加，R0.5～R0.8mm尖刀配数控程序，细分成70～90次轨迹叠加构成特定形状的沟槽，相比于传统的利益成型刀具整体加工，尖刀走轨迹叠加的切削方式、接触面小可以减少抖动的发生。
沉没辊表面的螺旋沟槽都是非标参数，根据产线、工况等而设计，对于非标螺旋沟槽目前基本都是按沟槽形状订制成型刀片，然后用成型刀片刀头贴着辊面、沿着螺旋线切削，但是由于成型刀片刀头是按沟槽轮廓设计的，与辊面接触时接触面大，切削时极易发生共振抖动，本方案是创新思路，用细尖刀配数控程序走线条，众多条线叠加成设计的圆弧沟槽，这种加工方法精密度高且不会产生抖动；如图4、图5所示，图4为现有技术未使用所述加工装置和多轨迹叠加方式所加工获得的沟槽图，图5为本发明所加工获得的沟槽图；明显可看出本发明所加工获得的沟槽质量比现有技术的高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于薄壁沉没辊加工的加工装置，其特征在于，包括底座、立柱、扭力杆、横梁和压轮，所述立柱通过轴承与所述底座连接，所述横梁与所述立柱通过扁轴活动连接，在所述横梁在端部设置有与所述扁轴厚度相同的配合槽，所述扁轴设置在所述配合槽内，所述扭力杆通过耳轴与所述立柱、所述横梁连接，所述压轮与所述横梁通过轴连接；所述压轮设置在所述薄壁沉没辊上部并与所述薄壁沉没辊的外圆面顶靠接触；所述薄壁沉没辊的辊体设置为空心圆筒，所述空心圆筒的外圆面上设置有第一螺旋沟槽和第二螺旋沟槽，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽对称设置且螺旋方向相反，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽在所述薄壁沉没辊的中心相交，所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽的结构尺寸相同；
所述第一螺旋沟槽和所述第二螺旋沟槽的螺距A为23mm～25mm，沟槽深度B为1.8mm～2.2mm，沟槽底部圆角C为R4mm～R5mm，沟槽两肩部圆角D为R5mm～R6mm,沟槽宽度E为8.5mm～10.5mm。
2.如权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述薄壁沉没辊的辊体采用316L奥氏体不锈钢，且外圆面设置有碳化钨涂层。
3.如权利要求1所述的加工装置，其特征在于，若干所述压轮分为两压轮组，所述压轮组内的所述压轮沿直线排列，且两所述压轮组平行对称设置。
4.如权利要求3所述的加工装置，其特征在于，所述压轮至少设置有4个，所述压轮采用橡胶材质制作。
5.一种加工方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的加工装置对薄壁沉没辊进行加工，包括步骤：
S1，将所述薄壁沉没辊浸泡稀硫酸退去粘附的所有凝固锌，拆除轴头上的轴套；
S2，检查辊径、辊身变形量、涂层损坏情况，确定满足修复条件；
S3，将所述薄壁沉没辊设置在数控车床上，卡盘夹一侧轴头，尾座顶针顶另一侧轴头端面，以轴头做基准找正；
S4，设置所述加工装置，所述加工装置放置在车床刀架的对向一侧；
S5，粗车所述薄壁沉没辊的辊身：提前编辑好所需的程序导入数控车床，选取菱形刀片，固定至刀架上，开始粗车，按正反双螺旋、中心线交界的模式，沿着辊身原形状轮廓加工去除辊面涂层，车削过程中根据共振和抖动情况，实时调节所述加工装置的所述扭力杆，增大或减小工装的压下力，保持辊身加工过程中无明显共振和抖动；
S6，精车螺旋沟槽：保持所述加工装置稳固，选取与粗车相同的刀片，精车转速55rpm～65rpm，按正反双螺旋、中心线交界的模式，分2～3次精车；
S7，精车后利用检验模板进行沟槽校验，并检测加工质量；
S8，完成所述薄壁沉没辊后续涂层制备及装配工序，符合上线使用条件。
6.如权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述步骤S4包括：将所述加工装置上的各所述压轮分搭在所述薄壁沉没辊辊身正上方，各所述压轮在长度方向上置于所述薄壁沉没辊辊身的中心线附近，调整所述加工装置的角度和位置，保证压载的各所述压轮都与辊面接触，且所述横梁与辊身母线基本垂直，所述加工装置放置到位后，预先调节所述扭力杆，使所述压轮压于辊身上，固定所述底座。
7.如权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述粗车的参数为：粗车转速为45rpm～55rpm，粗车进给量为0.4mm～0.6mm。
8.如权利要求5所述的加工方法，其特征在于，所述精车的参数为：精车转速为55rpm～65rpm，进车进给量单次为0.1mm～0.15mm。
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