CN114683096A - 一种冷轧平整辊磨削及毛化加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷轧平整辊磨削及毛化加工方法，适用于直径Φ457‑520mm，长度1670mm冷轧平整轧辊；轧辊制造‑瓦德里希1000mm磨床‑激光毛化床‑应用于冷轧平整机；采用轧辊材质为Cr5，轧辊尺寸Φ457‑520×1670mm；辊身硬度HSD 94‑98；通过轧辊磨床进行粗磨和精磨，升起托架，轧辊吊运至托架上平稳后放下托架，安装拨盘，装夹轧辊；磨削后粗糙度控制在0.45‑0.6um；激光器激光功率：350‑400W,频率50～60khz：轧辊按160‑180转/min转速旋转,轴线运行速度18‑20mm/min；毛化效率5～8平方米/小时；激光毛化加工时间40‑60分钟，形成凸台的高度15‑20μm，小圆点的直径为60‑70μm，凹坑深度8‑18μm，轧辊表面的粗糙度2.3‑2.8μm；将加工好的毛化平整辊装配组装后，应用于冷轧平整机使用。

Description

一种冷轧平整辊磨削及毛化加工方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧平整辊磨削及毛化加工方法。

背景技术

冷轧平整辊表面质量好坏直接影响生产冷轧板表面质量及综合性能质量的优劣。轧辊磨削需要设定合理磨削参数及工艺控制，辊面质量磨削不好会影响下工序毛化工序的质量。轧辊辊面毛化是生产高档冷轧汽车板、家电板、深冲板的前提条件，轧辊毛化的常规技术包括：喷丸毛化、电火花毛化、气体激光毛化、固体激光毛化等；采用激光毛化技术可获得精准可控凸度、凹坑深度的毛化效果，目前比较常见气体激光毛化、固体激光毛化局限于有序点阵毛化控制技术；为了提高轧制后冷轧板的深冲压等性能，又需要实现无序点阵的激光毛化技术。

检索文献：在国内现有技术中： 1、武汉武钢华工激光大型装备有限公司申报发明专利“光纤激光毛化双加工头点间距数字控制调节装置”，专利公开号CN103240523A、申请号2013101686377，该发明涉及的光纤激光毛化双加工头点间距数字控制调节装置，包括有底座和垂直固定支架，还包括有间距调节滑台、上滑台、下滑台、上激光加工头和下激光加工头，所述垂直固定支架的工作平面与被加工工件的轴芯线相垂直，所述上滑台固定在工作平面上，所述上激光加工头的侧面与上滑台的移动块相连，所述下激光加工头的底面与下滑台的移动块相连接；通过本技术方案，在采用双加工头激光毛化加工时，人工只需设置所需的毛化点间距，其余的全部由数控去解决。它解决了在更换了不同毛化密度要求后，需人工进行繁琐调节试验的过程，它把过去需要几十分钟进行的事情，现在只用几秒钟就可以办到，大大提高了工作效率。2、中国钢研科技集团有限公司申报发明专利“光纤激光毛化系统”，专利公开号CN102380706A、申请号2011102020063），提供了一种光纤激光毛化系统，所述系统包括：光纤激光器，光纤激光器与输出光纤直接耦合或者通过分光闸耦合到输出光纤，输出光纤与机器人相连，从而将激光输出到设置在机器人中的射出头；机器人，其上设置有射出头和侧吹系统，射出头用于将所述光纤激光器输出的激光投射到待加工的工件表面上，侧吹系统设置在射出头的一侧；冷却系统，用于对光纤激光器进行冷却；控制系统，用于控制所述机器人和光纤激光器；机床，机床上设置有待加工的工件。与传统激光毛化相比具有下述技术优势：(a)柔性化特点。(b)不需要预涂层处理。(c)机床的精度要求低。(d)高质高效低成本的特性。该装置的能量密度，加工质量和效率均很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷轧平整辊磨削及毛化加工方法，采用脉冲光纤激光的方式来实现无序激光毛化，成本低，质量效果好。

本发明一种冷轧平整辊磨削及毛化加工方法，适用于直径Φ457-520mm，长度1670mm冷轧平整轧辊；工艺控制路径：轧辊制造-瓦德里希1000mm磨床-激光毛化床-应用于冷轧平整机；

具体实施步骤如下：

1）步骤一： 采用轧辊材质为Cr5，轧辊尺寸Φ457-520×1670mm；辊身硬度HSD 94-98；

2）步骤二：通过轧辊磨床分别进行粗磨和精磨，升起托架，轧辊吊运至托架上平稳后放下托架，安装拨盘，装夹轧辊；

磨削参数设定如下：

磨削后粗糙度控制在0.45-0.6um；将头架转速调整为5转/分,启动头架，观察有无异响，将砂轮转速调整为20米/秒，进行试转，观察砂轮有无异常，电流是否平稳，头架运行1-3分钟无异常后头架停转，轧辊磨削辊身各点温度明显大于3℃时不准磨削,必须待其温度均匀；启动工件，然后手动操作砂轮接近起磨位置，距离辊面0.5-2mm处停下，读起磨位置，保存，传送，启动磨削程序，用电子手枪缓慢操作砂轮接触工件,打开磨削液，开始磨削；粗磨阶段：采用大进给量的磨削方法，此阶段占整个磨削量的80-90%，磨削开始后，随时注意观察磨削电流波动应不超过30%，磨削时砂轮不应有明显大簇火花，火花的拖尾长度不得大于300mm，磨削完成后，辊面刮水，平整机工作辊磨削量0.15-0.2mm，用消磁器辊面消磁时，将消磁器放置轧辊辊面，抓紧消磁器手柄，转动轧辊，轧辊转速≦20转/分，按下消磁器电源按钮，沿轧辊轴向方向，从辊身一端到辊身另一端，缓慢移动，消磁完成，关闭消磁器，轧辊检测完成后，清洁辊面切削液，进行表面波探伤后，涂抹油进行防锈处理，包裹塑料布；卸拨盘，吊运至待毛化辊架；

3）步骤三：激光器气体要求:普通氮气；普通二氧化碳，所有的气体均要求含水量或含碳氢化合物<10 ppm ，空运行试车15分钟以上，打开管道氮气及各气瓶阀，压阀压力均调至为0.5-0.7Mpa，侧吹二氧化碳气瓶减压阀调至0.2Mpa，打开冷水机组钥匙开关及水－水交换机组开关，激光器完成抽气、充气过程，粗糙度的测量：在距辊身两端面200mm处及中部进行测量求出平均值，三点综合平均值差应小于20%,粗糙度控制在2.3-2.8，轧辊毛化完成后涂抹油进行防锈处理，包裹塑料布吊运至待装配辊架；激光功率：350-400W, 频率50～60khz：轧辊按160-180转/min转速旋转, 轴线运行速度18-20mm/min；毛化效率5～8平方米/小时；激光毛化加工时间40-60分钟，形成凸台的高度15-20μm，小圆点的直径为60-70μm，凹坑深度8-18μm，轧辊表面的粗糙度2.3-2.8μm；

4）步骤四： 将加工好的毛化平整辊装配组装后，应用于冷轧平整机使用。

本发明与现有技术相比：现有冷轧轧辊激光毛化技术，毛化后表面处于一种有序点阵分布状态；不利用轧制冷轧板的冲压成型；为了提高钢卷表面质量及综合性能，需要实现点阵无序分布状态。

采用光纤激光毛化技术在原有的激光毛化技术上可实现点阵的无序分布。本发明采用光纤激光毛化高能量、高重复频率的脉冲激光束在采用扩束偏振后通过聚焦入射到轧辊表面形成微小熔池，同时由侧吹装置对微小熔池施于设定的压力、流量、方向的辅助气体氮气，使熔池内的熔融物按指定要求尽量堆积到熔池边缘形成火山口形貌的凸台和凹坑。毛化表面在辊面≤19um的表层进行。

轧辊围绕着中心轴匀速旋转运动，激光加工头沿轧辊轴向均匀移动，通过机械方式或声光开关转换成特殊信号脉冲激光，经过光路的传输和聚焦，作用在轧辊的表面上，熔融作用的点组成一条高密度的螺旋线。加上侧吹气体装置的作用，形成凹坑和凸台。无序点阵其原理是利用无序信号发生器产生的控制信号，毛化点的间距也完全随机，点阵的排列也完全随机，因而轧辊表面得到无序麻面。光纤激光无序毛化轧辊，形成凸台的高度3-23μm，小圆点的直径为＜70μm，凹坑深度3-18μm，轧辊表面的粗糙度可达0.5-11μm。

具体实施方式

一种冷轧平整辊磨削及毛化加工方法，适用于直径Φ457-520mm，长度1670mm冷轧平整轧辊；工艺控制路径：轧辊制造-瓦德里希1000mm磨床-激光毛化床-应用于冷轧平整机；

具体实施步骤如下：

1）步骤一： 采用轧辊材质为Cr5，轧辊尺寸Φ457-520×1670mm；辊身硬度HSD 94-98；

2）步骤二：通过轧辊磨床分别进行粗磨和精磨，升起托架，轧辊吊运至托架上平稳后放下托架，安装拨盘，装夹轧辊；

磨削参数设定如下：

磨削后粗糙度控制在0.45-0.6um；

将头架转速调整为5转/分,启动头架，观察有无异响，将砂轮转速调整为20米/秒，进行试转，观察砂轮有无异常，电流是否平稳，头架运行1-3分钟无异常后头架停转，轧辊磨削辊身各点温度明显大于3℃时不准磨削,必须待其温度均匀，根据轧辊尺寸调整好托块及距离，将准备磨削的轧辊辊颈擦干净,然后指挥行车吊运；

启动工件，然后手动操作砂轮接近起磨位置，距离辊面0.5-2mm处停下，读起磨位置，保存，传送，启动磨削程序，用电子手枪缓慢操作砂轮接触工件,打开磨削液，开始磨削；粗磨阶段：采用大进给量的磨削方法，此阶段占整个磨削量的80-90%，磨削开始后，随时注意观察磨削电流波动应不超过30%，磨削时砂轮不应有明显大簇火花，火花的拖尾长度不得大于300mm，注意观察磨削液出水口出水量是否正常，有无堵塞，以免水量不足产生高温，造成辊面高温退火，影响轧辊正常使用。磨削完成后，辊面刮水，观察辊面有无砂砾划伤，震纹等磨削缺陷。测量臂测出磨后辊面尺寸，平整机工作辊磨削量0.15-0.2mm，用消磁器辊面消磁时，将消磁器放置轧辊辊面，抓紧消磁器手柄，转动轧辊，轧辊转速≦20转/分，按下消磁器电源按钮，沿轧辊轴向方向，从辊身一端到辊身另一端，缓慢移动，消磁完成，关闭消磁器。轧辊检测完成后，清洁辊面切削液，进行表面波探伤后，涂抹油进行防锈处理，包裹塑料布。卸拨盘，吊运至待毛化辊架。

3）步骤三：需毛化轧辊吊装前检查辊面有无生锈及碰伤，轧辊装卡时按操作规程进行装卡，避免误操作损坏设备。激光器气体要求:普通氮气；普通二氧化碳，所有的气体均要求含水量或含碳氢化合物<10 ppm 。空运行试车15分钟以上。打开管道氮气及各气瓶阀，压阀压力均调至为0.5-0.7Mpa，侧吹二氧化碳气瓶减压阀调至0.2Mpa，打开冷水机组钥匙开关及水－水交换机组开关（水箱中除盐水每30天必须进行更换清洁水箱）。激光器完成抽气、充气过程。轧辊毛化前将辊面已涂防锈油擦拭，避免轧辊毛化过程油污飞溅和辊面损伤。粗糙度的测量：在距辊身两端面200mm处及中部进行测量求出平均值，三点综合平均值差应小于20%,否则应复测或重新毛化轧辊表面状况。粗糙度控制在2.3~2.8。轧辊毛化完成后涂抹油进行防锈处理。包裹塑料布吊运至待装配辊架。激光功率：350~400W, 频率50～60khz：轧辊按160~180转/min转速旋转, 轴线运行速度18~20mm/min；毛化效率5～8平方米/小时；激光毛化加工时间40~60分钟。形成凸台的高度15-20μm，小圆点的直径为60~70μm，凹坑深度8~18μm，轧辊表面的粗糙度可达2.3-2.8μm。

4）步骤四： 将加工好的毛化平整辊装配组装后，应用于冷轧平整机使用。

实例1：

采用Φ485mm，长度1670mm冷轧Cr5材质平整辊经过9道次粗磨+5道次精磨磨削后，粗糙度在0.5um。随后进行激光毛化处理，毛化激光功率控制在360kw,脉冲频率为55khz，轧辊按165转/min转速旋转, 激光头按19mm/min轴线运行速度行进，经过55分钟激光毛化后测量轧辊粗糙度为2.5um；微观观察形貌形成凸台的高度19μm，小圆点的直径为56μm，凹坑深度17μm。

实例2：

采用Φ502mm，长度1670mm冷轧Cr5材质平整辊经过10道次粗磨+5道次精磨磨削后，粗糙度在0.51um。随后进行激光毛化处理，毛化激光功率控制在355kw,脉冲频率为56khz，轧辊按166转/min转速旋转, 激光头按19mm/min轴线运行速度行进，经过57分钟激光毛化后测量轧辊粗糙度为2.6um；微观观察形貌形成凸台的高度19μm，小圆点的直径为56μm，凹坑深度18μm。

在上述控制点的要求下能实现批量生产。该工艺加工的毛化平整轧辊，粗糙度2.4~2.6um，微观无序点阵形貌分布明显，各个微观小凹坑互不相连；平整机过钢量可以达到2500~3000吨以上。生产的带钢表面质量优异，可用高等级汽车板、家电板的生产，深冲压性能优异。减少冲压件表面划伤，保证冲压件均匀变形，减少模具受力及损耗。

结合上述的实验以及现有技术的对比来看，本发明具有良好的是市场推广前景，加工的平整辊无序点阵分布，用此轧辊生产的带钢综合力学性能良好，冲压成型性能优异，特别适用于用于国内同类型冷轧生产线。满足了企业产品质量的要求，拓展冷轧板市场应用。

Claims (1)

1.一种冷轧平整辊磨削及毛化加工方法，适用于直径Φ457-520mm，长度1670mm冷轧平整轧辊；工艺控制路径：轧辊制造-瓦德里希1000mm磨床-激光毛化床-应用于冷轧平整机；

其特征在于具体实施步骤如下：

1）步骤一： 采用轧辊材质为Cr5，轧辊尺寸Φ457-520×1670mm；辊身硬度HSD 94-98；

2）步骤二：通过轧辊磨床分别进行粗磨和精磨，升起托架，轧辊吊运至托架上平稳后放下托架，安装拨盘，装夹轧辊；

磨削参数设定如下：

磨削后粗糙度控制在0.45-0.6um；将头架转速调整为5转/分,启动头架，观察有无异响，将砂轮转速调整为20米/秒，进行试转，观察砂轮有无异常，电流是否平稳，头架运行1-3分钟无异常后头架停转，轧辊磨削辊身各点温度明显大于3℃时不准磨削,必须待其温度均匀；启动工件，然后手动操作砂轮接近起磨位置，距离辊面0.5-2mm处停下，读起磨位置，保存，传送，启动磨削程序，用电子手枪缓慢操作砂轮接触工件,打开磨削液，开始磨削；粗磨阶段：采用大进给量的磨削方法，此阶段占整个磨削量的80-90%，磨削开始后，随时注意观察磨削电流波动应不超过30%，磨削时砂轮不应有明显大簇火花，火花的拖尾长度不得大于300mm，磨削完成后，辊面刮水，平整机工作辊磨削量0.15-0.2mm，用消磁器辊面消磁时，将消磁器放置轧辊辊面，抓紧消磁器手柄，转动轧辊，轧辊转速≦20转/分，按下消磁器电源按钮，沿轧辊轴向方向，从辊身一端到辊身另一端，缓慢移动，消磁完成，关闭消磁器，轧辊检测完成后，清洁辊面切削液，进行表面波探伤后，涂抹油进行防锈处理，包裹塑料布；卸拨盘，吊运至待毛化辊架；

3）步骤三：激光器气体要求:普通氮气；普通二氧化碳，所有的气体均要求含水量或含碳氢化合物<10 ppm ，空运行试车15分钟以上，打开管道氮气及各气瓶阀，压阀压力均调至为0.5-0.7Mpa，侧吹二氧化碳气瓶减压阀调至0.2Mpa，打开冷水机组钥匙开关及水－水交换机组开关，激光器完成抽气、充气过程，粗糙度的测量：在距辊身两端面200mm处及中部进行测量求出平均值，三点综合平均值差应小于20%,粗糙度控制在2.3-2.8，轧辊毛化完成后涂抹油进行防锈处理，包裹塑料布吊运至待装配辊架；激光功率：350-400W, 频率50～60khz：轧辊按160-180转/min转速旋转, 轴线运行速度18-20mm/min；毛化效率5～8平方米/小时；激光毛化加工时间40-60分钟，形成凸台的高度15-20μm，小圆点的直径为60-70μm，凹坑深度8-18μm，轧辊表面的粗糙度2.3-2.8μm；

4）步骤四： 将加工好的毛化平整辊装配组装后，应用于冷轧平整机使用。