[發明專利]軋輥表面激光毛化處理方法

無效

• 申請號: 200910115940.4
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN101642849A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 陳培鋒;王焄;孫長東;鄧國華
• 申請（專利權）人: 蘇州市博海激光科技有限公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/08
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司
• 代理人: 范 晴

技術領域

本發明涉及一種軋輥表面激光毛化處理方法。

背景技術

具有特殊表面形貌的冷軋薄鋼板在制造業中有著廣泛的應用，特別是在汽車和家電產業中。毛化冷軋薄鋼板是由表面經毛化處理的軋輥軋制而成的，其毛化的表面形貌特征對鋼板的深沖、涂裝等工藝性能影響極大。

為了改善冷軋薄鋼板的板型、深沖性、延伸率和涂鍍性能，在冷軋薄板生產工藝中，要求對冷軋工作輥的輥面進行毛化處理，然后軋制出滿足用戶特殊工藝要求的冷軋毛化鋼板。

激光毛化是采用高能量脈沖激光束聚焦照射于軋輥表面，利用激光束的高亮度在軋輥表面獲得非常高的能量密度，使激光聚焦處的軋輥表面加熱、熔化并部分汽化，形成毛化點。激光毛化工作原理是，高能量密度(104～106W/cm2)、高重復頻率(103～104次/秒)脈沖激光束，聚焦照射到作旋轉運動的軋輥表面，形成若干微小的小熔池，同時吹以一定角度的輔助氣體對熔池溶融金屬擠壓造型。光脈沖作用停止后，微坑熔池金屬在軋輥自身熱傳導作用下迅速冷卻，形成微坑和坑邊環形凸臺結構的相變硬化點。與此同時，聚焦激光束與軋輥作軸向相對運動，完成整個軋輥毛化。

現有的激光毛化設備如圖1所示，基本組成為激光器和數控機床12；數控機床12的基本形式與普通車床或磨床相似，其床身上分別相對安裝床頭箱和尾座，床頭箱上設置有用于支撐并驅動軋輥11旋轉的旋轉軸13，而尾座上則設置有用于頂緊軋輥11的頂尖14。同時床身上設置有同旋轉軸13平行的平移導軌15，平移導軌15上固定有托板(代替車床的車刀架)，托板上安置有光學機構，該光學機構通常被稱作激光毛化頭10，其上設有單個或多個聚焦頭10-1、10-2，每個聚焦頭內均設有若干反射鏡，激光束的聚焦通過這些反射鏡的反射依次完成。所述激光毛化頭10能夠將連續激光束變換成單路或分成多路脈沖激光束，并聚焦成單個或多個聚焦點垂直落在軋輥11表面，從而在軋輥11表面形成單路或多路毛化點。

要完成整個軋輥11的毛化，其工藝過程如下：

將直徑為Φ的軋輥11安裝于數控機床12的旋轉軸13和頂尖14之間；

啟動數控機床12，使軋輥11按照設定的轉速ω勻速旋轉；

通過平移導軌15驅動激光毛化頭10沿軋輥11的軸向按照設定的速度v(通常為10～100mm/min)移動；同時啟動激光器和激光毛化頭10，調整脈沖頻率ω1＝(2πΦω/60)n，其中n為毛化點密度(即單位長度中的毛化點個數)，ω1一般為數千至數萬Hz。軋輥11的高速旋轉和激光毛化頭10的橫向移動相疊加，使得激光毛化頭10上的聚焦頭相對軋輥11表面產生螺旋線相對運動，并定時向軋輥11表面發射激光，高重復頻率的激光在螺旋線上形成密集小坑，這些小坑的幾何分布是沿著輥身周向一條升角恒定的螺旋線而密集分布的。

控制激光毛化頭10的橫向移動速度v、軋輥11旋轉速度ω和斬光盤旋轉速度，使小坑周向間距可控，其范圍是0.1-0.4mm；螺旋線的螺距Δ＝v/ω可控，其范圍也是0.1-0.4mm。由此在軋輥表面形成可預控的粗糙度值(Ra)和密度值(PPI)，其均勻性好。通過調節激光毛化工藝參數，如激光功率、脈沖頻率、脈沖波形、輔助氣體種類、方向和流量以及軋輥旋轉速度等，可精確控制軋輥表面的毛化坑型及分布。

為了在整個軋輥11上打滿毛化點，一組螺旋線不可能布滿整個軋輥11，則要求毛化完一組螺旋線后必須再從頭開始一組新的螺旋線，直至布滿真個軋輥11，因此數控機床12必須不斷地精確定位每一組螺旋線，這對于一個較先進的數控系統來說不是困難的事。

上述激光毛化工藝的基本特征是：毛化點a沿一個螺距(0.1-0.4mm)非常小的螺旋線分布，由于螺距Δ相對于軋輥11的直徑Φ(200-700mm)非常小，因此可以將毛化點分布看作是沿圓周線分布的。整個軋輥11面上的毛化點分布可以看作是很多條平行的圓周線毛化點分布，但一般不對軋輥11軸線上的毛化點位置進行控制，所以毛化點a在橫向上的分布一般是雜亂的，如圖2所示。

上述毛化點分布形式帶來下述明顯的缺點：

在鋼板的長度方向容易形成拉傷，形成沿鋼板長度方向的很細的直線劃痕。仔細觀察這些劃痕，發現絕大部分劃痕出現在兩排毛化點之間的一條直線上。分析這些直線劃痕形成的原因，是因為在毛化點之間的這條直線上，軋輥是平滑的，軋輥與鋼板之間緊密接觸，如果軋制時形成鐵屑，這個鐵屑不能夠被毛化點凹坑吸收，始終存在于鋼板和軋輥之間，連續劃出可見的直線痕跡。

發明內容