[發(fā)明專利]軋輥表面激光毛化強化集成加工裝置

有效

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• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN104107979A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發(fā)明（設計）人: 蔡珍;韓斌;汪水澤;譚文;楊奕;劉洋;黃全偉;魏兵
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵（集團）公司
• 主分類號: B23K26/064
• 分類號: B23K26/064;B23K26/352
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮(zhèn)西

技術領域

本發(fā)明涉及軋輥表面毛化處理裝置，具體地指一種軋輥表面激光毛化強化集成加工裝置。

背景技術

為了提高冷軋薄板鋼的板形、延伸率、深沖性能和涂鍍性能，需要對冷軋工作輥、平整輥的輥面進行毛化加工，使軋輥表面形成一層凸點，然后軋制出滿足用戶特殊工藝要求的冷軋毛化鋼板。此外，為了提高軋輥的質量和使用壽命，要求對軋輥的表面進行淬火、融覆、合金化等強化處理，以使軋輥表面形成一層高強韌性和高耐磨性的合金層。

激光毛化是利用高能量密度高重復頻率的脈沖激光束在聚焦后入射到軋輥表面，在聚焦點處形成微小熔池，同時由側吹裝置對微小熔池施以設定壓力、流量、方向的輔助氣體，使熔池中的熔融物按指定要求盡量堆積到熔池邊緣形成圓弧形凸臺。激光強化包括激光相變硬化和激光熔凝合金化技術，激光相變硬化熱處理是將規(guī)律的強激光束照射到工件表面，迅速將工件表面溫度提高到奧氏體轉變溫度以上、熔點以下的范圍之內，通過激光束的快速移動，被加熱的部位與工件內部進行快速的熱交換，使工件表面的冷卻速度極快來實現(xiàn)馬氏體的轉化，得到極細的馬氏體結構組織。激光熔凝是將粉末冶金材料與金屬基體表面同時在激光束照射下成為溶化狀態(tài)，同時迅速凝固，產生新的表面層。

軋輥毛化和軋輥強化設備有一定相似之處，都是在控制系統(tǒng)的作用下，加工機床帶動軋輥高速旋轉，毛化系統(tǒng)沿軋輥軸向運動，并將激光束作用在軋輥表面，但由于軋輥毛化和強化對激光功率、光斑大小、加工速度等參數(shù)的要求不一樣，目前軋輥毛化和強化都是在單獨或集成設備上分別完成，加工時間長、效率低。

為了解決分別獨立的激光毛化處理設備和激光強化處理設備利用率小的問題，中國專利“激光強化-激光毛化組合機床”(公開號：CN201842862U)提出了一種能進行激光強化處理或毛化處理的組合設備，但其激光強化處理和激光毛化處理不能同時進行，影響工作效率。因此，有必要提供一種能同時進行軋輥毛化-強化加工的設備，不僅能提高毛化輥的耐磨性，延長其使用壽命，從而縮短換輥時間，提高生產效率，還能減少軋輥進行毛化和強化加工的時間。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的就是要提供一種能同時進行激光毛化和強化處理、加工效率高且充分利用激光能量的軋輥表面激光毛化強化集成加工裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設計的軋輥表面激光毛化強化集成加工裝置，包括激光器和數(shù)控機床，所述數(shù)控機床的床身上設置有床頭箱和床尾座，所述床頭箱上安裝有用于支撐并驅動被加工軋輥旋轉的軋輥轉軸，所述床尾座上安裝有用于頂緊被加工軋輥的頂尖，所述數(shù)控機床的床身上還設置有與軋輥轉軸平行布置的平移導軌，所述平移導軌上設置有與其滑動配合的毛化平臺，其特殊之處在于，所述毛化平臺上設置有第一反射鏡、第二反射鏡、半透半反鏡以及對準被加工軋輥表面的毛化分光機構和強化分光機構，所述第一反射鏡與激光器所發(fā)射的激光束呈45°入射角布置，所述半透半反鏡位于第一反射鏡所反射激光束通路上，所述第二反射鏡位于半透半反鏡所反射激光束通路上，所述毛化分光機構位于半透半反鏡所透射激光束通路上，所述強化分光機構位于第二反射鏡所反射激光束通路上。

進一步地，所述強化分光機構包括銅質反光鏡、光束均勻化鏡、積分鏡以及柱面聚焦鏡，從所述第二反射鏡反射的激光束依次經(jīng)過銅質反光鏡、光束均勻化鏡、積分鏡和柱面聚焦鏡到達被加工軋輥表面。銅質反光鏡降低激光束的強度，并通過光束均勻化鏡變換成強度均勻分布的光束，積分鏡將強度均勻分布的光束變換成強度均勻分布、固定長寬比的矩形光束，柱面聚焦鏡將強度均勻分布的、固定長寬比的矩形光束變換成強度均勻分布的、可變長寬比的矩形光束。

更進一步地，所述毛化分光機構包括旋轉驅動機、多棱鏡、k個扇形并列分光頭和k個平行并列聚焦頭，所述旋轉驅動機的執(zhí)行端驅動多棱鏡旋轉，所述多棱鏡位于半透半反鏡所透射激光束通路上，所述k個扇形并列分光頭一一對應位于多棱鏡旋轉時所在的反射激光束通路上，所述k個平行并列聚焦頭的位置與k個扇形并列分光頭的位置一一對應。毛化分光機構通過旋轉驅動機帶動多棱鏡旋轉將連續(xù)激光束分割成k路脈沖激光束，并通過k個扇形并列分光頭發(fā)出，經(jīng)k個平行并列聚焦頭聚焦后對軋輥進行毛化加工。