專利名稱：一種激光無(wú)序毛化軋輥表面的加工設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種毛化軋輥表面的加工設(shè)備，特別是涉及能產(chǎn)生各種不同的無(wú)序毛化“點(diǎn)”的一種激光無(wú)序毛化軋輥表面的加工設(shè)備。
背景技術(shù)：
在目前的鋼鐵和有色金屬等工業(yè)生產(chǎn)中，常用的有三類生產(chǎn)毛化冷軋薄板的方法，第一類，采用噴丸技術(shù)毛化軋輥，再將其表面鍍鉻，用來(lái)進(jìn)行軋制板帶；第二類，采用電火花技術(shù)毛化軋輥，再將其表面鍍鉻，用來(lái)進(jìn)行軋制板帶；第三類，采用激光技術(shù)毛化軋輥，直接用于軋制板帶。由于鍍鉻對(duì)環(huán)境的污染很大，大多數(shù)廠家省卻了表面鍍鉻工藝，直接采用噴丸或 電火花技術(shù)毛化軋輥，并直接用來(lái)軋制板帶，但這種半截式的方法使得軋輥的過鋼量大大減少。在現(xiàn)有技術(shù)中采用第一類和第二類技術(shù)來(lái)生產(chǎn)毛化板表面的結(jié)構(gòu)是真正無(wú)序的麻面，而采用第三類技術(shù)，無(wú)論是C02激光毛化，還是YAG固體激光毛化生產(chǎn)毛化板表面的結(jié)構(gòu)均是有序的麻面，對(duì)于有序麻面方式生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品對(duì)光的折射具有方向性，這是由于毛化點(diǎn)的一致性決定的。在現(xiàn)有技術(shù)中，第一類噴丸技術(shù)由于粉塵污染，影響健康，且毛化的重復(fù)性很難再現(xiàn)，難以掌握；第二類電火花毛化技術(shù)制作價(jià)格非常之高、并且對(duì)環(huán)境有一定的油污污染；對(duì)于第三類激光技術(shù)毛化的軋輥，過鋼量要高于第一、第二類半截式方法毛化的軋輥，且軋制的鋼板，深沖性、延伸率也要高于第一類和第二類。在現(xiàn)有技術(shù)中，目前激光毛化設(shè)備毛化出的結(jié)果都有序的，不論是利用C02激光，還是利用YAG激光，不論是脈沖激光，還是通過機(jī)械方式將連續(xù)激光轉(zhuǎn)變成脈沖激光或通過聲光開關(guān)轉(zhuǎn)換成脈沖激光，不論是單加工頭的，還是多加工頭的，其毛化點(diǎn)的大小、形貌、排列基本是一致的，而且是有序的，因此，軋輥表面被毛化出的效果是一個(gè)有序布置的均勻點(diǎn)陣，當(dāng)軋輥軋制板帶時(shí)，通過轉(zhuǎn)印，板面紋理結(jié)構(gòu)也是有序排列的，而現(xiàn)在的汽車面板以及高檔家電產(chǎn)品的面板，不僅對(duì)鋼板的機(jī)械性能有要求，而且對(duì)鋼板表面的外觀也有要求，激光有序毛化板由于毛化“點(diǎn)”的形貌和排列整齊一致，板在光的照謝下，有某幾個(gè)角度反射強(qiáng)烈，最后導(dǎo)致在不同的角度觀察板面有不同的反射效果。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在解決無(wú)序毛化軋輥表面的加工問題，從而使得軋輥軋出來(lái)的鋼板表面的結(jié)構(gòu)呈無(wú)序的麻面，通過本實(shí)用新型中的加工設(shè)備，可以方便的生產(chǎn)出表面結(jié)構(gòu)為無(wú)序麻面的軋輥。并提高軋輥的過鋼量。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種激光無(wú)序毛化軋輥表面的加工設(shè)備，包括有數(shù)控軋輥機(jī)床，所述軋輥利用數(shù)控軋輥機(jī)床使軋輥在機(jī)床頂尖的相向頂置下，圍繞著自身的中心軸線作勻速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，包括有激光器和激光加工頭、所述激光加工頭安裝在數(shù)控軋輥機(jī)床的小拖板上，所述激光加工頭沿著軋輥的側(cè)母線作軸向均勻移動(dòng)，在軋輥表面加工出一條無(wú)重疊軌跡的螺旋線，在軋輥的軸向方向上，所述螺旋線的導(dǎo)程小于激光斑點(diǎn)直徑值的150%。所述機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速為每分鐘轉(zhuǎn)速為5 -300轉(zhuǎn)。所述激光加工頭上裝有距離跟蹤器和軋輥直徑測(cè)量裝置，在通過軋輥直徑測(cè)量裝置測(cè)量后，實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)對(duì)焦。所述隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器控制激光器發(fā)出的脈沖激光，使其隨機(jī)無(wú)序地改變頻率和占空比，從而使得通過聚焦鏡的聚焦后，激光加工頭加工出的激光斑點(diǎn)，時(shí)而是圓點(diǎn)，時(shí)而橢圓點(diǎn)，時(shí)而是短點(diǎn)，時(shí)而是長(zhǎng)點(diǎn)，在軋輥圓周方向上的點(diǎn)間距，時(shí)而長(zhǎng)，時(shí)而短，間距也是無(wú)序的，從而使在軋輥上激光毛化過的地方變成毛化“點(diǎn)”，未毛化的過地方變成“空”，無(wú)序的毛化“點(diǎn)”和“空”排列出來(lái)的圖案也是無(wú)序的。在激光斑點(diǎn)的能量密度為l(Tl06W/cm2時(shí)，表層氣化，底層熔化，在離心力和輔助氣體的作用下，形成微凸臺(tái)和凹坑，由于“點(diǎn)”的形貌不一致，所以凸臺(tái)和凹坑的形貌也不一致，凸臺(tái)和凹坑對(duì)光的折射也不一致。采用上述技術(shù)方案后的有益效果是本實(shí)用新型一種激光無(wú)序毛化軋輥表面的加工設(shè)備，通過本技術(shù)方案，可制作出直正符合無(wú)序化要求的軋輥，并生產(chǎn)出符合無(wú)序化要求的鋼板，采用激光進(jìn)行加工軋輥表面無(wú)序毛面硬度高，生產(chǎn)成本低，無(wú)污染，大大提高了轉(zhuǎn)棍的過鋼量。

圖I為本實(shí)用新型加工設(shè)備的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型加工后軋輥表面無(wú)序毛化有“點(diǎn)”和有“空”的效果圖。圖3為本實(shí)用新型加工后軋輥表面無(wú)序毛化有“點(diǎn)”和無(wú)“空”的效果圖。圖4為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I軋棍、2激光加工頭、3激光束、4脈沖激光器、5隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器、6機(jī)床頂尖、7床頭、8-卡盤、9軋輥、10尾座、11數(shù)控軋輥機(jī)床。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)用新型中一種激光無(wú)序毛化軋輥表面的加工設(shè)備，包括有數(shù)控軋輥機(jī)床11，所述軋輥I利用數(shù)控軋輥機(jī)床11使軋輥I在機(jī)床頂尖6的相向頂置下，圍繞著自身的中心軸線作勻速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，包括有脈沖激光器4和激光加工頭2、所述激光加工頭2安裝在數(shù)控軋輥機(jī)床11的小拖板上，所述激光加工頭2通過光纖與脈沖激光器相4連接，所述激光加工頭2沿著軋輥I的側(cè)母線作軸向勻速移動(dòng)，在軋輥I表面加工出一條無(wú)重疊軌跡的螺旋線，在軋輥I的軸向方向上，所述螺旋線的導(dǎo)程小于激光斑點(diǎn)直徑值的150%。所述機(jī)床主軸帶動(dòng)軋輥I的轉(zhuǎn)速為每分鐘轉(zhuǎn)速為5 -300轉(zhuǎn)。所述激光加工頭2上裝有距離跟蹤器和軋輥直徑測(cè)量裝置，在通過軋輥直徑測(cè)量裝置測(cè)量后，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。在工作時(shí)，所述激光加工頭2安裝在數(shù)控軋輥機(jī)床11的小拖板上，數(shù)控軋輥機(jī)床11的大拖板帶著小拖板和激光加工頭2沿著軋輥4的側(cè)母線作軸向勻速移動(dòng)，激光加工頭2上裝有距離跟蹤器，在通過軋輥直徑測(cè)量裝置測(cè)量后，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。所述脈沖激光器4與隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器5相連，所述隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器5控制激光器發(fā)出的脈沖激光束3，使其隨機(jī)無(wú)序地改變頻率和占空比，從而使得通過聚焦鏡聚焦后，激光加工頭2加工出的激光斑點(diǎn)，時(shí)而是圓點(diǎn)，時(shí)而橢圓點(diǎn)，時(shí)而是短點(diǎn)，時(shí)而是長(zhǎng)點(diǎn)，在軋輥I圓周方向上的點(diǎn)間距，時(shí)而長(zhǎng)，時(shí)而短，間距也是無(wú)序的，從而使在軋輥I上激光毛化過的地方變成毛化“點(diǎn)”，未毛化的過地方變成“空”，無(wú)序的毛化“點(diǎn)”和“空”排列出來(lái)的圖案也是無(wú)序的。在激光斑點(diǎn)的能量密度為104-106W/cm2時(shí)，表層氣化，底層熔化，在離心力和輔助氣體的作用下，形成微凸臺(tái)和凹坑，由于“點(diǎn)”的形貌不一致，所以凸臺(tái)和凹坑的形貌也不一致，凸臺(tái)和凹坑對(duì)光的折射也不一致。如圖I和圖4所示，本實(shí)用新型一種激光無(wú)序毛化軋輥表面的加工設(shè)備的實(shí)施例，是由數(shù)控軋棍機(jī)床11、光纖脈沖激光器4、冷水機(jī)、隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器5、激光加工頭2、距離跟·蹤器、軋輥直徑檢測(cè)裝置、控制系統(tǒng)、穩(wěn)壓電等組成。所述需毛化軋輥I采用中心孔定位。用床頭7和尾座10兩個(gè)機(jī)床頂尖6將軋輥I用適當(dāng)?shù)牧斁o，并用卡盤8將軋輥I的軸頭卡緊。裝夾好的軋輥1，在機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)力矩的帶動(dòng)下，在機(jī)床許可的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，作均速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速在180-250轉(zhuǎn)/分范圍。[0031 ] 所述激光加工頭2上安裝在機(jī)床小拖板上，在Z軸絲杠或齒輪齒條的傳動(dòng)下，沿著軋輥I的側(cè)母線作軸向勻速移動(dòng)，激光加工頭2上裝有距離跟蹤器，在通過軋輥直徑測(cè)量裝置測(cè)量后，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦；所術(shù)激光加工頭2的移動(dòng)速度應(yīng)滿足在軋輥I的軸向方向上，所述螺旋線的導(dǎo)程小于激光斑點(diǎn)直徑值的150% ；，當(dāng)數(shù)控軋輥機(jī)床11的主軸轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分時(shí)，激光斑點(diǎn)直徑為O. 08毫米時(shí)，移動(dòng)速度應(yīng)在20毫米/分附近或小于此值。所述隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器5，其上可以設(shè)置控制頻率的上、下限；它所發(fā)出隨機(jī)無(wú)序的電信號(hào)，控制脈沖激光器4發(fā)出的脈沖激光束3，使其隨機(jī)無(wú)序地改變脈沖激光束3的頻率和占空比，從而使得通過聚焦鏡的聚焦后，照射在軋輥I上表面形成的“點(diǎn)”，時(shí)而是圓點(diǎn)，時(shí)而橢圓點(diǎn)，時(shí)而是短點(diǎn)，時(shí)而是長(zhǎng)點(diǎn)，在軋輥周向上的“點(diǎn)”間距，時(shí)而長(zhǎng)，時(shí)而短，間距也是無(wú)序的；“點(diǎn)”的周向密度是根據(jù)旋轉(zhuǎn)軋輥I表面的線速度和所需“點(diǎn)”的形貌來(lái)設(shè)定隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器5所產(chǎn)生無(wú)序信號(hào)的頻率區(qū)間來(lái)確定的，此例隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的頻率上限設(shè)置為ΙΟΟΚΗζ、下限設(shè)置ΙΟΚΗζ，激光器的功率200W。如圖2和圖3所示，所述在軋輥I輥面上，激光毛化過的地方稱作毛化“點(diǎn)”，未毛化的過地方稱作“空”，無(wú)序的毛化“點(diǎn)”和“空”排列出來(lái)的圖案也是無(wú)序的，即便加大激光毛化密度，將整個(gè)輥面全部毛化，沒有“空”剩下來(lái)，其毛化過的毛化“點(diǎn)”，也是無(wú)序的；在激光斑點(diǎn)的能量密度為10，106W/cm2時(shí)，表層氣化，底層熔化，在離心力和輔助氣體的作用下，形成微凸臺(tái)和凹坑，由于毛化“點(diǎn)”的形貌不一致，所以凸臺(tái)和凹坑的形貌也不一致，凸臺(tái)和凹坑對(duì)光的折射也不一致。由無(wú)序的毛化“點(diǎn)”和“空”的排列以及毛化“點(diǎn)”形貌的不一致，從而實(shí)現(xiàn)軋輥I表面的激光無(wú)序毛化。由于凸臺(tái)的作用，同時(shí)提高了毛化軋輥的過鋼量。通過不斷試驗(yàn)和總結(jié)，所述軋輥I表面無(wú)序毛化后所得到的紋理結(jié)構(gòu)和粗糙度，由下述條件決定1軋輥表面的線速度；2激光加工頭沿軋輥軸向毛化點(diǎn)的螺距；3無(wú)序信號(hào)發(fā)生器工作頻率上、下限；4激光器的功率大小。.通過大量的實(shí)驗(yàn)和各項(xiàng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證，要想得到預(yù)期的軋輥表面的紋理結(jié)構(gòu)和粗糙度，必須組合上述條件做大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)得到。以上 所述，僅為本實(shí)用新型專利的較佳可行實(shí)施例而已，并非用以限定本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種激光無(wú)序毛化軋輥表面的加工設(shè)備，包括有數(shù)控軋輥機(jī)床，所述軋輥利用數(shù)控軋輥機(jī)床使軋輥在機(jī)床頂尖的相向頂置下，圍繞著自身的中心軸線作勻速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其特征在于，包括有激光器和激光加工頭， 所述激光加工頭安裝在數(shù)控軋輥機(jī)床的小拖板上，所述激光加工頭沿著軋輥的側(cè)母線作軸向勻速移動(dòng)，在軋輥表面加工出一條無(wú)重疊軌跡的螺旋線，在軋輥的軸向方向上，所述螺旋線的導(dǎo)程小于激光斑點(diǎn)直徑值的150%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種激光無(wú)序毛化軋輥表面的加工設(shè)備，其特征在于，所述機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速為每分鐘轉(zhuǎn)速為5 -300轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種激光無(wú)序毛化軋輥表面的加工設(shè)備，其特征在于，所述激光加工頭上裝有距離跟蹤器和軋輥直徑測(cè)量裝置，在通過軋輥直徑測(cè)量裝置測(cè)量后，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種激光無(wú)序毛化軋輥表面的加工設(shè)備，包括有數(shù)控軋輥機(jī)床、激光器和激光加工頭、所述激光加工頭沿著軋輥的側(cè)母線作軸向勻速移動(dòng)，隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器控制脈沖激光器產(chǎn)生無(wú)序脈沖激光束，聚焦后，在軋輥表面加工出一條無(wú)重疊軌跡的螺旋線，所述螺旋線的導(dǎo)程小于激光斑點(diǎn)直徑值的150%；所述脈沖激光器跟隨隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器所發(fā)出的隨機(jī)變量，隨機(jī)改變激光脈沖束的占空比和頻率；通過本技術(shù)方案，可制作出真正符合無(wú)序化要求的軋輥，并生產(chǎn)出符合無(wú)序化要求的鋼板，采用激光進(jìn)行加工軋輥表面無(wú)序毛面硬度高，生產(chǎn)成本低，無(wú)污染，大大提高了軋輥的過鋼量。
文檔編號(hào)B23K26/08GK202752746SQ20122023838
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者胡家強(qiáng), 莫衡陽(yáng), 李春旺, 張煒 申請(qǐng)人:武漢華工激光工程有限責(zé)任公司