專利名稱：冷軋輥表面螺旋形微凸體制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷軋輥表面螺旋形微凸體制造工藝方法，屬于機(jī)械制造和摩擦潤(rùn)滑技術(shù)
領(lǐng)域，可應(yīng)用于冷軋薄鋼板表面微形貌的制造。
背景技術(shù)：
冷軋薄鋼板表面毛化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車制造、電器儀表等領(lǐng)域，通過在軋輥表面制 造出微凸形貌，進(jìn)而在板材表面制造出無(wú)數(shù)微凹谷，儲(chǔ)存沖壓時(shí)形成的金屬碎屑和潤(rùn)滑油， 使鋼板具有更好的抗擦傷性能、成形性能、表面映像清晰度和涂覆性能。
軋輥表面形貌是一個(gè)典型的具有多尺度特性的表面，目前，主要通過噴丸技術(shù)、放電加 工技術(shù)和激光毛化技術(shù)在軋輥表面形成微形貌，軋制出具有毛化效果的薄鋼板。噴丸技術(shù)利 用硬質(zhì)顆粒高速撞擊軋輥形成一定的功能性表面，由于受噴丸尺寸、沖擊速率以及沖擊角的 隨機(jī)性和不均勻性的影響，工藝過程難以控制，只能獲得無(wú)規(guī)則的表面形貌，且噴丸砂微粒 在軋輥表面形成溝犁破壞，限制了其應(yīng)用范圍。放電加工技術(shù)是利用調(diào)制過的電壓、電流通 過浸在油池中的電極對(duì)浸在同一油池中的軋輥表面進(jìn)行放電，形成電蝕坑和尖狀毛刺，其形 貌優(yōu)于噴丸技術(shù)，但獲得的軋輥表面形貌構(gòu)造仍然呈統(tǒng)計(jì)分布，峰值排列無(wú)序，形貌不可控。 激光毛化技術(shù)是采用高能量、高重復(fù)頻率的脈沖激光束在聚焦后的負(fù)離焦照射到軋輥表面實(shí) 施預(yù)熱和強(qiáng)化，在聚焦后的聚焦點(diǎn)入射到軋輥表面形成微小熔池，同時(shí)由側(cè)吹裝置對(duì)微小熔 池施于設(shè)定壓力和流量的輔助氣體，使熔池中的熔融物按指定要求盡量堆積到融池邊緣形成 微突起。激光毛化技術(shù)克服了傳統(tǒng)噴丸和放電加工技術(shù)不規(guī)則形貌難以控制的問題，但其表 面形貌主要為規(guī)則分布的"火山口"形貌，應(yīng)力集中容易使軋輥表面形成裂紋，降低其使用
壽命o

發(fā)明內(nèi)容
為了克服激光毛化技術(shù)所形成軋輥微形貌壽命較低的問題，本發(fā)明提供一種冷軋輥表面 螺旋形微凸體制造工藝實(shí)現(xiàn)方法，該方法可以在軋輥表面形成表面光滑、無(wú)微裂紋的螺旋形 可控微觀形貌，有利于形成流體動(dòng)壓潤(rùn)滑效應(yīng)，延長(zhǎng)軋輥的使用壽命。
從摩擦學(xué)與潤(rùn)滑理論上分析，鋼板表面最理想的微觀形貌應(yīng)為球面或橢球形凹陷凸起面。
3一方面，在軋輥表面加工出具有一定深度、光滑過渡的球形、橢球形微凹坑或微凸體，有利 于軋輥與鋼板、模具與鋼板在運(yùn)動(dòng)中形成流體動(dòng)壓潤(rùn)滑效應(yīng)，可有效減小摩擦力；另一方面， 表面凹陷凸起圓滑承載面積大，摩擦副相互擠壓時(shí)不易被擦傷而產(chǎn)生磨損，可提高軋輥的使 用壽命。本發(fā)明任務(wù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是冷軋輥用丙酮清洗后，在其表面 均勻涂上一層涂層，進(jìn)行黑化處理；冷軋輥固定于三維數(shù)控平臺(tái)上， 一方面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另 一方面做直線移動(dòng)；連續(xù)激光束以一定的光斑直徑輻射在冷軋輥表面，對(duì)其局部進(jìn)行加熱， 加熱完成后通過自然冷卻或強(qiáng)制對(duì)流水冷對(duì)加熱區(qū)域進(jìn)行冷卻；由于加熱區(qū)材料的熱膨脹受 到周圍冷態(tài)材料的限制產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致在加熱工件的上表面產(chǎn)生材料的少量堆積而形成 微凸體，微凸體高度小于4(^m;由于是在加熱區(qū)域并不熔化的條件下產(chǎn)生的，微凸體符合表 面光滑、連續(xù)過渡和無(wú)微裂紋的要求，并且其形狀可通過激光能量、光斑直徑和掃描速度來 調(diào)整；通過冷軋輥的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)形成連續(xù)的螺旋形微凸形貌，或者通過間斷掃描， 在冷軋輥表面形成螺旋形的間斷微凸形貌。
本發(fā)明是利用激光局部加熱在冷軋輥表面生成微凸體，加熱區(qū)域并不熔化，避免了激光 毛化技術(shù)由于金屬熔化所產(chǎn)生的金屬重鑄、殘?jiān)逊e、加工面粗糙和微裂紋問題，提高了冷 軋輥的使用壽命。該方法工藝簡(jiǎn)單，可適于汽車制造、電器儀表等領(lǐng)域不同材質(zhì)冷軋輥微觀 形貌的制造。


圖1冷軋輥表面螺旋形微凸體加工裝置示意圖 圖2冷軋輥微凸體示意圖 圖3激光連續(xù)掃描形成的螺旋形微凸形貌 圖4激光間斷掃描形成的螺旋形微凸形貌
l控制系統(tǒng)，2激光器，3反射鏡，4聚焦鏡，5激光束，6成形工件，7三維數(shù)控臺(tái)，8夾具， 9微凸體
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
加以說明。冷軋輥表面螺旋形微凸體加工裝置由 控制系統(tǒng)(1)、 C02激光器(2)、反射鏡(3)、聚焦鏡(4)、夾具(8)、三維數(shù)控臺(tái)(7)和 冷軋輥(6)組成，如圖1所示。
冷軋輥表面螺旋形微凸體具體加工步驟如下
1、 用丙酮對(duì)冷軋輥(6)表面進(jìn)行清洗。
2、 在冷軋輥(6)表面均勻涂上一層激光吸附涂層，進(jìn)行黑化處理。
3、 冷軋輥(6)置于三維數(shù)控臺(tái)(7)上。
4、 激光束(5)由激光器(2)發(fā)出，通過反射鏡(3)和聚焦鏡(4)形成一定光斑直徑 的光束輻射在冷軋輥(6)表面；由于加熱區(qū)材料的熱膨脹受到周圍冷態(tài)材料的限制產(chǎn)生塑性 變形，導(dǎo)致在加熱工件的上表面產(chǎn)生材料的少量堆積而形成微凸體(9)，微凸體(9)高度小 于40pm，如圖2所示。
5、 基于實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析相結(jié)合的方法，變化激光光斑直徑、激光功率和激光掃描速度， 建立激光加工工藝參數(shù)與微凸體(9)的寬度和高度基本關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。
6、 基于實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析，建立掃描線間斷距離與間斷部分凹坑長(zhǎng)度、寬度和深度基本關(guān) 系數(shù)據(jù)庫(kù)。
7、 根據(jù)上述基本關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)以及微凸體(9)形貌要求，確定出合適的激光加工工藝參 數(shù)、掃描線間斷距離和相鄰掃描路徑間的距離。
8、 三維數(shù)控臺(tái)(7)帶動(dòng)冷軋輥(6)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)，使連續(xù)激光束(5)在冷軋 輥(6)表面形成螺旋形運(yùn)動(dòng)軌跡。若采用激光連續(xù)掃描，則在冷軋輥(6)表面形成連續(xù)的 螺旋形微凸體(9)，如圖3所示，P為螺旋形微凸體螺距，具體大小由實(shí)際工藝要求確定；或 者通過間斷掃描，在冷軋輥(6)表面形成螺旋形的間斷微凸體(9)，如圖4所示，s為間斷 距離，具體大小由實(shí)際工藝要求確定。
9、 加熱完成后，冷軋輥(6)通過自然冷卻或強(qiáng)制對(duì)流水冷對(duì)加熱區(qū)域進(jìn)行冷卻。
權(quán)利要求
1、一種冷軋輥表面螺旋形微凸體制造工藝方法，其特征是冷軋輥置于三維數(shù)控平臺(tái)上，冷軋輥同時(shí)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)，激光束輻射在冷軋輥表面，在不溶化的條件下使局部產(chǎn)生塑性變形生成表面光滑、連續(xù)過渡的微凸體，在冷軋輥表面形成連續(xù)的螺旋形微凸形貌，或者通過間斷掃描，在冷軋輥表面形成螺旋形的間斷微凸形貌。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于基于實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析相結(jié)合的方法，變化激光光 斑直徑、激光功率和激光掃描速度，建立激光加工工藝參數(shù)與微凸體的寬度和高度基本關(guān)系 數(shù)據(jù)庫(kù)，以確定出合適的激光加工工藝參數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于基于實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析，建立掃描線間斷距離與間 斷部分凹坑長(zhǎng)度、寬度和深度基本關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，確定出合適的掃描線間斷距離和相鄰掃描路 徑間的距離。
全文摘要
一種冷軋輥表面螺旋形微凸體制造工藝方法。冷軋輥置于三維數(shù)控平臺(tái)上，冷軋輥同時(shí)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)，激光束輻射在冷軋輥表面，在不溶化的條件下使局部產(chǎn)生塑性變形生成表面光滑、連續(xù)過渡的微凸體，在冷軋輥表面形成連續(xù)的螺旋形微凸形貌，或者通過間斷掃描，在冷軋輥表面形成螺旋形的間斷微凸形貌。該方法避免了金屬熔化所產(chǎn)生的金屬重鑄、殘?jiān)逊e、加工面粗糙和微裂紋等問題，提高了冷軋輥的使用壽命，可適于汽車制造、電器儀表等領(lǐng)域不同材質(zhì)冷軋輥微觀形貌的制造。
文檔編號(hào)B23K26/00GK101554682SQ20091001565
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者峰 劉, 石永軍, 綦耀光 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)