本發(fā)明屬于卷筒表面處理領(lǐng)域，具體為一種基于分層復(fù)合工藝的卷筒表面處理方法。

背景技術(shù)：

1、目前，d900大型拉絲機卷筒的表面處理主要采用兩種工藝：

2、第一種，例如201310164130.4，采用的45#鋼堆焊工藝：表面硬度低(約hrc?25-30)，在高速穿線及大規(guī)格高碳鋼絲(如φ6.0mm以上)作業(yè)中，卷筒易被鏈條和鋼絲頭磨損，導(dǎo)致凹坑、劃痕等問題，使用壽命不足6個月。

3、第二種，例如cn201811547608.0，采用的全噴涂wc工藝：表面硬度高(hrc?60-65)，但脆性大，上層起線槽與鋼絲摩擦?xí)r易造成鋼絲表面劃傷(損傷率>15％)，影響成品質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何針對不同位置的卷筒進行針對性改進用來解決鋼絲表面劃傷和。

2、為了解決上述技術(shù)問題，發(fā)明人經(jīng)過實踐和總結(jié)得出本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種基于分層復(fù)合工藝的卷筒表面處理方法，所述卷筒包括上卷筒和下卷筒；

4、步驟1，表面清理

5、清理卷筒表面，露出金屬光澤，清洗劑清理表面油污并干燥；

6、步驟2，粗化

7、對卷筒表面粗化處理，至sa3級清潔度；

8、步驟3，卷筒差異化表面處理

9、對于下卷筒：

10、對下卷筒預(yù)熱至150-200℃，通過高速速氧燃料噴涂得到表面復(fù)合層，噴涂距離：120-200mm；送粉速率：30-50g/min；最終表面復(fù)合層硬度控制為hrc?60-65；

11、所述表面復(fù)合層的組分按重量計包括n?i：16～20，cr：4～6，co：8～15，wc：22～35，余量為fe和雜質(zhì)，表面復(fù)合材料的粒度：15-45μm，其中，0.11≤co/(n?i+fe)≤0.38，0.38≤(wc+co)/(n?i+fe)≤1.25；

12、對于上卷筒：

13、對上卷筒加熱至350-450℃，并保溫1-2h，對焊絲預(yù)熱至200-300℃，對上卷筒表面堆焊焊絲，焊后經(jīng)580～620℃回火1.5-2.5h，硬度控制為hrc?35-40；

14、所述焊絲的組分按重量計包括c：0.38～0.45、s?i：0.17～0.37、mn：0.50～0.80、cr：0.90～1.20、mo：0.15～0.25、v：0.12～0.18、nb：0.12～0.18、n?i：0.45～0.65、t?i：0.10～0.15、p：≤0.035、s：≤0.035，余量為fe和雜質(zhì)，焊絲直徑：φ1.2mm；

15、其中，1.31≤(cr+v+nb+n?i+mo)/(mn+s?i+t?i)≤3.20，0.58≤(cr+mo)/(v+nb+ni+mn)≤1.22，1.37≤cr/n?i≤2.67。

16、優(yōu)選地方案，所述卷筒在粗化處理后，于表面形成均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由正向螺旋紋路和反向螺旋紋路構(gòu)成。

17、優(yōu)選地方案，在對下卷筒高速氧燃料噴涂表面復(fù)合層時，下卷筒一端安裝裝夾機構(gòu)，裝夾機構(gòu)的下方設(shè)置有升降臺，升降臺上安裝有旋轉(zhuǎn)臺和驅(qū)動旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)臺上安裝有安裝裝夾機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)主軸和帶動旋轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)動的伺服驅(qū)動組件，升降臺底部安裝有升降器，升降器底部安裝在行走車上，且行走車上安裝有獨立行走機構(gòu)；

18、下卷筒的兩端分別獨立設(shè)置有加熱箱一和保溫箱一，加熱箱一用于對下卷筒加熱作業(yè)，保溫箱一的一端安裝有側(cè)開口，下卷筒由側(cè)開口進入到保溫箱一內(nèi)，保溫箱一內(nèi)安裝有頂針機構(gòu)，頂針機構(gòu)包括沿側(cè)開口軸向移動的行走座，行走座上安裝有升降座和帶動升降座上下運動的升舉器，升降座上安裝有頂針件，頂針件用于頂裝于下卷筒一端；

19、保溫箱一內(nèi)安裝有熱噴涂組件，熱噴涂組件包括用于對下卷筒表面噴涂作業(yè)的噴涂嘴，噴涂嘴相對保溫箱一沿平行下卷筒軸線方向運行，噴涂嘴的外側(cè)安裝有環(huán)形氣管，環(huán)形氣管的底部周向均勻分布有若干個出氣孔，出氣孔沿靠近下卷筒的方向向外側(cè)偏離噴涂嘴軸線，氣流經(jīng)出氣孔于噴涂嘴外側(cè)形成沿靠近下卷筒方向覆蓋區(qū)域逐步增大的氣流隔離罩，用于延長噴涂期間飛濺的合金顆粒的漂浮時間。

20、優(yōu)選地方案，所述環(huán)形氣管和噴涂嘴之間預(yù)留有氣流通道，氣流通道內(nèi)卡裝有捕獲金屬網(wǎng)，用于捕獲飛濺的合金顆粒。

21、優(yōu)選地方案，所述噴涂嘴的外側(cè)安裝有球頭結(jié)構(gòu)，球頭結(jié)構(gòu)連接在安裝板，安裝板上安裝有球形凹槽，球頭結(jié)構(gòu)安裝在球形凹槽內(nèi)，安裝板上安裝有限位板，限位板套裝在球頭結(jié)構(gòu)外側(cè)并將球頭結(jié)構(gòu)安裝在球形凹槽內(nèi)，安裝板的外側(cè)滑動配合有軸向?qū)О?，軸向?qū)О骞潭ò惭b在保溫箱一的內(nèi)壁上，噴涂嘴的外側(cè)套裝有鎖止套，鎖止套的側(cè)部的頂部嵌設(shè)有電磁鐵且表面設(shè)置有連接電磁鐵電性連接的端子，位于電磁鐵頂部的噴涂嘴外側(cè)套裝有彈性體，彈性體的頂部連接有固定盤，固定盤固定安裝在噴涂嘴上；

22、保溫箱一上安裝有伺服電機一、伺服電機二、獨立電源、傳動輪，伺服電機一的端部安裝有收卷盤一，收卷盤一上繞裝有連接鋼繩一，連接鋼繩一的一端繞過傳動輪一后連接在固定盤上，伺服電機二的端部安裝有收卷盤二，收卷盤二上繞裝有連接鋼繩二，連接鋼繩二的一端連接在安裝板上；

23、保溫箱一內(nèi)壁上安裝有定位板，定位板上安裝有通電電極，通電電極經(jīng)導(dǎo)線和獨立電源相連，通電電極用于接觸端子將電磁鐵和獨立電源電性接通形成閉合回路。

24、優(yōu)選地方案，所述下卷筒噴涂步驟如下：

25、s311，預(yù)熱

26、將下卷筒經(jīng)裝夾機構(gòu)安裝在行走車上，經(jīng)行走車上的獨立行走機構(gòu)帶動下卷筒移動至加熱箱一內(nèi)，預(yù)熱至150-200℃；

27、s312，保溫

28、下卷筒預(yù)熱至150-200℃后，行走車將下卷筒從加熱箱一內(nèi)移除并立即經(jīng)水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)完成下卷筒水平方向上旋轉(zhuǎn)180°，將下卷筒朝向保溫箱一，經(jīng)保溫箱一內(nèi)的行走座上的頂針機構(gòu)進行軸向定位，再經(jīng)行走車和行走座同時運動將下卷筒移至保溫箱一內(nèi)，裝置下卷筒的端部和定位板貼合，定位板側(cè)壁上安裝有滾動體用于貼合在下卷筒的端面上，升降器和升舉器同時工作帶動下卷筒上行至預(yù)定高度，該預(yù)定高度為球頭結(jié)構(gòu)的中心和下卷筒邊緣位置的的弧形區(qū)域的圓心處于同一條水平線上；

29、s313，噴涂

30、伺服驅(qū)動組件帶動旋轉(zhuǎn)主軸勻速旋轉(zhuǎn)，勻速旋轉(zhuǎn)的同時噴涂嘴工作，對下卷筒表面進行噴涂，同時伺服電機一、伺服電機二啟動帶動收卷盤一和收卷盤二轉(zhuǎn)動，收卷盤一和收卷盤二轉(zhuǎn)動方向相反，經(jīng)連接鋼繩一帶動噴涂嘴沿旋轉(zhuǎn)主軸軸線方向勻速運動，當(dāng)噴涂嘴移動至下卷筒邊緣位置的弧形區(qū)域邊界時，端子和通電電極接觸接通電磁鐵的電路，電磁鐵通電吸附頂部的固定盤，并壓縮彈性體，球頭結(jié)構(gòu)的軸向限制解除，軸向限制解除后，噴涂嘴在連接鋼繩牽引作用下繞著球頭結(jié)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動，對弧形區(qū)域進行噴涂作業(yè)，在噴涂嘴旋轉(zhuǎn)運動同時伺服電機二不會繼續(xù)帶動安裝板沿下卷筒軸向繼續(xù)運動；

31、s314，拆除

32、伺服電機一先進行反向轉(zhuǎn)動，噴涂嘴在重力作用下復(fù)位至豎直狀態(tài)，此時噴涂嘴重新回到弧形區(qū)域邊界的上方，隨后伺服電機二啟動并配合伺服電機一一同反向運行，同時端子和通電電極分離，鎖止套在彈性體的作用下重新對噴涂嘴軸向限制其角度，隨著伺服電機二與伺服電機一同步運行將安裝板復(fù)位至初始狀態(tài)，升降器和升舉器同時開啟將下卷筒下行至初始高度，行走車和行走座同步向保溫箱一外部移動，行走件持續(xù)移動帶動下卷筒的一端脫離頂針件，脫離后松開裝夾機構(gòu)將下卷筒從其上拆除。

33、優(yōu)選地方案，對上卷筒堆焊時，上卷筒的一端安裝有裝夾夾具、另一端安裝有軸向伸縮頂針，裝夾夾具安裝在回轉(zhuǎn)主軸的一端，軸向伸縮頂針和回轉(zhuǎn)主軸均安裝于移動座上，移動座上安裝有驅(qū)動回轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)動的伺服驅(qū)動器和帶動移動座沿上卷筒軸向運動的電驅(qū)行走組件，上卷筒的外側(cè)獨立設(shè)置有加熱箱二，加熱箱二的兩端和底部為開放式結(jié)構(gòu)設(shè)置。

34、加熱箱二的內(nèi)部安裝有上層隔熱板和下層隔熱板和對上層卷筒加熱的加熱器，上層隔熱板和下層隔熱板之間預(yù)留有間隙，上層隔熱板和下層隔熱板設(shè)置在加熱箱二的內(nèi)側(cè)頂部。

35、上層隔熱板和下層隔熱板上均設(shè)置有平行上卷筒軸線的槽口，上層隔熱板和下層隔熱板的槽口內(nèi)獨立安裝有焊槍。

36、上層隔熱板和下層隔熱板的槽口頂部的一側(cè)均安裝有齒條板和限位條，且上層隔熱板和下層隔熱板之間安裝有豎向板，豎向板上安裝有導(dǎo)向槽，焊槍側(cè)部安裝有滑動銷，滑動銷滑動配合于導(dǎo)向槽內(nèi)；

37、焊槍外側(cè)安裝有兩個連接套，每個連接套的一側(cè)均通過軸承連接有旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸上套裝有一齒輪，齒輪嚙合在齒條板上，旋轉(zhuǎn)軸遠離連接套的一端通過軸承連接有移動塊，移動塊和限位條滑動配合，每個移動塊上均安裝有旋轉(zhuǎn)電機，旋轉(zhuǎn)電機的一端和旋轉(zhuǎn)軸相連。

38、所述導(dǎo)向槽包括水平段、圓弧段一、圓弧段二、圓弧段三，圓弧段一、圓弧段三對稱分布在圓弧段二兩側(cè)，圓弧段一和圓弧段三所對應(yīng)的圓心分別位于引線槽兩側(cè)的邊界上，圓弧段二所對應(yīng)的圓心位于引線槽的弧形面所對應(yīng)的圓心正后方。

39、所述上卷筒堆焊步驟如下：

40、s321，預(yù)熱

41、將上卷筒的一端安裝在裝夾夾具上、另一端有軸向伸縮頂針相連，通過移動座上的電驅(qū)行走組件帶動移動座將上卷筒移動至加熱箱二內(nèi)，內(nèi)部的加熱器對上卷筒加熱至350-450℃，通過回轉(zhuǎn)主軸在伺服驅(qū)動器的作用下定時旋轉(zhuǎn)，保溫1-2h；

42、s321，送絲

43、供絲機構(gòu)將焊絲供入焊槍的端部，供絲過程中焊絲經(jīng)出絲口處的加熱膜管加熱至200-300℃；

44、s322，堆焊

45、回轉(zhuǎn)主軸在伺服驅(qū)動器作用下勻速旋轉(zhuǎn)，焊槍將焊絲焊接于上卷筒上，同時兩個旋轉(zhuǎn)電機同步同速沿平行上卷筒軸線方向運行；

46、當(dāng)運行至引線槽一邊界處時，位于上側(cè)的連接套和下側(cè)的連接套對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機持續(xù)運行，且上側(cè)旋轉(zhuǎn)電機的運行速度大于下側(cè)旋轉(zhuǎn)電機的運行速度，滑動銷會從水平段進入到圓弧段一內(nèi)，焊槍于此處在上卷筒旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)完成角度調(diào)整，此時上側(cè)的連接套的旋轉(zhuǎn)中心位于引線槽的弧面圓心處；

47、隨后，位于上側(cè)連接套對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機停止運行，位于下側(cè)連接套對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機單獨運行，滑動銷進入到圓弧段二內(nèi)，焊槍繞引線槽的弧面堆焊作業(yè)；

48、當(dāng)運行至引線槽另一邊界處后，位于上側(cè)的連接套對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機再次開始運行，且上側(cè)旋轉(zhuǎn)電機的運行速度大于下側(cè)旋轉(zhuǎn)電機運行速度，焊槍于此處在上卷筒旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)完成角度調(diào)整，滑動銷經(jīng)圓弧段三進入到下一水平段；

49、s323，拆除

50、對上卷筒堆焊完成后，移動座經(jīng)電驅(qū)行走組件將上卷筒從加熱箱內(nèi)移出，拆下轉(zhuǎn)至回火爐內(nèi)，經(jīng)580～620℃回火1.5-2.5h，硬度控制為hrc?35-40。

51、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下有益效果：

52、1、本發(fā)明通過對上下卷筒進行針對性表面處理，對下卷筒采用熱噴涂得到表面復(fù)合層，利用表面復(fù)合層來確保下卷筒的硬度和韌性、耐磨性、耐腐蝕性；對上卷筒采用堆焊工藝，得到堆焊層，利用堆焊層來降低對鋼絲的表面劃傷。

53、2、本發(fā)明對下卷筒采用熱噴涂表面復(fù)合材料，表面復(fù)合層的厚度0.8-1.2mm，表面復(fù)合材料采用特定配方，由于要確保表面的硬度，以wc為硬質(zhì)相作為核心來源，當(dāng)含量在30％左右時，需要控制其脆性的風(fēng)險，通過n?i、co、fe來作基體韌化補償，通過合理化控制co相對n?i、fe含量占比，維持于0.11～0.38之間，當(dāng)小于0.11時，表面工作層的韌性不足，當(dāng)大于0.38時，硬度不足的風(fēng)險，由于wc、co會形成硬質(zhì)合金相，該相同時還通過精準(zhǔn)控制wc、co總量相對ni、fe總量的占比維持在0.38～1.25之間，硬質(zhì)相與粘結(jié)相之間的平衡，從而獲得最佳的涂層性能，經(jīng)過上述組分的嚴(yán)格控制，硬度能夠維持表面硬度在hrc?60-65，還能夠保持具備一定的韌性，減少土層的開裂問題，且具備抗熱震性。在表面復(fù)合材料中還引入cr，利用cr能夠提升抗氧化和耐腐蝕性能，還能夠進一步調(diào)控工作表面的硬度。

54、3、本發(fā)明對上卷筒采用堆焊工藝，堆焊層的厚度為3-4mm，采用新配方的焊絲來保證堆焊層的硬度和韌性，降低對鋼絲的劃傷。在對上卷筒堆焊期間，通過合理化調(diào)配組分，通過引入cr、v、nb、ni、mn、s?i、ti，在引入上述元素時，充分考慮其對堆焊層硬度、韌性、耐磨性等方面的影響，以及元素之間的相互作用，能夠提高材料的均勻性和致密度，降低鋼絲的損傷率，還提高堆焊層的韌性，減少因脆性斷裂而導(dǎo)致的鋼絲損傷。通過合理化控制(cr+v+nb+ni+mo)/(mn+s?i+t?i)并維持于1.31～3.20之間，能夠解決在堆焊期間夾渣的問題，如果低于1.31，無法精準(zhǔn)控制堆焊層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和韌性的性能；如果大于3.20，就會導(dǎo)致出現(xiàn)過多的夾渣和氣孔問題，利用mn、s?i、ti的聯(lián)合作用降低熔渣的形成機率、熔點和密度，來提高熔渣自排性，通過合理化分布cr、v、nb、n?i、mo來精準(zhǔn)控制堆焊層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和韌性的性能；通過合理化控制(cr+mo)/(v+nb+ni+mn)并維持于0.58～1.22之間，能夠精準(zhǔn)控制硬度和韌性，確保鋼絲的損傷，如果低于0.58使得韌性較大，出現(xiàn)堆焊層過早出現(xiàn)損傷；如果高于1.22，會導(dǎo)致硬度過大，對鋼絲的損傷率無法維持于3％以下。還精準(zhǔn)控制鉻鎳的比例，避免堆焊金屬中的鐵素體含量過高或過低，進而解決熱裂紋的產(chǎn)生。

55、4、本發(fā)明通過噴砂粗化處理，在卷筒的表面能夠形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，利用正向螺旋紋路和反向螺旋紋路能夠提高界面結(jié)合能力，進而能夠確保熱噴涂的涂層和基材之間層間結(jié)合強度≥70mpa。

56、5、本發(fā)明在對下卷筒熱噴涂時，需要在外側(cè)獨立設(shè)置加熱箱一來進行預(yù)熱處理至150-200℃，降低界面溫差，防止界面出現(xiàn)脆層的問題。加熱后經(jīng)水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°調(diào)轉(zhuǎn)下卷筒的朝向，并移動至保溫箱一內(nèi)，通過頂針機構(gòu)對下卷筒進行軸向位置限定。在對下卷筒熱噴涂時，在噴涂嘴的外側(cè)設(shè)置能夠形成氣流隔離罩的結(jié)構(gòu)，利用氣流隔離罩內(nèi)部和外部的氣壓差，來增加飛濺的合金顆粒漂浮時間最終通過捕獲金屬網(wǎng)來捕獲飛濺的合金顆粒，進而解決防止在噴涂期間對未噴涂表面形成合金渣，進而影響表面復(fù)合層的表面質(zhì)量。其次進行獨立設(shè)計有角度可調(diào)的噴涂嘴，利用噴涂嘴的角度調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對下卷筒表面靠近邊緣位置的弧形部分噴涂，能夠確?；⌒尾糠謪^(qū)域噴涂角度始終垂直于弧形部分的表面，進而來確保表面復(fù)合層厚度均勻性。

57、6、本發(fā)明針對熱噴涂時進行針對性的噴涂結(jié)構(gòu)設(shè)計，于保溫箱一內(nèi)進行噴涂作業(yè)，噴涂時通過伺服電機一和伺服電機二同步動作將噴涂嘴移動至弧形區(qū)域的邊界處，經(jīng)過電磁鐵通電后完成鎖止套的上行，解除噴涂嘴的角度限制，配合伺服電機一的繼續(xù)工作，將噴涂嘴進行角度調(diào)整，球頭結(jié)構(gòu)的中心此時會和弧形區(qū)域的圓心重合，進而能夠確保噴涂角度和噴涂質(zhì)量。當(dāng)噴涂作業(yè)完成后，伺服電機一的反向轉(zhuǎn)動，噴涂嘴在重力作用下復(fù)位至豎直狀態(tài)，當(dāng)端子和接電電極斷開連接后，會在彈性體的作用下復(fù)位重新對噴涂嘴的角度進行限制，接下來噴涂嘴只能沿下卷筒的軸向運動。

58、7、本發(fā)明還針對堆焊結(jié)構(gòu)進行針對性改進，利用在焊槍的上安裝兩個連接套，并利用兩個連接套之間連接的彈簧件，配合兩個旋轉(zhuǎn)電機來實現(xiàn)焊槍的三種角度噴涂，進而實現(xiàn)對上卷筒的引線槽進行針對性的堆焊作業(yè)。