[发明专利]轧辊表面多头激光毛化加工方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及轧辊表面毛化处理技术，具体地指一种轧辊表面多头激光毛化加工方法及其装置。

背景技术

冷轧薄板钢的表面形貌对板型、深冲性、延伸率和涂镀性能均有重要影响，而冷轧薄板钢的表面形貌在很大程度上取决于冷轧生产过程中工作辊及平整辊的表面形貌。因此，在冷轧薄板生产工艺中，要求对冷轧工作辊、平整辊的辊面进行毛化处理，然后轧制出满足用户特殊工艺要求的冷轧毛化钢板。

到目前为止，轧辊毛化技术和设备的发展经历了3个阶段：喷丸毛化、电火花毛化和20世纪90年代开始研发的激光毛化。喷丸毛化技术噪音高、粉尘大、功耗高、处理成本高，且轧辊表面区域硬度、喷丸尺寸和冲击速率及冲击角具有随机性、不均匀性、难以控制和重复性不好等缺点。电火花毛化技术形貌均匀性、保持性比喷丸毛化好，但存在轧辊使用寿命短、设备维修率高、耗电量大、维修不方便和油污染严重等问题。激光毛化技术能明显改善毛化板深冲性能和涂镀性能，且毛化过程中无噪声、无污染。随着激光毛化技术成熟，越来越多的企业采用激光毛化这一新工艺。

目前大部分激光毛化设备的加工工艺特点是，在加工过程中，激光加工头（一头或多头）的横向匀速移动配合轧辊的匀速旋转运动，在轧辊表面形成螺旋扫描线点阵毛化坑分布（螺距较小，毛化点分布可以看作很多条平行的圆周线毛化点分布）。这样毛化出的轧辊在圆周方向上是有序的，其毛化点的大小、形貌、排列基本一致。当轧辊轧制板带时，通过转印，板面在沿长度方向存在均匀分布的直线。因此，板在光的照射下，有几个角度反射强烈，最后导致在不同的角度观察板面有不同的反射效果，影响了钢板表面的外观。此外，冷轧薄板钢在长度方向容易形成拉伤，是因为轧辊在这些直线的部位与钢板紧密贴合，使产生的铁屑不能被轧辊表面的毛化坑吸收，始终存在于钢板与轧辊之间，连续划出可见的直线痕迹。

为了解决激光毛化设备的有序毛化问题，中国专利“一种轧辊表面激光毛化处理方法”（公开号：CN101642778A）提出加快激光毛化头沿轧辊轴向的运动速率，增大螺旋倾角，但这种毛化坑分布方式虽然在轧辊圆周方向和长度方向都呈非直线规律，沿螺纹倾角方向却是有序的，当轧辊轧制板带时，也会影响板面在不同角度的反射效果。中国专利“一种多头激光无序毛化轧辊表面的加工方法”（公开号CN102699524A）提出用随机信号发生器控制脉冲激光器，改变激光脉冲束的频率和占空比，使毛化点的形貌和分布密度不一致以实现无序化，缺点是对钢板的粗糙度均匀性和深冲性能会造成一定影响。此外，中国专利“光纤激光毛化系统”（公开号CN102380706A）所述的使激光头作旋转运动和左右偏转运动也会使毛化点形貌不规则，且控制设备较复杂。

因此，在不影响冷轧薄板钢粗糙度均匀性和深冲性能的条件下，实现轧辊无序毛化的关键在于改变传统的规则螺旋形扫描线分布，而不改变毛化点的形貌和尺寸。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种能实现无序均匀毛化的轧辊表面多头激光毛化加工方法及其装置，使被加工轧辊能够大大改善板面的表面外观质量，且能提高轧辊的耐磨性，延长其使用寿命。

为实现上述目的，本发明所设计的轧辊表面多头激光毛化加工方法，包括如下步骤：

1）将被加工轧辊置于数控机床的轧辊转轴上，并通过床尾座上的顶尖将其顶紧，开启数控机床驱动被加工轧辊按设定的转速旋转；

2）通过数控机床驱动设置在平移导轨上的毛化平台沿被加工轧辊的轴向按设定的速度往返滑动，从而带动设置在毛化平台上的振动分光机构和激光聚焦机构也沿被加工轧辊的轴向往返平移；

3）采用激光器向振动分光机构发出连续激光束，同时让振动分光机构按设定频率连续振动，使激光束在振动分光机构中依次扫过k个并列分光头，每个分光头都接收一部分激光束；

4）将k个并列分光头接收到的激光束一一对应传输到激光聚焦机构的k个并列聚焦头中进行聚焦；

5）使k个并列聚焦头输出的激光束对准被加工轧辊的表面，k个激光束即可在毛化平台的往返滑动过程中使被加工轧辊的表面形成不规则的螺旋扫描曲线点阵毛化坑分布。

优选地，所述毛化平台在沿被加工轧辊的轴线从首端滑动到末端后，立即错位移动一个螺距，反向返回至首端；在首端再错位移动一个螺距，继续滑动至末端，直至毛化点布满整个被加工轧辊表面。在毛化处理过程中使毛化平台移动微小的距离，使无序化毛化点阵布满整个被加工轧辊。