一种高粗糙度工作辊制备方法及装置

技术领域

本申请涉及热成型钢和冷成型钢领域，尤其涉及一种高粗糙度工作辊制备方法及装置。

背景技术

热成型钢和冷成型钢常用于乘用车车身关键部位的结构件上，在碰撞过程中吸收变形过程的能量，可保证乘员的生命安全。生产镀锌涂层的热成型钢和冷成型钢对来料的粗糙度有较高要求，高粗糙度冷硬卷能够提高锌层附着力，提高镀层结晶表面积，细化锌层尺寸和表面形貌分布，提高镀层均匀性和镀层细腻程度。根据塑性变形理论中体积不变的原则，钢板表面的金属在挤压作用下向工作辊凹坑位置隆起，形成钢板表面的凸峰。这样工作辊的表面形貌通过反向复印的关系复制到钢板表面，形成具有相似结构的表面形貌，从而将凹坑转印到带钢上，因而制备高粗糙度高峰值密度工作辊轧制热成型钢和冷成型钢从而将工作辊的表面形貌转印到带钢上显得尤为重要。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种高粗糙度工作辊制备方法及装置。

第一方面，本申请提供了一种高粗糙度工作辊制备方法，所述方法包括步骤：

对工作辊进行粗磨工序操作；

对所述工作辊进行中磨工序操作；

对所述工作辊进行精磨工序操作；

对所述工作辊进行毛化工序操作。

优选地，当所述对工作辊进行粗磨工序操作时，工作辊转数为20～26/rpm，砂轮线速度为26～40m/s，滑架速度为1800～2400mm/min，磨量为15～25/％，磨削电流为50～100/A，连续进给为20～100/μm，单向进给为10～20/μm。

优选地，当对所述工作辊进行中磨工序操作时，工作辊转数为30～40/rpm，砂轮线速度为32～36m/s，滑架速度为800～1600mm/min，磨量为4～8/％，磨削电流为30～40/A，连续进给为3～10/μm，单向进给为4～10/μm。

优选地，当对所述工作辊进行精磨工序操作时，工作辊转数为30～40/rpm，砂轮线速度为32～36m/s，滑架速度为800～1600mm/min，磨量为4～8/％，磨削电流为30～40/A，连续进给为3～10/μm，单向进给为4～10/μm。

优选地，所述对所述工作辊进行毛化工序操作包括步骤：

控制凹坑放电能量；

控制凹坑粗糙度；

控制凹坑直径；

控制凹坑深度。

优选地，所述凹坑放电能量的表达式为：

其中，W表示单个凹坑放电能量数值，u表示脉冲电压，i表示脉冲电流，ti表示放电持续时间。

优选地，所述凹坑粗糙度的表达式为：

其中，Ra表示表面粗糙度，K

优选地，所述凹坑直径的表达式为：

其中，D表示放电凹坑平均直径，K

优选地，所述凹坑深度的表达式为：

H＝(0.67～0.92)(K

其中，H表示凹坑深度，K

第二方面，本申请提供了一种高粗糙度工作辊制备装置，包括：

粗磨模块，用于对工作辊进行粗磨工序操作；

中磨模块，用于对所述工作辊进行中磨工序操作；

精磨模块，用于对所述工作辊进行精磨工序操作；

毛化模块，用于对所述工作辊进行毛化工序操作。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的一种高粗糙度工作辊制备方法及装置能够提高带钢粗糙度，提高镀层结晶表面积，细化锌层尺寸和表面形貌分布，提高镀层均匀性和镀层细腻程度。通过将工作辊粗糙度提升至Ra 6.5μm，峰值密度提升至＞75/cm2，很大程度上改善了带钢表面形貌和表面质量，提高了带钢粗糙度和峰值密度，因而制备高粗糙度高峰值密度工作辊轧制热成型钢和冷成型钢从而将工作辊的表面形貌转印到带钢上显得尤为重要。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种高粗糙度工作辊制备方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种高粗糙度工作辊制备装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种高粗糙度工作辊制备方法的流程示意图。

本申请提供了一种高粗糙度工作辊制备方法，所述方法包括步骤：

S1：对工作辊进行粗磨工序操作；

在本申请实施例中，当所述对工作辊进行粗磨工序操作时，工作辊转数为20～26/rpm，砂轮线速度为26～40m/s，滑架速度为1800～2400mm/min，磨量为15～25/％，磨削电流为50～100/A，连续进给为20～100/μm，单向进给为10～20/μm。

具体地，本申请构建了多种高粗糙度Ra＝5.0、5.5、6.0、6.5μm，峰值密度Ppc＞75/cm2的多种工作辊磨削、毛化、超精磨方法。实际生产中，在酸连轧机组末机架毛化辊轧制过程中，由于工作辊较带钢的硬度更大，材料强度更高，表面粗糙度更高，因而工作辊微观表面形貌的粗糙尖峰会复制到带钢上。在轧制过程中，工作辊与带钢间除了压入作用，还存在犁沟作用。在轧制力的作用下，工作辊粗糙峰压入带钢表面，同时，由于工作辊与带钢表面存在相对滑动，硬度较高的工作辊粗糙峰推挤硬度较低的带钢，形成犁沟作用，且随着带钢的前进，轧制区内的轧制力和相对滑动位移不断变化，在压入和犁沟的共同作用下，形成带钢表面形貌。

本申请采用砂轮粒度为60，砂轮直径为800mm，厚度为120mm。磨削过程中采用三种模式结合多个道次的多维度进给量工作辊磨削方式，减缓工作辊表面起伏程度，实现粗糙度高均匀性控制。

当对工作辊进行粗磨工序操作时，粗磨工序大磨削进给量，磨削疲劳层，分成4道次磨削，其中工作辊转数为20～26/rpm，砂轮线速度为26～40m/s，滑架速度为1800～2400mm/min，磨量为15～25/％，磨削电流为50～100/A，连续进给为20～100/μm，单向进给为10～20/μm，进给轴为X，U。如此设置参数的好处是：在粗磨阶段实现大进给量的磨削，采用大电流和大磨削量快速磨削掉轧辊表面的疲劳层，侧重于加大磨削量，减少磨削时间，提高磨削道次，实现磨削质量和磨削效率的最优化。

S2：对所述工作辊进行中磨工序操作；

在本申请实施例中，当对所述工作辊进行中磨工序操作时，工作辊转数为30～40/rpm，砂轮线速度为32～36m/s，滑架速度为800～1600mm/min，磨量为4～8/％，磨削电流为30～40/A，连续进给为3～10/μm，单向进给为4～10/μm。

具体地，当对工作辊进行中磨工序操作时，中磨工序磨削量降低至粗磨30～50％的磨削量，减少工作辊表面起伏和波动，分成3道次磨削，其中工作辊转数为30～40/rpm，砂轮线速度为32～36m/s，滑架速度为800～1600mm/min，磨量为4～8/％，磨削电流为30～40/A，连续进给为3～10/μm，单向进给为4～10/μm，进给轴为X，U。如此设置参数的好处是：在中磨工序时提供适当的磨削量，可兼顾磨削效率和磨削质量，给定磨削量和电流介于粗磨和精磨之间，可在粗磨基础上对轧辊微观的表面形貌进行修复和二次重塑。

S3：对所述工作辊进行精磨工序操作；

在本申请实施例中，当对所述工作辊进行精磨工序操作时，工作辊转数为30～40/rpm，砂轮线速度为32～36m/s，滑架速度为800～1600mm/min，磨量为4～8/％，磨削电流为30～40/A，连续进给为3～10/μm，单向进给为4～10/μm。

具体地，当对所述工作辊进行精磨工序操作时，精磨工序磨削量降低至粗磨5～10％的磨削量，对工作辊表面起伏进行多道次打磨重塑，分成2道次磨削，其中工作辊转数为30～40/rpm，砂轮线速度为32～36m/s，滑架速度为800～1600mm/min，磨量为4～8/％，磨削电流为30～40/A，连续进给为3～10/μm，单向进给为4～10/μm，进给轴为X，U。在精磨工序采用高粒度砂轮使用小进给量，把粗糙峰的尖部磨削均匀，对轧辊表面进行最终的表面打磨，提高了轧辊的粗糙度均匀性、轧辊表面细腻程度和轧辊表面质量。

S4：对所述工作辊进行毛化工序操作。

在本申请实施例中，所述对所述工作辊进行毛化工序操作包括步骤：

控制凹坑放电能量；

控制凹坑粗糙度；

控制凹坑直径；

控制凹坑深度。

具体地，控制磨削液池的水位控制到80～95％，控制磨床磨削液浓度3％～5％。毛化为采用大电流放电模式持续放电，对带钢进行电流电击，制造高粗糙度尖峰点。将放电电极和工作辊(算为对应电极)放置在绝缘的打毛油内，两者相隔一定的距离(0.0xmm不等)，对电极施加一定脉冲电压时，电极和辊面之间会击穿绝缘介质形成放电(出现电流)，由于高的绝缘性导致放电时伴随巨大的温升，将辊面(包括电极)放电点位置熔化，同时将周围物质气化形成气泡，气泡将熔融物冲走，形成一个微小的电蚀坑，即为毛化坑，熔融物抛出后，脉冲放电结束完成一个放电周期，一个放电周期几十到几百微秒不等，如此循环重复放电制备粗糙峰，毛化理论关键参数包括：凹坑放电能量、凹坑粗糙度、凹坑直径、凹坑深度等。

在本申请实施例中，所述凹坑放电能量的表达式为：

其中，W表示单个凹坑放电能量数值，u表示脉冲电压，i表示脉冲电流，ti表示放电持续时间。

具体地，凹坑放电能量数值和脉冲电压和电流存在函数关系，电压电流越大，则放电能量越大。

在本申请实施例中，所述凹坑粗糙度的表达式为：

其中，Ra表示表面粗糙度，K

具体地，粗糙度Ra值与电流和脉宽正相关，电流或脉宽越大，则Ra值越高。

在本申请实施例中，所述凹坑直径的表达式为：

其中，D表示放电凹坑平均直径，K

具体地，凹坑直径不仅是放电参数的函数，还与电极的物理特性存在很大关系。放电凹坑直径在毛化参数上同样与电流和脉宽正相关；考虑其它工艺，凹坑直径与放电材料的密度、比热容、熔点等有关。

在本申请实施例中，所述凹坑深度的表达式为：

H＝(0.67～0.92)(K

其中，H表示凹坑深度，K

具体地，单个凹坑深度H的计算，放电凹坑的深度一定程度上和表面粗糙度相关，在多次重复放电冲击中，每个放电凹坑互相复制和叠加，其放电实际深度h＜H，但＞0.33H，即0.33H＜a＜H。改善工作辊粗糙度均匀性从改善单个凹坑直径/深度比角度分析，即D/H.比值越大，说明放电凹坑直径偏大，深度偏低，单位凹坑占用面积较大，这样毛化时电流偏大，辊面不均匀性；比值越小，说明放电凹坑直径偏小，深度较深，毛化时电流偏小，均匀性较高。

当毛化时，预先设定230V电压下的恒流直流电源对电容器充电(0.02至10.54MFD)，充电电流也可以设定在22～24A设定。程序设定电容器连续充电直到放电发生后关闭充电。因为是连续充电，这种模式比脉冲充电模式的效率更高。最大电容容量(10.54MFD)和最大电压(230V)组合能够得到约Ra 6.5μm的最大粗糙度，电极模式为脉冲模式。

制备粗糙度Ra 6.5μm，峰值密度75/cm2的高粗糙度工作辊，采用电流等级5.3，放电时间15min，放电停止时间8min，伺服等级-7.3，伺服增益1.7％，冲洗速度2400m/min，主轴速度25m/s，毛化时间45min。制备粗糙度Ra 6μm，峰值密度85cm2的高粗糙度工作辊，采用电流等级3.2，放电时间11min，放电停止时间5min，伺服等级-7.1，伺服增益1.5％，冲洗速度2200m/min，主轴速度25m/s，毛化时间35min。

建立了打毛机制备高粗糙度工作辊Rpc值与Ra值对应关系式。Rpc值＝144.2-21.46×Ra值，R-sq为89.5％，拟合回归可信，两者存在直接负相关关系。当Ra3.5μm时，Rpc值计算为69.1，实际检测值为69.5。Rpc值与Ra值密切相关，呈线性关系。当Ra值比较小时，Rpc值比较高；随着Ra值逐渐升高，Rpc值逐渐降低。分析Rz/Ra比值大部分数据都在6.0～8.0之间，平均值约7.18。在同一个取样长度内(0.8mm或2.5mm)，Rz值表征为波峰波谷的最大值(极值)，Ra为粗糙度形貌的平均值，两者的比值体现了粗糙度形貌的不均匀程度。

表1高粗糙度工作辊磨削参数表

表2高粗糙度工作辊毛化参数表

如图2，本申请提供了一种高粗糙度工作辊制备装置，包括：

粗磨模块10，用于对工作辊进行粗磨工序操作；

中磨模块20，用于对所述工作辊进行中磨工序操作；

精磨模块30，用于对所述工作辊进行精磨工序操作；

毛化模块40，用于对所述工作辊进行毛化工序操作。

本申请提供的一种高粗糙度工作辊制备装置可以执行上述提供的一种高粗糙度工作辊制备方法。

本申请实施例提供的一种高粗糙度工作辊制备方法及装置能够提高带钢粗糙度，提高镀层结晶表面积，细化锌层尺寸和表面形貌分布，提高镀层均匀性和镀层细腻程度。通过将工作辊粗糙度提升至Ra 6.5μm，峰值密度提升至＞75/cm2，很大程度上改善了带钢表面形貌和表面质量，提高了带钢粗糙度和峰值密度，因而制备高粗糙度高峰值密度工作辊轧制热成型钢和冷成型钢从而将工作辊的表面形貌转印到带钢上显得尤为重要。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。