一种轧辊表面处理方法及轧辊表面处理装置

技术领域

本发明涉及轧辊加工技术领域，特别涉及一种轧辊表面处理方法及轧辊表面处理装置。

背景技术

轧辊表面处理是为了在冷轧薄板生产工艺中，改善钢板的板型、深冲性、延伸率和涂镀性能，轧制出满足用户特殊加工工艺要求的冷轧毛化钢板。目前用以满足轧辊表面处理的方法有：喷丸毛化(SB)技术、电火花毛化(EDT)技术等。

但是喷丸毛化(SB)和电火花毛化(EDT)属于无规则分布的粗糙度形貌类型，其粗糙度的形貌不可控、不均匀，操作人员不能根据实际需求进行限定，得不到理想的表面粗糙度形貌。喷丸毛化给环境带来粉尘污染；电火花毛化不仅占地面积较大，而且油污染严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轧辊表面处理方法及轧辊表面处理装置，以解决现有轧辊表面处理中存在粗糙度形貌不可控、粉尘和油污污染严重的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种轧辊表面处理方法及轧辊表面处理装置，所述轧辊表面处理方法包括以下步骤：将轧辊置于旋转轴上，使所述轧辊按设定的转速旋转；利用光纤激光束聚焦在所述轧辊的表面，且所述光纤激光束沿所述轧辊的轴向移动，以在所述轧辊的表面形成呈螺旋线形分布的凹坑。

可选的，在将所述轧辊置于旋转轴上之前，所述轧辊表面处理方法包括：对所述轧辊进行挖坑加工，使所述轧辊的表面粗糙度满足预设需求。

可选的，利用光纤激光束聚焦在所述轧辊的表面的步骤包括：利用气体对所述光纤激光束在所述轧辊之表面的聚焦点进行侧吹。

可选的，所述光纤激光束在聚焦在所述轧辊的表面前，经扩束聚焦系统进行扩束聚焦。

可选的，对应于所述轧辊旋转一周，所述光纤激光束沿所述轧辊的轴向移动量在0.1mm～0.2mm之间。

可选的，所述光纤激光束的频率根据所述轧辊所设定的转速以及所述光纤激光束沿所述轧辊的轴向移动量进行配置，使两个连续的所述凹坑之间的距离在0.1mm～0.2mm之间。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种轧辊表面处理装置，包括：机床，具有一旋转轴，所述机床用以驱动轧辊围绕所述旋转轴转动；以及激光器，沿所述机床的轴向可移动地设置，用以向所述轧辊的表面输出光纤激光束；所述轧辊表面处理装置利用如上所述的轧辊表面处理方法对所述轧辊的表面进行处理。

可选的，所述激光器为光纤激光器，所述激光器通过调制盘调Q的方式输出光纤激光束。

可选的，所述轧辊表面处理装置还包括气体侧吹部件，所述气体侧吹部件用以将所述光纤激光束在轧辊的表面形成的融化金属吹出。

可选的，所述机床为数控机床，所述激光器与所述机床信号连接。

在本发明提供的一种轧辊表面处理方法及轧辊表面处理装置中，所述轧辊表面处理方法包括以下步骤：将轧辊置于旋转轴上，使所述轧辊按设定的转速旋转；利用光纤激光束聚焦在所述轧辊的表面，且所述光纤激光束沿所述轧辊的轴向移动，以在所述轧辊的表面形成呈螺旋线形分布的凹坑。本发明提供的表面处理方法通过光纤激光束聚焦在轧辊的表面，形成可控制粗糙度形貌类型的凹坑，且安全无污染，解决了现有技术中轧辊表面粗糙度形貌不可控、不均匀，且污染严重的问题。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1是本发明一实施例提供的轧辊表面处理装置的示意图。

附图中，

10-凹坑；100-轧辊；200-旋转轴；300-激光器；400-机床；500-侧吹部件。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

本发明提供的一种轧辊表面处理方法及轧辊表面处理装置，其核心在于利用光纤激光束聚焦在轧辊的表面进行处理，形成可控制粗糙度形貌类型的凹坑，且安全无污染。

在本发明提供的一种轧辊表面处理方法及轧辊表面处理装置中，所述轧辊表面处理方法包括以下步骤：将轧辊置于旋转轴上，使所述轧辊按设定的转速旋转；利用光纤激光束聚焦在所述轧辊的表面，且所述光纤激光束沿所述轧辊的轴向移动，以在所述轧辊的表面形成呈螺旋线形分布的凹坑。本发明提供的表面处理方法通过光纤激光束聚焦在轧辊的表面，形成可控制粗糙度形貌类型的凹坑，且安全无污染，解决了现有技术中轧辊表面粗糙度形貌不可控、不均匀，且污染严重的问题。

以下参考附图进行描述。

图1为本发明一实施例提供的轧辊表面处理装置的示意图。

请参考图1所述，本发明实施例提供一种轧辊表面处理方法及轧辊表面处理装置，所述轧辊表面处理方法包括以下步骤：将轧辊100置于旋转轴上，使所述轧辊100按设定的转速旋转；利用光纤激光束聚焦在所述轧辊100的表面，且所述光纤激光束沿所述轧辊100的轴向移动，以在所述轧辊100的表面形成呈螺旋线形分布的凹坑10。在一示范性实施例中，所述旋转轴200为一数控机床控制的旋转轴200，在进行对轧辊100表面处理时，将轧辊100安置于数控机床中，通过旋转轴200控制轧辊100的旋转，按照实际需求设定旋转的转速，此时轧辊100旋转的转速根据轧辊100的转速以及光纤激光束轴向移动的速度进行设定，实际中，所述光纤激光束在轧辊100的表面形成若干个金属熔化点，所述金属融化点的内部形成凹坑10。通过轧辊100的旋转、光纤激光束的轴向移动，以及光纤激光束在轧辊100的表面形成凹坑10，最终在轧辊100的表面自然形成螺旋线形的分布的凹坑10，所述凹坑10使轧辊100的表面变得粗糙，使轧辊100的表面具有一定的粗糙度，并且所述粗糙度形貌的类型为螺旋线形。

本发明提供的轧辊表面处理方法，利用光纤激光束聚焦在轧辊100的表面进行处理，形成螺旋线形分布的凹坑10。该表面处理方法可以通过光纤激光束聚焦在轧辊100的表面，形成可控制粗糙度形貌类型的凹坑，避免了喷丸毛化(SB)和电火花毛化(EDT)在轧辊100的表面形成无规则分布的粗糙度形貌；并且，采用光纤激光束聚焦在轧辊100的表面形成凹坑10的表面处理方法，其安全无污染，避免了喷丸毛化给环境带来粉尘污染以及电火花毛化油污染严重的情况。

通常，在进行表面处理之前，转辊100的表面粗糙度不一致，导致表面处理的效果不理想，基于此考虑，需要对轧辊100的表面进行挖坑加工，使轧辊表面的粗糙度保持一致，优化轧辊的表面状态。因此，较佳的，在将所述轧辊100置于旋转轴上之前，所述轧辊100表面处理方法包括：对所述轧辊100进行挖坑加工，使所述轧辊100的表面粗糙度满足预设需求。在一示范性实施例中，经挖坑加工后的轧辊100的表面粗糙度为0.2-0.5μm。

当光纤激光束聚焦在轧辊100表面形成金属融化点在金属融化点处形成凹坑10时，被融化的金属部分会从凹坑10中流出，分散在凹坑10的外边缘，形成凸台，另外一部分被融化的金属在凹坑10中会重新凝固，为了避免部分被融化的金属重新凝固，进一步的，在利用光纤激光束聚焦在所述轧辊100的表面的步骤增加了侧吹的方法，即利气体对所述光纤激光束在所述轧辊100之表面的聚焦点进行侧吹，使得另外一部分被融化的金属亦在金属融化点的外边缘形成凸台。较佳的，侧吹采用侧吹部件500进行吹气。更佳的，所述侧吹的风力大小和风向根据光纤激光束聚焦在轧辊100的表面形成的金属融化点进行设定。比如，当光纤激光束在形成的金属融化点的速度快，侧吹的风速也快；光纤激光束沿轧辊100的轴向移动，侧吹亦可跟随光纤激光束的轴向移动，或者围绕光纤激光束聚焦的点进行周向运动的侧吹。当然，侧吹气体的种类也会影响侧吹的结果。其实，结合光纤激光束的功率等参数与侧吹的风力、风向以及风的种类限定了轧辊100的表面形成凹坑10与凸台的情况。

所述光纤激光束的功率是有限的，为了使光纤激光束的功率增大，优选地，在所述光纤激光束在聚焦在所述轧辊100的表面前，经扩束聚焦系统进行扩束聚焦。经过扩束聚焦之后，所述光纤激光束的功率明显增大。更佳的，光纤激光束经扩束聚焦系统，垂直聚焦在旋转的轧辊100的表面。

进一步的，光纤激光束在轧辊表面形成螺旋型的凹坑10，其螺旋型的凹坑10的形貌可以影响轧辊100的表面的粗糙度，为了优化轧辊100的表面的粗糙度，对应于所述轧辊100旋转一周，所述光纤激光束沿所述轧辊100的轴向移动量在0.1mm～0.2mm之间。由此可知，轧辊100表面的粗糙度是根据轧辊100的旋转速度以及光纤激光束的轴向移动量确定的。当轧辊100的旋转速度不变时，光纤激光束的轴向移动速度越快，轧辊100旋转一周时光纤激光束沿轧辊100的轴向移动量越大，反之越小。当激光光纤束的轴向移动不变时，轧辊100的旋转速度越大，轧辊旋转一周光纤激光束沿轧辊100的轴向移动量越小，反之越大。所以，本领域技术人员根据通过对轧辊表面粗糙度的需求，对轧辊100的转速以及光纤激光束沿轧辊100的轴向移动量进行合理的计算，得到在轧辊100旋转一周时激光光纤束沿轧辊100的轴向移动量。

当轧辊100旋转一周，所述光纤激光束沿所述轧辊的轴向移动量在0.1mm～0.2mm之间，也就是说，在轴向上，相邻凹坑10之间的距离为0.1mm～0.2mm之间，同样的，在同一螺旋型的螺旋线上的凹坑的距离也会影响轧辊100的粗糙度，因此需要进行进一步的限定，所述光纤激光束的频率根据所述轧辊100所设定的转速以及所述光纤激光束沿所述轧辊100的轴向移动量进行配置，使两个连续的所述凹坑10之间的距离在0.1mm～0.2mm之间。此时，通过限定轧辊表面相邻凹坑10的距离均已确定，即完成对轧辊100的表面处理。当然，在同一螺旋线上的两个连读的凹坑10之间的距离可以进行变动，本领域技术人员根据实际对轧辊表面粗糙度的要求对光纤激光束的频率进行计算和限定。

本发明还一种轧辊表面处理装置，包括：机床400，以及激光器300，所述机床400具有一旋转轴200，所述机床400用以驱动轧辊100围绕所述旋转轴200转动；所述激光器300沿所述机床400的轴向可移动地设置，用以向所述轧辊100的表面输出光纤激光束；所述轧辊表面处理装置利用如上所述的轧辊表面处理方法对所述轧辊100的表面进行处理。在一示范性实施例中，如图1所示，所述激光器300在所述轧辊100以及机床400的上方，而实际上，所述激光器300的位置可以设置在轧辊周向的任意一位置，只要保证激光器300发出的光纤激光束可以聚焦在轧辊100的表面即可。当轧辊表面处理装置开始工作时，旋转轴200沿图1中所示的方向开始旋转，旋转轴200带动轧辊100旋转，所述激光器300沿着轧辊100轴向运动，如图1所示，激光器300沿着轧辊向图1中的左侧运动，所述激光器300输出的光纤激光束在轧辊100上形成螺旋型的凹坑10。当然，所述旋转轴200的旋转方向，以及所述激光器300沿轧辊100的轴向移动方向可以根据本领域工作员对轧辊100的表面粗糙度的要求进行设定。

较佳的，所述激光器为光纤激光器，所述激光器通过调制盘调Q的方式输出光纤激光束。在一示范性实施例中，光纤激光器采用光纤串光纤激光毛化冷轧辊的加工方法，可发出高速高光纤频率的光纤激光束，光纤串光纤激光毛化设备加工效率高，能满足现代大中型钢铁企业高加工效率、高稳定性、高质量的生产要求。激光器300通过调制盘调Q的方式输出高重复频率、高能量的光纤激光。

更佳的，请继续参考图1，所述轧辊表面处理装置还包括气体侧吹部件500，所述气体侧吹部件500用以将所述光纤激光束在轧辊的表面形成的融化金属吹出，其所吹出的融化金属在吹出后凝固，并在所述轧辊100的表面形成凸台，同时在融化金属被吹出的位置形成凹坑10。所述侧吹部件500的侧吹气体的风速以及风向的描述请参考上文。侧吹完成后，在所述金属融化点的位置形成的凹坑10的坑深优选为3-16μm，形成的凸台的高度优选为3-11μm。所述凹坑10的坑深与凸台的高度可以根据激光器300的功率、光纤激光的频率、光纤波形、辅助的侧吹气体种类、方向和速度以及轧辊100的旋转速度等参数精确控制，本领域技术人员可以根据实际需求对该参数进行设定。

优选的，所述机床400为数控机床，所述激光器300与所述机床100信号连接。在一示范性实施例中，选用数控机床可以方便准确的设定轧辊100的转速，将数控机床与激光器300进行信号连接，从而可以将轧辊100的转速、激光器300的轴向移动速度以及激光器300输出的光纤激光束的频率进行信号控制，此时，操作人员根据实际需求对螺旋型的相邻凹坑之间的距离输入至数控机床中，数控机床对轧辊100的转速、激光器300的轴向移动速度以及激光器300输出的光纤激光束的频率进行智能化计算的分配，从而大大减少了人工的计算。实际上，所述侧吹部件500也可以与数控机床进行连接，数控机床根据实际需求对侧吹部件500的风速与风向进行设置。

综上所述，在本发明提供的一种轧辊表面处理方法及轧辊表面处理装置中，所述轧辊表面处理方法包括以下步骤：将轧辊置于旋转轴上，使所述轧辊按设定的转速旋转；利用光纤激光束聚焦在所述轧辊的表面，且所述光纤激光束沿所述轧辊的轴向移动，以在所述轧辊的表面形成呈螺旋线形分布的凹坑。本发明提供的表面处理方法通过光纤激光束聚焦在轧辊的表面，形成可控制粗糙度形貌类型的凹坑，避免了喷丸毛化(SB)和电火花毛化(EDT)在轧辊100的表面形成无规则分布的粗糙度形貌；并且，采用光纤激光束聚焦在轧辊的表面形成凹坑的表面处理方法，其安全无污染，避免了喷丸毛化给环境带来粉尘污染以及电火花毛化油污染严重的情况，解决了现有技术中轧辊表面粗糙度形貌不可控、不均匀，且污染严重的问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。