轧辊激光毛化机床技术分析

1、轧辊激光毛化机床技术分析 轧辊激光毛化机床技术分析 Abstract:Introduce the principle of texturing on cold rolling by laser 摘要：介绍激光轧辊毛化设备技术分析及原理 关键词：激光 脉冲 分光 毛化 轧辊 冷轧溥板 1,激光毛化机床的原理 为了改善冷轧薄钢板的板型、深冲性、延伸率和涂镀性能， 在冷轧薄板生产工艺中，要求对冷轧工作辊的辊面进行毛化 处理，然后轧制出满足用户特殊（加工）工艺要求的冷轧毛 化钢板。 目前轧辊毛化的技术有：喷丸毛化（SB）、镀铬毛化、电 火花毛化（EDT）、激光毛化工艺等。这些工艺除粗糙度 的堆积形貌不

2、同外 ,在形貌结构上可分为两类， 即有序排列和 无序排列的两种类型。喷丸毛化（SB）和电火花毛化（E DT）加工后的轧辊表面波峰形貌排列属于无规则分布的粗 糙度形貌类型。 大功率 CO2 激光器输出的连续高能量激光束 经计算机控制下的斩光部件转换成脉冲能量，经聚焦后作用 到被加工的轧辊表面， 高能量的 N 个脉冲使轧辊表面形成密 积排列的凹凸型外观形貌 ,熔蚀的每个小坑中间下凹， 熔流的 部分除少量飞溅和形成金属蒸汽外 ,其熔流物堆积于凹坑周 边,凹坑低于轧辊表面，边缘的凸起部份高于轧辊表面约 6m，最高凸起可达8um。小坑周向间距可控， 其范围 是 0.2-0.3mm 。 2 激光毛化技术与

3、工艺 激光毛化属于可设定形貌分布密度的粗糙度形貌类型。其特 点：激光毛化与同类其它毛化设备作业消耗少， 生产费用低， 运行介质安全。 运行中无粉尘， 无碳化废料 ,废油等工业污染。 有利于环境保护。 用于冷轧机的工作辊 :有利于带钢咬入、 纠 偏、 边浪控制， 稳定轧制及板型控制 .防止卷材吊运过程中的 抽芯，用于罩式炉热处理工艺中防止钢卷粘连。由于激光毛 化辊的形貌特点 ,粗糙度衰减较喷丸和电火花毛化辊低，使得 轧制吨位大幅度提高降低了辊耗，减少轧钢过程中的换辊， 提高了生产效率，节约生产成本。轧辊表面毛化的形貌特征 由最初的轧机轧钢生产至成品钢板对钢板的深冲性能、涂妆 等工艺性能影响极大。

4、这是因为在冲压成形过程中，毛化钢 板上的致密微小凹坑可均匀储存润滑剂，提高薄钢板的深冲 性能,产品的成品率大幅提高； 同时毛化表面凹凸的形貌使钢 板表面增大与涂料的接触面积，增强了油漆的附着能力，所 以毛化冷轧钢板附加价值相对高。随着用在轧辊表面形成可 预控的粗糙度值（Ra）和密度值（Pc）,其均匀性极好。小 坑的形貌在加工过程中产生的离心力和辅助侧吹气作用下 亦可预控调整，从而形成各种不同的表面织构。 3 激光毛化技术的现状 激光毛化机床的关键部件为毛化头 ,其作用是将大功率的连 续激光能量由计算机控制的斩光盘或分光斩光盘或者多棱 镜分光镜转换成连续脉冲光 , 经聚焦镜作用在轧辊表面。采 用

5、大功率 CO2 激光器的激光毛化技术， 必须采用分光技术把 连续光转换成脉冲光，现有的分光技术有三种形式；即斩光 盘斩光、多棱镜分光、反光盘斩分光技术。图 1 为斩光盘斩 光示意图，图 2 为多棱镜分光示意图，图 3 为反光盘斩分光 示意图。 图 1 图 2 图3 斩光盘斩光即是简单地把连续的激光截去一段使其转变成 脉冲激光，这种斩光方式结构简单，激光利用率低（一般低 于 60%）。图 1 中的斩光盘斩光技术是 80 年代前德国生产的 世界上第一台激光毛化设备中使用的技术，它把激光器的连 续光经过高速旋转的斩光盘利用齿通和隙隔的作用转换成 脉冲光，作用在轧辊的表面，从而形成轧辊表面的毛化，现在

6、国内激光毛化生产厂家仍然还采用这种技术。这种技术解 决了把连续激光变换成脉冲激光的难题，同时也存在着有如 下缺陷： 属单头毛化，毛化波峰排列构织绝对的有序， ，激光能量通 过斩光方式利用率 60% ，同时无用功消耗的能源介质约为 50%。由于斩光盘的速率很高，产生很大气流与风阻，因此 对激光打在轧辊表面形成形貌很难控制，侧吹、同轴吹等很 难达到预期效果，其结果生产效率低，生产出的产品应用范 围受到制约，其原理见（图 1）。 多棱镜分光是将一束连续激光转换成两束或多束（一般不多 于四束）脉冲激光，优点：这种方式激光能量利用率高于斩 光盘斩光，波峰构织形貌排列可做到相对无序。不足是难易 保证每束激

7、光能量一样，往往是中间光束强，边上光束弱， 调试困难，维护难度大。其原理见图 2 反光盘斩分光这种方式激光利用率最高，它克服了斩光盘档 齿部分耗费的约 50%能源 ,激光器功率得到充分利用 ,相对使 得各种能源成本也大幅度降低 ,分光后光束质量好， 形貌排列 相对无序，调试容易。其原理见（图 3），（图 5）单头毛化 机床结构实物，（图 7）相对无序排列的毛化轧辊表面模拟形 貌结构图 . 图 5 双头毛化机床结构实物 图 7 相对无序排列的 毛化轧辊表面模拟形貌结构图 4.现有激光毛化方案与结构 由于当初激光毛化技术的现状，现有的激光毛化机床均为采 用 80 年代后期德国厂家的斩光盘斩光式单头

8、毛化技术，其 原理是单一的将 CO2 激光器输出的连续激光聚焦后经过高 速旋转的斩光盘在齿和隙的作用下转换为频率可控的脉冲 激光，其原理见（图 4）斩光盘式单头毛化示意图，图 5 单 头毛化结构实物，图 6 单头毛化轧辊表面有序形貌结构图。 图 4 斩光盘式单头毛化示意图图 5 单头毛化结构实物 图 6 单头毛化有序形貌结构图 由于单头技术的局限性，且机床各旋转轴在数控状态下运行 所以轧辊上的毛化点阵排列为绝对的有序排列，使得产品的 拓展受到一定的局限，在部分产品特定的要求下是一大缺 撼。其形貌构织见（图 6）单头毛化有序形貌结构图 5四种技术方案性能比较 目前激光毛化采用的四种技术方案性能比较见表1： 1） Q-YAG 激光器方案； 2）大功率 CO2 激光器与斩光盘斩光方 案； 3）大功率 CO2 激光器与多棱镜分光组合方案； 4）大功 通过前面分析各种 率 CO2 激光