冷轧辊各种毛化工艺简介与激光毛化的比较

1、冷轧棍各种毛化工艺简介与激光毛化的比拟(总10页)-CAL-FENGHAL-(YICAI)-Company One 1CAL本页仅作为文档封面,使用请直接删除1前言2外表粗糙度的研究2.1外表粗糙度的分类2.2对外表粗糙度的限制3各种毛化工艺的比拟3.1喷丸毛化技术3.2电火花毛化技术3.3激光毛化技术4激光毛化工艺的应用4.1激光毛化工艺可显著提升轧鶴使用寿命外表改性与细晶强化作用毛化形貌的耐磨作用外表应力松驰的韧化作用4.2对冷轧生产的作用预防轧制时“粘钢提升轧制速度和压下率减轻轧制“横纹消除退火产生的“粘连改善轧件外表质量在普通冷带轧机上实现异步轧制4.3提升产品使用性能改善深冲性能提升

2、涂装性能和鲜映度改善抗摩擦性能新板型的开发1前言具有特殊外表形貌的冷轧薄钢板在制造业中有着广泛的应用,特别是在汽 车和家电产业中.在冷轧薄钢板的生产和应用研究中,人们发现冷轧板的一系 列外表形貌参数对钢板的冲压性、涂层后光亮度等工艺性能有重要影响,而冷 轧板的外表形貌在很大程度上又取决于冷轧生产过程中工作辗及平整辗的外表 形貌.实质上,轧制钢板的外表形貌是轧辗外表形貌的衰减性“拷贝.因此,研究、限制冷轧轧辗及冷轧钢板外表形貌的轧襯毛化技术应运而生.轧辗毛化技术包括毛化钢板外表形貌与其工艺性能之间关系的研究、轧鶴毛化工艺过程的研究及毛化设备的研制.80年代以来,先进工业国家对轧辗毛 化技术进行了

3、许多研究并付诸工业应用,随着汽车、家电等产业的开展,对冷 轧薄板提出了更高的品质要求.冷轧钢板的外表形貌和工艺性能研究发现,为了改善冷轧钢板的冲压性能 和涂层光亮度等工艺性能,描述冷轧板的外表形貌,要引入包括传统的外表粗 糙度在内的一系列参数作为判据.外表粗糙度Ra :毛化轧辐的Ra 般在l-10pm之间.Ra较大,有利于 改善短材的冲压性能和涂层牢固度,而Ra较小时,有利于提升板材涂层后的 光亮度.峰值密度PPI :定义为每英寸长度内高度大于1-27 m的外表峰值数.PPI 值越大,涂层粘着力越好.波度wca :钢板外表的凹凸不平呈不同波长的周期.以上几个参数中,既独立描述冷轧板的外表形貌,

4、又彼此相互影响.其中 研究最多的是外表粗糙度Ra.2外表粗糙度的研究2.1外表粗糙度的分类冷轧带钢按其外表精加工方法可分为毛面的和光亮的两种.光亮加工可保持金属光泽象镜面那样光亮,可作为镀辂部件汽车、自行 车、家庭用具的原板C由于加工后的外表粗糙度还受晶粒度的影响,需要使用 细晶粒8-10级的钢板.毛面加工的具有微细凸凹的外表,也称梨皮状加工,大局部冷轧带钢都属 这一类,细小的压痕有如下的特点：在冲压加工时,由于可储润滑油,故加 工容易；可提升涂料的粘着性；在带钢处理中不容易产生小的伤痕,即使 产生了也不明显.在毛面加工时,作为一般加工用,Ra值平均粗糙度以1.0微米左右较合 适,如电冰箱、煤

5、气表外板、钢制家具等,其根本都不经受冲压加工,以电沉 积镀薄膜的较多.与这些相比,镀锌钢板和有色镀锌钢板毛面程度应较细.另 外,冲裁后的电动机铁芯,在以叠片形式进行热处理而无涂层时,为预防热处 理时的粘结不合格,常常使用较粗的毛面.板材的外表粗糙度对冲压加工性能 也有影响.在用高粘度润滑油的深冲加工中,从润滑油的稳定性,缺陷不明显 性等来看,可使用毛面加工的钢板.象浴缸那样,使用固态润滑剂时,从润滑 剂稳定性考虑,特粗的毛面较适宜.从镀层性能、涂层性能和加工性能来看,根据用途可详细地划分.参见下 表外表粗糙度范围用途外表 加工围粗糙度Ra值范光亮微米Ra<0.1镀锡原板光亮加工加工 0J

6、SRaS02镀锯用0.2<Ra<0.3毛面Ra<0.5加工 0.5<Ra<1.01.0<Ra<1.52.0<Ra<2.52.5<Ra<3.03.0<Ra汽车部件类：挡板,反射镜、灯摩托车、自行车部件类：挡泥板、 消音器、轮圈、齿轮家庭园艺用具：移苗器、耙子建材、家具：栅栏、窗户框、管镀锡原板毛面加工涂层用镀锌：热镀锌、电镀锌彩色、其他：彩色、乙烯基涂层轻加工用家庭电气用品外板：电冰箱,煤气 表刻度盘,洗衣机钢制家具：书架、桌子,金柜汽车外板部件：车盖、车顶、门外 板一般加工用冲压加工用汽车内板部件；地板、门里板车轮 罩铁芯

7、片用电气用品：变压器铁芯、电动机铁 芯深冲加工用浴缸：西式、曰本式浴缸 般用品：灭火器、搪瓷冲洗台、 机压印 小花纹花纹加工40<Ra<80中花纹60<Ra<100大花纹80<Ra<130小花纹种类：麻纹、皮纹中花纹种类：小皮纹、中皮纹、布 纹,箭翎形大花纹种类：大皮纹,塔形花纹、泡 纱形2.2对外表粗糙度的限制冷轧带钢外表粗糙度一般通过平整轧制的轧辗进行限制.平整轧制时,毛 面鶴或者平滑鶴的外表特征会压印到带钢上,一般来说,粗糙度压印率为20- 40%.下面这些条件决定着带钢的外表粗糙度.(a) 轧辗的粗糙度毛面辗的粗糙度由加工方法决定的.毛面辗在使用时会

8、发生磨损,磨损程 度随轧辗外表硬度、外表粗糙程度、轧制条件(干轧、湿轧、压下率、延伸率) 等不同而变化,因此,除了要检查带钢的外表外,还必须确定轧辗的替换时 间.(b) 压下率或者轧制力毛面辗、平滑辗都需要一定的轧制力才能把轧辗外表特征压印在带钢(或钢板)上,一般来说,压下率最低要保持在0.10.8%范围内.(c) 干轧和湿轧由于轧制力不同,干轧和湿轧的轧银外表特征的压印程度也不一样.就是 说,干轧的轧制力大,压印率大.而湿轧的轧制力小,压印率亦小.一般,干 轧比湿轧摩擦系数大,轧鶴的粗糙度磨耗慢.(d) 平整轧制前的原板外表粗糙度原板外表的粗糙度与平整轧制时所附加的粗糙度相加和才构成成品外表

9、粗 糙度,因此,对原板外表粗糙度的限制是必要的.冷轧时使用平滑轧辗或毛面 轧辗,通常是按下表所示,根据所需要的制品外表粗糙度进行选择的.冷轧用 鶴的粗糙度不仅要考虑制品的粗糙度,还要兼顾限制冷轧形状的调整以及预防 退火粘结等.冷轧和平整轧制使用的轧辗制品外表粗 糙度平滑银或毛毛面面银亮面面鶴银平滑辗或毛平滑银3各种毛化工艺的比拟毛化工艺目前主要有喷丸毛化、电火花毛化、激光毛化,另外还有正在研 究开发的电子束毛化、电解毛化、喷墨毛化等技术.3.1喷丸毛化技术(上海科德)喷丸毛ft(Shot Blast Texturing,简称SBT)是最传统的毛化方法,如下列图所示,其利用高速旋转的离心轮将具有

10、锋利边缘、高硬度的冲击材料(一般为钢 丸)加速喷向欲毛化的轧辗(速度约80m/s)o当冲击粒子撞击到轧辗外表时,其 产生塑性变形,并在轧辐外表“切割下细小的金属微粒.轧辐外表的毛化形貌 主要取决于离心轮的速度、喷丸材料的性质和尺寸、轧辐外表区域的硬度、单 位时间内的喷丸数量、轧辗的旋转速度等.其优点为工艺简单、效率高、设备本钱低,但根据现在冷轧板技术水平的 要求,其缺陷十清楚显.(1) 由于喷丸砂是用钢丸破碎成形且通过一定规格筛网为所需规格,因此, 每一个毛化点所产生的坑点或凸起都因喷丸砂重量的不同和着落点的不同而不 同,使粗糙度不能保持均匀(2) 目前冷轧辐喷丸砂的金相组织为回火马氏体,其硬

11、度高(800 990HV)、韧性差,在喷打与其硬度接近的冷轧辗(700810HV)时,破碎剧烈,造成抛丸效果一致性较差.(3) 由于从抛头喷向轧辑的角度不同,造成不同角度产生的冲击效果不同, 使粗糙度不能保持均匀.(4) 由于喷丸过程产生的凸起在轧制过程中很快磨掉,使粗糙度在轧制初期 下降迅速.(5) 喷丸银外表所残留的细砂和辗颈处未擦净的喷丸砂对工作银轴承、带钢 外表以及磨床导轨均带来踢显损伤.(6) 喷丸过程中产生的大量金属粉尘,对电器元件产生不良影响,噪音也较 大.3.2电火花毛化技术(天津西马克)电火花毛化技术(Electrical Discharge Texturing,简称EDT)

12、是电火花加 工技术在轧银毛化加工中的实际应用,其工作原理及毛化方法如下列图所示,将 轧银和电极浸没在绝缘的工作液中,并在轧辗和电极上施加一定幅值和频率的 脉冲电压.当两者之间的间隙小到一定值时,脉冲电压使极间介质电离、击 穿,形成放电通道,这时通道间的电子高速奔向正极,正离子奔向负极.电能 变成动能,动能通过碰撞又转变为热能.于是在通道内、正极和负极外表分别 成为瞬时热源,瞬时高温(约20000C)使工作液汽化和金属材料熔化、汽化. 汽化的气体体积不断向外膨胀,使大局部熔融金属液体和蒸气被排挤、抛出而 进入工作液中,这样在轧辗外表就形成了一系列电蚀坑.随着放电的持续进 行,轧辗沿一系列电极旋转

13、,同时沿轴向运动,在轧襯上就可加工出有特定表 面粗糙度Ra和峰值数Pc(Peak Count)的毛化外表.电火花毛化具有较多的优点：(1) 毛化质量稳定.a、由于电极头与轧辗均浸泡在电解液中,产生火花的 过程是在电解液包围下的气泡中完成的,因此,毛化后的轧辗役有被氧化的可 能.b、电极头由伺服电机驱动,电极头和轧辗之间缝隙间电压反应信号确定的 伺服进给和计算机限制的点火延时保证了火花发生时缝隙大小的一致,使得毛 化熔穴的几何尺寸非常一致.同时,由于伺服系统的良好作用,使电极头完全以辐形的轨迹行走工作,保证了毛化的一致性.C、重复毛化可以有地消除磨辗 时出现的偏大和前道毛化的缺陷,使毛化外表呈现

14、宏现可控的粗糙度.(2) 利用脉冲波形和正负极的调整,可有效限制外表粗糙度的峰形.(3) 传导率高.(4) 毛化效率高.由于采用了多电极、多伺服同时工作,使其效率大大提 咼.(5) 无粉尘、噪音污染.其缺乏为：(1) 占地面积及空间较大,耗电大.(2) 由于使用电解液,过滤精度较高,易堵塞,需定期更换清洗滤芯,和需 定期更换电极及电解液.(3) 设备购置费用高.3.3激光毛化技术激光毛化(Laser Beam Texturing,简称LBT或LT)是采用高能量密度(104106W/CR12)、高重复频率(103704次/秒)的脉冲激光束,聚焦照射到 作旋转运动的轧辗外表,以形成假设干微小的小熔

15、池,同时吹以一定角度的辅助 气体对熔池溶融金属挤压造型.其工作原理如下图.当光脉冲作用停止后, 微坑熔池金属在轧鶴自身热传导作用下迅速冷却,形成微坑和坑边环形凸台结 构的相边强化点.与此同时,激光器与轧鶴作轴向相对运动,完成轧辗毛化. 通过调节激光毛化工艺参数,如激光功率、脉冲频率、脉冲波形、辅助气体种 类、方向和流量以及轧辗旋转速度等,可精确限制轧辗外表的毛化坑型及分 布.目前已经开发的激光毛化的鶴面有4种坑形,见下列图.1、2型坑可使薄扳 有较大平面度和较高镜象清楚度,3型坑可提升薄板粗糙度,使其具有更优良 的冲压流动性,而4型坑介于两者之间.激光毛化的特点：(1) 毛化参数可限制.由于采

16、取逐点毛化,使其坑点大小及坑距能够实现可 限制,从而实现对外表粗糙度Ra和峰值数Pc值等参数的限制.(2) 结构简单.激光毛化设备可采用轧辐旋转,光路系统沿轧辗轴线平移的 “车床型模式,使设备简单可靠,占地面积及空间较小,无粉尘、噪音污染, 从而降低设备投入本钱.并可根据用户情况,在磨床后车床上増加激光系统, 进一步降低设备投入本钱.(3) 毛化效率高.过去采用声光盒或斩光盘产生激光脉冲信号,使激光器输 出功率受到限制,随着技术更新,多头光路限制系统的诞生,使毛化效率得到 成倍提升,毛化时间可短于喷丸设备.4激光毛化工艺的应用由于激光毛化技术的特殊性,其对轧鶴、冷轧生产、冷轧成品均产生其他 毛

17、化方法无法替代的积极的响.4.1激光毛化工艺可显著提升轧辗使用寿命分析毛化加工原理和轧制工艺,可容易理解激光毛化轧辗使用寿命的提升 主要是通过以下三个途径实现的.(1) 外表改性与细晶强化作用激光毛化时,鶴面作用区材料由于熔凝速度非常快(加热速度可达106 109°C/s,冷却速度105°C/s,远高于水淬),可以形成超细晶(深亚微米至纳 米级)甚至非晶组织,其硬度可超过HV900 (HRC67),远高于常规淬火所能达 到的程度,高硬度的外表组织有利于提升鶴面的耐磨损水平.(2) 毛化形貌的耐磨作用激光毛化后,辗面形貌发生变化,毛化加工形成的微坑和凸包均布于辗 面.这种辗面

18、形貌既有利于改善轧制时鶴与板间的摩擦状态,又有利于保持良 好的润滑条件.均匀分布的微坑还可以起到收集磨粒、预防它们磨损轧辗和擦 伤板面的作用.(3) 外表应力松驰的韧化作用为了提升其使用寿命,通常要对冷轧工作辗进行外表淬火处理.要求的硬 度愈高,由马氏体相变导致的体积膨胀效果愈严重,产生的剩余压应力也愈 大.压应力过大,容易导致鶴面爆裂,反而危害轧辗的使用,因而是有害的. 用激光方法毛化这种轧鶴,其表层激光辐照区域的材料由于熔凝时的热胀冷缩 作用会产生剩余拉应力.X光应力测定结果说明,当激光辐照区域微坑的密度 到达一定程度时,这种均匀分布的拉应力确实可以有效地松弛轧鶴表层中原有 的强剩余压应力

19、,从而使轧辗外表得到韧化.激光毛化視所轧制钢带外表粗糙度Ra的变化情况为,轧制初期约为轧 制量的15%,外表粗糙度下降较快,以后趋缓,这主要与激光毛化辐外表形 貌有关.在激光毛化辗初用阶段,凸起局部的尖峰钝化得较快,在使用一段时 间以后,凸起局部比拟钝,相应激光毛化辗的磨损量减小.而凸起局部尖峰高 度以及凸坑形状等都可以通过改变毛化工艺加以限制,因而在使用激光毛化辗 时,不会因粗糙度值变化过大而使轧制条件发生较大改变.激光毛化轧鶴的使用寿命随冷轧压下率、冷带材质及其硬度的不同而有所 不同.工业应用说明,冷轧工作辗经激光毛化加工后,其使用效果和使用寿命 有明显的提升.在20$昆森吉米尔轧机上用其

20、冷轧低碳钢板,激光毛化轧辐的 寿命比普通轧辗高3倍以上；在普通二辐轧机上用激光毛化轧辗冷轧高强度 ob>800 MPa65Mn弹簧钢,其寿命是普通轧鶴的2 3倍；用其平整退火低 碳软钢板,其使用寿命可较普通轧辗提升2倍以上,有的甚至到达10倍.这 取决于对产品外表粗糙度的限制范围.4.2对冷轧生产的作用毛化辗的应用最初是在平整机上.由于毛化辗増加了轧鶴与轧件间的摩 擦,有利于预防“打滑：从而使轧件能均匀变形,获得力学性能一致的产品, 并使轧件外表获得所要求的光洁度(粗糙度).随着激光毛化技术的提升,轧 辗的耐磨性及轧辗的毛化工效都得到了提升,使轧机工作辗毛化成为了可能, 对冷轧生产带来了

21、积极作用.预防轧制时“粘钢“粘钢现象常出现在大压下、高轧速的情况下,特别是生产薄带时,轧件 与轧辗的相对滑动,产生局部高温,在轧件外表形成不规那么的剥落,影响产品 质量.根据轧辗与轧件接触外表摩擦的特征,可分为干摩擦、半干摩擦、吸附 润滑摩擦、液体摩擦四种状态,产生粘钢的原因是由于在压力加工过程中,在 辗与钢带接触外表内没有任何润滑介质薄膜存在,而处于直接接触状态产生干 摩擦.因此消除粘钢就是要使轧鶴与钢带接触外表上在高速、高压状态下能够 有均匀而良好的润滑层,也就是在带钢外表上形成均匀致密的一层油膜.在较 高速轧制过程中,高压下的金属质点要得到强迫延伸,光辗轧制使其将油膜拉 开,很难在轧辗与

22、钢带接触面上形成一层油膜,激光毛化鶴由于在外表上存在 均匀致密的凹坑,这些凹坑起了“储油器的作用,它们将轧制油连续带入变形 区,而不会象光辗轧制那样把轧制油挤走.激光毛鶴辗面密封式的凹坑在轧制 中能有效地将润滑油带入轧制变形区,起着储油和冷却的作用,能明显改善冷 轧的润滑及冷却条件,有利于材料的流动.轧辗与钢带之间始终保持着良好的 润滑环境和冷却条件,轧鶴与钢带之间形成一层油膜,油膜中的反作用力还能 促使它们在离开变形区后迅速别离,预防了粘辗,使得钢带外表质量得到明显 改善.(2) 提升轧制速度和压下率由于激光毛化辗改善了润滑条件,预防了“粘钢现象,因而可实现高速和 大压下轧制.在精密带生产实

23、践中,使用激光毛化鶴可提升轧制速度45%左 右.同时,道次压下量也得到提升,加上轧鶴使用寿命的提升,使生产效率得 以提升.(3) 减轻轧制“横纹“横纹是轧制不稳定时,轧辗和轧件产生滑动,在轧件外表产生的振动纹 痕,当轧速较高、压下量较大、张力较大时更易出现.而使用激光毛化辗能显 著减轻轧制“横纹,改善外表质量.分析认为：激光毛化轧鶴凸包可以増加轧 辗与钢带之间的摩擦,使钢带与工作辗之间接触面发生了变化,从而改善了钢 带与工作辗之间的接触条件,减少了轧辗与所轧钢带之间的相对滑动.由于激 光毛化襯使轧制平稳,减少了因轧制振动引起的钢带外表的横纹缺陷.(4) 消除退火产生的“粘连在生产薄带(<

24、0.5mm )时,由于卷取张力过大或板型较差,极易在退火时 因局部温度过高而使钢带产生“粘连,轻那么影响产品质量,严重的会造成报 废.为消除这一缺陷,许多厂家在退火前増加了一道重卷工序,给生产带来不 便.而在退火前最后道次利用激光毛化辗轧制,改善钢带层与层之间的接触状 态,可有效地消除退火产生的“粘连,这在连轧机组上使用尤为方便.(5) 改善轧件外表质量冷轧带钢的外表质量要求是:冷加工材外表应光洁,不允许有裂纹、分 层、折叠、疤痕、锈蚀、划痕、氧化皮、麻点、起皮、毛刺等影响使用的缺陷 存在.当用激光毛化辗轧制带有外表缺陷的钢带时,毛辗与钢带外表相接触, 使得鶴面上的凸包在钢带外表上形成微坑,即

25、形成毛面,这些微坑将钢带外表 缺陷分割、细化、切断、摊开.随着轧制的不断进行,此过程不断演变,钢带 外表缺陷那么不断地变小、变浅、变少,直到最后被局部或完全消除.另外,激 光毛辗外表的凹坑还能收集轧制过程中形成的金属颗粒,减少钢带外表划伤, 改善外表质量.实践说明,激光毛化轧鶴能有效减少轧制过程中钢带外表的划 伤,提升产品质量,并可以消除半成品钢带外表一般性划伤、压入等外表缺 陷,为挽救废品,提升成材率提供了一个新方法.(6) 在普通冷带轧机上实现异步轧制异步轧制的特点是中性点处于上、下辗的不同位置,在大小不等的中性角 之间造成摩擦力的反向,其所对应的变形区就是轧辗对金属的“搓轧区.在搓轧 区

26、中,两轧辗对带钢的剪切应力使摩擦力由变形阻力转化为促进带钢变形的动 力.这种剪切变形条件是常规同步轧制所没有的,它可使轧制力较大幅度降 低,也就是说,对同样的轧机和轧材而言,异步轧制可获得更大的压下量和更 好的产品精度.实验说明,在外表比拟粗糙的轧辗上进行轧制时,润滑剂的种 类对摩擦因数没有太大影响,而起决定作用的是轧辗外表的粗糙度和压缩量. 在压缩量一定的情况下,摩擦因数的改变那么取决于弹性和塑性接触时的外表粗 糙度.利用激光毛化方法实现并精确限制辗面粗糙度是能够利用激光鶴实现异 步轧制的根本条件.由于激光毛化鶴微坑具有的连续润滑和对碎屑的搜集作 用,使板带外表划伤减少.同时利用的激光毛化辗

27、辗径和转速相同,只是外表 粗糙度不同,预防了由于不同鶴径或转速所造成的轧机振动,消除了钢带外表 横纹.实验中,道次压下率到达50%.可提升轧程中总变形量,减少道次数, 有效提升生产效率,同时板型也得到改善.4.3提升产品使用性能1改善深冲性能激光毛化板由于有较低的摩擦系数和既有良好的润滑水平又易于收集磨粒 的理想微坑,因而具有优良的冲压性能.在相同成型条件下,具有相同外表粗 糙度的薄板中,激光毛化板有最好的冲压流动性.分析认为：激光毛化板面微 坑沟槽中晶粒的位错密度很高,原滑移线不能开动,促使其他晶粒开始滑移, 正是板面微坑塑性变形区对滑移的这种阻塞和弥散作用,延缓了微裂纹的萌 生和开展,从而使板材的延伸率提升.对同种材料的喷丸毛化板和激光毛化板 的力学性能测试说明,激光毛化板的屈服强度降低了 67%,拉伸强度提升了 4-7%,总延伸率提升了 6-10%.激光毛化板更有利于冲压成形.对SPCC 比拟北京吉普车厂测试,激光毛化钢板屈服