專利名稱：一種激光無序毛化軋輥表面的加工方法和加工設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種毛化軋輥表面的加工方法和加工設備，特別是涉及能產生各種不同的無序毛化“點”的一種激光無序毛化軋輥表面的加工方法和加工設備。
背景技術：
在目前的鋼鐵和有色金屬等工業生產中，常用的有三類生產毛化冷軋薄板的方法，第一類，采用噴丸技術毛化軋輥，再將其表面鍍鉻，用來進行軋制板帶；第二類，采用電火花技術毛化軋輥，再將其表面鍍鉻，用來進行軋制板帶；第三類，采用激光技術毛化軋輥，直接用于軋制板帶。 由于鍍鉻對環境的污染很大，大多數廠家省卻了表面鍍鉻工藝，直接采用噴丸或電火花技術毛化軋輥，并直接用來軋制板帶，但這種半截式的方法使得軋輥的過鋼量大大減少。在現有技術中采用第一類和第二類技術來生產毛化板表面的結構是真正無序的麻面，而采用第三類技術，無論是C02激光毛化，還是YAG固體激光毛化生產毛化板表面的結構均是有序的麻面，對于有序麻面方式生產出來的產品對光的折射具有方向性，這是由于毛化點的一致性決定的。在現有技術中，第一類噴丸技術由于粉塵污染，影響健康，且毛化的重復性很難再現，難以掌握；第二類電火花毛化技術制作價格非常之高、并且對環境有一定的油污污染；對于第三類激光技術毛化的軋輥，過鋼量要高于第一、第二類半截式方法毛化的軋輥，且軋制的鋼板，深沖性、延伸率也要高于第一類和第二類。在現有技術中，目前激光毛化設備毛化出的結果都有序的，不論是利用C02激光，還是利用YAG激光，不論是脈沖激光，還是通過機械方式將連續激光轉變成脈沖激光或通過聲光開關轉換成脈沖激光，不論是單加工頭的，還是多加工頭的，其毛化點的大小、形貌、排列基本是一致的，而且是有序的，因此，軋輥表面被毛化出的效果是一個有序布置的均勻點陣，當軋輥軋制板帶時，通過轉印，板面紋理結構也是有序排列的。而現在的汽車面板以及高檔家電產品的面板，不僅對鋼板的機械性能有要求，而且對鋼板表面的外觀也有要求，激光有序毛化板由于毛化“點”的形貌和排列整齊一致，板在光的照謝下，有某幾個角度反射強烈，最后導致在不同的角度觀察板面有不同的反射效果。
發明內容
本發明旨在解決無序毛化軋輥表面的加工問題，從而使得軋輥軋出來的鋼板表面的結構呈無序的麻面，通過本發明中的加工方法和加工設備，可以方便的生產出表面結構為無序麻面的軋輥。并提高軋輥的過鋼量。為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的
一種激光無序毛化軋輥表面的加工方法，所述用隨機信號發生器控制脈沖激光器產生無序脈沖激光束，聚焦后，在軋輥表面加工出一條無重疊軌跡的螺旋線，所述螺旋線的導程小于激光斑點直徑值的150% ;所述脈沖激光器跟隨隨機信號發生器所發出的隨機變量，隨機改變激光脈沖束的占空比。
所述脈沖激光器跟隨隨機信號發生器所發出的隨機變量，隨機改變脈沖激光器發出的脈沖頻率。所述脈沖激光器可以是光纖激光器或YAG固體激光器或半導體激光器或氣體激光器或液體激光器。所述毛化“點”在軋輥的周向上的間距是隨脈沖的頻率和占空比的隨機改變而變化的，毛化“點”在軋輥周向上的密度是通過旋轉軋輥表面的線速度和所需毛化“點”的形貌來設定隨機信號發生器所產生無序信號的頻率區間確定的，當頻率的變化區間越寬，毛化“點”的形貌差別越大，當頻率的變化區間越窄時，毛化“點”的形貌差別越小；頻率區間越窄，而且頻率段越高，則毛化“點”在軋輥周向上的密度則越高；頻率區間越寬，而且頻率段越低，則毛化“點”在軋輥周向上的密度則越低。一種激光無序毛化軋輥表面的加工設備，包括有數控軋輥機床，所述軋輥利用數 控軋輥機床使軋輥在機床頂尖的相向頂置下，圍繞著自身的中心軸線作勻速的旋轉運動，包括有激光器和激光加工頭、所述激光加工頭安裝在數控軋輥機床的小拖板上，所述激光加工頭沿著軋輥的側母線作軸向勻速移動，在軋輥表面加工出一條無重疊軌跡的螺旋線，在軋輥的軸向方向上，所述螺旋線的導程小于激光斑點直徑值的150%。所述機床主軸的轉速為每分鐘轉速為5 -300轉。所述激光加工頭上裝有距離跟蹤器和軋輥直徑測量裝置，在通過軋輥直徑測量裝置測量后，實現自動對焦。所述隨機信號發生器控制激光器發出的脈沖激光，使其隨機無序地改變頻率和占空比，從而使得通過聚焦鏡的聚焦后的激光加工頭加工出的激光斑點，時而是圓點，時而橢圓點，時而是短點，時而是長點，在軋輥圓周方向上的點間距，時而長，時而短，間距也是無序的，從而使在軋輥上激光毛化過的地方變成毛化“點”，未毛化的過地方變成“空”，無序的毛化“點”和“空”排列出來的圖案也是無序的。在激光斑點的能量密度為l(Tl06W/cm2時，表層氣化，底層熔化，在離心カ和輔助氣體的作用下，形成微凸臺和凹坑，由干“點”的形貌不一致，所以凸臺和凹坑的形貌也不一致，凸臺和凹坑對光的折射也不一致。采用上述技術方案后的有益效果是本發明ー種激光無序毛化軋輥表面的加工方法和加工設備，通過本技術方案，可制作出直正符合無序化要求的軋輥，井生產出符合無序化要求的鋼板，采用激光進行加工軋輥表面無序毛面硬度高，生產成本低，無污染，大大提高了轉輥的過鋼量。
圖I為本發明的加工設備的原理結構示意圖。圖2為本發明的加工后軋輥表面無序毛化有“點”和有“空”的效果圖。圖3為本發明的加工后軋輥表面無序毛化有“點”和無“空”的效果圖。圖4為本發明的立體結構示意圖。圖中，I軋棍、2激光加工頭、3激光束、4脈沖激光器、5隨機信號發生器、6機床頂尖、7床頭、8-卡盤、9軋輥、10尾座、11數控軋輥機床。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案作進一步說明。本發明涉及一種激光無序毛化軋輥表面的加工方法，用隨機信號發生器5控制脈沖激光器4產生無序脈沖激光束3，聚焦后，在軋輥I表面加工出一條無重疊軌跡的螺旋線，所述螺旋線的導程小于激光斑點直徑值的150% ;所述脈沖激光器4跟隨隨機信號發生器5所發出的隨機變量，隨機改變激光束3的占空比；所述脈沖激光器4通過隨機信號發生器5所發出的隨機變量隨機改變脈沖激光器4發出的脈沖頻率。隨機信號發生器5控制脈沖激光器4的脈沖激光束3，經激光加工頭2加工軋輥I表面，使軋輥I表面在受到激光作用的地方產生不同形貌的“點”，在未受到激光作用的地方得到不同形貌的“空”，并控制這些“點”和“空”的密度，由這些“點”和“空”組成無序的軋輥I表面紋理結構，從而使得軋輥I表面得到無序的毛化效果；隨機信號發生器5利用單片計算機產生隨機無序的電信號，控制脈沖激光器4的脈沖，使脈沖激光器4發出的脈沖激光束3不僅脈沖頻率隨機改變，而且脈沖的占空比也隨機改變，所述隨機信號發生器5頻率 上、下限可進行設置，所述脈沖激光器4可以是光纖激光器或YAG固體激光器或半導體激光器或氣體激光器或液體激光器。所述毛化“點”在軋輥I的周向上的間距是隨脈沖頻率和占空比的隨機改變而變化的，毛化“點”在軋輥I周向上的密度是通過旋轉軋輥I表面的線速度和所需毛化“點”的形貌來設定隨機信號發生器5所產生無序信號的頻率區間確定的，當頻率的變化區間越寬，毛化“點”的形貌差別越大，當頻率的變化區間越窄時，毛化“點”的形貌差別越小；頻率區間越窄，而且頻率段越高，則毛化“點”在軋輥I周向上的密度則越高；頻率區間越寬，而且頻率段越低，則毛化“點”在軋輥I周向上的密度則越低。本發明涉及一種激光無序毛化軋輥表面的加工設備，包括有數控軋輥機床11，所述軋輥I利用數控軋輥機床11使軋輥I在機床頂尖6的相向頂置下，圍繞著自身的中心軸線作勻速的旋轉運動，包括有脈沖激光器4和激光加工頭2、所述激光加工頭2安裝在數控軋輥機床11的小拖板上，所述激光加工頭2通過光纖與脈沖激光器相4連接，所述激光加工頭2沿著軋輥I的側母線作軸向勻速移動，在軋輥I表面加工出一條無重疊軌跡的螺旋線，在軋輥I的軸向方向上，所述螺旋線的導程小于激光斑點直徑值的150%。所述機床主軸帶動軋輥I的轉速為每分鐘轉速為5 -300轉。所述激光加工頭2上裝有距離跟蹤器和軋輥直徑測量裝置，在通過軋輥直徑測量裝置測量后，實現自動對焦。在工作時，所述激光加工頭2安裝在數控軋輥機床11的小拖板上，數控軋輥機床11的大拖板帶著小拖板和激光加工頭2沿著軋輥4的側母線作軸向勻速移動，激光加工頭2上裝有距離跟蹤器，在通過軋輥直徑測量裝置測量后，實現自動對焦。所述脈沖激光器4與隨機信號發生器5相連，所述隨機信號發生器5控制激光器發出的脈沖激光束3，使其隨機無序地改變頻率和占空比，從而使得通過聚焦鏡聚焦后，激光加工頭2加工出的激光斑點，時而是圓點，時而橢圓點，時而是短點，時而是長點，在軋輥I圓周方向上的點間距，時而長，時而短，間距也是無序的，從而使在軋輥I上激光毛化過的地方變成毛化“點”，未毛化的過地方變成“空”，無序的毛化“點”和“空”排列出來的圖案也是無序的。在激光斑點的能量密度為104-106W/cm2時，表層氣化，底層熔化，在離心力和輔助氣體的作用下，形成微凸臺和凹坑，由干“點”的形貌不一致，所以凸臺和凹坑的形貌也不一致，凸臺和凹坑對光的折射也不一致。如圖I和圖4所示，本發明涉及一種激光無序毛化軋輥表面的加工設備的實施例，是由數控軋棍機床11、光纖脈沖激光器4、冷水機、隨機信號發生器5、激光加工頭2、距離跟蹤器、軋輥直徑檢 測裝置、控制系統、穩壓電等組成。所述需毛化軋輥I采用中心孔定位。用床頭7和尾座10兩個機床頂尖6將軋輥I用適當的カ頂緊，并用卡盤8將軋輥I的軸頭卡紫。裝夾好的軋輥1，在機床主軸的旋轉カ矩的帶動下，在機床許可的轉速范圍內，作均速的旋轉運動。轉速在180-250轉/分范圍。所述激光加工頭2上安裝在機床小拖板上，在Z軸絲杠或齒輪齒條的傳動下，沿著軋輥I的側母線作軸向勻速移動，激光加工頭2上裝有距離跟蹤器，在通過軋輥直徑測量裝置測量后，實現自動對焦；所術激光加工頭2的移動速度應滿足在軋輥I的軸向方向上，所述螺旋線的導程小于激光斑點直徑值的150% ；，當數控軋輥機床11的主軸轉速為250轉/分時，激光斑點直徑為0. 08毫米時，移動速度應在20毫米/分附近或小于此值。所述隨機信號發生器5，其上可以設置控制頻率的上、下限；它所發出隨機無序的無周期的電信號，控制脈沖激光器4發出的脈沖激光束3，使其隨機無序地改變脈沖激光束3的頻率和占空比，從而使得通過聚焦鏡的聚焦照射在軋輥I上表面形成的“點”，時而是圓點，時而橢圓點，時而是短點，時而是長點，在軋輥周向上的“點”間距，時而長，時而短，間距也是無序的。；“點”的周向密度是根據旋轉軋輥I表面的線速度和所需“點”的形貌來設定隨機信號發生器5所產生無序信號的頻率區間來確定的，此例隨機信號發生器的頻率上限設置為lOOKHz、下限設置lOKHz，激光器的功率200W。如圖2和圖3所示，所述在軋輥I輥面上，激光毛化過的地方稱作毛化“點”，未毛化的過地方稱作“空”，無序的毛化“點”和“空”排列出來的圖案也是無序的，即便加大激光毛化密度，將整個輥面全部毛化，沒有“空”剩下來，其毛化過的毛化“點”，也是無序的；在脈沖激光斑點的能量密度為104 106W/cm2時，表層氣化，底層熔化，在離心カ和輔助氣體的作用下，形成微凸臺和凹坑，由于毛化“點”的形貌不一致，所以凸臺和凹坑的形貌也不一致，凸臺和凹坑對光的折射也不一致。由無序的毛化“點”和“空”的排列以及毛化“點”形貌的不一致，從而實現軋輥I表面的激光無序毛化。由于凸臺的作用，同時提高了毛化軋輥的過鋼量。通過不斷試驗和總結，所述軋輥I表面無序毛化后所得到的紋理結構和粗糙度，由下述條件決定1軋輥表面的線速度；2激光加工頭沿軋輥軸向毛化點的螺距；3無序信號發生器工作頻率上、下限；4激光器的功率大小。.
通過大量的實驗和各項數據的統計驗證，要想得到預期的軋輥表面的紋理結構和粗糙度，必須組合上述條件做大量的實驗來得到。以上所述，僅為本發明專利的較佳可行實施例而已，并非用以限定本發明專利的保護范圍。
權利要求
1.一種激光無序毛化軋輥表面的加工方法，其特征在于，所述用隨機信號發生器控制脈沖激光器產生無序脈沖激光束，聚焦后，在軋輥表面加工出一條無重疊軌跡的螺旋線，所述螺旋線的導程小于激光斑點直徑值的150% ;所述脈沖激光器跟隨隨機信號發生器所發出的隨機變量，隨機改變激光脈沖束的占空比。
2.根據權利要求I所述一種激光無序毛化軋輥表面的加工方法，其特征在于，所述脈沖激光器跟隨隨機信號發生器所發出的隨機變量，隨機改變脈沖激光器發出的脈沖頻率，所述脈沖激光器可以是光纖激光器或YAG固體激光器或半導體激光器或氣體激光器或液體激光器。
3.根據權利要求I或2所述一種激光無序毛化軋輥表面的加工方法，其特征在于，所述毛化“點”在軋輥的周向上的間距是通過脈沖占空比和頻率的隨機改變而變化的，毛化“點”在軋輥周向上的密度是通過旋轉軋輥表面的線速度和所需毛化“點”的形貌來設定隨機信號發生器所產生無序信號的頻率區間確定的，當頻率的變化區間越寬，毛化“點”的形貌差別越大，當頻率的變化區間越窄時，毛化“點”的形貌差別越小；頻率區間越窄，而且頻率段越高，則毛化“點”在軋輥周向上的密度則越高；頻率區間越寬，而且頻率段越低，則毛化“點”在軋輥周向上的密度則越低。
4.一種激光無序毛化軋輥表面的加工設備，包括有數控軋輥機床，所述軋輥利用數控軋輥機床使軋輥在機床頂尖的相向頂置下，圍繞著自身的中心軸線作勻速的旋轉運動，其特征在于，包括有激光器和激光加工頭，所述激光加工頭安裝在數控軋輥機床的小拖板上，所述激光加工頭沿著軋輥的側母線作軸向勻速移動，在軋輥表面加工出一條無重疊軌跡的螺旋線，在軋輥的軸向方向上，所述螺旋線的導程小于激光斑點直徑值的150%。
5.根據權利要求4所述一種激光無序毛化軋輥表面的加工設備，其特征在于，所述機床主軸的轉速為每分鐘轉速為5 -300轉。
6.根據權利要求4所述一種激光無序毛化軋輥表面的加工設備，其特征在于，所述激光加工頭上裝有距離跟蹤器和軋輥直徑測量裝置，在通過軋輥直徑測量裝置測量后，實現自動對焦。
7.根據權利要求4所述一種激光無序毛化軋輥表面的加工設備，其特征在于，所述隨機信號發生器控制激光器發出的脈沖激光，使其隨機無序地改變頻率和占空比，從而使得通過聚焦鏡焦后，激光加工頭加工出的激光斑點，時而是圓點，時而橢圓點，時而是短點，時而是長點，在軋輥圓周方向上的點間距，時而長，時而短，間距也是無序的，從而使在軋輥上激光毛化過的地方變成毛化“點”，未毛化的過地方變成“空”，無序的毛化“點”和“空”排列出來的圖案也是無序的。
8.根據權利要求4所述一種軋輥激光無序毛化設備，其特征在于在激光斑點的能量密度為10，106W/cm2時，表層氣化，底層熔化，在離心力和輔助氣體的作用下，形成微凸臺和凹坑，由于“點”的形貌不一致，所以凸臺和凹坑的形貌也不一致，凸臺和凹坑對光的折射也不一致。
全文摘要
本發明涉及一種激光無序毛化軋輥表面的加工方法和加工設備，所述用隨機信號發生器控制脈沖激光器產生無序脈沖激光束，聚焦后，在軋輥表面加工出一條無重疊軌跡的螺旋線，所述螺旋線的導程小于激光斑點直徑值的150%；所述脈沖激光器跟隨隨機信號發生器所發出的隨機變量，隨機改變激光脈沖束的占空比和頻率；加工設備，包括數控軋輥機床、激光器和激光加工頭、所述激光加工頭沿著軋輥的側母線作軸向勻速移動，通過本技術方案，可制作出真正符合無序化要求的軋輥，并生產出符合無序化要求的鋼板，采用激光進行加工軋輥表面無序毛面硬度高，生產成本低，無污染，大大提高了軋輥的過鋼量。
文檔編號B23K26/00GK102699525SQ201210164998
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者盧飛星, 張煒, 李春旺, 胡家強, 莫衡陽, 閔大勇 申請人:武漢華工激光工程有限責任公司