钢铁冷轧辊冷轧板多头CO2激光毛化设备概述.doc

上海瑞倍尔激光技术有限公司钢铁冷轧辊冷轧板多头CO2激光毛化设备概述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工艺要求的冷轧毛化钢板。目前用以满足轧辊毛化处理的技术有：喷丸毛化(SB)技术、电火花毛化(EDT)技术、激光毛化技术(LT)等。激光毛化钢板在深冲性能和涂镀鲜映度方面具有明显优势。一、CO2激光毛化的作用1 CO2激光毛化点型貌控制CO2激光毛化可以在轧辊表面形成凸起毛化点，该凸起点在随后的轧制过程中翻印在钢带表面形成均匀、孤立的凹坑，在钢板变形中润滑油在高压下的坑中保持封闭状态，在钢板与模具间形成缓冲垫，提高了抗擦伤性。2 CO2激光毛化对轧辊表面的强化作用激光毛化处理后的轧辊寿命至少比普通轧辊可提高1倍以上。3 提高钢板涂装性能和鲜映度钢板与涂层的结合强度大大提高，同时钢板保持“镜面板”高的表面光亮度。4 CO2激光毛化对轧制工艺具有积极作用避免轧制时“粘钢”、 提高轧制速度和压下率、减轻轧制“横纹”、 消除退火产生的“粘连”、 改善轧件表面质量、在普通冷带轧机上实现异步轧制等。二、多头CO2激光毛化的优点单头CO2激光毛化技术推广中遇到的最大问题是加工效率低，特别是在高峰值数(Pc值)要求下加工效率无法满足生产要求，深入的研究表明高Pc值低粗糙度恰恰是高质量冷轧薄板的发展方向。最新推出的多头CO2激光毛化彻底克服了单头CO2激光毛化的缺点，同时通过实践表明具有下列优点：1、毛化加工的速度比单头斩光盘技术成倍提高，可以达到与电火花加工相当；2、采用了光点跟踪技术，克服了斩光盘技术椭圆形毛化点的缺点，获得圆形毛化点，保证钢板两个方向的性能一致；毛化点直径比斩光盘技术椭圆形毛化点更小，因此毛化点密度更高，毛化点密度可以达到77/mm2；3、每个聚焦镜所承受的功率只是单头毛化聚焦镜承受激光功率的一半，因此毛化效果更稳定一致。三、多头CO2激光毛化设备组成总体结构由高功率CO2激光器、外光路系统和脉冲分光系统、激光聚焦和毛化装置、红光准直指示、毛化机床、数控系统、总控制台和冷却系统等部分组成。 高功率CO2激光器 冷水机组 西门子840D数控机床 接触式位移传感器 多棱镜分光和外光路系统（核心技术，原创专利） 毛化设备所配现场电器采用国外进口或中外合资企业的产品。四、双头CO2激光毛化加工工艺： 轧辊置于机床旋转轴上，启动数控机床，使轧辊按设定的转速旋转； 激光器输出的连续激光束进入安装在工作平台上的多棱镜分光机构，多棱镜的工作表面在旋转过程中将激光束依次扫过2个分光头，每个分光头在激光扫过时接受到一部分激光，这样多棱镜分光机构将进入的连续激光束分成2路脉冲激光输出，激光功率无损耗； 由多棱镜分光机构输出的2路脉冲激光束分别经2个聚焦头聚焦，焦点垂直落在旋转的轧辊工件表面，2个聚焦头对轧辊工件同时进行双头毛化加工，形成2条螺旋扫描线点阵毛化坑分布，毛化加工头的横向移动螺距是单头加工的2倍，因此毛化所需时间是单头加工的一半； 在机床对轧辊工件转速、多棱镜转速、工作平台平移速度的集中控制下，获得所需的毛化点密度要求。通过上面的描述，双头毛化设备同时进行两条螺旋线毛化点的加工，因此在同样的转速下双头毛化头横向移动的螺距是单头加工的2倍，因此加工速度加倍。 双头单光点CO2激光毛化设备 单头双光点CO2激光毛化设备 圆形毛化点分布五、多头分光原理多棱镜分光的原理是：激光照射在多棱镜的某个表面，多棱镜的这个面在旋转过程中将激光束依次扫过N个聚焦镜，每一个聚焦镜在激光扫过时接受到一部分激光。这样当激光依次扫过N个聚焦镜时，相当于给每个聚焦镜分配一个激光脉冲。当多棱镜旋转时，每一个多棱镜面都给所有的聚焦镜分配一个脉冲，这样实际上旋转多棱镜相当于将一个连续激光分割成为N路脉冲激光，每一路激光完全相同。六、主要性能技术数据最大输入电功率 100kW毛化粗糙度Rm 0.56m可调设备总重量 25000kg粗糙度均匀性 4%工件最大长度 4500mm毛化点密度 (33)(77)点/mm2（可调）工件最大直径 660mm毛化点直径 120-250m可调工作最小直径 200mm毛化时间 2035分钟/支毛化最大长度 2500mm机床的外型尺寸(长宽高)单位：mm967026103088七、生产能力分析多头毛化设备的加工效率主要取决于轧辊机床的转速。对于大型轧辊机床，提高轧辊转速的要求必然带来设备造价的提高，这也是目前激光毛化设备售价居高不下的原因(国外报价500万美元左右)。在保证相同毛化效率的前提下，毛化头数越多，对轧辊转速的要求越低。以目前双头轧辊激光毛化设备为例，长度为1800的轧辊要求在30分钟完成点密度66/mm2的毛化，轧辊转速要求达到180rpm。单头毛化设备在180rpm转速下30分钟内只能完成点密度33/mm2的毛化。反之，如果能够采用四头毛化，则轧辊转速只需要达到90rpm，显然这将大大降低设备的总体技术要求同时大大提高设备运行的稳定可靠性。多头毛化技术的灵活应用为激光毛化设备的发展提供了全新的思路。下表是采用双头激光毛化设备的毛化时间分析，分析的依据是：大型轧辊转速140转/分钟（最高可到200转/分以上，留有余地考虑到机床的长期稳定工作），轧机工作辊的点密度选择为Pc值取30-70点密度/mm2双头毛化时间(min)(轧辊转速/脉冲频率) 3313(140rpm/10990Hz)4418(140rpm/14653 Hz)5522(140rpm/18316 Hz)6626(140rpm/21980 Hz)7730.5(14