[发明专利]轧辊表面激光毛化强化集成加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及轧辊表面毛化处理装置，具体地指一种轧辊表面激光毛化强化集成加工装置。

背景技术

为了提高冷轧薄板钢的板形、延伸率、深冲性能和涂镀性能，需要对冷轧工作辊、平整辊的辊面进行毛化加工，使轧辊表面形成一层凸点，然后轧制出满足用户特殊工艺要求的冷轧毛化钢板。此外，为了提高轧辊的质量和使用寿命，要求对轧辊的表面进行淬火、融覆、合金化等强化处理，以使轧辊表面形成一层高强韧性和高耐磨性的合金层。

激光毛化是利用高能量密度高重复频率的脉冲激光束在聚焦后入射到轧辊表面，在聚焦点处形成微小熔池，同时由侧吹装置对微小熔池施以设定压力、流量、方向的辅助气体，使熔池中的熔融物按指定要求尽量堆积到熔池边缘形成圆弧形凸台。激光强化包括激光相变硬化和激光熔凝合金化技术，激光相变硬化热处理是将规律的强激光束照射到工件表面，迅速将工件表面温度提高到奥氏体转变温度以上、熔点以下的范围之内，通过激光束的快速移动，被加热的部位与工件内部进行快速的热交换，使工件表面的冷却速度极快来实现马氏体的转化，得到极细的马氏体结构组织。激光熔凝是将粉末冶金材料与金属基体表面同时在激光束照射下成为溶化状态，同时迅速凝固，产生新的表面层。

轧辊毛化和轧辊强化设备有一定相似之处，都是在控制系统的作用下，加工机床带动轧辊高速旋转，毛化系统沿轧辊轴向运动，并将激光束作用在轧辊表面，但由于轧辊毛化和强化对激光功率、光斑大小、加工速度等参数的要求不一样，目前轧辊毛化和强化都是在单独或集成设备上分别完成，加工时间长、效率低。

为了解决分别独立的激光毛化处理设备和激光强化处理设备利用率小的问题，中国专利“激光强化-激光毛化组合机床”(公开号：CN201842862U)提出了一种能进行激光强化处理或毛化处理的组合设备，但其激光强化处理和激光毛化处理不能同时进行，影响工作效率。因此，有必要提供一种能同时进行轧辊毛化-强化加工的设备，不仅能提高毛化辊的耐磨性，延长其使用寿命，从而缩短换辊时间，提高生产效率，还能减少轧辊进行毛化和强化加工的时间。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种能同时进行激光毛化和强化处理、加工效率高且充分利用激光能量的轧辊表面激光毛化强化集成加工装置。

为实现上述目的，本发明所设计的轧辊表面激光毛化强化集成加工装置，包括激光器和数控机床，所述数控机床的床身上设置有床头箱和床尾座，所述床头箱上安装有用于支撑并驱动被加工轧辊旋转的轧辊转轴，所述床尾座上安装有用于顶紧被加工轧辊的顶尖，所述数控机床的床身上还设置有与轧辊转轴平行布置的平移导轨，所述平移导轨上设置有与其滑动配合的毛化平台，其特殊之处在于，所述毛化平台上设置有第一反射镜、第二反射镜、半透半反镜以及对准被加工轧辊表面的毛化分光机构和强化分光机构，所述第一反射镜与激光器所发射的激光束呈45°入射角布置，所述半透半反镜位于第一反射镜所反射激光束通路上，所述第二反射镜位于半透半反镜所反射激光束通路上，所述毛化分光机构位于半透半反镜所透射激光束通路上，所述强化分光机构位于第二反射镜所反射激光束通路上。

进一步地，所述强化分光机构包括铜质反光镜、光束均匀化镜、积分镜以及柱面聚焦镜，从所述第二反射镜反射的激光束依次经过铜质反光镜、光束均匀化镜、积分镜和柱面聚焦镜到达被加工轧辊表面。铜质反光镜降低激光束的强度，并通过光束均匀化镜变换成强度均匀分布的光束，积分镜将强度均匀分布的光束变换成强度均匀分布、固定长宽比的矩形光束，柱面聚焦镜将强度均匀分布的、固定长宽比的矩形光束变换成强度均匀分布的、可变长宽比的矩形光束。

更进一步地，所述毛化分光机构包括旋转驱动机、多棱镜、k个扇形并列分光头和k个平行并列聚焦头，所述旋转驱动机的执行端驱动多棱镜旋转，所述多棱镜位于半透半反镜所透射激光束通路上，所述k个扇形并列分光头一一对应位于多棱镜旋转时所在的反射激光束通路上，所述k个平行并列聚焦头的位置与k个扇形并列分光头的位置一一对应。毛化分光机构通过旋转驱动机带动多棱镜旋转将连续激光束分割成k路脉冲激光束，并通过k个扇形并列分光头发出，经k个平行并列聚焦头聚焦后对轧辊进行毛化加工。