一种TA1阴极辊外表面的加工方法与流程

本发明涉及电解铜箔设备制造领域，具体是一种直径大于2000mmta1阴极辊外表面的加工方法

背景技术：

随着电子工业和新能源电动汽车的飞速发展，铜箔的需求量越来越多，特别对高端锂电池铜箔的需求量更是逐年递增。目前，国内外铜箔的生产一般采用电解法，阴极辊作为电解法生产铜箔的核心设备，特别是大直径阴极辊长期由国外垄断，2016年才实现国产化。阴极辊作为电解铜箔制造的阴极，吸引铜离子电沉积在其表面，沉积到一定厚度，经剥离、表面处理、收卷，连续生产出电解铜箔。阴极辊的阴极辊外表面是什么形态，铜箔光面就是什么形态，影印性十分强，阴极辊外表面的质量对铜箔的整体质量有重要的影响。高端铜箔对阴极辊外表面要求更加严格，一般要求阴极辊外表面耐腐蚀、组织均匀、晶粒度astm10级以上、粗糙度ra0.2以上、尺寸精度高、表面细腻、无色差、无任何黑点、无直纹和斜纹、无花斑和针孔表面缺陷。阴极辊外表面为ta1钛筒，钛筒由旋压成形，可保证阴极辊外表面组织均匀和晶粒度等级。

目前，国内外几乎没有对完成旋压钛筒热装配后的阴极辊外表面的加工进行相关研究报道，常规只是车削加工和长时间的表面抛磨，加工耗时长，加工精度差。有一些电解铜箔生产相关单位，针对电解生箔后的阴极辊外表面被腐蚀粗糙的阴极辊，采用多种型号的碳化硅砂轮片进行多次抛磨，使外表面粗糙度达到电解生箔要求，工序繁杂，耗时长久。也有采用pva抛光刷的电解抛光电解生箔后的阴极辊外表面，电解抛光需要电解液，抛光成本高，污染环境。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的加工耗时长、成本高，加工精度差，并污染环境的不足，本发明提出了一种ta1阴极辊外表面的加工方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，车削：所述车削是对完成旋压钛筒热装配的阴极辊的圆周表面进行车削加工，包括粗车加工和精车加工。

粗车加工时，切削深度为2～4mm，直至该阴极辊外表面单边厚度车削量≥5mm。粗车加工的工艺参数：阴极辊转速为11r/min，进给量为0.6mm/r，切削深度为3mm。完成一次粗车加工后，测量阴极辊外径。

精车加工时，一次车削完成，切削深度为0.5～1mm；精车加工的工艺参数：阴极辊转速为12r/min，进给量为0.2mm/r；

步骤2，磨削：将刀架更换为磨削磨头。设定磨削参数：阴极辊转速为14r/min，千叶轮进给量为5mm/r，千叶轮转速2000r/min，切削深度0.15mm。在阴极辊端面对刀，磨削3～5次，至阴极辊外表面无车削刀痕，粗糙度达到ra1.6以上。

步骤3，超声滚压：更换超声滚压刀架。调节该超声滚压刀架使刀具的轴线与阴极辊轴线相互垂直，并与车床中心等高。选用滚珠式超声滚压刀具头超声滚压一次，使阴极辊外表面无橘皮状磨削点纹路，初现镜面效果。

所述滚压的工艺参数为：滚压刀具主机箱的输出电流为0.9～1.2a，工作电压为220±10％；超声滚压刀具的滚珠输出频率为25～30khz；阴极辊转速为7r/min；千分表进给量为0.1～0.15mm；刀具的进给量为0.4mm/r。

步骤4，抛磨：超声滚压完成后，阴极辊吊装于磨床上，阴极辊钢轴上找正圆跳度≤0.05mm。采用带气缸的柔性磨头进行抛磨。经过粗抛磨、半精抛磨和精抛磨，完成了ta1阴极辊圆周表面的加工。

所述粗抛磨7～10遍，至阴极辊外表面无超声滚压轻微竖纹。粗抛磨时，阴极辊转速为3r/min，pva砂轮的进给量为30mm/min，pva砂轮转速为450r/min，柔性磨头气缸的压强为0.2mpa。

所述半精抛磨15～20次，至阴极辊外表面粗糙度达到ra0.4以上。半精抛磨时，阴极辊转速为4r/min，pva砂轮的进给量为12mm/min，pva砂轮的转速为600r/min，柔性磨头气缸的压强为0.15mpa。

所述精抛磨处于φ200mm的600#氧化铝磨粒pva砂轮，精抛磨3～4次，至阴极辊外表面无黑点、直纹、斜纹、花斑和针孔表面缺陷，粗糙度达到到ra0.2以上。精抛磨时，阴极辊转速为4r/min，pva砂轮的进给量为10mm/min，pva砂轮转速为700r/min，柔性磨头气缸的压强为0.1mpa。

所述带气缸的柔性磨头位于所述阴极辊的一侧，包括滑溜板、三相异步变频电机、电机安装板、pva砂轮和气缸。所述滑溜板固定在磨床导轨的溜板箱上表面。在该滑溜板的上表面通过导轨连接有电机安装板，三相异步变频电机固定在该电机安装板的上表面。在该三相异步变频电机的输出轴上安装有所述pva砂轮，通过该pva砂轮对所述阴极辊外圆周表面进行抛磨。所述气缸固定在所述滑溜板上表面，并位于所述电机安装板侧面，使该气缸的气缸头与电机安装板接触。

抛磨时采用在线喷淋装置对阴极辊底部清洗和降温；所述在线喷淋装置位于所述阴极辊外表面的正下方，包括进水管、喷水管、喷嘴、堵塞、水槽。所述喷水管的两端分别安装在所述水槽的两侧壁上，并使该喷水管的一端与进水管连通，另一端上安装有堵塞。在所述喷水管的管壁上均布有多个喷水口，在各喷水口的出口端固定有带过滤器的喷嘴。所述进水管的另一端外接水源。所述水槽的长度大于该阴极辊的阴极辊外表面长度。

本发明车削加工去除阴极辊外表面单边厚度≥5mm，使阴极辊外表面无旋压加工时遗留的氧化黑皮、旋压纹、起皮和裂纹表面缺陷。千叶轮磨削时，千叶轮的砂轮条不断地打磨和敲击阴极辊外表面，打磨使阴极辊外表面线性车削刀纹变为橘皮状点纹路，使阴极辊外表面的粗糙度易于提高；敲击使阴极辊外表面产生表面压应力，可消除部分加工残余应力，减小阴极辊电解生箔时的应力腐蚀。超声滚压加工时超声波的高频振动使滚珠高速撞击阴极辊外表面，产生一定的塑性变形和表面压应力；一定的塑性变形使阴极辊外表面形成了一定厚度的塑性流变组织，塑性流变组织晶粒度高、组织均匀、耐腐蚀性好；表面压应力可再次消除加工残余应力，减小阴极辊电解生箔时的应力腐蚀。pva砂轮抛磨主要是提高阴极辊外表面粗糙度，pva砂轮与阴极辊外表面柔性接触抛磨，使阴极辊外表面细腻、无色差、无任何黑点、无直纹和斜纹、无花斑和针孔表面缺陷。本发明的一种ta1阴极辊外表面的加工工艺流程方法，加工的阴极辊外表面圆跳动≤0.08mm，直线度≤0.08mm，粗糙度达ra0.2以上；提高阴极辊外表面晶粒度1～2级，达astm10级以上；阴极辊外表面细腻、无色差、无任何黑点、无直纹和斜纹、无花斑和针孔表面缺陷；增加了阴极辊外表面耐腐性，减小了阴极辊电解生箔时的应力腐蚀，使阴极辊在硫酸铜电解液中能长时间保持生箔粗糙度，增加了阴极辊在阳极槽中的生箔时间，提高了阴极辊电解生箔的产能。本发明工艺流程，从对完成钛筒热装配后的阴极辊外表面进行加工，到阴极辊外表面满足电解生箔要求，只需要正常工作时间下的10～12天，极大的缩短了阴极辊制造周期。本发明方法已为国内多家电解铜箔厂生产大直径阴极辊，并用于电解生箔，所生产的铜箔满足高端锂电铜箔要求。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是磨削磨头的俯视图。

图3是抛磨磨头的俯视图。

图4是图3的左视图。

图5是滑溜板的结构示意图；其中图5a是主视图，图5b是图5a的a-a向视图。

图6是电机安装板的结构示意图；其中图6a是主视图，图6b是图6a的b-b向视图。

图7是在线喷淋装置结构示意图。

图中：

1.阴极辊；2.三相异步电动机；3.支撑架；4.六角螺母；5.千叶轮；6滑溜板；7.三相异步变频电机；8.电机安装板；9.六角螺母；10.pva砂轮；11.气缸；12.进水管；13.喷水管；14.喷嘴；15.堵塞；16.水槽。

具体实施方式

本发明的一种直径大于2000mm的ta1阴极辊圆周表面的加工方法，包括以上车削、磨削、超声滚压、抛磨4个步骤。

步骤1，车削：所述车削是对完成旋压钛筒热装配的阴极辊的圆周表面进行车削加工。将所述阴极辊吊装于卧式车床，开启车床开关，阴极辊钢轴上找正圆跳度≤0.05mm。选择含钴硬质合金r0.8车刀片进行粗车加工；设定粗车加工的工艺参数：阴极辊转速为11r/min，进给量为0.6mm/r，切削深度为3mm。在阴极辊的端面对刀，打开切削液开关，开始车削。完成一次粗车加工后，测量阴极辊外径。根据测量结果再次粗车加工，切削深度为2～4mm，直至该阴极辊外表面单边厚度车削量≥5mm。

粗车加工完成后，关闭切削液开关，更换含钴硬质合金r0.4整体式车刀片进行精车加工。设定精车加工的工艺参数：阴极辊转速为12r/min，进给量为0.2mm/r；切削深度为0.5～1mm，打开切削液开关，整个车削加工过程中采用水基切削液润滑和冷却。在阴极辊端面对刀，开始车削加工，并一次车削完成，得到精车加工后的阴极辊。

为防止切削液污染阴极辊外表面，所述的切削液中不含氯或其他卤元素和硫元素。

经过精车加工后的阴极辊的阴极辊外表面圆跳动≤0.05mm，直线度≤0.05mm，粗糙度达到ra3.2以上，无黑点、黑皮、旋压纹、起皮和裂纹表面缺陷。

步骤2，磨削：车削加工完成后，将刀架更换为磨削磨头。该磨削采用φ300mm的80#千叶轮。设定磨削参数：阴极辊转速为14r/min，千叶轮进给量为5mm/r，千叶轮转速2000r/min，切削深度0.15mm。在阴极辊端面对刀，磨削3～5次，至阴极辊外表面无车削刀痕，粗糙度达到ra1.6以上。

所述的磨削磨头包括三相异步电动机2、支撑架3、千叶轮5。所述支撑架的下端固定在车床导轨的溜板箱上表面。所述三相异步电动机固定在该支撑架的上端。在该三相异步电动机的输出轴上安装有千叶轮。通过该千叶轮对所述阴极辊的圆周表面实施磨削。

步骤3，超声滚压：磨削完成后更换超声滚压刀架，所述超声滚压刀架采用现有技术。调节该超声滚压刀架使刀具的轴线与阴极辊轴线相互垂直，并与车床中心等高。选用滚珠式超声滚压刀具头，设定滚压工艺参数：滚压刀具主机箱的输出电流为0.9～1.2a，工作电压为220±10％；超声滚压刀具的滚珠输出频率为25～30khz；阴极辊转速为7r/min；千分表进给量为0.1～0.15mm；刀具的进给量为0.4mm/r。打开乳化液，整个超声滚压过程中采用乳化液润滑和冷却；为防止污染阴极辊外表面，所述乳化液中不含氯或其他卤元素和硫元素在阴极辊端面对刀。超声滚压只进行一次，使阴极辊外表面无橘皮状磨削点纹路，初现镜面效果。

步骤4，抛磨：超声滚压完成后，阴极辊吊装于磨床上，阴极辊钢轴上找正圆跳度≤0.05mm。采用带气缸的柔性磨头进行抛磨。所述抛磨分为粗抛磨、半精抛磨和精抛磨。

粗抛磨选用φ200mm的120#氧化铝磨粒pva砂轮；粗抛磨的工艺参数：阴极辊转速为3r/min，pva砂轮的进给量为30mm/min，pva砂轮转速为450r/min，柔性磨头气缸的压强为0.2mpa。打开冷却水开关和阴极辊底部的在线喷淋装置，采用金刚笔修磨pva砂轮表面圆度。在阴极辊端面对刀，开始粗抛磨。粗抛磨7～10遍，至阴极辊外表面无超声滚压轻微竖纹。

粗抛磨完成后，更换φ200mm的220#氧化铝磨粒pva砂轮进行半精抛磨。设定半精抛磨工艺参数：阴极辊转速为4r/min，pva砂轮的进给量为12mm/min，pva砂轮的转速为600r/min，柔性磨头气缸的压强为0.15mpa。打开冷却水开关和阴极辊底部的在线喷淋装置，采用金刚笔修磨pva砂轮表面圆度。在阴极辊端面对刀，开始半精抛磨。半精抛磨15～20次，至阴极辊外表面粗糙度达到ra0.4以上。

半精抛磨完成后更换φ200mm的600#氧化铝磨粒pva砂轮进行精抛磨。设定精抛磨工艺参数：阴极辊转速为4r/min，pva砂轮的进给量为10mm/min，pva砂轮转速为700r/min，柔性磨头气缸的压强为0.1mpa。打开冷却水开关和阴极辊底部的在线喷淋装置。金刚笔修磨pva砂轮表面圆度。在阴极辊端面对刀，开始精抛磨。精抛磨3～4次，至阴极辊外表面无黑点、直纹、斜纹、花斑和针孔表面缺陷，粗糙度达到到ra0.2以上。

至此，完成了ta1阴极辊圆周表面的加工。

所述带气缸的柔性磨头位于所述阴极辊的一侧，包括滑溜板6、三相异步变频电机7、电机安装板8、pva砂轮10和气缸11。所述滑溜板固定在磨床导轨的溜板箱上表面。在该滑溜板的上表面通过导轨连接有电机安装板，所述三相异步变频电机固定在该电机安装板的上表面。在该三相异步变频电机的输出轴上安装有所述pva砂轮，通过该pva砂轮对所述阴极辊外圆周表面进行抛磨。所述气缸固定在所述滑溜板上表面，并位于所述电机安装板侧面，使该气缸的气缸头与电机安装板接触；在所述气缸的作用下，使电机安装板能够沿滑溜板上的导轨向所述阴极辊的径向移动，以使所述pva砂轮的外圆周表面与阴极辊外圆周表面之间柔性接触。

所述在线喷淋装置位于所述阴极辊1外表面的正下方，包括进水管12、喷水管13、喷嘴14、堵塞15、水槽16。所述喷水管的两端分别安装在所述水槽16的两侧壁上，并使该喷水管的一端与进水管连通，另一端上安装有堵塞15。在所述喷水管13的管壁上均布有多个喷水口，在各喷水口的出口端固定有带过滤器的14喷嘴。所述进水管12的另一端外接水源。所述水槽16的长度大于该阴极辊1的阴极辊外表面长度。