更利于减少后续加工需要，且基体的厚度与刀刃厚度更接近，熔覆后的热处理也更容易保持机械性能。另一方面，辊体去除中间材料，也减轻了刀辊的重量，可以获得更佳的模辊转动惯量，从而可降低带动模辊旋转工作的电机的功率和能耗。
[0033]所述模棍100的直径为Φ 200mm?Φ 500mm ;所述模棍100还包括用于传动和定位的转轴3，所述转轴3位于辊体I的两端。
[0034]所述辊体I为中空圆柱体，所述转轴3可为与辊体I同芯的长轴，转轴3与辊体I内壁为键连接或过盈配合连接。
[0035]所述辊体I为中空圆柱体，所述转轴3可分为左半轴31和右半轴32，左半轴31和右半轴32与辊体内壁两端连接。
[0036]所述辊体I内壁呈台阶状，辊体I两端的内壁直径与左半轴31、右半轴32外径适配而使辊体I两端内壁与转轴3键连接或过盈配合连接，介于辊体I两端之间的内壁直径小于左半轴31、右半轴32外径而与左半轴31、右半轴32之间形成中空区域7，辊体I两端的内壁与辊体I两端之间的内壁形成台阶。
[0037]所述左半轴31和右半轴32的一端设有法兰盘，所述法兰盘与辊体过盈配合连接或螺栓连接。
[0038]所述模辊100还包括用于保护刀刃2的保护环4，所述保护环4位于辊体I圆周面两侧，保护环4外径大于刀刃2到辊体I轴心的最大距离。
[0039]激光熔覆工艺适合各种尺寸的模辊，特别是Φ 200mm?Φ 500mm直径范围的模辊，原因是铣削成型工艺所采用的整体铣削、热处理刃口成型技术，对于尺寸相对较大的模辊，存在着废品率高、制造成本高的问题，不适合用于制造尺寸?200mm以上的模辊；而镶装成型工艺采用的独立制造的镶块、无间隙装配的成型刀刃，存在着镶块制造、装配精度，以及精度保持性难保证的问题，不适合用于制造直径?500mm以下的模辊。因此，激光熔覆技术可用于解决现有技术中对?200mm?Φ500mm直径范围的模辊加工上的问题。
[0040]在辊体圆周面两侧，增加保护环，可以起到保护刀刃的效果，使得模辊在运输、存储和安装过程中更加安全。
[0041]进一步地:所述刀刃2包括左刀面21、右刀面22和刀尖23。
[0042]请参阅图3所示，上述旋转模切设备模辊刀刃的成型方法为先在辊体I的基体13的上通过激光熔覆工艺，熔化激光熔覆粉末53，由外到内依次形成熔覆层11和过渡层12，所述熔覆层11构成刀刃2，所述过渡层连接刀刃2和基体13。
[0043]所述激光恪覆工艺包括如下步骤:
[0044]步骤1:根据刀刃2结构，离线方式编写数控程序；
[0045]步骤2:将模辊100通过装夹和定位工件6安装并定位到激光熔覆数控设备上；
[0046]步骤3:由所述数控程序控制，使所述激光熔覆数控设备完成刀刃熔覆成型过程；
[0047]步骤4:成型后的模辊100进行热处理；
[0048]步骤5:检验刀刃2成型情况，等待进入后续模辊加工程序。
[0049]所述基体为普通碳素合金钢，基体形状为圆柱形，外圆柱面进行粗加工、精加工，所述加工精度不低于IT7。对基体外圆柱面进行粗加工、精加工，可以使得激光熔覆时可以获得更高的精度，且有利于提升熔覆层与基体的结合度。
[0050]所述激光熔覆粉末为合金工具钢或硬质合金钢材料粉末，合金粉末颗粒平均尺寸为 75 μ m ?160 μ m。
[0051]具体的实施方式为:
[0052]选择合金工具钢W6Mo5Cr4V2为激光熔覆粉末材料，其中合金元素的化学组成(重量百分比)为 C0.80 ?0.90,S1.20 ?0.45,Mn0.15 ?0.40、P 彡 0.03、S 彡 0.03、Cr3.80 ?4.40、Mo4.50 ?5.50、V1.75 ?2.20、W5.50 ?6.75、Cu 彡 0.25Ν? 彡 0.3。粉末颗粒平均尺寸为110±30ymo
[0053]选择40Cr为基体材料，毛坯用圆柱形钢材，工艺设计主要是外圆柱面的粗加工、精加工。并保证其尺寸精度、位置精度和表面粗糙度按IT6要求。
[0054]根据预设计的刀刃结构，离线方式编写数控程序。运动控制对象选用四轴NC熔覆设备，主要熔覆工艺参数可选择为激光功率800?3500W、扫描速度为3?12mm/S、送粉量为 6 ?20g/min。
[0055]请参阅图4和图5所示，激光熔覆送粉方式选择:采用同步送粉方式，送粉气体52和保护气体51为惰性气体。具体为，在激光束持续工作过程中，粉末形式的激光熔覆粉末53，被连续的输送到熔池，激光工作头5聚焦激光束于需要熔覆位置，熔化激光熔覆粉末53。根据粉末喷射头6和激光工作头5的集成情况，还可以将同步送粉方式细分为同轴送粉方式和侧向送粉方式。同轴送粉方式即粉末喷射头6和激光工作头5集成，送粉气体52与激光熔覆粉末53从激光工作头5中喷出；侧向送粉方式即粉末喷射头6和激光工作头5分开，其中以激光工作头5中心，粉末喷射头6可以在其360度范围内的任一方向，送粉气体52与激光熔覆粉末53从粉末喷射头6中喷出。
[0056]采用同步送粉的方式具有速度快、质量好的优点，且零件的化学成分和组织性能可以更加方便地进行调控，同时可以加工外形尺寸较为精细的零件。同轴送粉可以克服因激光束和粉末输入的不对称而带来的对扫描方向限制的缺点，因而可以实现在任意方向生成均匀的熔覆层，更适用于3D熔覆；侧向送粉的粉末的出口和光的出口相距较远，粉末与光的可控性较好，不会出现因粉末过早熔化而阻塞出光口的现象。
[0057]激光熔覆进给方式选择:采用“单道轨迹成型、多道轨迹搭接、多层轨迹层叠、封闭曲线轨迹对接”等四种类型中一种或几种。具体类型的选用，根据刀刃的设计截面宽、高尺寸确定。如果截面宽度和高度尺寸都小于激光熔覆单道轨迹宽度和高度，可以采用“单道轨迹成型工艺”；如果截面宽度大于激光熔覆单道轨迹宽度，采用“多道轨迹搭接工艺”，将多道轨迹横向搭接成截面宽度相应的熔覆层；如果截面高度大于激光熔覆单道轨迹高度，采用“多层轨迹层叠工艺”，将单道轨迹层或多道轨迹搭接成熔覆层，层层叠加增高得到截面高度；如果刀刃是封闭曲线，则需要对熔覆轨迹进行对接，即“封闭曲线轨迹对接工艺”。
[0058]之后分别调试熔覆设备运动部分、激光熔覆部分等，保证其精度准确、控制有效。
[0059]之后进行数控程序调试。用三爪卡盘61和顶尖62，安装辊体到设备，并精确定位。关闭激光光源及送粉系统等全部熔覆功能单元，仅保持运动控制功能单元，并完整走完数控程序。
[0060]刀刃激光熔覆成型。打开熔覆功能单元，按NC程序控制，完成成型过程。熔覆过程中，注意观察熔覆轨迹变化。
[0061]熔覆部位局部去应力回火，参数为250°C保温3小时后空冷。
[0062]检验后，转入刀刃的刀面精加工，以及后序组织结构、力学性能检测程序。
[0063]采用上述激光熔覆工艺，实现了:1、不同材料的冶金结合，稀释率小，保持了刃体材料的硬度、耐磨性，以及基体材料的韧性，且两者结合性好；2、实现刃体截面形状近净成型，减少后序精密加工量；3、熔覆轨迹可实现数字控制，容易实现预设计任意复杂刀刃曲线。模辊辊体采用中空结构使得基体热扩散性能更好，有利于获得更佳的刃口力学性能，且减轻模辊重量，获得更佳的模辊转动惯量。
[0064]虽然以上描述了本发明的【具体实施方式】，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
【主权项】
1.一种旋转模切设备的模辊，包括辊体，所述辊体上设有刀刃，其特征在于:所述辊体采用激光熔覆工艺形成由外到内依次为熔覆层、过渡层、基体的层状结构，所述熔覆层构成刀刃，所述过渡层连接刀刃和基体；所述辊体为中空结构。
2.根据权利要求1所述的一种旋转模切设备的模辊，其特征在于:所述熔覆层为合金工具钢层或硬质合金钢层，所述基体为圆柱形钢材，基体材料为普通碳素合金钢，所述过渡层为熔覆层和基体的冶金结合层。
3.根据权利要求1或2所述的一种旋转模切设备的模辊，其特征在于:所述模辊的直径为Φ200ι?πι?Φ500ι?πι ;所述模棍还包括用于传动和定位的转轴，所述转轴位于棍体的两端；所述模辊还包括用于保护刀刃的保护环，所述保护环位于辊体圆周面两侧，保护环外径大于刀刃到辊体轴心的最大距离。
4.根据权利要求3所述的一种旋转模切设备的模辊，其特征在于:所述辊体为中空圆柱体，所述转轴为与辊体同芯的长轴，转轴与辊体内壁为键连接或过盈配合连接。
5.根据权利要求3所述的一种旋转模切设备的模辊，其特征在于:所述辊体为中空圆柱体，所述转轴分为左半轴和右半轴，左半轴和右半轴与棍体内壁两端连接。
6.根据权利要求5所述的一种旋转模切设备的模辊，其特征在于:所述辊体内壁呈台阶状，辊体两端的内壁直径与左半轴、右半轴外径适配而使辊体两端内壁与转轴键连接或过盈配合连接，介于辊体两端之间的内壁直径小于左半轴、右半轴外径而与左半轴、右半轴之间形成中空区域，辊体两端的内壁与辊体两端之间的内壁形成台阶。
7.根据权利要求5所述的一种旋转模切设备的模辊，其特征在于:所述左半轴和右半轴的一端设有法兰盘，所述法兰盘与辊体过盈配合连接或螺栓连接。
【专利摘要】一种激光熔覆直接成型的旋转模切模辊。本发明提供一种旋转模切设备的模辊，包括辊体，所述辊体上设有刀刃，所述辊体采用激光熔覆工艺形成由外到内依次为熔覆层、过渡层、基体的层状结构，所述熔覆层构成刀刃，所述过渡层连接刀刃和基体；所述辊体为中空结构。采用上述激光熔覆工艺成型的模辊，实现了：不同材料的冶金结合，稀释率小，保持了刃体材料硬度、耐磨性，以及基体材料韧性，且两者结合性好；实现刃体截面形状近净成型，减少后序精密加工量；熔覆轨迹可实现数字控制，容易实现预设计任意复杂刀刃曲线。模辊辊体采用中空结构使得基体热扩散性能更好，有利于获得更佳的刃口力学性能，且减轻模辊重量，获得更佳的模辊转动惯量。
【IPC分类】B26F1-42, C23C24-10
【公开号】CN104760088
【申请号】CN201510151697
【发明人】江吉彬, 曾寿金, 陈阳升, 陈丙三, 叶建华
【申请人】福建工程学院
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月2日