一种激光熔覆直接成型的旋转模切模辊的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及模切加工技术领域，尤其涉及一种旋转模切设备的模辊。
【【背景技术】】
[0002]模切工艺作为传统、经典制造技术，目前已广泛用于印刷、包装、手机数码附件产品、卫生医药用品、电子标签等十几个行业。由于传统的平压模切设备安全性差、自动化程序低、能量消耗高等系列问题，正在被市场淘汰，因此旋转模切装备市场急剧扩大。
[0003]旋转模切设备核心部件为模切刀架，由模辊、圆辊和模架组成。其中模辊辊体上按被加工产品形状制造有刀刃。模辊、圆辊在模架作用下保持一定压力接触。生产中两辊体相对旋转、材料连续送进，在刀刃的压切作用下，便可加工需要形状相同的产品。目标产品的质量和精度主要决定于模辊刀刃制造精度。
[0004]现有成型工艺有两类:铣削成型和镶装成型。其中，“模辊铣削成型工艺”在整体粉末冶金高速钢或硬质合金的刀具材料上，通过铣削、磨削工艺流程实现刀刃成型。铣削成型工艺对于直径相对较大刀具制造时，会存在两大问题:1、整体热处理时，因辊体模型结构复杂，模型壁厚与基体厚度相差悬殊，粉末冶金高速钢或硬质合金材质大直径辊体热处理淬火时容易出现严重变形、内部组织晶粒粗大、裂纹等问题；2、整体铣削加工成型，切削量大、加工效率低、材料浪费严重。加之，直径超过Φ 150的粉末冶金高速钢、硬质合金棒料价格昂贵，制造成本高。“模辊镶装成型工艺”是根据模辊结构设计，沿着刀刃导向曲线(以下简称刀刃曲线)，在辊体圆周面上，将刀刃及其周边辊体基体分成若干块，用刀具材料将其制作成镶块，同时用普通合金钢制成含有镶块安装位置的辊体基体，通过螺钉固定将镶块和基体联结，镶块装配无间隙地连接成刀刃整体，形成连续的成型刀刃。镶装成型工艺存在主要问题是。1、无间隙地镶块装配技术实现难，且长期高速工作状态下，精度保证保持性困；2、尺寸适应范围较窄，因为只有大尺寸模辊才有可能将刃口曲线分成若干镶块，而采用镶装成型。对于Φ150以下的模辊，还是只能用整体铣削类型。
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【发明内容】
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[0005]本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种用激光熔覆工艺成型刀刃的旋转模切设备的模辊，使得旋转模切设备模辊的加工具有更高的效率、更低的成本、制造和装配精度以及精度保持性，且加工出的模辊具有更佳的刃口力学性能和更佳的转动惯量。
[0006]本实用新型要解决的技术问题是通过采用如下技术方案实现的:
[0007]一种激光熔覆直接成型的旋转模切模辊，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。
[0008]进一步地:所述熔覆层可为合金工具钢层或硬质合金钢层，所述基体可为圆柱形钢材，基体材料可为普通碳素合金钢，所述过渡层为熔覆层和基体的冶金结合层。
[0009]进一步地:所述模棍的直径为Φ200mm?Φ500mm ;所述模棍还包括用于传动和定位的转轴，所述转轴位于辊体的两端；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。
[0010]进一步地:所述辊体为中空圆柱体，所述转轴可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。
[0011]进一步地:所述辊体为中空圆柱体，所述转轴可分为左半轴和右半轴，左半轴和右半轴与辊体内壁两端连接。
[0012]进一步地: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。
[0013]进一步地: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。
[0014]本实用新型的技术方案具有如下优点:
[0015]激光熔覆工艺通过金属合金或其它类型材料的在基体上沉积，实现基体、熔覆层之间的材料间的冶金结合，获得无孔、晶粒细小的显微组织，以及良好机械性能熔覆层。同激光烧结成型，以及涂覆工艺如等离子喷涂和高速火焰喷涂相比，熔覆层的结合性能和摩擦性能更优；同其他冶金结合工艺，如电弧堆焊等相比，激光熔覆热影响区较小、基体变形较少。基于上述优点，激光熔覆更容易满足金属零件力学性能要求。
[0016]且激光熔覆工艺是一种近净成型技术，成型后仅需要少量加工或不再加工，即可作为机械构件，因此可以大大提高模辊的加工效率。且激光熔覆成本越来越低，也可以达到控制成本的效果。
[0017]从旋转模切工艺角度，对模辊机械性能要求是辊体刚度、韧性高，抗变形和断裂能力强；同时，刀刃强度、硬度高，耐磨而不崩刃。通过激光熔覆工艺成型的刀刃，辊体由外到内依次形成熔覆层、过渡层和基体，其中熔覆层即为刀刃。刀刃材料为合金工具钢或硬质合金钢材料，组织结构具有快熔快冷的熔覆金属金相特征；基体材料为普通碳素合金钢，组织结构为普通冶金金属金相特征；过渡层位于刃体和基体之间，材料为刃体和基体的两种材料的冶金结合，即在过渡层内，既可以检测刃体材料的组成元素成份，也可以检测到基体材料的组织元素成份。且材料成份从刃体到基体方向上呈一定的梯度变化，即越接近刃体部分的过渡区，刃体材料的组成元素成分越高，而越接近基体部分的过渡区，基体材料的组织元素成份越高。组织结构具有激光熔覆层过渡区金属金相特征。这一种结构，使得辊体的刀刃具有合金工具钢或硬质合金钢的高强度、高硬度和耐磨的特点，而基体则具有普通碳素结构钢的高刚度、高韧性的特点；过渡区梯度结构使得辊体整体上呈现外部高强度、高硬度，内部高刚度、高韧性的力学特性，使其完全可满足模切设备模辊的要求，有利于得到高精度以及高精度保持性的模辊。且激光熔覆工艺可实现不同力学性能材料间的冶金结合。若选择合适的熔覆刀具材料和基体，通过成熟的熔覆工艺控制，便可以直接制造成型模辊刀刃，并达到在保持芯部韧性的情况下同时具有外部的高强度、高硬度。
[0018]本实用新型的辊体采用中空结构，区别于现有技术的实心模切刀辊。一方面，激光熔覆成型刀刃过程中，多余的热量更容易扩散，刃口的力学性能将更好，成型的刀刃精度也更高，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。
[0019]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