用于轧制高度棒、线材设备的活套辊及其制造方法与流程

本发明属于冶金行业轧钢设备技术领域，具体涉及用于轧制高度棒、线材设备的活套辊及其制造方法。

背景技术：

棒、线材轧制设备中有两大类活套，水平活套与立式活套。其中，活套辊子是通用件，其结构示意图见图1，为了达到轧钢产量，许多厂家多采用硬质合金材质，价格成本高，生产加工周期长、工艺复杂，消耗量大，通常改进做法多采用gcr15轴承钢材质代替硬质合金材质，降低材料成本，但由于材料本身太硬，虽然进行多到退火工序，但加工难度大(要用合金钻头钻孔、攻丝)、成本无法降低，成型后性能差(长期在水冷却下容易炸裂)、通用性不强，总之无论用哪种方式都无法达到循环使用；辊子既要保证高速运转时的配合稳定、耐磨又要价格低，还能同时承载循环使用的目的是行业长期期盼攻克的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于轧制高度棒、线材设备的活套辊及其制造方法，合理解决现有技术中活套辊价格成本高、加工性能差问题，同时还能达到循环使用的功能。

本发明的实现过程如下：

一种用于轧制高度棒、线材设备的活套辊，包括活套辊本体，所述的活套辊本体有圆弧槽，所述的圆弧槽外圆有激光熔敷层。

上述用于轧制高度棒、线材设备的活套辊的制造方法，包括如下步骤：

1)根据图纸要求，采用车床配专用刀具加工所述活套辊本体的圆弧槽；

2)将步骤1)所得到的具有圆弧槽的活套辊本体在机器人激光再制造加工中心进行激光熔覆；

3)将步骤2)得到的所述的圆弧槽外圆的熔敷表面在机器人激光再制造加工中心进行激光淬火处理得到圆弧槽外圆有激光熔敷层的活套辊。

进一步，所述的机器人激光再制造加工中心由机器人、激光器、送粉机、底座旋转工装组成。

进一步，所述的激光熔敷层采用与所述活套辊本体同材质粉末，所述的粉末为40-300目。

上述的制造方法，具体包括如下步骤：

1)根据图纸要求，采用所述车床配专用刀具加工所述活套辊本体的圆弧槽；

2)将步骤1)所得到的具有圆弧槽的活套辊本体安装在所述底座旋转工装上，开启所述激光器和底座旋转工装，所述底座旋转工装带动所述活套辊本体旋转，所述送粉机将粉末喷覆至所述活套辊本体圆弧槽内，使所述粉末熔敷在所述活套辊本体的圆弧槽表面；

3)将步骤2)得到的待淬火的所述活套辊本体安装在底座旋转工装上，开启所述激光器和所述底座旋转工装，所述底座旋转工装带动所述待淬火的活套辊本体旋转，所述机器人带动激光头沿所述待淬火的活套辊本体轴向运动，对所述待淬火的活套辊本体圆弧槽进行淬火处理，得到圆弧槽外圆有激光熔敷层的活套辊。

上述的制造方法，更加详尽的步骤：

1)根据图纸要求，采用所述车床配专用刀具加工所述活套辊本体的圆弧槽；

2)将步骤1)所得到的具有圆弧槽的活套辊本体安装在所述底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率，使激光光斑区温度达到熔覆温度，所述底座旋转工装带动所述活套辊本体旋转，所述送粉机将粉末喷覆至所述活套辊本体圆弧槽内激光光斑区域，使所述粉末与所述活套辊本体融合，所述机器人带动激光头与送粉头沿所述活套辊本体的轴向做直线运动，使熔覆光斑轨迹为包覆待熔覆圆弧槽的螺旋线，保证对所述活套辊本体整个圆弧槽进行熔覆；

3)将步骤2)得到的待淬火的所述活套辊本体安装在底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率，使激光光斑区温度达到淬火温度，所述底座旋转工装带动所述待淬火的活套辊本体旋转，所述机器人带动激光头沿所述待淬火的活套辊本体轴向做直线运动，使淬火光斑轨迹为包覆所述待淬火的活套辊本体圆弧槽的螺旋线，保证对所述活套辊整个圆弧槽进行淬火处理，得到圆弧槽外圆有激光熔敷层的活套辊。

进一步，步骤2)所述的熔覆温度为1750-1850℃；步骤2)和步骤3)所述光斑直径4mm；步骤2)所述熔覆区旋转圆周线速度为1-5mm/s，步骤3)所述淬火区旋转圆周线速度为3-8mm/s，所述的淬火温度为830-850℃。

进一步，所述的激光熔敷层的厚度为5mm，表面硬度达到hrc58-62。

进一步，所述的活套辊本体采用40cr钢制成，所述的40cr钢的硬度为hr32～36。

进一步，所述的圆弧槽外圆有激光熔敷层的活套辊在使用磨损后可以进行重复性修填。

本发明的积极效果：

1、本发明在原有活套辊生产加工中，结合生产现场所有系列辊子的使用性，对活套辊进行材料上的变更，选用通用强的、市场价格中等的、焊接性能高的40gr替代gcr15轴承钢或硬质合金材料，构造上增加5mm激光熔敷层，工艺上增加激光熔敷层的淬火工序技术，上述的改进及结构上的扩展、全新生产制造方法与新的热处理方式，使得辊子的表面硬度达到耐磨、可靠。

2、本发明活套辊的激光熔敷层的设定为后续的循环使用埋下伏笔，不仅利于辊子在各种环境与工况下使用，还为循环使用设定了下限，每当磨损量达到-5mm时就应当及时进行修复(使用--磨损--熔敷--淬火--再使用--磨损--熔敷--淬火--再使用)；材质的替换降低了成本。激光淬火工艺不仅提升了表面硬度，还有效的解决了零件热处理变形、开裂的问题，使淬火后的硬度达到普通淬火无法到达的hrc58以上。这种利用激光再制造方式打破硬质合金辊子垄断的局面。

3、本发明的制造方法可以应用在各类辊子制造上，绿色再造技术的应用既为用户节约了成本，又使产品焕发了新的生命力，使生产线上的各类辊子(起套辊、支撑辊、传动辊、压下辊等)循环使用，延长了使用寿命，降低了这类零件在制造时对高硬度材料的依赖度并达到低成本、通用性强重复使用等优势。

4、本发明不需要任何冷却介质(水或油)辅助，是一种高效、无污染绿色环保的热处理方法，本发明活套辊不仅是增材再制造激光技术的应用也是钢铁企业转型发展，相应国家节能减排的号召和建设节约型、绿色钢企的实践与应用。

附图说明

图1是现有技术中活套辊的结构示意图；

图2是本发明用于轧制高度棒、线材设备的活套辊的结构示意图；

图中1圆弧槽，2激光熔敷层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

为了解决现有技术中活套辊价格成本高、加工性能差问题，同时还能达到循环使用的功能，本发明提供了一种用于轧制高度棒、线材设备的活套辊及其制造方法。

本发明用于轧制高度棒、线材设备的活套辊，见图2，包括活套辊本体，所述的活套辊本体有圆弧槽1，所述的圆弧槽1外圆有激光熔敷层2，所述的激光熔敷层2的厚度为5mm，表面硬度达到hrc58-62，所述的激光熔敷层2采用与所述活套辊本体同材质粉末，所述的粉末为40-300目，所述的活套辊本体采用40cr钢制成，所述的40cr钢的硬度为hr32～36，所述圆弧槽1外圆有激光熔敷层2的活套辊在使用磨损后可以进行重复性修填。本发明在原有活套辊生产加工中，结合生产现场所有系列辊子的使用性，对活套辊进行材料上的变更，选用通用强的、市场价格中等的、焊接性能高的40gr替代gcr15轴承钢或硬质合金材料，构造上增加5mm激光熔敷层，工艺上增加激光熔敷层的淬火工序技术，上述的改进及结构上的扩展、全新生产制造方法与新的热处理方式，使得辊子的表面硬度达到耐磨、可靠；同时本发明活套辊的激光熔敷层在日后生产中，可以进行重复性修填，重复使用，即使用-磨损-熔敷-淬火-再使用。

上述用于轧制高度棒、线材设备的活套辊的制造方法，包括如下步骤：

1)根据图纸要求，采用所述车床配专用刀具加工所述活套辊本体的圆弧槽1；

2)将步骤1)所得到的具有圆弧槽1的活套辊本体安装在所述底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率为2.3～2.7kw，使激光光斑区温度达到熔覆温度，所述光斑直径为4mm，所述的熔覆温度为1750-1850℃，所述底座旋转工装带动所述活套辊本体旋转，所述旋转圆周线速度为1-5mm/s，所述送粉机将粉末喷覆至所述活套辊本体圆弧槽1内激光光斑区域，使所述粉末与所述活套辊本体融合，所述机器人带动激光头与送粉头沿所述活套辊本体的轴向做直线运动，使熔覆光斑轨迹为包覆待熔覆圆弧槽1的螺旋线，保证对所述活套辊本体整个圆弧槽1进行熔覆；

3)将步骤2)得到的待淬火的所述活套辊本体安装在底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率为1.3～1.5kw，使激光光斑区温度达到淬火温度，所述光斑直径为4mm，所述的淬火温度为830-850℃，所述底座旋转工装带动所述待淬火的活套辊本体旋转，所述旋转圆周线速度为3-8mm/s，所述机器人带动激光头沿所述待淬火的活套辊本体轴向做直线运动，使淬火光斑轨迹为包覆所述待淬火的活套辊本体圆弧槽1的螺旋线，保证对所述活套辊整个圆弧槽1进行淬火处理，得到圆弧槽1外圆有激光熔敷层2的活套辊。

实施例1

本发明用于轧制高度棒、线材设备的活套辊的制造方法，包括如下步骤：

1)根据图纸要求，采用所述车床配专用刀具加工所述活套辊本体的圆弧槽1；

2)将步骤1)所得到的具有圆弧槽1的活套辊本体安装在所述底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率为2.3kw，使激光光斑区温度达到熔覆温度1750℃，所述光斑直径4mm，所述底座旋转工装带动所述活套辊本体旋转，所述旋转圆周线速度为1mm/s，所述送粉机将粉末喷覆至所述活套辊本体圆弧槽1内激光光斑区域，使所述粉末与所述活套辊本体融合，所述的激光熔敷层2采用与所述活套辊本体同材质粉末，所述的粉末为40目，所述机器人带动激光头与送粉头沿所述活套辊本体的轴向做直线运动，使熔覆光斑轨迹为包覆待熔覆圆弧槽(1)的螺旋线，保证对所述活套辊本体整个圆弧槽1进行熔覆；

3)将步骤2)得到的待淬火的所述活套辊本体安装在底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率1.3kw，使激光光斑区温度达到淬火温度830℃，所述光斑直径4mm，所述底座旋转工装带动所述待淬火的活套辊本体旋转，所述旋转圆周线速度为3mm/s，所述机器人带动激光头沿所述待淬火的活套辊本体轴向做直线运动，使淬火光斑轨迹为包覆所述待淬火的活套辊本体圆弧槽1的螺旋线，保证对所述活套辊整个圆弧槽1进行淬火处理，得到圆弧槽1外圆有激光熔敷层2的活套辊，所述的激光熔敷层2的厚度为5mm，表面硬度达到hrc58。

实施例2

本发明用于轧制高度棒、线材设备的活套辊的制造方法，包括如下步骤：

1)根据图纸要求，采用所述车床配专用刀具加工所述活套辊本体的圆弧槽1；

2)将步骤1)所得到的具有圆弧槽1的活套辊本体安装在所述底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率为2.5kw，使激光光斑区温度达到熔覆温度1800℃，所述光斑直径4mm，所述底座旋转工装带动所述活套辊本体旋转，所述旋转圆周线速度为2mm/s，所述送粉机将粉末喷覆至所述活套辊本体圆弧槽1内激光光斑区域，使所述粉末与所述活套辊本体融合，所述的激光熔敷层2采用与所述活套辊本体同材质粉末，所述的粉末为100目，所述机器人带动激光头与送粉头沿所述活套辊本体的轴向做直线运动，使熔覆光斑轨迹为包覆待熔覆圆弧槽1的螺旋线，保证对所述活套辊本体整个圆弧槽1进行熔覆；

3)将步骤2)得到的待淬火的所述活套辊本体安装在底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率1.4kw，使激光光斑区温度达到淬火温度840℃，所述光斑直径4mm，所述底座旋转工装带动所述待淬火的活套辊本体旋转，所述旋转圆周线速度为4mm/s，所述机器人带动激光头沿所述待淬火的活套辊本体轴向做直线运动，使淬火光斑轨迹为包覆所述待淬火的活套辊本体圆弧槽1的螺旋线，保证对所述活套辊整个圆弧槽1进行淬火处理，得到圆弧槽1外圆有激光熔敷层2的活套辊，所述的激光熔敷层2的厚度为5mm，表面硬度达到hrc60。

实施例3

本发明用于轧制高度棒、线材设备的活套辊的制造方法，包括如下步骤：

1)根据图纸要求，采用所述车床配专用刀具加工所述活套辊本体的圆弧槽1；

2)将步骤1)所得到的具有圆弧槽1的活套辊本体安装在所述底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率为2.7kw，使激光光斑区温度达到熔覆温度1850℃，所述光斑直径4mm，所述底座旋转工装带动所述活套辊本体旋转，所述旋转圆周线速度为5mm/s，所述送粉机将粉末喷覆至所述活套辊本体圆弧槽1内激光光斑区域，使所述粉末与所述活套辊本体融合，所述的激光熔敷层2采用与所述活套辊本体同材质粉末，所述的粉末为200目，所述机器人带动激光头与送粉头沿所述活套辊本体的轴向做直线运动，使熔覆光斑轨迹为包覆待熔覆圆弧槽1的螺旋线，保证对所述活套辊本体整个圆弧槽1进行熔覆；

3)将步骤2)得到的待淬火的所述活套辊本体安装在底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率1.5kw，使激光光斑区温度达到淬火温度850℃，所述光斑直径4mm，所述底座旋转工装带动所述待淬火的活套辊本体旋转，所述旋转圆周线速度为8mm/s，所述机器人带动激光头沿所述待淬火的活套辊本体轴向做直线运动，使淬火光斑轨迹为包覆所述待淬火的活套辊本体圆弧槽1的螺旋线，保证对所述活套辊整个圆弧槽1进行淬火处理，得到圆弧槽1外圆有激光熔敷层2的活套辊，所述的激光熔敷层2的厚度为5mm，表面硬度达到hrc59。

实施例4

本发明用于轧制高度棒、线材设备的活套辊的制造方法，包括如下步骤：

1)根据图纸要求，采用所述车床配专用刀具加工所述活套辊本体的圆弧槽1；

2)将步骤1)所得到的具有圆弧槽1的活套辊本体安装在所述底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率为2.6kw，使激光光斑区温度达到熔覆温度1825℃，所述光斑直径4mm，所述底座旋转工装带动所述活套辊本体旋转，所述旋转圆周线速度为3mm/s，所述送粉机将粉末喷覆至所述活套辊本体圆弧槽1内激光光斑区域，使所述粉末与所述活套辊本体融合，所述的激光熔敷层2采用与所述活套辊本体同材质粉末，所述的粉末为300目，所述机器人带动激光头与送粉头沿所述活套辊本体的轴向做直线运动，使熔覆光斑轨迹为包覆待熔覆圆弧槽1的螺旋线，保证对所述活套辊本体整个圆弧槽1进行熔覆；

3)将步骤2)得到的待淬火的所述活套辊本体安装在底座旋转工装上，调整所述激光器输出功率1.5kw，使激光光斑区温度达到淬火温度850℃，所述光斑直径4mm，所述底座旋转工装带动所述待淬火的活套辊本体旋转，所述旋转圆周线速度为5mm/s，所述机器人带动激光头沿所述待淬火的活套辊本体轴向做直线运动，使淬火光斑轨迹为包覆所述待淬火的活套辊本体圆弧槽1的螺旋线，保证对所述活套辊整个圆弧槽1进行淬火处理，得到圆弧槽1外圆有激光熔敷层2的活套辊，所述的激光熔敷层2的厚度为5mm，表面硬度达到hrc62。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作出的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，都应该视为属于本发明的保护范围。