一种冷轧辊的制造工艺的制作方法

本发明涉及轧辊制造技术领域，具体涉及一种冷轧辊的制造工艺。

背景技术：

冷轧辊是冷轧平整机及冷轧光整机中的核心零件，其主要用于带钢和薄板等金属板的轧制。轧制时，冷轧辊表面粗糙度大小直接影响着金属板的冲压成形性，而金属板表面的粗糙度完全是由毛化后冷轧辊的表面粗糙度和峰值数复制传递形成的。汽车工业、家电领域以及冷轧薄板的深加工领域(例如镀锌钢板)的用户，都要求冷轧薄板的表面具有特殊的毛化结构。为此，需要对冷轧辊的表面进行毛化处理，以使得所轧制的金属板表面形成一个完全毛化或亚光的表面，从而增强产品的美观。

现有技术中，冷轧辊表面毛化处理的方法有sbt毛化(喷丸毛化)、edt(electricaldischargetexturing)电火花毛化、lt毛化(激光毛化)和ebt毛化(电子束毛化)。其中，采用喷丸毛化的冷轧辊表面的毛化形貌具有随机性和不均匀性，现使用较少；采用激光毛化的冷轧辊可精确控制轧辊表面的毛化坑形貌及分布，但由于毛化坑排列过于整齐和规则，使得轧制出金属板在喷漆后还能隐约看到由毛化坑形成的螺旋纹路，影响了喷漆后板材的美观性，使得其推广应用受到一定的局限；电子束毛化需要在真空条件下实现，且其设备成本昂贵，其应用也受到限制。

而edt毛化技术是利用瞬间的高能量脉冲电能，在电极与轧辊间形成高温、高压区域，电极瞬时通电时与轧辊之间产生一个电火花，每个电火花在轧辊表面形成一个麻坑，轧辊表面逐渐被毛化，加工出的轧辊表面均匀，粗糙度ra值范围宽(0.5μm-15μm),峰值数pc也可以很高，这两个关键参数ra和pc均有可控性，重复性也很好。所以edt毛化技术已成为目前最具产业化价值的轧辊毛化技术，能够很好地满足汽车和家电的制造商对毛化的多种要求。

但是，edt毛化技术目前还存在以下问题：采用edt毛化技术处理后的轧辊，在辊面会形成内凹的毛化形貌，这种辊面形貌由很多易于折断和磨损的尖峰组成，直接上机使用，会影响轧辊表面粗糙度保持性能和耐磨性能，其使用寿命较短。即使将轧辊毛化后的表面再增加一层硬铬镀层，轧制生产中仍存在轧辊表面粗糙度衰减较快、形貌保持不佳、辊印、色差等问题，为了确保钢板的表面质量，不得不频繁换辊。因此，有必要对现有的edt毛化技术进行进一步的改进，以克服现有技术中edt毛化冷轧辊的使用寿命较短的弊端。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种冷轧辊的制造工艺，旨在提高edt毛化冷轧辊的使用寿命，提高轧制件的质量，并降低换辊频率。具体的技术方案如下：

一种冷轧辊的制造工艺，依次包括铸锭、锻造、锻后热处理、粗车加工、调质处理、精车加工、表面淬火、冷处理、低温回火、精磨加工、表面毛化、电化学钝化工序；其中，所述表面淬火工序中，采用双频淬火机床对所述冷轧辊的工作面进行双频淬火处理；所述表面毛化工序中，采用edt电火花毛化机床对冷轧辊的工作面进行毛化处理；所述电化学钝化工序中，采用脉冲电化学去毛刺设备，对冷轧辊的工作面上的微观尖峰部位进行去毛刺钝化处理。

其中，所述锻后热处理包括正火和球化退火，所述调质处理包括淬火和高温回火；所述冷处理包括采用干冰和酒精对所述冷轧辊进行冷处理。

上述技术方案中，通过在表面毛化工序之后设置电化学钝化工序，可以使得冷轧辊的毛化工作面上易于折断和磨损的微观尖峰部位由于电化学去毛刺效应而得到良好的钝化，从而实现了edt毛化冷轧辊表面的钝化效果，相比传统的edt毛化冷轧辊，采用本发明制造的edt毛化兼电化学钝化冷轧辊，能够较大幅度地延长edt毛化冷轧辊的使用寿命。

作为进一步的改进，本发明的一种冷轧辊的制造工艺还包括设置在所述电化学钝化工序之后的电镀硬铬工序，所述电镀硬铬工序包括采用电镀设备对冷轧辊的工作面进行电镀硬铬处理。

相比传统制造工艺中将冷轧辊毛化后直接镀铬的工艺，本发明由于在冷轧辊毛化后又进行了电化学钝化，其与镀硬铬工艺相结构，能够最大限度的提高冷轧辊的使用寿命。

作为本发明的优选方案，在所述电化学钝化工序与所述电镀硬铬工序之间设置有超声波清洗工序。

作为本发明的更进一步改进，所述电镀设备中设置有电镀电极、辅助电极和极性切换控制器，所述电镀设备中的电镀用电源系统通过极性切换控制器分别连接冷轧辊、电镀电极和辅助阴极，电镀作业时先通过极性切换控制器将冷轧辊切换为阳极、将辅助电极切换为阴极以实现冷轧辊工作面的去氧化膜处理，达到设定的去氧化膜处理时间后再通过极性切换控制器将冷轧辊切换为阴极、将电镀电极切换为阳极以实现冷轧辊工作面的镀硬铬处理。

上述通过在电镀设备中设置辅助电极和极性切换控制器，实现了对电化学钝化工序中出现的冷轧辊工作表面氧化膜的去除，从而增加了硬铬层与冷轧辊本体的结合力。另外，本发明由于无需设置专门的氧化膜去除设备，其实施成本较低且效率较高。

更进一步的改进方案是：所述冷轧辊在所述电镀设备的电镀槽中可转动设置；所述电镀槽上设置有去氧化膜用超声波装置，所述超声波装置连接所述极性切换控制器，且在去氧化膜处理时所述超声波装置通过极性切换控制器与所述电镀用电源系统接通并实现对电解液的超声振动，且镀硬铬处理时通过所述极性切换控制器关闭所述超声波装置。

上述电镀设备中冷轧辊的可转动设置，其与超声波装置相结合能够加速冷轧辊工作表面氧化膜的去除；另一方面冷轧辊的可转动设置还可以提高镀硬铬的均匀性。由此进一步提高了冷轧辊的质量。

本发明中冷轧辊的可转动设置通过以下结构来实现：所述电镀槽上设置有轧辊悬挂梁，轧辊悬挂梁上设置有轴承座部件，轴承座部件的上端固定有减速电机，轴承座部件上设置有可转动的夹头轴，所述夹头轴的下端夹住冷轧辊，所述夹头轴的上端连接减速电机的电机轴。

作为去氧化膜处理的优选方案，所述去氧化膜处理的时间为10～30秒。

本发明中所述脉冲电化学去毛刺设备的优选的结构为：所述脉冲电化学去毛刺设备包括用于水平装夹所述冷轧辊并带动所述冷轧辊绕轴线转动的旋转驱动设备、用于对所述冷轧辊的毛化工作面外圆表面进行钝化处理的脉冲电化学去毛刺装置，所述脉冲电化学去毛刺装置包括脉冲电源、分别连接所述脉冲电源的工具电极和电刷滑环组件，所述电刷滑环组件与所述冷轧辊的外圆表面相接触，所述工具电极的头部靠近所述冷轧辊的毛化工作面外圆表面，并在所述工具电极的头部与所述冷轧辊的毛化工作面外圆表面之间形成用于电解液通过的缝隙，在所述缝隙的上方设置有其喷口对准所述缝隙的电解液喷嘴，所述电解液喷嘴通过泵和管路连接至电解液箱，在所述冷轧辊的毛化工作面外圆的下方设置有用于收集电解液的集液槽，所述集液槽连接所述电解液箱。

上述脉冲电化学去毛刺设备的结构中，通过将冷轧辊装夹在旋转驱动设备上实现冷轧辊绕轴线的转动，并采用脉冲电化学去毛刺技术，在靠近冷轧辊的毛化外圆表面的位置设置工具电极，并在工具电极与冷轧辊之间加载脉冲电压(冷轧辊作为工件阳极)，利用电解液喷嘴在工具电极与冷轧辊的毛化外圆表面之间的缝隙中加入动态流动的电解液，使得工件阳极表面上易于折断和磨损的微观尖峰部位由于电化学去毛刺效应而得到良好的钝化，从而实现了edt毛化冷轧辊表面的钝化效果，较大幅度地延长了edt毛化冷轧辊的使用寿命。

优选的，在位于所述缝隙上方且位于所述电解液喷嘴下方的位置设置有超声波振动杆，所述超声波振动杆连接超声波发生器。

上述脉冲电化学去毛刺设备的结构中，由于在位于所述缝隙上方且位于所述电解液喷嘴下方的位置设置有超声波振动杆，钝化时与工件阳极接触的电解液受到超声波振动杆的激励作用，从而加速并提高了电化学去毛刺的钝化效果。

优选的，本发明中的脉冲电化学去毛刺设备其所述冷轧辊的装夹方式采用顶针顶牢冷轧辊两端中心孔的装夹方式，且在所述顶针上用于与所述中心孔接触的顶针面上依次连接有作为内层的绝缘层、作为外层的耐磨层；其中，所述绝缘层为尼龙材料层，所述耐磨层为高速钢材料层，且所述绝缘层及耐磨层依次通过镶套方式而形成。

上述通过对顶针结构的改进，在保证顶针耐磨性和装夹快捷方便的同时，大大简化了旋转驱动设备与edt毛化冷轧辊之间的绝缘连接结构。

优选的，所述旋转驱动设备为车床，所述工具电极及电解液喷嘴固定在车床的刀架上，所述超声波振动杆通过支架固定在车床刀架上。

上述利用车床作为脉冲电化学去毛刺设备中的旋转驱动设备，其一方面可以充分利用工厂现有的冷轧辊机加工设备，从而降低设备投资费用，另一方面工具电极、电解液喷嘴和超声波振动杆可以利用车床的刀架进行位置调整和走刀，从而简化工具电极的结构，且提高了设备对于不同规格冷轧辊的适应性。

本发明中，所述旋转驱动设备还可以采用磨床或专机。

本发明中的脉冲电化学去毛刺设备中，所述工具电极的头部设置有与所述冷轧辊的毛化外圆相适配的圆弧面，且所述圆弧面与所述冷轧辊的毛化外圆之间设置有所述的缝隙。

通过将工具电极的头部设置为与冷轧辊的毛化外圆相适配的圆弧面，可以进一步提高钝化的效率和质量。

为了确保电解液循环使用的质量，其用于收集电解液的所述集液槽上设置有电解液的过滤膜。

本发明的电镀设备中还设置辅助电极升降器，去氧化膜处理时将辅助电极移入电镀液中，电镀时可将辅助电极移出电解液，从而可以减少电镀硬铬时辅助电极对电解液的影响。

本发明中，所述冷轧辊优选为mc3或mc5材质的冷轧辊。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种冷轧辊的制造工艺，通过在表面毛化工序之后设置电化学钝化工序，可以使得冷轧辊的毛化工作面上易于折断和磨损的微观尖峰部位由于电化学去毛刺效应而得到良好的钝化，从而实现了edt毛化冷轧辊表面的钝化效果，相比传统的edt毛化冷轧辊，采用本发明制造的edt毛化兼电化学钝化冷轧辊，能够较大幅度地延长edt毛化冷轧辊的使用寿命。

第二，本发明的一种冷轧辊的制造工艺，相比传统制造工艺中将冷轧辊毛化后直接镀铬的工艺，本发明由于在冷轧辊毛化后又进行了电化学钝化，其与镀硬铬工艺相结构，能够最大限度的提高冷轧辊的使用寿命。

第三，本发明的一种冷轧辊的制造工艺，通过在电镀设备中设置辅助电极和极性切换控制器，实现了对电化学钝化工序中出现的冷轧辊工作表面氧化膜的去除，从而增加了硬铬层与冷轧辊本体的结合力。另外，本发明由于无需设置专门的氧化膜去除设备，其实施成本较低且效率较高。

第四，本发明的一种冷轧辊的制造工艺，所述采用的电镀设备中冷轧辊的可转动设置，其与超声波装置相结合能够加速冷轧辊工作表面氧化膜的去除；另一方面冷轧辊的可转动设置还可以提高镀硬铬的均匀性。由此进一步提高了冷轧辊的质量。

第五，本发明的一种冷轧辊的制造工艺，所采用的脉冲电化学去毛刺设备的结构中，通过将冷轧辊装夹在旋转驱动设备上实现冷轧辊绕轴线的转动，并采用脉冲电化学去毛刺技术，在靠近冷轧辊的毛化外圆表面的位置设置工具电极，并在工具电极与冷轧辊之间加载脉冲电压(冷轧辊作为工件阳极)，利用电解液喷嘴在工具电极与冷轧辊的毛化外圆表面之间的缝隙中加入动态流动的电解液，使得工件阳极表面上易于折断和磨损的微观尖峰部位由于电化学去毛刺效应而得到良好的钝化，从而实现了edt毛化冷轧辊表面的钝化效果，较大幅度地延长了edt毛化冷轧辊的使用寿命。

第六，本发明的一种冷轧辊的制造工艺，所采用的脉冲电化学去毛刺设备的结构中，由于在位于所述缝隙上方且位于所述电解液喷嘴下方的位置设置有超声波振动杆，钝化时与工件阳极接触的电解液受到超声波振动杆的激励作用，从而加速并提高了电化学去毛刺的钝化效果。

第七，本发明的一种冷轧辊的制造工艺，所采用的脉冲电化学去毛刺设备的结构中，通过对顶针结构的改进，在保证顶针耐磨性和装夹快捷方便的同时，大大简化了旋转驱动设备与edt毛化冷轧辊之间的绝缘连接结构。

第八，本发明的一种冷轧辊的制造工艺，利用车床作为脉冲电化学去毛刺设备中的旋转驱动设备，其一方面可以充分利用工厂现有的冷轧辊机加工设备，从而降低设备投资费用，另一方面工具电极、电解液喷嘴和超声波振动杆可以利用车床的刀架进行位置调整和走刀，从而简化工具电极的结构，且提高了设备对于不同规格冷轧辊的适应性。

第九，本发明的一种冷轧辊的制造工艺，通过将工具电极的头部设置为与冷轧辊的毛化外圆相适配的圆弧面，可以进一步提高钝化的效率和质量。

第十，本发明的一种冷轧辊的制造工艺，所采用的电镀设备中还设置辅助电极升降器，去氧化膜处理时将辅助电极移入电镀液中，电镀时可将辅助电极移出电解液，从而可以减少电镀硬铬时辅助电极对电解液的影响。

附图说明

图1是本发明的一种冷轧辊的制造工艺中的脉冲电化学去毛刺设备的结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是冷轧辊在脉冲电化学去毛刺设备上的装夹示意图；

图4是电镀设备的结构示意图。

图中：1、冷轧辊，2、旋转驱动设备，3、脉冲电源，4、工具电极，5、电刷滑环组件，6、缝隙，7、电解液喷嘴，8、泵，9、管路，10、电解液箱，11、集液槽，12、超声波振动杆，13、超声波发生器，14、顶针，15、绝缘层，16、耐磨层，17、刀架，18、支架，19、圆弧面，20、过滤膜，21、电镀电极，22、辅助电极，23、极性切换控制器，24、电镀用电源系统，25、电镀槽，26、轧辊悬挂梁，27、夹头轴，28、减速电机，29、去氧化膜用超声波装置，30、轴承座部件，31、碳刷滑环组件，32、辅助电极升降器，33、电镀液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至4所示为本发明的一种冷轧辊的制造工艺的实施例，依次包括铸锭、锻造、锻后热处理、粗车加工、调质处理、精车加工、表面淬火、冷处理、低温回火、精磨加工、表面毛化、电化学钝化工序；其中，所述表面淬火工序中，采用双频淬火机床对所述冷轧辊的工作面进行双频淬火处理；所述表面毛化工序中，采用edt电火花毛化机床对冷轧辊的工作面进行毛化处理；所述电化学钝化工序中，采用脉冲电化学去毛刺设备，对冷轧辊的工作面上的微观尖峰部位进行去毛刺钝化处理。

其中，所述锻后热处理包括正火和球化退火，所述调质处理包括淬火和高温回火；所述冷处理包括采用干冰和酒精对所述冷轧辊进行冷处理。

上述技术方案中，通过在表面毛化工序之后设置电化学钝化工序，可以使得冷轧辊的毛化工作面上易于折断和磨损的微观尖峰部位由于电化学去毛刺效应而得到良好的钝化，从而实现了edt毛化冷轧辊表面的钝化效果，相比传统的edt毛化冷轧辊，采用本实施例制造的edt毛化兼电化学钝化冷轧辊，能够较大幅度地延长edt毛化冷轧辊的使用寿命。

作为进一步的改进，本实施例的一种冷轧辊的制造工艺还包括设置在所述电化学钝化工序之后的电镀硬铬工序，所述电镀硬铬工序包括采用电镀设备对冷轧辊的工作面进行电镀硬铬处理。

相比传统制造工艺中将冷轧辊毛化后直接镀铬的工艺，本实施例由于在冷轧辊毛化后又进行了电化学钝化，其与镀硬铬工艺相结构，能够最大限度的提高冷轧辊的使用寿命。

作为本实施例的优选方案，在所述电化学钝化工序与所述电镀硬铬工序之间设置有超声波清洗工序。

作为本实施例的更进一步改进，所述电镀设备中设置有电镀电极21、辅助电极22和极性切换控制器23，所述电镀设备中的电镀用电源系统24通过极性切换控制器23分别连接冷轧辊1、电镀电极21和辅助阴极22，电镀作业时先通过极性切换控制器23将冷轧辊1切换为阳极、将辅助电极22切换为阴极以实现冷轧辊工作面的去氧化膜处理，达到设定的去氧化膜处理时间后再通过极性切换控制器23将冷轧辊1切换为阴极、将电镀电极21切换为阳极以实现冷轧辊1工作面的镀硬铬处理。

上述通过在电镀设备中设置辅助电极22和极性切换控制器23，实现了对电化学钝化工序中出现的冷轧辊1工作表面氧化膜的去除，从而增加了硬铬层与冷轧辊1本体的结合力。另外，本实施例由于无需设置专门的氧化膜去除设备，其实施成本较低且效率较高。

更进一步的改进方案是：所述冷轧辊1在所述电镀设备的电镀槽25中可转动设置；所述电镀槽25上设置有去氧化膜用超声波装置29，所述超声波装置29连接所述极性切换控制器23，且在去氧化膜处理时所述超声波装置29通过极性切换控制器23与所述电镀用电源系统24接通并实现对电解液的超声振动，且镀硬铬处理时通过所述极性切换控制器23关闭所述超声波装置29。

上述电镀设备中冷轧辊1的可转动设置，其与超声波装置29相结合能够加速冷轧辊1工作表面氧化膜的去除；另一方面冷轧辊1的可转动设置还可以提高镀硬铬的均匀性。由此进一步提高了冷轧辊的质量。

本实施例中冷轧辊1的可转动设置通过以下结构来实现：所述电镀槽25上设置有轧辊悬挂梁26，轧辊悬挂梁26上设置有轴承座部件30，轴承座部件30的上端固定有减速电机28，轴承座部件30上设置有可转动的夹头轴27，所述夹头轴27的下端夹住冷轧辊1，所述夹头轴27的上端连接减速电机28的电机轴。

作为去氧化膜处理的优选方案，所述去氧化膜处理的时间为10～30秒。

本实施例中所述脉冲电化学去毛刺设备的优选的结构为：所述脉冲电化学去毛刺设备包括用于水平装夹所述冷轧辊1并带动所述冷轧辊1绕轴线转动的旋转驱动设备2、用于对所述冷轧辊1的毛化工作面外圆表面进行钝化处理的脉冲电化学去毛刺装置，所述脉冲电化学去毛刺装置包括脉冲电源3、分别连接所述脉冲电源3的工具电极4和电刷滑环组件5，所述电刷滑环组件5与所述冷轧辊1的外圆表面相接触，所述工具电极4的头部靠近所述冷轧辊1的毛化工作面外圆表面，并在所述工具电极4的头部与所述冷轧辊1的毛化工作面外圆表面之间形成用于电解液通过的缝隙6，在所述缝隙6的上方设置有其喷口对准所述缝隙6的电解液喷嘴7，所述电解液喷嘴7通过泵8和管路9连接至电解液箱10，在所述冷轧辊1的毛化工作面外圆的下方设置有用于收集电解液的集液槽11，所述集液槽11连接所述电解液箱10。

上述脉冲电化学去毛刺设备的结构中，通过将冷轧辊1装夹在旋转驱动设备2上实现冷轧辊1绕轴线的转动，并采用脉冲电化学去毛刺技术，在靠近冷轧辊1的毛化外圆表面的位置设置工具电极4，并在工具电极4与冷轧辊1之间加载脉冲电压(冷轧辊1作为工件阳极)，利用电解液喷嘴7在工具电极4与冷轧辊1的毛化外圆表面之间的缝隙中加入动态流动的电解液，使得工件阳极表面上易于折断和磨损的微观尖峰部位由于电化学去毛刺效应而得到良好的钝化，从而实现了edt毛化冷轧辊表面的钝化效果，较大幅度地延长了edt毛化冷轧辊的使用寿命。而且，这种电化学去毛刺钝化方式，在冷轧辊1的表面硬度较高的情况下相比其它钝化方式具有明显优势。

优选的，在位于所述缝隙6上方且位于所述电解液喷嘴7下方的位置设置有超声波振动杆12，所述超声波振动杆12连接超声波发生器13。

上述脉冲电化学去毛刺设备的结构中，由于在位于所述缝隙6上方且位于所述电解液喷嘴7下方的位置设置有超声波振动杆12，钝化时与工件阳极接触的电解液受到超声波振动杆12的激励作用，从而加速并提高了电化学去毛刺的钝化效果。

优选的，本实施例中的脉冲电化学去毛刺设备其所述冷轧辊1的装夹方式采用顶针14顶牢冷轧辊1两端中心孔的装夹方式，且在所述顶针14上用于与所述中心孔接触的顶针面上依次连接有作为内层的绝缘层15、作为外层的耐磨层16；其中，所述绝缘层15为尼龙材料层，所述耐磨层16为高速钢材料层，且所述绝缘层15及耐磨层16依次通过镶套方式而形成。

上述通过对顶针14结构的改进，在保证顶针14耐磨性和装夹快捷方便的同时，大大简化了旋转驱动设备2与edt毛化冷轧辊1之间的绝缘连接结构。

优选的，所述旋转驱动设备2为车床，所述工具电极4及电解液喷嘴7固定在车床的刀架上，所述超声波振动杆12通过支架18固定在车床刀架17上。

上述利用车床作为脉冲电化学去毛刺设备中的旋转驱动设备2，其一方面可以充分利用工厂现有的冷轧辊1制造设备，从而降低设备投资费用，另一方面工具电极4、电解液喷嘴7和超声波振动杆12可以利用车床的刀架17进行位置调整和走刀，从而简化工具电极4的结构，且提高了设备对于不同规格冷轧辊的适应性。

本实施例中，所述旋转驱动设备2还可以采用磨床或专机。

本实施例中的脉冲电化学去毛刺设备中，所述工具电极4的头部设置有与所述冷轧辊1的毛化外圆相适配的圆弧面19，且所述圆弧面19与所述冷轧辊1的毛化外圆之间设置有所述的缝隙6。

通过将工具电极的头部设置为与冷轧辊的毛化外圆相适配的圆弧面，可以进一步提高钝化的效率和质量。

为了确保电解液循环使用的质量，其用于收集电解液的所述集液槽11上设置有电解液的过滤膜20。

本实施例中的电镀设备中还设置辅助电极升降器12，去氧化膜处理时将辅助电极12移入电镀液中，电镀时可将辅助电极12移出电解液，从而可以减少电镀硬铬时辅助电极12对电解液的影响。

本实施例中，所述冷轧辊1优选为mc3或mc5材质的冷轧辊。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。