专利名称：一种瓦楞辊激光淬火处理方法
技术领域：
本发明属于金属材料激光热处理和轻工制造领域，特别涉及一种瓦楞辊激光淬火 处理方法。
背景技术：
瓦楞辊是瓦楞纸版生产设备中最重要的组成部分，对于任何档次的瓦楞纸板生产 线，瓦楞辊总是最昂贵的易损部件之一。对于任何形式的瓦楞辊来说，它都具有同样的基本 使用功能和磨损机理。瓦楞原纸在高速、连续节进的熨烫弯曲成形过程中，在线压力作用下 不断与瓦楞辊楞顶进行相对位移并产生磨擦挤轧，受原纸中含有的夹杂物和矿物硬粒的碾 压撞击，使瓦楞辊的楞顶部发生剧烈磨损，并逐渐由圆弧磨成不规则形状，连续不断的高速 运转，楞齿高度慢慢变低，使生产的纸板逐渐趋向标准下限。一些楞面硬度低的瓦楞辊还会 因此使楞顶楞面产生麻坑和凹陷，加剧了磨损进程。由于生产线往往不是经常满幅走纸，致 使瓦楞辊表面产生不均勻磨损而导致瓦楞辊中凹而造成纸板中间脱胶起泡。低硬度瓦楞辊 在连续高速的单齿啮合定向运转状况下还会因塑性变形发生倒楞、倾斜、扭曲、增加椭圆度 和跳动误差，加快影响瓦楞辊的使用寿命和经济性能。因此，瓦楞辊在生产中，一般需经中 频淬火或氮化处理，使得其能满足生产要求。目前常用的中频淬火工艺有如下缺点(1)由于中频淬火属于裸露加热，难免氧 化、脱碳，硬度低，抗疲劳性能也差；(2)由于中频加热的特点，需要重点强化的楞顶的强化 程度不如不需太强的楞底，发生性能颠倒现象；(3)虽然中频淬火有强化层较厚的优点，但 因此而产生较大的变形，中频淬火瓦楞辊的变形量(径向跳动)为0. 1 0. 15mm，对后续工 序造成很大困难；(4)中频淬火强化层较厚的另一负面影响是旧辊修复后再淬火，由于淬 火层没有完全去除，导致局部重复淬火，容易产生裂纹。因此中频淬火瓦楞辊只适用于中、 低速生产线。中频淬火瓦楞辊使用寿命为800万跑米左右。另一类碳化钨瓦楞辊，其耐磨性能上乘无可否认，但是碳化钨瓦楞辊的应用存在 诸多难点碳化钨瓦楞辊需要5 6次喷涂才能达到0. 1mm左右的厚度，然后研磨抛光，实 际工作厚度为0. 05 0. 06mm,喷涂碳化钨的回收率仅为30%左右；由于碳化钨喷涂后需要 再修磨、抛光，而碳化钨十分坚硬，只能用金刚石磨具研磨，因此磨削成本较高；另外，目前 的喷涂碳化钨只能在HRC45以下的基体上进行，涂层虽然耐磨，但基体较软，因而经不起砂 砾碾压，在纸质较差的条件下使用很容易出现麻坑和凹陷，所以碳化钨瓦楞辊只能在拥有 高档设备和使用高档原纸条件下使用，适应范围主要在高速生产线和使用含砂量少的高档 原纸，而我国的市场环境特点是80%以上是中、低速设备，因此其在中国瓦楞辊市场的空间 也相对较小，即使在国外，也不是普遍应用。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种其轴向变形 小、使用寿命长、适用范围广的瓦楞辊激光淬火处理方法。
为达上述目的，本发明采用如下的技术方案一种瓦楞辊激光淬火处理方法，包括如下步骤(1)配制磷化液；(2)采用配制好的磷化液对瓦楞辊的齿部进行磷化处理；(3)采用激光器对瓦楞辊进行激光扫描，激光器的激光光斑对准瓦楞辊的齿尖，对 各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。所述步骤(1)中磷化液的配制步骤具体如下将清水加入处理槽内，使处理槽的 清水达到80% ；加入磷化液50士2公斤，并搅拌均勻；加清水至1000士4升，并搅拌均勻。所述磷化液为比重1. 005 士0. 01的磷酸锌溶液，总酸度为0. 7 2. 5，游离酸度为
0.2 0. 4 ；或者，所述磷化液为比重1. 035士0. 02的磷酸锌溶液，总酸度为1. 5 2. 5，游 离酸度为0. 1 0.4。所述步骤(2)中对瓦楞辊的磷化处理在零摄氏度以上的温度下进行。所述步骤(2)中，对瓦楞辊的磷化处理具体包括以下步骤(2-1)对齿面进行除锈、除油、除污处理；(2-2)将瓦楞辊放置在配制好的磷化液中浸泡15 20分钟，或者，将配制好的磷 化液涂刷在瓦楞辊表面；(2-3)取出瓦楞辊，并用清水冲洗辊面；(2-4)将瓦楞辊风干。所述步骤(2-4)中，用高压空气单向吹干瓦楞辊。所述步骤(3)中，对A型、C型瓦楞辊，激光器的导光系统采用通用宽带积分镜头， 其激光器功率为1600 1800W，激光的扫描速度为300 500m/min ；对B型瓦楞辊，激光 器的导光系统采用通用窄带聚焦镜头，其激光器功率为1600 1800W，激光的扫描速度为 500 700m/min ；对E型瓦楞辊，激光器的导光系统采用通用窄带聚焦镜头，其激光器功率 为1600 1800W，激光的扫描速度为600 800m/min。所述步骤(3)中，各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描的具体步骤为先在 一个区域连续扫描1 3道齿，瓦楞辊旋转160° 180°，旋转至对称位置继续扫描1 3道齿后，依此类推，各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。所述步骤(3)中，激光器对瓦楞辊扫描前，先将经磷化后的瓦楞辊装夹在激光加 工机床上；所述瓦楞辊的旋转定位通过激光加工机床中的自动分度定位系统定位，或者，通 过定位装置手动定位。当加工的瓦楞辊为定纸有槽瓦楞辊时，定纸辊抽风槽出口端需在距其端部1
1.5mm处提前起跳，落点在进口端的端部，或者在距其端部1 1. 5mm处至进口端端部区间 采用2000m/min的速度通过。与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果1、本发明方法采用对称扫描技术，可使其轴向变形(径向跳动)小于0. 03mm，使用 寿命(轧纸量)高于1000万跑米，具有轴向变形小、使用寿命长、适用范围广等优点。2、本发明采用激光进行扫描处理，具有加工成本低的优点，使得瓦楞辊选材范围 广，制得成品的适用范围广，而利用光斑的聚焦特性，可使瓦楞齿顶的功率密度最高，齿根 的功率密度最低，与瓦楞辊的磨损机制相吻合，可有效延长其使用寿命。
3、本发明方法可在激光的快速加热和快速冷却的环境下可形成弥散强化效果，在 硬度相同的条件下，激光淬火处理的瓦楞辊更加耐磨，且更加强韧，使用寿命(轧纸量)高 于1000万跑米。4、本发明方法处理的瓦楞辊，其径向跳动定纸辊(带槽)为0 0.01mm，辅助辊 (不带槽)0. 01 0. 03mm,效果远远优于中频淬火的效果。
图1是本发明方法的流程示意图。图2是本发明瓦楞辊对称扫描的横向示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。实施例1如图1所示，本瓦楞辊激光淬火处理方法，包括如下步骤(1)配制磷化液；(2)采用配制好的磷化液对瓦楞辊的齿部进行磷化处理；(3)采用激光器对瓦楞辊进行激光扫描，激光器的激光光斑对准瓦楞辊的齿尖，对 各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。所述步骤(1)中磷化液的配制步骤具体如下将清水加入处理槽内，使处理槽的 清水达到80% ；加入磷化液50公斤，并搅拌均勻；加清水至1000升，并搅拌均勻。所述磷化液为比重1. 005的磷酸锌溶液，总酸度为0. 7，游离酸度为0. 2。所述步骤(2)中对瓦楞辊的磷化处理在零摄氏度以上的温度下进行。所述步骤(2)中，对瓦楞辊的磷化处理具体包括以下步骤(2-1)对齿面进行除锈、除油、除污处理；(2-2)将瓦楞辊放置在配制好的磷化液中浸泡20分钟；(2-3)取出瓦楞辊，并用清水冲洗辊面；(2-4)将瓦楞辊风干。所述步骤(2-4)中，用高压空气单向吹干瓦楞辊。所述步骤(3)中，激光器的导光系统采用通用宽带积分镜头(IOmm宽带积分镜 头)，激光器功率为1800W，激光的扫描速度为300m/min。如图2所示，所述步骤(3)中，各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描的具体步 骤为先在一个区域1连续扫描3道齿后，瓦楞辊旋转180°，旋转至对称位置2继续扫描3 道齿，依此类推，各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。所述步骤(3)中，激光器对瓦楞辊扫描前，先将经磷化后的瓦楞辊装夹在激光加 工机床上；所述瓦楞辊的旋转定位通过定位装置手动定位。本实施例可对材质为42CrMo的A型无槽瓦楞辊进行激光淬火处理。采用本实施 例的方法加工，常规进场质量检验，未发现表面缺陷，原始硬度平均为HRC35，原始齿高平均 为4. 7mm，原始跳动为0. 02mm、0. 01mm、0. 02mm ；常规出场质量检验。未发现表面缺陷，硬度平均为HRC58，齿高平均为4. 7mm，跳动为0. 02mm、0. 02mm、0. 03mm。实施例2本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 所述步骤(1)中磷化液的配制步骤 具体如下将清水加入处理槽内，使处理槽的清水达到80% ；加入磷化液52公斤，并搅拌均 勻；加清水至1004升，并搅拌均勻。所述磷化液为比重1. 015的磷酸锌溶液，总酸度为2. 5， 游离酸度为0.4。所述步骤(2-2)中，将瓦楞辊放置在配制好的磷化液中浸泡15分钟。所述步骤(3)中，激光器的导光系统采用通用宽带积分镜头，激光器功率为 1600W，激光的扫描速度为500m/min。实施例3本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 所述步骤(1)中磷化液的配制步骤 具体如下将清水加入处理槽内，使处理槽的清水达到80% ；加入磷化液48公斤，并搅拌均 勻；加清水至996升，并搅拌均勻。所述磷化液为比重0. 095的磷酸锌溶液，总酸度为1，游 离酸度为0.3。所述步骤(2-2)中，将配制好的磷化液涂刷在瓦楞辊表面。所述步骤(3)中，激光器的导光系统采用通用宽带积分镜头，激光器功率为 1700W，激光的扫描速度为400m/min。实施例4本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 激光器的导光系统采用通用窄带聚 焦镜头，激光器功率为1700W，激光的扫描速度为700m/min。本实施例可对B型瓦楞辊进行 激光淬火处理。当加工的瓦楞辊为定纸有槽瓦楞辊时，定纸辊抽风槽出口端需在距其端部1. 5mm 处提前起跳，落点在进口端的端部。实施例5本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 激光器的导光系统采用通用窄带聚 焦镜头，激光器功率为1600W，激光的扫描速度为500m/min。本实施例可对B型瓦楞辊进行 激光淬火处理。当加工的瓦楞辊为定纸有槽瓦楞辊时，定纸辊抽风槽出口端需在距其端部Imm处 至进口端端部区间采用2000m/min的速度通过。实施例6本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 激光器的导光系统采用通用窄带聚 焦镜头，激光器功率为1800W，激光的扫描速度为600m/min。本实施例可对B型瓦楞辊进行 激光淬火处理。当加工的瓦楞辊为定纸有槽瓦楞辊时，定纸辊抽风槽出口端需在距其端部1. 5mm 处至进口端端部区间采用2000m/min的速度通过。实施例7本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 激光器的导光系统采用通用宽带积 分镜头，激光器功率为1700W，激光的扫描速度为300m/min。本实施例可对C型瓦楞辊进行 激光淬火处理。
当加工的瓦楞辊为定纸有槽瓦楞辊时，定纸辊抽风槽出口端需在距其端部Imm处 提前起跳，落点在进口端的端部。实施例8本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 激光器的导光系统采用通用宽带积 分镜头，激光器功率为1600W，激光的扫描速度为500m/min。本实施例可对C型瓦楞辊进行 激光淬火处理。当加工的瓦楞辊为定纸有槽瓦楞辊时，定纸辊抽风槽出口端需在距其端部1. 3mm 处至进口端端部区间采用2000m/min的速度通过。实施例9本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 激光器的导光系统采用通用宽带积 分镜头，激光器功率为1800W，激光的扫描速度为400m/min。本实施例可对C型瓦楞辊进行 激光淬火处理。实施例10一种瓦楞辊激光淬火处理方法，包括如下步骤(1)配制磷化液；(2)采用配制好的磷化液对瓦楞辊的齿部进行磷化处理；(3)采用激光器对瓦楞辊进行激光扫描，激光器的激光光斑对准瓦楞辊的齿尖，对 各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。所述步骤(1)中磷化液的配制步骤具体如下将清水加入处理槽内，使处理槽的 清水达到80% ；加入磷化液52公斤，并搅拌均勻；加清水至1004升，并搅拌均勻。所述磷化液为比重1. 035的磷酸锌溶液，总酸度为1. 5，游离酸度为0. 1。所述步骤(2)中对瓦楞辊的磷化处理在零摄氏度以上的温度下进行。所述步骤(2)中，对瓦楞辊的磷化处理具体包括以下步骤(2-1)对齿面进行除锈、除油、除污处理；(2-2)将瓦楞辊放置在配制好的磷化液中浸泡20分钟；(2-3)取出瓦楞辊，并用清水冲洗辊面；(2-4)将瓦楞辊风干。所述步骤(2-4)中，用高压空气单向吹干瓦楞辊。所述步骤(3)中，激光器的导光系统采用通用窄带聚焦镜头，激光器功率为 1800W，激光的扫描速度为800m/min。所述步骤(3)中，各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描的具体步骤为先在 一个区域连续扫描3道齿后，瓦楞辊旋转180°，旋转至对称位置继续扫描3道齿，依此类 推，各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。所述步骤(3)中，激光器对瓦楞辊扫描前，先将经磷化后的瓦楞辊装夹在激光加 工机床上；所述瓦楞辊的旋转定位通过激光加工机床中的自动分度定位系统定位自动定 位。当加工的瓦楞辊为定纸有槽瓦楞辊时，定纸辊抽风槽出口端需在距其端部1. 3mm 处提前起跳，落点在进口端的端部。本实施例可对材质为48CrMo的E型瓦楞辊进行激光淬火处理。经本实施例的方法加工处理，常规进场质量检验，未发现表面缺陷，原始硬度平均为HRC37，原始齿高平均为 1. 7mm,原始跳动为0. 01mm、0. 01mm、0. 02mm ；常规出场质量检验，未发现表面缺陷，硬度平 均为 HRC62，齿高平均为 1. 7mm，跳动为 0. 02mm、0. 02mm、0. 01mm。实施例11本实施例除下述特征外其他特征同实施例10 激光器的导光系统采用通用窄带 聚焦镜头，激光器功率为1600W，激光的扫描速度为600m/min。本实施例可对E型瓦楞辊进 行激光淬火处理。实施例12本实施例除下述特征外其他特征同实施例10 激光器的导光系统采用通用窄带 聚焦镜头，激光器功率为1700W，激光的扫描速度为700m/min。本实施例可对E型瓦楞辊进 行激光淬火处理。实施例13本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 所述磷化液为比重1. 035的磷酸锌 溶液，总酸度为2，游离酸度为0. 3。实施例14本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 所述磷化液为比重1. 055的磷酸锌 溶液，总酸度为2. 5，游离酸度为0. 4。所述步骤(2-2)中，将瓦楞辊放置在配制好的磷化液中浸泡18分钟。所述步骤(3)中，各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描的具体步骤为先在 一个区域连续扫描2道齿后，瓦楞辊旋转170°，旋转至对称位置继续扫描2道齿，依此类 推，各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。实施例15本实施例除下述特征外其他特征同实施例1 所述磷化液为比重1. 015的磷酸锌 溶液，总酸度为1.5，游离酸度为0.2。所述步骤(2-2)中，将瓦楞辊放置在配制好的磷化液中浸泡15分钟。所述步骤(3)中，各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描的具体步骤为先在 一个区域连续扫描1道齿后，瓦楞辊旋转160°，旋转至对称位置继续扫描1道齿，依此类 推，各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。上述各实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例 的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简 化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种瓦楞辊激光淬火处理方法，其特征在于包括如下步骤(1)配制磷化液；(2)采用配制好的磷化液对瓦楞辊的齿部进行磷化处理；(3)采用激光器对瓦楞辊进行激光扫描，激光器的激光光斑对准瓦楞辊的齿尖，对各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。
2.根据权利要求1所述的瓦楞辊激光淬火处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中磷 化液的配制步骤具体如下将清水加入处理槽内，使处理槽的清水达到80% ；加入磷化液 50 士 2公斤，并搅拌均勻；加清水至1000 士 4升，并搅拌均勻。
3.根据权利要求2所述的瓦楞辊激光淬火处理方法，其特征在于所述磷化液为比重 1. 005士0. 01的磷酸锌溶液，总酸度为0. 7 2. 5，游离酸度为0. 2 0. 4 ；或者，所述磷化 液为比重1. 035士0. 02的磷酸锌溶液，总酸度为1. 5 2. 5，游离酸度为0. 1 0. 4。
4.根据权利要求1所述的瓦楞辊激光淬火处理方法，其特征在于所述步骤(2)中对 瓦楞辊的磷化处理在零摄氏度以上的温度下进行。
5.根据权利要求1所述的瓦楞辊激光淬火处理方法，其特征在于所述步骤(2)中，对 瓦楞辊的磷化处理具体包括以下步骤(2-1)对齿面进行除锈、除油、除污处理；(2-2)将瓦楞辊放置在配制好的磷化液中浸泡15 20分钟，或者，将配制好的磷化液 涂刷在瓦楞辊表面；(2-3)取出瓦楞辊，并用清水冲洗辊面；(2-4)将瓦楞辊风干。
6.根据权利要求5所述的瓦楞辊激光淬火处理方法，其特征在于所述步骤(2-4)中， 用高压空气单向吹干瓦楞辊。
7.根据权利要求1所述的瓦楞辊激光淬火处理方法，其特征在于所述步骤(3)中， 对A型、C型瓦楞辊，激光器的导光系统采用通用宽带积分镜头，其激光器功率为1600 1800W，激光的扫描速度为300 500m/min ；对B型瓦楞辊，激光器的导光系统采用通用窄 带聚焦镜头，其激光器功率为1600 1800W，激光的扫描速度为500 700m/min ；对E型瓦 楞辊，激光器的导光系统采用通用窄带聚焦镜头，其激光器功率为1600 1800W，激光的扫 描速度为600 800m/min。
8.根据权利要求1所述的瓦楞辊激光淬火处理方法，其特征在于所述步骤(3)中，各 齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描的具体步骤为先在一个区域连续扫描1 3道齿 后，瓦楞辊旋转160° 180°，旋转至对称位置继续扫描1 3道齿，依此类推，各齿尖依 次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。
9.根据权利要求8所述的瓦楞辊激光淬火处理方法，其特征在于所述步骤(3)中，激 光器对瓦楞辊扫描前，先将经磷化后的瓦楞辊装夹在激光加工机床上；所述瓦楞辊的旋转 定位通过激光加工机床中的自动分度定位系统定位，或者，通过定位装置手动定位。
10.根据权利要求1 9任一项所述的瓦楞辊激光淬火处理方法，其特征在于当加工 的瓦楞辊为定纸有槽瓦楞辊时，定纸辊抽风槽出口端需在距其端部1 1. 5mm处提前起跳， 落点在进口端的端部，或者在距其端部1 1. 5mm处至进口端端部区间采用2000m/min的 速度通过。
全文摘要
本发明提供了一种瓦楞辊激光淬火处理方法，包括如下步骤(1)配制磷化液；(2)采用配制好的磷化液对瓦楞辊的齿部进行磷化处理；(3)采用激光器对瓦楞辊进行激光扫描，激光器的激光光斑对准瓦楞辊的齿尖，对各齿尖依次按照对称的顺序进行轴向扫描，直到完成所有齿尖的扫描。本发明方法采用对称扫描技术，具有轴向变形小、使用寿命长、适用范围广等优点，且可在激光的快速加热和快速冷却的环境下可形成弥散强化效果，在硬度相同的条件下，激光淬火处理的瓦楞辊更加耐磨，且更加强韧，使用寿命(轧纸量)高于1000万跑米。
文档编号C21D10/00GK101942556SQ201010270728
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者冯荣元, 马春方 申请人:广州富通光科技术有限公司;上海激通激光技术有限公司;广州市富通激光有限公司