光纤激光轧辊毛化工艺参数研究

针对CO₂激光器和YAG激光器的种种不足,采用光纤激光毛化柔性工作站,对轧辊表面进行了不同尺寸和分布的毛化点彤貌加工。分析了光纤激光功率、脉冲频率、脉冲宽度、扫描速度、离焦量等工艺参数对毛化点形貌的影响。结果表明:通过合理匹配毛化工艺参数,能够得到精确可控的轧辊毛化形貌和满足生产要求的粗糙度,也可以实现相对无序的毛化点排列。     

光纤激光毛化机器人系统

光纤激光作为第三代激光技术的代表,具有其他激光器无可比拟的技术优越性和广阔的应用发展空间,将可能会逐步取代全球大部分高功率CO₂激光器和绝大部分YAG激光器。本文利用光纤激光器的优点,集成开发了了第五代全新的光纤激光机器人毛化系统,系统以光纤激光器为载体,协同机器人及其它设备来完成轧辊毛化作业。光纤激光毛化柔性工作站与传统的CO₂激光毛化设备相比取得了多项重大突破,如系统采用普通机床代替昂贵的磨床实现毛化功能,是一项开创性的工作,意味着节约大量的设备投资费用,并大幅度提高生产效率;系统对轧辊旋转时的轴向跳动容忍度大,毛化速度可以大幅度的提高;光纤激光毛化技术可实现毛化点形貌的任意设计以及毛化点的有序、无序排列;毛化成本大幅度降低,没有三废,是一种绿色制造技术。     

多棱镜扫描分光多头激光毛化圆形毛化点分析

为了得到圆形的毛化点以改善传统单头激光毛化技术椭圆毛化点对轧制钢板的均匀性和力学性能的影响,提出了一种采用多棱镜扫描分光技术的多头激光毛化设备.在一定离焦量下,使得扫描过程中扫描光束所带来聚焦点非均匀移动可以与轧辊同步运行,理论上可以获得椭圆度(长短轴比)最小为1.0010957的近似圆形毛化点,并进行了生产实践.结果表明,理论分析计算与实际结果较为符合.通过对离焦量、扫描速度等毛化参量的控制,可以获得椭圆度根据特殊要求任意调整的毛化点,这为多头激光毛化技术的应用提供了指导.     

轧辊表面光纤激光毛化工艺研究

利用光纤激光柔性工作站对轧辊表面进行毛化,研究了激光射出头姿态、侧吹角对毛化点形貌、毛化后轧辊表面粗糙度的影响,分析了其影响规律,总结出了最佳毛化工艺.结果表明,12点位置和3点位置在特定侧吹角度时,毛化点分布相对独立,凸台金属分布集中,无点与点搭接现象,毛化点形貌满足要求.12点位置和9点位置各侧吹角度下的毛化表面粗糙度均满足要求.综合对毛花点形貌及毛化后轧辊表面粗糙度要求,12点位置的毛化效果优于3点位置.研究结果已应用于实际生产.     

一种随机频率、随机能量的轧辊光纤激光无序毛化方法

轧辊激光毛化技术作为一种最新的轧辊毛化方法,具有广泛的应用前景。但由于加工方法的限制,目前的激光毛化技术产生的轧辊表面毛化点分布成一个周期性各向异性的分布,导致最后轧制的毛化冷轧薄钢板效果不理想。提出了一种可以产生随机频率随机能量激光的光纤激光控制方法,此方法通过一个高效的随机数算法产生一个随机频率和随机占空比的脉冲宽度调制信号控制激光器输出特定波形的激光进行毛化加工,能够使得毛化轧辊表面产生随机无序分布的毛化花纹,最终轧制的毛化冷轧薄钢板能够满足表面各向同性亚光的要求,并且还能够提高加工效率,基于该方法的毛化加工设备已在实际生产中得到应用并且取得良好效果。     

光纤激光无序毛化

为了提高轧辊表面强度,减小应力集中,延长轧辊寿命,利用光纤激光毛化设备对轧辊表面进行无序毛化。研究了激光功率、轧辊转速、激光头平移速度以及脉冲频率对无序毛化点分布的影响,提出了四种无序毛化的方法,即:速度调试法、频率调试法、外部调试法和综合调试法。实验结果表明,四种方法都可以实现无序毛化,其中综合调试法无序化程度更大,毛化质量最佳。研究结果已应用于实际生产。     

45#钢光纤激光毛化数值模拟及实验研究

为了在模具上加工出特定的毛化形貌和尺寸,采用计算流体力学软件Fluent探究形貌成型机理,建立了激光毛化过程3维瞬态模型。考虑热传导、热对流、材料热物性参量等影响因素,采用焓法处理固液相变移动边界,通过用户自定义函数加载激光热源,计算得出熔池温度场与流场。基于数值模拟,采用单因素轮换法进行了毛化工艺试验,研究了激光功率密度、脉宽两因素对毛化形貌、几何参量的影响。结果表明,激光功率密度在2.04×104W/mm2~3.57×104W/mm2,脉宽在100μs~1000μs之间;以氮气作为辅助气体,可获得球冠状、凹顶球冠状、M状3种形貌。该结果对模具毛化种类具有指导意义。     

高性能LD抽运Nd:YAG激光毛化装置的研制

进行了LD抽运声光调Q Nd:YAG激光器用于轧辊毛化的研制和毛化实验情况的研究。在毛化点阵密度为4mm×4mm的要求下,用该激光毛化装置对铬基轧辊毛化,实现了2.8kHz的频率条件下,粗糙度在6μm范围内可调,5.6kHz的频率条件下,粗糙度在4.5μm范围内可调的优良毛化性能。实现了粗糙度大范围可调、高效率、长寿命和低运行成本的LD抽运Nd:YAG激光毛化装置的成功研制。     

圆锥轧辊激光毛化加工研究

在圆锥轧辊轧制带钢时,为了增强轧辊与带钢之间的摩擦力,采用对轧辊表面进行激光毛化的方法,对圆锥轧辊的激光毛化加工过程进行了分析研究,给出加工系统的硬件组成,介绍了加工系统的控制原理。由于在圆锥轧辊表面进行激光毛化属于变径加工,为了保证每个加工圆周处毛化点之间的点距不变,推导出每个加工圆周处圆周直径、总脉冲个数和分频系数等的计算公式,同时给出相应算法,解决了每个加工圆周处最后1个毛化点与第1个毛化点之间间距总是大于点距的问题。结果表明,在圆锥轧辊表面进行激光毛化,不仅增强了轧辊与带钢之间的摩擦力,同时还延长了轧辊的使用寿命。     

激光毛化技术的评述及展望

综述了国内外激光毛化技术(LTT)的研究、发展状况,阐述了激光毛化的机制及其影响因素;介绍了国内外激光毛化技术的应用状况,重点分析对比了CO2激光毛化与YAG激光毛化技术的优缺点,指出了激光毛化技术未来发展需要解决的关键技术,展望了激光毛化技术未来的发展方向.