CN107243717A - 焊接式镀铬辊的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种焊接式镀铬辊的制备方法，辊筒加工的工序包括以下步骤：对锻造成形的辊筒进行正火处理的步骤，对锻造成形的辊筒进行正火处理的步骤；对辊筒的外圆周面以及内孔进行粗车步骤；通过淬火以及高温回火对辊筒进行调质处理，控制辊筒的硬度的步骤；采用数控车床半精车辊筒的外圆周面以及内孔的步骤；检测辊本体的不平衡量，基于平衡量大于150g时，采用车床上的卡盘夹持装置对辊本体夹持以借偏心，精车辊筒的外圆周面以及辊筒和套筒的内孔以消除不平衡量的步骤；在辊本体表面镀上铬从而得到焊接式镀铬辊。本发明的制备方法可以避免镀铬辊的表面出现裂纹。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接式镀铬辊的制备方法。
背景技术
焊接式镀铬辊一般为薄壁辊，如图1所示，镀铬辊由两部分组成：辊筒1和套筒2，薄壁辊由以下工艺制备而成：
辊筒1：备料——粗车——UT——调质——半精车——淬火处理——精车(内孔、外圆周面)。
套筒：备料——粗车——精车配合外圆周面。
拼装：焊接——修正孔口——半精车(辊筒外圆周面、套内孔)——静平衡试验——去重(借偏心)——精车——动平衡——修孔口——精磨外圆周面——精车套——毛化镀铬。
1、由于材料的特性，产品在热处理过程中，极易收缩和扭曲变形，难以保证产品淬火深度的均匀性和硬度要求，易导致产品报废。
2、产品在淬火前，为防止淬火的收缩和扭曲变形，给后续工序留了较多的余量，给加工带来了一定的难度。
3、产品热处理后与套焊接，易产生焊接裂纹，给产品最终质量带来一定的风险，其原因在于，由于辊筒表面具有较高的硬度，焊接时需预热150℃-200℃，采用小电流快速、分段焊接，减小焊接热影响区，焊后缓冷，减小应力，防止裂纹，该工艺流程控制要求严格，容易产生焊接裂纹。
4、产品平衡精度不高，需通过多次平衡，易产生偏心误差，对外圆周面淬火硬度的均匀性和深度带来一定的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种避免出现裂纹的焊接式镀铬辊的制备方法。
解决上述技术问题的技术方案如下：
焊接式镀铬辊的制备方法，包括辊筒加工的工序、套筒加工的工序、辊筒与套筒焊接的工序以及焊后的处理工序，所述辊筒加工的工序包括以下步骤：
对锻造成形的辊筒进行正火处理的步骤；
对辊筒的外圆周面以及内孔进行粗车，控制该外圆周面的圆度、粗糙度以及余量的步骤；
通过淬火以及高温回火对辊筒进行调质处理，控制辊筒的硬度的步骤；
采用数控车床半精车辊筒的外圆周面以及内孔的步骤；
所述套筒加工的工序包括以下步骤：
对套筒的外圆周面以及内孔进行粗车的步骤；
辊筒与套筒焊接的工序包括以下步骤：
辊筒和套筒，在预热150-250℃后，将辊筒和套筒进行焊接得到辊本体的步骤；
焊后的处理工序包括：
对辊本体进行除应力的步骤；
对辊筒的外圆周面进行中部高两端低的弧形面半精车的步骤；
对辊本体进行淬火的步骤；
对辊筒的外圆周面进行粗磨的步骤；
对辊筒和套筒的内孔进行半精车的步骤；
检测辊本体的不平衡量，基于平衡量大于150g时，采用车床上的卡盘夹持装置对辊本体夹持以借偏心，精车辊筒的外圆周面以及辊筒和套筒的内孔以消除不平衡量的步骤；
在辊本体表面镀上铬从而得到焊接式镀铬辊。
进一步地，在辊筒加工的工序中，所述粗车是采用普通车床车削外圆周面，留5.5-6.5mm的车削余量，外圆周面的圆度在0.2以内，粗糙度为Ra6.3um。
进一步地，在焊后的处理工序中，所是对辊筒的外圆周面进行中部高两端低的弧形面半精车的步骤是采用数控车床车削辊筒的外圆周面，确保外圆周面的中部留2.2+0.2mm磨削余量，外圆周面的两端留1.4+0.2mm磨削余量。
进一步地，在焊后的处理工序中，所述淬火的步骤是采用中频感应圈，淬火功率为220-230KW；淬火速度为250r/min；淬火温度为850-870℃，喷水冷却，在300-320℃的烘箱环境下保温6h后空冷经过淬火后在辊筒的两端形成长度为35-45mm的软带。
进一步地，在焊后的处理工序中，在对辊本体的不平衡量检测与镀铬的步骤之间，还包括以下步骤：
对辊本体进行动平衡的步骤；
根据动平衡结果，在套筒上采用去重法进行平衡的步骤。
进一步地，所述去重后，还包括：
采用磨床粗磨辊筒的外圆周面的步骤；
采用车床架中心架，精车套筒内孔，确保同轴度在0.02mm以内的步骤。
进一步地，所述卡盘夹持装置包括连接于车床主轴上的第一卡盘夹持机构和连接于车床尾座上的第二卡盘夹持机构。
进一步地，所述第一卡盘夹持机构为三爪卡盘或四爪卡盘。
进一步地，所述第二卡盘机构包括外壳、法兰、卡盘、具有螺纹的卡爪、丝杆，外壳的一端为莫氏柄，外壳上设有装配孔，法兰的一端设有轴，该轴伸入到外壳的装配孔中并通过轴承与外壳连接成一体，所述卡盘的一端与法兰的另一端固定连接，卡盘的另一端设有槽，槽的壁面上设有螺纹，所述卡爪配合在卡盘上的槽中，所述丝杆伸入到卡盘上的槽中后分别与槽壁上的螺纹和卡爪上的螺纹连接，卡爪在丝杆的旋转下沿卡盘的径向位移。
本发明的优点如下：
1、通过控制焊接时辊筒与套筒间隙，有效防止辊筒淬火收缩产生裂纹的风险。
2、通过先焊接再淬火处理的工艺，解决了辊筒先淬火然后拼装焊接，易产生裂纹的问题。
3、淬火前辊筒做成一定的R型凸度，解决了淬火后由于辊筒变形，导致辊筒淬火硬度深度不均的问题。
4、通过普通车床双四爪卡盘的运用，解决了原产品平衡精度不高，给产品最终质量带来风险的可能性。
5、采用了偏心偏移法和去重相结合的平衡技术，确保了产品的动平衡的实现。
附图说明
图1为本发明的镀铬辊的示意图；
图2为本发明中锻造成形的辊筒的示意图；
图3为辊本体通过车床的双四爪卡盘装置进行夹持进行借偏心的示意图；
图4为本发明中的卡盘夹持装置的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的焊接式镀铬辊的制备方法，包括辊筒加工的工序、套筒加工的工序、辊筒与套筒焊接的工序以及焊后的处理工序，以下对每部分的工序进行说明：
一、所述辊筒加工的工序包括以下步骤：
1、锻造坯料，正火处理：
对锻造成形的辊筒进行正火处理，硬度控制≤228HB，对锻造成形的辊筒进行正火处理的步骤。
2、粗车：
对辊筒的外圆周面以及内孔进行粗车，控制该外圆周面的圆度、粗糙度以及余量；优选地，采用普通车床车削辊筒外圆周面φ350，余量控制6mm，圆度达到0.2，粗糙度达Ra6.3um。辊筒的内孔加工至φ300以内，目的是减少淬火的变形。
3、调质处理(淬火+高温回火)：
通过淬火以及高温回火对辊筒进行调质处理，控制辊筒的硬度，优选地，硬度控制在HRC26-32。
4、半精车：
采用数控车床半精车辊筒的外圆周面以及内孔的步骤。优选地，采用普通车床或数控车床车削辊筒的外圆周面和内孔，精车配合内孔，要求粗糙度Ra1.6以上。重点在于控制中心孔的同轴度。
二、套筒加工的工序包括以下步骤：
1、备料：
采用普通中碳钢
2、粗车：
对套筒的外圆周面以及内孔进行粗车。优选地，采用普通车床或数控车床车削套筒的外圆周面(要求与辊筒配合内孔采用间隙配合，控制间隙0.25-0.40mm，考虑辊筒焊接和淬火收缩量)和内孔φ200(留有余量6mm)，精车配合内孔。重点在于控制套外圆周面与端面的垂直度。
3、焊接：
三、辊筒与套筒焊接的工序包括以下步骤：
1、辊筒和套筒，在预热150-250℃后，将辊筒和套筒进行焊接得到辊本体。优选地，将辊筒和套筒在预热到200℃后，采用手工焊(风焊)将辊筒和套筒焊接成一体，得到所述辊本体。预热可改善焊接区域塑性，减少焊后残余应力。
四、焊后的处理工序包括：
1、对辊本体进行除应力的步骤；优选地，对焊后成型的辊本立即进行消除应力的热处理，消除应力的方式为，将辊本体在600-650℃的环境中进行回火。
2、半精车：
对辊筒的外圆周面进行中部高两端低的弧形面半精车。优选地，所述半精车是采用数控车床车削辊筒的外圆周面，确保外圆周面的中部留2.2+0.2mm磨削余量，外圆周面的两端留1.4+0.2mm磨削余量。目的：通过淬火后外圆周面的收缩变形，控制产品磨削后淬火深度的均匀性和表面硬度的均匀性。
3、磁粉探伤，确保材料淬火前无裂纹；
4、淬火：
对辊本体进行淬火。优选地，所述淬火是采用中频感应圈，淬火功率为220-230KW；淬火速度为250r/min；淬火温度为850-870℃，喷水冷却，在300-320℃的烘箱环境下保温6h后空冷经过淬火后在辊筒的两端形成长度为35-45mm的软带。
5、精车修正孔口：
采用普通车床或数控车床架中心架修正套筒的孔口，便于磨削。
6、粗磨外圆周面：
对辊筒的外圆周面进行粗磨。优选地，采用磨床粗磨辊筒外圆周面，确保圆柱面全部磨出，目的确保后续基准和平衡的精度。
7、半精车：
对辊筒和套筒的内孔进行半精车。优选地，采用车床或数控车床架中心架，精车辊筒和套筒内孔，确保同轴度在0.02mm以内。
8、静平衡：通过静平衡，验证产品平衡精度。
9、借偏心(修两端中心孔)：
检测辊本体的不平衡量，基于平衡量大于150g时，采用车床上的卡盘夹持装置对辊本体夹持以借偏心，精车辊筒的外圆周面以及辊筒和套筒的内孔以消除不平衡量的步骤；
10、动平衡：验证产品精度要求。
11、去重平衡：根据动平衡结果，在套位置采用去重法进行平衡。
12、精磨外圆周面：采用普通M1350磨床粗磨辊筒外圆周面至成品。
13、精车套筒：采用普通车床或数控车床架中心架，精车套内孔，确保同轴度在0.02mm以内。
14、毛化镀铬：在辊本体表面镀上铬从而得到焊接式镀铬辊，镀铬的厚度为0.08-0.1mm。
如图2和图3所示，在上述实施工艺过程中所用的卡盘夹持装置包括连接于车床主轴13上的第一卡盘夹持机构14和连接于车床尾座15上的第二卡盘夹持机构。所述第一卡盘夹持机构14为三爪卡盘或四爪卡盘。所述第二卡盘机构包括外壳16、法兰17、卡盘18、具有螺纹的卡爪19、丝杆20，外壳16的一端为莫氏柄，外壳16上设有装配孔，本发明中的外壳16，是在原有机床的连接于所述尾座15上的顶尖改造而成，即将顶尖具有尖部的一端设置成一个平面，并沿顶尖的轴向开设装配孔，该装配孔为台阶孔，而原有顶尖的另一端为莫氏柄，因此，本发中的外壳16一端部为莫氏柄，这样，在不改变车床原有尾座结构的情况下，通过外壳16即可与尾座15进行连接。法兰17的一端设有轴17a，该轴17a伸入到外壳16的装配孔中并通过轴承与外壳16连接成一体，外壳16的装配孔从外壳本体向莫氏柄的方向依次分成第一内孔、第二内孔、第三内孔、第四内孔，第一内孔至第四内孔的孔径依次减小，轴承包括第一轴承21、第二轴承22、第三轴承23、第四轴承24、第五轴承25，第一轴承21和第二轴承22安装在外壳16的第二内孔中，第三轴承23安装在第三内孔中，第四轴承24和第五轴承25安装在第四内孔中，而第一内孔中安装端板26，用于对第一轴承21进行轴向限位，优选地，第一轴承21和第二轴承22采用圆柱滚子轴承，第三轴承23采用推力球轴承，第四轴承24采用单列滚针轴承，第五轴承25采用调心球轴承。所述卡盘18的一端与法兰17的另一端固定连接，卡盘18的另一端设有槽，槽沿着卡盘的径向布置，槽的数至少为三个，本实施方式中，槽的数量为四个，在每个槽的壁面上设有螺纹。所述卡爪19配合在卡盘18上的槽中，所述丝杆20伸入到卡盘上的槽中后分别与槽壁上的螺纹和卡爪19上的螺纹连接，卡爪19在丝杆20的旋转下沿卡盘的径向位移，从而调整卡爪19的夹持位置。本发明的卡盘夹持装置改变了传统V型架的装夹方式，不但利用于现有的四爪卡盘，又对机床上原有的顶尖进行了改造，从而形成了一种新的高精度夹持的旋转体。本发明的卡盘夹持装置的优点如下：
本发明在夹持时可以在十字方向进行径向调节，便于精度控制；
可以通过正、反卡爪的运用，扩大产品夹持范围；
通过特定的软卡爪(正、反形式)可以有效保护产品的夹持表面；
通过两端四爪，结合千分表A，同步调整偏移量的方式，提高了产品平衡精度。
Claims (9)
1.焊接式镀铬辊的制备方法，包括辊筒加工的工序、套筒加工的工序、辊筒与套筒焊接的工序以及焊后的处理工序，其特征在于，所述辊筒加工的工序包括以下步骤：
对锻造成形的辊筒进行正火处理的步骤；
对辊筒的外圆周面以及内孔进行粗车，控制该外圆周面的圆度、粗糙度以及余量的步骤；
通过淬火以及高温回火对辊筒进行调质处理，控制辊筒的硬度的步骤；
采用数控车床半精车辊筒的外圆周面以及内孔的步骤；
所述套筒加工的工序包括以下步骤：
对套筒的外圆周面以及内孔进行粗车的步骤；
辊筒与套筒焊接的工序包括以下步骤：
辊筒和套筒，在预热150-250℃后，将辊筒和套筒进行焊接得到辊本体的步骤；
焊后的处理工序包括：
对辊本体进行除应力的步骤；
对辊筒的外圆周面进行中部高两端低的弧形面半精车的步骤；
对辊本体进行淬火的步骤；
对辊筒的外圆周面进行粗磨的步骤；
对辊筒和套筒的内孔进行半精车的步骤；
检测辊本体的不平衡量，基于平衡量大于150g时，采用车床上的卡盘夹持装置对辊本体夹持以借偏心，精车辊筒的外圆周面以及辊筒和套筒的内孔以消除不平衡量的步骤；
在辊本体表面镀上铬从而得到焊接式镀铬辊。
2.根据权利要求1所述的焊接式镀铬辊的制备方法，其特征在于：在辊筒加工的工序中，所述粗车是采用普通车床车削外圆周面，留5.5-6.5mm的车削余量，外圆周面的圆度控制在0.2以内，粗糙度为Ra6.3um。
3.根据权利要求1所述的焊接式镀铬辊的制备方法，其特征在于：在焊后的处理工序中，所是对辊筒的外圆周面进行中部高两端低的弧形面半精车的步骤是采用数控车床车削辊筒的外圆周面，确保外圆周面的中部留2.2+0.2mm磨削余量，外圆周面的两端留1.4+0.2mm磨削余量。
4.根据权利要求1所述的焊接式镀铬辊的制备方法，其特征在于：在焊后的处理工序中，所述淬火的步骤是采用中频感应圈，淬火功率为220-230KW；淬火速度为250r/min；淬火温度为850-870℃，喷水冷却，在300-320℃的烘箱环境下保温6h后空冷经过淬火后在辊筒的两端形成长度为35-45mm的软带。
5.根据权利要求1所述的焊接式镀铬辊的制备方法，其特征在于，在焊后的处理工序中，在对辊本体的不平衡量检测与镀铬的步骤之间，还包括以下步骤：
对辊本体进行动平衡的步骤；
根据动平衡结果，在套筒上采用去重法进行平衡的步骤。
6.根据权利要求5所述的焊接式镀铬辊的制备方法，其特征在于，所述去重后，还包括：
采用磨床粗磨辊筒的外圆周面的步骤；
采用车床架中心架，精车套筒内孔，确保同轴度在0.02mm以内的步骤。
7.根据权利要求1所述的焊接式镀铬辊的制备方法，其特征在于，所述卡盘夹持装置包括连接于车床主轴上的第一卡盘夹持机构和连接于车床尾座上的第二卡盘夹持机构。
8.根据权利要求7所述的焊接式镀铬辊的制备方法，其特征在于，所述第一卡盘夹持机构为三爪卡盘或四爪卡盘。
9.根据权利要求7所述的焊接式镀铬辊的制备方法，其特征在于，所述第二卡盘机构包括外壳、法兰、卡盘、具有螺纹的卡爪、丝杆，外壳的一端为莫氏柄，外壳上设有装配孔，法兰的一端设有轴，该轴伸入到外壳的装配孔中并通过轴承与外壳连接成一体，所述卡盘的一端与法兰的另一端固定连接，卡盘的另一端设有槽，槽的壁面上设有螺纹，所述卡爪配合在卡盘上的槽中，所述丝杆伸入到卡盘上的槽中后分别与槽壁上的螺纹和卡爪上的螺纹连接，卡爪在丝杆的旋转下沿卡盘的径向位移。
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