CN114619045B - 辊轴制造装置和复合轧辊制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种辊轴制造装置和复合轧辊制造方法，本申请的辊轴制造装置包括：喷射模块、结晶模块和牵引模块，喷射模块包括坩埚和坩埚固定支架，坩埚固定支架与坩埚固定连接，坩埚上设有至少一个喷嘴；结晶模块包括固定管模和管模固定支架，管模固定支架与固定管模连接；牵引模块包括成型平台、平台升降机构和平台旋转机构，成型平台被配置为能在固定管模内移动；其中，喷嘴的喷射方向朝向成型平台，固定管模和成型平台形成用于成型的成型空间。本申请能够采用3D打印的方式令辊轴在旋转的成型平台上冷却凝固，改变了金属液大体积凝固的铸造模式和铸造设备，改善了制造的辊轴质量，使得所制成的辊轴晶粒细小，组织均匀，无成分偏析。

Description

辊轴制造装置和复合轧辊制造方法

技术领域

本申请涉及辊轴制造的技术领域，具体而言，涉及一种辊轴制造装置和复合轧辊制造方法。

背景技术

辊轴是机器上能滚动的圆柱形机件。其中，复合轧辊应用于轧机上，复合轧辊包括用不同材质制作的辊身外层和辊芯部，辊颈和轴头设于辊芯部。

复合轧辊制造方法主要是离心铸造法、喷射成形、连续浇注外层成形、热等静压和旋转电渣熔铸法。但是，离心铸造法所制造的复合轧辊，轧辊层组织偏析严重，具有粗大的共晶碳化物，使用寿命短，性能长期并没有提高和突破；喷射成形容易造成喷射液滴的过喷，收得率低，组织疏松，存在明显孔隙；连续浇注外层成形工艺较为复杂，难度较大，对设备的要求高，无法实现产业化；热等静压工艺受设备的限制，只能生产小直径轧辊，不适合生产大中型轧辊；旋转电渣熔铸同样也是成本昂贵，难以制备较大直径轧辊。

因此，如何改善辊轴制造装置和制造方法成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种辊轴制造装置，其能够改善制造的辊轴质量。

本申请的目的还在提供一种复合轧辊制造方法，其能够改善制造的复合轧辊质量。

为了实现上述目的，

第一方面，本发明提供一种辊轴制造装置，包括：喷射模块、结晶模块和牵引模块，所述喷射模块包括坩埚和坩埚固定支架，所述坩埚固定支架与所述坩埚固定连接，用于使所述坩埚固定，所述坩埚上设有至少一个喷嘴；所述结晶模块包括固定管模和管模固定支架，所述管模固定支架与所述固定管模连接，用于使所述固定管模固定；所述牵引模块包括成型平台、平台升降机构和平台旋转机构，所述平台升降机构与所述成型平台传动连接，用于驱动所述成型平台升降，所述平台旋转机构与所述成型平台传动连接，用于驱动所述成型平台旋转，所述成型平台被配置为能在所述固定管模内移动；其中，所述喷嘴的喷射方向朝向所述成型平台，所述固定管模和所述成型平台形成用于成型的成型空间。

于一实施例中，所述坩埚为环状结构，所述坩埚具有用于储存材料的储存腔体以及供辊芯穿过的第一贯穿孔；其中，所述第一贯穿孔的轴线与所述固定管模的轴线为重合设置。

于一实施例中，所述喷嘴设有多个，且绕所述第一贯穿孔的轴线成圆周阵列分布。

于一实施例中，所述辊轴制造装置还包括：预热模块，所述预热模块包括第一加热件，所述第一加热件沿所述第一贯穿孔的轴线方向设于所述坩埚的一侧，用于对所述辊芯进行加热。

于一实施例中，所述喷射模块还包括：连续供液机构，所述连续供液机构与所述储存腔体相连，用于供液。

于一实施例中，所述喷射模块还包括：第二加热件，所述第二加热件设于所述坩埚的外表面。

于一实施例中，所述喷射模块还包括：坩埚测温元件，所述坩埚测温元件设于所述储存腔体内。

于一实施例中，所述喷射模块还包括：外腔室、调压元件和抽真空元件，所述坩埚设于所述外腔室内；所述外腔室上设有进气孔和排气孔；所述抽真空元件与所述排气孔相连；所述调压元件与所述进气孔相连。

于一实施例中，所述喷射模块还包括：气压检测元件。气压检测元件设于所述外腔室，用于检测所述外腔室的气压。

于一实施例中，所述结晶模块还包括：管模测温元件，所述管模测温元件设于所述成型空间内。

于一实施例中，所述辊轴制造装置还包括：冷却模块，所述冷却模块包括第一冷却器和第二冷却器，所述第一冷却器设于所述固定管模，所述第二冷却器设于所述成型平台。

于一实施例中，所述辊轴制造装置还包括：主控模块，所述主控模块与所述喷射模块、所述结晶模块和所述牵引模块电性连接，用于控制。

第二方面，本发明提供一种复合轧辊制造方法，包括：

将辊芯与成型平台固定，令所述辊芯、所述成型平台和固定管模形成一成型空间；

将初始材料通入坩埚内，并令所述坩埚处于预设环境内；

通过所述坩埚上的喷嘴将所述初始材料持续喷射至所述成型空间内，所述初始材料在所述成型空间内累积形成熔池；

令成型平台旋转，部分或者全部的所述熔池在所述成型平台上凝固形成固相；

令所述成型平台向预设方向移动，制得固定在所述辊芯上的辊身外层；

将所述辊芯与所述成型平台分离，得到包括所述辊身外层和所述辊芯的复合轧辊。

本申请与现有技术相比的有益效果是：

本申请能够采用3D打印的方式令辊轴在旋转的成型平台上冷却凝固，改变了金属液大体积凝固的铸造模式和铸造设备，改善了制造的辊轴质量，使得所制成的辊轴晶粒细小，组织均匀，无成分偏析。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一实施例示出的辊轴制造装置的结构示意图。

图2为本申请一实施例示出的辊轴制造装置的结构示意图。

图3为本申请一实施例示出的辊轴制造装置的结构示意图。

图4为本申请一实施例示出的辊轴制造装置的结构示意图。

图5为本申请一实施例示出的坩埚的仰视图。

图6为本申请一实施例示出的辊轴制造装置的结构示意图。

图7为本申请一实施例示出的复合轧辊制造方法的流程示意图。

图8为本申请一实施例示出的复合轧辊的结构示意图。

图9为本申请一实施例提供的复合轧辊金相组织图。

图10为本申请一实施例提供的复合轧辊金相组织图。

图标：100-喷射模块；110-坩埚；111-第一贯穿孔；112-储存腔体；120-坩埚固定支架；130-喷嘴；140-喷嘴阀门；150-连续供液机构；160-第二加热件；170-坩埚测温元件；180-外腔室；181-进气孔；182-排气孔；191-抽真空元件；192-调压元件；193-气压检测元件；200-结晶模块；210-固定管模；220-管模固定支架；230-管模测温元件；300-牵引模块；310-成型平台；320-平台升降机构；330-平台旋转机构；340-导向管；350-辊芯测温元件；400-成型空间；500-预热模块；510-第一加热件；530-瓷管；540-电解棉布层；600-冷却模块；610-第一冷却器；620-第二冷却器；700-主控模块；810-辊芯；820-辊身外层；830-固相；831-固相的上表面；840-熔池；850-复合轧辊；9-辊轴制造装置；550-瓷管固定支架；183-外腔室固定支架。

具体实施方式

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参照图1，其为本申请一实施例示出的辊轴制造装置9的结构示意图。一种辊轴制造装置9，包括：喷射模块100、结晶模块200和牵引模块300。

喷射模块100包括坩埚110和坩埚固定支架120，坩埚固定支架120与坩埚110固定连接，用于使坩埚110固定，坩埚110上设有至少一个喷嘴130。喷嘴130用于喷射液态的初始材料。

结晶模块200包括固定管模210和管模固定支架220，管模固定支架220与固定管模210连接，用于使固定管模210固定。固定管模210用于控制所制作辊轴的横截面形状和尺寸。

牵引模块300包括成型平台310、平台升降机构320和平台旋转机构330，平台升降机构320与成型平台310传动连接，用于驱动成型平台310升降，平台旋转机构330与成型平台310传动连接，用于驱动成型平台310旋转，成型平台310被配置为能在固定管模210内移动，用于制作较大长度的辊轴，其中，为防止漏液，成型平台310的外径与固定管模210的内径相适应，即成型平台310的外径等于固定管模210的内径。平台升降机构320可以包括导轨、液压缸、气缸或者电机等部件。平台旋转机构330可以包括电机、齿轮等部件。

其中，喷嘴130的喷射方向朝向成型平台310，固定管模210和成型平台310形成用于成型的成型空间400。

于一操作过程中，先令喷嘴130关闭，调整成型平台310的位置，成型平台310位于固定管模210内。将熔化后的初始材料通入坩埚110内；控制喷射模块100，初始材料通过喷嘴130进入成型空间400，通过平台旋转机构330使成型平台310保持熔化后的初始材料在成型平台310上累积形成熔体池，熔体池内的初始材料在旋转的成型平台310上冷却凝固，再通过平台升降机构320控制成型平台310升降，将成型空间400内初凝的铸坯连续拉出，最后铸坯达到制备要求尺寸后，且成型空间400中的初始材料完全凝固后，通过成型平台310取出铸锭，将铸锭脱模后可以得到辊轴，关闭辊轴制造装置9，整个制备过程结束。

本实施例能够采用3D打印的方式令辊轴在旋转的成型平台310上冷却凝固，改变了金属液大体积凝固的铸造模式和铸造设备，改善了制造的辊轴质量，使得所制成的辊轴晶粒细小，组织均匀，无成分偏析。

本实施例中，喷嘴130的喷射方向为向下，则喷射模块100位于结晶模块200的上方。通过改变固定管模210的形状，辊轴制造装置9可以用于制造各种尺寸的方辊、扁辊及圆铸辊。本实施例的辊轴制造装置9可以用于制造实心辊轴，也可以通过增加辊芯810用于制造空心辊轴或者复合轧辊850。本实施例的辊轴制造装置9对原材料的要求较低，可以选用的材料范围广，例如辊轴制造装置9可以用于金属铸造，即纯金属的铸造以及合金材料的铸造，金属材料可以是钢铁材料、纯铝及铝合金、纯铜及铜合金、纯锌及锌合金、镁合金、纯钛及钛合金；也可以用于运用粉末状金属或塑料等可粘合材料的3D打印。

请参照图2，其为本申请一实施例示出的辊轴制造装置9的结构示意图。为了制造空心辊轴或者复合轧辊850，需在成型平台310上固定一个已经制备完成的辊芯810，辊芯810可以随着成型平台310的移动而移动，随着成型平台310的旋转而旋转。辊芯810穿设在固定管模210内，则成型空间400为由成型平台310的上表面、固定管模210的内表面和辊芯810的外表面围成。辊芯810的形状和尺寸以及固定管模210的形状和尺寸均由最终所需制备的辊轴决定。

喷射模块100还包括：外腔室180、调压元件192和抽真空元件191，坩埚110设于外腔室180内；外腔室180上设有进气孔181和排气孔182；抽真空元件191与排气孔182相连，用于将外腔室180抽真空；调压元件192与进气孔181相连，调压元件192可以是储气盒和气泵等充气组件，调压元件192通过向外腔室180内充入适量氮气或者氩气等惰性气体，调控外腔室180的气压，令外腔室180与成型空间400之间具有一定的压差，从而利于喷嘴130喷射，初始材料可以沉积在成型空间400内。进气孔181和排气孔182上可以带有阀门，用于控制进气孔181和排气孔182的开闭。外腔室180可以通过外腔室固定支架183固定。

喷射模块100还包括：第二加热件160，第二加热件160设于坩埚110的坩埚110的外表面，用于加热或者保温坩埚110内的材料，使坩埚110内的材料保持为液态并保持一定的过热度。第二加热件160可以包括多个电热片、加热管或者电磁感应线圈等元件，均匀地直接固定在坩埚110的外表面上。

本实施例中，坩埚110为环状结构，坩埚110具有用于储存材料的储存腔体112以及供辊芯810穿过的第一贯穿孔111(请参照图1)；其中，辊芯810的轴线、第一贯穿孔111的轴线与固定管模210的轴线为重合设置。相应地，外腔室180也为环状结构，具有用于储存坩埚110和气体的腔体、供喷嘴130穿过的喷孔以及供辊芯810穿过的贯穿孔。喷嘴130设有多个，且绕第一贯穿孔111的轴线成圆周阵列分布。如此设置，不仅结构紧凑，节省空间，且喷嘴130所喷射的液流环绕辊芯810，可以使被喷射的初始材料与辊芯810实现良好的冶金结合。

其中，第一贯穿孔111的孔径大于或者等于辊芯810的孔径，贯穿孔的孔径大于或者等于辊芯810的孔径，以防止坩埚110和外腔室180干扰辊芯810的移动。

喷射模块100还包括：坩埚测温元件170，坩埚测温元件170设于储存腔体112内。坩埚测温元件170可以是温度传感器或热电偶等测温元件，用于检测坩埚110内材料的温度或者检测坩埚110的环境温度。坩埚测温元件170可以设有一个或者多个。

本实施例中，喷射模块100还包括：连续供液机构150，连续供液机构150与储存腔体112相连，用于供液。初始材料可以在中频炉等熔炼设备中熔炼，达到出炉温度后，将合金钢液通过连续供液机构150浇入到被第二加热件160保温的坩埚110中。连续供液机构150可以包括存储盒和泵等组件，可以外腔室180内，也可以设于外腔室180外。

于一其他的实施例中，初始材料可以是固态的，初始材料在坩埚110内通过第二加热件160加热熔化转为液态。

辊轴制造装置9还包括：预热模块500，预热模块500包括用于对辊芯810进行加热的第一加热件510，第一加热件510沿第一贯穿孔111的轴线方向设于坩埚110的一侧，即第一加热件510可以设于坩埚110的上方或者下方，只要在成型平台310的上方即可。第一加热件510可以包括多个电热片、加热管或者电磁感应线圈等元件。本实施例中，预热模块500设于坩埚110的上方。

请参照图3，其为本申请一实施例示出的辊轴制造装置9的结构示意图，并请同时参照图2。于一操作过程中，将辊芯810与成型平台310固定，并令成型平台310处于固定管模210的区域内；将熔化的金属液通过连续供液机构150通入坩埚110内，并令坩埚110与成型空间400产生压差；通过喷嘴130将金属液持续喷射至成型空间400内，金属液在成型空间400内累积形成熔池840。

在熔池840形成前或熔池840形成后令成型平台310旋转，部分或者全部的熔池840在旋转的成型平台310上在冷却机构的作用下快速凝固形成固相830；令成型平台310在保持旋转状态的同时以一定速度向下移动，部分凝固的固相830以及辊芯810随着成型平台310的运动而运动，同时使金属液通过喷嘴130连续性地注入成型空间400内，固相的上表面831可以继续形成或者保留部分的熔池840，熔池840逐渐凝固在辊芯810上形成辊身外层820；最后铸坯达到制备要求尺寸后，坩埚110不再充入金属液，待坩埚110中的金属液消耗完毕，且成型空间400中的金属液完全凝固后，通过成型平台310取出辊芯810和设置在辊芯810上的辊身外层820，脱模后可以得到成品，关闭辊轴制造装置9，整个制备过程结束。

其中，在脱模过程中，可以将辊芯810连通辊身外层820与成型平台310分离，无需将辊芯810与辊身外层820分离，从而可以获得实心的复合轧辊。故本实施例直接在辊芯810上镀了一层相异的材料，形成包含辊身外层820和辊芯810的复合轧辊。

由于本实施例在复合轧辊850成型过程中，喷嘴130喷射的液流是在压差作用下冲击熔池840，可以避免网状共晶碳化物的形成，且在复合轧辊850成型过程中喷嘴130喷射的液流持续地冲击熔池840，温度梯度始终恒定，凝固速率稳定，可以降低最后成品孔隙的产生，且由于部分凝固的固相830以及辊芯810随着成型平台310的旋转而旋转，可以使得材料液态的初始材料均匀混合，制得的复合轧辊850无成分偏析，晶粒细小，组织均匀，韧性较强。

再者本实施例可以通过控制成型平台310的移动距离，控制辊轴的高度，从而可以制得大尺寸的辊轴，且结构简单，成本较低，易于实现产业化。本实施例的喷射模块100、结晶模块200、牵引模块300和预热模块500均可独立拆卸，利于更换，延长了辊轴制造装置9的使用寿命。

于一其他的实施例中，可以通过控制喷嘴130间隔性的开闭，使金属液通过喷嘴130间隔性地注入成型空间400内。如此设置，与本实施例的连续性供液相比，连续性供液可以通过控制坩埚110与成型空间400的气压差来调节液流速度，保证注入熔池的流量，且可以通过调节液流速度来调节液流冷却速度，以使熔池表面的金属液不会完全凝固，在复合轧辊850成型过程中喷嘴130喷射的液流能够持续地冲击未凝固的熔池840表面，从而使得温度梯度始终恒定，凝固速率稳定，可以降低最后成品孔隙的产生；而间隔性地注入可能会引起凝固分层，故本实施例的连续性供液相较于间隔性供液，其最终成品的均匀性较好。

请参照图4，其为本申请一实施例示出的辊轴制造装置9的结构示意图。辊轴制造装置9还包括：冷却模块600，冷却模块600包括第一冷却器610和第二冷却器620，第一冷却器610设于固定管模210，第二冷却器620设于成型平台310。第一冷却器610和第二冷却器620可以是水冷机构或者风冷机构，用于对成型空间400内的材料进行冷却，从而可以加快其凝固过程。

牵引模块300还包括：导向管340，导向管340设于预热模块500的上方，导向管340的内径大于或者等于辊芯810的外径。导向管340为固定不动的，辊芯810可以穿设在导向管340内，用于限制辊芯810的移动范围。

预热模块500还包括瓷管530，瓷管530套设于辊芯810外；第一加热件510设于瓷管530的外表面，瓷管530的材质可以陶瓷，不仅可以绝缘，而且易于传导热量。瓷管530的内表面上还可以设有用于保温的电解棉布层540。瓷管530可以通过瓷管固定支架550固定。

喷射模块100还可以在外腔室180设置气压计或者气压传感器等气压检测元件193，用于检测外腔室180的气压。

结晶模块200还可以在成型空间400设置管模测温元件230，用于检测成型空间400内的铸坯或金属液的温度。管模测温元件230可以是温度传感器或者热电偶。

牵引模块300还可以在预热模块500的下方设置辊芯测温元件350，用于检测经预热模块500预热后的辊芯810的温度。辊芯测温元件350可以是红外测温仪。

请参照图5，其为本申请一实施例示出的坩埚110的仰视图。一个喷嘴130上设有一个喷嘴阀门140，喷嘴阀门140的设置，利于控制喷嘴的开启和关闭。阀门可以是电动阀门或者手动阀门。

当喷嘴阀门140为电动阀门时，所有喷嘴130上的喷嘴阀门140可以联动控制，易于实现自动化。本实施例中，喷嘴130设有六个。

喷嘴130的内孔可以是圆台孔，孔径由上至下依次减小，喷嘴130的内孔也可以是圆柱形孔。

请参照图6，其为本申请一实施例示出的辊轴制造装置9的结构示意图。辊轴制造装置9除手动控制外，还可以是自动控制。辊轴制造装置9还包括主控模块700，主控模块700包括人机交互界面、处理器、收发器和控制器等电子器件。人机交互界面可以为显示屏、触摸屏、按键、旋钮、开关和摇杆等计算机输入、输出设备。

主控模块700与喷射模块100、结晶模块200和牵引模块300电性连接，用于实现自动化控制、信息接收及信息处理。主控模块700将辊轴制造装置9中各模块的数据收集和控制集成在一起，实现喷嘴阀门140开闭控制，坩埚110测温、坩埚110加热控制、外腔室180压力测量、外腔室180压力控制、固定管模210测温、牵引模块300控制等功能。

本实施例中，主控模块700还与冷却模块600和预热模块500电性连接，用于控制冷却模块600和预热模块500。

请参照图7，其为本申请一实施例示出的复合轧辊850制造方法的流程示意图。请本方法可以使用于如图1至图6所示的辊轴制造装置9，用于制造图8所示的复合轧辊850。复合轧辊850制造方法可以包括如下步骤：

步骤S101：将辊芯810与成型平台310固定，令辊芯810、成型平台310和固定管模210形成一成型空间400。

由于制造复合轧辊850，需要在成型平台310固定一个辊芯810。本步骤中，辊芯810与成型平台310的固定方式可以卡扣连接、装夹固定或者螺栓连接等方式。

步骤S102：将初始材料通入坩埚110内，并令坩埚110处于预设环境内。

本步骤中的初始材料可以是完全熔化的液态金属。本步骤可以通过连续供液机构150将初始材料通入坩埚110内，此时喷嘴130可以是关闭状态或者开启状态。

本步骤的预设环境可以是预设温度T1和预设气压P1，预设气压P1可以通过抽真空元件191、调压元件192和气压检测元件193进行调控，例如先抽真空，后充入惰性气体。预设温度T1可以通过第二加热件160和坩埚测温元件170进行调控。

其中，T1为高于初始材料的熔点150-250℃，P1为高于1个大气压(常压)0.5-2MPa,即T1＝Tm+(150-250)℃,P1＝1atm+(0.5-2)MPa。如此设置，可以实现良好冶金结合，组织均匀细小，过高过低都会影响冶金质量。

例如：若T1小于Tm+(150-250)℃，液态金属黏度大，流动性差，不易于液态打印。若P1小于1atm+(0.5-2)MPa,冲击力不够，无法打断共晶相，若P1大于1atm+(0.5-2)MPa，不利于整个装备的受压能力和沉积速度的控制。

且由于坩埚110与辊芯810的温度差以及坩埚110与成型空间400的气压差可以控制复合轧辊850沉积成型速度，成型空间400的气压为1个大气压，辊芯810的温度和预热模块500有关，故可以通过精准调整坩埚110的温度、辊芯810的温度以及坩埚110的气压，来调控复合轧辊850沉积成型速度。

本步骤之后，仍可以通过喷射模块100持续控制令坩埚110处于预设温度T1和预设气压P1的环境内。

步骤S103：通过坩埚110上的喷嘴130将初始材料持续喷射至成型空间400内，初始材料在成型空间400内累积形成熔池840。

在本步骤之前可以先通过预热模块500对辊芯810进行预热，并可以通过第一加热件510和辊芯测温元件350控制辊芯810预热的温度。辊芯810预热的温度是冶金结合的关键，过高过低都会影响冶金质量，若辊芯810预热的温度过低起不到预热的作用，辊芯810和高温熔体接触容易产生热裂纹，辊芯810预热的温度过高，容易造成辊芯810的软化，使得最终成品结构不够稳固。辊芯810预热的温度需要低于初始材料的熔点，于一实施例中，当初始材料为45号钢时，辊芯810预热的温度为950-1100℃。

本步骤中，初始材料在成型空间400内的成型平台310上累积形成熔池840，准备进行凝固。在本步骤中，成型平台310可以处于旋转状态或非旋转状态。

步骤S104：令成型平台310旋转，部分或者全部的熔池840在成型平台310上凝固形成固相830。

本步骤可以通过平台旋转机构330令成型平台310旋转，则可以对熔池840起到一定的搅拌作用，以使得所制成的辊轴晶粒细小，组织均匀，无成分偏析。

步骤S105：令成型平台310向预设方向移动，制得固定在辊芯810上的辊身外层820。

本步骤的预设方向为向下，将成型平台310穿过固定管模210，在本步骤中，喷嘴130始终保持开启状态，进行连续性供液。在供液过程中，可以通过控制坩埚110与成型空间400的气压差来调节液流速度，保证注入熔池的流量，且可以通过调节液流速度来调节液流冷却速度，以使熔池表面的金属液不会完全凝固，在复合轧辊850成型过程中喷嘴130喷射的液流能够持续地冲击未凝固的熔池840表面，从而使得温度梯度始终恒定，凝固速率稳定，可以降低最后成品孔隙的产生。

本步骤中，可以通过管模测温元件230，测得固相的上表面831内熔池840的温度，根据管模测温元件230测得温度控制成型平台310的速度。例如，当一层未凝固的熔池840表面温度降至0.5倍至0.7倍初始材料的熔点时，(0.5-0.7)Tm，再控制成型平台310的下降一定的距离，进行下一层液态打印。

其中，成型平台310的转速为60-200r/min，成型平台310的下降速率为5-10cm/min。成型平台310的转速和成型平台310的下降速率是相辅相成的，若成型平台310的转速和下降速率有一个不在上述范围时，容易令熔体冷却效果不佳，容易造成相邻两个液态打印层之间的相互结合，使得最终成品的冶金质量等达不到理想的效果。

于一其他的实施例中，可以通过控制喷嘴130的开启或者关闭，从而可以间隔性地输出初始材料。例如：先开启喷嘴130，向固相的上表面831输出初始材料形成一层新的熔池840，关闭喷嘴130，部分或全部新的熔池840在固定管模210的作用下凝固，形成一层液态打印层后，接着开启喷嘴130，输出初始材料形成下一层新的熔池840，关闭喷嘴130，形成一层新的液态打印层，反复循环制得预设尺寸的辊身外层820。

步骤S106：将辊芯810与成型平台310分离，得到包括辊身外层820和辊芯810的复合轧辊850。

本步骤之前，为了防止辊身外层820和辊芯810产生裂纹，步骤S105的产物进行退火处理。退火处理的退火温度为580-700℃，保温时间为2-4小时，随炉冷却。

本步骤之后，可以对复合轧辊850进行粗加工，以达到所要求的尺寸要求，随后进行淬火回火热处理，提高复合轧辊850的硬度与耐磨性。

于一实施例中，先对复合轧辊850进行粗加工，再将粗加工复合轧辊850加热到1050-1200℃，接着进行保温，保温时间由复合轧辊850的尺寸决定，接着进行风冷淬火，然后在520-600℃的温度下回火三次，每次保温时间1小时，结束后出炉冷却至室温，最后对复合轧辊850进行精车磨削处理，以达到所要求的尺寸，得到所要制备的复合轧辊850。

复合轧辊850可以是复合高速钢轧辊、高铬铸铁轧辊、半钢轧辊、或者高合金无限冷硬铸铁轧辊，其中复合轧辊850具有优异的高硬度，高耐磨性和良好的淬透性。

请参照图9和图10，其为本申请一实施例提供的复合轧辊850金相组织图。于一实施例中，申请人对图1至图6所示的辊轴制造装置9以及图7所示的复合轧辊850制造方法进行了试验。

试验目标：铸造复合高速钢轧辊，材料为45号钢。

试验参数包括：

辊芯810的预热温度为1050℃左右，坩埚110与成型空间400的气压差小于2MPa，坩埚110的保温温度为45号钢的熔点与200℃的和，即1695℃左右。成型平台310的转速为120r/min，成型平台310的下降速率为8cm/min。

经光学显微镜和直读光谱仪检测，制备的复合高速钢轧辊晶粒细小均匀，晶粒平均尺寸小于10微米，无成分偏析和粗大的碳化物，组织均匀，金相组织图如图9和图10所示。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种辊轴制造装置，其特征在于，包括：

喷射模块，包括坩埚和坩埚固定支架，所述坩埚固定支架与所述坩埚固定连接，用于使所述坩埚固定，所述坩埚上设有至少一个喷嘴，所述喷嘴上设有喷嘴阀门；

结晶模块，包括固定管模和管模固定支架，所述管模固定支架与所述固定管模连接，用于使所述固定管模固定；以及

牵引模块，包括成型平台、平台升降机构和平台旋转机构，所述平台升降机构与所述成型平台传动连接，用于驱动所述成型平台升降，所述平台旋转机构与所述成型平台传动连接，用于驱动所述成型平台旋转，所述成型平台被配置为能在所述固定管模内移动，所述成型平台在保持旋转状态的同时在所述固定管模内向下移动；

其中，所述喷嘴的喷射方向朝向所述成型平台，所述固定管模和所述成型平台形成用于成型的成型空间。

2.根据权利要求1所述的辊轴制造装置，其特征在于，所述坩埚为环状结构，具有用于储存材料的储存腔体以及供辊芯穿过的第一贯穿孔；

其中，所述第一贯穿孔的轴线与所述固定管模的轴线为重合设置，所述喷嘴设有多个，且绕所述第一贯穿孔的轴线成圆周阵列分布。

3.根据权利要求2所述的辊轴制造装置，其特征在于，所述辊轴制造装置还包括：

预热模块，包括第一加热件，沿所述第一贯穿孔的轴线方向设于所述坩埚的一侧，用于对所述辊芯进行加热。

4.根据权利要求2所述的辊轴制造装置，其特征在于，所述喷射模块还包括：

连续供液机构，与所述储存腔体相连，用于供液。

5.根据权利要求2所述的辊轴制造装置，其特征在于，所述喷射模块还包括：

第二加热件，设于所述坩埚的外表面；以及

坩埚测温元件，设于所述储存腔体内。

6.根据权利要求1所述的辊轴制造装置，其特征在于，所述喷射模块还包括：

外腔室，所述坩埚设于所述外腔室内；所述外腔室上设有进气孔和排气孔；

抽真空元件，与所述排气孔相连；以及

调压元件，与所述进气孔相连；

气压检测元件，设于所述外腔室，用于检测所述外腔室的气压。

7.根据权利要求1所述的辊轴制造装置，其特征在于，所述结晶模块还包括：

管模测温元件，设于所述成型空间内。

8.根据权利要求1至7任一项所述的辊轴制造装置，其特征在于，所述辊轴制造装置还包括：

冷却模块，包括第一冷却器和第二冷却器，所述第一冷却器设于所述固定管模，所述第二冷却器设于所述成型平台。

9.根据权利要求1所述的辊轴制造装置，其特征在于，所述辊轴制造装置还包括：

主控模块，与所述喷射模块、所述结晶模块和所述牵引模块电性连接，用于控制。

10.一种利用如权利要求1至9任一项所述的辊轴制造装置的复合轧辊制造方法，其特征在于，包括：

将辊芯与成型平台固定，令所述辊芯、所述成型平台和固定管模形成一成型空间；

将初始材料通入坩埚内，并令所述坩埚处于预设环境内；

通过所述坩埚上的喷嘴将所述初始材料持续喷射至所述成型空间内，所述初始材料在所述成型空间内累积形成熔池；

令成型平台旋转，部分或者全部的所述熔池在所述成型平台上凝固形成固相；

令所述成型平台向预设方向移动，制得固定在所述辊芯上的辊身外层，根据管模测温元件测得固相的上表面内熔池的温度，控制所述成型平台的速度，所述成型平台的转速为60-200r/min，所述成型平台的下降速率为5-10cm/min，所述成型平台的转速和所述成型平台的下降速率相辅相成；

将所述辊芯与所述成型平台分离，得到包括所述辊身外层和所述辊芯的复合轧辊。

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