专利名称：模切辊、压切辊或压痕辊的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种以低碳钢、中碳钢、高碳钢、低碳合金钢、中碳合金钢或高碳合金钢为坯料的辊子表面激光熔覆方法，尤其涉及一种模切辊、压切辊或压痕辊以温控激光表面粉末冶金涂层的制造方法，该方法用来制造辊上的高钒合金钢刀刃。
背景技术：
现有的模切辊，压切辊或压痕辊均采用高碳或高合金钢制造，材料成本高，机加工以及热处理工艺复杂，使用寿命低，并导致产品质量问题。采用激光熔覆方法是一种新技术，它可以大大的降低材料成本，提高辊子的使用寿命。但激光表面粉末冶金涂层对高钒合金钢的粉末材料一直是个高难度的工艺。这种工艺的难度在可用的技术参数范围很小，常见的困难是出现气孔与开裂，导致涂覆失败。
发明内容本发明的目的在于提供一种模切辊、压切辊或压痕辊的制造方法，它解决了激光表面粉末冶金涂层材料及工艺参数问题，克服了现有技术的缺陷。该制造方法采用温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层及相关工艺参数，降低了材料成本，提高了模切辊、压切辊以及压痕辊的使用寿命。
本发明是这样实现的一种模切辊、压切辊或压痕辊的制造方法，按下列步骤进行(1)已加工过的实心辊筒；(2)对实心辊筒采用温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层；(3)对涂覆后的实心辊筒进行磨削加工；(4)再进行电火花线切割加工，达到辊上刀刃需要的几何形状；
所述实心辊筒坯料为低碳钢、中碳钢、高碳钢、低碳合金钢、中碳合金钢或高碳合金钢；所述温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层所用的材料成分重量百分比为钒(V)7～16.3，碳(C)1.6～3.4，锰(Mn)0.3～0.7，硅(Si)0.8～1.0，铬(Cr)5.25～5.95，钼(Mo)1.7～2.3，硫(S)0～0.1，铁(Fe)和杂质71.97～80.45；所述温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层的工艺参数为涂层表面温度设定1600℃～2300℃；激光输出功率1.5kw～6.0kw；激光圆光斑直径 3mm～7mm；离焦距 35mm～55mm；激光圆光斑扫描线速度2mm/s～16mm/s；粉末涂层送粉率 7g/min～15g/min。
本发明采用温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层，及相关工艺参数，通过温控反馈来控制激光能量，保持工艺的稳定，解决了涂层易出现气孔与开裂的问题，可大大降低材料成本，提高了模切辊、压切辊以及压痕辊的使用寿命。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图1为温控反馈激光控制装置原理图。
图中1激光发射器，2激光束，3、4转向平面镜，5光学聚焦镜，6聚焦激光束，7a送粉器喷嘴，7b送粉器，8温度检测器，9温度反馈控制器，10辊筒，11三维加一旋转步加工机械系统。
具体实施方式
一种模切辊、压切辊或压痕辊的制造方法，包括以下步骤(1)已加工过的实心辊筒，实心辊筒坯料为低碳钢、中碳钢、高碳钢、低碳合金钢、中碳合金钢或高碳合金钢；(2)对实心辊筒采用温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层；
(3)对涂覆后的实心辊筒进行磨削加工；(4)再进行电火花线切割加工，达到辊上刀刃需要的几何形状。
对实心辊筒采用温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层，温控反馈激光控制装置的工作原理参见图1，其温度控制反馈主要包括温度检测器8、温度反馈控制器9和光学聚焦镜5。激光束2从激光发射器1射出，经转向平面镜3、4变向后送入光学聚焦镜5，激光束2经光学聚焦镜5聚焦后将由送粉器喷嘴7a喷出的粉末熔融在辊筒10表面，辊筒10被置于三维加一旋转步加工机械系统11上；温度检测器8置于光学聚焦镜5一侧，温度检测器8既能准确检测到辊筒10上激光涂层的熔池温度，又不能被激光束烧掉；温度检测器8将检测到的信号送入温度反馈控制器9，温度反馈控制器9将收到的信号经过类比数位转换器转为类比信号，再与设定的温度来比较，温度如果比设定值高，激光发射器1输出的激光功率便调小，反之则调大。此反应速度高达在10ns之内，足以即时控制辊筒10上激光涂层的熔池温度。具体的实施例为下面三个实施例1，压切辊低成本高碳合金钢辊φ9.9英寸×32英寸；温控激光表面冶金粉末涂层所用的材料主要成分重量百分比钒V 碳C 锰Mn 硅Si 铬Cr钼Mo硫S 铁Fe和杂质高钒合金钢A 7％ 1.6％ 0.7％1.0％5.95％2.3％ 0 80.45％温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层的工艺参数为涂层表面温度设定2200℃±50℃激光输出功率2.5kw～6.0kw激光圆光斑直径 4mm离焦距 40mm激光圆光斑扫描线速度4mm/s粉末涂层送粉率 12g/min电火花线切割加工每小时烧掉1立方英寸的钢材，保持刀刃尺寸的精确度到±0.001英寸。
实施例2，压切辊低成本中碳合金钢辊φ10英寸×24英寸；
温控激光表面冶金粉末涂层所用的材料主要成分重量百分比钒V碳C锰Mn 硅Si 铬Cr 钼Mo 硫S 铁Fe高钒合金钢C 16.3％ 3.4％0.5％0.8％5.25％ 1.7％0.08％71.97％温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层的工艺参数为涂层表面温度设定 1700℃±50℃激光输出功率 2.5kw～6.0kw激光圆光斑直径6mm离焦距50mm激光圆光斑扫描线速度 2mm/s粉末涂层送粉率8g/min放电加工每小时烧掉1立方英寸的钢材，保持刀刃尺寸的精确度到±0.001英寸。
实施例3，模切带压痕辊低成本低碳钢辊φ17英寸×48英寸；温控激光表面冶金粉末涂层所用的材料主要成分重量百分比钒V 碳C锰Mn硅Si 铬Cr钼Mo硫S铁Fe高钒合金钢B 9.5％2.7％ 0.3％ 1.0％ 5.35％2.1％ 0.1％78.95％温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层的工艺参数为涂层表面温度设定2000℃±50℃激光输出功率1.5kw～6.0kw激光圆光斑直径 5mm离焦距 38mm激光圆光斑扫描线速度16mm/s粉末涂层送粉率 14g/min电火花线切割加工每小时烧掉1立方英寸的钢材，保持刀刃尺寸的精确度到±0.001英寸。
本发明对20公分到60公分直径的中大型的模切辊、压切辊或压痕辊来说，在低成本的材料辊上利用温控激光表面冶金粉末涂层，涂上一层0.1到0.25公分厚，占小于10％总面积的高钒合金钢的刀刃胚，其材料成本可降低到75％，刀刃耐磨性可提高1.5倍到4.5倍，耐冲击性可提高5倍到9倍。
权利要求
1.一种模切辊、压切辊或压痕辊的制造方法，其特征是按下列步骤进行(1)已加工过的实心辊筒；(2)对实心辊筒采用温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层；(3)对涂覆后的实心辊筒进行磨削加工；(4)再进行电火花线切割加工，达到辊上刀刃需要的几何形状；所述实心辊筒坯料为低碳钢、中碳钢、高碳钢、低碳合金钢、中碳合金钢或高碳合金钢；所述温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层所用的材料成分重量百分比为钒(V)7～16.3，碳(C)1.6～3.4，锰(Mn)0.3～0.7，硅(Si)0.8～1.0，铬(Cr)5.25～5.95，钼(Mo)1.7～2.3，硫(S)0～0.1，铁(Fe)和杂质71.97～80.45；所述温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层的工艺参数为涂层表面温度设定1600℃～2300℃；激光输出功率1.5kw～6.0kw；激光圆光斑直径 3mm～7mm；离焦距 35mm～55mm；激光圆光斑扫描线速度2mm/s～16mm/s；粉末涂层送粉率 7g/min～15g/min。
全文摘要
本发明涉及一种以低、中、高碳钢或合金钢为坯料的辊子以温控激光表面粉末冶金涂层的制造方法。一种模切辊、压切辊或压痕辊的制造方法，是对已加工过的实心辊筒采用温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层，对涂覆后的实心辊筒进行磨削加工，再进行电火花线切割加工，达到辊上刀刃需要的几何形状；所述温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层所用的材料成分重量百分比为钒(V)7～16.3，碳(C)1.6～3.4，锰(Mn)0.3～0.7，硅(Si)0.8～1.0，铬(Cr)5.25～5.95，钼(Mo)1.7～2.3，硫(S)0～0.1，铁(Fe)和杂质71.97～80.45；并设置温控激光表面高钒合金钢冶金粉末涂层的工艺参数。本发明可大大降低材料成本，提高模切辊、压切辊和压痕辊的使用寿命。
文档编号C23C24/10GK1651606SQ20041006646
公开日2005年8月10日 申请日期2004年9月16日 优先权日2004年9月16日
发明者许正仁 申请人:许正仁