解讀關(guān)于瓦楞輥的設(shè)計(jì)與制造知識(shí)
2014/11/13 9:24:59 點(diǎn)擊：
瓦楞輥是瓦楞紙箱生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的部件。瓦楞輥的制造方法、材料選材以及楞型的設(shè)計(jì)都會(huì)對(duì)瓦楞輥的成本和性能產(chǎn)生很大的影響。當(dāng)我們了解了瓦楞輥制造的各個(gè)步驟之后，就會(huì)對(duì)此有更清楚的認(rèn)識(shí)。
瓦楞輥的選材
鋼材因其較高的性價(jià)比而成為制造瓦楞輥的首選材料。鋼材是在鐵中加入適量的碳元素并經(jīng)過鍛造而成的合金。此外還可以加入錳、鉻、鉬、硅和鋰等其它元素的合金，從而使合金鋼獲得某些特殊性能。制造瓦楞輥選用鋼材的最終規(guī)格又取決于各瓦楞輥供應(yīng)商的選材標(biāo)準(zhǔn)。供應(yīng)商必須要考慮這種壓力容器生產(chǎn)的相關(guān)法規(guī)和所用材料的成本、性能和市場(chǎng)供應(yīng)情況。鋼材的生產(chǎn)工藝是先將鑄鐵熔化后加入合金元素。然后把鋼水倒進(jìn)鋼模，使之凝固成一個(gè)重達(dá)50噸的鋼錠。這塊鋼錠經(jīng)加熱和鍛壓變成圓柱體的鋼坯，這便是瓦楞輥的坯料。
優(yōu)質(zhì)瓦楞輥是由實(shí)心鍛件制造而成。鍛造工藝(包括熱軋鋼坯)可以改變和致密化鋼的紋理結(jié)構(gòu)，并由此增強(qiáng)鋼的密度和強(qiáng)度，提高穩(wěn)定性。穩(wěn)定性在隨后的加工(比如熱處理)中起著非常關(guān)鍵的作用，它能確保輥體不會(huì)扭曲變形。
把鋼錠加工成鋼塊、鋼坯和鋼板時(shí)，所有的鋼都經(jīng)歷了不同程度的鍛造。接下來的工序中，鋼錠還要經(jīng)過拉拔加工以最終成型。這樣，鋼里面所有不能溶解的雜質(zhì)(在最初的鍛造中雜質(zhì)會(huì)集中到鋼錠的中央)會(huì)被保留下來并成為成品瓦楞輥的一部分。微觀上這些雜質(zhì)呈現(xiàn)出纖維紋理，與木材中的紋理結(jié)構(gòu)很相似。但是，軟木和硬木的結(jié)構(gòu)有所不同：硬木的紋理結(jié)構(gòu)很光滑致密，而軟木的則很疏松。同樣地，千錘百煉后形成的具有光滑致密紋理結(jié)構(gòu)的鋼材的硬度較高，是制作瓦楞輥的優(yōu)質(zhì)材料。
瓦楞輥的加工
把鍛造過的圓鋼坯放進(jìn)車床，對(duì)其外徑和兩個(gè)端面進(jìn)行粗加工，做成端面平行的規(guī)則圓柱體。再把加工過的鋼坯放入另外一個(gè)機(jī)器里去除輥芯。圓柱體的一端被緊緊地固定住，帶雜質(zhì)的鋼坯被開孔去除輥芯(就像蘋果被去核一樣)。許多供應(yīng)商都會(huì)把去除輥芯后的鋼坯放置幾個(gè)星期，以便釋放鋼坯內(nèi)部的應(yīng)力。
輥體內(nèi)外徑大小將決定輥壁的厚度。由于厚度會(huì)影響到瓦楞輥的導(dǎo)熱性能，所以是一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。另外，輥體質(zhì)量和硬度也會(huì)受此影響，進(jìn)而影響到輥體的自有頻率或振動(dòng)反應(yīng)。
瓦楞輥的兩端經(jīng)過反向鉆孔，以便安裝短軸或軸頸。在這一中間環(huán)節(jié)往往需要進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。軸頸(鍛造后成型)端部經(jīng)過粗加工，加工時(shí)要預(yù)留一定尺寸待后續(xù)加工。軸頸端部也需進(jìn)行特殊處理(如熱處理)以釋放輥體內(nèi)的應(yīng)力。
軸頸現(xiàn)在就可裝入輥體中。裝配時(shí)可以把輥體兩端加熱膨脹，也可以把輥頸浸入液態(tài)氮中使其遇冷收縮，以便順利裝配。當(dāng)輥軸裝入輥體內(nèi)并恢復(fù)到常溫后，通過預(yù)熱、焊接連接處，或使用螺栓等方法在軸頸和輥體之間形成一個(gè)堅(jiān)固的密合界面。焊接時(shí)要特別小心仔細(xì)。成品瓦楞輥運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輥體溫度不斷升高，同時(shí)還承受著輥體內(nèi)部的蒸汽壓力，這就形成了所謂的“壓力容器”。鑒于此，輥體與輥軸的接縫處必須通過壓力測(cè)試，并通過國(guó)內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)。
把裝配好的瓦楞輥放回車床進(jìn)行再加工，所有的直徑尺寸都要比成品稍大一些。由于所有的軸同步旋轉(zhuǎn)，所以必須確保它們是同心軸。這對(duì)單面機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)非常重要。這次加工后的輥還要接受檢查，檢查內(nèi)容包括磁粉探傷檢測(cè)上文提到的壓力檢測(cè)試。
下一個(gè)步驟就是把輥放到刨床上刻出大致的瓦楞形狀。為此，單點(diǎn)式刻刀沿軸向來回移動(dòng)刻出凹槽，直到刻出指定的楞深，這個(gè)工序需多次重復(fù)。當(dāng)輥的整個(gè)圓周都被刻上凹槽后，降低刻刀，重復(fù)上面的操作，刻出微深一些的凹槽。刻楞型是還可以借助目前使用較普遍的滾銑刀。操作的時(shí)候，同時(shí)刻出輥體沿圓周方向瓦楞。這些還只是粗加工工序，僅刻出了楞的大致形狀。最后，通過碾磨或研磨，瓦楞輥的楞才最終成型。
現(xiàn)在就可以對(duì)輥進(jìn)行硬化處理。經(jīng)過一道道熱處理工序，瓦楞輥表面變得更加耐磨、耐用。
硬化之后，根據(jù)用戶使用的紙型和(或)楞型，沿輥體圓周按一定的間隔切割凹槽，以供真空施壓或?qū)ёΧㄎ弧．?dāng)然，這些凹槽的間隔也可根據(jù)瓦楞輥制造商的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)來切割。在輥體端側(cè)的凹槽距輥端較近，以更好地支撐紙的邊緣(真空吸附式或壓力式)。這些凹槽是用金剛石盤刀刻進(jìn)輥面的。一些制造商在輥硬化之前就刻槽了，因?yàn)榧庸ぼ浀牟牧舷鄬?duì)來說容易一些。理論上講，這會(huì)使輥在后面的加熱過程出現(xiàn)問題，凹槽部分硬度會(huì)有所變化。只有當(dāng)供應(yīng)商認(rèn)識(shí)到金屬的局限性并在加熱過程中多加小心，這種潛在的問題才可避免。
至此，瓦楞輥的加工過程可以說基本結(jié)束。熱處理后的輥被放在磨床上完成楞型的輪廓加工。用金剛砂磨床將所需的楞型刻入研磨輪，每研磨完一定數(shù)量的凹槽，這個(gè)輪就需要打磨一下以保證楞型的精密度。但是，這種研磨過程有兩個(gè)缺點(diǎn)。第一就是金剛砂磨床的刀具非常昂貴。而且供應(yīng)商只能用已經(jīng)購買的金剛砂磨床加工固定的楞型。第二，每個(gè)金剛砂磨床已經(jīng)按照特定的輥的直徑和楞間距(單面機(jī)供應(yīng)商提供的輥的直徑規(guī)格)進(jìn)行研磨。輥筒的重新加工包括對(duì)輥重新研磨以減小直徑，意味著調(diào)整楞型并且增加收縮率。另外一種克服了這些缺陷的打磨系統(tǒng)是使用電腦控制的金剛砂磨床，可以改變研磨輪的形狀以適應(yīng)多種楞型的研磨。當(dāng)使用這套系統(tǒng)時(shí)，還可對(duì)楞尖弧度進(jìn)行修改，從而減少或消除翻修輥經(jīng)常存留的影響伸縮率的不利因素。
部分輥筒需要進(jìn)行進(jìn)一步的表面處理，比如鍍鉻或碳化鎢噴涂。由于供應(yīng)商的要求不同，這些輥在出廠之前的需要接受的檢測(cè)也有所不同。尺寸檢查應(yīng)該和強(qiáng)度檢測(cè)、模擬運(yùn)行一起進(jìn)行，以充分地保證瓦楞輥的性能。每一套輥筒應(yīng)附有一份完整的說明書。這樣，使用者和制造者在以后的翻修中可以用它作參考。
輥表面處理和噴涂
噴涂技術(shù)介紹
近年來，瓦楞紙箱行業(yè)越來越多的人利用特殊噴涂來提升瓦楞輥的性能。
未噴涂的輥通過硬化增強(qiáng)了鋼輥表面的耐久性和抗磨損性。輥面硬化可以有很多方法，下面將介紹最常用的幾種。所有方法都是要改變鋼輥表層的結(jié)構(gòu)，而經(jīng)處理后鋼輥的表層性能又取決于所選用的鋼材的規(guī)格。
采用傳統(tǒng)硬化方法的鋼輥的局限是硬度越高，輥筒就越脆。這樣的輥筒在使用時(shí)易破碎和斷裂。輥的最佳表面硬度是63Rc。實(shí)際上，新輥的硬度經(jīng)常會(huì)小一點(diǎn)(60Rc~61Rc)，有時(shí)感應(yīng)硬化的輥筒，硬度會(huì)在使用過程中有所提高。這是因?yàn)樵谟不^程中，輥表的碳(和鋼混合在一起獲得更大的硬度)會(huì)丟失，所以輥表層的硬度就會(huì)比它下層的硬度略小。在輥筒的使用過程中，硬度偏低的表層會(huì)被不同程度地磨損掉(見輥的磨損這一部分)，并且這個(gè)漸進(jìn)的磨損過程會(huì)在所生產(chǎn)紙板的厚度上有所反映。
為了減少輥磨損引起的不良后果，延長(zhǎng)輥筒的壽命，研究人員開發(fā)出噴涂技術(shù)來代替鋼表硬化工藝。這些涂層是一層薄薄的更堅(jiān)固更耐磨的材料，在紙和輥面之間起著屏障的作用。
瓦楞輥的選材
鋼材因其較高的性價(jià)比而成為制造瓦楞輥的首選材料。鋼材是在鐵中加入適量的碳元素并經(jīng)過鍛造而成的合金。此外還可以加入錳、鉻、鉬、硅和鋰等其它元素的合金，從而使合金鋼獲得某些特殊性能。制造瓦楞輥選用鋼材的最終規(guī)格又取決于各瓦楞輥供應(yīng)商的選材標(biāo)準(zhǔn)。供應(yīng)商必須要考慮這種壓力容器生產(chǎn)的相關(guān)法規(guī)和所用材料的成本、性能和市場(chǎng)供應(yīng)情況。鋼材的生產(chǎn)工藝是先將鑄鐵熔化后加入合金元素。然后把鋼水倒進(jìn)鋼模，使之凝固成一個(gè)重達(dá)50噸的鋼錠。這塊鋼錠經(jīng)加熱和鍛壓變成圓柱體的鋼坯，這便是瓦楞輥的坯料。
優(yōu)質(zhì)瓦楞輥是由實(shí)心鍛件制造而成。鍛造工藝(包括熱軋鋼坯)可以改變和致密化鋼的紋理結(jié)構(gòu)，并由此增強(qiáng)鋼的密度和強(qiáng)度，提高穩(wěn)定性。穩(wěn)定性在隨后的加工(比如熱處理)中起著非常關(guān)鍵的作用，它能確保輥體不會(huì)扭曲變形。
把鋼錠加工成鋼塊、鋼坯和鋼板時(shí)，所有的鋼都經(jīng)歷了不同程度的鍛造。接下來的工序中，鋼錠還要經(jīng)過拉拔加工以最終成型。這樣，鋼里面所有不能溶解的雜質(zhì)(在最初的鍛造中雜質(zhì)會(huì)集中到鋼錠的中央)會(huì)被保留下來并成為成品瓦楞輥的一部分。微觀上這些雜質(zhì)呈現(xiàn)出纖維紋理，與木材中的紋理結(jié)構(gòu)很相似。但是，軟木和硬木的結(jié)構(gòu)有所不同：硬木的紋理結(jié)構(gòu)很光滑致密，而軟木的則很疏松。同樣地，千錘百煉后形成的具有光滑致密紋理結(jié)構(gòu)的鋼材的硬度較高，是制作瓦楞輥的優(yōu)質(zhì)材料。
瓦楞輥的加工
把鍛造過的圓鋼坯放進(jìn)車床，對(duì)其外徑和兩個(gè)端面進(jìn)行粗加工，做成端面平行的規(guī)則圓柱體。再把加工過的鋼坯放入另外一個(gè)機(jī)器里去除輥芯。圓柱體的一端被緊緊地固定住，帶雜質(zhì)的鋼坯被開孔去除輥芯(就像蘋果被去核一樣)。許多供應(yīng)商都會(huì)把去除輥芯后的鋼坯放置幾個(gè)星期，以便釋放鋼坯內(nèi)部的應(yīng)力。
輥體內(nèi)外徑大小將決定輥壁的厚度。由于厚度會(huì)影響到瓦楞輥的導(dǎo)熱性能，所以是一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。另外，輥體質(zhì)量和硬度也會(huì)受此影響，進(jìn)而影響到輥體的自有頻率或振動(dòng)反應(yīng)。
瓦楞輥的兩端經(jīng)過反向鉆孔，以便安裝短軸或軸頸。在這一中間環(huán)節(jié)往往需要進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。軸頸(鍛造后成型)端部經(jīng)過粗加工，加工時(shí)要預(yù)留一定尺寸待后續(xù)加工。軸頸端部也需進(jìn)行特殊處理(如熱處理)以釋放輥體內(nèi)的應(yīng)力。
軸頸現(xiàn)在就可裝入輥體中。裝配時(shí)可以把輥體兩端加熱膨脹，也可以把輥頸浸入液態(tài)氮中使其遇冷收縮，以便順利裝配。當(dāng)輥軸裝入輥體內(nèi)并恢復(fù)到常溫后，通過預(yù)熱、焊接連接處，或使用螺栓等方法在軸頸和輥體之間形成一個(gè)堅(jiān)固的密合界面。焊接時(shí)要特別小心仔細(xì)。成品瓦楞輥運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輥體溫度不斷升高，同時(shí)還承受著輥體內(nèi)部的蒸汽壓力，這就形成了所謂的“壓力容器”。鑒于此，輥體與輥軸的接縫處必須通過壓力測(cè)試，并通過國(guó)內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)。
把裝配好的瓦楞輥放回車床進(jìn)行再加工，所有的直徑尺寸都要比成品稍大一些。由于所有的軸同步旋轉(zhuǎn)，所以必須確保它們是同心軸。這對(duì)單面機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)非常重要。這次加工后的輥還要接受檢查，檢查內(nèi)容包括磁粉探傷檢測(cè)上文提到的壓力檢測(cè)試。
下一個(gè)步驟就是把輥放到刨床上刻出大致的瓦楞形狀。為此，單點(diǎn)式刻刀沿軸向來回移動(dòng)刻出凹槽，直到刻出指定的楞深，這個(gè)工序需多次重復(fù)。當(dāng)輥的整個(gè)圓周都被刻上凹槽后，降低刻刀，重復(fù)上面的操作，刻出微深一些的凹槽。刻楞型是還可以借助目前使用較普遍的滾銑刀。操作的時(shí)候，同時(shí)刻出輥體沿圓周方向瓦楞。這些還只是粗加工工序，僅刻出了楞的大致形狀。最后，通過碾磨或研磨，瓦楞輥的楞才最終成型。
現(xiàn)在就可以對(duì)輥進(jìn)行硬化處理。經(jīng)過一道道熱處理工序，瓦楞輥表面變得更加耐磨、耐用。
硬化之后，根據(jù)用戶使用的紙型和(或)楞型，沿輥體圓周按一定的間隔切割凹槽，以供真空施壓或?qū)ёΧㄎ弧．?dāng)然，這些凹槽的間隔也可根據(jù)瓦楞輥制造商的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)來切割。在輥體端側(cè)的凹槽距輥端較近，以更好地支撐紙的邊緣(真空吸附式或壓力式)。這些凹槽是用金剛石盤刀刻進(jìn)輥面的。一些制造商在輥硬化之前就刻槽了，因?yàn)榧庸ぼ浀牟牧舷鄬?duì)來說容易一些。理論上講，這會(huì)使輥在后面的加熱過程出現(xiàn)問題，凹槽部分硬度會(huì)有所變化。只有當(dāng)供應(yīng)商認(rèn)識(shí)到金屬的局限性并在加熱過程中多加小心，這種潛在的問題才可避免。
至此，瓦楞輥的加工過程可以說基本結(jié)束。熱處理后的輥被放在磨床上完成楞型的輪廓加工。用金剛砂磨床將所需的楞型刻入研磨輪，每研磨完一定數(shù)量的凹槽，這個(gè)輪就需要打磨一下以保證楞型的精密度。但是，這種研磨過程有兩個(gè)缺點(diǎn)。第一就是金剛砂磨床的刀具非常昂貴。而且供應(yīng)商只能用已經(jīng)購買的金剛砂磨床加工固定的楞型。第二，每個(gè)金剛砂磨床已經(jīng)按照特定的輥的直徑和楞間距(單面機(jī)供應(yīng)商提供的輥的直徑規(guī)格)進(jìn)行研磨。輥筒的重新加工包括對(duì)輥重新研磨以減小直徑，意味著調(diào)整楞型并且增加收縮率。另外一種克服了這些缺陷的打磨系統(tǒng)是使用電腦控制的金剛砂磨床，可以改變研磨輪的形狀以適應(yīng)多種楞型的研磨。當(dāng)使用這套系統(tǒng)時(shí)，還可對(duì)楞尖弧度進(jìn)行修改，從而減少或消除翻修輥經(jīng)常存留的影響伸縮率的不利因素。
部分輥筒需要進(jìn)行進(jìn)一步的表面處理，比如鍍鉻或碳化鎢噴涂。由于供應(yīng)商的要求不同，這些輥在出廠之前的需要接受的檢測(cè)也有所不同。尺寸檢查應(yīng)該和強(qiáng)度檢測(cè)、模擬運(yùn)行一起進(jìn)行，以充分地保證瓦楞輥的性能。每一套輥筒應(yīng)附有一份完整的說明書。這樣，使用者和制造者在以后的翻修中可以用它作參考。
輥表面處理和噴涂
噴涂技術(shù)介紹
近年來，瓦楞紙箱行業(yè)越來越多的人利用特殊噴涂來提升瓦楞輥的性能。
未噴涂的輥通過硬化增強(qiáng)了鋼輥表面的耐久性和抗磨損性。輥面硬化可以有很多方法，下面將介紹最常用的幾種。所有方法都是要改變鋼輥表層的結(jié)構(gòu)，而經(jīng)處理后鋼輥的表層性能又取決于所選用的鋼材的規(guī)格。
采用傳統(tǒng)硬化方法的鋼輥的局限是硬度越高，輥筒就越脆。這樣的輥筒在使用時(shí)易破碎和斷裂。輥的最佳表面硬度是63Rc。實(shí)際上，新輥的硬度經(jīng)常會(huì)小一點(diǎn)(60Rc~61Rc)，有時(shí)感應(yīng)硬化的輥筒，硬度會(huì)在使用過程中有所提高。這是因?yàn)樵谟不^程中，輥表的碳(和鋼混合在一起獲得更大的硬度)會(huì)丟失，所以輥表層的硬度就會(huì)比它下層的硬度略小。在輥筒的使用過程中，硬度偏低的表層會(huì)被不同程度地磨損掉(見輥的磨損這一部分)，并且這個(gè)漸進(jìn)的磨損過程會(huì)在所生產(chǎn)紙板的厚度上有所反映。
為了減少輥磨損引起的不良后果，延長(zhǎng)輥筒的壽命，研究人員開發(fā)出噴涂技術(shù)來代替鋼表硬化工藝。這些涂層是一層薄薄的更堅(jiān)固更耐磨的材料，在紙和輥面之間起著屏障的作用。
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