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瓦楞辊的设计与制造
来源:本站 点击数:278次 更新时间:2018/10/18 15:06:08

瓦楞辊是瓦楞纸箱生产过程中至关重要的部件。瓦楞辊的制造方法、材料选材以及楞型的设计都会对瓦楞辊的成本和性能产生很大的影响。当我们了解了瓦楞辊制造的各个步骤之后,就会对此有更清楚的认识。


钢材因其较高的性价比而成为制造瓦楞辊的首选材料。钢材是在铁中加入适量的碳元素并经过锻造而成的合金。此外还可以加入锰、铬、钼、硅和锂等其它元素的合金,从而使合金钢获得某些特殊性能。制造瓦楞辊选用钢材的最终规格又取决于各瓦楞辊供应商的选材标准。供应商必须要考虑这种压力容器生产的相关法规和所用材料的成本、性能和市场供应情况。钢材的生产工艺是先将铸铁熔化后加入合金元素。然后把钢水倒进钢模,使之凝固成一个重达50吨的钢锭。这块钢锭经加热和锻压变成圆柱体的钢坯,这便是瓦楞辊的坯料。
优质瓦楞辊是由实心锻件制造而成。锻造工艺(包括热轧钢坯)可以改变和致密化钢的纹理结构,并由此增强钢的密度和强度,提高稳定性。稳定性在随后的加工(比如热处理)中起着非常关键的作用,它能确保辊体不会扭曲变形。
把钢锭加工成钢块、钢坯和钢板时,所有的钢都经历了不同程度的锻造。接下来的工序中,钢锭还要经过拉拔加工以最终成型。这样,钢里面所有不能溶解的杂质(在最初的锻造中杂质会集中到钢锭的中央)会被保留下来并成为成品瓦楞辊的一部分。微观上这些杂质呈现出纤维纹理,与木材中的纹理结构很相似。但是,软木和硬木的结构有所不同:硬木的纹理结构很光滑致密,而软木的则很疏松。同样地,千锤百炼后形成的具有光滑致密纹理结构的钢材的硬度较高,是制作瓦楞辊的优质材料。

把锻造过的圆钢坯放进车床,对其外径和两个端面进行粗加工,做成端面平行的规则圆柱体。再把加工过的钢坯放入另外一个机器里去除辊芯。圆柱体的一端被紧紧地固定住,带杂质的钢坯被开孔去除辊芯(就像苹果被去核一样)。许多供应商都会把去除辊芯后的钢坯放置几个星期,以便释放钢坯内部的应力。
辊体内外径大小将决定辊壁的厚度。由于厚度会影响到瓦楞辊的导热性能,所以是一个很重要的设计指标。另外,辊体质量和硬度也会受此影响,进而影响到辊体的自有频率或振动反应。
瓦楞辊的两端经过反向钻孔,以便安装短轴或轴颈。在这一中间环节往往需要进行质量检验。轴颈(锻造后成型)端部经过粗加工,加工时要预留一定尺寸待后续加工。轴颈端部也需进行特殊处理(如热处理)以释放辊体内的应力。
轴颈现在就可装入辊体中。装配时可以把辊体两端加热膨胀,也可以把辊颈浸入液态氮中使其遇冷收缩,以便顺利装配。当辊轴装入辊体内并恢复到常温后,通过预热、焊接连接处,或使用螺栓等方法在轴颈和辊体之间形成一个坚固的密合界面。焊接时要特别小心仔细。成品瓦楞辊运转时辊体温度不断升高,同时还承受着辊体内部的蒸汽压力,这就形成了所谓的“压力容器”。鉴于此,辊体与辊轴的接缝处必须通过压力测试,并通过国内权威机构的检验。
把装配好的瓦楞辊放回车床进行再加工,所有的直径尺寸都要比成品稍大一些。由于所有的轴同步旋转,所以必须确保它们是同心轴。这对单面机的平稳运转非常重要。这次加工后的辊还要接受检查,检查内容包括磁粉探伤检测上文提到的压力检测试。
下一个步骤就是把辊放到刨床上刻出大致的瓦楞形状。为此,单点式刻刀沿轴向来回移动刻出凹槽,直到刻出指定的楞深,这个工序需多次重复。当辊的整个圆周都被刻上凹槽后,降低刻刀,重复上面的操作,刻出微深一些的凹槽。刻楞型是还可以借助目前使用较普遍的滚铣刀。操作的时候,同时刻出辊体沿圆周方向瓦楞。这些还只是粗加工工序,仅刻出了楞的大致形状。最后,通过碾磨或研磨,瓦楞辊的楞才最终成型。
现在就可以对辊进行硬化处理。经过一道道热处理工序,瓦楞辊表面变得更加耐磨、耐用。
硬化之后,根据用户使用的纸型和(或)楞型,沿辊体圆周按一定的间隔切割凹槽,以供真空施压或导爪定位。当然,这些凹槽的间隔也可根据瓦楞辊制造商的标准设计来切割。在辊体端侧的凹槽距辊端较近,以更好地支撑纸的边缘(真空吸附式或压力式)。这些凹槽是用金刚石盘刀刻进辊面的。一些制造商在辊硬化之前就刻槽了,因为加工软的材料相对来说容易一些。理论上讲,这会使辊在后面的加热过程出现问题,凹槽部分硬度会有所变化。只有当供应商认识到金属的局限性并在加热过程中多加小心,这种潜在的问题才可避免。
至此,瓦楞辊的加工过程可以说基本结束。热处理后的辊被放在磨床上完成楞型的轮廓加工。用金刚砂磨床将所需的楞型刻入研磨轮,每研磨完一定数量的凹槽,这个轮就需要打磨一下以保证楞型的精密度。但是,这种研磨过程有两个缺点。第一就是金刚砂磨床的刀具非常昂贵。而且供应商只能用已经购买的金刚砂磨床加工固定的楞型。第二,每个金刚砂磨床已经按照特定的辊的直径和楞间距(单面机供应商提供的辊的直径规格)进行研磨。辊筒的重新加工包括对辊重新研磨以减小直径,意味着调整楞型并且增加收缩率。另外一种克服了这些缺陷的打磨系统是使用电脑控制的金刚砂磨床,可以改变研磨轮的形状以适应多种楞型的研磨。当使用这套系统时,还可对楞尖弧度进行修改,从而减少或消除翻修辊经常存留的影响伸缩率的不利因素。
部分辊筒需要进行进一步的表面处理,比如镀铬或碳化钨喷涂。由于供应商的要求不同,这些辊在出厂之前的需要接受的检测也有所不同。尺寸检查应该和强度检测、模拟运行一起进行,以充分地保证瓦楞辊的性能。每一套辊筒应附有一份完整的说明书。这样,使用者和制造者在以后的翻修中可以用它作参考。


近年来,瓦楞纸箱行业越来越多的人利用特殊喷涂来提升瓦楞辊的性能。
未喷涂的辊通过硬化增强了钢辊表面的耐久性和抗磨损性。辊面硬化可以有很多方法,下面将介绍最常用的几种。所有方法都是要改变钢辊表层的结构,而经处理后钢辊的表层性能又取决于所选用的钢材的规格。
采用传统硬化方法的钢辊的局限是硬度越高,辊筒就越脆。这样的辊筒在使用时易破碎和断裂。辊的最佳表面硬度是63Rc。实际上,新辊的硬度经常会小一点(60Rc~61Rc),有时感应硬化的辊筒,硬度会在使用过程中有所提高。这是因为在硬化过程中,辊表的碳(和钢混合在一起获得更大的硬度)会丢失,所以辊表层的硬度就会比它下层的硬度略小。在辊筒的使用过程中,硬度偏低的表层会被不同程度地磨损掉(见辊的磨损这一部分),并且这个渐进的磨损过程会在所生产纸板的厚度上有所反映。
为了减少辊磨损引起的不良后果,延长辊筒的寿命,研究人员开发出喷涂技术来代替钢表硬化工艺。这些涂层是一层薄薄的更坚固更耐磨的材料,在纸和辊面之间起着屏障的作用。

 

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