|
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)計都會對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步驟之后，就會對此有更清楚的認(rèn)識。
瓦楞輥的選材
鋼材因其較高的性價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，它能確保輥體不會扭曲變形。
把鋼錠加工成鋼塊、鋼坯和鋼板時，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)會集中到鋼錠的中央)會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，對其外徑和兩個端面進(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)商都會把去除輥芯后的鋼坯放置幾個星期，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。由于厚度會影響到瓦楞輥的導(dǎo)熱性能，所以是一個很重要的設(shè)計指標(biāo)。另外，輥體質(zhì)量和硬度也會受此影響，進(jìn)而影響到輥體的自有頻率或振動反應(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堅固的密合界面。焊接時要特別小心仔細(xì)。成品瓦楞輥運(yùn)轉(zhuǎn)時輥體溫度不斷升高，同時還承受著輥體內(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試，并通過國內(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上文提到的壓力檢測試。
下一個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刻出凹槽，直到刻出指定的楞深，這個工序需多次重復(fù)。當(dāng)輥的整個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�？汤阈褪沁�可以借助目前使用較普遍的滾銑刀。操作的時候，同時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�。�?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)榧庸ぼ浀牟牧舷鄬碚f容易一些。理論上講，這會使輥在后面的加熱過程出現(xiàn)問題，凹槽部分硬度會有所變化。只有當(dāng)供應(yīng)商認(rèn)識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，還可對楞尖弧度進(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也有所不同。尺寸檢查應(yīng)該和強(qiáng)度檢測、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)常會小一點(diǎn)(60Rc~61Rc)，有時感應(yīng)硬化的輥筒，硬度會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)會丟失，所以輥表層的硬度就會比它下層的硬度略小。在輥筒的使用過程中，硬度偏低的表層會被不同程度地磨損掉(見輥的磨損這一部分)，并且這個漸進(jìn)的磨損過程會在所生產(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固更耐磨的材料，在紙和輥面之間起著屏障的作用。
下面將介紹各種硬化和噴涂工藝及其優(yōu)缺點(diǎn)。
感應(yīng)硬化
所有的硬化都通過加熱和冷卻材料來改變金屬結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的。感應(yīng)硬化是輥在垂直的狀態(tài)下，用電纏繞輥體，電圈通電后就會在輥表面產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場，輥面溫度迅速上升到所需溫度，接著快速進(jìn)行油冷淬火，使加熱過程中得以改變的表層結(jié)構(gòu)被保留下來，約4毫米~5毫米的表層變得更堅硬(大約68Rc)。
接下來，就是對輥筒進(jìn)行回火加工。這包括在一個熔爐里對輥加熱到遠(yuǎn)低于硬化時的溫度，然后慢慢冷卻。這兩個工序的結(jié)合可使輥筒硬度達(dá)到63Rc以上。
感應(yīng)硬化加工速度快，成本低，而且操作容易控制，具有普通硬化鋼表面的特性和局限。由于芯紙和硬化的楞尖間的自然磨損過程變長，瓦楞輥磨損也得以減輕。
氮化
氮化時，輥筒必須放在一個特制的充滿氮?dú)獾臓t子里加熱，這樣就在輥的表面產(chǎn)生了一層0.75毫米厚的堅硬外殼。通過這個過程，輥表結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而獲得絕佳的耐磨性。然而，如果輥筒在硬化時有任何變形，這個較薄的表層就不得不被磨掉。這樣，為確保輥筒的使用壽命，輥制造者需再進(jìn)行研磨和硬化。氮化工藝是一種相當(dāng)成熟的并廣為應(yīng)用的技術(shù)，這種工藝成本不高，而且成功率高。使用時，氮化輥的磨損率低，而且相當(dāng)穩(wěn)定。但當(dāng)這個硬化層被磨光后，磨損的速度就會明顯加快。
離子氮化的超級硬化
為了改善傳統(tǒng)的氮硬化工藝輥筒易磨損和硬化層偏薄的特缺陷，一些供應(yīng)商開發(fā)出一種新的工藝：把離子氮化和感應(yīng)硬化結(jié)合起來。這樣硬度值保持63RC~64Rc，硬化層的厚度卻已增加到1.2毫米~1.4毫米。
傳統(tǒng)鍍鉻
鍍鉻工藝已經(jīng)被使用了好幾年。在某些地方，比如美國，鍍鉻工藝是瓦楞輥表面處理的主要方法。鍍鉻層本身就給輥的不銹鋼表面提供了一個堅固耐磨層。這種電鍍工藝在靠電極板的地方鍍層更厚。對瓦楞輥而言，這意味著楞尖將會比楞側(cè)和楞谷有更厚的鉻層。這被認(rèn)為是最有用的特性，因?yàn)槔慵馐峭呃爿佔(zhàn)钜啄p的地方。(不同供應(yīng)商提供的瓦楞輥的鉻層厚度不同，但楞尖鍍層的厚度多為0.1毫米左右。)鍍鉻的另外一個優(yōu)點(diǎn)是鉻表面和芯紙之間的摩擦系數(shù)小，這有助于減少瓦楞輥間的張力。硬化輥適合用于加工磨擦系數(shù)較大的紙張，而鍍鉻輥則適合用于干凈的原生纖維抄造的芯紙。如果紙里有大的硬顆粒(超過0.5毫米)，鍍鉻輥的楞尖容易剝落。這種剝落會導(dǎo)致楞尖夾持芯紙，從而引起楞形異常。
加工高強(qiáng)芯紙時，鍍鉻輥會比用傳統(tǒng)方法硬化的不銹鋼輥的使用壽命長很多，然而價格卻要高很多。所以用戶須仔細(xì)考慮其經(jīng)濟(jì)性。
評估一套正在使用的鍍鉻輥的磨損情況不象評估傳統(tǒng)硬化不銹鋼輥那么容易。最初，當(dāng)鉻層的沒有被破壞時，輥筒磨損較慢，而且很難檢測其磨損情況。當(dāng)鉻層磨掉后，磨損就開始加速，這時其磨損速度和傳統(tǒng)硬化輥毫無差別。
在輥筒使用期間，使用硫化銅對鉻層的狀況進(jìn)行定期(比如每三個月)檢測就可以了解鉻層的狀況。當(dāng)硫化銅把輥面某些地方變成褐色時，證明這部分鉻層已經(jīng)缺失。鉻層最易缺失的區(qū)域應(yīng)當(dāng)是在輥中央的凹槽邊緣。
瓦楞輥的更換視工廠的不同考量而定，可以在鉻層完全缺失后再更換。也可在硫化銅測試顯示涂層剛開始缺失就更換，這樣可能會更經(jīng)濟(jì)。只需進(jìn)行剝離、研磨、噴涂即可完成翻新。和重新雕刻楞型或切割并鍍鉻相比，這可節(jié)約大量成本。
NU重鉻噴涂
現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了一種新的方法叫做NU鉻，它會給輥筒帶來一層更耐磨的涂層。和傳統(tǒng)的鍍鉻相比，輥筒壽命更長，而且價格還很低。這種工藝中使用的材料和傳統(tǒng)的鍍鉻材料沒什么區(qū)別，關(guān)鍵在這種電鍍工藝本身。NU鉻指的是使用改進(jìn)的噴涂工具，噴涂后涂層更加厚實(shí)。使用時，它的使用和維護(hù)同其他傳統(tǒng)的鍍鉻輥一樣。在輥楞尖處NU鉻的厚度多達(dá)0.15毫米左右。
碳化鎢噴涂
二十世紀(jì)90年代末，碳化鎢噴涂輥在歐洲廣泛流行，而在美國這種工藝有著更長的歷史。這種涂層本身是由非常堅固的碳化鎢顆粒結(jié)合而成，并通過一種模具(材質(zhì)通常為鈷)涂敷在輥面上。其他元素，比如鎳或鉻也可以加入到涂層中以提高它的性能，如抗腐蝕性能。
也可使用多種方法把涂層涂到輥面上，比如：HVOF(火焰噴涂法)，這種涂層材料(粉末狀)被加熱到其熔點(diǎn)以上成為氣體，然后噴到輥表面。由于這種工藝的特性，HVOF是最適合把涂層介質(zhì)以90度的角度(涂到瓦楞輥楞側(cè)上有一定的難度)進(jìn)行噴涂。然而相對來說，最好的方法就是以60度的角度進(jìn)行噴涂，所以HVOF在瓦楞輥市場上占有一席之地。
其他常用的涂層方法有爆炸噴涂和超級爆炸噴涂(爆炸噴涂的升級版)。簡單說，這兩種方法都需要把圈狀涂層材料高速(爆炸噴涂的速度為760m/s,超級爆炸噴涂的速度為900m/s)轟擊到輥面上。
仔細(xì)控制這個過程，這些材料會變成很厚很穩(wěn)定的涂層，具有良好的性能。這種工藝的最大優(yōu)勢是以45度的角度噴涂出來的涂層性能最佳，厚厚的涂層性能優(yōu)越，而且輥上的涂層厚度均勻(如果操控制適當(dāng)?shù)脑?。缺點(diǎn)是噴涂之后，需要對粗糙的部分進(jìn)行拋光，而且與其他工藝相比，成本高昂。
和其他的涂層材料一樣，碳化鎢噴涂也需要注意幾個重要方面。比如，涂層和輥面緊密結(jié)合，涂層均勻統(tǒng)一，并且最終的涂層表面要足夠光滑，芯紙才能順利地在輥間運(yùn)行(摩擦系數(shù)低)。過去，有些領(lǐng)域應(yīng)用碳化鎢涂層的實(shí)踐都以失敗而告終。
通過做好噴涂前的準(zhǔn)備工作，提高噴涂技術(shù)水平，研究涂層材料特性和開發(fā)有效的拋光技術(shù)，這個工藝可以得到很大的提高。
碳化鎢噴涂是一種比較昂貴的加工工藝，單憑一已之力，多數(shù)輥筒供應(yīng)商不能獨(dú)立完成。碳化鎢噴涂的輥筒涂層微薄、堅固、耐久，同時有很高的耐磨性。主要的優(yōu)勢在于能延長輥筒壽命和保持輥筒性能穩(wěn)定。瓦楞輥正確維護(hù)方法是當(dāng)碳化鎢涂層被磨光后，就應(yīng)該立即換掉，這樣，紙板厚度的變化就不明顯。輥筒也可以以最低的成本進(jìn)行翻新。當(dāng)確定碳化鎢涂布輥的規(guī)格參數(shù)時，使用造成的磨損甚至可以忽略不計。由于碳化鎢涂層的這種絕佳性能，在輥筒一開始使用時即可確定它的參數(shù)，而且在使用過程中，伸展系數(shù)始終保持最小。
使用中，碳化鎢輥涂層的完整性同樣可以采用在鍍鉻輥上使用的硫化銅來測試。涂層本身就很薄(最小0.04毫米，最大0.14毫米——取決于設(shè)計和使用方法)，很難用物理方法對輥筒進(jìn)行測試。
碳化鎢輥的翻新僅僅包括剝離舊涂層、研磨楞型、再噴涂和再磨光四道工序。翻新后的輥筒的性能與新輥在周長、耐磨和使用壽命上沒有差別。而且有的使用壽命甚至比新輥還長。
|
