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瓦楞輥的設計與制造知識

責任編輯:作者:人氣:9782 發表時間:2018/12/12

瓦楞輥是瓦楞紙箱生産過程中至關重要的部件。瓦楞輥的制造方法、材料選材以及楞型的設計都會對瓦楞輥的成本和性能産生很大的影響。當我們了解了瓦楞輥制造的各個步驟之後,就會對此有更清楚的認識。
  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。鋼材是在鐵中加入适量的碳元素并經過鍛造而成的合金。此外還可以加入錳、鉻、钼、矽和锂等其它元素的合金,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格又取決于各瓦楞輥供應商的選材标準。供應商必須要考慮這種壓力容器生産的相關法規和所用材料的成本、性能和市場供應情況。鋼材的生産工藝是先将鑄鐵熔化後加入合金元素。然後把鋼水倒進鋼模,使之凝固成一個重達50噸的鋼錠。這塊鋼錠經加熱和鍛壓變成圓柱體的鋼坯,這便是瓦楞輥的坯料。
  優質瓦楞輥是由實心鍛件制造而成。鍛造工藝(包括熱軋鋼坯)可以改變和緻密化鋼的紋理結構,并由此增強鋼的密度和強度,提高穩定性。穩定性在随後的加工(比如熱處理)中起着非常關鍵的作用,它能确保輥體不會扭曲變形。
  把鋼錠加工成鋼塊、鋼坯和鋼闆時,所有的鋼都經曆了不同程度的鍛造。接下來的工序中,鋼錠還要經過拉拔加工以最終成型。這樣,鋼裡面所有不能溶解的雜質(在最初的鍛造中雜質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。微觀上這些雜質呈現出纖維紋理,與木材中的紋理結構很相似。但是,軟木和硬木的結構有所不同:硬木的紋理結構很光滑緻密,而軟木的則很疏松。同樣地,千錘百煉後形成的具有光滑緻密紋理結構的鋼材的硬度較高,是制作瓦楞輥的優質材料。
  瓦楞輥的加工
  把鍛造過的圓鋼坯放進車床,對其外徑和兩個端面進行粗加工,做成端面平行的規則圓柱體。再把加工過的鋼坯放入另外一個機器裡去除輥芯。圓柱體的一端被緊緊地固定住,帶雜質的鋼坯被開孔去除輥芯(就像蘋果被去核一樣)。許多供應商都會把去除輥芯後的鋼坯放置幾個星期,以便釋放鋼坯内部的應力。
  輥體内外徑大小将決定輥壁的厚度。由于厚度會影響到瓦楞輥的導熱性能,所以是一個很重要的設計指标。另外,輥體質量和硬度也會受此影響,進而影響到輥體的自有頻率或振動反應。
  瓦楞輥的兩端經過反向鑽孔,以便安裝短軸或軸頸。在這一中間環節往往需要進行質量檢驗。軸頸(鍛造後成型)端部經過粗加工,加工時要預留一定尺寸待後續加工。軸頸端部也需進行特殊處理(如熱處理)以釋放輥體内的應力。
  軸頸現在就可裝入輥體中。裝配時可以把輥體兩端加熱膨脹,也可以把輥頸浸入液态氮中使其遇冷收縮,以便順利裝配。當輥軸裝入輥體内并恢複到常溫後,通過預熱、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。焊接時要特别小心仔細。成品瓦楞輥運轉時輥體溫度不斷升高,同時還承受着輥體内部的蒸汽壓力,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,并通過國内權威機構的檢驗。
  把裝配好的瓦楞輥放回車床進行再加工,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,所以必須确保它們是同心軸。這對單面機的平穩運轉非常重要。這次加工後的輥還要接受檢查,檢查内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緻的瓦楞形狀。為此,單點式刻刀沿軸向來回移動刻出凹槽,直到刻出指定的楞深,這個工序需多次重複。當輥的整個圓周都被刻上凹槽後,降低刻刀,重複上面的操作,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。操作的時候,同時刻出輥體沿圓周方向瓦楞。這些還隻是粗加工工序,僅刻出了楞的大緻形狀。最後,通過碾磨或研磨,瓦楞輥的楞才最終成型。
  現在就可以對輥進行硬化處理。經過一道道熱處理工序,瓦楞輥表面變得更加耐磨、耐用。
  硬化之後,根據用戶使用的紙型和(或)楞型,沿輥體圓周按一定的間隔切割凹槽,以供真空施壓或導爪定位。當然,這些凹槽的間隔也可根據瓦楞輥制造商的标準設計來切割。在輥體端側的凹槽距輥端較近,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輥面的。一些制造商在輥硬化之前就刻槽了,因為加工軟的材料相對來說容易一些。理論上講,這會使輥在後面的加熱過程出現問題,凹槽部分硬度會有所變化。隻有當供應商認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束。熱處理後的輥被放在磨床上完成楞型的輪廓加工。用金剛砂磨床将所需的楞型刻入研磨輪,每研磨完一定數量的凹槽,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。第一就是金剛砂磨床的刀具非常昂貴。而且供應商隻能用已經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按照特定的輥的直徑和楞間距(單面機供應商提供的輥的直徑規格)進行研磨。輥筒的重新加工包括對輥重新研磨以減小直徑,意味着調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是使用電腦控制的金剛砂磨床,可以改變研磨輪的形狀以适應多種楞型的研磨。當使用這套系統時,還可對楞尖弧度進行修改,從而減少或消除翻修輥經常存留的影響伸縮率的不利因素。
  部分輥筒需要進行進一步的表面處理,比如鍍鉻或碳化鎢噴塗。由于供應商的要求不同,這些輥在出廠之前的需要接受的檢測也有所不同。尺寸檢查應該和強度檢測、模拟運行一起進行,以充分地保證瓦楞輥的性能。每一套輥筒應附有一份完整的說明書。這樣,使用者和制造者在以後的翻修中可以用它作參考。
  輥表面處理和噴塗
  噴塗技術介紹
  近年來,瓦楞紙箱行業越來越多的人利用特殊噴塗來提升瓦楞輥的性能。
  未噴塗的輥通過硬化增強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,下面将介紹最常用的幾種。所有方法都是要改變鋼輥表層的結構,而經處理後鋼輥的表層性能又取決于所選用的鋼材的規格。
  采用傳統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。實際上,新輥的硬度經常會小一點(60Rc~61Rc),有時感應硬化的輥筒,硬度會在使用過程中有所提高。這是因為在硬化過程中,輥表的碳(和鋼混合在一起獲得更大的硬度)會丢失,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),并且這個漸進的磨損過程會在所生産紙闆的厚度上有所反映。
  為了減少輥磨損引起的不良後果,延長輥筒的壽命,研究人員開發出噴塗技術來代替鋼表硬化工藝。這些塗層是一層薄薄的更堅固更耐磨的材料,在紙和輥面之間起着屏障的作用。

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