支承体以及用于改善磨床支承体磨损状况的方法

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技术领域\n本发明涉及一种用于改进平面磨床支承体磨损状况的方法，尤其 是至少用于进给单元的被驱动的辊和/或磨带接触辊的和/或反作用力 支座的和/或反作用力辊的支承体。本发明还涉及平面磨床的板或磨 带的支承体，它们或者构成进给单元的被驱动的辊和/或构成磨带接 触辊和/或构成反作用力支座和/或反作用力辊。\n背景技术\n几十年来平面磨床是磨床中一个特别种类。磨床有着可观的尺 寸。其高度为1.5至3米，长度根据磨头从一米一直延伸到数米。典 型的机床宽度为1至3米多。在通常情况下平面磨床适用于专门的情 况，主要是要被磨削的工件宽度。工件接着工件连续地通过机床。因 此在专业术语上对于较大的磨床称之为一个磨削传送线，它将输入和 输出相互连接。一个典型的应用场合是粗加工板的磨削。其中在大多 数情况下底面和顶面在整个宽度上同时被磨削。粗加工板在直接挤压 后具有一个0.5mm且更大的过厚，在磨削加工后要达到一个名义尺寸， 厚度误差为±1÷3/100mm。厚度误差必需在整个平面上保持均匀。对 于加工完的工件要求到达非常高的表面质量。精整磨作为第一级磨削 要求大功率的电机用于去除绝大部分材料量。对于要被磨削板的强制 通过输送也同样需要大功率电机。在这里也产生绝大部分进给力。对 于数平方米的板尺寸相应巨大的磨削加工还受到最高精度和机床、主 要是机床床身稳定性的制约。对于平面磨床采用极其不同的磨削方 法。这已经由磨削加工形式给出，它们是精整磨、细磨或底磨 (Schuhschliff)。为此首先采用磨带、磨辊或刷辊。除了已经提到 过的板磨以外，此类平面磨床还使用在许多其它范围，例如用于细木 板、门，除了硬纤维板和软纤维板和胶合板或其它层压塑料外也用于 石膏纤维板、水泥纤维板、地面板，还用于橡胶板、镶木板、软木板 和茎杆板，尤其也用于金属磨削。对应于局部非常剧烈的磨削加工磨 带和磨辊也包括刷辊在一般意义上都是磨损部件，它们在相对较短的 加工使用后必需被替换或再加工。这涉及到一种似乎不可改变的加工 工具的磨损，尽管它们比要被加工的工件更有韧性和硬度，但是仍然 磨损。\n第二类支撑或支承体，它们可能是磨带或要被加工的工件、如加 工板。在此涉及支承体，它们本身移动并具有一个适当驱动或位于静 止并且用于将在支承体前面滑过的磨带顶压到要被加工的工件上。\n*进给单元的辊具有在工件通过平面磨床时精确导向的任务以及对 于被驱动的辊要对工件给予必要的进给力。移动速度要与目前必需的 各种磨削加工无关地尽可能地保持恒定。进给单元的被驱动的辊具有 一个成形的表面。为了得到表面形状最经常采用所谓的滚花。在此通 过十字、对角铣削的约2-3mm深的网槽构成凸出的轴头。轴头相对 于要被移动的工件给出一个良好的配合，使得能够传递必需的力。辊 轴头与工件之间的滑动在辊表面产生磨损。为了保持配合有时候辊必 需重新通过滚花保持在初始状态。因为在此必需去除1-3mm，因此在 再滚花后辊具有更小的直径，使得被加工的辊不再可能与其它辊安装 在一排里面。在具体的应用中再加工的辊不再能够重复使用。\n*对于磨带接触辊呈现出其它条件。磨带通过一个磨带接触辊驱 动。在这里也由于必需传递的巨大作用力不可避免地产生一定的滑 动。这种状况与进给单元的被驱动的辊相比在双重方面更加困难。配 有轴头的进给辊作用于粗糙的未磨削工件，因此允许在一定程度上顶 压工件。磨带接触辊必需光滑，由此通过磨带在工件上可以实现表面 磨削的高要求。为了将驱动力无论如何都能传递到磨带，曾尝试对表 面进行调质，使得尽管光滑的辊也得到更好的附着力和耐磨性。申请 者本身曾尝试，通过在等离子喷镀工艺中更大的张力实现所谓的表面 调质。对于等离子喷镀已知两种方法：对于气体等离子喷镀在一个阳 极极化的水冷喷嘴与一个钨丝阴极之间点燃一个电弧。这个电弧被等 离子气体(通常为添加H2或He的Ar)透穿，由此构成高能量的等离 子射线。粉末状添加物借助于专门的粉末输送器输送，在等离子射线 中熔化，向着母材加速并镀覆成所期望的层。\n第二种方法是真空等离子喷镀。一个真空等离子喷镀设备的主要 组成部分是约2至3m3大的真空室，它在过程开始前被抽真空。由于 高的颗粒速度和良好的熔化条件可以使层的孔隙率低于1％。对于这 种方法在喷嘴的阳极与工件之间可以点燃一个附加传输的电弧。这个 传输电弧附属下面的功能：预热工件，清洁要被镀层的表面，输送附 加的能量用于熔化颗粒并在喷镀期间为了最佳的层调质保持衬底温度 恒定。通过这种技术能够无氧化地喷镀具有高的氧亲和力的特殊材料 (如Ti，Tic或Ta)。\n大量的磨带接触辊通过真空等离子喷镀方法进行处理。但是不考 虑一些完全特殊的情况，等离子喷镀方法在实践中没有经过考验。尽 管等离子镀覆技术非常昂贵但是在一定的运行时间后在一些情况下在 辊表面上仍出现局部的缺陷，使改善的表面又被破坏。\n*已知用于一种几乎已经极其剧烈磨损状况的第三种支承体是磨带 支座和反作用力支座。从反作用力支座将一个高的滑动能力直接延长 到板材料。在现有技术中在磨带支座与磨带之间设置一个板状中间 层，该中间层富含石墨。对于磨带支座在磨损后可以更换石墨层。不 考虑所谓的石墨中间层，对于上述支承体不涉及一般的磨损部件，因 为磨损是相对微小的。尽管如此有时或者完全替换反作用力支座或者 对于磨带接触辊必需相对费事的再磨削。在多次再磨削之后磨带支承 辊直径减小到必需使用新的辊。平面磨床必需在更长的周期中进行检 修并更换失效的部件，如支承、驱动装置等。缺陷是，当各结构部件 具有不同的使用寿命时，则在两个大的检修循环之间的相应维修工作 可能引起所不期望的机床停工。\n发明内容\n因此本发明的目的是，提出一种方法以及一种装置，在保持价值 以及支承体使用寿命的同时对磨损状况进行改善并使整个磨床的保养 状况最佳化。\n按照本发明的方法，其特征在于，所述支承体具有一个基体，在 热喷镀工艺中在该基体上镀覆一个至少0.3mm厚的耐磨主层，其中所 述主层由具有氧化杂质的非均质层构成。所述主层最好具有一定的孔 隙率。\n按照本发明的支承体，其特征在于，该支承体具有一个基体和一 个外面的、在热喷镀工艺中镀覆的耐磨的0.3mm厚的主层，其中所述 主层的结构具有氧化杂质且是非均质的。优选主层具有一定的孔隙 率。尤其采用金属氧化物作为氧化杂质。\n通过本发明已经认识到，在前面所述的喷镀等离子层的解决建议 中多个参数未受注意。一个重要的知识在于，一个足够的层厚是非常 重要的。因为通常在0.1至0.2mm的薄层条件下选择一个相对较软的 基体，可能容易产生表面缺陷。此外，可能产生偏心旋转。等离子喷 镀工艺对于某些应用具有原理上的优点，得到一个具有非常微少孔隙 率的相对均质的层。但是，按照本发明如果产生一个远厚于0.3mm的 非均质层，已经证实具有很大的优点。如果整个镀层具有尽可能多的 大小极其不同的氧化物颗粒，是特别有利的。当表面不断磨损时表面 的特性也不改变，因为连续的孔隙率和氧化颗粒在层厚内部起到作 用。通过孔隙率与磨损无关地保持一个良好的不滑性。如果主层具有 足够的厚度，重复的再磨削也不改变表面结构。不考虑完全特殊的情 况，等离子喷镀工艺不具有上述优点。此外等离子喷镀工艺是非常费 事和昂贵的。\n目前的实验显示出非常好的结果，尤其是对于进给单元的被驱动 的辊。对于高负荷的旋转辊已知，对于具有不同材料的镀层作为大多 不能完全了解的应力后果可能产生过早的缺陷和断裂。但是对于本发 明在长时间的实验运行后没有证实有与此相关的问题。对此还要指 出，通过按照本发明的热喷镀工艺对每个所述的支承体都具有优点。 如果一次地已知所有用于镀覆的临界参数，则热喷镀工艺在使用中是 相对简单的。如果需要，镀覆工艺甚至可以被生产车间本身采用，而 等离子喷镀或铸造工艺总是受到高度专业装置的制约。\n在一个支承体表面确实磨损后可以通过重新热喷镀再产生新的状 态并由此以相对微少的费用得到初始的尺寸精度。热喷镀可以根据特 殊的要求在十分之几毫米的范围里实现。在通过热电弧喷镀工艺加工 后，支承体在原则上又具有新的价值。如同已知的那样，为了改善粘 附性将表面在热喷镀之前通过喷砂进行打毛。\n此外还公开了一些全新的方法，基体不必再是目前的金属体。基 体可以完全或部分地由塑料制成，其中对于各种情况都在镀覆主层前 同样在热电弧喷镀工艺里镀覆一个专门适配的粘附层。通过非金属直 接在积极意义上对振动或振荡特性施加影响，以避免表面氧化。\n对于电弧喷镀工艺以线材形式的导电喷镀添加物进行加工。如果 基体是可氧化的金属体，则要在一个有限的时间内、尤其是在表面打 毛后的三个小时以内进行热的层镀覆。\n热喷镀工艺具有巨大的优点，通过转移金属颗粒能够建立起一个 几乎任意的层厚。在此伴随着一个空气流开始一个形成氧化的元件或 金属的局部氧化。在外表面上的镀覆层在其完成镀覆后是很粗糙的并 具有不同尺寸的氧化颗粒，尤其是在表面上。这首先产生耐磨损的且 硬的表面特性。当硬的主层通过磨损慢慢被去除时，则从镀层里连续 的新的氧化颗粒在表面上起作用，因此与磨损无关地几乎不改变地保 持一个粗糙的、不滑的且耐磨损的表面特性。\n按照现有技术对于进给单元辊的滚花是相对烦琐的并且受到相当 长的加工过程的限制。对于好的材质(如ST52)磨损本身相对较大， 因此现有技术的辊是不耐磨的。与此相反，电弧喷镀工艺是快速而简 单的并具有一个远高于那种钢材的磨损材质。首先钢材的硬度对于以 后的再加工是特别困难的。尤其特别优选的是，在基体上在其被打毛 后在镀覆主层前在电弧喷镀工艺中热镀覆一个粘附层，尤其是由铝青 铜或锌基制成的粘附层。粘附底层可以具有约0.1至0.3mm的厚度。 主层以约0.4-5mm，优选0.5至2mm的厚度镀覆，其中层厚对于磨带 辊和/或磨带支座在表面磨削后至少为0.2-1mm。因为粘附底层和主 层能够通过同一工艺镀覆，因此使相关的工作过程非常简化。对于进 给单元的辊体将辊体事先打毛，然后在电弧喷镀工艺中热镀覆一个粘 附底层和主层。该主层对于进给单元的辊由约各一半的铬钢、尤其是 13％的铬钢和耐磨硬材料组成，其中在主层上产生一个粗糙的、不滑 的且耐磨损的表面。\n对于磨带接触辊将基体打毛并在电弧喷镀工艺中热镀覆a)一个 粘附底层然后镀覆b)主层。该主层最好由约13％的铬钢组成。该表 面在主层热镀覆后为了产生一个光滑的表面而被磨削。对于反作用力 支座在一个实心支承体上固定一个滑板，该滑板配有按照本发明的耐 磨层结构。\n附图说明\n现在借助于一些具有其它细节的实施例描述本发明。在示例中具 有按照本发明的耐磨层结构的支承体分别涂黑。附图中：\n图1为一个用于双面磨削的磨床，它包括具有磨带的两个粗磨级 以及两个细磨级；\n图2为一个具有两个精整磨级和两个细磨级的平面磨床，其中所 述细磨级具有磨辊或磨刷；\n图3为按照图1中箭头III的视图，简示出磨带接触辊的驱动；\n图4为按照本发明的一个反作用力支座；\n图5简示出一个具有机床和过程控制的平面磨床的全部结构；\n图6以程序图表示用于处理按照本发明的磨辊的不同工艺步骤；\n图7为在热喷镀工艺中镀覆的覆层的三个不同的截面图片；\n图8为磨削主层和未磨削主层以及各材料硬度的三个截面图片。\n具体实施方式\n图1和3以侧视图示出一个较大的平面磨床1，用于双面磨削例 如粗加工板3。粗磨或精整磨由工艺段2表示，其中在顶面和底面各 配有两个粗磨头4和5或4’和5’，它们配有磨带6和7或6’和7’。对 于粗磨头4，磨带6(6’)分别以约180°缠绕一个上磨带接触辊8(8’) 以及一个下驱动的磨带接触辊9(9’)。对于第二粗磨单元5，5’，磨带 7，7’只缠绕约90°。每个磨削头4，5分别具有一个加强横梁10，10’， 通过它们使磨带接触辊支承在机床床身11，11’上。\n每个磨带接触辊9，9’具有一个基体18并且按照图1和3已经通 过一个轴颈12支承在一个轴承13上，通过一个相应的过卷驱过 (Ubertrieb)14分别由适当的驱动电机15或16驱动。对于常见的结 构尺寸可以是50至150马力的电机。磨带接触辊9，9’向下或向上支 承在机床床身11或11’上。上机床床身11通过高度可调节的支承柱17 位于下机床床身11’上，支承柱可以由具有活塞17’的液压缸构成。高 度可调节的支承柱17首先用于调节两个磨带接触辊9，9’之间的缝隙 宽度。此外平面磨床在板输入端具有一个导向和进给单元20并且在 板输出端具有一个第二导向和进给单元21。两个导向和进给单元20 或21分别由两对导向辊22组成，其中每个导向和进给单元的至少一 个辊可以由被驱动的进给辊23构成。导向和进给单元20或21由一 个上导向辊副24以及一个下导向辊副25组成，其中相应的导向辊22 或相应的导向辊23给出一个稳定的纵向和横向导向。对于第一次开 动或在较长运行时间后必需在高度上精确调整导向辊副24和25，以 使板导向对应于平均磨削面26精确平面平行地延伸并位于一个对于 两个磨削接触辊的最佳位置上。为此每个导向辊副24或25通过调节 元件27精确地调节。\n按照图1以29表示用于粗加工板的进给段并且该进给段包括进 给单元20和28。以黑色填充的辊分别表示进给辊，它按照本发明可 以具有一个在热喷镀工艺中镀覆的耐磨且粗糙的主层。在此重要的 是，完全允许进给辊的粗糙加工一直到第二次粗磨留下加工痕迹，因 为这些加工痕迹可以通过粗磨被去除。对于输送单元22，30和31的 要求完全是另样的，这些单元可以由橡胶辊构成。具有标记符号40 的大括弧表示细磨的工艺段。在图1中这个细磨体41和42或41’，42’ 分别具有一个磨削接触级43或43’。\n在图2中细磨级具有两个细磨辊44或磨刷45。\n图4示出一个具有支承体54的反作用力支座50，支承体具有一 个固定在其上的滑板51，该滑板通过未示出的夹紧机构固定在反作用 力支座上。该滑板51具有一个在热喷镀工艺中镀覆的耐磨且被磨削 的主层52(粗黑线)。主层也可以例如镀覆在轮廓上，轮廓具有按照 现有技术的石墨层。因为主要由于进入的工件所造成的主层损伤危险 更加微小，所以具有一个进入斜面53以及一个最小倒圆角的主层平 面镀覆可能就足够了。\n图5简示出按照WO00/35628的用于磨削全部工艺步骤的有利的 检测、控制和调节机构。示出一个精整磨头4，5以及一个细磨头41， 42。一个工件3表示成一个单面从上面磨削的、平面的板3。板3在 磨削加工前具有一个未加工的厚度Dr，在第一或精整磨后具有一个厚 度DK而在细磨后具有一个厚度DF。Dr与DK之间的厚度差例如为0.4mm， 相当于磨削去除0.4mm。对于细磨磨削去除量位于百分之几毫米。在 精整磨后示出一个厚度检测或厚度监测装置DS作为磨削加工监测装 置。通过两个测试辊获得板厚DK并将相应的信号通过数据总线Bus继 续传送。精整磨头4和细磨头支承在以粗线象征表示的平面磨床STM 床身上。以HP简化地表示一个高度位置信号传感器，通过它可以确定 所期望的磨削去除量。为了无论如何都达到所期望的磨削去除量，多 次地输送工件或板3。相应地支承在机床上的一个或两个输送轴以及 驱动轴负责通过磨削传送线精确且稳定地输送工件。板3的移动速度 通过速度传感器VPS确定。对于精整磨头4可以测得磨带速度VKBS、驱 动电机电流AK而对于细磨头41可以测得AF。磨削机构的高度位置在 实践中可以通过多种方式实现，如同已经提到过的，通过整个机床床 身或例如通过每个磨削头或精整磨头HKS和细磨头FHS上的专门调整机 构实现。上述信号可以通过数据总线供控制和导向平面使用，该平面 由三个初级部分，机床控制SPS、一个指令和接收输入的接收存储器 以及一个多参数控制器所组成。\n如图5所示，目前刚刚尝试采用监控技术。相应的参数必需与自 动化措施无关地处于监控下。非常重要的事实是，通过平面磨床在通 常情况下通过相对较大的磨削去除不仅必需得到一个良好磨削的表面 而且必需得到一个尺寸精度。表面质量和要达到的厚度误差，两者是 同等重要的。当对于元件或支承体的相应加工以所需的尺寸精度以及 所需的表面质量持久地保证的时候，则两者可以在经济上最佳地实 现。\n对于图5所示的实施例一个反作用力辊32位于磨带接触辊9对 面，该反作用力辊与磨带接触辊一样具有一个按照本发明的耐磨层结 构。\n图6以不同的工艺步骤A-E示出磨带接触辊9，9’。\nA表示辊生产过程结束时的磨带接触辊的未加工状态。辊被大批 量生产并具有所期望的尺寸精度，其中表面可以通过环境影响而改 变。相反，如果镀覆一个保护层，则这个保护层必需事先在热喷镀工 艺中完全废除。\nB示出磨带接触辊用于热喷镀的准备。在基体18表面上的明亮位 置象征着在表面精加工后的一个光滑金属表面的金属微白色现象。为 了改善粘附性基体的圆柱形表面通过喷砂打毛，这通过暗色调表示。 砂表示喷砂。\nC作为下一个工艺步骤通过热喷镀工艺镀覆一个0.1至2毫米厚 的铝青铜或例如锌基粘附层。热喷镀工艺本身是公知的。在图6中简 示出线材工艺。一个喷渡头60具有两个机械的线材输送辊61和62， 它们分别将一个线材63或64连续地输送到一个电点燃位置65。在点 燃位置上两个线材的材料通过电点燃热量熔化。两种材料在点燃位置 已经作为密切混和的、雾化的颗粒通过初级空气射束66以及次级空 气射束67作为喷雾状射束68类似于喷漆地镀覆。如箭头69所示， 在热喷镀期间磨带接触辊连续地转动。箭头70所示的轴向运动或者 可以通过磨带接触辊9，9’在转轴旋转轴线71方向上的相应运动实现 或者通过喷镀头60的可控纵向移动实现。通过相应的移动以及镀覆 时间可以选择所期望的层厚度，该厚度对于粘附层可以为0.1至0.2 毫米。在镀覆薄的粘附层后完全保持通过喷砂产生的表面粗糙度并且 甚至能够根据镀覆技术增加粗糙度，因此对于主层的镀覆产生一个理 想的粘附底层。\nD示出主层的热镀覆。该过程与粘附层的镀覆完全相同，因此涉 及到该过程。对于主层线材63’，64’的材料同样包括层厚通常与粘附 层不同。一个不重要的观点在于，对于粘附层和对于主层选择不同硬 度的材料(图7和8)。\nE示出投入工作使用的加工完的磨带接触辊。以SF象征性地作为 最后的工艺步骤表示产生细磨。通过所期望的细磨表面又得到一种金 属的光泽并因此具有明亮的色彩。\n图7以不同放大率的截面图示出一个略大于0.3mm厚的层结构示 例。在所有三个截面图中非常清晰地看到粗糙的表面(上边缘)以及 非均质的多孔组织。暗色的以及深灰色的部分表示较多或大量的较小 氧化杂质，它们对于耐磨性是重要的。人们认识到，表面粗糙度位于 约0.1mm数量级上。这种0.1mm的粗糙度已经位于上面提到过的现有 技术的等离子喷镀工艺的整个镀覆层的厚度范围里面。\n图8左侧以图片示出两个具有一个四角形黑色标记的不同放大 图，标记表示相关层的硬度。在此定性地表示。四角形越大，材料越 软。\n-基体例如由ST52制成并具有一个中等大小的四角形。\n-薄粘附层由铝青铜制成因此通过一个明显更大的四角形表示 软。\n-主层由13％铬钢制成，因此比两种其它材料更硬。\n对于按照图8的示例涉及一个磨削接触辊9，9’，它必需在热喷 镀后细磨，这以SF表示。人们认识到，在此必需去除约0.1至0.2mm 的主层。基体的材料以标记符号75表示，粘附层以72表示，主层以 73表示而加工完的磨削面以74表示。粗糙点和斑点是氧化物颗粒。