瓦楞輥是瓦楞紙板生產(chǎn)線上最昂貴的心臟部件，它的楞型合理性和制造精度、耐磨耐壓性能、使用壽命和運(yùn)行速度是衡量其品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性的主要技術(shù)指標(biāo)，是滿足我國(guó)紙箱行業(yè)的進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)瓦楞紙箱紙板生產(chǎn)線趨向紙幅越來越寬、運(yùn)行速度越來越快的需要，直接關(guān)系到紙箱企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。
瓦楞原紙?jiān)诟咚龠B續(xù)節(jié)進(jìn)的熨燙彎曲成形過程中，在線壓力作用下不斷與瓦楞輥楞頂相對(duì)位移產(chǎn)生摩擦擠軋，原紙中的夾雜物和礦物硬粒的撞擊，使楞頂部劇烈磨損，逐漸由圓弧變成平頭，使楞齒高度慢慢低于標(biāo)準(zhǔn)下限，同時(shí)一些楞面硬度低的瓦楞輥會(huì)因此而使楞頂楞面產(chǎn)生麻坑和凹陷。由于生產(chǎn)線往往不是經(jīng)常滿幅走紙，致使瓦楞輥表面產(chǎn)生不均勻磨損而導(dǎo)致輥形中凹。低硬度瓦楞輥在連續(xù)高速的單齒嚙合定向運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下因塑性變形會(huì)出現(xiàn)倒楞、傾斜、扭曲、出現(xiàn)橢圓度和跳動(dòng)誤差，影響了瓦楞輥的使用壽命和經(jīng)濟(jì)性。
如何改善上述瓦楞輥運(yùn)轉(zhuǎn)中的急劇磨損變形現(xiàn)象，延長(zhǎng)瓦楞輥在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的使用壽命，提高瓦楞輥的經(jīng)濟(jì)性，是我國(guó)瓦楞紙板紙箱行業(yè)多年來一直關(guān)注的重要課題。
采用化學(xué)成分穩(wěn)定、耐磨耐壓的合金鋼精鍛材料，以先進(jìn)的熱處理工藝方法獲得硬度HRC58（HS80）左右層深均勻的硬化層，并以電腦輔助設(shè)計(jì)合理的楞型，由電腦數(shù)控磨床精密研磨楞型和鼓形中高，表面鍍覆高品質(zhì)的微型裂紋耐磨硬鉻，是本文介紹的經(jīng)多年努力攻關(guān)，精心研制和修復(fù)耐磨、耐腐蝕、高精度、經(jīng)久耐用的優(yōu)質(zhì)瓦楞輥產(chǎn)品所取得的工藝新成果。
一、 精選材質(zhì)
我國(guó)目前采用的鋼材標(biāo)準(zhǔn)，同一種牌號(hào)的化學(xué)成分范圍很寬，其上下限往往與相鄰牌號(hào)相接（比如國(guó)內(nèi)瓦楞輥常用的35CrMo的含碳量及其他化學(xué)成分上限就在42CrMo的中下限內(nèi)），而同一牌號(hào)鋼材的化學(xué)成分誤差之大，給熱處理質(zhì)量控制帶來很大的危害。
我們都知道，含碳量的高低將直接影響瓦楞輥合金鋼輥體淬火馬氏體的硬度，如合金鋼含碳量為0.3％，其馬氏體的硬度是（HRC）49～55。含碳量為0.4％，其馬氏體的硬度是（HRC）54～60。含碳量為0.5%，其馬氏體的硬度是（HRC）58～62。
所以嚴(yán)謹(jǐn)選材，選用優(yōu)質(zhì)42CrMo和50CrMo精鍛件，嚴(yán)格把好材料的化學(xué)成份關(guān)，把含碳、鉻、硅、錳、鋁等主要成份的指標(biāo)控制在一定的范圍內(nèi)，為以后的預(yù)備熱處理和淬火的質(zhì)量穩(wěn)定創(chuàng)造基本條件。
二、 先進(jìn)的熱處理工藝
瓦楞輥采用淬透性能良好的合金鋼42CrMo、50CrMo精鍛件，但其輥面特殊的幾何形狀和尺寸給熱處理帶來很大的難度和質(zhì)量不穩(wěn)定性因素，因此一直是國(guó)內(nèi)外同行潛心攻關(guān)的主要難題。
眾所周知，熱處理質(zhì)量?jī)?yōu)良的瓦楞輥應(yīng)該保證充分淬透、達(dá)到所要求的淬硬層深度、硬度均勻無軟帶又不產(chǎn)生開裂。而充分均勻淬硬且防止淬裂的條件除成分穩(wěn)定的材料和充分合理的預(yù)備熱處理（如調(diào)質(zhì)。重復(fù)多次去除機(jī)加工和焊接應(yīng)力）外，還要求在淬火冷卻過程中，各溫度階段的冷卻速度分布必須在該種淬火的允許冷速區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)"水淬油冷"的冷速分布，即高中溫冷卻階段具有像水一樣快的冷卻速度，以避開非馬氏體組織轉(zhuǎn)變區(qū)。而在低溫階段冷卻速度應(yīng)盡量緩和，特別是300℃左右時(shí)的冷速要像油一樣緩慢，以避免產(chǎn)生變形和裂紋。
新工藝對(duì)傳統(tǒng)的熱處理方法進(jìn)行了工藝改革。一是通過調(diào)整材質(zhì)，穩(wěn)定和縮小化學(xué)成分的范圍，調(diào)整加熱方法和加熱溫度來移動(dòng)冷速允許區(qū)。二是通過選擇性能優(yōu)越的淬火介質(zhì)和調(diào)整冷卻方式來移動(dòng)冷卻曲線，使其進(jìn)入允許冷速區(qū)內(nèi)。
迄今為止，國(guó)內(nèi)對(duì)合金鋼進(jìn)行中頻淬火一般使用聚乙烯醇溶液作為淬火介質(zhì)。聚乙烯醇使50年代中期開始用于水的添加劑，目前在我國(guó)普遍使用，由于其冬季怕凍，其他季節(jié)易變質(zhì)、發(fā)臭，且使用中易結(jié)塊阻塞噴孔，難以維護(hù)保養(yǎng)等缺點(diǎn)，有效使用壽命短。同時(shí)，因?yàn)槭褂煤康停ㄍǔＪ褂脻舛仍谇Х种角Х种笥�，而其濃度千分之一的變化即可引起性能的很大差異）難以準(zhǔn)確檢測(cè)和控制濃度，因此大多數(shù)僅憑操作工以經(jīng)驗(yàn)控制（如：看泡沫多少和以手感判斷粘度等），故無法保證穩(wěn)定的淬火質(zhì)量。由于不利于濃度管理，國(guó)外已很少采用。
新工藝引進(jìn)SZ水基淬火液和淬火工藝用于瓦楞輥和其它合金鋼淬火，有效地保證了淬火質(zhì)量的穩(wěn)定性。SZ水基淬火液屬聚烷撐乙二醇類（PolyalkleneGlycols）淬火劑。具有逆溶性，通過調(diào)整成一定的濃度可獲得比油快、比水慢的淬火冷卻速度。當(dāng)工件淬火時(shí)，噴淋的淬火液會(huì)在工作表面附著上脫溶的聚合物薄膜，薄膜能有效地破壞水在工件上形成的蒸汽膜，因而提高了水的高溫冷速，并且使工件不同部位的冷速趨于均勻，這層聚合物膜的存在也降低了水的低溫冷速，減小了淬火變形和開裂的危險(xiǎn)。同時(shí)，該淬火介質(zhì)濃度便于檢測(cè)、控制，保證了工藝的穩(wěn)定性。其次，在一定范圍內(nèi)，通過改變攪拌條件來控制淬火介質(zhì)的溫度，保證淬火介質(zhì)的冷卻特性曲線落入允許的冷速區(qū)內(nèi)，使淬火工件實(shí)現(xiàn)淬火硬度高且均勻，無開裂，并保證穩(wěn)定的淬硬層深。由于每道工序的層層嚴(yán)格控制，淬火工件變形量可以穩(wěn)定地小于0.15毫米內(nèi)。
為什么有的一對(duì)瓦楞輥中存在有槽的（包括導(dǎo)紙片槽，真空外吸和內(nèi)吸槽）易于淬裂并且有明顯軟帶，所以往往出現(xiàn)淬火偏軟的現(xiàn)象。這是因?yàn)橹蓄l感應(yīng)淬火是感應(yīng)圈勻速移動(dòng)瞬間加熱，淬火時(shí)隨著感應(yīng)圈的向上移動(dòng)，槽的下端部楞齒因受槽阻斷磁場(chǎng)和向上傳遞的熱量，功率和熱量集中而瞬間過熱容易淬裂崩齒。同時(shí)，槽的上端因槽阻斷了下部的傳遞熱量，溫度還未達(dá)到相變溫度但感應(yīng)圈已上升因而淬不硬，形成明顯軟帶。為減少淬裂風(fēng)險(xiǎn)，往往降低淬火溫度或選用含碳量相對(duì)低的35CrMo材料，以犧牲淬火硬度為代價(jià)。
瓦楞輥類似2.5以下模數(shù)的小齒輪，常用中頻淬火頻率一般在2500～8000Hz之間。直徑大的瓦楞輥頻率在2500～4000Hz之間。所以淬火時(shí)齒頂與齒溝明顯存在溫差，往往會(huì)致使淬火后出現(xiàn)齒頂軟、齒溝硬，并在齒溝附近集中很大的拉應(yīng)力，易引起軸向開裂。
新工藝針對(duì)性地對(duì)熱處理設(shè)備、感應(yīng)圈、噴水圈、感應(yīng)圈與噴水圈的距離、兩圈與工件的間隙、噴淋角度、加熱方法和感應(yīng)圈移動(dòng)速度及方法采取了突破性的改進(jìn)，使楞面獲得HRC58以上、6～7毫米層深、硬度均勻、有槽輥無明顯軟帶的硬化層，從而保證了熱處理質(zhì)量的穩(wěn)定性。
三、 品質(zhì)優(yōu)良的鍍鉻層
淬硬并精磨后的瓦楞輥表面鍍0.1毫米以上硬鉻鍍層，可以降低楞齒表面摩擦系數(shù)，增強(qiáng)楞齒的耐磨性能，延長(zhǎng)瓦楞輥的使用壽命。目前國(guó)內(nèi)都施以傳統(tǒng)的鍍硬鉻工藝，由于陰極電流效率低，一般為12～14％，鍍液濃度和電鍍溫度控制粗糙，大多由操作者憑經(jīng)驗(yàn)判斷調(diào)整，故鍍層質(zhì)量不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為：1.鍍層厚度不易控制。如果一對(duì)瓦楞輥不成對(duì)進(jìn)行電鍍，有些上下瓦楞輥電鍍層厚度誤差甚至達(dá)50％。2.深鍍能力差，尤其是有槽的瓦楞輥，槽邊楞齒上往往鍍不上鉻或鍍上很少，造成瓦楞輥使用過程中磨損不一。3.硬度低且不均勻。由于瓦楞輥電鍍均為深井式鍍槽，如無攪拌則上下溫差很大，造成上部溫度高鉻層偏軟，下部溫度低鉻層偏脆，嚴(yán)重影響使用質(zhì)量。
新工藝采用目前世界上功能性鍍鉻層工藝中最先進(jìn)的HBEF25高效率硬鉻電鍍工藝。其優(yōu)點(diǎn)是：1.采用比傳統(tǒng)電鍍硬鉻工藝更大的電流密度，陰極電流效率達(dá)22～26％，比常規(guī)鍍鉻工藝高出一倍，沉積速度是傳統(tǒng)鍍鉻的2～3倍。因此深鍍能力大大改善。2.鍍層的顯微硬度達(dá)HV900-1050，傳統(tǒng)工藝為HV700-800。3.該工藝得到的硬鉻鍍層的磨損量要比傳統(tǒng)鍍層少磨損將近25％。4.由于減少了高電流的過厚沉積使鍍層厚度均勻。5.鍍層平滑，細(xì)致光亮。6.HEEF-25鍍層的另一最大的優(yōu)點(diǎn)是微裂紋數(shù)每一厘米高達(dá)400多條。由于微裂紋代表了較為容易腐蝕的情況。腐蝕是順著這些微裂紋發(fā)生的。微裂紋數(shù)越少裂紋就越深越長(zhǎng)，也就越容易腐蝕。而該工藝生成許多淺而短的微裂紋，防腐能力因而提高，因此更少腐蝕缺陷。
電鍍時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的工藝管理，每支輥筒根據(jù)直徑、長(zhǎng)度和受鍍面積分別設(shè)定工藝參數(shù)，嚴(yán)格操作記錄、鍍液連續(xù)循環(huán)過濾，嚴(yán)格按工藝要求控制電鍍溫度，嚴(yán)格檢測(cè)和控制鍍液濃度及各項(xiàng)指標(biāo)。確保均勻地把0.10毫米以上的硬鉻鍍層鍍上最易磨損的齒頂部及一定比例量鉻層鍍上根部及楞面，獲得比傳統(tǒng)硬鉻工藝更堅(jiān)硬、更平滑、更光亮、更耐磨的硬鉻鍍層。
實(shí)踐證明，雖然該工藝成本是傳統(tǒng)工藝成本的3倍，但大大提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，耐磨性提高了40％，延長(zhǎng)了使用周期，減少了維修成本。
四、 科學(xué)設(shè)計(jì)楞型
瓦楞輥的用紙量對(duì)瓦楞紙板制造業(yè)而言，是一個(gè)影響企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)成本的重要因素。國(guó)外的一些包裝業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)瓦楞輥用紙量這一經(jīng)濟(jì)指標(biāo)很重視。如日本三菱就將同一規(guī)格的瓦楞輥楞型分別設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)型和經(jīng)濟(jì)型兩類。因此，楞高雖相同但每條300毫米的楞數(shù)不一樣，耗紙率（也有稱折楞率、收縮率和瓦楞率等）就完全不同。以一條年產(chǎn)一千萬平方米的三層瓦楞紙板生產(chǎn)線為例，若耗紙率減少1％，則可以節(jié)約瓦楞原紙十余萬平方米，并且產(chǎn)量越大，紙板越厚（如五層、七層），節(jié)約的潛力越可觀。耗紙率是單個(gè)楞型的齒廓曲線長(zhǎng)度與單個(gè)齒的弧長(zhǎng)的比值。也就是成型后瓦楞的長(zhǎng)度與瓦楞原紙長(zhǎng)度的比值。它的合理性是直接衡量瓦楞輥質(zhì)量的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
