一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置與方法
2023-05-23 13:54:11
一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置與方法
【專利摘要】一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置與方法，包括前置大軋機、後置小軋機，以及鎂合金板材上方和下方對稱分布的旋轉電機、三爪卡盤、旋轉盤、墊圈、平面保持架和滾珠等，首先通過前置大軋機對鎂合金板材的軋制，然後通過滾珠在鎂合金板材上下表面的表面滾壓處理，最後通過後置小軋機對鎂合金板材進行小壓下量的軋制，使鎂合金板材表面生成晶粒細化層，改變其組織結構，以較小的下壓量來大幅提高鎂合金板材的機械性能，並提高鎂合金板材的成形性。
【專利說明】一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬表面處理【技術領域】，尤其涉及一種表面軋制結合滾壓加工處理鎂合金板材的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]目前，鎂合金板材的傳統製備方法是冷態軋制，因為冷軋工藝容易滿足工業化大生產的要求。
[0003]然而，目前常見的這種鎂合金板材的冷軋工藝會存在以下問題，因為鎂合金的冷變形能力很差，為防止軋制開裂，必須嚴格控制道次壓下量及冷軋總變形量，一般道次壓下量要小於5%，總變形量不超過20%，而且道次壓下量和總變形量也是因材料而異，比如常見的AZ31B型號的鎂合金板材的冷軋總變形量可達到15%左右。並且，對於鎂合金來說，由於其晶體結構為hep結構(密堆六方結構)，在室溫下滑移系少，成型性能差，機械孿生是一種重要變形方式。由於在表面處理的過程中應變速率以及形變量都是隨著深度的增加而減小的，而形變量又和孿晶的產生有關，形變量越大，越容易產生孿晶，應變速率越大，孿晶的深度也會越大，因此晶粒細化在表面層最為顯著，所以提高表面層的機械性能，能有效提高鎂合金板材的整體性能，包括板抗拉強度、延伸率和應變速率敏感性等，而目前的冷軋工藝只是採用軋制的方法，對鎂合金板材的表面性能沒有改觀。
[0004]在現有技術中， 針對冷軋成形性差、壓下量小等問題，業界一般採用溫軋或者熱軋的工藝，溫軋是在高於冷軋低於熱軋的溫度下採用較大的變形量進行軋制，得到抗拉強度較大、厚度不大的板材；熱軋能有效提高鎂合金板材的機械性能，且提高了成形性、增大了壓下量。
[0005]然而，本領域技術人員清楚，現有技術的熱軋工藝，需要穩定控制坯料和軋輥表面的溫度，需要反覆多次加熱，使軋件始終保持在合適的溫度範圍內，且道次壓下量需要控制在10%至25%左右，否則會產生邊界裂紋並使裂紋得到發展；而溫軋也同樣存在一些困難，因為其軋制溫度範圍比較小，且鎂合金熱容小，尤其是在板材較薄的區域溫度很難保證均勻穩定，所以大規模的溫軋工藝生產難以控制。且現有技術中的溫軋和熱軋工藝，仍然沒有改進鎂合金板材的表面層性能，沒有在其表面生成機械性能好的晶粒細化層。
[0006]因此，本領域的技術人員致力於開發一種能在鎂合金板材表面生成晶粒細化層的裝置和方法，以較小的下壓量來大幅提高鎂合金板材的機械性能，並提高鎂合金板材的成形性。
【發明內容】
[0007]有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是開發一種能在鎂合金板材表面生成晶粒細化層的裝置和方法，以較小的下壓量來大幅提高鎂合金板材的機械性能，並提高鎂合金板材的成形性。
[0008]為實現上述目的，本發明提供了一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置與方法，首先通過前置大軋機對鎂合金板材的軋制，然後通過上滾珠和下滾珠在鎂合金板材上下表面的表面滾壓處理，最後通過後置小軋機對鎂合金板材進行小壓下量的軋制，使鎂合金板材表面生成晶粒細化層，以較小的下壓量來大幅提高鎂合金板材的機械性能，並提高鎂合金板材的成形性。本發明的具體方案如下所述:
[0009]一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置，包括前置大軋機、後置小軋機和布置在所述前置大軋機和所述後置小軋機之間的滾壓機構，所述前置大軋機有第一上輥和第一下輥，所述後置小軋機有第二上輥和第二下輥，所述滾壓機構包括上旋轉電機、上三爪卡盤、上旋轉盤、上墊圈、上平面保持架、上滾珠、下旋轉電機、下三爪卡盤、下旋轉盤、下墊圈、下平面保持架和下滾珠；所述上旋轉電機通過所述上三爪卡盤連接所述上旋轉盤，所述上旋轉盤的背離所述上旋轉電機的一側固設有所述上墊圈，所述上平面保持架上嵌有所述上滾珠並被置於所述上墊圈背離所述上旋轉電機的一側；所述下旋轉電機通過所述下三爪卡盤連接所述下旋轉盤，所述下旋轉盤的背離所述下旋轉電機的一側固設有所述下墊圈，所述下平面保持架上嵌有所述下滾珠並被置於所述下墊圈背離所述下旋轉電機的一側；所述鎂合金板材依次穿過所述第一上輥和所述第一下輥、所述上滾珠和所述下滾珠以及所述第二上輥和所述第二下輥之間的間隙，並與所述第一上輥、所述第一下輥、所述上滾珠、所述下滾珠、所述第二上輥和所述第二下輥皆相接觸。
[0010]優選地，所述上旋轉電機、所述上三爪卡盤、所述上旋轉盤、所述上墊圈和所述上平面保持架同軸，且與所述下旋轉電機、所述下三爪卡盤、所述下旋轉盤、所述下墊圈、所述下平面保持架同軸；所述上旋轉電機可通過所述上三爪卡盤帶動所述上旋轉盤，所述下旋轉電機可通過所述下三爪卡盤帶動所述下旋轉盤；所述上墊圈背離所述上旋轉電機的表面上具有上墊圈滾道，所述上滾珠可在所述上墊圈滾道內滾動和/或滑動；所述下墊圈背離所述下旋轉電機的表面上具有下墊圈滾道，所述下滾珠可在所述下墊圈滾道內滾動和/或滑動。
[0011]此處設計目的在於，在兩次軋制之間引入滾珠進行鎂合金板材表面滾壓的處理方式使鎂合金板材表面產生強烈的擠壓變形，以改變其織構並細化表層晶粒至微納米級別，但保持鎂合金板材內部原來的粗晶組織，以提高鎂合金板材的加工性能，並節約了加工成本，處理後的鎂合金板材表面平整、粗糙度較低、抗拉強度高、延伸率高且應變速率敏感指數高。
[0012]優選地，所述上滾珠和所述下滾珠的個數皆為至少兩個且分別在所述上平面保持架和所述下平面保持架內均布；所述上滾珠可在所述上平面保持架內滾動，所述下滾珠可在所述下平面保持架內滾動。
[0013]優選地，所述上平面保持架和所述下平面保持架平行於所述鎂合金板材的表面。
[0014]優選地，所述前置大軋機、所述後置小軋機和所述上滾珠與所述下滾珠的軋制線的標聞一致。
[0015]優選地，所述滾壓機構有兩個以上時，兩個以上的所述滾壓機構在所述鎂合金板材上下表面上呈交錯排布。
[0016]優選地，首先所述前置大軋機對所述鎂合金板材進行軋制，然後進行所述上滾珠和所述下滾珠在所述鎂合金板材上下表面的表面滾壓處理，最後由所述後置小軋機對所述鎂合金板材進行軋制。
[0017]優選地，所述前置大軋機和所述後置小軋機的軋輥的線速度一致。
[0018]優選地，所述上旋轉盤與所述下旋轉盤的旋轉方向相反，以使鎂合金板材在移動過程中不發生晃動，如果所述上旋轉盤與所述下旋轉盤的旋轉方向相同，鎂合金板材必定會在移動過程中偏離軋制方向。
[0019]優選地，所述上滾珠和所述下滾珠的高度可隨著所述上旋轉電機和所述下旋轉電機的高度的調整而進行調整。
[0020]此處設計目的在於，通過調整上下旋轉電機的高度，使上下滾珠以一定載荷在鎂合金板材表面進行反覆連續的滾壓，造成鎂合金板材較大的塑性變形，從而獲得超細晶組織，使其強度得到提高；所述滾壓機構有兩個以上時，兩個以上的所述滾壓機構在所述鎂合金板材上下表面上呈交錯排布，使得寬度較大的鎂合金板材能夠得到充分的表面處理；另外，晶粒的細化對非基面的滑移有促進作用，並且由於織構得到了改善，使能啟動的滑移系更多，其塑性變形性能也得到提高。總之，通過對鎂合金板材表面進行反覆連續的滾壓，使鎂合金的抗拉強度、應變速率敏感指數等都有一定的提升，並且延伸率也沒有降低。
[0021]從上述技術方案可以看出，本發明一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置與方法，首先通過前置大軋機對鎂合金板材的軋制，然後通過上滾珠和下滾珠在鎂合金板材上下表面的表面滾壓處理，最後通過後置小軋機對鎂合金板材進行小壓下量的軋制，使鎂合金板材表面生成晶粒細化層，以較小的下壓量來大幅提高鎂合金板材的機械性能，並提高鎂合金板材的成形性。
[0022]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明的表面軋制結合滾壓加工處理鎂合金板材的裝置示意圖；
[0024]圖2是圖1中的上旋轉盤、上墊圈、上平面保持架和上滾珠的裝配示意圖的放大圖；
[0025]圖3是圖1中的下旋轉盤、下墊圈、下平面保持架和下滾珠的裝配示意圖的放大圖；
[0026]圖4是上平面保持架和上滾珠的裝配示意圖的放大圖；
[0027]圖5是圖4的A-A剖面圖；
[0028]圖6是上墊圈示意圖的放大圖；
[0029]圖7是圖6的B-B剖面圖；
[0030]圖8是多個滾壓機構的裝配示意圖；
[0031]圖9是多個滾壓機構交錯排布的俯視圖。
[0032] 圖中，I為前置大軋機，2為上旋轉電機，3為上三爪卡盤，4為上旋轉盤，5為上墊圈，6為上平面保持架,7為上滾珠,8為後置小軋機,9為鎂合金板材，10為下旋轉電機,11為下三爪卡盤，12為下旋轉盤，13為下墊圈，14為下平面保持架，15為下滾珠，16為第一上輥，17為第一下輥，18為第二上輥，19為第二下輥。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發明的一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置與方法做進一步的描述。
[0034]實施例:
[0035]如圖1至圖9所示，圖1是本發明的表面軋制結合滾壓加工處理鎂合金板材的裝置示意圖；圖1表示了一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材9的加工裝置，包括前置大軋機
1、後置小軋機8和布置在所述前置大軋機I和所述後置小軋機8之間的滾壓機構，所述前置大軋機I包括第一上輥16和第一下輥17，所述後置小軋機8包括第二上輥18和第二下輥19，所述滾壓機構包括上旋轉電機2、上三爪卡盤3、上旋轉盤4、上墊圈5、上平面保持架6和上滾珠7，和下旋轉電機10、下三爪卡盤11、下旋轉盤12、下墊圈13、下平面保持架14和下滾珠15 ;平面保持架外圓直徑為5~10釐米，滾珠直徑為3~4毫米，並且因為實施例中，鎂合金板材9的寬度小於5~10釐米，可只用一個滾壓機構；所述上旋轉電機2通過所述上三爪卡盤3連接有所述上旋轉盤4，所述上旋轉盤4的背離所述上旋轉電機2的一側固設有所述上墊圈5，所述上平面保持架6上嵌有所述上滾珠7並被置於所述上墊圈5背離所述上旋轉電機2的一側；所述下旋轉電機10通過所述下三爪卡盤11連接所述下旋轉盤12，所述下旋轉盤12的背離所述下旋轉電機10的一側固設有所述下墊圈13，所述下平面保持架14上嵌有所述下滾珠15並被置於所述下墊圈13背離所述下旋轉電機10的一側；所述鎂合金板材9依次穿過所述第一上輥16和所述第一下輥17、所述上滾珠7和所述下滾珠15以及所述第二上輥18和所述第二下輥19之間的間隙，並與所述第一上輥16、所述第一下輥17、所述上滾珠7、所述下滾珠15、所述第二上輥18和所述第二下輥19皆相接觸。
[0036]在實施例中，所述上旋轉電機2、所述上三爪卡盤3、所述上旋轉盤4、所述上墊圈5和所述上平面保持架6 同軸，且與所述下旋轉電機10、所述下三爪卡盤11、所述下旋轉盤12、所述下墊圈13、所述下平面保持架14同軸；所述上旋轉電機2可通過所述上三爪卡盤3帶動所述上旋轉盤4，所述下旋轉電機10可通過所述下三爪卡盤11帶動所述下旋轉盤12。
[0037]請參閱圖2，圖2是圖1中的上旋轉盤、上墊圈、上平面保持架和上滾珠的裝配示意圖的放大圖，圖2中，所述上墊圈5背離所述上旋轉電機2的表面上具有上墊圈滾道，所述上滾珠7可在所述上墊圈滾道內滾動和/或滑動。
[0038]請參閱圖4和圖5，圖4上平面保持架和上滾珠的裝配示意圖的放大圖；圖5是圖4的A-A剖面圖；圖4和圖5中，所述上滾珠7有8個。
[0039]請參閱圖6和圖7，圖6是上墊圈示意圖的放大圖；圖7是圖6的B-B剖面圖；圖6和圖7中，所述上墊圈5上有一圈滾道。
[0040]請參閱圖3，圖3是圖1中的下旋轉盤、下墊圈、下平面保持架和下滾珠的裝配示意圖的放大圖，圖3中，所述下滾珠15有8個，所述下墊圈13背離所述下旋轉電機10的表面上具有下墊圈滾道，所述下滾珠15可在所述下墊圈滾道內滾動和/或滑動。
[0041]在兩次軋制之間引入滾珠進行鎂合金板材9表面滾壓的處理方式使鎂合金板材9表面產生強烈的擠壓變形，以改變其織構並細化表層晶粒至微納米級別，但保持鎂合金板材9內部原來的粗晶組織，以提高鎂合金板材9的加工性能，並節約了加工成本,處理後的鎂合金板材9表面平整、粗糙度較低、抗拉強度高、延伸率優異且應變速率敏感指數高。在實施例中，所述上滾珠7和所述下滾珠15分別在所述上平面保持架6和所述下平面保持架14內均布；所述上滾珠7可在所述上平面保持架6內滾動和/或滑動，所述下滾珠15可在所述下平面保持架14內滾動和/或滑動。
[0042]在實施例中，所述上平面保持架6和所述下平面保持架14平行於所述鎂合金板材9的表面。
[0043]在實施例中，所述前置大軋機1、所述後置小軋機8和所述上滾珠7與所述下滾珠15的軋制線的標高一致。
[0044]下面以寬為5釐米、厚為I毫米的AZ31鎂合金板材9為例進行加工方法的說明，因為其鎂合金板材9的寬度為5釐米，所以只用一個滾壓機構:
[0045]首先，在室溫下，調整前置大軋機I和後置小軋機8的轉速使AZ31鎂合金板材9移動速度為8.5 X 10_4m/S，並調整壓力使鎂合金板材9通過前置大軋機I後，平均厚度從1.00暈米軋到0.97暈米，軋下量為3%。
[0046]然後，使該AZ31鎂合金板材9按照圖1中的箭頭所示方向進入前置大軋機1、滾壓機構和後置小軋機8，並調整好所述上旋轉盤4的高度，然後在所述上旋轉盤4內安裝嵌有所述上滾珠7的所述上平面保持架6，然後，開啟並調整上旋轉電機2和下旋轉電機10的轉速是150rpm (轉/分鐘)，旋轉方向相反，以使鎂合金板材9在移動過程中不發生晃動，並調整上旋轉電機2和下旋轉電機10的高度使得上滾珠7和下滾珠15對板材的壓力為250N，以便對鎂合金板材9進行充分的表面滾壓處理。在滾壓過程中需要在上滾珠7、上墊圈5和上旋轉盤4，以及下滾珠15、下墊圈13和下旋轉盤12之間不斷添加潤滑油。
[0047]最後,調整後置小軋機8的軋下量為2%,鎂合金板材9平均厚度從0.97毫米軋到0.95毫米，經過後置小軋機8的板材表面平整的小壓下量的輕軋制後，鎂合金板材9被送出本發明的加工裝置。
[0048]在另一實施例中，當鎂合金板材9的寬度大於5~10釐米時，可用兩個以上的滾壓機構:
[0049]請參閱圖8和圖9，圖8是多個滾壓機構的裝配示意圖；圖9是多個滾壓機構交錯排布的俯視圖；對於寬度大於或等於10釐米鎂合金板材9，就用兩個甚至多個交錯排布的滾壓機構，使得鎂合金板材9能夠得到充分的表面處理。
[0050]在上述實施例中，通過調整上旋轉電機2和下旋轉電機10的高度，使上滾珠7和下滾珠15以一定載荷在鎂合金板材9表面進行反覆連續的滾壓，造成鎂合金板材9較大的塑性變形；另外，晶粒的細化對非基面的滑移有促進作用，並且由於織構得到了改善，使能啟動的滑移系更多，其塑性變形性能也得到提高。總之，通過對鎂合金板材表面進行反覆連續的滾壓，使鎂合金的抗拉強度、應變速率敏感指數等都有一定的提升，並且延伸率也沒有降低。
[0051]從上述實施方案可以看出，本發明一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材9的加工裝置與方法，首先通過前置大軋機I對鎂合金板材9的軋制，然後通過上滾珠7和下滾珠15在鎂合金板材9上下表面的表面滾壓處理，最後通過後置小軋機8對鎂合金板材9進行小壓下量的軋制，使鎂合金板材9表面生成晶粒細化層，以較小的下壓量來大幅提高鎂合金板材9的機械性能，並提高鎂合金板材9的成形性。
[0052]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置，其特徵在於，包括前置大軋機、後置小軋機和布置在所述前置大軋機和所述後置小軋機之間的至少一個滾壓機構，所述前置大軋機包括第一上輥和第一下輥，所述後置小軋機包括第二上輥和第二下輥，每個所述滾壓機構包括上旋轉電機、上三爪卡盤、上旋轉盤、上墊圈、上平面保持架、上滾珠、下旋轉電機、下三爪卡盤、下旋轉盤、下墊圈、下平面保持架和下滾珠；所述上旋轉電機通過所述上三爪卡盤連接所述上旋轉盤，所述上旋轉盤的背離所述上旋轉電機的一側固設有所述上墊圈，所述上平面保持架上嵌有所述上滾珠並被置於所述上墊圈背離所述上旋轉電機的一側；所述下旋轉電機通過所述下三爪卡盤連接所述下旋轉盤，所述下旋轉盤的背離所述下旋轉電機的一側固設有所述下墊圈，所述下平面保持架上嵌有所述下滾珠並被置於所述下墊圈背離所述下旋轉電機的一側；所述鎂合金板材依次穿過所述第一上輥和所述第一下輥、所述上滾珠和所述下滾珠以及所述第二上輥和所述第二下輥之間的間隙，並與所述第一上輥、所述第一下輥、所述上滾珠、所述下滾珠、所述第二上輥和所述第二下輥皆相接觸。
2.根據權利要求1所述的軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置，其特徵在於，所述上旋轉電機、所述上三爪卡盤、所述上旋轉盤、所述上墊圈和所述上平面保持架同軸，且與所述下旋轉電機、所述下三爪卡盤、所述下旋轉盤、所述下墊圈、所述下平面保持架同軸；所述上旋轉電機可通過所述上三爪卡盤帶動所述上旋轉盤，所述下旋轉電機可通過所述下三爪卡盤帶動所述下旋轉盤；所述上墊圈背離所述上旋轉電機的表面上具有上墊圈滾道，所述上滾珠可在所述上墊圈滾道內滾動和/或滑動；所述下墊圈背離所述下旋轉電機的表面上具有下墊圈滾道，所述下滾珠可在所述下墊圈滾道內滾動和/或滑動。
3.根據權利要求1所述的軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置，其特徵在於，所述上滾珠和所述下滾珠的個數皆為至少兩個且分別在所述上平面保持架和所述下平面保持架內均布；所述上滾珠可在所述上平面保持架內滾動，所述下滾珠可在所述下平面保持架內滾動。
4.根據權利要求1所述的軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置，其特徵在於，所述上平面保持架和所述下平面保持架平行於所述鎂合金板材的表面。
5.根據權利要求1所述的軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置，其特徵在於，所述前置大軋機、所述後置小軋機和所述上滾珠與所述下滾珠的軋制線的標高一致。
6.根據權利要求1所述的軋制結合滾壓處理鎂合金板材的加工裝置，其特徵在於，所述滾壓機構有兩個以上時，兩個以上的所述滾壓機構在所述鎂合金板材上下表面上呈交錯排布。
7.—種處理鎂合金板材的方法，應用於根據權利要求1至6中任一項所述的加工裝置，其特徵在於，首先所述前置大軋機對所述鎂合金板材進行軋制，然後進行所述上滾珠和所述下滾珠在所述鎂合金板材上下表面的表面滾壓處理，最後由所述後置小軋機對所述鎂合金板材進行軋制。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述前置大軋機和所述後置小軋機的軋輥的線速度一致。
9.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述上旋轉盤與所述下旋轉盤的旋轉方向相反。
10.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述上滾珠和所述下滾珠的高度可隨著所述 上旋轉電機和所述下旋轉電機的高度的調整而進行調整。
【文檔編號】C21D7/04GK104178714SQ201410381757
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】沈耀, 顏家維, 馬佳偉 申請人:上海交通大學