一種拉軋成形方法及裝置製造方法

2023-11-02 19:31:17

一種拉軋成形方法及裝置製造方法
【專利摘要】一種拉軋成形方法及裝置，屬於金屬塑性加工【技術領域】。其特徵是，拉軋成形裝置由進料機構（2）、加熱器（3）、軋制機構（4）組成；將金屬坯料（1）依次通過進料機構（2）、加熱器（3）和軋制機構（4），通過控制軋制速度Vo與送進速度Vi之比（其中1Vo/Vi3.5）、加熱溫度以及軋制壓下量，實現金屬坯料（1）的單道次大變形量塑性成形，獲得高質量的金屬製品（5）。本發明的優點是，可以實現金屬材料（特別是難加工金屬材料）短流程、單道次大變形量、尺寸波動範圍小、板帶材製品寬度可控、高效率、近終形、節能降耗、低成本的塑性成形，可以用於高質量金屬材料（特別是難加工金屬材料）板帶材、棒線材、管材和型材等的生產。
【專利說明】一種拉軋成形方法及裝置
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明屬於金屬塑性加工【技術領域】，具體涉及一種拉軋成形方法及裝置，特別適用於難加工金屬材料的塑性成形。
技術背景
[0003]鎢及其合金、鈦合金、鎳鈦形狀記憶合金、不鏽鋼、高矽鋼、高工鋼、高溫合金和金屬複合材料等金屬材料性能優異，在國民經濟和國防建設中具有廣泛而重要的用途。但是，該類金屬材料屬於典型的難加工金屬材料，塑性加工性能較差，採用冷加工方法(如冷軋、冷拉等)一般難以成形，通常都採用熱加工(或溫加工)方法進行生產。熱軋(或溫軋)是目前難加工金屬材料生產中最常用的熱加工(或溫加工)方法之一。相對冷軋而言，採用熱軋(或溫軋)成形難加工金屬材料可以改善難加工金屬材料的塑性加工性能，在一定程度上提高其變形量和成材率，常用於難加工金屬材料的板帶材、棒線材、管材以及型材的生產；但是，難加工金屬材料的熱軋(或溫加工)成形存在著道次變形量不夠大、軋制道次多、工藝流程長、成材率仍然偏低、金屬消耗大、能源浪費嚴重、軋輥損耗大、生產成本高，產品規格、品種以及質量和性能難以滿足使用要求等問題。同時，由於世界環境汙染、資源與能源短缺等問題的日益加劇，對現代金屬材料成形加工行業提出了加快向短流程、近終形、高效率、低成本、低能耗方向發展的迫切要求[謝建新.難加工金屬材料短流程高效製備加工技術研究進展[J].中國材料進展 ，2010，29 (11):1-7]。
[0004]因此，開發短流程、道次變形量大、尺寸波動範圍小、高效率、近終形、節能降耗、低成本的材料塑性加工新方法及新裝置，推動難加工金屬材料的塑性成形，具有十分重要的意義。

【發明內容】

[0005]本發明是將金屬材料在高溫拉伸情況下容易發生大變形(單道次最大變形量可以超過65%)的原理引入軋制技術中，與傳統軋制技術有機集成而提出來的。在金屬材料進入軋制機構之前安裝一個加熱器，實現對金屬材料的在線加熱；在金屬材料進入加熱器之前安裝一個進料機構，通過進料機構實現對金屬材料送進速度的控制；當金屬材料被加熱器加熱後，通過進料機構的送進速度和軋制機構的軋制速度之間的速度差造成的拉力，實現金屬材料在加熱器和軋制機構之間發生高溫大變形量拉伸變形；拉伸變形後的金屬材料緊接著帶著餘熱進入軋制機構進行較大變形量的熱軋(或溫軋)變形，獲得所需形狀尺寸和組織性能的金屬製品。進料機構只起到連續送進金屬材料的作用，不對金屬材料施加軋制壓力；軋制機構既是金屬材料在高溫下完成大變形量拉伸變形的主要動力提供機構，又是給金屬材料提供軋制壓力完成金屬材料較大變形量熱軋(或溫軋)的唯一承擔機構。在此基礎上開發一種拉軋成形方法及裝置，將高溫拉伸大變形與熱軋(或溫軋)的控制形狀與控制性能的較大變形量變形有機集成，在一套裝置上實現金屬材料(尤其是難加工金屬材料)的單道次大變形量(單道次最大變形量可以超過95%)成形，解決現有金屬材料(特別是難加工金屬材料)單純高溫拉伸成形獲得的金屬製品尺寸波動範圍大、板帶材製品的寬度必然小於金屬原材料的寬度，單純軋製成形時單道次變形量較小、板帶材製品的寬度必然大於金屬原材料的寬度，以及所需道次偏多、工藝流程長、成材率偏低、金屬消耗大、能源浪費嚴重、軋輥損耗大、生產成本高，產品規格、品種以及質量和性能難以滿足使用要求等問題。
[0006]一種拉軋成形方法，其特徵在於，將金屬坯料(I)依次通過進料機構(2)、加熱器
(3)和軋制機構(4);啟動進料機構(2)和軋制機構(4)，使金屬坯料(I)預張緊；然後將進料機構(2)的進料速度設為Vi，將軋制機構(4)的初始軋制速度也設為Vi ;打開加熱器(3)，對金屬坯料(I)進行加熱，控制加熱溫度為金屬坯料(I)熔點溫度Tm (用絕對溫度表示，單位K)的0.4^0.95倍；調整軋制機構(4)的軋制速度和軋制壓下量，使軋制速度逐漸增加到Vo ;通過控制軋制速度Vo與送進速度Vi之比(其中l〈Vo/Vi〈3.5)、加熱溫度以及軋制壓下量，實現金屬坯料(I)的單道次大變形量塑性成形，單道次最大變形量可以超過95%，獲得高質量的金屬製品(5)。
[0007]一種拉軋成形裝置，其特徵在於，由進料機構(2)、加熱器(3)、軋制機構(4)組成。金屬坯料(I)在進料機構(2)的作用下，以送進速度Vi向前輸送；沿著金屬坯料(I)前進方向在進料機構(2)後面安裝加熱器(3)，對金屬坯料(I)進行加熱；沿著金屬坯料(I)前進方向在加熱器(3)後面安裝軋制機構(4),控制軋制速度Vo大於送進速度Vi,保證金屬還料
(I)在加熱器(3)和軋制機構(4)之間產生大變形量拉伸變形；緊接著金屬坯料(I)在軋制機構(4)中完成控制形狀與控制性能的較大變形量變形，實現單道次大變形量塑性成形高質量的金屬製品(5)。
[0008]所述的加熱器(3 )為感應加熱、氣體加熱、液體加熱、電流加熱、介電加熱或雷射加熱器中的一種。
[0009]所述的軋制機構(4)可以通入冷卻介質對軋輥進行冷卻。所述的冷卻介質為空氣、水、油、惰性氣體、氮氣、二氧化碳或漿液中的一種。所述的軋輥可以是平輥或孔型輥。
[0010]所述的拉軋成形裝置可以安裝智能化或自動化在線檢測和閉環反饋控制系統，實現智能化或自動化拉軋成形。
[0011]所述的拉軋成形裝置可以安裝保護氣體供給系統，防止拉軋成形過程中金屬表面發生氧化。
[0012]本發明的優點在於:
1.拉軋成形方法生產的金屬製品尺寸波動範圍小、精度高；金屬板帶材製品的寬度可控，可以小於、等於或大於金屬坯料的寬度。
[0013]2.拉軋成形方法應用範圍廣泛，可以用於各種金屬材料的塑性加工，特別有利於難加工金屬材料的成形。 [0014]3.拉軋成形方法具有單道次變形量大、流程短、效率高、近終成形、所需成形力小、節能降耗、成材率高、生產成本低等特點。
[0015]4.拉軋成形裝置結構簡單、靈活性高、通用性強、操作和維修方便、生產效率高、適用範圍廣、易實現自動控制，在一臺裝置上就能夠方便地批量工業化生產多規格、多品種、表面光潔度好的高質量金屬製品。[0016]5.利用拉軋成形方法及裝置可以近終成形金屬材料(特別是難加工金屬材料)的板帶材、棒線材、管材和型材等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的拉軋成形裝置配置示意圖。其中，(I)為金屬坯料，(2)為進料機構，(3)為加熱器，(4)為軋制機構，(5)為金屬製品。
【具體實施方式】
[0018]以下結合實施例對本發明進行具體描述，有必要在此指出的是本實施例只用於對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，凡是根據本發明技術實質對以下實施例所作的任何簡單修改、變更及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
[0019]結合附圖1對本發明的拉軋成形裝置具體說明如下:
拉軋成形裝置由進料機構(2 )、加熱器(3 )、軋制機構(4 )組成。金屬坯料(I)在進料機構(2)的作用下，以送進速度Vi向前輸送；沿著金屬坯料(I)前進方向在進料機構(2)後面安裝加熱器(3)，對金屬坯料(I)進行加熱；沿著金屬坯料(I)前進方向在加熱器(3)後面安裝軋制機構(4)，控制軋制速度No大於送進速度Vi，保證金屬坯料(I)在加熱器(3)和軋制機構(4)之間產生大變形量拉伸變形；緊接著金屬坯料(I)在軋制機構(4)中完成控制形狀與控制性能的較大變形量變形，實現單道次大變形量塑性成形高質量的金屬製品(5)。
[0020]所述的加熱器(3 )為感應加熱、氣體加熱、液體加熱、電流加熱、介電加熱或雷射加熱器中的一種。
[0021]所述的軋制機構(4)可以通入冷卻介質對軋輥進行冷卻。所述的冷卻介質為空氣、水、油、惰性氣體、氮氣、二氧化碳或漿液中的一種。所述的軋輥可以是平輥或孔型輥。
[0022]所述的拉軋成形裝置可以安裝智能化或自動化在線檢測和閉環反饋控制系統，實現智能化或自動化拉軋成形。
[0023]所述的拉軋成形裝置可以安裝保護氣體供給系統，防止拉軋成形過程中金屬表面發生氧化。
[0024]實施例1:
將5 X IOmm的純銅扁坯依次通過進料機構(2)、感應加熱器(3)和軋制機構(4);啟動進料機構(2)和軋制機構(4)，使純銅扁坯預張緊；然後將進料機構(2)的進料速度Vi設為0.5mm/s,將軋制機構(4)的初始軋制速度也設為0.5mm/s ;打開加熱器(3),對純銅扁還進行加熱，控制加熱溫度為1073K，即純銅熔點絕對溫度Tm的0.79倍；調整軋制機構(4)，使其軋制速度Vo逐漸增加到0.8mm/s,軋制壓下量逐漸增加到2.2mm ;通過控制軋制速度Vo與送進速度Vi之比為1.6，實現純銅扁坯的單道次大變形量塑性成形，單道次變形量為42%，獲得2.9X 10mm、尺寸波動範圍±0.06mm、表面光潔度好的高質量純銅扁材。
[0025]實施例2:
將直徑4_的304不鏽鋼線坯依次通過進料機構(2 )、感應加熱器(3 )和軋制機構(4 );啟動進料機構(2)和軋制機構(4)，使304不鏽鋼線坯預張緊；然後將進料機構(2)的進料速度Vi設為0.5mm/s,將軋制機構(4)的初始軋制速度也設為0.5mm/s ;打開加熱器(3),對304不鏽鋼線坯進行加熱，控制加熱溫度為1273K，即304不鏽鋼熔點絕對溫度Tm的
0.75倍；調整軋制機構(4)，使其軋制速度Vo逐漸增加到1.5mm/s,軋制壓下量逐漸增加為
3.08mm ;通過控制軋制速度Vo與送進速度Vi之比為3，實現304不鏽鋼線坯的單道次大變形量塑性成形，單道次變形量為76%，獲得1.02X2.96mm、尺寸波動範圍±0.05mm、表面光潔度好的高質量304不鏽鋼扁材。
[0026]實施例3:
將6X6_的304不鏽鋼扁坯依次通過進料機構(2)、感應加熱器(3)和軋制機構(4)；啟動進料機構(2)和軋制機構(4)，使304不鏽鋼扁坯預張緊；然後將進料機構(2)的進料速度Vi設為lmm/s,將軋制機構(4)的初始軋制速度也設為lmm/s ;打開加熱器(3),對304不鏽鋼扁坯進行加熱，控制加熱溫度為1373K，即304不鏽鋼熔點絕對溫度Tm的0.81倍；調整軋制機構(4)，使其軋制速度No逐漸增加到2.5mm/s，軋制壓下量逐漸增加為2.48mm ；通過控制軋制速度Vo與送進速度Vi之比為2.5，實現304不鏽鋼扁坯的單道次大變形量塑性成形，單道次變形量為63%，獲得3.62X3.66mm、尺寸波動範圍±0.06mm、表面光潔度好的高質量304不鏽鋼扁材。
[0027]實施例4:
將直徑2mm的純鎢線坯依次通過進料機構(2)、感應加熱器(3)和軋制機構(4);啟動進料機構(2)和軋制機構(4)，使純鎢線坯預張緊；然後將進料機構(2)的進料速度Vi設為0.5mm/s，將軋制機構(4)的初始軋制速度也設為0.5mm/s ;打開加熱器(3)，對純鎢線坯進行加熱，控制加熱溫度為1773K，即純鎢熔點絕對溫度Tm的0.45倍；調整軋制機構(4)，使其軋制速度Vo逐漸增加到0.7mm/s,軋制壓下量逐漸增加為0.9mm ;通過控制軋制速度Vo與送進速度Vi之比為1.4，實現純鎢線坯的單道次大變形量塑性成形，單道次變形量為30%，獲得1.20X1.82mm、尺寸波動範圍±0.04mm、表面光潔度好的高質量純鎢扁材。
[0028]實施例5:
將直徑5_的銅包鋁複合線坯依次通過進料機構(2)、感應加熱器(3)和軋制機構(4);啟動進料機構(2)和軋制機構(4)，使銅包鋁複合線坯預張緊；然後將進料機構(2)的進料速度Vi設為lmm/s,將軋制機構(4)的初始軋制速度也設為lmm/s ;打開加熱器(3),對銅包鋁複合線坯進行加熱，控制加熱溫度為793K，即純鋁熔點絕對溫度Tm的0.85倍；調整軋制機構(4)，使其軋制速度No逐漸增加到1.8mm/s，軋制壓下量逐漸增加為3.12mm ;通過控制軋制速度Vo與送進速度Vi之比為1.8，實現銅包鋁複合線坯的單道次大變形量塑性成形，單道次變形量為50%，獲得1.98X 5mm、尺寸波動範圍±0.05mm、表面光潔度好的高質量銅包鋁複合扁材。
[0029]實施例6:
將直徑6_的鎳鈦形狀記憶合金線坯依次通過進料機構(2)、感應加熱器(3)和軋制機構(4);啟動進料機構(2)和軋制機構(4)，使鎳鈦形狀記憶合金線坯預張緊；然後將進料機構(2)的進料速度Vi設為0.5mm/s，將軋制機構(4)的初始軋制速度也設為0.5mm/s ;打開加熱器(3)，對鎳鈦形狀記憶合金線坯進行加熱，控制加熱溫度為943K，即鎳鈦形狀記憶合金熔點絕對溫度Tm的0.6倍；調整軋制機構(4)，使其軋制速度Vo逐漸增加到lmm/s，軋制壓下量逐漸增加為4_ ;通過控制軋制速度Vo與送進速度Vi之比為2，實現鎳鈦形狀記憶合金線坯的單道次大變形量塑性成形，單道次變形量為59%，獲得2.10X5.56mm、尺寸波動範圍±0.05_、表面光潔度好的高質量鎳鈦形狀記憶合金扁材。
[0030] 實施例7:
將直徑4_的TC4鈦合金線坯依次通過進料機構(2)、感應加熱器(3)和軋制機構(4);啟動進料機構(2)和軋制機構(4)，使TC4鈦合金線坯預張緊；然後將進料機構(2)的進料速度Vi設為0.5mm/s，將軋制機構(4)的初始軋制速度也設為0.5mm/s ;打開加熱器(3)，對TC4鈦合金線坯進行加熱，控制加熱溫度為1273K，即TC4鈦合金熔點絕對溫度Tm的0.66倍；調整軋制機構(4)，使其軋制速度Vo逐漸增加到0.8mm/s,軋制壓下量逐漸增加為1.04mm ;通過控制軋制速度Vo與送進速度Vi之比為1.6，實現TC4鈦合金線坯的單道次大變形量塑性成形，單道次變形量為41%，獲得直徑3.06mm、尺寸波動範圍±0.04mm、表面光潔度好的高質量TC4鈦合金線材。
【權利要求】
1.一種拉軋成形方法，其特徵在於，將金屬坯料(I)依次通過進料機構(2)、加熱器(3)和軋制機構(4);啟動進料機構(2)和軋制機構(4)，使金屬坯料(I)預張緊；然後將進料機構(2)的進料速度設為Vi，將軋制機構(4)的初始軋制速度也設為Vi ;打開加熱器(3)，對金屬坯料(I)進行加熱，控制加熱溫度為金屬坯料(I)熔點溫度Tm的0.4~0.95倍；調整軋制機構(4)的軋制速度和軋制壓下量，使軋制速度逐漸增加到Vo ;通過控制軋制速度Vo與送進速度Vi之比、加熱溫度以及軋制壓下量，實現金屬坯料(I)的單道次大變形量塑性成形，單道次最大變形量可以超過95%，獲得高質量的金屬製品(5);熔點溫度Tm用絕對溫度表示，單位K ;軋制速度Vo與送進速度Vi之比為l〈Vo/Vi〈3.5。
2.一種如權利要求1所述拉軋成形方法用的拉軋成形裝置，其特徵在於，拉軋成形裝置由進料機構(2 )、加熱器(3 )、軋制機構(4)組成；金屬坯料(I)在進料機構(2 )的作用下，以送進速度Vi向前輸送；沿著金屬坯料(I)前進方向在進料機構(2 )後面安裝加熱器(3 )，對金屬坯料(I)進行加熱；沿著金屬坯料(I)前進方向在加熱器(3)後面安裝軋制機構(4)，控制軋制速度Vo大於送進速度Vi，保證金屬還料(I)在加熱器(3)和軋制機構(4)之間產生大變形量拉伸變形；緊接著金屬坯料(I)在軋制機構(4)中完成控制形狀與控制性能的較大變形量變形，實現單道次大變形量塑性成形高質量的金屬製品(5)。
3.如權利要求2所述一種拉軋成形裝置，其特徵在於，所述的加熱器(3)為感應加熱、氣體加熱、液體加熱、電流加熱、介電加熱或雷射加熱器中的一種。
4.如權利要求2所述一種拉軋成形裝置，其特徵在於，所述的軋制機構(4)通入冷卻介質對軋輥進行冷卻 ；所述的冷卻介質為空氣、水、油、惰性氣體、氮氣、二氧化碳或漿液中的一種，所述的軋輥是平輥或孔型輥。
5.如權利要求2所述一種拉軋成形裝置，其特徵在於，拉軋成形裝置安裝智能化或自動化在線檢測和閉環反饋控制系統，實現智能化或自動化拉軋成形。
6.如權利要求2所述一種拉軋成形裝置，其特徵在於，拉軋成形裝置安裝保護氣體供給系統，防止拉軋成形過程中金屬表面發生氧化。
【文檔編號】B21B3/00GK103769419SQ201410046861
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月11日 優先權日:2014年2月11日
【發明者】劉雪峰, 李開松, 陳超, 汪汐湧, 謝建新 申請人:北京科技大學