CN101337256B

CN101337256B - 铝合金环件轧制工艺及设备

Info

Publication number: CN101337256B
Application number: CN2007100181990A
Authority: CN
Inventors: 张淑莲; 李中州; 杨大祥; 杜学斌
Original assignee: XI-AN HEAVY MACHINERY INST
Current assignee: China National Heavy Machinery Research Institute Co Ltd
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: CN101337256A

Abstract

本发明涉及金属材料加工方法及设备，尤其是超大直径铝合金环件的轧制工艺及设备，其特征是：轧制工艺为：A、计算参数：根据成品环尺寸计算毛坯尺寸、轧制线速度、各阶段径-轴向轧制力、环件的长大率、径-轴向进给速度、环件的外径、环件的高度、环件的壁厚技术控制参数；B、输入参数：依据计算结果向数控轧环机计算机输入以上各项技术控制参数；C、数控轧制：轧制过程采用全自动控制。其设备在机座上连接有径向轧制机构和轴向轧制机构，径向轧制机构连接有主轧辊传动装置(1)和芯辊装置(7)，轴向轧制机构连接有轴向轧辊传动装置(14)。本发明提供的超大直径直径铝合金环件轧制工艺及设备，在轧制过程顺利平稳，成品环尺寸精度高。

Description

铝合金环件轧制工艺及设备

技术领域

本发明是一种金属材料加工方法及设备，尤其是超大型铝合金环件的轧制工艺及设备。

背景技术

铝合金材料强度高、重量轻，被广泛用于我国的航空、航天工业。但是铝合金材料锻造温度范围窄，有的材质软而粘；有的材质硬而脆，使生产铝合金环形件的工艺难度增大。国内铝合金环形件加工的传统方法多是在水压机上采用自由锻工艺锻造，精度差、效率低、工人劳动强度大、材料利用率低、环形件的外径尺寸受到限制，制坯能力最大直径为3米；另外，铝合金环形件加工的直径越大，轧制过程越不容易控制，技术要求就越高，目前最近公布的专利号为200410060885.0的专利提供了一种连续轧制铝合金环件的工艺技术，但其技术效果仍达不到航空、航天工业所需要的大直径高强度精密铝合金环形件的质量要求，特别是针对5米直径的铝合金环件轧制，急需一种先进工艺来解决。

目前国内轧环设备能轧制的最大环件直径3米，该轧环设备存在的局限性是：①不能适用轧制不同材质的环件需要，环件的材质是单一的钢质。国内的轧环机主轧辊线速度是不可调的，设备能力不能充分发挥。

②轧环机上下料都是垂直上下料，没有芯辊升降装置。特别不适用大型环件和薄壁环件的下料，大型环件和薄壁环件垂直下料容易变形。

③轧环机轴向轧辊大都采用下轴向轧辊带动上轴向轧辊传动结构，此结构控制系统简单，但成品环精度差。

发明内容

为了满足航空、航天工业对大直径高强度精密铝合金环形件轧制的质量要求，本发明提供一种直径铝合金环件轧制工艺及设备，该工艺及设备轧制过程顺利平稳，成品环尺寸精度高。

本发明的目的是这样实现的，设计一种超大型直径铝合金环件轧制工艺，其特征是：轧制工艺按以下步骤实现：

(A)计算参数：根据成品环尺寸计算毛坯尺寸、轧制线速度、每个阶段径-轴向轧制力、环件的长大率、径-轴向进给速度、环件的外径、环件的高度、环件的壁厚技术控制参数；

(B)输入参数：依据计算结果向数控轧环机的计算机分别输入以上各项技术控制参数；

(C)数控轧制：轧制过程采用全自动控制。

所述的数控轧制过程按以下五个阶段进行：

a、整圆阶段：只进行径向轧制，轴向无进给，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展；

b、快速轧制阶段：径向给予设定的进给速度，环件按照设定数值长大，轴向进给与径向进给成设定的比例；

c、稳定轧制阶段：径向按照设定数值进给，环件也按照设定数值长大，轴向进给与径向进给成设定的比例；

d、减速轧制阶段：仅进行径向轧制，上轴向轧辊处于设定位置处，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，径向进给速度迅速减小，环件长大率减小；

e、成圆整形阶段：仅进行径向轧制，上轴向轧辊处于设定位置处，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，环件长大率是设定值，延时50s后自动轧制结束。

所述的数控轧制后环件的直径可达4.0--5.5米。

所述的设备由径向轧制机构与轴向轧制机构通过机座连接构成，在机座的一端有径向轧制机构，径向轧制机构至少包括主轧辊传动装置1和芯辊装置7，它们分别通过机座过桥5、径向滑座8垂直坐落在机座上；在机座的另一端有轴向轧制机构，轴向轧制机构通过坐落在机座上的轴向滑座19、轴向活动梁20连接有轴向轧辊传动装置14。

所述的主轧辊传动装置1由两台直流电机3、主减速机2、主联轴器4、主轧辊6组成；主轧辊传动装置1连接在机座过桥5上，通过6个液压缸进行锁紧，机座过桥5固定连接在机座上；主轧辊传动装置1上的直流电机3、主减速机2、主联轴器4、主轧辊6依次连接，主减速机2与主轧辊6通过主联轴器4垂直连接。

所述的芯辊装置7由芯辊升降油缸9、芯辊箱10、芯辊11、芯辊上支撑12、芯辊快速夹紧装置13组成；芯辊装置7装在径向滑座8内，径向滑座8滚动连接在机座上；芯辊箱10固定在芯辊装置7上，芯辊11在芯辊箱10中，芯辊11上部插入芯辊上支撑12内，下部插入芯辊快速夹紧装置13内。

所述的轴向轧辊传动装置14呈斜角连接在轴向活动梁20上；轴向轧辊传动装置14由轴向直流电机15、轴向联轴器18、轴向减速机16、轴向轧辊17组成；轴向轧辊17分布在轴向轧辊传动装置14内，轴向直流电机15在轴向轧辊传动装置14的尾端并通过轴向联轴器18与轴向减速机16连接。

所述的轴向轧辊传动装置14有两套，在机座下方的轴向轧辊传动装置14装入轴向滑座19中，在机座上方的轴向轧辊传动装置14装入轴向活动梁20中，依靠液压力上下运动；它们各由一台轴向直流电机15经过轴向联轴器18与轴向减速机16相联，驱动轴向轧辊17。

所述的芯辊升降油缸9有两个，芯辊11向上运动插入芯辊上支撑12内，向下运动直至芯辊轴上平面与轧制工作台平齐。

本发明的特点是：1、确定了轧制5米铝合金环件最佳毛坯尺寸。2.确定了轧制5米铝合金环件的五个阶段的轧制工艺参数。3.在5米径-轴向数控轧环机上运用此工艺轧制5米铝合金环件精度高。4.提高了生产效率，降低了工人劳动强度。

本发明的设备适用于超大直径铝合金环件的轧制生产，也适用于钢质环形件的轧制生产；设有芯辊升降装置，上下料方便快捷。其主轧线速度与轴向轧辊线速度的匹配合理。为了保证环件顺利旋转，从结构上设计上下轴向轧辊各次都有独立的传动装置，使轧辊表面各点的速度与环件端面的速度一致，保证了环件的圆度。

本发明的优点是：

1、轧制线速度无级可调，满足轧制不同尺寸不同材质环件对速度的要求。

2、芯辊可以升降，方便轧制环件时的上下料。

3、采用轴向轧辊各自独立的动力，使轧辊表面各点的速度与环件端面的速度一致，保证了环件的圆度。

4、主轧辊、芯辊、轴向轧辊更换容易。

本发明属于轧制大型铝合金环形件的设备，主要由主轧辊传动装置、主轧辊、芯辊装置、芯辊箱、芯辊、轴向轧辊传动装置等组成。主轧辊传动装置由两台直流调速电机通过主减速机驱动，主减速机与主轧辊用主联轴器垂直联结。芯辊装置由芯辊升降油缸、芯辊箱、芯辊、芯辊上支撑、芯辊快速夹紧装置等组成。芯辊装置装在径向滑座内，芯辊装在芯辊箱中，芯辊上部插入芯辊上支撑内，芯辊装置通过芯辊升降油缸进行升降，在芯辊的下部连接有芯辊快速夹紧装置。轴向轧辊传动装置由轴向直流电机、轴向联轴器、轴向减速机、轴向轧辊等组成。轴向轧辊传动装置各由一台轴向直流电机经过轴向联轴器与轴向减速机相联，驱动轴向轧辊。本实用新型具有轧制线速度无级可调、上料下料方便、环件轧制旋转顺利等优点。

附图说明

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

图1所示为5米铝合金环件轧制工艺曲线。

图2是输入计算机的轧制工艺参数。

图3是5m径-轴向数控轧环机实施例结构示意图。

图中：1、主轧辊传动装置；2、主减速机；3、直流电机；4、主联轴器；5、机座过桥；6、主轧辊；7、芯辊装置；8、径向滑座；9、芯辊升降油缸；10、芯辊箱；11、芯辊；12、芯辊上支撑；13、芯辊快速夹紧装置；14、轴向轧辊传动装置；15、轴向直流电机；16、轴向减速机；17、轴向轧辊；18、轴向联轴器；19、轴向滑座；20、轴向活动梁。

具体实施方式

实施例如图1所示，本发明的技术参数包括热态毛坯、成品环的外径、内径、壁厚和高度；每个轧制阶段环件的外径、内径、壁厚和高度、长大速度和轴/径比。如图1所示热态毛坯外径2729.1mm，内径2213.5mm，壁厚257.8mm，高度342.7mm；热态成品环外径5040mm，内径4744.8mm，壁厚147.6mm，高度302.4mm。

0～1：环件外径2920mm，高度350mm，壁厚232mm，长大速度0→2.5mm/s；

1～2：环件外径3404.3mm，高度333.3mm，壁厚204.7mm，长大速度2.5→3.5mm/s，轴/径比0.61；

2～3：环件外径4840mm，高度302.4mm，壁厚154mm，长大速度3.5mm/s，轴/径比0.61；

3～4：环件外径4900mm，高度302.4mm，壁厚152mm，长大速度3.5→1mm/s；

4～5：环件外径5040mm，高度302.4mm，壁厚147.6mm，长大速度1mm/s，延时50s后自动轧制结束.

本实施例的流程是：根据成品环尺寸计算毛坯尺寸→轧制线速度→每个阶段径-轴向轧制力→环件的长大率→径-轴向进给速度→环件的外径→环件的高度→环件的壁厚。

具体操作过程是：根据成品环尺寸计算毛坯尺寸、轧制线速度、五个阶段径-轴向轧制力、环件的长大率、径-轴向进给速度、环件的外径、高度、壁厚。尔后把这些参数输入计算机内，轧制过程采用全自动控制。

本实施例提供的轧制工艺，在国产5米径-轴向数控轧环机上实现，步骤如下：(A)计算参数，根据成品环尺寸计算毛坯尺寸、轧制线速度、每个阶段径-轴向轧制力、环件的长大率、径-轴向进给速度、环件的外径、环件的高度、环件的壁厚等项技术控制参数。(B)输入参数，依据计算结果向数控轧环机的计算机分别输入以上各项技术控制参数。(C)数控轧制，轧制过程采用全自动控制。

本实施例的环件轧制过程分五个阶段：

a、整圆阶段，只进行径向轧制，上轴向轧辊处于h＝350mm位置，轴向无进给，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展。此时环件尺寸为：D₁＝2920mm H₁＝350mm S₁＝232mm。

b：快速轧制阶段，径向给予0.17mm/s进给速度，环件按照2.5～3.5mm/s数值长大，轴向进给与径向进给成0.61的比例。此时环件尺寸为：D₂＝3404.3mm H₂＝333.3mm S₂＝204.7mm。

c：稳定轧制阶段，径向按照0.09mm/s数值进给，环件也按照3.5mm/s数值长大，轴向进给与径向进给成0.61的比例。此时环件尺寸为：D₃＝4840mm H₃＝302.4mm S₃＝154mm。

d：减速轧制阶段，仅进行径向轧制，上轴向轧辊处于h＝302.4mm位置处，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，径向进给速度迅速减小，环件长大率减小。此时环件尺寸为：D₄＝4900mm H₄＝302.4mm S₄＝152mm。

e：成圆整形阶段，仅进行径向轧制，上轴向轧辊处于h＝302.4mm位置处，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，环件长大率是1。此时环件尺寸为：D₅＝5040mm H₅＝302.4mmS₅＝147.6mm。环件轧制延时50s后自动轧制结束。

上述D为环件外径，H为环件高度，S为环件壁厚。

本工艺提供的数控铝合金环件轧制工艺，轧制后环件的直径可达4.0--5.5米，可满足航空、航天工业所需要的大直径高强度精密铝合金环形件的轧制质量要求，该工艺轧制过程顺利平稳，成品环尺寸精度高。

实施例的设备如图3所示：它由径向轧制机构与轴向轧制机构通过机座连接构成。径向轧制机构安装在机座的一端，它至少包括主轧辊传动装置1和芯辊装置7。主轧辊传动装置1由两台直流电机3、主减速机2、主联轴器4、主轧辊6组成。主轧辊传动装置1装在机座过桥5上，用6个液压缸进行锁紧，机座过桥5固定连接在机座上。主轧辊传动装置1上的直流电机3、主减速机2、主联轴器4、主轧辊6依次连接，主减速机2与主轧辊6通过主联轴器4垂直连接，主轧辊由两台直流电机3经过主减速机2驱动。

芯辊装置7装在径向滑座8内，径向滑座8滚动连接在机座上。芯辊装置7由芯辊升降油缸9、芯辊箱10、芯辊11、芯辊上支撑12、芯辊快速夹紧装置13组成。芯辊11装在芯辊箱10中，芯辊11上部插入芯辊上支撑12内，下部插入芯辊快速夹紧装置13内。芯辊装置7通过芯辊升降油缸9进行升降。芯辊升降油缸9数量两个，芯辊11向上运动插入芯辊上支撑12内，向下运动直至芯辊轴上平面与轧制工作台平齐。

轴向轧制机构安装在机座的另一端，它至少包括滚动连接在机座上的轴向滑座19、轴向活动梁20及其装在其上的轴向轧辊传动装置14；轴向活动梁20垂直装在轴向滑座19中，轴向轧辊传动装置14呈斜角安装在轴向活动梁20上；轴向轧辊传动装置14由轴向直流电机15、轴向联轴器18、轴向减速机16、轴向轧辊17组成。轴向轧辊17安装在轴向轧辊传动装置14中，轴向直流电机15在轴向轧辊传动装置14的尾端并通过轴向联轴器18与轴向减速机16连接。

轴向轧辊传动装置1有两套，机座下方的轴向轧辊传动装置14安装在轴向滑座19中，在机座上方的轴向轧辊传动装置14安装在轴向活动梁20中依靠液压力上下运动；各由一台轴向直流电机15经过轴向联轴器18与轴向减速机16相联，驱动轴向轧辊17。

它的传动流程：驱动两台直流电机传动→主减速机传动→主联轴器传动→主轧辊旋转。芯辊升降油缸进出油带动→芯辊箱升降→芯辊升降→插入和脱开芯辊上支撑。驱动轴向直流电机→带动轴向联轴器→带动轴向减速机→带动轴向轧辊旋转。

实施例工作过程是：主轧辊传动装置驱动两台直流调速电机，电机旋转带动两个输入轴一个输出轴的主减速器旋转，再带动用主联轴器垂直联结的主轧辊旋转。这样通过调节直流电机的转速就可以得到需要的轧制速度。芯辊装置：芯辊升降油缸无杆腔进油，活塞杆向上运动带动芯辊箱向上运动，芯辊向上插入芯辊上支撑内，环件开始轧制。反之，芯辊升降油缸有杆腔进油，活塞杆向下运动带动芯辊箱向下运动，芯辊向下脱开芯辊上支撑，环件可以方便上料和下料。轴向轧辊传动装置：驱动轴向直流电机，电机旋转，通过轴向联轴器，带动轴向减速机旋转，带动轴向轧辊旋转。

Claims

1.铝合金环件轧制工艺，其特征是：轧制工艺按以下步骤实现：

A、计算参数：根据成品环尺寸计算毛坯尺寸、轧制线速度、每个阶段径-轴向轧制力、环件的长大率、径-轴向进给速度、环件的外径、环件的高度、环件的壁厚技术控制参数；

B、输入参数：依据计算结果向数控轧环机的计算机分别输入以上各项技术控制参数；

C、数控轧制：轧制过程采用全自动控制；

所述的数控轧制过程按以下五个阶段进行：

e、成圆整形阶段：仅进行径向轧制，上轴向轧辊处于设定位置处，轴向仅轧制由于径向轧制引起的宽展，环件长大率是设定值，延时50s后自动轧制结束；

所述的数控轧制后环件的直径可达4.0--5.5米。