CN101934309A - 金属板材加热式辊弯成形方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属板材加热式辊弯成形方法，属于辊弯成形技术及设备领域，以解决镁合金、铝合金、高强度钢由于加工硬化而难成形的问题。其特征在于，在保护气氛中对金属板材加热，待板材温度达到设定的温度时，板材进行辊弯成形，然后对成形后的板材进行冷却；最后对冷却后的金属板材进行裁剪并装箱。本发明根据上述方法还提供了一种金属板材加热式辊弯成形装置，包括辊弯成形系统、计算机控制系统、加热系统、冷却系统、气体保护罩。通过上述装置，可将难成形的金属板材加热后再进行辊弯成形，冷却后再裁剪至合适长度。与传统辊弯成形方法及装置相比，本发明具有成形道次少、经济效益高、更易对因加工硬化难成形的金属板材进行加工的优点。

Description

金属板材加热式辊弯成形方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种金属板材加热式辊弯成形方法及其装置，属于辊弯成形技术及设备领域。

背景技术

辊弯成形是通过顺序配置的多道次成形轧辊，把卷材、带材等金属板带逐渐地进行横向弯曲，以制成特定断面的型材。与热轧型钢相比，具有能源与材料消耗小、辊弯型材产品表面质量好、尺寸精度高、相对刚度与强度大的优点，是一种用途非常广泛的经济型断面型材，在建筑、交通、机械、家电等各行各业有着非常广泛的应用。

目前，我国国民经济持续快速发展，辊弯型材市场需求日趋增多，应用范围不断扩大，市场前景十分广阔。在其应用领域，辊弯型材的优点越来越被用户认识，它属于经济断面高效型材，与同类热轧型材相比较可节约金属15～30％，而且投资少，生产灵活，能满足用户的各种要求，在个性化市场发展中更显示出它独特的优越性，广泛采用辊弯型材取代热轧型材和其他品种，已成为不可阻挡的趋势。然而，目前的辊弯成形产品断面形状日益复杂，常规辊弯工艺在生产镁合金、铝合金和高强度钢等辊弯型材产品时，遇到了难以克服的困难。在成形过程中，由于板材的加工硬化，导致其强度、硬度升高，塑性、韧性降低，给板材继续进行塑性变形带来困难，当达到最大变形程度时，很容易导致型材破裂，使得成形无法继续进行。

与国外相比，目前我国急需开发镁合金、铝合金、高强度和超高强度钢等型材，以及超厚、超薄、尖直角系列的高难度复杂断面型材产品。其中，镁合金、铝合金、高强度钢等难成形型材的开发工作尤为紧迫。

专利号为ZL 200620083767.6的中国实用新型专利说明书中公开了一种多辊冷弯成形机，包括一个以上的主台架，活动装在每个主台架上的前支架，固定在主台架上的后支架，装在前支架和后支架上的下轴，分别装在前支架和后支架上的滑座，与下轴平行的装在滑座上的上轴，分别装在前支架和后支架上端与滑座联结的升降机构，依次排列分别装在上轴和下轴上的定位套、轧辊、夹紧套，装在前支架支撑轴处的上、下轴上的推力套，分别拧在前支架端上、下轴上压紧推力套的螺母。该实用新型能够连续生产，效率高，但道次过多，且在生产截面复杂的型材时易出现加工硬化，导致型材破裂。

与常规辊弯成形工艺相比，金属板材加热式辊弯成形工艺具有明显的优势。经过加热处理后的金属板材硬度低，延展性能好，易加工，很好的解决了金属板材加工过程中型材破裂的问题，更易对由于加工硬化而难成形的镁合金、铝合金和高强度钢等板材进行加工。

发明内容

为克服现有技术存在的上述问题，本发明旨在提供一种金属板材加热式辊弯成形方法及其装置，以解决镁合金、铝合金和高强度钢等金属板材由于加工硬化而难成形的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种金属板材加热式辊弯成形方法，其特征在于，在保护气氛中对金属板材加热，待板材温度达到要求的温度时，对板材进行辊弯成形，然后对辊弯成形后的金属板材进行冷却；最后对冷却后的金属板材进行裁剪并装箱；对金属板材进行加热过程、辊弯过程、冷却过程是在保护气氛中进行的。

根据上述方法实现的一种金属板材加热式辊弯成形装置，由辊弯成形机、计算机系统、加热系统、冷却系统、气体保护罩组成，其特征在于，所述的辊弯成形机依金属板材的加工顺序，包括开卷装置、校平装置、送料辊、辊子机组、成形机架、飞剪、支撑辊以及收集箱；所述计算机系统包括CPU、连接线路，CPU通过连接线路与校平装置、送料辊、加热系统、辊子机组、冷却系统、飞剪、支撑辊连通；所述的加热系统包括加热装置、测温器，加热装置、测温器与计算机系统相连接，加热装置在所述计算机系统控制下对金属板材加热，测温器测量经加热装置加热的金属板材的温度，并将测得的温度反馈给计算机系统；所述冷却系统包括冷却装置，对经辊子机组加工的金属板材进行冷却；所述的气体保护罩与保护气体进气管、排气管连通，保护气体进气管位于所述的气体保护罩的上部，排气管位于所述的气体保护罩的下部，所述气体保护罩在金属板材进出口处有砂封装置；加热系统、辊子机组、冷却系统在所述气体保护罩之内。

上述技术方案中，金属板材的加热、辊弯成形、冷却是在所述气体保护罩的保护气氛中进行的，避免了金属板材在高温状况下的氧化现象，保证了产品的表面质量；热保护气体通过进气管进入所述气体保护罩，将所述气体保护罩内的冷空气经排气管驱排出。

所述气体保护罩内的热保护气体可为热氮气或热氢气。

在辊弯成形过程中，事先用热氮气驱排所述气体保护罩中的冷空气，热氮气从所述气体保护罩顶部的进气管进入，由于热氮气比重较所述气体保护罩中的冷空气小，所述气体保护罩内氮气为微正压200Pa(20mm水柱)左右，罩内冷空气经砂封及底部排气管被逐步驱排出去，实现加热、在线辊弯加工及冷却时的在线气体保护。

在辊弯成形过程中，加热装置的功率1KW～30KW，达到消除金属板材加工硬化的温度范围200℃～900℃。所述加热系统对金属板材进行在线加热，若测温器测得的金属板材温度低于计算机系统设定的温度范围，则所述计算机系统控制所述辊弯成形机停止运转，待金属板材温度达到设定的温度时，在所述计算机系统控制下运行所述辊弯成形机，板材在送料辊的带动下，进入所述辊弯成形机辊弯成形。所述加热系统的加热装置可以选用中/高频感应加热器、电阻式加热器、电加热器的任一种。

金属工件经所述辊弯成形机成形完成后，进入所述冷却系统，冷却速度为100℃/min～300℃/min，以提高工件的强韧性。所述冷却系统的冷却装置可以选用水冷装置、层流冷却装置、高速气体喷射冷却装置、高氢保护气体喷射冷却装置的任一种。

钢及其合金在250℃～400℃温度范围回火会发生“不可逆回火脆性”现象，因此在此温度范围加热时，可选用含杂质元素较少的钢材，以降低低温回火脆性的影响。

本发明与现有辊弯成形技术相比，具有以下突出优点和效果：

1、本发明可减轻镁合金、铝合金和高强度钢等金属板材的加工硬化现象，提高金属板材的成形极限，降低材料的变形抗力，增加材料流动的均匀性、韧性和延展性，提高了金属板材的成形性能；

2、本发明降低了辊弯成形机组的机械负荷，减少了辊弯成形过程中的成形道次，节省了成形工艺，提高了经济效益；

3、本发明加热处理后的金属板材硬度低，加工容易，延展性能好，很好的解决了金属型材加工过程中型材破裂的问题，更易对镁合金、铝合金、高强钢进行加工；

4、本发明解决了金属板材加热过程中的氧化层问题，保证了成形后产品的表面质量。

附图说明

图1是本发明所提供的一种金属板材加热式辊弯成形装置的结构示意图；

图2是采用中频感应加热器的加热系统示意图；

图3是采用层流冷却装置的冷却系统示意图；

图4A是本发明所提供的实施例1、例2中型钢截面图；

图4B是本发明所提供的实施例1、例2中型钢示意图。

图中所示标号为：1卷坯、2开卷装置、3校平装置、4送料辊、5砂封装置、6加热装置、7测温器、8保护气体进气管、9气体保护罩、10辊子机组、11成形机架、12排气管、13冷却装置、14飞剪、15支撑辊、16收集箱、17变压器、18下导电线、19上导电线、20下电热体、21金属工件、22上电热体、23导电连接体、24上喷装置、25下喷装置。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明所提供的装置的具体结构、工作原理和实施例。

本发明所提供的装置包括辊弯成形机、计算机系统、加热系统、冷却系统、气体保护罩。如图1所示，所述的辊弯成形机依金属板材的加工顺序，包括开卷装置(2)、校平装置(3)、送料辊(4)、辊子机组(10)、成形机架(11)、飞剪(14)、支撑辊(15)以及收集箱(16)；所述的加热系统包括加热装置(6)、测温器(7)，加热装置(6)在计算机系统的控制下对金属板材进行加热，测温器(7)测量经加热装置(6)加热的金属板材的温度，并将测得的温度反馈给计算机系统；所述冷却系统包括冷却装置(13)，对经辊子机组(10)成形的金属板材进行冷却；所述气体保护罩分别与保护气体进气管(8)、排气管(12)连通，保护气体进气管(8)位于所述的气体保护罩的上部，排气管(12)位于所述的气体保护罩的下部，所述气体保护罩在金属板材进出口处有砂封装置(5)；加热系统、辊子机组(10)、冷却系统在所述气体保护罩之内。

金属板材开卷后，进入所述辊弯成形机，事先用热氮气驱排所述气体保护罩中的冷空气，由于热氮气比重较所述气体保护罩中的冷空气小，所述气体保护罩内热氮气为微正压200Pa(20mm水柱)左右，罩内冷空气经砂封及底部排气管被逐步驱排出去；金属板材经过校平装置(3)和送料辊(4)，进入所述气体保护罩内的所述加热系统进行加热；测温器(7)测得的金属板材温度低于所述计算机系统设定的温度范围时，所述计算机系统控制送料辊(4)、辊子机组(10)、冷却装置(13)以及飞剪(14)停止运转，并控制加热装置(6)对金属板材进行加热，当金属板材的温度达到计算机设定的温度时，所述计算机系统启动送料辊(4)、辊子机组(10)、冷却装置(13)以及飞剪(14)，金属板材进入辊子机组(10)内辊弯成形；金属板材辊弯成形后，进入冷却装置(13)进行冷却，最后经所述计算机系统控制的飞剪(14)按照设定的长度进行裁剪，支撑辊(15)将裁剪后的板材运至收集箱(16)装箱；金属板材的加热、辊弯加工、冷却是在所述气体保护罩的保护气氛中进行的。

图2是采用中频感应加热器的加热系统示意图。图中，下电热体(20)和上电热体(22)均由高电阻电热材料制成，当变压器(17)通电后，大电流通过上导电线(19)进入上电热体(22)，在上电热体(22)的另一端，电流通过导电连接体(23)进入下电热体(20)，流经该电热体后，在另一端传入下导电线(18)返回变压器(17)，致使低电压大电流在上下电热体中形成往返流动回路，实现电加热。

图3是采用层流冷却装置的冷却系统示意图。层流冷却装置包括上喷装置(24)和下喷装置(25)，上喷装置(24)和下喷装置(25)分别由若干排冷却段组成。水流从水箱中通过曲管的作用形成一无旋和无脉动的水流，从一定高度范围内降落到金属板材上，将金属板材的热量带走，达到冷却的目的。曲管内水压在1KPa到5KPa之间，曲管直径在15mm到30mm之间，曲管喷嘴喷射高度在100mm到500mm之间。

实施例1：

采用金属板材加热式辊弯成形装置，成形截面如图4A所示。成形厚1.0mm，宽72.32mm的DP800超高强度钢，成形速度为50mm/s，设定金属板材加热式辊弯成形装置是在热氮气保护气氛中进行的，设定所述加热系统为中频电磁感应加热器，功率为15KW，设定所述冷却系统为层流冷却装置，上喷装置(21)和下喷装置(22)分别由2排冷却段组成，每段都设有5个喷嘴，曲管直径为20mm，水压为3KPa，冷却速度为180℃/min，钢板经加热器加热后的温度在2min内上升到830℃，辊弯成形后得到如图4A、4B所示截面形状的辊弯型钢。

实施例2：

采用金属板材加热式辊弯成形装置，成形截面如图4A所示。成形厚1.0mm，宽72.32mm，抗拉强度为300MPa的镁合金板，成形速度为40mm/s，设定金属板材加热式辊弯成形装置是在热氮气保护气氛中进行的，设定所述加热系统为电阻式加热器，功率为20KW，设定所述冷却系统为层流冷却装置，上喷装置(21)和下喷装置(22)分别由3排冷却段组成，每段都设有5个喷嘴，曲管直径为30mm，水压为4KPa，冷却速度为200℃/min，型板的温度在2min内上升到800℃，辊弯成形后得到如图4A、4B所示截面形状的辊弯型材。

综上所述，本发明所述的一种金属板材加热式辊弯成形方法及其装置，将加热装置、冷却装置应用到辊弯成形过程中，解决了镁合金、铝合金、高强度钢等金属板材在常规的辊弯成形中由于加工硬化而难成形的问题。另外，本发明集辊弯成形机、加热系统、冷却系统、计算机系统、气体保护罩为一体，可调性好，节省了工作时间，提高了工作效率。本发明的设计合理，操作使用方便，可控制性好。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种金属板材加热式辊弯成形装置，由辊弯成形机、计算机系统、加热系统、冷却系统、气体保护罩组成，其特征在于，所述的辊弯成形机依金属板材的加工顺序，包括开卷装置(2)、校平装置(3)、送料辊(4)、辊子机组(10)、成形机架(11)、飞剪(14)、支撑辊(15)、收集箱(16)；所述计算机系统包括CPU、连接线路，CPU通过连接线路与校平装置(3)、送料辊(4)、加热系统、辊子机组(10)、冷却系统、飞剪(14)、支撑辊(15)连通；所述的加热系统包括加热装置(6)、测温器(7)，加热装置(6)、测温器(7)分别与计算机系统相连通；所述气体保护罩与保护气体进气管(8)、排气管(12)连通，保护气体进气管(8)位于所述的气体保护罩的上部，排气管(12)位于所述的气体保护罩的下部，所述气体保护罩在金属板材进出口处有砂封装置(5)；加热系统、辊子机组(10)、冷却系统在所述气体保护罩之内。

2.根据权利要求1所述的金属板材加热式辊弯成形装置，其特征在于，所述加热系统的加热功率1KW～30KW，加热后金属板材的温度范围200℃～900℃；所述加热系统的加热装置可选用中/高频感应加热器、电阻式加热器、电加热器中的任一种。

3.根据权利要求1所述的金属板材加热式辊弯成形装置，其特征在于，所述冷却系统包括冷却装置(13)，冷却速度为100℃/min～300℃/min；所述的冷却系统可选用水冷装置、层流冷却装置、高速气体喷射冷却装置、高氢保护气体喷射冷却装置的任一种。

4.采用如权利要求1所述装置的一种金属板材加热式辊弯成形方法，其特征在于，所述计算机系统控制所述加热系统，在所述气体保护罩的热保护气氛中对金属板材进行加热；待金属板材的温度达到计算机系统设定的温度值，所述计算机系统控制所述辊弯成形机运行，对金属板材进行辊弯成形；加工完毕的金属板材进入所述冷却系统冷却；其后飞剪(14)在所述计算机系统的控制下，对加工完毕的金属板材按照设定的长度进行裁剪，最后收集产品并装箱。

5.根据权利要求4所述的金属板材加热式辊弯成形方法，其特征在于，金属板材进入所述加热系统加热，若所述加热系统的测温器(7)测得的金属板材温度低于所述计算机系统设定的温度，所述计算机系统控制所述辊弯成形机停止运行，待所述加热系统中的金属板材的温度达到所述计算机系统设定的温度时，运转所述辊弯成形机，对金属板材进行加工。

6.根据权利要求4所述的金属板材加热式辊弯成形方法，其特征在于，金属板材的加热、辊弯加工和冷却过程是在所述气体保护罩的保护气氛中进行的；保护气体通过进气管(8)进入所述气体保护罩，将冷空气经排气管(12)排出。

7.根据权利要求4所述的金属板材加热式辊弯成形方法，其特征在于，所述气体保护罩内的保护气体可选热氮气或热氢气。

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