CN102744902B - 软硬滚连续循环弯曲方法及设备 - Google Patents

Abstract

这是一种连续循环弯曲方法及设备，整个设备中最核心的组成部分是由两种不同硬度的软滚和硬滚组成。软硬滚的合力使带材或短材料弯曲变形，多组软硬滚的压制可使材料发生双向循环弯曲，大大提高了材料的加工效能。加工材料的使用性能也有很大的提高。这种软硬滚双向循环弯曲的方法可以运用于纳米超细晶材料、多孔隙材料和相关微观结构的制备，它也适用于材料基体表面和内部的微纳米空间结构的制备。本发明装置结构简洁、控制精确、生产效率高、制造成本低、性能可靠、非常适用于工业化应用。

Description

软硬滚连续循环弯曲方法及设备

技术领域

这是一种软硬滚弯曲方法及设备，它可以运用于纳米超细晶材料、多孔隙材料和各种微观结构材料的制备，它也适用于材料基体表面和内部的微纳米空间结构的制备。

背景技术

纳米超细晶材料作为一种新型材料，由于性能优异，已经引起了产业界的广泛关注。纳米超细晶形态的物质，在力学、磁学、光学、电学、热学等方面的性能表现出不同于常规尺寸物质的特性，这样的材料通常在以上方面有优良的性能。因此生产纳米超细晶材料成为新的工业发展方向。在各种制备方法中，深度塑性加工方法（SPD）能够直接制备出材料，但是很多也有自己的局限性。等径角挤压（ECAP）研究还有待深入；高压扭转（HPT）只能加工圆形工件，且厚度和数量有限；循环挤压（CEC）制备细晶尺寸有限；连续循环弯曲工艺（CCB）在实际过程中很难得到超细晶材料；折皱压直（RCS）在材料表面形成的组织不均匀。因此大部分方法还存在制备材料组织结构不均匀、生产效率低、得率少、加工尺寸有限、成本高工艺复杂、不能连续生产等问题。研究新型加工方法非常有必要。

对于多孔隙组织材料经常被用于化学反应、电化学反应、催化作用、过滤、热交换等场合，往往实际有效表面积决定了反应程度的深浅、反应速度、有效物质利用率、生产成本、反应体大小等关键因素。因此有效地增加实际表面积对于材料的使用有非常重要的实际意义。传统的粉末压制、粉末烧结、化学沉积、电沉积、渗流铸造、粉体发泡、喷溅沉积等方法。这些方法均在材料制造过程中一并将孔隙结构形成，材料完成之后，孔隙结构、孔隙率均不再改变。有些方法还不能连续生产，孔隙率在制造完成之后不能改变。孔隙结构不能在材料横向方向上成有功能性的规则分布，影响深层的反应。同时生产控制较难，效率低，效果差。因此孔隙率可以调节，孔隙分布在厚度方向上呈梯度分布，能够连续高效生产的孔隙制造方法是非常有意义的。

随着现代生活生产的发展，需要各种性能优异的材料。传统材料在表面具有强度较高的织构，某些场合下需要降低强度，使得材料具有一定的柔性或韧性；或者需要材料表面或内部有一定的微裂纹，形成新的表面外观；或者要实现某种功能，如易碎易裂，也需要降低材料强度；或者在材料内部需要形成大量的微观空间结构等。这些都需要对传统材料进行深度加工，形成新型材料。

发明内容

这是一种软硬滚弯曲方法及设备，它可以运用于纳米超细晶材料、 多孔隙材料和相关微观结构的制备，它也适用于材料基体表面和内部的微纳米空间结构的制备。设备的核心部分由两种不同硬度的滚（软滚和硬滚）组成。当材料通过软硬滚之间时，软硬滚的合力作用使材料发生弯曲变形，变形可靠，加工量稳定，精确可控，使得材料制成率高。软滚在硬滚弯曲材料时起到辅助给力的作用，使得材料弯曲非常充分。于此同时，软滚还在横向保护了材料的完整性，使得材料受到弯曲时不易断裂和脱落，材料在加工完之后的机械强度加以保证。软硬滚可成对使用或多对组合使用，以实现单向弯曲（图1）或双向循环弯曲（图2）；即可对带状材料进行加工，也在可在加装必要的夹具后对离散材料进行加工（图3）。此方法及设备结构简单、成本低、性能可靠、生产效能高，非常适用于工业化应用，运用领域十分广泛。

特征：

1.  通过材料在软滚的压力下贴敷于硬滚，使得材料弯曲。相对于中性层，在弯曲的内侧产生压应力，同时外侧产生拉应力，然后改变材料的内部晶粒的大小、形状或材料内部的空间结构，进而得到纳米超细晶材料、增大多孔隙材料表面积、产生微裂纹或者制备材料的微纳米空间结构。

2.  软硬滚的直径大小可以根据材料、加工效果的不同进行调整。调整硬滚的直径大小可以改变材料弯曲的曲率。

3.  通过调整软硬滚之间的轴间距来调整弯曲力的大小和范围大小，来设定加工效果的强弱。

4.  根据材料的机械强度来调整软滚的硬度，在保证压力充分同时，以保护在加工过程中材料不被压溃。

5.  可根据加工材料的不同和加工工艺的不同，使用一对软硬滚组成的单元滚或者多对组合软硬滚组成的组合滚。

6.  组合滚对材料进行循环弯曲，循环次数可以根据需要设定，一次获得大量变形，这样制造效能被大大提高，加工过程中的可控性也比以往大有提高，此工艺高效简单，大大降低了生产成本。

7.  软滚在辅助硬滚产生弯曲压力的同时，还在被加工材料的纵向，垂直于加工运行方向，产生了保护力，防止材料因弯曲产生断裂或部分脱落，保证了加工后的材料强度，在加工粉体材料时，还可防止材料颗粒脱落。

8.  利用此方法可制作出图3这种衍生设备，此设备不仅能加工连续性的长材料，其最大优势还在于可以加工非连续性的短材料。比如依照图3所示，在软硬滚之间增加两根循环带，再将短材料夹于两条循环带之间，其间还可以可添加润滑材料，就可以对短材料进行双向循环弯曲了，这方法突破了短材料的加工难、效能低的困境。

9.  在弯曲设备中，软滚、硬滚或部分、或全部是动力滚，为材料加工提供动力，也可由其他机构提供动力（如循环带、牵引滚等）。

10.通过灵活设置硬滚和软滚的直径大小和调整软硬滚之间的轴间距，可以产生不同大小的力来控制多孔材料的孔隙，加工成所需要的带材。

11. 在使用组合滚的情况下，材料在前次弯曲后会有一定的翘曲，影响后面弯曲的进入；或者材料为保证一定的强度；或加工工艺要求需缓和进入下一次弯曲，对单元滚之间的高度差还可以进行调控，从而使双向弯曲能加工过程更加顺畅、或满足不同的材料的需要、或确保工艺品质和拉伸效果。

12.该设备利用可根据加工材料的不同来设置成单元滚弯曲或组合滚的不同形式、不同次序、每次弯曲加工参数不同、不同方向的循环弯曲，循环的次数也可以根据需要进行灵活设置，这样制造效能被大大提高，工艺程序可以编排，加工过程中的调控性也比以往大有改善，这种制造工艺简单易操作，大大降低了原来专用设备的制作的成本。

13.根据不同的被加工的材料的材质和工艺要求，设备中的软滚和硬滚可以灵活变换自身的材质、硬度，来适应不同的加工温度、环境因素，从而促使双向弯曲达到最佳的效果。

附图说明

附图1是本发明中单向弯曲的单元滚结构示意图。

附图2是本发明中连续双向循环弯曲的组合滚结构示意图。

附图3是本发明中加装循环带能够加工短工件的连续双向循环弯曲的组合滚结构示意图。实施例2中结构示意图。

附图4是本发明实施例3中经过加工后的多孔隙材料参加反应后的实时放电曲线。

附图5是本发明实施例3中未经加工的多孔隙材料参加反应后的实时放电曲线。

具体实施方式

实施例1：

将硬滚采用碳钢材料或其他高硬度的合金材料，表面进行淬火等热处理；软滚采用耐热硅橡胶，邵氏硬度60A；将AZ31镁合金材料在130℃~350℃连续通过10组单元滚组成的双向弯曲组合滚，调整软硬滚之间的轴间距，使得镁合金材料的通过单元滚变形量为0.12，每组单元滚轴间距相等，后经矫正滚矫直，在300℃退火再结晶30分钟，表面晶粒大小得到细化，大约能够达到1/3~1/4，并且晶粒尺寸延厚度方向呈梯度分布，表面织构强度也较中性层有所减弱，可以提高材料的再加工性能。可以做到晶粒大小在厚度方向上呈对称梯度分布。

实施例2：

在实施例1中，如果待加工的材料是短材料。如图3所示，将循环带加入机构中，循环带采用铁氟龙或钢带，之间涂覆石墨或其他添加材料，其他加工参数同实施例1，即可对短材料和长材料进行加工。

将实例1、2中AZ31换成金Au、银Ag、铜Cu、铝Al、铁Fe、镁Mg、镍Ni、铅Pb或它们各自的合金；硬滚采用各种碳钢、合金材料、陶瓷材料、硬质塑胶、石材等硬质材料，软滚采用各种耐热硅胶、氟橡胶、全氟橡胶及其他各种耐热橡胶或其他耐热材料，通过选择合理的软硬滚配合；循环带可选用钢Fe、铜Cu等金属或他们的合金带；调整软硬滚的直径大小、轴间距、加工温度、再结晶温度、处理时间、单元滚数量、变形量、加工气氛等就可构成本发明的新实施例。

实施例3：

蓄电池的极板是一种多孔隙材料，将铅蓄电池正极材料，长68mm、宽45mm、厚2.5mm，负极材料，长68mm、宽45mm、厚1.9mm，硬滚采用碳钢、软滚采用橡胶或其他软材料，硬度30~60A，直径60mm。将材料通过20组单元滚组成的双向弯曲组合滚。调整滚间隙0.2mm ~1.5mm。将加工完成的正极试件用1mm厚度的超细玻璃纤维AGM材料包裹，两面夹加工后负极材料，包装成三明治结构的电池试件，采用三段式充电后放电，记录放电容量。同时做一组未加工材料组成的同结构对比试件，同样的充放电方法。如图4、5，实验证明，加工后的试件容量明显比未加工的试件大。经过软硬滚双向加工，有效提高了多孔隙材料反应表面积，孔隙率在材料厚度方向上能够呈对称梯度分布。

实施例4：

将实施例3中的铅酸电池极板换成锂离子二次电池、镉镍、镍氢、金属氢化物镍蓄电池、金属空气电池等化学电源的极板；或将各类化学工业中的反应器中各类多孔隙的反应核心部件；各类金属基、金属化合物基、碳基、陶瓷基、塑料基的多孔隙材料，进行如实施例3中的单向单次或多次、双向单次或多次弯曲，以获得比原结构高的表面积，达到提高反应效率、提升反应性能或其他增强性能的目的均可构成新的实施例。

实施例5：

将压克力板材进行放入图2所示的双向单次弯曲的机构中，硬滚采用表面薄包胶钢滚，调节软滚压力。经过若干道次，可将材料表面雾化、白化或微裂纹化，进而改变材料的表面质量或外观，形成了新的表面处理工艺。

实施例6：

在实施例5中，若将压力调节到一定强度，经过双向单次或多次弯曲，可将材料内部结构产生变化，使得材料软化、疏松化，获得了新型材料，形成新的材料生产工艺。

实施例7：

将实施例5、6中材料换成各类塑料、金属、金属化合物、陶瓷等材料，经过图1、图2、图3中所示原理的机构中，进行单向或多向，单次或多次，单道次或多道次加工，可获得材料新的表面质量，使得表面产生硬化、雾化、白化、微裂纹化等，形成新的表面处理工艺；或根据材料特性调节压力，调节滚直径，调节滚间距，调节滚的表面硬度等，使得材料内部组织发生改变，形成新的材料。以上构成新的实施例。

Claims (3)

1.一种软硬滚连续循环弯曲方法，其特征在于，首先将材料通过相互挤压的硬滚和软滚的组合，使材料在软滚的包络作用下往硬滚一侧弯曲，从而在材料厚度方向上获得一定的内部变形，其中软滚提供约束作用的同时也保护材料不被损坏，调整硬滚的直径大小可以改变材料弯曲的曲率，调整软硬滚之间的轴间距来调整作用区域的大小和弯曲力的大小；再次将材料通过软滚和硬滚的组合后，继续产生相向或相反方向的变形，进而连续地、循环地改变材料内部晶粒的大小、形状或者改变多孔隙材料的孔隙率、孔隙分布及孔隙结构或者改变材料的表面质量、外观及结构强度。

2.一种实现权利要求1所述方法的软硬滚连续循环弯曲设备，其特征在于：包含一组或多组弯曲副，每组弯曲副由相互挤压的、有硬度差的软滚和硬滚形成，各弯曲副作用区域为加工区域，各弯曲副的作用方向相向或相反。

3.根据权利要求2所述的软硬滚连续循环弯曲设备，其特征在于：在软滚和硬滚之间设置一条或者多条循环带，循环带用来承载被加工材料，被加工材料上可以施加润滑材料。