CN102989765B - 一种生产金属薄带及极薄带的多功能轧机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产金属薄带及极薄带的多功能轧机，属于金属轧制设备领域。该多功能轧机包括压下装置、牌坊与底座、辊系及辊缝调整装置、主传动电机和张力电机，牌坊由螺栓固定在底座上，压下装置通过压下丝杠固定在牌坊上，辊系安放在牌坊内通过轴承座限制左右移动，可在牌坊窗口内上下滑动，辊缝调整装置通过压下丝杠和平衡梁抬起弹簧与牌坊相连，主传动电机通过万向接轴与辊系相连，张力电机由螺栓固定在底座上，辊系分为四辊垂直分布方式、二辊垂直分布方式或二辊左右水平布置方式。本发明可用于轧制液态、粉体和颗粒形态的金属及合金得到极薄带材料，具有连续可变、无级调整、任意选择上下轧辊传动速比的功能。

Description

一种生产金属薄带及极薄带的多功能轧机

技术领域

本发明涉及一种生产金属薄带及极薄带的多功能轧机，属于金属轧制设备领域。

背景技术

随着微制造技术和微成形技术的发展，对金属、合金及粉末材料的薄带与极薄带的需求越来越迫切，这类材料广泛用于：

（1）微电子行业，用于大规模集成电路的制造等；

（2）微制造行业，用于微型机器人、微型装置的微材料等；

（3）仪器仪表行业，用作仪表的特殊功能材料；

（4）电机行业，用作微电机的磁性材料。

现有的四辊轧机多作为大工作辊径的同步轧制，无法轧制薄带或极薄带；辊系为垂直分布，难以轧制液态、粉态及颗粒金属原材料；现有的异步轧机更换异速比要靠更换传动齿轮，成本大，效率低，且现有的轧机辊系均为一次成型，不可变换拆卸，使用范围单一。当前金属、合金及粉态颗粒态的薄带与极薄带生产设备不能满足需求，在此背景下提出本发明。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种以固态、液态及粉态的金属与合金做原料，连续可变、无级调整、任意选择上下轧辊传动速比的生产金属薄带及极薄带的多功能轧机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种生产金属薄带及极薄带的多功能轧机，包括压下装置、牌坊与底座、辊系及辊缝调整装置、主传动电机和张力电机，所述的辊系由可拆卸的工作辊和支承辊组成，包括三种辊系布置方式，分别为四辊垂直布置方式、二辊垂直布置方式和二辊左右水平布置方式，所述的轧辊两端均有滑动轴承座固定，轧辊与轴承座同时移动，上支承辊轴承座由平衡梁吊起，下支承辊轴承座固定在牌坊底部，上支承辊轴承座与上工作辊轴承座之间无连接，下工作辊轴承座与下支承辊轴承座面接触，上下工作辊轴承座之间由工作辊间弹簧连接，下工作辊轴承座上表面有孔槽，使工作辊间弹簧固定在里边，工作辊间弹簧上端与上工作辊轴承座下表面接触。

其中，所述的四辊垂直布置方式和二辊垂直布置方式，牌坊通过垂直布置方式牌坊与底座接触面由螺栓固定在底座上。所述的二辊左右水平布置方式，牌坊通过二辊水平布置方式牌坊与底座接触面由螺栓固定在底座上。所述的主传动电机为两侧传动方式，分别设定两台主传动电机的转速，实现任意配比的轧辊线速度。

本发明的工作原理及过程：

本发明的多功能轧机包含三种轧制方式：四辊垂直布置方式、二辊左右水平布置方式和二辊上下垂直布置方式。

四辊垂直布置方式辊系由垂直分布的一对工作辊和一对支承辊组成，其原理图如图9所示，图10为图9的俯视图，两个工作辊分别由两台主电机驱动，通过对两台主电机的转速设定，可以获得两个工作辊速的配比，实现异速比的无级调节。利用异步轧制降低轧制力的特点，合理设定异速比以及适当的张力配比，可以大幅度减薄轧件，获得极薄带。该轧制形式适用于轧制原始厚度为1mm以下的轧件，通过反复轧制可以获得微米级别甚至更薄的轧件。

二辊左右水平布置方式辊系由水平布置方式的一对工作辊组成，所述的工作辊为拆卸下四辊垂直布置方式的工作辊，将四辊垂直布置方式辊系中的支承辊作为二辊左右水平布置方式辊系中的工作辊，其原理图如图11所示，图12为图11的俯视图，两个工作辊水平放置，并在其上方固定送料口。轧制时，液态、粉体和颗粒经由送料口送入辊缝，经过轧制得到带材成品。

二辊上下垂直分布方式辊系由垂直布置方式的一对工作辊组成，所述的工作辊为拆卸下四辊垂直布置方式的工作辊，将四辊垂直布置方式辊系中的支承辊作为二辊上下垂直布置方式辊系中的工作辊，其原理图如图13所示，图14为图13的俯视图，两个工作辊垂直放置，分别由两台主电机驱动，实现无级调速，并以任意大小设定异速比，在合理张力配比的条件下进行异步轧制。该形式适用于轧制原始厚度为1mm以上的轧件，主要用做薄带轧制和极薄带材原料初轧。

多功能轧机的控制系统由PLC控制台、人机界面和参数检测装置构成。用户可以在人机界面上设定轧制参数（轧制速度，张力，异速比等），通过PLC编程控制，使轧机按照设定稳定轧制；轧制过程的参数（轧制速度，轧制力，异速比等）经过参数检测装置，将信号传递给PLC数据转换后，在人机界面种显示出来，其配置图如图19所示。

多功能轧机的参数检测装置包含两部分：轧制力检测装置和轧辊线速度检测装置。轧制力检测装置为压力传感器，安放在压下丝杠和上支承辊轴承座之间。轧制时，轧制压力使压力传感器内部应变片发生变形，再转换成电信号传递给PLC，经过数据处理，发送到人机界面。轧辊速度检测装置为增量编码器，安放在主传动电机尾部。轧制时，主传动电机带动编码器旋转，使得编码器内部产生数字信号，传递给PLC，经过数据处理，发送到人机界面，其配置图如图20所示。

表1为多功能轧机的主要参数。

表1

表2为多功能轧机的主要功能。

表2

本发明所具有的有益效果是：

能够以固态、液态、粉体和颗粒等各种形态的金属及合金作为原料，生产出薄带及超薄带功能材料。轧机具有二辊左右水平布置、二辊上下垂直布置和四辊垂直布置等三种辊系布置方式：轧机采用二辊左右水平布置方式时可以用于轧制粉体与颗粒材料，粉体及颗粒材料在重力作用下均匀进入预先设定好的辊缝，轧制出带材的坯料或者成品。轧机采用二辊左右水平布置方式时也可以用于铸轧液态金属及合金材料，液态金属在重力作用下均匀进入预先设定好的辊缝，在变形区同时完成凝固与成形轧制二个过程，铸轧出带材的坯料或者成品。轧机采用二辊上下垂直布置方式时，可对前述由二辊左右水平布置方式所获得的带材坯料进行进一步轧制成形，轧制过程可以选择在带张力或者不带张力的条件下进行，经多道次反复轧制得到厚度约为0.05mm的薄带成品或者极薄带的坯料。轧机采用四辊垂直布置方式时，可对前述由二辊左右水平布置方式所获得的薄带材坯料进行同步或者异步轧制成形，轧制过程在带张力的条件下进行，经多道次反复轧制得到厚度范围在0.05mm以下，直到0.005mm以下的极薄带的功能材料成品。

本发明的轧机传动系统为两侧传动，由于传动系统两侧分布，突破了单侧传动时上下传动装置空间小的限制，从而可以加大传动轴直径，增加传动刚度。图18是本发明的多功能轧机传动示意图。

本发明的轧机具有连续可变、无级调整、任意选择上下轧辊传动速比的功能，可以用来生产和研究固态、液态、粉体和颗粒等各种形态的金属及合金薄带及超薄带功能材料，也可以用来生产和研究上述各种形态金属及合金的复合材料。

附图说明

图1是本发明的辊系为四辊垂直布置方式的多功能轧机的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3是本发明的多功能轧机四辊垂直布置方式辊系结构图；

图4为图3的侧视图；

图5是本发明的辊系为二辊左右水平布置方式的多功能轧机的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7是本发明的辊系为二辊上下垂直布置方式的多功能轧机的结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9是本发明的四辊垂直分布方式多功能轧机的原理图；

图10为图9的俯视图；

图11是本发明的二辊左右水平布置方式多功能轧机的原理图；

图12为图11的俯视图；

图13是本发明的二辊上下垂直分布方式多功能轧机的原理图；

图14为图13的俯视图；

图15是本发明的多功能轧机牌坊结构图；

图16是图15的侧视图；

图17是本发明的多功能轧机辊缝调整机构；

图18是本发明的多功能轧机传动示意图；

图19是本发明的多功能轧机控制系统配置图；

图20是本发明的多功能轧机参数检测装置的配置示意图；图中（a）图为压下丝杠、辊系与牌坊的位置关系，（b）图为主传动电机与编码器的位置关系，（c）图为主传动电机风扇壳。

图中：1、压下装置；2、支承辊；3、工作辊；4、牌坊；5、张力电机；6、万向接轴；7、主传动电机；8、卷筒；9、张力辊；10、底座；11、送料口；12、出料口；13、轧件；14、二辊水平布置方式牌坊与底座接触面；15、垂直布置方式牌坊与底座接触面；16、支承辊轴套；17、工作辊轴套；18、平衡梁；19、工作辊间弹簧；20、压下手柄；21、压下齿轮；22、压下丝杠；23、压力传感器；24、辊系；25、平衡梁抬起弹簧；26、编码器；27、主传动电机风扇壳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明。

一种生产金属薄带及极薄带的多功能轧机，包括压下装置1、牌坊4与底座10、辊系24及辊缝调整装置、主传动电机7和张力电机5，所述的辊系24由可拆卸的工作辊3和支承辊2组成，包括三种辊系布置方式，分别为四辊垂直布置方式、二辊垂直布置方式或二辊左右水平布置方式，所述的轧辊两端均有滑动轴承座固定，轧辊与轴承座同时移动，上支承辊2轴承座由平衡梁18吊起，下支承辊2轴承座固定在牌坊底部，上支承辊2轴承座与上工作辊3轴承座之间无连接，下工作辊3轴承座与下支承辊2轴承座面接触，上下工作辊3轴承座之间由工作辊间弹簧19连接，下工作辊3轴承座上表面有孔槽，使工作辊间弹簧19固定在里边，工作辊间弹簧19上端与上工作辊3轴承座下表面接触。所述的主传动电机7为两侧传动方式，分别设定两台主传动电机的转速，实现任意配比的轧辊线速度。

实施例1

四辊垂直分布方式辊系轧机包括压下装置1、垂直分布的一对工作辊3和一对支撑辊2、牌坊4与底座10、张力电机5、主传动电机7、卷筒8和张力辊9，牌坊4通过垂直布置方式牌坊与底座接触面15由螺栓固定在底座10上，所述的轧辊两端均有滑动轴承座固定，轧辊与轴承座同时移动，上支承辊2轴承座由平衡梁18吊起，下支承辊2轴承座固定在牌坊4底部，上下工作辊3轴承座之间由工作辊间弹簧19连接，下工作辊3轴承座上表面有孔槽，使工作辊间弹簧19固定在里边，工作辊间弹簧19上端与上工作辊3轴承座下表面接触，上支承辊2轴承座与上工作辊3轴承座之间无连接，下工作辊3轴承座与下支承辊2轴承座面接触。压下装置1通过压下丝杠22固定在牌坊4上；辊系24安放在牌坊4内通过轴承座限制左右移动，可在牌坊4窗口内上下滑动；主传动电机7通过万向接轴6与辊系24相连；张力辊9由螺栓固定在底座10上；张力电机5与卷筒8同轴由螺栓连接都固定在底座10上。

启动轧机系统电源，将薄带材坯料进行同步或异步轧制成形，轧制过程在带张力的条件下进行，经多道次反复轧制得到厚度范围在0.05mm以下，直到0.005mm以下的极薄带的功能材料成品。期间，当增大辊缝的时候，顺时针摇动压下手柄，使压下丝杠抬起，上工作辊和支承辊在工作辊间弹簧的弹力作用下会被顶起，同时平衡梁连同连接的上支撑辊及其轴承座会在平衡梁抬起弹簧的作用下被拉起；当缩小辊缝的时候，逆时针摇动压下手柄，压下丝杠下移，其底端会产生向下的压力，该压力会克服平衡梁抬起弹簧和工作辊间弹簧的弹力，从上到下依次作用在压力传感器、上支撑辊轴承座以及上工作辊轴承座，使上工作辊压向下工作辊，缩小辊缝。

用户在人机界面上设定轧制参数（轧制速度，张力，异速比等），通过PLC编程控制，使轧机按照设定稳定轧制；轧制过程的参数（轧制速度，轧制力，异速比等）经过参数检测装置，将信号传递给PLC数据转换后，在人机界面种显示出来。轧制力检测装置为压力传感器，安放在压下丝杠和上支承辊轴承座之间。轧制时，轧制压力使压力传感器内部应变片发生变形，再转换成电信号传递给PLC，经过数据处理，发送到人机界面。轧辊速度检测装置为增量编码器，安放在主传动电机尾部。轧制时，主传动电机带动编码器旋转，使得编码器内部产生数字信号，传递给PLC，经过数据处理，发送到人机界面。

实施例2

二辊左右水平布置方式辊系轧机由左右水平布置的两个工作辊3、牌坊4与底座10、主传动电机7、送料口11和出料口12组成，牌坊4通过二辊水平布置方式牌坊与底座接触面14由螺栓固定在底座10上。所述的工作辊3为拆卸下四辊垂直布置方式的工作辊3，将四辊垂直布置方式辊系中的支承辊2作为二辊左右水平布置方式辊系中的工作辊3。

启动轧机系统电源，轧制时，液态、粉体或颗粒经由送料口送入辊缝，经过轧制得到带材成品。

实施例3

二辊垂直布置方式辊系轧机由压下装置1、垂直分布的一对工作辊3、牌坊4与底座10、张力电机5、主传动电机7、卷筒8和张力辊9组成；所述的工作辊3为拆卸下四辊垂直布置方式的工作辊3，将四辊垂直布置方式辊系中的支承辊2作为二辊上下垂直布置方式辊系中的工作辊3，牌坊4通过垂直布置方式牌坊与底座接触面15由螺栓固定在底座10上。

启动轧机系统电源，将薄带材坯料进行同步或异步轧制成形，轧制过程在带张力的条件下进行，经多道次反复轧制得到厚度范围在0.05mm以下，直到0.005mm以下的极薄带的功能材料成品。

Claims (1)

1.一种生产金属薄带及极薄带的多功能轧机，包括压下装置、牌坊与底座、辊系及辊缝调整装置、主传动电机和张力电机，其特征在于所述的辊系由可拆卸的工作辊和支承辊组成，包括三种辊系布置方式，分别为四辊垂直布置方式、二辊垂直布置方式和二辊左右水平布置方式；四辊垂直布置方式辊系由垂直分布的一对工作辊和一对支承辊组成；二辊左右水平布置方式辊系由水平布置方式的一对工作辊组成，所述的水平布置方式的一对工作辊为拆卸下四辊垂直布置方式的工作辊，将四辊垂直布置方式辊系中的支承辊作为二辊左右水平布置方式辊系中的工作辊；二辊上下垂直分布方式辊系由垂直布置方式的一对工作辊组成，所述的垂直布置方式的一对工作辊为拆卸下四辊垂直布置方式的工作辊，将四辊垂直布置方式辊系中的支承辊作为二辊上下垂直布置方式辊系中的工作辊；所述的轧辊两端均由滑动轴承座固定，轧辊与轴承座同时移动，上支承辊轴承座由平衡梁吊起，下支承辊轴承座固定在牌坊底部，上支承辊轴承座与上工作辊轴承座之间无连接，下工作辊轴承座与下支承辊轴承座面接触，上下工作辊轴承座之间由工作辊间弹簧连接，下工作辊轴承座上表面有孔槽，使工作辊间弹簧固定在里边，工作辊间弹簧上端与上工作辊轴承座下表面接触；所述的辊系为四辊垂直布置方式或二辊垂直布置方式时，牌坊通过垂直布置方式牌坊与底座接触面由螺栓固定在底座上；所述的辊系为二辊左右水平布置方式时，牌坊通过二辊水平布置方式牌坊与底座接触面由螺栓固定在底座上；所述的主传动电机为两侧传动方式，分别设定两台主传动电机的转速，实现任意配比的轧辊线速度。