CN105107840A - 镁合金板材表面剧烈变形轧制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁合金板材表面剧烈变形轧制装置及方法，由至少二架轧机组成，每架轧机由一对相同直径的上、下轧辊、两台无级变速电动机、轧辊加热系统和轧辊调整装置构成，所述轧辊加热装置由加热棒、温度传感器和控温箱构成，加热棒和温度传感器分别与控温箱相连接，其特征在于：每架轧机的上、下轧辊分别与两台无级变速电动机相连接，通过两台无级变速电动机的转动速度与方向的变化，实现上、下轧辊的同向转动或异向转动或同速转动或异速转动，用于镁合金板材表面剧烈变形的可逆轧制、对称轧制和不对称轧制。本发明能有效改善镁合金板材的成形性，特别是冲压成形性能，并可实现镁合金板材表面剧烈变形。

Description

镁合金板材表面剧烈变形轧制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种金属材料加工技术领域的板材轧制设备，特别是一种镁合金板材的轧制设备及方法。

背景技术

镁合金是密排六方结构，其滑移系少，塑性变形能力差，常温下难以塑性加工成形。目前绝大多数镁合金零件生产加工以压铸为主。但镁合金压铸件表面质量较差，力学性能不理想，无法制造出0.4mm以下的大尺寸薄壁件。为更好的利用镁合金，提高其综合力学性能，因而需使用锻造、轧制、挤出等塑性成形技术。目前，镁合金轧制板材的生产工艺流程复杂，要经过热温轧、粗轧、中轧、精轧，之间需要不断地剪切、酸洗、板坯再次加热等。冷轧时压下量过大，镁合金又极易开裂，因而轧制道次一般为20~40道次，最多可达50~60道次。因此镁合金薄板的生产周期长、成材率低，致使生产成本居高不下。但这种方法生产难度大，成品率低、成本高的问题，会造成材料的极大浪费。张大全等人(CN1226443C)与张铮(CN102586561A)提出了镁合金板材的加工工艺比传统的工艺好了很多，但是仍然要反复加热，反复轧制，晶粒会长大，板材又极易开裂。水田桂司(CN1158762A)提供的热轧设备，能够防止轧制过程中轧材质量的降低，但设备要求高，经济性能低。严红革等人(CN101716593A)公开了一种镁合金板材的轧制方法，该方法是先将镁合金铸坯预热，当铸坯达到设定温度后直接一道次轧制成形，压下量大于60％，但固溶热处理采用分级固溶方式，后一级固溶温度高于前一级固溶温度，每级固溶处理温度为300℃~420℃，每级固溶处理时间为4~30h，并且所述固溶热处理完成后得到的锭坯进行小应变轧制开坯。因此需反复加热处理，晶粒会长大。彭秋明等人(CN103212572A)发明的镁合金板材轧制方法是将镁合金铸锭固溶处理后，用板式轧机进行轧制，上下轧板为波纹板和平板，波纹高度为2~5mm，每两个波峰间距为10~20mm。虽然成品率高，能够获得晶粒细小均匀、力学性能优良的镁合金板材，但是用波纹板和平板作为上下轧板进行轧制，这种方式要不断交换上下轧板位置，是间断性的生产方式，不仅生产方式复杂，使生产速度低，而且在前后板压下搭接处会出现重复压下，造成微观组织的不均匀。陈振华等人(CN101104236A)用普通轧制变形产生的摩擦力提供动力，使板材连续通过两通道厚度相等且成一定夹角的等径尺寸结构，提高镁合金板材的力学性能及塑性。但受等径角轧制模具尺寸的限制，显然不能生产宽板薄壁的镁合金板材。

发明内容

本发明目的在于提供一种有效改善镁合金板材的成形性，特别是冲压成形性能的可实现表面剧烈变形的轧制方法及装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种镁合金板材表面剧烈变形轧制装置，由至少二架轧机组成，每架轧机由一对相同直径的上、下轧辊、两台无级变速电动机、轧辊加热系统和轧辊调整装置构成，所述轧辊加热装置由加热棒、温度传感器和控温箱构成，加热棒和温度传感器分别与控温箱相连接，其特征在于：每架轧机的上、下轧辊分别与两台无级变速电动机相连接，通过两台无级变速电动机的转动速度与方向的变化，实现上、下轧辊的同向转动或异向转动或同速转动或异速转动，用于镁合金板材表面剧烈变形的可逆轧制、对称轧制和不对称轧制。

所述轧辊的芯部为圆柱形孔腔，内置加热棒，表面设激光温度传感器；所述轧辊加热后的表面温度为100~350℃，上、下轧辊表面的温差范围为0~100℃。

所述轧辊的表面具有平面形状结构或纹理形状结构，纹理形状结构为直沟槽或十字沟槽，沟槽形状为半圆曲线波纹，圆直径范围为1~4mm，每两个波峰之间的距离为对应的圆直径尺寸，使轧制的镁合金板材表面加工出平行排列或呈网状分布的圆槽形。

一种镁合金板材表面剧烈变形轧制方法，采用二架以上轧机，前、后轧机上布置纹理形状结构的轧辊，或平面形状结构与纹理形状结构交错间隔的轧辊，具体步骤是：首先对镁合金板材表面进行反复微造型轧制，在镁合金板材表面加工出平行排列的槽形或呈网状分布的槽形，然后再用普通轧制，重复进行组合变形，使板材表层实现表面剧烈变形，由此形成金属表面层晶粒细化、而中间组织保持原来结构的梯度组织。

将两台无级变速电动机设定为异向、同速转动，使轧辊形成同步轧制，将六架以上轧机中的奇数架轧机布置纹理形状结构的轧辊，偶奇数架轧机布置平面形状结构的轧辊，镁合金板材预热到250℃以上，送入上述轧机机组反复进行表面微造型轧制，使板材表层组织产生剧烈变形。

将两台无级变速电动机设定为异向、异速转动，异速比介于1：1.05~1：1.5，同时通过控温箱加热轧辊，使轧辊表面温度高于100℃以上，将六架以上的轧机均布置不同纹理形状结构的轧辊，镁合金板材预热到200℃以上，送入上述轧机机组反复进行表面微造型轧制，使板材表层组织产生剧烈变形。

将两台无级变速电动机设定为同向、异速转动，异速比介于1：1.5~1：3，慢速轧制，同时加热轧辊至表面温度高于100℃以上，将六架以上的轧机间隔布置纹理形状结构轧辊的轧机与平面形状结构轧辊的轧机，镁合金板材预热到200℃以上，送入上述轧机机组轧制，使板材表层组织产生反复的微造型轧制，由此形成剧烈变形。

本发明的有益效果是：

本发明能有效改善镁合金板材的成形性，特别是冲压成形性能，并可实现镁合金板材表面剧烈变形。

附图说明

图1是本发明的镁合金板材表面剧烈变形轧制装置的结构示意图；

图2是轧辊结构示意图；

图3是轧辊直沟槽纹理结构部分的横截面图；

图4是图3中A处局部放大图；

图5是轧辊上直沟槽纹理示意图；

图6是轧辊上十字沟槽纹理示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种镁合金板材表面剧烈变形轧制装置，由至少二架轧机组成，每架轧机由一对相同直径的上、下轧辊、两台无级变速电动机、轧辊加热系统和轧辊调整装置构成，轧辊加热装置由加热棒3、温度传感器和控温箱7构成。加热棒3和温度传感器分别与控温箱7相连接。

每架轧机包括上轧辊1、轴承2、加热棒3、热电偶4、变压器5、计算机6、控温箱7、硅碳加热棒8、无极变速电机9、下轧辊10。

上、下轧辊1，10分别与两台无级变速电动机9相连接，通过两台无级变速电动机9的转动速度与方向的变化，实现上、下轧辊1，10的同向转动或异向转动或同速转动或异速转动，用于镁合金板材表面剧烈变形的可逆轧制、对称轧制和不对称轧制。两台无级变速电动机9分置在轧机两侧，通过耐高温联结轴与轧辊的未通孔端连接，电机与轧辊之间无需齿轮箱减速。

如图2所示，轧辊的芯部为圆柱形孔腔，内置加热棒3，表面设激光温度传感器。轧辊加热后的表面温度为100~350℃，上、下轧辊表面的温差范围为0~100℃。轧辊的芯部圆柱形孔，圆柱形孔从轧辊一侧加工，加工至另一侧的辊身11与辊颈12交界处。轧辊的表面形状13有平面形状和纹理形状两种。纹理形状主要为直沟槽和十字沟槽两种。沟槽之间必须是圆弧过渡，一般形状为半圆曲线波纹，圆直径范围为1~4mm，每两个波峰之间的距离为对应的圆直径尺寸。

如图3，4所示，轧辊的表面具有平面形状结构或纹理形状结构，纹理形状结构为直沟槽（图5）或十字沟槽（图6），沟槽形状为半圆曲线波纹，圆直径范围为1~4mm，每两个波峰之间的距离d为对应的圆直径尺寸，使轧制的镁合金板材表面加工出平行排列或呈网状分布的圆槽形。

本发明制备表面剧烈变形的轧制装置是采用下述方案实现：在两个轧辊的中部内置加热棒，表面设激光温度传感器。加热棒和温度传感器分别与控温箱相连接。在计算机上人工设定轧辊表面需加热的温度，加热棒接受命令通电加热，温度传感器测量轧辊温度，并回馈轧辊实际温度，计算机通过比较设定温度与测试温度值的差异，确定是否需要继续或停止加热，由此精准控制轧辊表面温度，轧辊通过加热，表面温度可以达到为100~350℃，上下轧辊表面可以实现的温差范围为0~100℃。

本发明实现表面剧烈变形的轧制方法是采用下述方案实现的：将表面的局部大变形和普通轧制相结合，即通过对镁合金板材进行反复进行表面微造型轧制，在板材表面加工出具有一定尺寸和排列的平行或呈网状分布的槽形，然后再普通轧制，这样一种重复进行的组合变形，使板材表层实现表面剧烈变形，由此形成金属表面层晶粒细化、而中间组织保持原来结构的梯度组织，

本发明实现表面剧烈变形的轧制方法采用下述方案实现的：将两台无级变速电动机设定为异向转动和同速转动，使轧辊形成同步轧制，将六架以上轧机的按第1、3和5等奇数架布置纹理结构的轧辊，2、4和6等偶数架布置平辊结构的轧辊，镁合金板材预热到250℃以上，送入上述轧机机组反复进行表面微造型轧制，使板材表层组织产生剧烈变形。

本发明实现表面剧烈变形的轧制方法还可以采用下述方案实现的：将两台无级变速电动机设定为异向转动和异速转动，异速比介于1：1.05~1：1.5。同时通过控温箱加热轧辊，使轧辊表面温度高于100℃以上，将六架以上的轧机均布置不同纹理结构的轧辊，镁合金板材预热到200℃以上，送入上述轧机机组反复进行表面微造型轧制，使板材表层组织产生剧烈变形。

本发明实现表面剧烈变形的轧制方法另外还可以采用下述方案实现的：将两台无级变速电动机设定为同向转动和异速转动，异速比介于1：1.5~1：3，慢速轧制。同时加热轧辊至表面温度高于100℃以上，将六架以上的轧机间隔布置纹理轧辊与平辊轧机，镁合金板材预热到200℃以上，送入上述轧机机组轧制，使板材表层组织产生反复的微造型轧制，由此形成剧烈变形。

Claims (7)

1.一种镁合金板材表面剧烈变形轧制装置，由至少二架轧机组成，每架轧机由一对相同直径的上、下轧辊（1，10）、两台无级变速电动机（9）、轧辊加热系统和轧辊调整装置构成，所述轧辊加热装置由加热棒（3）、温度传感器和控温箱（7）构成，加热棒（3）和温度传感器分别与控温箱（7）相连接，其特征在于：每架轧机的上、下轧辊（1，1）分别与两台无级变速电动机（9）相连接，通过两台无级变速电动机（9）的转动速度与方向的变化，实现上、下轧辊（1，10）的同向转动或异向转动或同速转动或异速转动，用于镁合金板材表面剧烈变形的可逆轧制、对称轧制和不对称轧制。

2.根据权利要求1所述的镁合金板材表面剧烈变形轧制装置，其特征在于：所述轧辊的芯部为圆柱形孔腔，内置加热棒（3），表面设激光温度传感器；所述轧辊加热后的表面温度为100~350℃，上、下轧辊（1，10）表面的温差范围为0~100℃。

3.根据权利要求1所述的镁合金板材表面剧烈变形轧制装置，其特征在于：所述轧辊的表面具有平面形状结构或纹理形状结构，纹理形状结构为直沟槽或十字沟槽，沟槽形状为半圆曲线波纹，圆直径范围为1~4mm，每两个波峰之间的距离为对应的圆直径尺寸，使轧制的镁合金板材表面加工出平行排列或呈网状分布的圆槽形。

4.一种采用权利要求1-3任一项所述的镁合金板材表面剧烈变形轧制装置的轧制方法，采用二架以上轧机，前、后轧机上布置纹理形状结构的轧辊，或平面形状结构与纹理形状结构交错间隔的轧辊，其特征在于，具体步骤是：首先对镁合金板材表面进行反复微造型轧制，在镁合金板材表面加工出平行排列的槽形或呈网状分布的槽形，然后再用普通轧制，重复进行组合变形，使板材表层实现表面剧烈变形，由此形成金属表面层晶粒细化、而中间组织保持原来结构的梯度组织。

5.根据权利要求4所述的轧制方法，其特征在于：将两台无级变速电动机设定为异向、同速转动，使轧辊形成同步轧制，将六架以上轧机中的奇数架轧机布置纹理形状结构的轧辊，偶奇数架轧机布置平面形状结构的轧辊，镁合金板材预热到250℃以上，送入上述轧机机组反复进行表面微造型轧制，使板材表层组织产生剧烈变形。

6.根据权利要求4所述的轧制方法，其特征在于：将两台无级变速电动机设定为异向、异速转动，异速比介于1：1.05~1：1.5，同时通过控温箱加热轧辊，使轧辊表面温度高于100℃以上，将六架以上的轧机均布置不同纹理形状结构的轧辊，镁合金板材预热到200℃以上，送入上述轧机机组反复进行表面微造型轧制，使板材表层组织产生剧烈变形。

7.根据权利要求4所述的轧制方法，其特征在于：将两台无级变速电动机设定为同向、异速转动，异速比介于1：1.5~1：3，慢速轧制，同时加热轧辊至表面温度高于100℃以上，将六架以上的轧机间隔布置纹理形状结构轧辊的轧机与平面形状结构轧辊的轧机，镁合金板材预热到200℃以上，送入上述轧机机组轧制，使板材表层组织产生反复的微造型轧制，由此形成剧烈变形。