CN105377456A - 用于向铝金属薄板赋予选定的形貌的装置和方法及其应用 - Google Patents

用于向铝金属薄板赋予选定的形貌的装置和方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN105377456A
CN105377456A CN201380067360.7A CN201380067360A CN105377456A CN 105377456 A CN105377456 A CN 105377456A CN 201380067360 A CN201380067360 A CN 201380067360A CN 105377456 A CN105377456 A CN 105377456A
Authority
CN
China
Prior art keywords
contact surface
working roll
roller
thin plate
feed bin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201380067360.7A
Other languages
English (en)
Inventor
S·许
J·A·怀斯
T·J·卡森
N·C·惠特尔
J·M·埃普
D·E·科尔曼
N·J·潘瑟里
S·A·M·戈米斯
P·A·斯图尔特
A·阿米戈里亚托
M·约瓦尼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Howmet Aerospace Inc
Original Assignee
Alcoa Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/673,468 external-priority patent/US20130122327A1/en
Priority claimed from US13/892,028 external-priority patent/US20130273394A1/en
Application filed by Alcoa Inc filed Critical Alcoa Inc
Publication of CN105377456A publication Critical patent/CN105377456A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B1/227—Surface roughening or texturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H8/00—Rolling metal of indefinite length in repetitive shapes specially designed for the manufacture of particular objects, e.g. checkered sheets
    • B21H8/005—Embossing sheets or rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D88/00—Large containers
    • B65D88/26—Hoppers, i.e. containers having funnel-shaped discharge sections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B2001/228—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length skin pass rolling or temper rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • B21B2003/001—Aluminium or its alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/005—Rolls with a roughened or textured surface; Methods for making same

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Basic Packing Technique (AREA)
  • Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)
  • Body Washing Hand Wipes And Brushes (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

一种从各向同性的织构化铝薄板形成的物料处理器，所述铝薄板通过用球形介质(例如钢滚珠)压凹的辊轧制，从而生产相对于颗粒物质(如面粉)具有低摩擦系数的薄板。平滑的薄板可以用来制造罐、料仓、导管和导引物以促进颗粒物质的存储和流动。

Description

用于向铝金属薄板赋予选定的形貌的装置和方法及其应用
相关申请的交叉引用
本申请是2013年5月10日提交的、名称为“用于向铝金属薄板赋予选定的形貌的装置和方法”的美国申请No.13/892,028的部分连续申请，该美国申请No.13/892,028是2012年11月9日提交的、名称为“用于向铝金属薄板赋予选定的形貌的装置和方法”的美国申请No.13/673,468的部分连续申请，该美国申请No.13/673,468要求2011年11月11日提交的、名称为“用于向铝金属薄板赋予选定的形貌的装置和方法”的美国临时申请No.61/558,504的权益。前述申请的每一份的公开内容大体上通过引用方式完整并入本文。
技术领域
本发明涉及轧制金属薄板及其表面处理，更具体地说，涉及用于生产具有相关摩擦特性和光学特性的特定表面纹理(例如在铝薄板上的各向同性表面)的方法和装置。
背景技术
目前，铝薄板生产者通常使用冷轧机生产所需厚度、宽度和表面的薄板。表面光/平整轧机也可以被用于低压缩量(<10％)以生产所需表面。铝薄板穿过的圆筒形辊(工作辊)的表面可以通过使用磨砂轮或磨砂带来准备用于轧制操作。磨削由于磨痕(磨粒)使辊表面具有方向性外观和摩擦性能，所述磨痕(磨粒)随后被转移/赋予到磨削工作辊轧制的薄板。被磨削工作辊轧制过的薄板的方向性外观是可见的，并且经常能够通过施加于薄板材或薄板材制成的产品(例如汽车车身板件)的涂漆而被见到。
压纹轧机也用于在金属薄板上赋予给定的表面形貌，例如，生产非方向性形貌。在轧制工艺之后、并且在薄板厚度已经被轧制到接近薄板的最终尺寸的目标尺寸之后，在压纹轧机中加工薄板。压纹轧机仅仅意在赋予表面纹理(与在薄板上具有显著尺寸效应是相反的)，并且因此在已经被轧机的工作辊轧制过的薄板上进行操作。在压纹轧机中的薄板意味着轧制以外的额外步骤，从而需要额外的装置、物料处理和管理比正常轧机更多种类的辊类型。
发明内容
本公开内容涉及用于制造具有至少一个物料接触面的物料处理器的方法，包括步骤：
获得已经由工作辊轧制过的铝薄板，所述工作辊具有50％到100％被不具有小面的凹部覆盖的表面，所述凹部具有相对于所述表面的平均高度凹陷的中心区和凸出的平滑外周唇，所述外周唇在其顶端处具有比所述表面的平均高度大的高度，所述铝薄板与所述至少一种物料具有0.62和0.79之间的静摩擦系数；和
将所述铝薄板成形为所述至少一个物料接触面。
在另一个实施方案中，所述凹部具有处在150μm到400μm范围内的直径和相对于外周唇的顶端处在6±2.0μm范围内的深度。
在另一个实施方案中，所述物料处理器是具有用于储存物料的内部空间的料仓，并且所述物料接触面形成限定所述内部空间的表面的至少一部分。
在另一个实施方案中，所述物料接触面形成为料仓的漏斗部分。
在另一个实施方案中，由料仓处理的物料是面粉，并且进一步包括将面粉引入到料仓中并且使物料接触面与面粉接触的步骤。
在另一个实施方案中，由料仓处理的物料是糖，并且进一步包括将糖引入到料仓中并且使物料接触面与糖接触的步骤。
在另一个实施方案中，所述物料处理器是具有用于使物料朝着出口汇聚的内表面的漏斗，并且所述物料接触面形成限定所述内部空间的表面的至少一部分。
在另一个实施方案中，所述物料处理器是具有用于导向物料的内部空间的槽，并且所述物料接触面形成限定所述内部空间的表面的至少一部分。
在另一个实施方案中，所述物料处理器是具有用于导向物料的内部空间的导管，并且所述物料接触面形成限定所述内部空间的表面的至少一部分。
在另一个实施方案中，相对于测定静摩擦系数的方向，所述铝薄板具有在薄板的任何两个给定取向之间差异不大于5％的静摩擦系数。
在另一个实施方案中，具有至少一个物料接触面的所述物料处理器包括：从铝薄板形成的至少部分地限定所述物料接触面的表面，所述铝薄板已经由工作辊轧制过，所述工作辊具有60％到100％被不具有小面的凹部覆盖的表面，所述凹部具有相对于所述表面的平均高度凹陷的中心区和凸出的平滑外周唇，所述外周唇在其顶端处具有比所述表面的平均高度大的高度，所述铝薄板具有在0.62和0.79之间的静摩擦系数。
在另一个实施方案中，所述凹部具有处在200μm到400μm范围内的直径和相对于外周唇的顶端处在0.5μm到2.0μm范围内的深度。
在另一个实施方案中，所述物料处理器是具有用于储存物料的内部空间的料仓，并且所述物料接触面形成限定所述内部空间的表面的至少一部分。
在另一个实施方案中，所述物料接触面形成为料仓的漏斗部分。
在另一个实施方案中，所述物料处理器是面粉料仓。
在另一个实施方案中，所述物料处理器是糖料仓。
在另一个实施方案中，所述物料处理器是具有能够使物料朝着出口汇聚的内表面的漏斗，并且所述物料接触面形成限定所述内表面的表面的至少一部分。
在另一个实施方案中，所述物料处理器是具有能够导向物料的导向面的槽，并且所述物料接触面形成导向面的至少一部分。
在另一个实施方案中，所述物料处理器是具有能够导向物料的内导向面的导管，并且所述物料接触面形成限定内导向面的表面的至少一部分。
在另一个实施方案中，相对于测定静摩擦系数的方向，所述铝薄板具有在薄板的任何两个给定取向之间差异不大于5％的静摩擦系数。
附图说明
为了更加完整的理解本发明，结合以下附图参考示例性实施方案的以下详细说明。
图1a和1b分别是通过EDT毛化产生的、并且通过光学轮廓法测定的工作辊的样本表面的表面形态的平面图和透视(3D)测绘图。
图2是根据本公开内容的一个实施方案的用于对工作辊进行表面处理的装置的示意图。
图3a是通过根据本公开内容的一个实施方案的方法产生的、并且通过光学轮廓法测定的工作辊的样本表面的表面形态的平面测绘图。图3b是图3a的片段的放大图，图3c和3d分别是通过光学轮廓法测定的图3a和3b所示的表面的透视测绘图。
图4a和4b分别是通过根据本公开内容的一个实施方案的方法产生的、并且通过光学轮廓法测定的工作辊的样本表面的表面形态的平面图和立体(3D)测绘图。
图5a是通过光学轮廓法测定的根据本公开内容的一个实施方案的轧制过的铝薄板的样本的表面形态的平面测绘图，所述铝薄板通过根据本公开内容的一个实施方案的方法生产的工作辊进行辊轧。图5b是图5a的片段的放大图，图5c和5d分别是通过光学轮廓法测定的图5a和5b所示的表面的透视测绘图。
图6a、6b和6c分别是通过光学轮廓法测定的根据本公开内容的一个实施方案的轧制过的铝薄板的三个样本的表面形态的平面测绘图，所述铝薄板以10％的压缩量、20％的压缩量和40％的压缩量通过根据本公开内容的一个实施方案的方法生产的工作辊进行轧制。图6d、6e和6f分别是通过光学轮廓法测定的图6a、6b和6c中示出的表面的透视测绘图。
图7a和7b是已经根据本公开内容的一个实施方案进行过表面处理的工作辊的照片，图7c和7d分别是图7a和7b的片段的放大照片。
图8是表面纹理对磨擦系数的影响的图。
图9是根据本公开内容的一个示例性实施方案的用于形成表面纹理的方法的示意图。
图10是根据本公开内容的另一个实施方案的用于对工作辊进行表面处理的装置的示意图。
图11是根据本公开内容的另一个实施方案的用于对工作辊进行表面处理的装置的示意图。
图12和图13分别是根据本公开内容的另一个实施方案的用于对工作辊进行表面处理的介质薄板的透视图和剖视图。
图14是根据本公开内容的另一个实施方案的用于产生用来对工作辊进行表面处理的垫片(shim)的装置的示意图。
图15是根据本公开内容的另一个实施方案的用于对工作辊进行表面处理的装置的示意图。
图16是根据本公开内容的另一个实施方案的用于对工作辊进行表面处理的装置的示意图。
图17是由以常规方式磨削的辊生产的薄板的表面纹理的透视图。
图18是根据本公开内容的另一个实施方案的物料存储结构的示意图。
图19是根据本公开内容的另一个实施方案的物料处理结构的示意图。
图20是根据本公开内容的另一个实施方案的物料处理结构的示意图。
图21是摩擦系数测试装置的示意图。
具体实施方式
本公开内容的一个方面是揭示了金属薄板的许多应用，期望的是具有均匀、非方向性的表面光洁度，即，呈现各向同性且扩散地反射光的表面。进一步地，本公开内容揭示了除外观效果之外，由磨削工作辊轧制过的薄板表面的方向性取向粗糙度影响可用于将金属薄板形成为特定形状的产品(例如汽车板件)的成形工艺，这例如可归因于：由于工作辊赋予的金属薄板表面上方向性取向的磨粒/磨削图案而引起成形工具和薄板料之间摩擦相互作用的变化。本公开内容还揭示了更加各向同性的表面在一些铝薄板上操作的成形工艺中是有利的。
一种用于在工作辊上产生更加各向同性的表面的方法是用电火花毛化加工(EDT)机床对工作辊进行表面处理，所述工作辊被用于轧制金属铝薄板(其主要用于汽车板)。具有多个电极的EDT毛化头部能够靠近辊表面放置，以产生从每个电极到辊表面的放电/火花/电弧，从而在每个火花位置处局部地熔化辊表面并且引致钢水在相关凹坑内形成小的熔融金属池。EDT机床沿旋转辊的表面的操作产生了改进的各向同性表面，而其特征在于直径处在高达100μm的范围内且具有高达15～20μm边缘高度的许多微小凹坑(图1)。
申请人认为，由EDT工艺形成的微小凹坑的边缘可能是脆的，从而当EDT毛化辊用于轧机时，在工作辊、薄板和/或支承辊之间高的接触压力(例如高达200ksi)能够磨损各向同性的纹理并且产生碎屑，所述碎屑沉积在薄板表面上、轧机上和润滑剂中。
图1示出EDT处理过的用于轧制铝薄板的工作辊的表面S1的样本表面形态。可以理解的是，表面形态可以表征为覆盖有许多相对于基准面量级为5.0μm的尖锐峰部和谷部。
图2示出具有用于容纳工作辊14的箱体12的辊处理装置10。工作辊14可以支承在轴承16、18上，从而能够例如由联结至工作辊14的电机20转动。箱体12还容纳射丸/喷丸喷嘴22，喷嘴22可以安装在机架24上，机架24容许喷嘴22例如通过电机26(其转动螺杆驱动器或致动链条、齿条、电缆驱动器)的作用或者通过经由与喷嘴22相关联的电机驱动的摩擦轮驱动器的致动而选择性地移动和定位。喷嘴22由压缩器28和介质料斗30给料。喷嘴22混合来自压缩器28的压缩气体(例如，空气)和来自料斗30的介质32，从而将介质30推进并导引到辊14的外表面S上。介质可以呈钢球、玻璃球或陶瓷球、研磨砂粒或其它喷粒/喷丸介质的形式，如下进一步描述。计算机34可以用于通过编程控制如下：通过控制电机26而控制喷嘴22的位置，通过控制电机20而控制辊的旋转，以及控制压缩器28的操作和从料斗30分配介质32的速率。视觉系统36可以被容纳在箱体12内以提供表面S的状态的视图，从而确定是否已通过辊处理装置10的动作操作而获得给定的目标表面纹理。视觉系统可以附接至喷嘴22或在机架24上独立地运动，并且可以包括放大和用于保护输入孔和透镜免受介质32影响的罩。通过喷嘴22投射的介质32可以通过箱体12的漏斗部分38分配到回收线40，回收线40例如经由螺杆给料器或在压缩空气、鼓风机或者抽吸作用的影响下将介质32返回到料斗30。箱体12可以设置有门(未显示)和观察窗(未显示)，以便于辊14进出箱体12的转换以及监控辊处理装置10的操作。喷嘴22和压缩器28可以是商业类型的以实现目标喷丸强度，从而产生所需的表面形态。
可选地，喷嘴22可以是手持的，如在常规喷丸装置中。可以改变压缩器28和喷嘴22以获得目标喷丸强度压力输出(即，手动地或在计算机的控制下)，以调节从喷嘴22投射的介质32的速度，从而适应不同类型的介质32以及适应各种操作条件，比如辊14的硬度、表面S的初始表面纹理和所需的纹理类型，所需的纹理类型例如可归因于由给定介质32(例如钢球/喷丸)在辊表面上产生的微凹/凹坑的深度和周长。冲击的数目和由介质在辊表面区域上产生的压痕的尺寸相对于总面积可以描述为“％覆盖率”，并且可以通过压缩器输出设置、介质流动速率、以及当喷嘴22经过辊14上方时和/或辊14由电机20旋转时喷嘴22相对于辊14的横向速度来进行调整。喷丸工艺的控制可以是自动或手动。例如，人可以手动地握持、定位和移动喷嘴22和/或辊14，如在人配备有保护装置且部分或完全进入容纳有工件的箱体内的传统喷丸操作中。可以进行辊的视觉或微观检查，以检验适当的操作、或者调整装置10、以及在喷丸/喷粒加工操作完成后检验可接受的表面处理过的辊14。
作为另一种可选方案，喷嘴22可以容纳在侧部敞开的便携容器(未显示)内，所述便携容器压靠在形成可移动喷丸腔的表面S上，所述可移动喷丸腔捕获用过的介质并且将用过的介质重新引回存储仓(如料斗30)内。该喷丸腔可以手动地或机械地定位和移动，例如，通过电机驱动的给料机构(例如机架24)且可选择地在计算机34的控制下。
本公开内容的装置和方法可以用于对工作辊进行表面处理，所述工作辊在薄板被轧制到适当尺寸时赋予薄板给定的所需表面，例如以向薄板提供各向同性的散射或光亮的外观，从而消除对压纹或使用平整道次来产生纹理薄板的需求。在上下文中，“光亮”指镜面外观，而“散射”指非镜面外观。通过对介质和操作参数的适当选择能够改变表面纹理，以实现给定的所需外观且形成与摩擦性能相关的功能性。
根据本公开内容的一个方面，通过喷丸/喷粒工艺将所需的纹理施加到工作辊表面(例如S)，所述喷丸/喷粒工艺通过空气压力将选定的介质通过喷嘴22推进到工作辊表面S上。控制每单位面积的压力、处理时间(例如随工作辊14的转速和喷嘴22的横向速度变化)、喷嘴22的构造和介质32的类型来产生所需的工作辊纹理，所需的工作辊纹理受到介质32的大小、形状、密度、硬度、速度以及产生的微凹/凹坑或凹部的深度、宽度和形状、以及微凹/凹坑在所处理的表面区域S上的％覆盖率的影响。根据本公开内容的一些实施方案，所选择的介质32包括产生平滑凹坑的球形压凹介质，例如高质量精密钢滚珠或喷丸、(玻璃、陶瓷)珠。依据在所产生的表面上所需的性能，也可以使用珠和砂粒(例如氧化铝、碳化硅或其他砂粒类型)的混合物。
图3a-3d示出通过光学轮廓法测定已根据本公开内容的一个实施方案进行过表面处理的工作辊表面的表面形态的测绘图。在图3a-3d中示出的表面S3已使用等级为1000、直径≤0.125”且硬度Rc≥60的钢滚珠进行过喷丸处理。等级1000具有0.001”的球形公差和±0.005”的尺寸公差。也可以使用更好等级的滚珠。喷嘴22距辊14的喷距可以为大约1英寸到大约12英寸，对于某些应用优选大约5英寸的喷距。可以理解的是，使用滚珠作为喷丸介质在工作辊表面上产生了均匀形状的凹坑并且没有尖锐凸出的唇部(其为典型的EDT纹理)。更具体地说，使用球形压凹介质产生许多平滑的中心凹陷(模拟形成这些凹陷的球体/球的形状)，伴随在所述凹陷周围由材料从凹陷位移而形成的平滑外围隆起或唇部。沿着表面斜度逐渐变化，最大限度地减少了陡峭的突出部和不连续性。从总体上看，中心处各个凹陷的深度均低于表面的平均高度，并且外周唇的顶端高于上述平均高度。为了形成平滑的表面，在形成适宜深度的凹坑需要的力水平下球形压凹介质必须不易碎。否则，球形介质将会破碎，并且在破碎介质上所产生的尖锐的边和小平面会导致在工作辊的表面上形成小面。这些有小面的印痕可以在冲击时或者在将球形介质再循环并且再次冲击到表面之后出现。除避免球形介质破碎之外，有益的是如果由介质施加的力(考虑球体的尺寸、速度和密度)在冲击时不产生导致形成侧沟槽的轨迹，所述侧沟槽具有方向与工作辊表面平行的重要组成部。
在工作辊表面S3中大致平滑的起伏具有通常处+/-3到6μm范围内的量级，然而，可以根据需要实现任何所需量级的凹坑，例如，超过10μm或小于3μm。如下文更加充分地所描述的，由球形压凹介质(例如滚珠)产生的平滑起伏表面可以按照随机图案方式产生，例如从喷丸操作所预期的，或按照离散图案方式产生，如下文所说明。典型的EDT表面具有更大数值的剧烈表面变化。如上所述，依据起始的背景辊表面，用滚珠进行喷丸处理的工作辊可用于产生具有各向同性外观的光亮薄板。尽管上文描述了等级1000的滚珠，但是可以依据辊的硬度使用其它类型的精密球，诸如更高等级的滚珠。如所示，选择用于压凹辊表面的球形介质优先选择具有容许球冲击并压痕给定硬度的辊而不会由于冲击而破碎或形成小面的材料性能(例如密度、硬度、弹性、压缩强度和拉伸强度)。
图4a和4b示出了根据本公开内容的另一个实施方案产生的工作辊表面S4。更具体地说，图4a是由光学轮廓法测定的工作辊表面的形貌的平面图，所述工作辊表面经过氧化铝砂粒混合物(比率为2:3的120:180砂粒)喷丸处理并且继之用AC等级(60-120筛目)的玻璃珠喷丸处理。以一定方式进行氧化铝喷砂处理以消除预磨削的辊图案(通过目测评价来确定)，继之用玻璃珠喷砂处理以达到所需的散射表面外观。图4b是通过光学轮廓法测定的图4a所示的表面S4的表面形态的透视(3D)测绘图。从图4a和4b可以理解，玻璃珠的使用导致表面S4中具有比EDT表面更少的剧烈峰部，并且表面变化量级小于EDT表面。图4b示出在大约+/-2.0μm范围内的表面变化。相应地，可以清楚地表征所产生的表面S4比EDT表面更加平滑，但仍然具有微粗糙度，所述微粗糙度可用于向由具有这种类型表面的工作辊轧制过的铝薄板赋予散射各向同性的表面外观。
根据本公开内容，通过喷丸处理的工作辊表面处理导致了没有通过EDT工艺处理的工作辊表面那么脆的表面。结果，工作辊表面(纹理)持续的时间更长，能够承受更高的表面载荷压力，并且在轧制操作中使用时产生更少的碎屑。根据本公开内容的一个实施方案，当使用球形介质(比如滚珠或玻璃珠)对工作辊进行表面处理时，在工作辊上产生的柔和起伏的表面纹理在轧制过程中提供产生各向同性表面的优点。与通常的磨削工作辊或EDT表面处理过的工作辊相比，柔和的起伏有助于在薄板和工作辊之间摩擦较小，从而在润滑剂或辊表面失效之前能够实现更大的薄板厚度压缩量。根据本公开内容进行表面处理的工作辊的纹理不会以与典型的磨削工作辊或EDT表面处理过的辊相同的速率磨损。实验已经表明，在工作辊驱动的轧机中，通过本公开内容的方法赋予给辊的纹理比通常的磨削辊表面持续长5到6倍的时间，并且在超过轧机马力限制和经受润滑剂失效之前可以比EDT工作辊实现更大的压缩量。根据本公开内容的一个实施方案产生的辊表面形态能够承受大于10％(例如，高达60％)的厚度压缩量，以生产所需的纹理的薄板。这与EDT表面处理过的工作辊(其通常在大约8％到10％压缩量的范围内操作)形成了鲜明对比。采取更大的压缩量能够潜在地允许消除穿过辊轧机来实现所需厚度的额外必须的道次。
图5a示出了根据本公开内容的通过工作辊14轧制过的铝薄板的样本表面AS5，所述工作辊14具有根据本公开内容的一个实施方案的工艺所产生的辊表面，例如图3a-3d中示出的辊表面S3。图5b是图5a中示出的表面的放大图，两者均通过光学轮廓法产生。图5c和5d是通过光学轮廓法测定的图5a和5b中所图示的样品的透视(3D)测绘图。图5a-5d中示出的生产的薄板通过采用精密钢滚珠进行喷丸处理生产。如所示和通常那样，在轧制期间通过工作辊赋予金属薄板的宏观纹理(例如，喷丸处理的微凹)是工作辊上的纹理的反相。然而，宏观和微观特征影响薄板表面亮度的最终水平，也就是说，镜面反射的最终水平。
图6a、6b和6c分别示出通过光学轮廓法测定的根据本公开内容的一个实施方案的轧制过的铝薄板的三个表面样本AS6a、AS6b和AS6c的表面形态的平面测绘图，所述铝薄板以10％的压缩量、20％的压缩量和40％的压缩量通过根据本公开内容的一个实施方案的方法生产的工作辊进行轧制。用于轧制这些样本的工作辊通过使用氧化铝砂粒喷丸处理、继之使用玻璃珠喷丸处理来进行表面处理，如上文与图4a和4b有关的描述。图6d、6e和6f分别是通过光学轮廓法测定的图6a、6b和6c中示出的表面的透视测绘图。
图7a和7b是已经根据本公开内容的一个实施方案进行过表面处理的工作辊的照片。图7c和7d分别是图7a和7b的片段的放大照片。图7a和7c中所示的辊用直径为1.6mm、等级为1000的钢滚珠进行喷丸处理。在产生具有100％微凹/凹部覆盖率的辊表面S7a的条件下对辊进行喷丸处理。图7b和7d中所示的辊用直径为2.36mm、等级为1000的钢滚珠进行喷丸处理。在产生具有50％微凹覆盖率的辊表面S7b的条件下对辊进行喷丸处理。
根据本公开内容的一个实施方案，可以通过正常的轧制生产计划生产薄板，从而消除对压纹或在轧机中使用平整道次的需要。所产生的工作辊表面纹理没有EDT所产生的表面和正常磨削辊表面磨损得快。结果，辊的寿命超过正常辊的5到6倍。在工作辊驱动的轧机中，生产不限于宽到窄的生产计划，原因在于纹理不会由于磨损而产生条带。如上所述，通过例如用滚珠喷丸处理过的工作辊表面所生产的薄板比EDT表面加工过的表面或正常磨削表面产生更少的碎屑，从而在轧制期间导致更干净的润滑剂和薄板。所产生的薄板在外观上是各向同性的。
图8示出在不同表面的成形操作期间，当在纵向(L)和横向(T)方向上进行成形时依据方向的磨擦系数。对于样本6022-T43，喷丸处理过的表面显示了平均磨擦减小和磨擦依据成形方向的的较小变化。与成形工具(例如用于拉延和压薄的工具)的各向同性摩擦相互作用可以代表成形性能上的改善，例如，产生更均匀的拉拔和扩展的拉拔限度。
根据本公开内容，在例如用滚珠进行喷丸处理之前，对工作辊起始表面光洁度的需求取决于最终的薄板外观需求，例如，高的镜面度或稍小的镜面度。如果需要高的镜面各向同性的表面，则背景粗糙度优选<1μin。如果需要较低镜面度的表面，起始工作辊磨削量可以为高达50μin的任何所需的磨削量。所需的预磨削量影响整个工艺的最终成本，原因在于产生<1μin粗糙度的表面光洁度通常更昂贵。在使用玻璃珠或其它介质喷丸处理以产生散射表面之前，对工作辊的起始表面光洁度需求优选<15μin，或者是使得在加工后在喷丸处理过的工作辊上辊磨削图案不可见的粗糙度。在玻璃珠喷丸处理期间背景辊磨削的去除将取决于选择用于产生散射光洁度的喷丸处理工艺参数。本公开内容由以下实施例进一步说明。
实施例1
图3a-d、图7a和7c示出了根据本公开内容的一个示例性实施方案制造的工作辊的示例性表面S3、S7a的图像。为了产生所示表面，使用大约<5μin粗糙度的标准磨削工艺(预磨削)来产生背景辊形貌。在通过使用等级为1000、直径为1.6mm、硬度Rc≥60的钢球喷丸处理过的辊表面上产生直径在200到300μm范围的一系列微凹。以产生大约200μm到400μm的微凹直径和大约0.5μm到大约4μm的微凹深度的速度将球推动到具有大约58到62Rc硬度的辊表面上。微凹直径和深度受工艺条件(球的速度)的影响并且取决于起始工作辊的硬度。在这个例子中，如用目测检查来估量，大约100％的表面面积被微凹覆盖，但是取决于所需的表面外观光洁度，覆盖率的范围可以从大约10％到大约250％。60％到100％的覆盖率提供生产具有所需光学性能和机械性能的铝薄板的工作辊表面。测定的％覆盖率可以依据测定方法而变化。与来自形貌图像的物理测定相比时，光学方法趋向于高估覆盖率。
根据另一个实施方案，可以调节球的速度以产生具有处在150μm到400μm范围内的直径和相对于外周唇的顶端处在6±2μm范围内的深度的凹部。
在开坯轧制中使用这些辊具备的好处包括：道次消除(在冷轧中消除1个道次，在热轧中消除3个道次)；能够从窄到宽轧制；辊寿命增加；在热轧中由于物料转移减少而形成的粘辊较少；以及在冷轧中减少碎屑的产生。
实施例2
根据本公开内容的另一个示例性实施方案，可以通过喷丸处理工作辊(其被预磨削到<5微英寸的粗糙度)来制成漫反射表面工作辊。介质可以是玻璃珠、等级为Α到AH、网目尺寸为20-30到170-325的其它“陶瓷”珠或其它硬的研磨颗粒，例如氧化铝(砂粒度12到400)。可能需要连续施加的玻璃珠、陶瓷珠和氧化铝介质的组合来产生如图4a和4b所示的表面光洁度。例如，辊表面首先使用混合砂粒度(2:3比率的120磨料和180磨料)的氧化铝通过5/16"喷嘴、以每分钟1.5"的横向速度、以65PSI进行处理，继之使用AC等级(网目尺寸60-120)的玻璃珠通过3/8"喷嘴、以1.5"每分钟的横向速度、以100PSI进行处理。基于特定喷丸处理系统的喷嘴直立长度(bristlelength)来调整喷距。喷嘴、压力和横向速度的选择取决于用于喷丸处理的装置。覆盖区域的百分比能够依据所需的表面光洁度从10％到250％。
根据上述参数表面处理过的工作辊可以以介于10到60％之间的压缩量进行操作(与通常以大约8％到10％的压缩量进行操作的EDT处理过的辊相反)。可以使用更高水平的压缩量来消除一个或更多压缩道次，否则可能需要所述一个或更多压缩道次来实现所需的厚度和表面外观。所产生的薄板具有各向同性外观和各向同性功能性。
图9示出根据本公开内容的一个示例性实施方案的用于形成表面纹理的方法的示意图。在第一阶段(I)(未示出)中，预测通过使用一系列喷丸处理条件和介质类型获得的表面形貌。对于通过喷丸处理过的工作辊表面，可以选择介质尺寸、成分和喷丸工艺条件(例如速度和％覆盖率)来控制所需的最终辊纹理，所述最终纹理随后被赋予到轧制产品。这些变量(介质尺寸、成分和喷丸工艺条件)之间的关系和所获得的表面处理结果可以被记录并且用作在阶段I对任何给定参数组进行预测性计算机建模以产生辊表面纹理的基础。
在下一阶段(II)(图9所示)中，预测给定的实际或假定表面形貌组的光散射和外观。如图9所示，建模可以包括选择具有特定光学性质(例如预测的光散射)的“目标”表面，例如以产生给定亮度。随后通过以下步骤来进行用于产生具有所需光学性质的铝薄板的方法。(A)积累将多个给定表面轮廓与每个表面轮廓的相应光学性能相关联的数据文件，包括用于实现多个表面中的每一个的光散射、长度尺度和表面处理参数；(B)通过指定目标光学性质来隐含地规定虚拟表面；(C)通过检索有关至少一个表面轮廓的数据对虚拟表面进行建模，所述至少一个表面轮廓具有与目标光学性能最类似的测量或预测的光学性质；(D)比较目标光学性能和所述至少一个表面轮廓的光学性能；(E)在步骤(D)中的比较没有指示一致性的情况下，随后在数据文件中检索关于具有如下所测量或预测的光学性能的另一个表面轮廓的数据：所述所测量或预测的光学性能类似于目标性能，但是在关于所述至少一个给定表面轮廓的光学性能如何与目标性能不同的相反方面中与目标性能不同；(F)依据所述至少一个表面轮廓和所述另一个表面轮廓的光学性能与目标性能的各自差异量级的比例，从所述至少一个给定表面轮廓的光学性能和所述另一个表面轮廓的光学性能取样，以实现修正虚拟表面的修正光学性能，并且记录所述至少一个表面轮廓和所述另一个表面轮廓的组合取样的组合贡献；(G)比较修正虚拟表面的光学性能和目标光学性能，以确定其间差异的减小；然后重复步骤(E)-(G)直到几乎没有或没有改进被识别出为止，因此确定了与目标相关的最好虚拟表面。
注意，步骤(C)到(G)能够按照描述的那样被执行，或者能够用非线性最小二乘优化算法来替代以自动化该方法。为了完成该方法，组合了建模步骤(I)和(II)。即，通过：(1)通过依据组合于最好虚拟表面中的每个表面轮廓的光学性能的贡献比例来组合表面处理参数，从而确定用于实现多个表面中的每一个的表面处理参数，由此限定最好的表面处理参数；(2)根据最好的表面处理参数来对辊进行表面处理；和(3)用在步骤(I)中表面处理过的辊来轧制铝薄板。如所见，当达到模型化的解决方案时，在对工作辊进行表面处理中可以实施与其相关的喷丸处理参数。实施的实际结果连同工艺参数可以被存储在数据库中，这扩大了建模能力。
图10示出根据本公开内容的另一个实施方案的用于对工作辊114a、114b进行表面处理的替代性装置110。在下文描述的表面处理过程中，工作辊114a、114b平行设置并且相对彼此可转动，在末端由合适的轴承(未示出)(如图2的16、18)支承，并且由一台电机或多台电机(未示出)(如图2所示的电机20)驱动。如同图2的喷嘴22的介质喷嘴122可以保持在用于沿辊114a、114b的长度方向在邻近它们汇聚处(可以称作辊隙N)移动或定位喷嘴122的机架上。喷嘴122可以将介质(例如，滚珠132)分配到辊隙区N中，从而当辊114a、114b沿箭头所示的方向转动时，球132将被吸取到辊之间。不同于喷嘴22，喷嘴122不需要在压力下推动球132来实现高速度，而是仅仅可以按照受控方式分配球132。如果辊114a、114b之间的间隙小于球的直径，那么当球被吸取到辊隙N中时将达到机械干扰的状态。鉴于球132的硬度与辊114a、114b的表面可比较或更大并且是足够弹性的，具有足够的压缩强度通过辊隙N而不破裂，当这些球通过辊隙N时将在辊114a、114b的表面引起凹坑的形成。通过压缩而非以高的速度发射在表面上的球的冲击力在辊114a、114b的表面形成凹坑。在通过辊隙N之后，球132可以在出料槽或料斗138中进行收集以再利用。辊114a、114b可以是可调节的以容许它们移动得更近或相隔更远，缩窄或加宽辊隙N，从而调节不同尺寸的球132和/或控制在辊114a、114b上形成的凹坑的深度。
图11示出类似于图10的装置，其具有另一种类型的球给料机制，即，能够盛装和分配球232供应的细长形料斗/漏斗230，从而辊隙N和料斗/漏斗230之间的区域总是充满球232。更具体地说，通过辊隙的球232充当拦阻线，所述拦阻线使穿过料斗/漏斗230落下的球堵塞并防止更多的球落出。漏斗/料斗230可以被紧密地安装到由辊隙N上方的辊214a、214b限定的大致V形的区域，从而球232不能够在辊214a、214b和漏斗/料斗230之间通过。当球232通过辊隙N时，更多的球流出料斗/漏斗230来代替它们。所使用的球232被收集在出料槽238中并且通过管线240a、240c和再循环装置240b再循环。辊214a、214b任一末端上的隔板242(仅显示一个)可以用来防止球232流过辊214a、214b的末端，所述辊214a、214b在V形区域中含有球232。
图12和图13示出根据本公开内容的另一个实施方案的用于对工作辊进行表面处理的介质薄板344。介质薄板344可以具有例如由弹性体制成的边部344a，其中嵌入诸如球形压凹物332(例如滚珠)的表面处理介质。可选地，边部344a可以由纸张或聚合物制成，表面处理介质通过胶水黏附在所述纸张或聚合物上。可以将介质薄板344与表面处理装置110、210(如图10和图11中所示的那些)一起使用，即，通过使介质薄板344通过辊隙N替代松散的球132、232。如果边部344a是足够弹性的并且紧紧地固定住球332，用介质薄板344进行连续循环是可能的，从而容许它在辊214a、214b之间循环直至实现所需的凹坑覆盖率。如图12所示，球332可以按照任何所需的图案遍及介质薄板344分布，例如全面、均匀地间隔覆盖整个介质薄板344、更离散的图案或随机分布。
图14示意性地示出支承表面446，例如，涂覆光阻剂层或光致聚合物448层的玻璃。诸如紫外光、电子束或激光的辐射源452发出辐射R1。在光线存在的情况下，任选的辐射分配元件450(例如掩模或透镜阵列)将辐射R1分配到辐射R2的分布式阵列中，所述辐射R2照射在光阻剂层448上，产生更大和更小曝光量的起伏图案448a。当光阻剂显影时，可以形成具有所需的平滑波状纹理的表面。可选地，光阻剂层可以通过激光扫描仪或电子束扫描仪暴光/成型以在显影时产生所需的曝光图案和所产生的表面轮廓。
如在授予Schaefer等人的美国专利No.7,094,502中所描述的(该专利由本申请的受让人拥有并且通过引用完整并入本文)，垫片453可以从显影的光阻剂层448的表面轮廓形成。如在7,094,502中进一步所描述，垫片453可以通过各种镀覆和涂覆工艺硬化以容许它被压印在金属辊的表面上，从而容许它的表面纹理被转移到辊的表面，并且随后转移至产品表面。根据本公开内容的一个方面，具有平滑波状表面轮廓的垫片453可以用来将所述纹理赋予到工作辊上，如辊114a和/或114b。例如，可以如介质薄板344那样使用这种类型的垫片453，使垫片453在图11的装置210的辊214a、214b之间通过。为了同时对两个辊214a、214b进行表面处理，使用背对背放置的两个垫片453或具有两个纹理面的垫片453。作为另一种可选方案，通过借助胶粘剂、铜焊或焊接将织构化垫片453黏附到辊上，织构化隔片453可以被附加到工作辊(例如辊214a)的表面并且随后被用来轧制铝薄板。
图15示意性地示出根据本公开内容的另一个实施方案的用于对工作辊514进行表面处理的超声波喷丸装置510。超声波喷丸装置是商业可获得的，例如从法国卡尔克富南特SonatsSA获得。根据本公开内容，这类喷丸装置可以应用到对用于轧制铝薄板的工作辊进行表面处理的用途中，即，如果球的速度、密度、尺寸、弹性和压缩强度可以使得在处理过的辊的表面上实现合适的凹坑深度而无喷丸介质破裂/毁坏。
图16示出根据本公开内容的另一个实施方案的用于对工作辊614进行表面处理的装置610。滚花头662支承具有织构化表面664a的滚花轮664。滚花轮664在轮轴664b上可转动并且在巨大力F的作用下被推压至工作辊614的表面中。由于滚花轮664和工作辊614的接触区域很小，力F集中在小的区域上，从而容许表面664a的纹理被转移到辊614上，如区域614a所示。机架624可以用来容许滚花头662横越工作辊614以将所需纹理赋予到整个辊614上。电机可以使工作辊614转动，从而当滚花轮664对工作辊614进行织构化时引起滚花轮664转动。本公开内容的一个方面是确保所产生的表面614a(或所产生的工作辊的表面，所述工作辊由参照图10-15所描述的装置加工)具有与上述有利的纹理(例如，由用滚珠进行喷丸处理所实现的纹理，例如上文参照图3a-3d所描述的)一致的构型。取决于所需的表面664a的表面纹理密度(每单位面积的起伏数)和覆盖率％，用装置610对工作辊614织构化可能需要压纹头662横越不止一次。
图17示出铝金属薄板M的表面，所述铝金属薄板M具有通过由磨削表面处理过的辊产生的表面粗糙度。注意X轴以mm表达，Y轴和Z轴以μm表达。磨削辊赋予薄板具有多个细长、平行沟槽的图案。薄板M的表面在所有方向均是粗糙的并且粗糙度随方向变化，从而当薄板与另一个物体或多个物体相互作用时引起摩擦方向性。通常，转移到常规轧制薄板的辊粗糙度可以处在大约0.5到1μmRa的范围内。本公开内容的一个方面是揭示了当被用于某些应用中时，由磨削工作辊轧制的常规薄板的粗糙度和方向性对薄板的功能性具有影响。进一步地，根据本公开内容生产的薄板，例如通过由如上所述的滚珠喷丸处理的辊生产的薄板，可以相对于常规薄板有利地用于某些应用。例如，当薄板被用在用于储存和/或导引物料(例如谷粒、糖、面粉或者其他精细分开的物料)流的结构中时，根据本公开内容生产的薄板可以降低与物料的摩擦相互作用并且减少由方向引起的摩擦变化，从而产生改善的流动和在物料处理结构设计中更大的灵活性。
图18示出存储容器705，例如用于盛装谷粒、面粉、谷物、粉状食品(例如，乳品、巧克力、香辛料、蛋类、糖、咖啡、茶)或其他可流动、分散的固体物料707(例如锯末)的罐或料仓。物料707将容器705填充到高度L1并且当它从容器705被分配或填充容器705时可以在容器705内呈多个高度(例如L2)。示出的填充管709设置在邻近用于将物料707置于容器705中的顶部开口711的地方。容器705可以具有汇聚于出口715的漏斗形部分713。出口715可以容纳物料移动/控制装置，例如阀、机械涡轮、螺旋分配器或气动分配器或抽吸分配器。取决于储存于容器705中的物料，可以使用各种类型的漏斗717、筛分器719和出口喷嘴721。容器705的内壁723可以由金属(例如钢或者铝)薄板制成。本公开内容的一个方面是揭示了由本文中公开的技术制成的铝薄板在用于形成存储容器705的内壁时可以是有利的。更具体地说，与由根据本文的描述(例如参照上述实施例1)处理的辊生产的铝薄板相关联的低摩擦系数可以促进物料(例如来自容器705的面粉或者糖)的填入和分配。使用面粉为例，当被引入容器705(在这种情况下可以是面粉料仓)中时，低的静摩擦系数容许面粉从内表面(例如内表面723)脱离并且落到未被物料707占据的容器的最低点。内表面723低的静摩擦系数促进物料707在容器705中的自分布。存在于容器705中的物料707由于重力想要处在最低、能量最小的位置(物料707的重量W)，但是物料707的重量也造成物料斜向一边散开/扩展，从而对容器705的内表面723施加力FE。当物料707相对于内表面723移动时，产生摩擦力FF，从而阻止物料707的移动。例如，如果物料707从容器705被分配，引起它从高度L2移动到高度L1，物料707与内表面723接触的表面区域将沿接触区域产生摩擦力FF，从而阻止物料707的移动和它从容器705的分配。摩擦力FF在漏斗部分713中是更显著的，因为较小部分的重力W在方向上平行于内表面723定向以抵抗摩擦力FF。通过使用本公开内容的铝薄板材料来形成内表面723，相对于具有常规表面的薄板材料(如图17)降低了静摩擦系数，从而促进容器705的物料填充和分配。材料的静摩擦系数取决于物料的粗糙度，常规薄板的粗糙度通常是0.5到1.0μm。由根据本公开内容表面处理过的辊生产的可比较的薄板材料，例如，如上文所描述的，用滚珠压凹等，将显示出降低的表面粗糙度和在静摩擦系数方面10到30％的改善。这一改善转变成遭遇诸如面粉等物料的导向/存储表面(例如，对于漏斗部分713)的可行取向(斜度)，所述取向(斜度)为相对于水平面大约40到70度。
减小静摩擦系数降低在处理诸如面粉等散装物料时由摩擦产生的能量，从而降低由粉尘爆炸所引起的风险。进一步地，减小容器内表面723与物料707的静摩擦系数可以通过促进填入和分配，减少对物料移动设备(叶片、鼓风机、螺杆驱动器等)和运转它们的能源需求。此外，更大的使物料707脱离的能力可以有助于内表面723的洁净性和先进先出的物料分配。在面粉和其他食材707的情况下，先进先出周转防止物料在容器中存留不希望的造成腐败变质的长时期。如果面粉粘附到容器705的内表面723并在那里存留过多的时间，它将会变腐臭。使储存的物料脱离的内表面723容许它落到底部从而被较早分配。此外，这种脱离也可以延长要求的容器清洁之间的时间，容器清洁在器如面粉料仓的大存储容情况下带来了极大的费用和不便。
除存储结构之外，根据本公开内容制成的薄板物料的低静摩擦系数特性也可以有利地用来制造物料移动结构。图19示出具有复合螺旋形状并且由金属(例如由在本公开内容中描述的辊处理的铝合金)薄板形成的槽805。由于槽805表面具有较小的静摩擦系数，它将比由具有较大静摩擦系数的材料制成的类似形状的槽更容易使诸如谷粒、面粉、糖、物体等物料通过。因此，槽805可以使用较小的斜度并且可以按照比由具有较大静摩擦系数的薄板制成的可比较的槽更小的尺寸制造。虽然槽805表明了重力传输，具有低摩擦系数的薄板也会促进在其上由诸如推进器、叶片或者其他自动化装置等移动装置引起的移动。
图20示出具有复杂螺旋形状并且由金属(例如由在本公开内容中描述的辊处理的铝合金)薄板形成的管或管道905。由于槽805具有低的静摩擦系数，它将比由具有较高静摩擦系数的材料制成的类似形状的槽更容易使那里的物料通过，从而放宽由具有较高静摩擦系数的薄板施加的设计限制。物料传输结构不需要复杂形状并且可以是倾斜的平表面、直管或其他简单形状并且仍然显示出较小的静摩擦系数的益处。
图21示出用于测试样本薄板1023相对于给定物料1007(例如面粉)的静摩擦系数μs的测试装置1003。为了简化说明，假定物料1007样本具有来自产生重力(重力)FW的单一点的重量。FW可以分解成与薄板1023的表面正交的力FN和与薄板1023平行的力FP，摩擦力FF对抗力FP。摩擦力FF通过静摩擦系数与正向力FN相关，以等式FF＝μsFN表达。当平行力FP超过摩擦力FF时，物料1007将沿薄板1023的斜面向下滑动。如角A和B所示，薄板1023可以以相对于水平面的选定角度被定位以确定物料1007将会滑动的角度。如在以下实施例中所描述的，根据本公开内容形成的铝薄板显示出比常规薄板更低的静摩擦系数，因此与可比较的常规薄板材料相比，置于薄板1023的表面上物料1007相对于水平面在较小的角度(在较小的斜度)下滑动。
实例1
将60cmX30cm的铝合金薄板放置在处于水平位置的表面上，所述铝合金薄板通过具有0.78m粗糙度、具有常规方向性和相对于面粉0.88(当平行于磨粒方向测试时)的静摩擦系数和0.92(在垂直于磨粒方向测试时)的静摩擦系数的磨削辊生产。将根据本公开内容形成的类似尺寸的铝合金薄板放置在第一块薄板旁边，所述类似尺寸的铝合金薄板(用根据上述实施例1中描述的方法滚珠喷丸处理过的辊进行了表面处理)相对于面粉具有0.72的静摩擦系数(当沿着第一方向测试时)和0.73的静摩擦系数(当沿着垂直于第一方向的第二方向测试时)。将一杯重25g的面粉倒在每张薄板的表面上大约相同的位置。然后相对于水平面以不断增加的角度使薄板倾斜。观察到置于本公开内容的薄板上的面粉在46°的角度下沿着薄板向下滑动。置于常规薄板上的面粉直到角度升高到61°时才沿着薄板向下滑动。常规薄板被定位成与面粉的运动平行的磨粒方向。
实例2
在第二实例中，重新使用来自第一实施例的常规薄板和根据本公开内容制成的薄板，并且使用与前面相同数量和类型的面粉，但是两块薄板均相对于它们原来的位置调整90度(从而当倾斜时常规薄板的磨粒方向边对边(side-to-side)取向)。重复进行实验。当薄板达到47°的角度时面粉沿着本公开内容的薄板向下滑动，而在常规薄板上的面粉在67°的角度下滑动。
前述实施例表明根据本公开内容制成的铝薄板具有比与常规薄板更低的静摩擦系数，并且静摩擦系数较少依赖于薄板的取向。此外，与常规薄板相比，具有较小摩擦系数的薄板与面粉的相互作用容许面粉在较小的锐角下滑动。在滑动容易性方面的这一区别可以有利于地用在用于引导、移动和储存物料的结构中，例如谷粒、面粉、糖、盐、粉状或者粒状化学品(例如碳酸氢钠)、锯末或者任何其他此类物料。减小的摩擦相互作用可以用来增加物料通过斜槽、管道、漏斗、导管和其他中空结构的流动速率，从而加速物料转移，消除或减少机械如鼓风机和叶片移动这类材料的能源要求，降低物料处理装置的复杂性、制造和维护成本及能源使用。增加的物料转移速率减少实施转移的时间和成本。例如，对于用来自货运车辆的谷粒、面粉或糖填充料仓而言，10％的转移速率改进将会使车辆、工作人员、仓库管理人等需要的时间减少10％，所有这些意味着显著的成本节约。增加的转移速率和减小的摩擦还容许更有效的容器(例如料仓)填充，因为当引入额外的物料时像面粉或谷粒这样的颗粒物质可以更容易地沿着料仓的内表面滑动。这种滑动容纳添加的物料，容许它散开并且不集中在诸如填充管等区域中，否则会导致物料的低密度堆积和高密度堆积区域。物料和物料移动和储存结构之间减小的摩擦相互作用也使得这种结构具有更大的设计自由度，例如，减小保持给定物料流过物料处理结构需要的斜度。根据本公开内容生产的薄板的摩擦系数的各向同性特性也可以如此说，因为各向同性品质容许在无需关心薄板磨粒的取向情况下制造物料处理结构。除了确保减小与磨粒方向无关的摩擦相互作用外，各向同性品质还容许更容易地预测物料移动。例如，可以基于几何形状和不依赖用来制造物料处理结构的薄板的磨粒方向的静态力及动态力来确定物料路径。
应当理解，本文所描述的实施方案仅是示例性的，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以作出许多变化和修改。例如，上述某些公开内容表明了通常应用到铝轧制操作(涵盖热轧和冷轧应用)的粗糙度(辊磨削)范围跨越<1μin到50μin，并且用于Al操作的常见工作辊硬度是50到70Rc。尽管如此，以，本公开内容的方法和装置可以应用到任何高于50μin的任何表面光洁度和任何辊硬度，以通过调节喷丸介质和喷丸参数(例如实现％覆盖率的压力和驻留时间)来获得相同的结果。所有这类变化和修改意在涵盖在本公开内容的保护范围内。

Claims (20)

1.一种用于制造具有至少一个物料接触面的物料处理器的方法，包括步骤：
获得已经由工作辊轧制过的铝薄板，所述工作辊具有50％到100％被不具有小面的凹部覆盖的表面，所述凹部具有相对于所述表面的平均高度凹陷的中心区和凸出的平滑外周唇，所述外周唇在其顶端处具有比所述表面的平均高度大的高度，所述铝薄板与所述至少一种物料具有0.62和0.79之间的静摩擦系数；和
将所述铝薄板成形为所述至少一个物料接触面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凹部具有处在150μm到400μm范围内的直径和相对于所述外周唇的顶端处在6±2.0μm范围内的深度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物料处理器是具有用于储存物料的内部空间的料仓，并且所述物料接触面形成限定所述内部空间的表面的至少一部分。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物料接触面形成为所述料仓的漏斗部分。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由所述料仓处理的物料是面粉，并且进一步包括将所述面粉引入到所述料仓中并且使所述物料接触面与所述面粉接触的步骤。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由所述料仓处理的物料是糖，并且进一步包括将所述糖引入到所述料仓中并且使所述物料接触面与所述糖接触的步骤。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物料处理器是具有用于使物料朝着出口汇聚的内表面的漏斗，并且所述物料接触面形成限定所述内部空间的表面的至少一部分。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物料处理器是具有用于导向物料的内部空间的槽，并且所述物料接触面形成限定所述内部空间的表面的至少一部分。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物料处理器是具有用于导向物料的内部空间的导管，并且所述物料接触面形成限定所述内部空间的表面的至少一部分。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，相对于测定静摩擦系数的方向，所述铝薄板具有在薄板的任何两个给定取向之间差异不大于5％的静摩擦系数。
11.一种具有至少一个物料接触面的物料处理器，包括：
从铝薄板形成的至少部分地限定所述物料接触面的表面，所述铝薄板已经由工作辊轧制过，所述工作辊具有50％到100％被凹部覆盖的表面，所述凹部不具有侧面，并且具有相对于所述表面的平均高度凹陷的中心区和凸出的平滑外周唇，所述外周唇在其顶端处具有比所述表面的平均高度大的高度，所述铝薄板具有在0.62和0.79之间的静摩擦系数。
12.根据权利要求11所述的物料处理器，其特征在于，所述凹部具有处在200μm到400μm范围内的直径和相对于所述外周唇的顶端处在0.5μm到2.0μm范围内的深度。
13.根据权利要求12所述的物料处理器，其特征在于，所述物料处理器是具有用于储存物料的内部空间的料仓，并且所述物料接触面形成限定所述内部空间的表面的至少一部分。
14.根据权利要求12所述的物料处理器，其特征在于，所述物料接触面形成为所述料仓的漏斗部分。
15.根据权利要求13所述的物料处理器，其特征在于，所述物料处理器是面粉料仓。
16.根据权利要求13所述的物料处理器，其特征在于，所述物料处理器是糖料仓。
17.根据权利要求12所述的物料处理器，其特征在于，所述物料处理器是具有能够使物料朝着出口汇聚的内表面的漏斗，并且所述物料接触面形成限定所述内表面的表面的至少一部分。
18.根据权利要求12所述的物料处理器，其特征在于，所述物料处理器是具有能够导向物料的导向面的槽，并且所述物料接触面形成所述导向面的至少一部分。
19.根据权利要求12所述的物料处理器，其特征在于，所述物料处理器是具有能够导向物料的内导向面的导管，并且所述物料接触面形成限定所述内导向面的表面的至少一部分。
20.根据权利要求12所述的物料处理器，其特征在于，相对于测定静摩擦系数的方向，所述铝薄板具有在薄板的任何两个给定取向之间差异不大于5％的静摩擦系数。
CN201380067360.7A 2012-11-09 2013-11-08 用于向铝金属薄板赋予选定的形貌的装置和方法及其应用 Pending CN105377456A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/673,468 2012-11-09
US13/673,468 US20130122327A1 (en) 2011-11-11 2012-11-09 Apparatus and method for imparting selected topographies to aluminum sheet metal
US13/892,028 US20130273394A1 (en) 2011-11-11 2013-05-10 Apparatus and Method for Imparting Selected Topographies to Aluminum Sheet Metal
US13/892,028 2013-05-10
PCT/US2013/069188 WO2014074844A1 (en) 2012-11-09 2013-11-08 Apparatus and method for imparting selected topographies to aluminum sheet metal and applications there for

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105377456A true CN105377456A (zh) 2016-03-02

Family

ID=52113174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380067360.7A Pending CN105377456A (zh) 2012-11-09 2013-11-08 用于向铝金属薄板赋予选定的形貌的装置和方法及其应用

Country Status (14)

Country Link
EP (1) EP2919925B1 (zh)
KR (1) KR102220796B1 (zh)
CN (1) CN105377456A (zh)
BR (1) BR112015010578A2 (zh)
CA (1) CA2890916C (zh)
DK (1) DK2919925T3 (zh)
ES (1) ES2727954T3 (zh)
HR (1) HRP20190914T1 (zh)
PL (1) PL2919925T3 (zh)
RU (1) RU2676118C2 (zh)
SA (1) SA515360409B1 (zh)
SI (1) SI2919925T1 (zh)
TW (1) TW201436895A (zh)
WO (1) WO2014074844A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9457392B2 (en) 2011-11-11 2016-10-04 Alcoa Inc. Apparatus and method for imparting selected topographies to aluminum sheet metal and application there for
WO2019051616A1 (en) * 2017-09-18 2019-03-21 Polyvalor, Limited Partnership METHOD AND SYSTEM FOR REALIZING TRAINING SIMULATION
JP7303535B2 (ja) * 2019-03-06 2023-07-05 株式会社不二製作所 粉体接触部材および粉体接触部材の表面処理方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2986193A (en) * 1956-01-25 1961-05-30 Lifetime Metal Building Co Method of forming metal building elements
US3824827A (en) * 1973-06-05 1974-07-23 Eastman Kodak Co Apparatus for forming an interference pattern of multiple indentations in the interior wall of conveying tubes
WO1992022487A1 (en) * 1991-06-12 1992-12-23 Celltec Engineering Ab A silo discharge arrangement
WO1995007774A1 (en) * 1993-09-17 1995-03-23 Sidmar N.V. Method and device for manufacturing cold rolled metal sheets or strips, and metal sheets or strips obtained
DE19947696A1 (de) * 1998-12-07 2001-04-05 Adolf Lesk Verringern oder Auflösen von Verdichtungen
US20100239398A1 (en) * 2009-03-17 2010-09-23 Schwing Bioset, Inc. Floating seal stuffing box for silo with reciprocating frame

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2361039A (en) * 1939-10-13 1944-10-24 Chicago Metallic Mfg Company Method of producing stippled sheet metal
DE3705100A1 (de) * 1987-02-18 1988-09-01 Benecke Gmbh J Verfahren zur herstellung einer oberflaechenstruktur von praegewalzen sowie nach dem verfahren hergestellte praegewalze
EP0438031B1 (de) * 1990-01-17 1994-03-23 H J L PROJECTS &amp; DEVELOPMENTS LTD. Verfahren zur Bearbeitung von Oberflächen auf Gebilden und nach diesem Verfahren hergestellte Gebilde
RU2144441C1 (ru) * 1993-09-17 2000-01-20 Сидмар Н.В. Способ и устройство для производства металлических холоднокатаных листов или полос, полученные металлические листы или полосы
EP1344580A1 (de) * 2002-03-12 2003-09-17 Alcan Technology &amp; Management Ltd. Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Aluminiumbandes mit texturierter Oberfläche
WO2013133976A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 Alcoa Inc. Improved 6xxx aluminum alloys, and methods for producing the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2986193A (en) * 1956-01-25 1961-05-30 Lifetime Metal Building Co Method of forming metal building elements
US3824827A (en) * 1973-06-05 1974-07-23 Eastman Kodak Co Apparatus for forming an interference pattern of multiple indentations in the interior wall of conveying tubes
WO1992022487A1 (en) * 1991-06-12 1992-12-23 Celltec Engineering Ab A silo discharge arrangement
WO1995007774A1 (en) * 1993-09-17 1995-03-23 Sidmar N.V. Method and device for manufacturing cold rolled metal sheets or strips, and metal sheets or strips obtained
DE19947696A1 (de) * 1998-12-07 2001-04-05 Adolf Lesk Verringern oder Auflösen von Verdichtungen
US20100239398A1 (en) * 2009-03-17 2010-09-23 Schwing Bioset, Inc. Floating seal stuffing box for silo with reciprocating frame

Also Published As

Publication number Publication date
HRP20190914T1 (hr) 2019-07-26
SI2919925T1 (sl) 2019-08-30
DK2919925T3 (da) 2019-05-20
EP2919925A1 (en) 2015-09-23
CA2890916C (en) 2021-04-06
KR20160146489A (ko) 2016-12-21
RU2676118C2 (ru) 2018-12-26
TW201436895A (zh) 2014-10-01
WO2014074844A1 (en) 2014-05-15
KR102220796B1 (ko) 2021-02-26
BR112015010578A2 (pt) 2017-07-11
PL2919925T3 (pl) 2019-11-29
EP2919925A4 (en) 2016-08-03
RU2015121945A (ru) 2017-01-10
EP2919925B1 (en) 2019-02-27
ES2727954T3 (es) 2019-10-21
CA2890916A1 (en) 2014-05-15
SA515360409B1 (ar) 2019-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104870112A (zh) 用于向铝金属薄板赋予选定的形貌的装置和方法
US20130273394A1 (en) Apparatus and Method for Imparting Selected Topographies to Aluminum Sheet Metal
Hashimoto et al. Abrasive fine-finishing technology
Lu et al. Modeling and prediction of surface topography and surface roughness in dual-axis wheel polishing of optical glass
JP2023010723A (ja) 金属を圧延する装置及び方法
US6852003B2 (en) Method of manufacturing glass substrate for data recording medium
Zhou et al. Modelling and simulation of the grinding force in rail grinding that considers the swing angle of the grinding stone
CN105377456A (zh) 用于向铝金属薄板赋予选定的形貌的装置和方法及其应用
CN104969292B (zh) 磁盘用基板的制造方法及在磁盘用基板的制造中使用的研磨垫
Fang et al. Study on geometrical patterns of textured fixed-abrasive pads in sapphire lapping based on trajectory analysis
CN107000155A (zh) 用于将工件成形的方法
CN203221418U (zh) 用于轧制铝金属板的工作辊及用于处理其的装置
Fang et al. Influence of fixed abrasive configuration on the polishing process of silicon wafers
US9457392B2 (en) Apparatus and method for imparting selected topographies to aluminum sheet metal and application there for
Satake et al. Achieving stable removal rate in polishing with small tools
JP2003127065A (ja) 鋼板の表面形態制御方法及び鋼板
TWI648128B (zh) Grinding body for barrel grinding
RU2705831C1 (ru) Текстурированный рабочий валок для металлической основы
Kuppuswamy et al. Polishing of a selective electron beam melting processed tungsten carbide punch through high velocity impinging of flexible media
TW466150B (en) Non-abrasive conditioning for polishing pads
JP2003311314A (ja) 冷延鋼板の製造方法
JPH08185054A (ja) 均一微細凹凸表面形状を有する現像スリーブ及びその製造方法
JP2003305647A (ja) 金属板の表面処理設備、表面処理方法及び金属板の製造方法
CN107427985A (zh) 金刚石表面的研磨方法及实施该研磨方法的装置
JP2009030082A (ja) 摺動部材及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160302