CN108405631A - 一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法，其特征在于热轧过程中，上下两个工作辊线速度不同，下轧辊线速度V2大于上轧辊线速度V1，并且两个工作辊中心不在同一条竖直线上，在水平方向存在一定的错位量S。本发明的方法是先根据厚板初始厚度通过轧机压下装置调节上下轧辊的辊缝大小，控制轧制道次压下量，然后分别通过调节上下轧辊对应的电机转速，实现两工作辊不同的线速度，通过计算机仿真计算出合适的轧辊水平错位量，通过设定轧辊水平错位量的大小，从而使超厚板轧制成形。本发明方法能有效解决超厚板在异步轧制过程中弯曲严重的问题，通过调节上下轧辊错位量，能使超厚板在承受强剪切变形的同时保持板形平直，从而保证多道次非对称轧制顺利进行，有效解决超厚板非对称轧制过程中弯曲严重引起的轧机损坏及其他安全事故。
Description
技术领域
本发明涉及金属热加工轧制成形技术领域，具体涉及一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法。
背景技术
铝合金超厚板(厚度大于80mm)广泛应用于航空航天、船舶舰艇、轨道交通和汽车工业等各个领域，尤其是高性能铝合金超厚板，是飞机的主承力部件的关键性结构材料。热轧是生产铝合金超厚板的关键工艺过程，然而传统对称轧制难使铝合金超厚板中心实现大变形，易造成超厚板表面和厚度中心的变形不均匀、从而引起微观组织和力学性能不均一等问题，严重影响板材的性能，因此航空航天用的大规格超厚板材料仍需进口。
由于传统对称轧制难使变形深入超厚板中心，造成心部性能较差，异步轧制被用来解决此问题。异步轧制中，上下轧辊线速度不一致，在轧制变形区会形成一个上下表面摩擦力方向相反的“搓轧区”，超厚板在搓轧区同时承受压缩变形和强剪切变形，强剪切变形有利于变形深入厚度中心，从而细化心部晶粒，提高力学性能。然而由于上下轧辊线速度不同，易引起超厚板上下表面变形不均匀，从而引起板材朝变形较小的那侧弯曲，当超厚板弯曲程度较大时，会影响多道次轧制过程顺利进行，弯曲严重时甚至会损坏轧机，造成安全事故。
为了解决异步轧制过程超厚板弯曲严重的问题，采用同时具备运动非对称性(上下轧辊线速度不同)和几何非对称性(上下轧辊存在水平错位量)的非对称内剪切轧制方式。异步轧制中由于上下轧辊线速度不同，板材上、下表面应变不同，导致轧板会向慢速轧辊一侧弯曲，而非对称内剪切轧制中将慢速侧轧辊向出口方向错位会对轧板施加一个与轧板弯曲方向相反的力矩，可使得超厚板在获得强剪切变形的同时减小轧板的弯曲。
发明内容
本发明的目的是针对现有的对称轧制或异步轧制技术难使超厚板同时获得强剪切变形和小弯曲程度的不足之处，提供一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法，在保证超厚板平直的基础上提高其变形渗透性及均匀性，从而提升力学性能。
一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法，设备采用非对称内剪切轧制形式，其特征在于：与传统对称轧制不同的是，其同时包含运动非对称性与几何非对称性，上下轧辊分别由两个电机驱动，可实现不同的轧辊线速度调节；上下两个轧辊的中心线不在同一竖直线上，水平方向存在一定错位量，并可实现不同水平错位量的调节。
本发明的优点是：
1、非对称内剪切轧制同时具备运动非对称性与几何非对称性，如图1所示，下轧辊为快速辊，其线速度大于上轧辊(V1＜V2)，同时下轧辊几何位置固定不变，上轧辊朝轧制出口方向施加一定的水平错位量S。与异步轧制相比，上下轧辊水平错位量能形成一个与厚板弯曲方向相反的力矩，该力矩的存在能有效减少轧板的弯曲程度，保证多道次非对称内剪切轧制过程顺利进行，有效避免轧机损坏及其他安全事故。
2、非对称内剪切轧制中，上下轧辊线速度由不同电机控制，可实时调节上下轧辊速度比，从而实现不同程度剪切变形。
3、非对称内剪切轧制中，下轧辊位置固定，可通过改变上轧辊水平位置实时调节上下轧辊水平错位量，从而实现对超厚板不同程度弯曲行为的调控。
4、非对称内剪切轧制同时具备异步轧制和水平错位轧制的优点，上下轧辊异速比有利于变形深入厚度中心，从而细化心部晶粒尺寸，提升中心力学性能，水平错位的存在能有效控制板材翘曲程度，保证多道次非对称轧制顺利进行。
5、与超厚板传统对称轧制相比，非对称内剪切轧制能有效降低轧制力，超厚板轧制中能有效降低轧机的最大负载要求。
6、与超厚板传统对称轧制相比，非对称内剪切轧制能在较小的轧制总变形率下获得变形及性能均匀的超厚板，能有效解决轧机开口度受限的问题。
附图说明
图1为非对称内剪切轧制示意图
图2为异步轧制和非对称内剪切轧制过程超厚板弯曲示意图
图3为不同初始厚度下异速比与错位量关系图
图4为不同初始厚度下道次压下量与错位量关系图
具体实施方式
一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法，上下轧辊分别由两个不同的电机驱动，下轧辊为快速辊，其线速度大于上轧辊，并可实时调节电机转速从而实现上下轧辊不同的异速比；下轧辊位置固定，通过对上轧辊沿着轧制出口方向添加水平错位量可在一定程度上减少超厚板弯曲程度，如图1所示。图2(a)为异步轧制示意图，当只有异速比存在时，超厚板单道次轧制弯曲严重，进行后续多道次轧制时超厚板上翘程度过大易损坏轧机，甚至造成安全事故；图2(b)为非对称内剪切轧制示意图，通过对慢速辊朝轧制出口方向施加一定的水平错位量，超厚板弯曲程度大幅度降低，其板形接近于常规对称轧制获得的板形。
一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法，其具体步骤如下：步骤一：在任何需要进行的轧制道次变形前，根据超厚板初始厚度和轧机的负载能力确定合适道次压下量，下轧辊竖直位置固定不变，通过轧机压下装置调节上轧辊的竖直高度，调整到预定的辊缝大小，实现轧制道次压下量的控制；步骤二：分别调节上下轧辊对应的电机转速，实现两工作辊不同的线速度，从而获得预定的异速比；步骤三：通过计算机仿真计算出合适的轧辊水平错位量大小，通过调节上轧辊的水平位置实现设定的轧辊水平错位量的大小，从而使厚板在保证平直的基础上轧制成形。
非对称内剪切热轧过程轧制工艺参数的改变会影响轧制过程超厚板弯曲行为，不同初始厚度下异速比与错位量关系图3所示。两轧辊异速比与两轧辊水平错位量之间的具体关系为：当道次压下量为20mm时，两轧辊异速比为1.05、1.10、1.15和1.20时，铝板初始厚度为240mm时，轧辊水平错位量分别为42mm、46mm、50mm和53mm；铝板初始厚度为260mm时，轧辊水平错位量分别为35mm、38mm、41mm和42mm；铝板初始厚度为280mm时，轧辊水平错位量分别为25mm、30mm、33mm和36mm；铝板初始厚度为300mm时，轧辊水平错位量分别为19mm、23mm、25mm和27mm。
非对称内剪切热轧过程轧制工艺参数的改变会影响轧制过程超厚板弯曲行为，不同初始厚度下道次压下量与错位量关系图4所示。道次压下量与两轧辊水平错位量之间的具体关系为：当两轧辊异速比为1.10时，道次压下量为20mm、30mm、40mm和50mm时，铝板初始厚度为300mm时，轧辊水平错位量分别为23mm、28mm、32mm和37mm；铝板初始厚度为320mm时，轧辊水平错位量分别为19mm、23mm、26mm和30mm；铝板初始厚度为340mm时，轧辊水平错位量分别为17mm、20mm、22mm和26mm.
轧机自动化控制系统可根据工艺设定实时调节道次压下量和两轧辊异速比，可按照图3和图4采用插值计算的方法确定适宜的水平错位量，从而在保证超厚板非对称轧制中在实现强剪切变形的基础上获得平直的板形，保证多道次轧制过程顺利进行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法，采用非对称内剪切轧制形式，其特征在于：与传统对称轧制不同的是，其同时包含运动非对称性与几何非对称性，上下轧辊分别由两个电机驱动，可实现上下轧辊不同的线速度调节；上下两个轧辊的中心线不在同一竖直线上，水平方向存在一定错位量，并可实现不同水平错位量的调节。
2.根据权利要求1所说的一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法，其特征在于，下轧辊为快速辊，其线速度为V2，上轧辊线速度为V1，其中V2＞V1，厚板下表面变形大于上表面，会使其朝着慢速辊侧弯曲；同时下轧辊几何位置固定不变，上轧辊朝轧制出口方向施加一定的水平错位量S，该错位量的存在会形成一个与弯曲方向相反的力矩，从而减少厚板弯曲程度。
3.根据权利要求2所说的一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法，其特征在于，它包括以下步骤：首先根据超厚板初始厚度确定轧制过程道次压下量，通过轧机压下装置调节上下轧辊的辊缝大小，从而控制轧制道次压下量；然后分别调节上下轧辊对应的电机转速，实现两工作辊不同的线速度；通过计算机仿真计算出合适的轧辊水平错位量大小，通过设定轧辊水平错位量S的大小，从而使厚板在保证平直的基础上轧制成形。
4.根据权利要求2所说的一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法，其特征在于，为获得平直板材，两轧辊异速比(i＝V2/V1，即下轧辊线速度/上轧辊线速度)与两辊水平错位量S之间的具体关系为：当道次压下量为20mm时，两辊异速比为1.05、1.10、1.15和1.20时，铝板初始厚度为240mm时，轧辊水平错位量分别为42mm、46mm、50mm和53mm；铝板初始厚度为260mm时，轧辊水平错位量分别为35mm、38mm、41mm和42mm；铝板初始厚度为280mm时，轧辊水平错位量分别为25mm、30mm、33mm和36mm；铝板初始厚度为300mm时，轧辊水平错位量分别为19mm、23mm、25mm和27mm。
5.根据权利要求2所说的一种调控超厚铝板非对称内剪切热轧过程弯曲程度的方法，其特征在于，为获得平直板材，道次压下量与两辊水平错位量之间的具体关系为：当两辊异速比为1.10时，道次压下量为20mm、30mm、40mm和50mm时，铝板初始厚度为300mm时，轧辊水平错位量分别为23mm、28mm、32mm和37mm；铝板初始厚度为320mm时，轧辊水平错位量分别为19mm、23mm、26mm和30mm；铝板初始厚度为340mm时，轧辊水平错位量分别为17mm、20mm、22mm和26mm。
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