CN110860559A - 一种改变镁合金板材织构的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改变镁合金板材织构的装置，包括异步轧辊、导向模具和弯曲模具；异步轧辊包括上轧辊和下轧辊，两者构成异步热轧通道；导向模具包括导向上模和导向下模，导向上模下端面和导向下模上端面构成曲线型导向通道，导向通道入口与异步热轧通道出口平滑过渡；弯曲模具包括弯曲上模和弯曲下模，弯曲上模下端面和弯曲下模上端面构成弯曲通道，弯曲通道入口与导向通道出口平滑过渡；弯曲通道的转角角度为100~130°，转角半径为6~10mm，利用异步轧辊与镁合金板材之间的摩擦力使镁合金板材依次通过导向通道和弯曲通道。其能够实现镁合金板材由典型的基面织构转变为非基面织构，提高生产效率，降低成本，适用于多种不同类型的镁合金板材的制备加工。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金板材塑性变形，具体涉及一种改变镁合金板材织构的装置。
背景技术
变形镁合金板材由于具有低密度、高的比强度和比刚度、阻尼减震性能好等诸多优点，可用作笔记本电脑、手机、家用电器等产品的壳体，具有巨大的市场需求和应用前景。然而较差的室温成形性能一直是限制变形镁合金板材应用的瓶颈问题，其根源在于：镁合金板材在普通轧制变形时容易形成强烈的基面织构，具有基面织构的镁合金板材在二次成形时，基面滑移系因处于硬取向而难以启动。特别是当沿板材法向ND方向施加压应力时，拉伸孪生也不能发生，使成形性能进一步恶化。因此，削弱板材基面织构、甚至改变板材织构类型是提高镁合金板材后续塑性变形能力的重要手段。
研究表明，高温轧制可以有效地激活非基面位错，使得在退火过程中形核的再结晶晶粒具有随机取向，从而有助于镁合金板材基面织构的弱化，在一定程度上提高板材的室温成形性能。此外，异步轧制由于上下两轧辊的线速度有差异，会在板材中产生搓轧力，可以在一定程度上使镁合金板材的晶粒发生偏转，但是其偏转角度通常在±15º以内，因此，异步轧制镁合金板材仍表现为基面织构特征。有学者研究发现，多道次弯曲变形不仅可以细化晶粒，还可以减弱基面织构强度。但是，需要说明的是，利用以上塑性加工工艺仍难以摆脱基面织构的束缚。
为了进一步改进镁合金板材织构，国内外学者将大应变剪切变形引入到模具或装置中，从而开发出了一些新的大塑性变形工艺。目前，最为典型的是等径角挤压（ECAP）、等径角轧制（ECAR）工艺，他们都是通过转角处的大应变剪切变形，使晶粒发生偏转，从而改变织构。其中，ECAR对于制备大尺寸薄板有非常显著的优势。但采用ECAR工艺研制高塑性变形镁合金板材时存在一些问题：1、由于模具中引入大应变剪切变形，对设备能力、模具材质和性能的要求较高；2、由于大应变剪切变形对镁合金板材的塑性有较高要求，一般只适用于塑性相对较好的、强度较低的镁合金板材，而对于高强度镁合金板材，通常难以顺利完成ECAR变形过程；3、为了更好地改善镁合金板材的织构，通常需要多道次循环ECAR变形，导致模具反复拆装，从而生产效率显著降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种改变镁合金板材织构的装置，其结构简单，能够实现镁合金板材由典型的基面织构转变为非基面织构，提高生产效率，降低成本，适用于多种不同类型的镁合金板材的制备加工。
本发明所述的改变镁合金板材织构的装置，包括异步轧辊、导向模具和弯曲模具；所述异步轧辊包括上下平行设置的上轧辊和下轧辊，构成异步热轧通道；所述导向模具包括导向上模和导向下模，导向上模前端设有与上轧辊对应配合的第一避让缺口，导向下模前端设有与下轧辊对应配合的第二避让缺口，导向上模下端面和导向下模上端面构成曲线型导向通道，导向通道曲率与异步热轧通道出口处的镁合金板材翘曲曲率相同，导向通道入口与异步热轧通道出口平滑过渡；所述弯曲模具包括弯曲上模和弯曲下模，弯曲上模下端面和弯曲下模上端面构成弯曲通道，弯曲通道入口与导向通道出口平滑过渡；所述弯曲通道的转角角度为100~130°，转角半径为6~10mm，利用异步轧辊与镁合金板材之间的摩擦力使镁合金板材依次通过导向模具的导向通道和弯曲模具的弯曲通道。
进一步，所述导向通道的入口角度根据上轧辊和下轧辊的异速比确定。
进一步，还包括连接导向模具和弯曲模具左右侧壁的固定板，所述固定板上部设有与导向上模连接的第一安装孔和与弯曲上模连接的第二安装孔，固定板下部设有与导向下模连接的第三安装孔和与弯曲下模连接的第四安装孔。
进一步，所述上轧辊转速为8~12m/min，下轧辊转速为18~25m/min，，上下轧辊的温度相同，其温度为20～200℃。
进一步，所述导向上模后侧壁设有第一定位孔，所述弯曲上模在与第一定位孔对应的位置上设有第一通孔，采用第一定位销穿过第一通孔与第一定位孔配合连接，实现导向上模和弯曲上模的定位配合；
所述导向下模后侧壁设有第二定位孔，所述弯曲下模在与第二定位孔对应的位置上设有第二通孔，采用第二定位销穿过第二通孔与第二定位孔配合连接，实现导向下模和弯曲下模的定位配合。
具体工作时，首先将镁合金板材通过高温异步热轧轧至2mm及以下，再将镁合金板材重新升温至500~550℃，保温1~3min后，由异步轧辊进行终轧，终轧压下量为3~10%，镁合金板材在异步轧辊摩擦力作用下，进入导向模具的导向通道，导向通道的作用是将镁合金板材平滑送入至弯曲模具中，不会改变镁合金板材组织结构，再由导向通道出口平滑进入到弯曲模具的弯曲通道中，通过对弯曲通道转角角度和转角半径进行限定，实现了镁合金板材的单道次小应变弯曲变形。最后进行退火处理，使得镁合金板材由典型的基面织构转变为非基面织构特征。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果。
1、本发明首先通过异步热轧在镁合金板材中引入大量的非基面位错，并积累大量的形变储存能。再通过特定的弯曲通道产生单道次弯曲变形，弯曲通道的转角角度为100~130°，转角半径为6~10mm，利用单道次小应变弯曲变形在镁合金板材中引入拉伸孪晶，初步实现镁合金板材晶粒取向的改变。最后结合退火再结晶处理，通过异步热轧积累的形变储存能，同时在非基面位错、拉伸孪晶和晶界共同作用下，使得退火后的镁合金板材由典型的基面织构转变为非基面织构特征。
2、本发明通过在异步轧辊和弯曲模具之间设置导向模具，使得镁合金板材经异步轧制后能够平滑进入弯曲模具的弯曲通道。并且，导向通道的入口角度根据异步轧辊的异速比确定，即异速比越大，异步轧辊出口处的镁合金板材翘曲曲率越大，相应地，需要调整导向通道的入口角度大小，使得镁合金板材能够由异步轧辊平滑进入到导向通道中。
3、本发明的镁合金板材仅需一次小应变弯曲变形，就可以实现织构的改变，相较于现有的ECAR工艺，避免了板材多次循环剪切变形、模具反复拆装的问题，提高了生产效率。由于通过异步热轧+单道次弯曲变形+退火来改变镁合金板材织构，对设备能力、模具材质和性能的要求显著降低，进而降低了制造成本。同时导向模具和弯曲模具采用分体式设置，两者通过固定板相互连接，进而能够单独更换导向模具或弯曲模具，减少了模具的维修成本。
4、由于大应变剪切变形对镁合金板材的塑性有较高要求，一般只适用于塑性相对较好的、强度较低的镁合金板材，而对于高强度镁合金板材，通常难以顺利完成ECAR变形过程。然而，本发明由于在弯曲模具中进行的弯曲应变小，高强度镁合金板材也能顺利完成整个过程。因此，本发明所述的装置适用于多种不同类型镁合金板材的制备加工，应用范围更广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明导向模具与弯曲模具的装配示意图；
图3是本发明导向模具的结构示意图；
图4是本发明弯曲模具的结构示意图；
图5是本发明固定板的结构示意图。
图中，1—上轧辊，2—下轧辊，3—导向上模，31—第一避让缺口，32—第一定位孔，33—第一螺纹孔，4—导向下模，41—第二避让缺口，42—第二定位孔，43—第三螺纹孔，5—弯曲上模，51—第一通孔，52—第二螺纹孔，6—弯曲下模，61—第二通孔，62—第四螺纹孔，7—导向通道，8—弯曲通道，9—固定板，10—镁合金板材，11—第一定位销，12—第二定位销，13—安装螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
参见图1至图5，所示的改变镁合金板材织构的装置，包括异步轧辊、导向模具和弯曲模具。所述异步轧辊包括上下平行设置的上轧辊1和下轧辊2，构成异步热轧通道，所述上轧辊1转速为8~12m/min，下轧辊2转速为18~25m/min，既能保证镁合金板材在异步热轧过程中能够引入大量的非基面位错，并积累大量的形变储存能，同时避免了异速比过大导致镁合金板材10产生裂纹。
所述导向模具包括导向上模3和导向下模4，导向上模3前端设有与上轧辊1对应配合的第一避让缺口31，导向下模4前端设有与下轧辊2对应配合的第二避让缺口41。导向上模3下端面和导向下模4上端面构成曲线型导向通道7，导向通道7曲率与异步热轧通道出口处的镁合金板材10翘曲曲率相同，导向通道7入口与异步热轧通道出口平滑过渡。并且导向通道的入口角度β根据异步轧辊的异速比确定，使得镁合金板材10能够由异步热轧通道出口平滑进入到导向通道7。由于导向通道7与镁合金板材10翘曲曲率相同，经过导向通道7的镁合金板材的微观组织不会变化。
所述弯曲模具包括弯曲上模5和弯曲下模6，弯曲上模5下端面和弯曲下模6上端面构成弯曲通道8，弯曲通道8入口与导向通道7出口平滑过渡。所述弯曲通道8的转角角度α为100~130°，转角半径r为6~10mm，利用异步轧辊与镁合金板材10之间的摩擦力使镁合金板材10依次通过导向模具的导向通道7和弯曲模具的弯曲通道8。
导向模具和弯曲模具为分体式结构，两者通过固定板9连接，所述固定板9上部设有与导向上模3连接的第一安装孔91和与弯曲上模5连接的第二安装孔92，固定板9下部设有与导向下模4连接的第三安装孔93和与弯曲下模6连接的第四安装孔94。
所述导向上模3后侧壁设有第一定位孔32，所述弯曲上模5在与第一定位孔32对应的位置上设有第一通孔51，采用第一定位销11穿过第一通孔51与第一定位孔32配合连接，实现导向上模3和弯曲上模5的定位配合。所述导向下模4后侧壁设有第二定位孔42，所述弯曲下模6在与第二定位孔42对应的位置上设有第二通孔61，采用第二定位销12穿过第二通孔61与第二定位孔42配合连接，实现导向下模4和弯曲下模6的定位配合。
具体装配时，首先根据上轧辊1和下轧辊2的异速比确定导向模具的导向通道的入口角度，选择相应地导向上模3和导向下模4，采用第一定位销11穿过第一通孔51与第一定位孔32配合连接，实现导向上模3和弯曲上模5的定位配合，采用第二定位销12穿过第二通孔61与第二定位孔42配合连接，实现导向下模4和弯曲下模6的定位配合。再采用安装螺栓13穿过固定板9的第一安装孔91与导向上模3的第一螺纹孔33配合螺纹连接，采用安装螺栓13穿过固定板9的第二安装孔92与弯曲上模5的第二螺纹孔52配合螺纹连接，采用安装螺栓13穿过固定板9的第三安装孔93与导向下模4的第三螺纹孔43配合螺纹连接，采用安装螺栓13穿过固定板9的第四安装孔94与弯曲下模6的第四螺纹孔62配合螺纹连接，将导向模具和弯曲模具组成一个整体。
具体工作时，首先将镁合金板材10通过高温异步热轧轧至2mm及以下，再将镁合金板材10重新升温至500~550℃，保温1~3min后，由异步轧辊进行终轧，终轧压下量为3~10%。镁合金板材10在异步轧辊摩擦力作用下，进入导向模具的导向通道7，再由导向通道7出口平滑进入到弯曲模具的弯曲通道8中，通过对弯曲通道8转角角度α和转角半径r进行限定，实现了镁合金板材10的单道次小应变弯曲变形。最后进行退火处理，使得镁合金板材10由典型的基面织构转变为非基面织构特征。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种改变镁合金板材织构的装置，其特征在于：包括异步轧辊、导向模具和弯曲模具；
所述异步轧辊包括上下平行设置的上轧辊（1）和下轧辊（2），两者构成异步热轧通道；
所述导向模具包括导向上模（3）和导向下模（4），导向上模（3）前端设有与上轧辊（1）对应配合的第一避让缺口（31），导向下模（4）前端设有与下轧辊（2）对应配合的第二避让缺口（41），导向上模（3）下端面和导向下模（4）上端面构成曲线型导向通道（7），导向通道（7）曲率与异步热轧通道出口处的镁合金板材（10）翘曲曲率相同，导向通道（7）入口与异步热轧通道出口平滑过渡；
所述弯曲模具包括弯曲上模（5）和弯曲下模（6），弯曲上模（5）下端面和弯曲下模（6）上端面构成弯曲通道（8），弯曲通道（8）入口与导向通道（7）出口平滑过渡；
所述弯曲通道（8）的转角角度α为100~130°，转角半径r为6~10mm，利用异步轧辊与镁合金板材（10）之间的摩擦力使镁合金板材（10）依次通过导向模具的导向通道（7）和弯曲模具的弯曲通道（8）。
2.根据权利要求1所述的改变镁合金板材织构的装置，其特征在于：所述导向通道的入口角度β根据上轧辊（1）和下轧辊（2）的异速比确定。
3.根据权利要求1或2所述的改变镁合金板材织构的装置，其特征在于：还包括连接导向模具和弯曲模具左右侧壁的固定板（9），所述固定板（9）上部设有与导向上模（3）连接的第一安装孔（91）和与弯曲上模（5）连接的第二安装孔（92），固定板（9）下部设有与导向下模（4）连接的第三安装孔（93）和与弯曲下模（6）连接的第四安装孔（94）。
4.根据权利要求1或2所述的改变镁合金板材织构的装置，其特征在于：所述上轧辊（1）转速为8~12m/min，下轧辊（2）转速为18~25m/min，上下轧辊的温度相同，其温度为20～200℃。
5.根据权利要求1或2所述的改变镁合金板材织构的装置，其特征在于：所述导向上模（3）后侧壁设有第一定位孔（32），所述弯曲上模（5）在与第一定位孔（32）对应的位置上设有第一通孔（51），采用第一定位销（11）穿过第一通孔（51）与第一定位孔（32）配合连接，实现导向上模（3）和弯曲上模（5）的定位配合；
所述导向下模（4）后侧壁设有第二定位孔（42），所述弯曲下模（6）在与第二定位孔（42）对应的位置上设有第二通孔（62），采用第二定位销（12）穿过第二通孔（62）与第二定位孔（42）配合连接，实现导向下模（4）和弯曲下模（6）的定位配合。
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