CN111136102A - 超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线及轧制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及楔形腔型材轧制技术领域，尤其涉及一种超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线及轧制工艺。沿轧制线依次设有左水平校准轧辊、预轧制轧辊、左超声振动轧辊、加热线圈、上轧辊、下平辊、右超声振动轧辊、右高度校准轧辊与右水平校准托辊，所述左、右水平校准轧辊由水平方向设置的左右轧辊组成，右高度校准轧辊由竖直方向设置的上下轧辊组成，左、右超声振动轧辊由竖直方向设置的上下轧辊组成，上轧辊与下平辊竖直方向上下设置；超声波振动模块与左、右超声振动轧辊相连，并带动左、右超声振动轧辊超声振动；加热线圈与感应电流源相连。提高加工成形性能，降低加工成型难度，提高型材尺寸精度、光洁度，降低加工能耗。

Description

超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线及轧制工艺

技术领域

本发明涉及楔形腔型材轧制技术领域，尤其涉及一种超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线及轧制工艺。

背景技术

金属材质的细颈楔形腔型材可选择的制备工艺主要有冷/温/热挤压成型工艺、冷/温/热拉拔成型工艺、铣削工艺和电火花线切割工艺。常见的金属材质细颈楔形腔型材主要是用屈服强度较小、变形抗力较低的金属材料制备，比如铝合金、铜合金和低碳钢。这类细颈楔形腔型材主要采用冷/温/热挤压成型,或者冷/温/热拉拔成型工艺制备。然而，如果制备屈服强度、变形抗力和硬度较高、成形应变极限较低的金属材质细颈楔形腔，则存在模具缩口部位磨损过快导致成本过高，以及成品型材过渡圆角半径普遍偏大的缺陷。而对于屈服强度和硬度较高、成形应变极限较低的金属材质细颈楔形腔型材，比如中/高碳钢材质细颈楔形腔型材，还可选择采用铣削工艺和电火花线切割工艺进行加工。但是，这两种工艺的共同缺点是切断了金属坯料本身的纤维流线，弱化了成型后的型材的整体强度。此外，铣削加工中，铣削刀杆直径必须小于细颈楔形腔腔体短边开口宽度，细小刀杆降低了刀具铣削过程中的整体刚度，进而降低加工速度和加工过程的稳定性，降低加工精度。而且，对于细颈楔形腔腔体细颈部位宽度和高度过小的型材，几乎无法通过铣削工艺进行加工。电火花线切割加工的不足是型材总长度受制于加工设备高度，导致型材总长度受到限制。此外，由于成形表面经过电化学腐蚀，形成表面氧化层，表面粗糙且疏松，还需后续打磨抛光处理以降低表面粗糙度以提升尺寸和形状精度。考虑到细颈楔形腔的几何形状复杂，这种工艺显著增大了提升表面质量的难度。相比较前三种工艺，线切割加工速度最慢，效费比最低。上述工艺在加工屈服强度和硬度较高、成形极限较低的金属细颈楔形腔型材的过程中，不仅成材率低，生产工具/模具磨损过快，而且原料和能源浪费严重。因此，如何在保证细颈楔形腔型材尺寸精度、几何精度和表面粗糙度的前提下，以较高加工效率实现对屈服强度和硬度均较高的中/高碳钢带料制备细颈楔形腔型材，已成为塑性加工领域的难点问题。

在金属材料塑性成形过程中施加感应电流，会导致金属出现电致塑性效应、集肤效应和对微小空洞和微裂纹的融合修复和止裂效应。这可降低金属材料在成形过程中的变形抗力，提升成形极限，进而提高金属坯料的成形性、可加工性。上述优点使得感应电流在金属轧制领域广泛使用，发展迅速。感应加热和脉冲电流区别在于，前者突出对型材浅表层一定深度整体加热，突出浅表层金属整体加热升温和软化，而后者的优势在于可自主寻找-确定导通金属浅表层金属内的空洞和微裂纹位置，形成电涡流进行针对空洞和微裂纹的快速加热和因热膨胀引起的挤压。可针对不同力学特性和微观结构的金属，择优选择升温方式。

超声辅助金属塑性成型工艺的具有两个显著优点：首先，超声作用金属材料具有即时性良好的超声软化效应，可即时降低金属材料的成型过程中的变形抗力和屈服强度，且发热升温和热变形不明显，具有金属的热效应和热负荷较低的优点；其次，振动会引发金属表面接触摩擦系数的降低，而超声波振动对降低金属接触表面摩擦系数功效尤为突出，在金属塑性变形过程中施加超声波振动有利于提升成型后零件金属表面的光洁度品质，降低零件成型后需要进一步打磨抛光来提升表面光洁度的需求，减少打磨和抛光带来的环境污染和生产成本，提升生产效率。由此可见，将超声波振动引入电辅助辊轧过程，以及采用硬度和韧性平衡的陶瓷轧辊，就成为在通电辊轧过程中不施加润滑和冷却功能的流体/液体前提下，降低轧辊和带料之间接触摩擦系数，抑制电热效应引发轧辊和型材显著升温-软化行为等上述问题的极具可行性的解决方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线及轧制工艺。首先能降低金属毛坯型材带料辊轧成形过程中型材带料变形抗力，提高金属毛坯型材带料成型极限和工艺加工成形性能，降低金属型材毛坯型材带料的辊轧工艺加工成型难度的加工方法；其次，还可降低无/少润滑液润滑状态下的辊轧轧制过程中轧辊和带料接触表现之间摩擦系数，进而降低因摩擦系数偏高导致的热积累升温和发热升温幅度偏大、型材表面剧烈磨损程度、轧辊和型材的热负荷和热变形显著，显著提升辊轧轧制成型后成型型材带料几何和尺寸精度、表面形貌的光洁度，降低所需加工能耗的方法。再次，通过异型轧辊上突出环带几何尺寸为代表的轧辊几何参数和辊轧工艺参数的优化设计，实现对辊轧成型后楔形腔型材的细颈结构和型材楔形腔尺寸参数精度等级的精确调控。本发明专利所提供的加工方法具备实现上述提升辊轧轧制成型工艺能力和成型后零件品质提升的能力。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，沿轧制线依次设有左水平校准轧辊、预轧制轧辊、左超声振动轧辊、加热线圈、上轧辊、下平辊、右超声振动轧辊、右高度校准轧辊与右水平校准托辊，所述左、右水平校准轧辊由水平方向设置的左右轧辊组成，预轧制轧辊与右高度校准轧辊由竖直方向设置的上下轧辊组成，左、右超声振动轧辊由竖直方向设置的上下轧辊组成，上轧辊与下平辊竖直方向上下设置；超声波振动模块与左、右超声振动轧辊相连，并带动左、右超声振动轧辊超声振动；加热线圈与感应电流源相连。

所述左水平校准轧辊安装在左水平校准轧辊基座上，预轧制轧辊安装在预轧制轧辊基座上，左超声振动轧辊安装在左超声振动轧辊基座上，右超声振动轧辊安装在右超声振动轧辊基座上，右高度校准轧辊安装在右高度校准轧辊基座上，右水平校准托辊安装在右水平校准托辊基座上。

所述左水平校准轧辊的左右轧辊与毛坯型材带料的左右两侧弹性接触，左右轧辊形状与毛坯型材带料的左右两侧表面相应；右水平校准轧辊组的左右轧辊与辊轧成型后的型材的左右两侧弹性接触，左右轧辊形状与楔形槽型材带料的左右两侧表面相应；左水平校准轧辊、右水平校准轧辊组的左右轧辊均为圆柱体形轧辊。

所述预轧制轧辊上下轧辊形状与毛坯型材带料的上下表面形状仿形设置；右高度校准轧辊的上下轧辊形状与辊轧成型后的型材的上下表面形状仿形设置。

所述左、右高度校准轧辊上下轧辊与毛坯型材带料的上下表面弹性接触；预轧制轧辊的上轧辊的辊面为类M形，预轧制轧辊的下轧辊为圆柱体形轧辊；右高度校准轧辊的上下轧辊为圆柱体形轧辊。

所述左超声振动轧辊包括上下设置的两个上轧辊与一个下轧辊；两个上轧辊形状与毛坯带料上表面形状仿形设置，下轧辊为圆柱形的平辊；所述右超声振动轧辊包括上下设置的两个上轧辊与一个下轧辊；两个上轧辊形状与毛坯带料上表面形状仿形设置，下轧辊为圆柱形的平辊。

所述轧辊组的上下轧辊的辊面上设有环带，环带宽度与楔形槽型材楔形槽细颈宽度相应，环带厚度与楔形槽型材楔形槽深度相应。

所述左水平校准轧辊、预轧制轧辊、左超声振动轧辊、上轧辊、下平辊、右超声振动轧辊、右高度校准轧辊、右水平校准托辊的轧辊采用陶瓷轧辊。

所述加热线圈内腔体的内轮廓与毛坯型材带料外形呈仿形设置。

上述轧辊均采用陶瓷轧辊。

一种超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制工艺，轧制过程为连续的工艺，包括如下步骤：

1)左水平校准轧辊为毛坯型材带料的入口段，将毛坯型材带料放入左水平校准轧辊左右轧辊之间，毛坯型材带料由左水平校准轧辊左右轧辊带入进入轧制线，左水平校准轧辊控制毛坯型材带料在辊轧成型过程中的水平误差；

2)毛坯型材带料向前运动经过预轧制轧辊，预轧制轧辊控制毛坯型材带料在辊轧成型过程中的高度方位精度；

3)毛坯型材带料向前运动经过左超声振动轧辊，超声波振动模块接通电源，产生超声震动，超声振动传至左超声振动轧辊，进而实现对毛坯型材带料的超声振动激励和能量输入，超声波的频率为22khz～65khz；

4)毛坯型材带料向前运动经过感应线圈，感应加热线圈对毛坯型材带料浅表层加热，实现对浅表层金属材料的快速软化，降低了屈服强度偏高金属的变形抗力；抑制应变明显表层内空洞和微裂纹的萌生-扩展，或者及时修复萌生的空洞、微裂纹，提升了金属的塑性加工过程中的成形性能，保证了制件表面光洁度，成形效率、能量利用效率和制件品质提升；

5)毛坯型材带料向前运动经过轧辊组，轧辊组将毛坯型材带料轧制成楔形腔型材；环带对楔形腔细颈高度和宽度幅值进行控制，确保成型后细颈宽度和高度在精度要求范围内；

6)辊轧成型后型材向前运动经过右超声振动轧辊，超声波振动模块接通电源，产生超声震动，超声振动传至右超声振动轧辊，进而实现对辊轧成型后型材的超声振动激励和能量输入，超声波的频率为22khz～65khz；

7)辊轧成型后型材向前运动经过右高度校准轧辊，右高度校准轧辊控制辊轧成型后型材在辊轧成型过程中的高度方位精度；

8)辊轧成型后型材向前运动经过右水平校准轧辊组，右水平校准轧辊组控制辊轧成型后型材在辊轧成型过程中的水平方向精度；

9)楔形腔型材成品由右水平校准轧辊组相对旋转的左右轧辊带出，完成整个轧制过程；

10)完成轧制的楔形槽型材根据使用需求切割。

两个超声波振动模块布置于细颈楔形腔型材终辊轧成型之前和之后位置，组成超声波振动组，通过左超声振动轧辊(5)和右超声振动轧辊(8)实现对辊轧细颈楔形腔型材施加超声波激励和超声能量注入，并且整个轧制过程中超声振动模块的安装方式具体细节如下：

(a)左超声振动轧辊(5)位于辊轧细颈楔形腔型材毛坯型材带料终辊轧成型的进口阶段，轧辊各自上、下布置，分别与毛坯型材带料上、下表面仿形设置，择优装配弹性接触。两个上轧辊与毛坯型材带料上表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料上表面接触；下轧辊与毛坯型材带料下表面形状呈现仿形形状，由于毛坯型材带料下表面为平面，所以下轧辊空间形状为圆柱体的平辊。上、下两个轧辊与毛坯型材带料处于表面弹性变形接触状态的过渡配合适配状态。超声波振动模块位于超声轧辊基座上，产生的超声振动可以通过带动上、下轧辊施加给毛坯型材带料，从而一方面降低毛坯型材带料与轧辊之间的摩擦系数，以及相应的摩擦升温，并提升表面光洁度；另外一方面利用超声振动对金属的超声软化功能，降低金属材料的成型难度。

(b)右超声振动轧辊(8)位于辊轧细颈楔形腔型材毛坯型材带料成型后的出口阶段，两个轧辊各自上、下布置，分别与毛坯型材带料上、下表面接触，择优配合弹性接触。两个上轧辊与毛坯型材带料上表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料上表面接触；下轧辊与毛坯型材带料下表面形状呈现仿形形状，由于毛坯型材带料下表面为平面，所以下轧辊空间形状为圆柱体的平辊。上、下两个轧辊与毛坯型材带料处于表面弹性变形接触状态的过渡配合适配状态。超声波振动模块固定于右超声轧辊基座上，产生的超声振动可以通过带动上、下轧辊施加给毛坯型材带料，从而改善毛坯型材带料与轧辊之间的摩擦状态。

通过上述左、右超声轧辊对型材带料的作用激励，降低轧辊和带料接触表面之间接触摩擦系数，并利用超声软化效应，综合减缓/降低由于接触摩擦系数偏高和金属变形抗力偏大、成型极限应变偏低引发的一系列成型能力不足的难题。

本发明是通过以下技术方案实现在施加感应电流和超声波振动双重激励下，在细颈楔形腔型材辊轧成型过程中对毛坯型材带料水平方向校准和定位的，进而提升和确保辊轧细颈楔形腔过程中毛坯型材带料对辊轧轧辊供料的水平方位精度，确保辊轧成型细颈楔形腔型材的尺寸和几何精度，避免因为供料水平方向精度过差引发对辊轧成品品质的不良影响：

(a)一种超声波和感应电流混合辅助具有细颈结构的楔形腔型材异型轧辊辊轧成型方法，左水平校准轧辊(3)固定于左水平校准轧辊基座(11)上，左水平校准轧辊(3)和左水平校准轧辊基座(11)布置于毛坯型材带料辊轧成型前的进口阶段，右水平校准轧辊(10)固定于右水平校准轧辊基座(19)上，右水平校准轧辊(10)和右水平校准轧辊基座(19)分别设置于毛坯型材带料辊轧成型后的出口阶段。两组水平校准轧辊和水平校准轧辊基座布置于细颈楔形腔型材辊轧成型之前和之后，实现对毛坯型材带料和细颈楔形腔型材对轧辊的水平定位和校准精度调控和校准。

(b)实现确定对辊轧供给毛坯型材带料和细颈楔形腔型材水平方向定位和校准精度，整个轧制过程中左水平校准轧辊(3)和右水平校准轧辊(11)安装方式如下：

左水平校准轧辊(3)位于辊轧细颈楔形腔型材毛坯型材带料(2)的进口段，两个轧辊各自相对毛坯型材带料呈现左、右布置，分别与毛坯型材带料(2)左、右侧面表面择优配合弹性接触。左轧辊与毛坯型材带料(2)左侧表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料(2)左表面接触；右轧辊与毛坯型材带料(2)右表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料(2)右表面接触。由于毛坯型材带料(2)左、右表面皆为平面，所以左、右轧辊空间形状为圆柱体状的平辊。左、右两个轧辊与毛坯型材带料(2)左、右侧表面均处于表面接触状态为弹性变形状态的过渡配合适配状态，与毛坯型材带料(2)侧面接触产生的弹力可以施加给毛坯型材带料，从而为确保毛坯型材带料(2)与轧辊之间的水平方向定位精度提供支撑。

右水平校准轧辊(10)位于辊轧细颈楔形腔型材毛坯型材带料(2)的出口段，两个轧辊各自左、右布置，分别与毛坯型材带料(2)左、右侧表面择优配合弹性接触。左轧辊与毛坯型材带料(2)左侧表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料(2)左侧表面接触；右轧辊与毛坯型材带料(2)右侧表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料(2)右侧表面接触。由于毛坯型材带料(2)左、右侧表面皆为平面，所以左、右轧辊空间形状为圆柱体的平辊。左、右两个轧辊与毛坯型材带料(2)左、右侧表面接触状态皆为处于表面弹性变形的过渡配合适配状态，与毛坯型材带料(2)侧面接触产生的弹力可以施加给毛坯型材带料(2)，从而为确保毛坯型材带料(2)与轧辊之间的水平方向定位精度提供支撑。

通过上述左水平校准轧辊(3)和右水平校准轧辊(10)确保对型材带料(2)运行水平方向定位和校准精度，降低毛坯型材带料(2)和细颈楔形腔型材运行的水平运动误差，从而减缓一系列由于毛坯型材带料(2)和细颈楔形腔带料在辊轧成型过程中由于水平误差偏高引发的诸如辊轧形状偏差过大、运行过程不稳定、尺寸精度超差等一系列问题。

本发明是通过以下技术方案实现在施加感应电流激励和超声波振动双重激励过程中，实现细颈楔形腔辊轧成型过程中对毛坯型材带料高度方向校准和定位的，进而确保和提升辊轧细颈楔形腔过程中毛坯型材带料对辊轧轧辊供料的高度方位精度，确保辊轧成型细颈楔形腔型材的尺寸和几何精度，避免因为供料高度方向精度过差引发对辊轧成品品质的不良影响：

(a)一种超声波和感应电流混合辅助具有细颈结构的楔形腔型材异型轧辊辊轧成型方法，预轧制轧辊(4)固定于预轧制轧辊基座(12)上，预轧制轧辊(4)和预轧制轧辊基座(12)布置于毛坯型材带料(2)终辊轧成型前的进口阶段，右高度校准轧辊(10)固定于右高度校准轧辊基座(19)上，右高度校准轧辊(10)和右高度校准轧辊基座(19)分别设置于毛坯型材带料(2)辊轧成型后的出口阶段。两组轧辊和轧辊基座布置于细颈楔形腔型材辊轧成型之前和之后，实现对毛坯型材带料(2)和细颈楔形腔型材对轧辊的高度定位和校准精度协调和保证。

(b)实现确定对辊轧供给毛坯型材带料预先辊轧成型，以及实现对毛坯型材带料型材高度方向定位和校准精度，整个轧制过程中预轧制轧辊(4)和右高度校准轧辊(10)安装方式如下：

预轧制轧辊(4)位于辊轧细颈楔形腔型材毛坯型材带料的进口阶段，两个轧辊各自相对毛坯型材带料呈现上、下布置，分别与毛坯型材带料(2)上、下表面择优配合。上轧辊与毛坯型材带料(2)上表面形状呈现类仿形形状，与毛坯型材带料(2)上表面接触；下轧辊与毛坯型材带料(2)下表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料(2)下表面接触。预辊轧之前，毛坯型材带料(2)上表面为近似“U”形的“中间低，两端高”形状。而预辊轧中，上轧辊空间形状为类“M”形状的异形轧辊。择优设计预辊轧之前毛坯型材带料几何形状为类C形形状和相关几何尺寸，如图4和图5所示。经过预先辊轧轧制之后，形成顶部为尖角结构的，左右两侧具有略微墩粗特点的类C形结构型材带料，如图6和图7所示，通过相关几何参数大小幅值实现精度等级调控。预辊轧之前和之后类C形型材几何结构上都有脱模角度，以方面辊轧前轧辊的进入和辊轧后轧辊的脱离拔出。优化预辊轧成型后毛坯型材带料横截面几何结构尺寸，为后续终辊轧成型提供精度等级足够高的择优几何形状和尺寸参数。预辊轧成型后，毛坯型材带料形成顶部尖顶结构是为了利用电流的集肤效应，实现对质量较少的顶部快速升温加热，进而实现高水平快速软化，降低终辊轧成型工艺的加工所需能耗。此外，由于毛坯型材带料(2)下表面为平面，所以下轧辊空间形状为圆柱体状的平辊。上、下两个轧辊与毛坯型材带料(2)上、下表面均处于表面接触状态为弹性变形状态的过渡配合适配状态，与毛坯型材带料(2)表面接触产生的弹力可以施加给毛坯型材带料(2)，从而确保毛坯型材带料(2)与轧辊之间的高度方向定位精度。

右高度校准轧辊(9)位于辊轧细颈楔形腔型材毛坯型材带料(2)的出口阶段，两个轧辊各自上、下布置，分别与毛坯型材带料(2)的上、下表面择优配合弹性接触。上轧辊与毛坯型材带料(2)上表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料(2)上表面接触；下轧辊与毛坯型材带料(2)下表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料(2)下表面接触。由于与毛坯型材带料(2)上、下表面皆为平面，所以上、下轧辊空间形状为圆柱体的平辊。上、下两个轧辊与毛坯型材带料(2)上、下表面接触状态皆为处于表面弹性变形的过渡配合适配状态，与毛坯型材带料(2)上、下侧面接触产生的弹力可以施加给毛坯型材带料(2)，从而为确保毛坯型材带料(2)与轧辊之间的高度方向定位精度提供支撑。

通过上述预轧制轧辊(4)和右高度校准轧辊(9)确保对型材带料(2)运行高度方向定位和校准精度，降低毛坯型材带料(2)和细颈楔形腔型材运行的高度运动误差，从而减缓一系列由于毛坯型材带料(2)和细颈楔形腔带料在辊轧成型过程中由于高度定位误差偏高引发的诸如辊轧形状误差过大、辊轧运行过程不稳定、成型后细颈楔形腔尺寸精度超差等一系列问题。

上述布置位置均以能合格完成辊轧细颈楔形腔型材为准，各个装置彼此相对位置布置均不唯一固定。

本发明主要包括：感应电流源(1)、毛坯型材带料(2)、左水平校准轧辊(3)、预轧制轧辊(4)、左超声振动轧辊(5)、加热线圈(6)、上轧辊(7)、右超声振动轧辊(8)、右高度校准轧辊(9)，右水平校准轧辊(10)、左水平校准轧辊基座(11)、预轧制轧辊基座(12)、左超声振动轧辊基座(13)、左超声振动模块(14)、下平辊(15)、右超声振动模块(16)、右超声振动轧辊基座(17)、右高度校准轧辊基座(18)、右水平校准轧辊基座(19)。

辊轧细颈楔形腔成型的轧辊朝向楔形腔开口端一侧的轧辊上设置有择优设计和设置的突出环带结构，功能是对细颈楔形腔细颈高度和宽度幅值进行控制，确保成型后细颈宽度和高度在精度要求范围内。对于细颈宽度幅值的控制可以通过择优设计和设置轧辊突出环带自身宽度实现控制；对于细颈高度幅值的控制可以通过辊轧前毛坯型材带料(2)横截面几何形状的优化设置和设计，结合轧辊突出环带突出轧辊表面高度具体优化参数实现对细颈高度幅值和精度的调控。由于细颈楔形腔型材另外一侧表面为平面，所以与之相对的轧辊为圆柱体状的平辊。

在轧辊进入端，待辊轧的毛坯型材带料(2)的横截面整体呈现出“中间下凹、两侧凸起”的近似转动90°的类“C”形的轮廓形状。左右两侧呈尖角状凸起，凸起尖端位置分别偏向中线位置。在圆柱形平辊的辊轧过程中，金属材料发生塑性变形，两侧尖角凸起向中空部位变形。通过精确优化设计和控制左右两侧尖角状凸起部位的几何形状、辊轧过程中下压量引发的塑性变形的体积和中间带有环状凸起的上轧辊(7)，终辊轧前后如图10和图11所示，使得轧制后原本毛坯型材带料中空部位的上部不被轧制变形的左右两侧尖角部位金属封死，反被轧辊上突出环带精准控制细颈的宽度和高度，保证辊轧成型后中空腔体形成“窄下宽”的具有细颈结构的楔形腔形状。而原本横截面左右两侧向上尖角状凸起被辊轧突出环带两侧的平辊辊轧碾平。

初始毛坯型材带料(2)轧制变形过程中，通过感应线圈(6)向毛坯型材带料(2)产生感应电流，和超声振动轧辊(5,8)对轧制变形较大区域通电，并同时施加超声振动，使得金属升温区域和相应软化区域主要集中表层应变区域，提升能量利用的空间效率。

在轧制过程中，感应电流源(1)和加热线圈(6)和轧制带料(2)之间形成回路，使工件内部有电流通过并产生焦耳热，利用电致塑性效应、热软化效应和超声软化效应降低工件金属的变形抗力，利用感应电流的趋肤效应提升钢带表层整体的电流密度，利用感应电流的电涡流效应对应变区域的应变损伤产生的空洞/微裂纹进行修复和愈合。超声振动施加于辊轧细颈楔形腔过程中，一方面，超声振动会引发毛坯型材带料(2)接触表面材料发生超声软化效应，即时软化表层金属材料，降低其屈服强度、变形抗力、硬度，提升表面金属材料的塑性加工的成型性能；另外一方面，超声振动能量注入辊轧过程中毛坯型材带料(2)，会降低轧辊和型材接触表面之间接触摩擦系数，降低摩擦生热速率、降低轧辊和型材的热负荷和热变形，提升辊轧轧制成型零件的尺寸精度和几何精度，降低由于材料升温导致的摩擦磨损损耗速率。上述效能的利用会提升材料的辊轧加工的可加工性能，也会使轧制之后工件表面的质量较为优异，在通电热效应和超声波振动效应作有助于轧制过程中的金属内残余应力释放，有利于提升成型后型材的尺寸稳定性，整体上提高了细颈楔形腔型材加工成形的效率和品质。

作为本发明技术方案的进一步改进，轧制毛坯型材带料(2)的预辊轧轧辊可选择是绝缘的硬度和韧性平衡性能较优的材料制备的轧辊，比如氮化硅陶瓷或者Sialon陶瓷。

作为本发明技术方案的进一步改进，轧制毛坯型材带料(2)的终辊轧轧辊可以是绝缘的硬度和韧性平衡性能较优的材料制备的轧辊，比如氮化硅陶瓷或者Sialon陶瓷，采用一定形状配合镶嵌结构嵌套在金属轧辊母体中，两者之间采用择优的过盈配合相适配。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过设计辊轧前待轧带料的类C形横截面形状，配合具有择优设置和设计的环带状突出的轧辊，使得轧辊轧制后能准确、简单和快速地加工出横截面为上窄下宽的、具有细颈结构的楔形腔中空型材，同时保证细颈高度和宽度的幅值和精度，降低生产工具和流程的设计和加工难度，节省原材料，降低生产成本和成形难度，提高生产效率。

2、在毛坯型材带料被辊轧碾压变形过程中，电热效应、电致塑性效应、感应电流对应变偏大产生的空洞和微裂纹的电涡流修复和愈合、超声软化和减摩效应综合作用，可实时降低带料辊轧过程中的变形抗力、屈服强度和硬度，在不改变毛坯型材带料金属种类、热处理状态、应力硬化水平的前提下，显著提升带料的成形极限，提升带料的塑性变形能力，进而提升其可加工成形性能，提高了加工成形速率和同一辊轧装置对不同金属材料，尤其是屈服强度偏大，极限应变偏低中高碳钢带料的加工适应性，增加轧辊的服役期限和工作寿命长度。

3、利用感应电流流经带料引起热效应，克服能量势垒，提升金属原子的扩散能力，有利于诱导金属的回复和再结晶的发生，有利于金属晶粒细化，实现成型后细颈楔形腔型材微观结构的细晶强化，提升轧制后成品型材的综合力学性能。同时，由于带料电加热的热经历，有利于降低残余应力，降低成形后型材的翘曲和变形程度；在感应电流流经毛坯型材带料和超声波振动毛坯型材带料引起热效应、电致塑性和超声软化效应综合作用于辊轧过程中的毛坯型材带料，有利于提升金属材料的塑性，降低工件的变形抗力，降低塑性变形成型对能源消耗；利用感应电流的趋肤效应提升钢带表层的电流密度，使得金属带料升温区域主要集中表层应变较大的区域，提升能量利用效率；利用感应电流的电涡流效应对应变区域的应变损伤形成的微裂纹进行修复和愈合。

4、本专利中对细颈楔形腔辊轧成型过程属于无液体/流体润滑和散热的塑性成型过程。由于无液体/流体，具有防止腐蚀，稳定轧辊和毛坯型材带料接触电阻的优势。但是，这同时带来辊轧和毛坯型材带料接触表面摩擦系数增大，导致辊轧过程发热严重，轧辊热负荷和热变形显著，轧辊和成型后细颈楔形腔表面磨损损耗严重的问题。为了解决这一问题，本专利通过采用施加超声波振动的方法，降低无润滑和散热液体/流体条件下，轧辊和毛坯型材带料之间接触表面摩擦系数，实现降低摩擦发热量，降低轧辊表面热积累速度、热负荷程度和热变形水平的功能，进而实现降低由于升温导致的磨损损耗速度过高的目的。上述优势会提升硬度、屈服强度和变形抗力偏大金属毛坯型材带料辊轧的可加工性能，也会使轧制之后工件表面的质量较为光洁，且加工成形所需能量较低，加工成型效率也可以显著提升。

5、由于辊轧最初引入毛坯型材带料的时候，此时轧辊需要与毛坯型材带料接触表面之间有较大接触摩擦系数，即较高幅值的摩擦力才有利于带入毛坯型材带料进入上下轧辊之间进行辊轧。因此，超声振动不是在辊轧最初时刻施加振动，而是在毛坯型材带料已经引入轧辊，辊轧毛坯型材带料过程已经正常运行状态下，才施加优化幅值、频率和功率的超声波振动，最大化超声软化效应和超声振动对接触摩擦系数效能。

附图说明

图1是本发明结构示意与工艺流程图。

图2是本发明楔形腔型材横截面示意图。

图3是图1的A向剖视图。

图4是图1的B向剖视图。

图5是图4的型材毛坯带料的横截面结构参数示意图，具体结构参数包括α1：毛坯型材带料脱模角；h1：毛坯高度；w1毛坯型材带料宽度；r1：顶部圆角半径。

图6是图1的C向剖视图。

图7是图6的毛坯型材带料横截面结构参数示意图，其中α2为毛坯型材带料预轧制后带料脱模角；h2为毛坯型材带料次高度；h3为毛坯型材带料总高度；w2为毛坯型材带料内宽度；w2为毛坯型带料外宽度。

图8是图1的D向剖视图。

图9是图1的E向剖视图。

图10是图1的F向剖视图。

图11是图1的G向剖视图。

图12是图1的H向剖视图。

图中：1-感应电流源 2-毛坯型材带料 3-左水平校准轧辊 4-预轧制轧辊 5-左超声振动轧辊 6-加热线圈 7-上轧辊 8-右超声振动轧辊 9-右高度校准轧辊10-右水平校准轧辊 11-左水平校准轧辊基座 12-预轧制轧辊基座 13-左超声振动轧辊基座 14-左超声振动模块 15-下平辊 16-右超声振动模块 17-右超声振动轧辊基座 18-右高度校准轧辊基座 19-右水平校准轧辊基座

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，沿轧制线依次设有左水平校准轧辊3、预轧制轧辊4、左超声振动轧辊5、加热线圈6、上轧辊7、下平辊15、右超声振动轧辊8、右高度校准轧辊9与右水平校准托辊10。左、右水平校准轧辊由水平方向设置的左右轧辊组成，左、右高度校准轧辊由竖直方向设置的上下轧辊组成，左、右超声振动轧辊由竖直方向设置的上下轧辊组成，上轧辊7与下平辊15竖直方向上下设置；超声波振动模块与左、右超声振动轧辊相连，并带动左、右超声振动轧辊超声振动；加热线圈6与感应电流源1相连。

两个超声波振动模块包括左右两组，左侧组包括左超声振动轧辊5、左超声振动模块14和左超声振动轧辊基座13，右侧组包括右超声振动轧辊8、右超声振动模块16和右超声轧辊基座17，各自分别布置于细颈楔形腔型材辊轧成型前后进出位置形成超声波振动组，实现对辊轧细颈楔形腔型材过程中施加超声波激励，实现超声软化和降低金属型材表面摩擦系数的效果，并且整个轧制过程中超声振动模块的安装方式具体细节如下：

(a)左超声振动轧辊5位于辊轧细颈楔形腔型材毛坯型材带料2的进口阶段，两个轧辊各自上、下布置，分别与毛坯型材带料2上、下表面呈仿形接触，择优配合状态。上轧辊与毛坯型材带料2上表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料2上表面呈现仿形接触；下轧辊与毛坯型材带料2下表面形状呈现仿形形状，由于毛坯型材带料2下表面为平面，所以下轧辊空间形状为圆柱体的平辊。上、下两个轧辊与毛坯型材带料2处于表面弹性变形接触状态的过渡配合适配状态，择优配合状态。超声波振动模块14位于左超声轧辊基座13上，产生的超声振动可以通过带动上、下轧辊，进而施加给毛坯型材带料，从而改善毛坯型材带料2与上平辊7和下平辊15接触表面之间的摩擦状态，降低毛坯型材带料2辊轧成型过程中的接触轧辊表面的摩擦系数，从而达到降低成型所需能量和摩擦发热程度的效果。

(b)右超声振动轧辊9位于辊轧细颈楔形腔型材毛坯型材带料2辊轧终成型后的出口段，轧辊分上、下布置，分别与毛坯型材带料2上、下表面仿形接触，择优配合状态。上轧辊与毛坯型材带料2上表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料2上表面仿形接触，择优配合状态；下轧辊与毛坯型材带料2下表面形状呈现仿形形状，由于毛坯型材带料2下表面为平面，所以下轧辊空间形状为圆柱体的平辊。上、下两个轧辊与毛坯型材带料2处于表面弹性变形接触状态的过渡配合适配状态，择优配合状态。右超声波振动模块16固定于右超声轧辊基座17上，产生的超声振动可以通过带动上、下轧辊施加给毛坯型材带料2，从而改善毛坯型材带料2与接触表面之间的摩擦状态，从而实现降低毛坯型材带料2辊轧成型过程中的摩擦系数，从而达到降低成型所需能量和摩擦发热程度的目的。

通过上述左、右超声轧辊组对型材毛坯型材带料2的作用激励注入超声振动形式能量，降低上轧辊7和下平辊15和毛坯型材带料2接触表面之间接触摩擦系数，从而减缓/降低由于接触摩擦系数偏高所引发的辊轧成型过程中一系列常见问题，比如型材和轧辊发热量偏高、型材和轧辊表面磨损过快和毛坯型材带料成型后表面粗糙度偏高等缺陷。

左水平校准轧辊3固定于左水平校准轧辊基座12之上，左水平校准轧辊3和左水平校准轧辊基座12布置于毛坯型材带料2辊轧预成型之前阶段，右水平校准轧辊11固定于右水平校准轧辊基座20上，右水平校准轧辊10和右水平校准轧辊基座19分别设置于毛坯型材带料2终辊轧成型和高度校准之后的出口阶段。两组水平校准轧辊和水平校准轧辊基座布置于细颈楔形腔型材辊轧成型前和后，除了实现对毛坯型材带料2对上平辊7和下平辊15的水平方向的定位和校准精度协调和保证之外，还实现终辊轧成型之前的预辊轧成型，降低终辊轧成型难度，同时提升辊轧成型精度。

为了实现确定对辊轧供给毛坯型材带料2和细颈楔形腔型材水平方向定位和校准精度，整个轧制过程中左水平校准轧辊3和右水平校准轧辊11安装方式如下：

左水平校准轧辊3位于辊轧细颈楔形腔型材毛坯型材带料2预辊轧成型之前的进口段，两个轧辊各自相对毛坯型材带料2呈现左、右布置，分别与毛坯型材带料2左、右侧面表面接触。左轧辊与毛坯型材带料2左侧表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料2左表面仿形接触，择优配合状态；右轧辊与毛坯型材带料2右表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料2右表面接触，择优配合状态。由于毛坯型材带料2左、右表面皆为平面，所以左、右轧辊空间形状为圆柱体状的平辊。左、右两个轧辊与毛坯型材带料2左、右侧表面均处于表面接触状态为择优的弹性变形状态的过渡配合适配状态，与毛坯型材带料2侧面接触产生的弹力可以施加给毛坯型材带料2，从而为确保毛坯型材带料2引入上平辊7和下平辊15之间的水平方向定位精度提供支撑。

右水平校准轧辊11位于辊轧细颈楔形腔型材毛坯型材带料2的出口段，两个轧辊各自左、右布置，分别与毛坯型材带料2左、右侧表面接触，择优配合状态。左轧辊与毛坯型材带料2左侧表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料2左侧表面接触；右轧辊与毛坯型材带料2右侧表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料2右侧表面接触，择优配合状态。由于毛坯型材带料2左、右侧表面皆为平面，所以左、右轧辊空间形状为圆柱体的平辊。左、右两个轧辊与毛坯型材带料2左、右侧表面接触状态皆为处于表面弹性变形的过渡配合适配状态，，择优配合状态，与毛坯型材带料2侧面接触产生的弹力可以施加给毛坯型材带料2，从而为确保毛坯型材带料2引入上平辊7和下平辊15之间的水平方向定位精度提供支撑和保证。

通过上述左水平校准轧辊3和右水平校准轧辊10确保对毛坯型材带料2运行水平方向定位和校准精度，降低毛坯型材带料2和细颈楔形腔型材运行的水平运动误差，从而减缓一系列由于毛坯型材带料2和细颈楔形腔带料在辊轧成型过程中由于水平误差偏高引发的诸如辊轧形状偏差过大、运行过程不稳定、尺寸精度超差等一系列问题。

预轧制轧辊4固定于预轧制轧辊基座12上，预轧制轧辊4和预轧制轧辊基座12布置于毛坯型材带料被施加超声振动之前的进口段，右高度校准轧辊9固定于右高度校准轧辊基座18上，右高度校准轧辊9和右高度校准轧辊基座18分别设置于毛坯型材带料被施加超声振动之后的出口段。两组轧辊和轧辊基座布置于细颈楔形腔型材被施加超声振动之前和之后，实现对毛坯型材带料2引入上轧辊7和下平辊15的高度定位和校准精度协调和保证。

实现确定对辊轧供给毛坯型材带料2高度方向定位和校准精度，整个轧制过程中预轧制轧辊4和右高度校准轧辊10安装方式如下：

预轧制轧辊4位于毛坯型材带料2被施加超声振动激励的进口段，两个轧辊各自相对毛坯型材带料呈现上、下布置，分别与毛坯型材带料2上、下表面接触。上轧辊与毛坯型材带料2上表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料2上表面接触；下轧辊与毛坯型材带料2下表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料2下表面接触。由于毛坯型材带料2上表面为近C形形状，所以上轧辊空间形状为类“M”形状的异形轧辊。由于毛坯型材带料2下表面为平面，所以下轧辊空间形状为圆柱体状的平辊。上、下两个轧辊与毛坯型材带料2上、下表面均处于表面接触状态为弹性变形状态，择优的过渡配合适配状态，与毛坯型材带料2表面接触产生的弹力可以施加给毛坯型材带料2，从而为确保毛坯型材带料2引入上轧辊7和下平辊15之间的高度方向定位精度提供支撑。

右高度校准轧辊10位于毛坯型材带料2被超声激励后的出口段，两个轧辊各自上、下布置，分别与毛坯型材带料2上、下表面接触。上轧辊与毛坯型材带料2上表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料2上表面接触；下轧辊与毛坯型材带料2下表面形状呈现仿形形状，与毛坯型材带料2下表面接触。由于与毛坯型材带料2上、下表面皆为平面，所以上、下轧辊空间形状为圆柱体的平辊。上、下两个轧辊与毛坯型材带料2上、下表面接触状态皆为处于表面弹性变形，择优过渡配合适配状态，与毛坯型材带料2上、下侧面接触产生的弹力可以施加给毛坯型材带料2，从而为确保毛坯型材带料2引入上轧辊7和下平辊15之间的高度方向定位精度提供支撑。

通过上述预轧制轧辊4和右高度校准轧辊10确保对毛坯型材带料2运行高度方向定位和校准精度，降低毛坯型材带料2供料运行的高度运动误差，从而减缓一系列由于毛坯型材带料2在上轧辊7和下平辊15辊轧成型过程中由于高度定位误差偏高引发的诸如辊轧形状误差过大、辊轧运行过程不稳定、成型后细颈楔形腔尺寸精度超差等一系列问题。

上述布置位置均以能合格完成辊轧细颈楔形腔型材为准，各个装置彼此相对位置的前后左右布置均不唯一固定。

在本发明中，感应电源1的电流均能够使得被轧制的毛坯型材带料2产生感应电流形成回路。并且在轧制时仅仅只有一组感应线圈6与感应电源1相连。在轧制过程中，上轧辊组和下轧辊组进行转动且不会发生位移变化，型材毛坯型材带料2在上轧辊7和下平辊15相对转动的带动下从上轧辊7和下平辊15之前运行至轧辊之后成型。

本发明的工艺流程如下：将需要轧制的型材毛坯型材带料2放入到进入成对布置的导向轧辊，即左水平校准轧辊3和预轧制轧辊4中间，型材毛坯型材带料2在成对的轧辊组的相对转动的带动下从辊前运行至辊后。使得感应线圈与需要轧制的型材毛坯型材带料2接触，接通电源，启动上轧辊7和下平辊15使型材毛坯型材带料2在水平方向由左向右运动，对型材毛坯型材带料2进行轧制成型，使得毛坯型材带料横截面左右两侧的凸起被轧辊辊轧变形，发生向中间的应变，不仅形成横截面上窄下宽的中空细颈楔形腔结构的型材，而且由于上轧辊7上的凸起环带的自身宽度精准控制了细颈楔形腔型材成型后细颈的宽度和高度，在优化的毛坯型材带料2横截面几何形状的帮助下，细颈楔形腔的高度也可以被精准控制。可以避免工件和电极之间发生配合干涉造成工件尺寸误差过大的严重的后果。左超声轧辊6与毛坯型材带料2上、下表面之间弹性接触，右超声轧辊8与毛坯型材带料2上、下表面之间弹性接触。在轧制初期不同施加超声振动，当辊轧毛坯型材带料2开始引入上轧辊7和下平辊15辊轧成型一段时间后再施加超声波振动，避免初期施加超声振动降低导向轧辊和毛坯型材带料2之间接触表面摩擦系数引发的难以引入毛坯型材带料2的问题。

轧制型材毛坯型材带料2轧辊成型的工作扎轧辊可选用陶瓷轧辊。优选断裂强度、抗弯强度、硬度、韧性和极限应变足以满足辊轧机的生产使用的陶瓷工作轧辊。所述辊轧机的工作轧辊选取陶瓷轧辊的优势在于可以保证轧辊的绝缘性能，可以避免感应电流通过轧辊时产生的热能和电致塑性，相比较升温明显导致金属轧辊软化明显的不足，较低的生产温度保持陶瓷轧辊具有较稳定的力学特性，降低了轧辊的磨损速率，节省了电能。

图2为实施例所示具体的成型后的细颈楔形腔型材横截面几何结构示意图，成型后型材横截面几何形状不仅包括中空楔形腔形状，还包括细颈结构的宽度和高度，具体参数需要通过成型控制获得有一定等级的精度。图中L代表内宽度，D代表外宽度，H代表型材高度。由于细颈结构中细颈宽度值较小，这导致传统的对楔形腔中空型材的铣削加工难以实施。

图3为实施例所示具体的左水平校准轧辊A-A剖面示意图，终辊轧成型细颈楔形腔型材环节之前，对待轧制带料实现毛坯型材带料型材的水平定位和校准功能环节，展示了包括待辊轧成型的型材毛坯型材带料和左水平校准轧辊的横截面形状结构，以及相互配合示意图，对应着图1总流程示意图中的A-A剖面。

图5为实施例所示具体的预轧制前毛坯型材横截面结构参数示意图，具体结构参数包括α1：毛坯型材带料脱模角；h1：毛坯高度；w1毛坯型材带料宽度；r1：顶部圆角半径。

图7为预轧制后终轧制之前毛坯型材带料横截面结构参数示意图，预轧制后终轧制之前毛坯型材带料横截面结构参数示意图(α2：毛坯型材预轧制后带料脱模角；h2：毛坯型材带料次高度；h3：毛坯型材带料总高度；w2：毛坯型材带料内宽度；w3：毛坯型材带料外宽度)，其中α2为毛坯型材预轧制后带料脱模角；h2为毛坯型材带料次高度；h3为毛坯型材带料总高度；w2为毛坯型带料内宽度；w2为毛坯型带料外宽度。择优设计脱模角度的大小幅值，流畅化上轧辊辊轧进入毛坯型材带料和脱离型材带料过程。

图9为进入感应加热线圈之前E-E剖面示意图，具体包括保温层、仿形感应加热线圈、毛坯型材带料。对应图1中终轧制之前E-E剖面示意图。由图可见，经过辊轧成型后，形成了具有楔形腔体的中空结构，以及细颈结构。

本发明提供一种首先能降低金属毛坯型材带料辊轧成形过程中型材带料变形抗力，提高金属毛坯型材带料成型极限和工艺加工成形性能，降低金属型材毛坯型材带料的辊轧工艺加工成型难度的加工方法；其次，还可降低无/少润滑液润滑状态下的辊轧轧制过程中轧辊和带料接触表现之间摩擦系数，进而降低因摩擦系数偏高导致的热积累升温和发热升温幅度偏大、型材表面剧烈磨损程度、轧辊和型材的热负荷和热变形显著，显著提升辊轧轧制成型后成型型材带料几何和尺寸精度、表面形貌的光洁度，降低所需加工能耗的方法。再次，通过异型轧辊上突出环带几何尺寸为代表的轧辊几何参数和辊轧工艺参数的优化设计，实现对辊轧成型后楔形腔型材的细颈结构和型材楔形腔尺寸参数精度等级的精确调控。本发明专利所提供的加工方法具备实现上述提升辊轧轧制成型工艺能力和成型后零件品质提升的能力。

在特征参数择优的感应电流和超声振动双重能量激励的辅助下，通过采用被优化设计的类“C”形类横截面形状的初始毛坯型材带料，采用带有突出环带的轧辊调控细颈部宽度尺寸并控制并实现相关尺寸和精度的调控和校准。通过毛坯型材带料(2)初始横截面几何形状和相关结构尺寸参数的择优，和辊轧过程中成型一对轧辊的中心距和突出环带几何尺寸参数的择优，实现对细颈高度的调控和精度校准，快速制备出整体表面光洁的，并具有细颈局部结构的楔形腔型材的辊轧流程。

本发明主要是将经择优的横截面几何形状的初始毛坯型材带料，在辊轧细颈楔形腔成形过程中将感应电流技术和超声波双重能量择优参数联合激励作用下，在此基础上设计了可以显著提升细颈楔形腔型材的成形品质、效费比和辊轧加工成型技术可加工能力的，可显著提升辊轧成型后型材表面光洁度，降低生产过程中的摩擦生热升温幅度，降低相关轧辊和型材的热负荷和热应变水平。

本发明主要针对硬度、强度偏高和成形极限偏低金属毛坯型材带料，可提升其加工性、成形性和使用性的感应电流和超声波双重辅助的辊轧加工方法。为了使得型材成形性和加工效费比更高、可加工成型性更好、成型后几何和尺寸精度更高、整体力学性能更加稳定、均匀和优化，晶粒尺寸更细小、残余应力更小的细颈楔形腔型材，本发明提供一种将感应电流和超声波振动共同应用到辊轧过程中，进行细颈楔形腔型材的轧制生产。

本发明所要解决的技术问题是：将提供针对塑性辊轧成型加工难度偏高的金属材质的细颈楔形腔型材辊轧成型过程，提供一种能降低加工难度、提升金属材料可加工性能、效费比的、成型后零件几何和尺寸精度品质和成型加工效率，可抑制型材升温的，提升成型后表面光洁度，降低辊轧过程中因摩擦系数偏高导致的轧辊和型材热负荷、热变形偏大和磨损严重等不足的，可提高生产效率并同时辊轧成形高尺寸精度的细颈楔形腔型材的制造方法。

本发明是通过以下技术方案实现感应电流激励的：一种超声波和感应电流混合辅助具有细颈结构的楔形腔型材异型轧辊辊轧成型方法,其特征在于毛坯型材带料上的安装方式包括所述感应电流源通过与毛坯型材带料仿形的加热线圈形成闭合回路，利用感生电流趋肤效应，通过调控电流频率，实现在细颈楔形腔型材轧制过程中加热深度可控的型材浅表层整体加热；利用金属材料的电致塑性、配合辊轧过程中对型材的挤压对应变损伤进行修复，以及空洞和微裂纹的压制愈合，降低了屈服强度偏高金属的变形抗力，及时抑制和修复过大应变导致的型材浅表层空洞和微裂纹的萌生-扩展，提升了难塑性加工金属的细颈结构的楔形腔型材的可塑性成形性能，显著提升了辊轧加工的成形效率、能量利用效率、成品表面光洁度品质和制件品质。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，其特征在于，沿轧制线依次设有左水平校准轧辊、预轧制轧辊、左超声振动轧辊、加热线圈、上轧辊、下平辊、右超声振动轧辊、右高度校准轧辊与右水平校准托辊，所述左、右水平校准轧辊由水平方向设置的左右轧辊组成，预轧制轧辊与右高度校准轧辊由竖直方向设置的上下轧辊组成，左、右超声振动轧辊由竖直方向设置的上下轧辊组成，上轧辊与下平辊竖直方向上下设置；超声波振动模块与左、右超声振动轧辊相连，并带动左、右超声振动轧辊超声振动；加热线圈与感应电流源相连。

2.根据权利要求1所述的超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，其特征在于，所述左水平校准轧辊安装在左水平校准轧辊基座上，预轧制轧辊安装在预轧制轧辊基座上，左超声振动轧辊安装在左超声振动轧辊基座上，右超声振动轧辊安装在右超声振动轧辊基座上，右高度校准轧辊安装在右高度校准轧辊基座上，右水平校准托辊安装在右水平校准托辊基座上。

3.根据权利要求1所述的超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，其特征在于，所述左水平校准轧辊的左右轧辊与毛坯型材带料的左右两侧弹性接触，右水平校准轧辊组的左右轧辊与辊轧成型后的型材的左右两侧弹性接触；左水平校准轧辊、右水平校准轧辊组的左右轧辊均为圆柱体形轧辊。

4.根据权利要求1所述的超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，其特征在于，所述预轧制轧辊上下轧辊形状与毛坯型材带料的上下表面形状仿形设置；右高度校准轧辊的上下轧辊形状与辊轧成型后的型材的上下表面形状仿形设置。

5.根据权利要求4所述的超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，其特征在于，所述左、右高度校准轧辊上下轧辊与毛坯型材带料的上下表面弹性接触；预轧制轧辊的上轧辊的辊面为类M形，预轧制轧辊的下轧辊为圆柱体形轧辊；右高度校准轧辊的上下轧辊为圆柱体形轧辊。

6.根据权利要求1所述的超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，其特征在于，所述左超声振动轧辊包括上下设置的两个上轧辊与一个下轧辊；两个上轧辊形状与毛坯带料上表面形状仿形设置，下轧辊为圆柱形的平辊；所述右超声振动轧辊包括上下设置的两个上轧辊与一个下轧辊；两个上轧辊形状与毛坯带料上表面形状仿形设置，下轧辊为圆柱形的平辊。

7.根据权利要求1所述的超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，其特征在于，所述轧辊组的上下轧辊的辊面上设有环带，环带宽度与楔形槽型材楔形槽细颈宽度相应，环带厚度与楔形槽型材楔形槽深度相应。

8.根据权利要求1所述的超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，其特征在于，所述左水平校准轧辊、预轧制轧辊、左超声振动轧辊、上轧辊、下平辊、右超声振动轧辊、右高度校准轧辊、右水平校准托辊的轧辊采用陶瓷轧辊。

9.根据权利要求1所述的超声波和感应电流混合辅助楔形腔型材轧制线，其特征在于，所述加热线圈内腔体的内轮廓与毛坯型材带料外形呈仿形设置，加热线圈外部设有保温层。

10.一种基于权利要求1所述轧制线的轧制工艺，轧制过程为连续的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)左水平校准轧辊为毛坯型材带料的入口段，将毛坯型材带料放入左水平校准轧辊左右轧辊之间，毛坯型材带料由左水平校准轧辊左右轧辊带入进入轧制线，左水平校准轧辊控制毛坯型材带料在辊轧成型过程中的水平误差；

2)毛坯型材带料向前运动经过预轧制轧辊，预轧制轧辊控制毛坯型材带料在辊轧成型过程中的高度方位精度；

3)毛坯型材带料向前运动经过左超声振动轧辊，超声波振动模块接通电源，产生超声震动，超声振动传至左超声振动轧辊，进而实现对毛坯型材带料的超声振动激励和能量输入，超声波的频率为22khz～65khz；

4)毛坯型材带料向前运动经过感应线圈，感应加热线圈对毛坯型材带料浅表层加热，实现对浅表层金属材料的快速软化，降低了屈服强度偏高金属的变形抗力；抑制应变明显表层内空洞和微裂纹的萌生-扩展，或者及时修复萌生的空洞、微裂纹，提升了金属的塑性加工过程中的成形性能，保证了制件表面光洁度，成形效率、能量利用效率和制件品质提升；

5)毛坯型材带料向前运动经过轧辊组，轧辊组将毛坯型材带料轧制成楔形腔型材；环带对楔形腔细颈高度和宽度幅值进行控制，确保成型后细颈宽度和高度在精度要求范围内；

6)辊轧成型后型材向前运动经过右超声振动轧辊，超声波振动模块接通电源，产生超声震动，超声振动传至右超声振动轧辊，进而实现对辊轧成型后型材的超声振动激励和能量输入，超声波的频率为22khz～65khz；

7)辊轧成型后型材向前运动经过右高度校准轧辊，右高度校准轧辊控制辊轧成型后型材在辊轧成型过程中的高度方位精度；

8)辊轧成型后型材向前运动经过右水平校准轧辊组，右水平校准轧辊组控制辊轧成型后型材在辊轧成型过程中的水平方向精度；

9)楔形腔型材成品由右水平校准轧辊组相对旋转的左右轧辊带出，完成整个轧制过程；

10)完成轧制的楔形腔型材根据使用需求切割。

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