CN111390082B - 一种锻造中厚板坯料的装置及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锻造中厚板坯料的装置及其工艺，所述装置包括活动横梁、外液压缸、上模座、下模座、上模组、下模组、内液压缸和脉冲电源等结构。本装置通过相应工艺在锻造过程中可使上模组和下模组中的压头通入脉冲电流，上模组和下模组中的压头对锻压坯料进行分步锻压，可有效避免“斜坡”部分的电流密度不均匀等问题；而且将滑动变阻器与上模组串联，可在锻压过程中不断调节脉冲电流大小，保持锻压坯料上的脉冲电流密度恒定，在相同压缩比条件下获得均匀的锻压组织，提高锻压时间性能的均匀性，从而有效提高后续机加工性能，具有非常理想的技术效果。

Description

一种锻造中厚板坯料的装置及其工艺
技术领域
本发明涉及金属材料加工领域，尤其涉及一种锻造中厚板坯料的装置及其工艺。
背景技术
坯料生产是影响中厚板成材率、正品率和生产效率的重要环节之一。如果选择坯料不合适则会造成切割损失的增加或钢板的尺寸改判，坯料尺寸过小还会造成生产效率的降低。为提高生产效率，需对连铸坯料进行锻压处理，以保证合理的坯料长度和断面规格。然而，连铸坯料长宽比较大，引入大型锻造压机则会极大地增加生产成本，故现有技术大多采用中小型压机沿坯料的长度方向进行多次锻压，但是由此产生的“斜坡”部分的粗大枝晶和柱状晶粒难以细化，导致锻压完成后的产品质量大大降低，难以达到理想的技术效果，因此，现有技术都还具有很大的提升和完善的空间。
已有的研究结果表明，脉冲电流能显著改善金属材料的加工性能和力学性能，促进金属材料的再结晶，还能细化再结晶晶粒，抑制晶粒生长。因此，本发明拟在中厚板坯料的锻造过程中通入脉冲电流，以此来达到细化晶粒，提升产品质量。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种通过在锻压过程中通入脉冲电流，并随着压头与锻压坯料接触面积的变化，不断调节脉冲电流大小，使锻压坯料上的脉冲电流密度保持恒定的方式来解决晶粒难以细化、生产成本较高以及产品质量较差等问题的一种锻造中厚板坯料的装置及其工艺。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种锻造中厚板坯料的装置，该装置包括活动横梁和设置在活动横梁底部外侧的外液压缸，以及设置在活动横梁下表面中部区域的上模座和设置在上模座底部的上模组，所述上模座前后两侧对称安装有工业摄像头，且所述上模座的下方间隔一定距离的设置有与上模座对称的下模座，所述下模座的上部设置有与所述上模组对称的下模组，所述上模组与上模座之间以及下模组与下模座之间均等距离设置有多个可单独控制的内液压缸，且所述上模组与下模组之间还连接有脉冲电源，所述上模组与脉冲电源的正极相连，所述下模组与脉冲电源的负极相连，且所述脉冲电源的正极一侧设置有开关。
进一步的，所述脉冲电源的负极一侧设置有滑动变阻器。
进一步的，所述上模组和下模组均由多个等大的压头组成，且所述压头的数量与内液压缸的数量相同。
进一步的，所述下模组中每个压头的两侧均设置有陶瓷板。
进一步的，所述压头与内液压缸之间均设置有石棉垫。
一种锻造中厚板坯料的工艺，所述工艺具体包括：步骤1、设定初始参数：确定上模组中全部压头的总面积S1、单个压头的面积S3、最终压下量h和锻压道次N；设置脉冲电流大小为I并保持电源输出稳定；步骤2、将锻压坯料置于下模组上方，使其右端面与下模组右端对齐，同时驱动内液压缸使上模组和下模组同时加压；步骤3、将工业摄像头测得的实际下压量h′传输至计算机，由计算机判断是否达到最终下压量h，即h′是否大于等于h，如果达到最终下压量h，则将上模组升起至初始位置，否则，重复步骤2，直到满足h′≥h；步骤4、将锻压坯料向右平移，移动距离等于下模组中全部压头的总长度；工业摄像头将测得的锻压坯料与下模组接触的平面部分的面积S2传输至计算机，计算机控制滑动变阻器的滑片右移，将电路中的脉冲电流大小降至IS2/S1；步骤5、对锻压坯料进行第二次锻压；步骤6、由工业摄像头测得上模组与锻压坯料接触部分的面积S，当S≥S1时，将上模组升起至初始位置，否则，重复步骤5，直到满足S≥S1；步骤7、将步骤4至6重复N-2个道次，直到完成对锻压坯料剩余部分的锻压。
进一步的，所述步骤5的具体操作如下：首先，控制上模组中的部分压头对锻压坯料与下模组接触的平面部分进行锻压；随后，控制上模组与下模组中的剩余压头逐次对“斜坡”部分进行锻压；同时，通过计算机不断调整滑动变阻器的阻值，每当有一个压头与“斜坡”部分接触，便使电路中的脉冲电流增大IS3/S1。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、在上模组和下模组中设置多个压头对锻压坯料进行分步锻压，可有效避免“斜坡”部分的电流密度不均匀等问题；
2、将滑动变阻器与上模组串联，可在锻压过程中不断调节脉冲电流大小，保持锻压坯料上的脉冲电流密度恒定，在相同压缩比条件下获得均匀的锻压组织，从而有效提高后续机加工性能。
附图说明
图1是本发明所提出的一种锻造中厚板坯料的装置一个实施例的整体结构示意图；
图2是本发明锻造中厚板坯料的工艺流程图；
图3是本发明第二实施例的锻造过程结构示意图。
具体实施方式
实施例一
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
参见图1，给出了本发明所提出的一种锻造中厚板坯料的装置的一个实施例的具体结构。本装置包括活动横梁1、外液压缸2、上模座3、下模座4、上模组5、下模组6、内液压缸7和脉冲电源8。
本实施例中，所述外液压缸2设置有两个，分别安装在活动横梁1左右两侧的底部，所述上模座3安装在活动横梁1下表面的中部区域，其所述上模座3的前后两侧分别安装有相互对称的三对工业摄像头31，所述上模组5由十六个等大的上压头51组成，且所述上压头51通过等距排列的十六个可单独控制的内液压缸7与上模座3连接，所述下模座4间隔一定距离的安装在上模座3的正下方，且所述下模座4与上模座3相互对称，所述下模组6与上模组5相互对称，且同样由十六个等大的下压头61组成，所述下压头61与上压头51结构相同，且所述下压头61同样通过十六个可单独控制的内液压缸7与下模座4连接；所述每个上压头51、下压头61与内液压缸7的连接处之间均安装有石棉垫71；且所述每个下压头61的两侧均安装有陶瓷板62；所述脉冲电源8连接在上模组5与下模组6之间，所述上压头51的上端部设置有正极接线柱52，所述下压头61的下端部设置有负极接线柱63，所述脉冲电源8的正极通过导线81与所述正极接线柱52连接，所述脉冲电源8的负极通过导线81与所述负极接线柱63连接，且所述脉冲电源8的正极一侧串联有开关82，所述脉冲电源8的负极一侧串联有滑动变阻器83。
本装置在锻造过程中可由内液压缸7分别带动上压头51和下压头61同时对坯料进行加压，而且每个内液压缸7均可单独控制，使得上压头51和下压头61具有较强的灵活性，在延坯料长度方向进行多次分步锻压时更加便于调整，而且可对坯料在锻造过程中产生的“斜坡”部分进行均匀的锻压；所述外液压缸2可带动活动横梁1上升或下降，便于控制上压头51与下压头61的间距，从而适应不同厚度的坯料；所述脉冲电源8可在锻造过程中对上压头51和下压头61通入脉冲电流，使其在锻压坯料的同时令坯料的晶粒得到细化，从而提升产品质量，而滑动变阻器83可在锻压过程中不断调节脉冲电流大小，保持锻压坯料上通入的脉冲电流密度恒定，在相同压缩比条件下获得均匀的锻压组织，从而有效提高后续机加工性能；所述石棉垫71可有效防止各压头与内液压缸7之间直接接触，防止装置其他部分带电，以提高装置的安全性；所述陶瓷板62可有效隔绝各下压头61之间电流的相互传导，使每个下压头61都能独立成为电路的一部分。
一种锻造中厚板坯料的工艺，参见图2，所述工艺的具体流程包括以下步骤：
步骤1、设定初始参数：确定上模组5中全部上压头51的总面积S1=8×104mm2、单个上压头51的面积S3=5×103mm2、最终压下量h=40mm、锻压道次N=5；设置脉冲电流大小I=4×105A，并保持电源输出稳定；
步骤2、将锻压坯料9置于下模组6的上方，使其右端面与下模组6右端对齐，同时驱动所有内液压缸7使上模组5和下模组6同时加压；
步骤3、将工业摄像头31测得的实际下压量h′传输至计算机，由计算机判断是否达到最终下压量h，即h′是否大于等于h，如果达到最终下压量h，则将上模组5升起至初始位置，否则，重复步骤2，直到满足h′≥40mm；
步骤4、将锻压坯料9向右平移，移动距离等于下模组6中全部下压头61的总长度；工业摄像头31将测得的锻压坯料9与下模组6接触的平面部分的面积S2=5×104mm2传输至计算机，计算机控制滑动变阻器83的滑片右移，将电路中的脉冲电流大小降至IS2/S1，即降至2.5×105A；
步骤5、对锻压坯料9进行第二次锻压；具体操作过程如下：首先，控制上模组5中的十个上压头51对锻压坯料9与下模组6接触的平面部分进行锻压；随后，控制上模组5与下模组6中的剩余六个压头逐次对“斜坡”部分进行锻压；同时，通过计算机不断调整滑动变阻器83的阻值，每当有一个压头与“斜坡”部分接触，便使电路中的脉冲电流增大IS3/S1，即增大2.5×104A。
步骤6、由工业摄像头31测得上模组5与锻压坯料9接触部分的面积S，当S≥8×104mm2时，将上模组5升起至初始位置，否则，重复步骤5，直到满足S≥8×104mm2；
步骤7、将步骤4至6重复3个道次，直到完成对锻压坯料9剩余部分的锻压。
本工艺在设定各项参数并完成第一次锻压后，根据工业摄像头31测得的锻压坯料9与下模组6接触的平面部分的面积S2，通过调节滑动变阻器83将脉冲电流的大小降至IS2/S1，该操作的目的是在二次锻压过程中，当上模组5中的部分上压头51在对锻压坯料9与下模组6接触的平面部分进行锻压时，保持锻压坯料9平面部分的脉冲电流的密度和大小恒定；而当上模组5和下模组6中的剩余压头在对锻压坯料9第一次锻压后产生的“斜坡”部分进行锻压时，每当有一个压头与“斜坡”部分接触时，便通过计算机调节滑动变阻器83，使电路中的脉冲电流增大IS3/S1，该操作的目的是在对锻压坯料9的“斜坡”部分进行锻压时，保持“斜坡”部分的脉冲电流的密度和大小恒定。上述操作可保持二次锻压的过程中，锻压坯料9各部分的脉冲电流密度恒定，在相同压缩比条件下获得均匀的锻压组织，从而有效提高后续机加工性能。本工艺中利用压头逐次对锻压坯料9的“斜坡”部分进行锻压，利用了有限元思想，通过调整压头下压顺序，不断逼近斜坡形状，令晶粒难以细化的“斜坡”部位也能达到良好的锻压效果。
实施例二
参见图3，本实施例与实施例一的区别在于锻压坯料9的长度为上模组5中全部上压头51总长的二倍，故只需两个道次便可完成锻压，即N=2。
一种锻造中厚板坯料的工艺，所述工艺的具体流程包括以下步骤：
步骤1、设定初始参数：确定上模组5中全部上压头51的总面积S1=8×104mm2、单个上压头51的面积S3=5×103mm2、最终压下量h=25mm、锻压道次N=2；设置脉冲电流大小I=4×105A，并保持电源输出稳定；
步骤2、将锻压坯料9置于下模组6的上方，使其右端面与下模组6右端对齐，同时驱动所有内液压缸7使上模组5和下模组6同时加压；
步骤3、将工业摄像头31测得的实际下压量h′传输至计算机，由计算机判断是否达到最终下压量h，即h′是否大于等于h，如果达到最终下压量h，则将上模组5升起至初始位置，否则，重复步骤2，直到满足h′≥25mm；
步骤4、将锻压坯料9向右平移，移动距离等于下模组6中全部下压头61的总长度；工业摄像头31将测得的锻压坯料9与下模组6接触的平面部分的面积S2=6×104mm2传输至计算机，计算机控制滑动变阻器83的滑片右移，将电路中的脉冲电流大小降至IS2/S1，即降至3×105A；
步骤5、对锻压坯料9进行第二次锻压；具体操作过程如下：首先，控制上模组5中的十二个上压头51对锻压坯料9与下模组6接触的平面部分进行锻压；随后，控制上模组5与下模组6中的剩余四个压头逐次对“斜坡”部分进行锻压；同时，通过计算机不断调整滑动变阻器83的阻值，每当有一个压头与“斜坡”部分接触，便使电路中的脉冲电流增大IS3/S1，即增大2.5×104A。
步骤6、由工业摄像头31测得上模组5与锻压坯料9接触部分的面积S，当S≥8×104mm2时，将上模组5升起至初始位置，否则，重复步骤5，直到满足S≥8×104mm2。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种锻造中厚板坯料的装置，其特征在于：所述装置用于对锻压坯料进行分步锻压，所述装置包括活动横梁和设置在活动横梁底部外侧的外液压缸，以及设置在活动横梁下表面中部区域的上模座和设置在上模座底部的上模组，所述上模座前后两侧对称安装有工业摄像头，且所述上模座的下方间隔一定距离的设置有与上模座对称的下模座，所述下模座的上部设置有与所述上模组对称的下模组，所述上模组与上模座之间以及下模组与下模座之间均等距离设置有多个可单独控制的内液压缸，且所述上模组与下模组之间还连接有脉冲电源，所述上模组与脉冲电源的正极相连，所述下模组与脉冲电源的负极相连，且所述脉冲电源的正极一侧设置有开关；
所述脉冲电源的负极一侧设置有滑动变阻器；
所述上模组和下模组均由多个等大的压头组成，且所述压头的数量与内液压缸的数量相同；
将滑动变阻器与上模组串联，可在锻压过程中不断调节脉冲电流大小，保持锻压坯料上的脉冲电流密度恒定。
2.根据权利要求1所述的一种锻造中厚板坯料的装置，其特征在于：所述下模组中每个压头的两侧均设置有陶瓷板。
3.根据权利要求1所述的一种锻造中厚板坯料的装置，其特征在于：所述压头与内液压缸之间均设置有石棉垫。
4.一种锻造中厚板坯料的工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：
步骤1、设定初始参数：确定上模组中全部压头的总面积S1、单个压头的面积S3、最终压下量h和锻压道次N；设置脉冲电流大小为I并保持电源输出稳定；
步骤2、将锻压坯料置于下模组上方，使其右端面与下模组右端对齐，同时驱动内液压缸使上模组和下模组同时加压，即第一次锻压；
步骤3、将工业摄像头测得的实际下压量h′传输至计算机，由计算机判断是否达到最终下压量h，即h′是否大于等于h，如果达到最终下压量h，则将上模组升起至初始位置，否则，重复步骤2，直到满足h′≥h；
步骤4、将锻压坯料向右平移，移动距离等于下模组中全部压头的总长度；工业摄像头将测得的锻压坯料与下模组接触的平面部分的面积S2传输至计算机，计算机控制滑动变阻器的滑片右移，将电路中的脉冲电流大小降至IS2/S1；
步骤5、对锻压坯料进行第二次锻压；
步骤6、由工业摄像头测得上模组与锻压坯料接触部分的面积S，当S≥S1时，将上模组升起至初始位置，否则，重复步骤5，直到满足S≥S1；
步骤7、将步骤4至6重复N-2个道次，直到完成对锻压坯料剩余部分的锻压。
5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于：所述步骤5的具体操作如下：首先，控制上模组中的部分压头对锻压坯料与下模组接触的平面部分进行锻压；随后，控制上模组与下模组中的剩余压头逐次对“斜坡”部分进行锻压；同时，通过计算机不断调整滑动变阻器的阻值，每当有一个压头与“斜坡”部分接触，便使电路中的脉冲电流增大IS3/S1。
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