CN111570510B - 一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置及方法涉及一种利用磁脉冲对板材进行冲击改性的轧制装置和方法。目的是为了解决现有轧制中板材容易产生裂纹，晶粒相对粗大，加工硬化不均匀以及塑性较差的问题，其中板材轧制装置包括冲击模具和磁脉冲冲击单元和加热装置；冲击模具包括上模具、下模具和导向装置；上模具与下模具上下对应设置，且上模具与下模具之间连接有导向装置；磁脉冲冲击单元包括至少一个冲击驱动装置和一个冲击板；至少一个冲击驱动装置设置于上模具中，且冲击驱动装置能够相对于上模具向下模具方向进行冲击或复位；所有的冲击驱动装置的底部均与冲击板的顶面固定；加热装置分布设于下模具中。

Description

一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置及方法
技术领域
本发明涉及一种轧制装置及方法，具体涉及利用磁脉冲对板材进行冲击改性的轧制装置和方法。
背景技术
现有的轧制工艺是通过在轧机上热轧和温轧铸锭，有时也在最后采用冷轧来制备板材。板材加热到热轧温度后，激活潜在滑移系，提高合金的塑性，在保证轧件始终在热轧范围内进行多道轧制。
但是，热轧时板材受热温度不易均匀，不便进行工业化生产；冷轧工艺可以提高板材的力学性能和轧件的质量，但易使板材开裂。而且，现有的轧制工艺虽然可以细化板料的组织晶粒，能够一定程度的使力学性能和变形性能有所改善。但是细化的晶粒大小达不到超细晶，塑性较差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有轧制中板材容易产生裂纹，晶粒相对粗大，加工硬化不均匀以及塑性较差的问题，提供了一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置及方法。
本发明的一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置，包括冲击模具和磁脉冲冲击单元和加热装置；
冲击模具包括上模具、下模具和导向装置；
上模具与下模具上下对应设置，且上模具与下模具之间连接有导向装置，上模具可以通过导向装置相对于下模具移动；
磁脉冲冲击单元包括至少一个冲击驱动装置和一个冲击板；
至少一个冲击驱动装置设置于上模具中，且冲击驱动装置能够相对于上模具向下模具方向进行冲击或复位；
所有的冲击驱动装置的底部均与冲击板的顶面固定，使得冲击板的底面能够在至少一个冲击驱动装置的带动下向下模具冲击或复位；
加热装置分布设于下模具中，用于对待冲击的板材进行加热以及对冲击后的板材进行热处理。
本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置的轧制方法，方法具体如下：
步骤一、向上移动上模具，在下模具上放置待冲击的板材；
步骤二、打开磁脉冲电源向平板线圈通电，平板线圈产生电磁力作用于金属驱动板，使得金属驱动板带动冲击装置连接件向下运动，进而令冲击板对待冲击的板材进行冲击；
步骤三、通过加热装置对冲击后的板材进行热处理，热处理完毕，轧制结束。
本发明的有益效果是：本发明解决了现有轧制中板材容易产生裂纹，晶粒相对粗大，加工硬化不均匀以及塑性较差的问题。通过磁脉冲冲击改性的板材会改善微观结构，使板材具有高强度，韧性好的特点。
并且本发明的装置结构简单，冲击能量可以根据需要精确调控，冲击速率快。
与现有的传统轧制相比有以下优点：
1、传统轧制需要通过多道次热轧和热处理，最后再进行冷轧，工序复杂，生产周期长，利用本发明的装置只需一次粗轧、磁脉冲高速率冲击、热处理和精轧后便可以生产满足要求的板材，生产效率高；
2、磁脉冲高速率冲击后的板材组织晶粒细小，可达到超细晶甚至产生纳米结构材料。生产出来的板材具有无孔结构，高强度，有足够的韧性，塑性较好且消除了现有轧制中易出现的边裂问题；
3、磁脉冲高速率冲击速度快，模具简单，模具寿命长，冲击能量可以精确调控，生产成本较低。
附图说明
图1为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置主视剖视结构示意图；
图2为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中冲击装置连接件的主视剖视结构示意图；
图3为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中冲击装置连接件的俯视结构示意图；
图4为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中上模座的主视剖视结构示意图；
图5为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中上模座的俯视结构示意图；
图6为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中上模垫板的主视剖视结构示意图；
图7为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中上模垫板的俯视结构示意图
图8为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中上模套板的主视剖视结构示意图；
图9为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中上模套板的俯视结构示意图；
图10为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中冲击套板的主视剖视结构示意图；
图11为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中冲击套板的俯视结构示意图；
图12为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中冲击垫板的主视剖视结构示意图；
图13为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中冲击垫板的俯视结构示意图；
图14为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中下模座的主视剖视结构示意图；
图15为本发明的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置中下模座的俯视结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一，本实施方式的一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置，包括冲击模具和磁脉冲冲击单元和加热装置11；
冲击模具包括上模具1、下模具2和导向装置3；
上模具1与下模具2上下对应设置，且上模具1与下模具2之间连接有导向装置3，上模具1可以通过导向装置3相对于下模具2移动；
磁脉冲冲击单元包括至少一个冲击驱动装置4和一个冲击板5；
至少一个冲击驱动装置4设置于上模具1中，且冲击驱动装置4能够相对于上模具1向下模具2方向进行冲击或复位；
所有的冲击驱动装置4的底部均与冲击板5的顶面固定，使得冲击板5的底面能够在至少一个冲击驱动装置4的带动下向下模具2冲击或复位；
加热装置11分布设于下模具2中，用于对待冲击的板材进行加热以及对冲击后的板材进行热处理。
具体地，本发明所涉及的待冲击的板材，具体是指在粗轧之后、精轧之前的板材。
本发明的一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置，包括冲击模具、磁脉冲冲击单元和加热装置11。
其中，冲击模具由上模具1和下模具2两个部分组成。
本装置的使用方法具体如下：
步骤一、向上移动上模具1，在下模具2上放置待冲击的板材；
步骤二、打开磁脉冲冲击单元，进而令冲击板对待冲击的板材进行冲击；
步骤三、通过加热装置11对冲击后的板材进行热处理，热处理完毕，轧制结束。
其中，加热装置11分布设于冲击垫板2-1中，如图1所示，加热装置11为棒状的加热棒，该加热棒如图1所示，冲击垫板2-1中还有4个横向通孔用来放置加热棒，加热棒横贯且均与分布于冲击垫板2-1中，以方便对待冲击的板材进行热处理。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，上模具1内设有至少一个线圈槽6，且于线圈槽6的正下方设有冲击腔7，冲击腔7的下方设有导向通孔8；
冲击驱动装置4包括磁脉冲电源4-1、平板线圈4-2、金属驱动板4-3和冲击装置连接件4-4；
磁脉冲电源4-1用于向平板线圈4-2提供脉冲电流；
平板线圈4-2嵌入线圈槽6中；
金属驱动板4-3固定于冲击装置连接件4-4的顶面，冲击装置连接件4-4底面固定有导向连接杆9；
冲击装置连接件4-4嵌入平板线圈4-2下方的冲击腔7中，该冲击装置连接件4-4的导向连接杆9穿过对应的导向通孔8与冲击板5的顶面固定；
冲击装置连接件4-4与上模具1之间连接有复位弹性装置10，用于冲击装置连接件4-4向下冲击后复位。
具体地，平板线圈4-2外接磁脉冲电源4-1和控制设备用于控制磁脉冲电源产生脉冲的参数。并且，冲击驱动装置4可以根据所冲击的板材的大小适当增加数目。
其中，磁脉冲电源4-1包括高压变压器、高压整流管、充电电阻、放电电容器组和开关。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，上模具1包括上模座1-1、驱动装置安装板和冲击套板1-2；
上模座1-1的底面与驱动装置安装板的顶面固定，驱动装置安装板的底面与冲击套板1-2的顶面固定；
至少一个线圈槽6设于驱动装置安装板内，且驱动装置安装板中于线圈槽6的正下方设有冲击腔7，冲击腔7的开口向下；
冲击套板1-2上与冲击腔7对应的位置设有导向通孔8。
具体地，上模具1包括上模座1-1、冲击套板1-2以及可打开的驱动装置安装板。
冲击模具上方的上模座1-1和冲击模具下方的下模座2-2通过导向装置3连接，导向装置3对冲击模具进行定位和导向，使冲击模具在压力机作用下运动平稳精确。如图1所示，导向装置3包括导套3-1和导柱3-2，上模座1-1的外侧固定有导套3-1，下模座2-2的对应位置固定有导柱3-2，导柱3-2插入导套3-1中，使得上模座1-1能够在导向装置3的导向下，朝下模座2-2运动。
如图1所示，下模具2上放置有待冲击的板材，待冲击的板材上为上模具1中的冲击套板1-2，冲击套板1-2为驱动装置安装板。冲击套板1-2和驱动装置安装板通过螺钉连接。
驱动装置安装板内上方的线圈槽6中固定有平板线圈4-2，平板线圈4-2下方对应的冲击腔7中放置金属驱动板4-3和冲击装置连接件4-4，并且金属驱动板4-3和冲击装置连接件4-4通过螺钉进行连接。每个冲击装置连接件4-4下方为冲击套板1-2，该冲击套板1-2下方设有空腔(内凹)，空腔中放置冲击板5，冲击板5和所有的冲击装置连接件4-4的导向连接杆9通过螺栓进行连接。
如图2所示，冲击装置连接件4-4除了在中部设有导向连接杆9，在四角也设有比导向连接杆9长度稍短的下压杆。且如图1所示，在冲击套板1-2与冲击装置连接件4-4对应的位置有四个沉孔，用于对应如图2所示的冲击装置连接件4-4的下压杆，沉孔用来放置复位弹性装置10(优选为弹簧)，下压杆在冲击装置连接件4-4向下运动时下压复位弹性装置10，对冲击起回复作用。而复位弹性装置10的最大变形量为冲击装置连接件4-4的最大行程量>冲击套板1-2中放置冲击板5的空腔高度。
上模垫板1-3上方放置上模座1-1。上模垫板1-3和上模座1-1通过螺钉连接固定。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，驱动装置安装板包括上模垫板1-3和上模套板1-4；
上模座1-1的底面与上模垫板1-3的顶面固定；上模垫板1-3的底面与上模套板1-4的顶面之间连接有可拉伸的限位机构，上模垫板1-3通过限位机构与上模套板1-4分开或闭合；上模套板1-4的底面与冲击套板1-2的顶面固定；
至少一个线圈槽6设于上模套板1-4的顶面，该线圈槽6的开口向上；且上模套板1-4中于线圈槽6的正下方设有冲击腔7，该冲击腔7的开口向下。
具体地，冲击套板1-2和上模垫板1-3构成可打开的驱动装置安装板。
驱动装置安装板包括上模垫板1-3和上模套板1-4，上模套板1-4上方设有上模垫板1-3，通过反向的限位螺钉连接，如图1所示，反向的限位螺钉的末端与上模垫板1-3固定，而带有螺钉头部(作为限位部件)的部分插入到与该反向的限位螺钉的阶梯孔中，反向的限位螺钉能够沿阶梯孔移动，从而令上模垫板1-3和上模套板1-4在反向的限位螺钉的允许范围(阶梯孔的高度)内打开或闭合。限位螺钉的运动距离为阶梯孔的高度。限位螺钉作用是让上模垫板1-3和上模套板1-4打开，方便更换平板线圈4-2。
上模套板1-4上方的线圈槽6中固定平板线圈4-2，平板线圈4-2下方对应的冲击腔7中放置金属驱动板4-3和冲击装置连接件4-4，并且金属驱动板4-3和冲击装置连接件4-4通过螺钉进行连接。每个冲击装置连接件4-4下方为冲击套板1-2，该冲击套板1-2下方设有空腔(内凹)，空腔中放置冲击板5，冲击板5和所有的冲击装置连接件4-4的导向连接杆9通过螺栓进行连接。
如图2所示，冲击装置连接件4-4除了在中部设有导向连接杆9，在四角也设有比导向连接杆9长度稍短的下压杆。且如图1所示，在冲击套板1-2与冲击装置连接件4-4对应的位置有四个沉孔，用于对应如图2所示的冲击装置连接件4-4的下压杆，沉孔用来放置复位弹性装置10(优选为弹簧)，下压杆在冲击装置连接件4-4向下运动时下压复位弹性装置10，对冲击起回复作用。而复位弹性装置10的最大变形量为冲击装置连接件4-4的最大行程量>冲击套板1-2中放置冲击板5的空腔高度。
上模垫板1-3上方放置上模座1-1。上模垫板1-3和上模座1-1通过螺钉连接固定。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，下模具2包括冲击垫板2-1和下模座2-2；
冲击垫板2-1的底面与下模座2-2的顶面固定。
具体地，下模座2-2的上方放置有冲击垫板2-1，并通过螺钉和销钉进行紧固和定位。
如图1所示，下模具2的冲击垫板2-1上放置有待冲击的板材。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，还包括温度检测装置；
温度检测装置包括温度感应探头12和探头复位装置13；
冲击垫板2-1设有温度检测装置插孔；
探头复位装置13位于温度检测装置插孔中，该探头复位装置13的一端与冲击垫板2-1固定、另一端与温度感应探头12的非感应端固定；
温度感应探头12的感应端伸出温度检测装置插孔，在受到压力后缩入温度检测装置插孔中。
具体地，如图1所示，温度感应探头12位于冲击垫板2-1上阶梯孔状的温度检测装置插孔中，在探头复位装置13(优选为弹簧)的弹性作用下与待冲击的板材下表面相接触，也是为了在移走板材后令温度感应探头12复位，凸出于冲击垫板2-1上表面。
本温度检测装置可外接温度显示仪，对待冲击的板材进行实时测温。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，还包括缓冲装置14；
缓冲装置14包括回弹板14-1、缓冲弹性装置14-2和滑块14-3，且缓冲弹性装置14-2的两端分别与回弹板14-1和缓冲弹性装置14-2固定；
冲击垫板2-1和下模座2-2一起贯穿设有气压平衡孔15，滑块14-3固定于气压平衡孔15内下方；
冲击垫板2-1伸出气压平衡孔15，在受到压力后，缩入气压平衡孔15中。
具体地，冲击垫板2-1中心有气压平衡孔15用来放置回弹板14-1，回弹板14-1和下模座2-2的气压平衡孔15中滑块14-3通过缓冲弹性装置14-2连接，其中缓冲弹性装置14-2优选为弹簧。
缓冲装置14包括回弹板14-1，缓冲弹性装置14-2和滑块14-3。其中，冲击垫板2-1中的回弹板14-1与滑块14-3通过缓冲弹性装置14-2连接，滑块14-3固定在下模座2-2的滑轨上。回弹板14-1是为了防止大气压导致待冲击的板材冲击后，由于板材与冲击垫板2-1之间的空气被排出，两者产生了吸附作用，从而不便于取件。同时，可以通过调整滑块14-3的高度来调整回弹量。
具体实施方式二、本实施方式的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置的轧制方法，方法具体如下：
步骤一、向上移动上模具，在下模具上放置待冲击的板材；
步骤二、打开磁脉冲电源向平板线圈通电，平板线圈产生电磁力作用于金属驱动板，使得金属驱动板带动冲击装置连接件向下运动，进而令冲击板对待冲击的板材进行冲击；
步骤三、通过加热装置对冲击后的板材进行热处理，热处理完毕，轧制结束。
最佳实施例，本实施例是对实施方式二的进一步说明，本实施例中，步骤一还包括，通过加热装置对待冲击的板材进行加热，并通过温度检测装置实时检测待冲击的板材的温度，直至达到预设温度。
具体地，冲击模具有两个分型面：A分型面和B分型面。A分型面是指待冲击的板材和冲击套板1-2在闭合状态能接触的部分；B分型面是指上模套板1-4和上模垫板1-3(驱动装置安装板)在闭合状态能接触的部分。
本发明的装置在使用时是通过液压机(双柱下拉式液压机)提供动力，使用液压机的液压缸来提升上模具1。
方法具体包括以下几个步骤：
步骤1、将下模座2-2放置在双柱下拉式液压机指定位置，按由下至上的顺序依次安装其他部件；
步骤2、液压机工作，第一工作缸带动上模具1和上模垫板1-3向上运动，使B分型面先打开，待限位螺钉停止运动，第一工作缸停止工作，放入并固定平板线圈4-2。第一工作缸再次工作，限位螺钉带动上模具1向上运动，使分型面A打开，在冲击垫板2-1上放置待冲击的板材；
步骤3、第一工作缸下行使冲击模具合模，第二工作缸运动给冲击模具提供锁模力；
步骤4、固定在上模套板1-4的平板线圈4-2外接磁脉冲电源4-1；
步骤5、通过加热装置11加热待冲击的板材，并通过温度检测装置进行实时测温；
步骤6、达到预定温度后，切断加热装置11的电源。闭合磁脉冲电源4-1的开关，储能电容器对平板线圈4-2放电，产生的电磁力作用于铜驱动板并驱动冲击装置对待冲击板材进行冲击；
步骤7、板材在冲击后，对板材进行热处理工作，热处理完毕，第一工作缸上行运动，首先打开B分型面，接着第一工作缸继续上行运动，带动A分型面打开，取出已冲击板材。
进一步地，若在工作时平板线圈4-2出现问题或是其他原因需要更换平板线圈4-2，可将分型面B打开，更换平板线圈。
进一步地，若待冲击的板材厚度较大，重复循环上述步骤1～7，直至板材质量达到要求。
进一步地，若待冲击的板材宽度较大，可增加冲击驱动装置4数量。若待冲击的板材长度较长，可让机械钳带动板材水平运动，运动距离小于一个冲击驱动装置4的长度，重复循环步骤2～6。

Claims (6)

1.一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置，其特征在于，包括冲击模具和磁脉冲冲击单元和加热装置（11）；
所述冲击模具包括上模具（1）、下模具（2）和导向装置（3）；
所述上模具（1）与下模具（2）上下对应设置，且上模具（1）与下模具（2）之间连接有导向装置（3），所述上模具（1）可以通过导向装置（3）相对于下模具（2）移动；
所述磁脉冲冲击单元包括至少一个冲击驱动装置（4）和一个冲击板（5）；
所述至少一个冲击驱动装置（4）设置于上模具（1）中，且所述冲击驱动装置（4）能够相对于所述上模具（1）向下模具（2）方向进行冲击；
所有的冲击驱动装置（4）的底部均与所述冲击板（5）的顶面固定，使得所述冲击板（5）的底面能够在所述至少一个冲击驱动装置（4）的带动下向下模具（2）冲击；
所述加热装置（11）分布设于下模具（2）中，用于对待冲击的板材进行加热以及对冲击后的板材进行热处理；
所述上模具（1）内设有至少一个线圈槽（6），且于所述线圈槽（6）的正下方设有冲击腔（7），冲击腔（7）的下方设有导向通孔（8）；
所述冲击驱动装置（4）包括磁脉冲电源（4-1）、平板线圈（4-2）、金属驱动板（4-3）和冲击装置连接件（4-4）；
所述磁脉冲电源（4-1）用于向平板线圈（4-2）提供脉冲电流；
所述平板线圈（4-2）嵌入所述线圈槽（6）中；
所述金属驱动板（4-3）固定于所述冲击装置连接件（4-4）的顶面，所述冲击装置连接件（4-4）底面固定有导向连接杆（9）；
所述冲击装置连接件（4-4）嵌入所述平板线圈（4-2）下方的冲击腔（7）中，该冲击装置连接件（4-4）的导向连接杆（9）穿过对应的导向通孔（8）与冲击板（5）的顶面固定；
所述冲击装置连接件（4-4）与上模具（1）之间连接有复位弹性装置（10），用于冲击装置连接件（4-4）向下冲击后复位。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置，其特征在于，
所述上模具（1）包括上模座（1-1）、驱动装置安装板和冲击套板（1-2）；
所述上模座（1-1）的底面与所述驱动装置安装板的顶面固定，所述驱动装置安装板的底面与所述冲击套板（1-2）的顶面固定；
至少一个所述线圈槽（6）设于所述驱动装置安装板内，且所述驱动装置安装板中于所述线圈槽（6）的正下方设有所述冲击腔（7），所述冲击腔（7）的开口向下；
所述冲击套板（1-2）上与所述冲击腔（7）对应的位置设有导向通孔（8）。
3.根据权利要求2所述的一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置，其特征在于，
所述驱动装置安装板包括上模垫板（1-3）和上模套板（1-4）；
所述上模座（1-1）的底面与所述上模垫板（1-3）的顶面固定；所述上模垫板（1-3）的底面与上模套板（1-4）的顶面之间连接有可拉伸的限位机构，所述上模垫板（1-3）通过所述限位机构与上模套板（1-4）分开或闭合；所述上模套板（1-4）的底面与所述冲击套板（1-2）的顶面固定；
至少一个所述线圈槽（6）设于所述上模套板（1-4）的顶面，该线圈槽（6）的开口向上；且所述上模套板（1-4）中于所述线圈槽（6）的正下方设有所述冲击腔（7），该冲击腔（7）的开口向下。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置，其特征在于，下模具（2）包括冲击垫板（2-1）和下模座（2-2）；
所述冲击垫板（2-1）的底面与所述下模座（2-2）的顶面固定。
5.根据权利要求4所述的一种基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置，其特征在于，还包括温度检测装置；
所述温度检测装置包括温度感应探头（12）和探头复位装置（13）；
所述冲击垫板（2-1）设有温度检测装置插孔；
所述探头复位装置（13）位于温度检测装置插孔中，该探头复位装置（13）的一端与冲击垫板（2-1）固定、另一端与所述温度感应探头（12）的非感应端固定；
所述温度感应探头（12）的感应端伸出温度检测装置插孔，在受到压力后缩入所述温度检测装置插孔中。
6.利用权利要求5所述的基于磁脉冲冲击改性的板材轧制装置的轧制方法，其特征在于，所述方法具体如下：
步骤一、向上移动上模具，在下模具上放置待冲击的板材；
步骤二、打开磁脉冲电源向平板线圈通电，平板线圈产生电磁力作用于金属驱动板，使得金属驱动板带动冲击装置连接件向下运动，进而令冲击板对待冲击的板材进行冲击；
步骤三、通过加热装置对冲击后的板材进行热处理，热处理完毕，轧制结束；
步骤一还包括，
通过加热装置对待冲击的板材进行加热，并通过温度检测装置实时检测待冲击的板材的温度，直至达到预设温度。
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