CN112743017B - 一种轧制锻压联合生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属压力加工领域，尤其涉及一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，在由机架、工作辊、液压压下系统、工作辊平衡系统、轴向位置调整机构、主电机及传动系统等组成的轧制锻造联合机组上，当工作辊位置传感器检测到上工作辊和下工作辊上的平台孔型对齐并旋转到辊缝处后，可对坯料执行锻压变形，而在其它孔型中可以进行正常的轧制变形。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：把轧制和锻压两个工序在一台组上进行，一机两用，不用更换工具，即可交替进行轧制和锻压变形，既有锻造的变形深透带来的内部质量提高，又有轧制的高效率和外部尺寸的高精度，并可提高产品的均质性，降低能耗和生产成本。采用轧制锻造联合机组还可以克服坯料压缩比不够造成的成品内部缺陷，扩大产品规格范围。

Description

一种轧制锻压联合生产方法

技术领域

本发明涉及金属压力加工领域，尤其涉及一种轧制锻压联合生产方法。

背景技术

金属制品一般是由矿石经冶炼、铸造后经过压力加工得到。金属在铸造成坯过程中铸坯不可避免地会产生一些疏松、缩孔、微裂纹、偏析、气孔等缺陷，为了得到性能更好的产品，一般用轧制、锻压、挤压等压力加工方法，经过一定程度的压力加工可破坏铸态组织，压合疏松、缩孔、微裂纹、气孔等缺陷，其组织均匀性及力学性能都有较大的提高。轧制和锻压均属于压力加工方法，其原理基本一致，主要加工工具和辅助工具大同小异，其不同之处锻压用锤头或砧座的上、下或左、右运动对坯料进行锻压变形直至成品；轧制用电动机及传动系统带动旋转的轧辊对坯料进行轧制变形。

轧制和锻压变形一般在不同的机组上进行，二者各司其职互不干扰。

锻造和轧制特点如下：锻造过程中：锻压机可对坯料施加较大的锻压力，一次变形量较大，坯料在加工时受较强的三向压应力作用，变形深透较好，大型坯料容易晶粒细化，可压实坯料内部的裂纹、缩松和缩孔，经多火成材和锻造，可扩散偏析，改善有害的金相组织，提高成品的性能及均质性，特别有利于大型锻件及特殊性能的产品。

结合锻压机及辅助工具，可对坯料进行镦粗、拔长、摔圆、挤压等，变形方法灵活，产品形状多样，有利于小批量、多品种的需求。由于产品多火加热，能耗较高，加上锻压尺寸精度不高，需留有较大的加工余量才能保证最终产品尺寸，成材率较低，功效低，成本高。

轧制过程中：是利用轧辊的旋转连续对坯料进行加工，功效高，能耗低，产品尺寸精度高，成材率较高，生产成本较低。受“咬入条件”、轧辊强度及电机功率限制，每道次的变形量受限，压力加工应力状态主要是平面变形，三向压应力状态较弱，变形主要沿轧制方向，产品组织具有方向性，其变形深透不如锻造，产品内部质量受到一定影响。由于轧辊形状的影响，主要生产轴类、板类产品，适合大批量生产。

中国专利公告号CN103273272B提出的一种综合提升宽厚板坯内外质量的锻、轧复成形方法。在该方法中，坯料先在液压机上锻压变形，然后坯料进加热炉保温，然后把坯料送入轧机进行轧制变形。该方法的锻、轧成形是在不同的设备上进行的。

中国专利公告号CN101249603B提出的高强度高硬度合金的轧锻一体化工艺及其轧锻设备。在该专利中，在每次变形过程中，坯料的锻造和轧制先后进行，轧制变形阶段的应力状态与普通轧制基本一致，对改善材料内部质量有限。另外其在加工过程中坯料的进给是间断的，每轧锻一次后，坯料前进一步。该方法是锻造方法的改良，缺少坯料在整个长度方向轧制变形的连续性、高效率和高精度。

中国专利申请号201410224157.2提出的一种锻轧复合柔性成形设备，该设备在锻压机的基础上增设了主、副轧辊及用于固定空心回转体的芯辊，该设备装置主要用于回转件的三辊横轧。在锻压变形时换上锻造模，需要轧制变形时，把锻造模拆卸下来，换上轧辊装置，并将主轧辊与电机等传动系统连接后再对回转件进行三辊横轧。在更换工具过程中坯料需回炉保温或重新加热。该设备如果要使轧制和锻压变形穿插进行，需频繁更换锻造和轧制模具，坯料也需频繁进入加热设备进行保温或加热，因此在该设备上进行的轧制和锻造过程实质上也是分开进行。

对于既需要轧制又需要锻造的工件，只能在不同机组之间倒序，由于倒序的时间长，所以工件要多次重新加热，势必造成热能和烧损的增加，能耗和生产成本居高不下，目前还未见有在一套机组中进行轧制锻压联合生产的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种轧制锻压联合生产方法，克服现有技术的不足，把轧制和锻压两个工序合二而一，在生产中一机两用，取长补短，轧制和锻压变形交替进行，既有锻造的变形深透带来的内部质量提高，又有轧制的高效率和外部尺寸的高精度，并可提高产品的均质性，降低能耗和生产成本。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

技术方案之一：一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，在由机架、工作辊、液压压下系统、工作辊平衡系统、轴向位置调整机构、主电机及传动系统组成的二重轧锻机上，当工作辊位置传感器检测到上工作辊和下工作辊上的平台孔型对齐并处于辊缝处后，按以下步骤执行锻压轧制联合生产，步骤如下：1）坯料进入工作辊的平台孔型下方，上工作辊在液压压下系统的驱动下对坯料进行锻压变形，每次锻压压下量为10~200mm，锻压变形时，控制主电机和抱闸使工作辊不能旋转；2）液压压下系统抬升，使平台孔处的辊缝提升到大于坯料厚度10-300mm，旋转辊道、轧辊等，驱动坯料前进50-500mm；3）重复步骤1）~步骤2），使坯料在长度方向上全部锻压一道次；4）把坯料移动到工作辊的轧制孔型处，进行整形轧制，消除锻压产生的厚度偏差和锻压接痕，厚度偏差少于1mm；坯料在其它孔型中进行常规轧制；5）坯料翻身，重复步骤1）—步骤4），经多次锻压和轧制后得到所需尺寸和性能的产品。

技术方案之二：一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，在由机架、工作辊、支撑梁、分离液压缸、液压压下系统、工作辊平衡系统、轴向位置调整机构、主电机及传动系统组成的四重轧锻机上，当工作辊位置传感器检测到上工作辊和下工作辊上的平台孔型对齐并处于辊缝处后，按以下步骤执行锻造轧制联合生产，步骤如下：1）坯料进入工作辊的平台孔型下方，上工作辊在液压压下系统的驱动下对坯料进行锻压变形，每次锻压压下量为10~200mm，锻压变形时，控制主电机和抱闸使工作辊不能旋转；2）液压压下系统抬升，使平台孔处的辊缝增到大于坯料厚度10-300mm，驱动坯料前进50-500mm；3）重复步骤1）~步骤2），使坯料在长度上全部锻压一道次；4）把坯料移动到工作辊的轧制孔型处，进行整形轧制，消除锻压产生的厚度偏差和锻压接痕，厚度偏差少于1mm，坯料在其它孔型中进行常规轧制。轧制时，分离液压缸动作使上支撑梁与上工作辊分离，下支撑梁与下工作辊分离，支撑梁不与工作辊接触；5）坯料翻身，重复步骤1）—步骤4），经多次锻压和轧制后得到所需尺寸和性能的产品。

本发明的工作原理是：在具有液压压下系统轧锻联合机组的工作辊上设一个或多个平台孔型，使变形模式根据需要转换为锻压变形或轧制模式。当工作辊上的平台孔型旋转到辊缝处后，利用该平台孔型、工作辊平衡系统和液压压下系统的配合，对坯料进行锻压变形，并利用辊道、推床、翻钢机、操作机、夹持辊等辅助系统对坯料的进、退、翻转进行控制，直到完成对轧件整个长度方向的锻压过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在现有一台轧制锻压联合机组上结合了轧制和锻造两种加工方式的优点，转序时间大大减少，生产效率高，降低了热能和烧损的成本，生产成本大幅低，在生产中一机两用，取长补短，轧制和锻压变形可交替进行，既有锻造的变形深透带来的内部质量提高，又有轧制的高效率和外部尺寸的高精度，可明显提高产品的均质性。

附图说明

图1是本发明实施例一结构示意图，此为二重轧机联合机组。

图2是图1的左视图。

图3是本发明实施例一中工作辊配辊及平台孔型示意图。

图4是本发明实施例二结构示意图，此为四重轧机联合机组。

图5是图4的左视图。

图6是本发明实施例二中工作辊和支撑辊的配辊示意图，该平台孔型在圆周方向分布一处。

图7是本发明实施例二中工作辊和支撑辊的配辊示意图，该平台孔型在圆周方向上下对称分布两处。

图8是本发明实施例二中支撑辊截面形状示意图，该实施例中，支撑辊截面为矩形。

图9是本发明实施例二中支撑辊截面形状示意图，该实施例中，支撑辊截面为工字形。

图10是本发明实施例二中工作辊平台孔型以外的圆弧部分轧制变形示意图。

图11本发明实施例二中分离液压缸在工作辊与支撑辊之间的结构示意图。

图中：1-机架，2-下工作辊轴承座，3-下工作辊，4-坯料，5-万向接轴，6-齿轮机座，7-减速机，8-电机抱闸，9-主电机，10-辊缝位置传感器，11-辊道，12推床，13-翻钢机，14-上工作辊平衡，15-上辊电动压下传动机构，16-轧辊轴向挡板，17-上工作辊电动压下丝杆，18-上工作辊，19-平台孔型，20-上工作辊液压压下装置，21-上工作辊轴承座，41-下支撑辊，42-下支撑辊轴承座，43-上支撑辊平衡，44-上支撑辊，45-上支撑辊轴承座，46-下工作辊分离液压缸，47-上工作辊分离液压缸。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例中，以用坯料4（钢锭：大头尺寸820×650mm，小头780×550mm，长2000mm）轧锻出810×100mm成品为例进行具体说明。

见图1－图3，是本发明实施例一结构示意图，此为二重轧锻机构成的联合机组，包括机架1、下工作辊轴承座2、减速机7、主电机9、上工作辊18、下工作辊3、万向接轴5、齿轮机座6、辊道11，推床12和翻钢机13，主电机9上带电机抱闸8，液压压下装置由上辊电动压下传动机构15、上工作辊电动压下丝杆17、上工作辊液压压下装置20、上工作辊轴承座21组成，上工作辊18和下工作辊3上设有一处平台孔型19，平台孔型处设有辊缝位置传感器10，上工作辊和下工作辊在平台孔型19以外的圆周方向和轴向方向为圆柱形表面。

当进行锻压变形时，主电机9通过辊缝位置传感器10使下工作辊3和上工作辊18上的平台孔型19旋转到辊缝处，并用电机抱闸8、辊缝位置传感器10、主电机9控制两个工作辊3、18的平台孔19的位置，使其处于水平位置且不能在锻造变形时转动。轧辊轴向挡板16使工作辊3、18不能轴向窜动。用电动压下15传动和上工作辊电动压下丝杆17把辊缝快速摆动到坯料高度以上位置附近。通过辊道11把坯料4运送到平台孔19的辊缝处，然后启动上工作辊液压压下装置20开始锻压坯料4。一次锻压变形完成后，上工作辊液压压下装置20向上抬起，上辊平衡装置14带动上工作辊18向上抬起辊缝，然后利用下工作辊3和辊道11使坯料4再前进一定距离，然后再次锻压，重复上述锻压过程完成对轧件整个长度方向的一道次锻压变形。

上工作辊18和下工作辊3的直径1200mm，辊身长2800mm，平台孔型19的尺寸为900×502mm。上工作辊18和下工作辊3配辊示意图见图3。坯料4经均热炉加热至1250℃后进入轧锻联合机组。首先坯料4进入平台孔型19，然后对坯料4的大面进行3道次的锻压变形，每次锻压量为50mm，每次进给量200mm，锻压2道次后坯料4的大头尺寸为850×500mm，小头尺寸为800×500mm。然后用推床12把坯料4移动到轧制孔型31处，先平轧整形1道次，消除不同锻压产生的厚度偏差和接痕。然后利用翻钢钩13和推床12使坯料4翻转90度，并使坯料4在轧制孔型31孔中立轧1道次，道次压下量25mm，坯料4尺寸变为825×500mm。坯料4翻钢90度再次进入平台孔19，坯料4在平台孔19再锻压2道次，每次锻压量为50mm，进给量200mm，坯料4尺寸变为850×400mm。坯料4进入轧制孔型31整形轧制，翻钢后进入轧制孔型32立轧1道次，坯料4尺寸变为800×400mm，翻钢后进入轧制孔型31平轧4道次，坯料4尺寸变为820×260mm。翻钢进入轧制孔型33立轧，然后翻钢进入轧制孔型31平轧4道次，坯料4的尺寸变为835×120mm，翻钢进轧制孔型34立轧，坯料4的尺寸变为806×120mm，再翻钢进入轧制孔型31，轧制出810×100mm成品。钢锭大面经过5道次锻压变形，可压合部分中心疏松、缩孔，而且轧制出的成品尺寸精确。

见图4－图6和图11，是本发明实施例二结构示意图，此为四重轧锻机构成的联合机组，包括机架1、下工作辊轴承座2、减速机7、主电机9、上工作辊18、下工作辊3、上支撑辊44、下支撑辊41、万向接轴5、齿轮机座6、辊道11，推床12和翻钢机13，主电机9上带电机抱闸8。液压压下装置由上辊电动压下传动机构15、上工作辊电动压下丝杆17、上工作辊液压压下装置20、上工作辊轴承座21组成，上工作辊18和下工作辊3上设有一处平台孔型19，平台孔型处设有辊缝位置传感器10，上工作辊和下工作辊在平台孔型19以外的圆周方向和轴向方向为圆柱形表面；主电机9为带抱闸电机。上支撑辊44和上工作辊18之间设有上工作辊分离液压缸47，下支撑辊41和下工作辊3之间分别设有下工作辊分离液压缸46。当上工作辊分离液压缸47工作时，上支撑辊44和上工作辊18脱离；当下工作辊分离液压缸46工作时，下上支撑辊41与下工作辊3脱离接触，此时上工作辊18和下工作辊3转动时，可实现正常的二重轧制，而上支撑辊44和下支撑辊41是静止的，不跟随工作辊转动。

为了承受更大的锻压支撑力，上支撑辊44和下支撑辊41可变为支撑梁结构，上支撑辊44和下支撑辊41与机架1之间通过支撑梁定位装置相连接，支撑梁只做上下移动而不能转动，当上支撑梁44与上工作辊18脱离接触，下上支撑梁41与下工作辊3脱离接触后，四重轧锻联合机组即转换为二重轧机模式。当工作辊与支撑梁接触时联合机组为锻压模式。支撑梁只能上下移动则简化了支撑梁轴承座，可降低制造成本。支撑梁的结构可由多种形式，支撑梁为矩形、圆形、工字形，多边形等。

为了提高本发明方法的适用范围，上支撑辊44和下支撑辊41也与机架1之间采用支撑辊轴承相连接，此结构与四重轧机相似，其优点是轧制力大，但是锻压的支撑力不如支撑梁结构。另外在锻压时，支撑辊轴承容易损坏是其不足之处。

如图7-图9所示，平台孔型19在圆周方向可设两个，制成两平台段孔型，也为4段、6段等，这样上工作辊18、下工作辊3与上支撑辊44、下支撑辊41的接触由两个圆柱体之间的线接触变为圆柱体与平面的接触，以减少两者之间的接触应力。下支撑辊41、上支撑辊44的表面还可加工成与下工作辊3、上工作辊18相配合的辊形，以进一步增加接触面积和长度，减少接触应力。

见图10，是本发明实施例二中工作辊平台孔以外的圆弧部分轧制变形示意图，当坯料4较短时，可利用上工作辊18和下工作辊3的平台孔型19其余的圆弧部分组成四重轧机进行轧制变形，当上工作辊18和下工作辊3的直径为1200mm时，平台孔型19平台宽度为502mm时，平台孔型19的圆弧段部分的长度为3252mm，利用该段圆弧可对长度小于2600mm且道次延伸系数小于1.2的坯料4进行轧制变形，轧制后的长度为3120mm。如果在平台孔轧制的坯料较长，通过电机位置传感器控制坯料4的咬入点位置在平台孔圆弧段的中点位置附近时，保持辊缝不变，再轧制一道次即可消除该凸起。

以上实施例仅是为详细说明本发明的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制发明的保护范围，凡在不违背本发明的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，在由机架、工作辊、液压压下系统、工作辊平衡系统、轴向位置调整机构、主电机及传动系统组成的二重轧锻机上，当工作辊位置传感器检测到上工作辊和下工作辊上的平台孔型对齐并处于辊缝处后，按以下步骤执行锻压轧制联合生产，步骤如下：

1）坯料进入上工作辊的平台孔型下方，上工作辊在液压压下系统的驱动下对坯料进行锻压变形，每次锻压压下量为10~200mm，锻压变形时，控制主电机及抱闸使工作辊不能旋转；

2）液压压下系统抬升，使平台孔处的辊缝提升到大于坯料厚度10-300mm，旋转辊道，驱动坯料前进50-500mm；

3）重复步骤1）~步骤2），使坯料在长度方向上全部锻压一道次；

4）把坯料移动到工作辊的轧制孔型处，进行整形轧制，消除锻压产生的厚度偏差和锻压接痕，厚度偏差少于1mm，坯料在其它孔型中进行常规轧制；

5）坯料翻身，重复步骤1）—步骤4），经多次锻压和轧制后得到所需尺寸和性能的产品。

2.一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，在由机架、工作辊、支撑梁、分离液压缸、液压压下系统、工作辊平衡系统、轴向位置调整机构、主电机及传动系统组成的四重轧锻机上，当工作辊位置传感器检测到上工作辊和下工作辊上的平台孔型对齐并处于辊缝处后，按以下步骤执行锻压轧制联合生产，步骤如下：

1）坯料进入上工作辊的平台孔型下方，上工作辊在液压压下系统的驱动下对坯料进行锻压变形，每次锻压压下量为10~200mm，锻压变形时，控制主电机及抱闸使工作辊不能旋转；

2）液压压下系统抬升，使平台孔处的辊缝增到大于坯料厚度10-300mm，驱动坯料前进50-500mm；

3）重复步骤1）~步骤2），使坯料在长度上全部锻压一道次；

4）把坯料移动到工作辊的轧制孔型处，进行整形轧制，消除锻压产生的厚度偏差和锻压接痕，厚度偏差少于1mm，坯料在其它孔型中进行常规轧制；轧制时，分离液压缸动作使上支撑梁与上工作辊分离，下支撑梁与下工作辊分离，支撑梁不与工作辊接触；

5）坯料翻身，重复步骤1）—步骤4），经多次锻压和轧制后得到所需尺寸和性能的产品。

3.根据权利要求2所述的一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，所述上支撑梁和下支撑梁由上支撑辊和下支撑辊替代，所述上支撑辊和下支撑辊分别与机架通过轴承座相连接，锻压后，当轧制力小于工作辊的强度极限时，分离液压缸使工作辊和支撑辊脱离接触，按二重轧机模式轧制；当轧制力大于工作辊的强度极限时，分离液压缸不动作，工作辊和支撑辊保持接触，按四重轧机模式轧制。

4.根据权利要求1至3中任一项所述一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，所述工作辊上至少有1个平台孔型，平台孔型的尺寸：沿轴线方向的长度为50mm~全辊长，垂直轴线的宽度为30-600mm，平台孔型在圆周方向分布的段数为1-12段。

5.根据权利要求1至3中任一项所述一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，所述工作辊的轴线方向上设有至少1个整形孔型，所述整形孔型的宽度为30~1200mm。

6.根据权利要求2所述一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，所述上支撑梁和下支撑梁的截面形状为圆形、矩形、工字形、正多边形中的任一种。

7.根据权利要求3所述一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，所述上支撑辊和下支撑辊与相应工作辊的接触面上设有与相应工作辊轮廓匹配的平面、圆弧面。

8.根据权利要求3所述一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，所述上支撑辊和下支撑辊的截面形状为圆形。

9.根据权利要求3所述一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，所述上支撑梁和下支撑梁与相应工作辊的接触面上设有与相应工作辊轮廓匹配的平面、圆弧面。

10.根据权利要求1至3中任一项所述一种轧制锻压联合生产方法，其特征在于，当所述坯料的长度×该轧制道次的延伸系数小于平台孔型圆弧段长度时，控制工作辊咬入位置，在平台孔型锻压后，直接用平台孔型的圆弧部分进行轧制变形。

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