CN114951281A - 一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备及方法，属于金属层状复合材料制备技术领域，主要包括轧制机构、振动机构和振动方向控制机构三部分，振动机构通过振动方向控制机构浮动安装在轧制机构上，并采用电机驱动‑齿轮传动的方式驱动轧制机构进行周期性的振动；振动方向控制机构转动安装在轧制机构上，用于连接轧制机构和振动机构，并控制轧制机构进行多个方向的振动。该设备利用振动方向控制机构可以方便地在一台设备上提供横向、纵向和横‑纵耦合等多个方向的振动，能够满足不同金属层状复合材料的振动辅助轧制复合需求，提高待复合界面多个方向的错动率，增强界面结合强度，大大提高设备的适用性。

Description

一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备及方法

技术领域

本发明属于金属层状复合材料制备技术领域，具体涉及一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备及方法。

背景技术

金属层状复合材料能发挥组元金属各自优势，实现单一金属不能满足的综合性能，具有较高的经济价值和良好的应用前景。轧制复合作为一种短流程、高效率的制备加工技术，被广泛应用于金属层状复合材料的连续化、大批量生产中。但是在传统的轧制复合技术中，界面的错动率低、金属流动性差、氧化膜和硬化层破碎不充分，导致制备的金属层状复合材料在界面处易存在微孔洞、微裂缝等缺陷，界面结合质量波动大，严重影响金属层状复合材料的应用和推广。

振动辅助轧制复合作为一种新型的轧制复合技术，可以为待复合界面引入剧烈的搓轧力，进而提高复合界面的结合质量。其基本原理是通过振动机构驱动上下轧辊做周期性的振动，轧辊带动覆材与基材发生周期性的微小错动，提高待复合界面的剪切作用力，增强界面结合强度。现有的振动辅助轧制复合技术按照振动方向主要分为两种：一种是沿板材宽展方向的横向振动轧制，利用轧辊沿板材宽展方向的振动带动基材和覆材产生横向的周期性错动，促使基材和覆材的待复合表面的硬化层和氧化膜沿横向发生更大程度的破裂并提高金属沿横向的流动性，填充宽展方向的缺陷；另一种是沿板材轧制方向的纵向振动轧制，利用轧辊沿板材轧制方向的振动带动基材和覆材产生纵向的周期性错动，促使基材和覆材的待复合表面的硬化层和氧化膜沿纵向发生更大程度的破裂并提高金属沿纵向的流动性，填充轧制方向的缺陷。在实际生产中，由于不同基材和覆材在轧制复合前的状态和表面处理方式不同，在待复合界面处会形成以不同维度缺陷为主导的多维缺陷界面，需要根据不同待复合界面的状态施加不同方向的振动。但是，上述振动辅助轧制复合技术只能提高某一维度方向的错动率，制备的金属层状复合材料各向异性严重，无法满足金属层状复合材料后续复杂成形性能的要求。

另外，现有的振动辅助轧制复合设备通常采用液压驱动-电磁换向的方式实现上下轧辊位置的相对错动，由于振动的驱动力是通过电磁阀使液压油在液压缸内频繁换向实现，设备成本高昂，且受响应速度的影响，所能提供的振动频率较低(一般在20Hz以内)。特别是，现有的振动辅助轧制复合设备所能提供的振动方向单一，无法满足不同的原材料和工艺的制备需求，往往需要多台不同振动方向的振动辅助轧制复合设备配合使用才能制备出质量优异的金属层状复合材料，设备适用性低、制备工序复杂、生产成本高，严重影响了振动辅助轧制复合的成形效率，不利于该技术的推广和应用。

因此，开发一种短流程、低成本、高效率、实现多振动方向调节的振动辅助轧制复合设备及方法，满足不同金属层状复合材料的制备加工要求，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明公开了一种电机驱动-齿轮传动式的振动辅助轧制复合设备，主要包括轧制机构、振动机构和振动方向控制机构三部分。该设备的振动机构中的振动变速装置采用齿轮变速，可以大大提高振动频率(所能提供的振动频率可高达100Hz)，保证轧制复合的效率。该设备利用振动方向控制机构可以方便地在一台设备上提供横向、纵向和横-纵耦合等多个方向的振动，能够满足不同金属层状复合材料的振动辅助轧制复合需求，提高待复合界面多个方向的错动率，增强界面结合强度，大大提高设备的适用性。

为实现上述技术功能，本发明采用的技术方案为：

根据本发明技术方案的第一方面，提供一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备，其特征在于，主要包括轧制机构、振动机构和振动方向控制机构三部分。

所述轧制机构包括轧机牌坊、轧辊、轧辊轴、传动齿轮组、轴承支座、施力螺栓、底板、盖板、轴端盖和轴承，所述轧辊包括第一(上)轧辊和第二(下)轧辊，所述轧辊轴包括第一(上)轧辊轴和第二(下)轧辊轴；所述轧辊通过键固定安装在所述轧辊轴上；所述传动齿轮组包括传动齿轮A、传动齿轮B；所述下轧辊轴与步进电机连接，为所述下轧辊轴提供驱动力，并通过所述传动齿轮组将驱动力分流至所述上轧辊轴，为金属层状复合材料的振动辅助轧制复合提供驱动力；所述盖板固定安装在所述轧机牌坊的上方，所述施力螺栓安装在所述盖板上，通过调整安装在所述盖板上的所述施力螺栓的旋进量调整轧制压下量。

所述振动机构通过所述振动方向控制机构浮动安装在所述轧制机构的所述上轧辊轴的上方，并驱动所述上轧辊轴进行周期性的振动。所述振动机构采用电机驱动-齿轮传动的方式为所述上轧辊轴提供振动，可以大大提高振动频率(所能提供的振动频率可高达100Hz)，保证轧制复合的效率。所述振动机构主要包括伺服电机、电机支架、振动变速装置、振动轴、振动轴承、偏心轮、导向块、滑块、导轨和导杆，所述振动变速装置包括第一振动齿轮(A)和第二振动齿轮(B)，所述伺服电机固定安装在所述电机支架上，所述伺服电机的动力经过所述振动变速装置实现变速并将动力分流至多根(优选为两根)所述振动轴上，所述振动轴下端部与所述偏心轮通过花键固定连接，所述偏心轮内孔与所述振动轴同轴心安装，所述电机支架与所述导向块滑动安装在多根(优选为四根)所述导杆上，能使所述振动机构随着所述上轧辊轴同步做出相应的位置调整，保证所述振动机构与所述上轧辊轴的相对位置不变，避免由于基材和覆材坯料的不同厚度引起所述上轧辊轴与所述振动机构不同心，进而导致所述振动机构与所述轧制机构偏载的问题；所述导轨固定安装在所述轴承支座的上方，所述滑块滑动安装在所述导轨上，用于减小所述上轧辊轴沿纵向振动时的摩擦阻力。

所述振动方向控制机构转动安装在所述轧制机构的所述上轧辊轴端部，除了起到连接所述轧制机构和所述振动机构的作用外，还可以控制所述上轧辊轴进行横向、纵向和横-纵耦合等多个方向的振动。所述振动方向控制机构包括振动块、轴端限位螺栓、纵向限位螺栓和限位块；所述限位块滑动安装在所述振动块内部，通过调整所述纵向限位螺栓的旋进量调整所述限位块的位置，所述振动块与所述偏心轮的外圆间隙配合，所述振动块在所述偏心轮的带动下做平面运动；所述振动块侧面设置有导向条，所述导向块沿所述上轧辊轴的轴向设置有与所述振动块侧面相配合的导向槽，且与所述振动块沿所述上轧辊轴的轴向滑动安装，避免所述振动块发生倾斜或翻转；所述振动方向控制机构能够控制所述上轧辊轴进行横向、纵向和横-纵耦合等多个方向的振动。具体原理是所述振动块在所述偏心轮的驱动下做平面运动，可以通过旋紧或放松所述轴端限位螺栓和所述纵向限位螺栓改变所述上轧辊轴的自由度，实现所述上轧辊轴沿横向、纵向和横-纵耦合等多个方向的振动。具体动作过程为：当需要所述上轧辊轴沿纵向振动时，放松所述轴端限位螺栓，旋紧所述纵向限位螺栓，此时所述振动块与所述上轧辊轴在纵向做同步运动，在横向可以相对滑动；当需要所述上轧辊轴沿横向振动时，旋紧所述轴端限位螺栓，放松所述纵向限位螺栓，此时所述振动块与所述上轧辊轴沿横向做同步运动，在纵向可以相对滑动；当需要所述上轧辊轴进行横-纵耦合振动时，同时旋紧所述轴端限位螺栓和所述纵向限位螺栓，此时所述振动块与所述上轧辊轴在横向和纵向均做同步运动，所述上轧辊轴与所述振动块同步进行横-纵耦合振动。

进一步地，所述振动变速装置通过模数相等、齿数不同的所述振动齿轮A与所述振动齿轮B啮合实现变速功能，可根据需要多级变速。

进一步地，所述轴承支座与所述轧机牌坊之间设置有大于振动最大振幅的间隙，用于实现所述上轧辊轴沿纵向振动。

进一步地，所述轴承支座与所述轧机牌坊之间垫有硅胶垫片，用于防止所述轴承支座与所述轧机牌坊发生刚性碰撞。

进一步地，所述轧辊的表面加工有粗糙的滚花，用于增大所述轧辊与所述基材和所述覆材之间的摩擦系数，有利于所述基材和所述覆材之间产生有效的相对错动。

进一步地，两个所述限位块在所述纵向限位螺栓旋紧极限位置所形成的圆孔与所述偏心轮形成过渡配合。

根据本发明技术方案的第二方面，提供一种采用根据以上任一方面所述的振动辅助轧制复合设备的振动辅助轧制复合方法，具体步骤如下：

第一步：将基材和覆材进行轧前表面处理；

第二步：将表面处理后的所述基材和所述覆材层叠组坯，获得金属层叠板坯；

第三步：启动轧制步进电机和伺服电机，将所述金属层叠板坯送入振动辅助轧制复合设备中进行轧制预复合，获得金属层状复合板坯；

第四步：将所述金属层状复合板坯进行加热；

第五步：将加热后的所述金属层状复合板坯再次送入所述振动辅助轧制复合设备中进行1～10次的轧制复合，获得界面实现冶金结合的金属层状复合材料。

本发明的有益效果

1.本发明设备利用振动方向控制机构可以在一台设备上实现横向、纵向和横-纵耦合等多个方向的振动，可以满足不同金属层状复合材料的振动轧制复合需求，提高金属待复合界面多个方向的错动率，增强界面结合强度，大大提高设备的适用性。

2.本发明设备采用电机驱动-齿轮传动的方式，大大提高了振动频率，降低了设备成本，保证了轧制复合的效率。

3.本发明设备由于将振动机构上下方向自由度与轧辊进行了跟随设置，可以实现上轧辊与振动机构之间自动调心，进而可以实现不同厚度金属层状复合材料的高效制备。

4.本发明方法工序简单，实施方便，生产效率高、成本低，制备的金属层状复合材料的界面结合强度高、不存在各向异性问题。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

图1为本发明实施例的金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备整体示意图；

图2为本发明实施例的金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备主视图；

图3为本发明实施例的金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备沿A-A剖视图；

图4为本发明实施例的金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备沿B-B剖视图；

图5为本发明实施例的金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备左视图；

图6为本发明实施例的金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备偏心轮及振动块的安装示意图。

其中，1-底板；2-导杆；3-导向块；4-振动块；5-电机支架；6-盖板；7-施力螺栓；8-伺服电机；9-振动齿轮A；10-振动轴；11-振动轴承；12-振动齿轮B；13-滑块；14-导轨；15-偏心轮；16-上轧辊轴；17-轴向限位螺栓；18-传动齿轮A；19-轴承支座；20-传动齿轮B；21-下轧辊轴；22-轴端盖；23-轴承；24-下轧辊；25-上轧辊；26-轧机牌坊；27-纵向限位螺栓；28-限位块。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-6所示，一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备，主要包括轧制机构、振动机构和振动方向控制机构三部分。

轧制机构包括轧机牌坊26、轧辊、轧辊轴、传动齿轮组、轴承支座19、施力螺栓7、底板1、盖板6、轴端盖22和轴承23，轧辊包括上轧辊25和下轧辊24，轧辊轴包括上轧辊轴16和下轧辊轴21；轧辊通过键固定连接在轧辊轴上；传动齿轮组包括传动齿轮A18、传动齿轮B20；下轧辊轴21与步进电机连接，为下轧辊轴21提供驱动力，并通过传动齿轮组将驱动力分流至上轧辊轴16，为金属层状复合材料的振动辅助轧制复合提供驱动力；盖板6固定安装在轧机牌坊26的上方，施力螺栓7安装在盖板6上，通过调整安装在盖板6上的施力螺栓7的旋进量调整轧制压下量。

振动机构通过振动方向控制机构浮动安装在轧制机构的上轧辊轴16上方，并驱动上轧辊轴16进行周期性的振动。振动机构采用电机驱动-齿轮传动的方式为上轧辊轴16提供振动，可以大大提高振动频率(所能提供的振动频率可高达100Hz)，保证轧制复合的效率。振动机构主要包括伺服电机8、电机支架5、振动变速装置、振动轴10、振动轴承11、偏心轮15、导向块3、滑块13、导轨14和导杆2，振动变速装置包括振动齿轮A9和振动齿轮B12，伺服电机8固定安装在电机支架5上，伺服电机8的动力经过振动变速装置实现变速并将动力分流至两根振动轴10上，振动轴10下端部与偏心轮15通过花键固定连接，偏心轮15内孔与振动轴10同轴心安装；电机支架5与导向块3滑动安装在四根导杆2上，能使振动机构随着上轧辊轴16同步做出相应的位置调整，保证振动机构与上轧辊轴16的相对位置保持不变，避免由于基材和覆材坯料的不同厚度引起上轧辊轴16与振动机构不同心，进而导致振动机构与轧制机构偏载的问题；导轨14固定安装在轴承支座19的上方，滑块13滑动安装在导轨14上，用于减小上轧辊轴16沿纵向振动时的摩擦阻力。

振动方向控制机构转动安装在轧制机构的上轧辊轴16端部，除了起到连接轧制机构和振动机构的作用外还可以控制上轧辊轴16进行横向、纵向和横-纵耦合等多个方向的振动。振动方向控制机构包括振动块4、轴端限位螺栓17、纵向限位螺栓27和限位块28；限位块28滑动安装在振动块4内部，通过调整纵向限位螺栓27的旋进量调整限位块28的位置，振动块4与所述偏心轮15的外圆间隙配合，振动块4在偏心轮15的带动下做平面运动；振动块4侧面设置有导向条，导向块3沿上轧辊轴16的轴向设置有与振动块4侧面相配合的导向槽，且与振动块沿上轧辊轴16的轴向滑动安装，避免振动块发生倾斜或翻转；振动方向控制机构能够控制上轧辊轴16进行横向、纵向和横-纵耦合等多个方向的振动。

具体原理是振动块28在偏心轮15的驱动下做平面运动，可以通过旋紧或放松轴端限位螺栓17和纵向限位螺栓27改变上轧辊轴16的自由度，实现上轧辊轴16沿横向、纵向和横-纵耦合等多个方向的振动。具体动作过程为：当需要上轧辊轴16沿纵向振动时，放松轴端限位螺栓17，旋紧纵向限位螺栓27，此时振动块4与上轧辊轴16在纵向做同步运动，在横向可以相对滑动；当需要上轧辊轴16沿横向振动时，旋紧轴端限位螺栓17，放松纵向限位螺栓27，此时振动块4与上轧辊轴16沿横向做同步运动，在纵向可以相对滑动；当需要上轧辊轴16进行横-纵耦合振动时，同时旋紧轴端限位螺栓17和纵向限位螺栓27，此时振动块4与上轧辊轴16在横向和纵向均做同步运动，上轧辊轴16与振动块4同步进行横-纵耦合振动。

进一步地，振动变速装置通过模数相等、齿数不同的振动齿轮A9与振动齿轮B12啮合实现变速功能，可根据需要多级变速。

进一步地，轴承支座19与轧机牌坊26之间设置有大于振动最大振幅的间隙，用于实现上轧辊轴16沿纵向振动。

进一步地，轴承支座19与轧机牌坊26之间垫有硅胶垫片，用于防止轴承支座19与轧机牌坊26发生刚性碰撞。

进一步地，轧辊的表面加工有粗糙的滚花，用于增大轧辊与基材和覆材之间的摩擦系数，有利于基材和覆材之间产生有效的相对错动。

进一步地，两个限位块28在纵向限位螺栓27旋紧极限位置所形成的圆孔与偏心轮15形成过渡配合。

本发明技术方案还提供一种采用上述振动辅助轧制复合设备的振动辅助轧制复合方法，具体步骤如下：

第一步：将基材和覆材进行轧前表面处理；

第二步：将表面处理后的基材和覆材层叠组坯，获得金属层叠板坯；

第三步：启动轧制步进电机和伺服电机8，将金属层叠板坯送入振动辅助轧制复合设备中进行轧制预复合，获得金属层状复合板坯；

第四步：将金属层状复合板坯进行加热；

第五步：将加热后的金属层状复合板坯再次送入振动辅助轧制复合设备中进行1～10次的轧制复合，获得界面实现冶金结合的金属层状复合材料。

实施例1

铜/铝层状复合材料横向振动辅助轧制复合：

利用横向振动辅助轧制复合工艺制备铜/铝层状复合材料时，需要放松纵向限位螺栓27，使振动块4沿纵向自由运动，不会引起上轧辊轴16沿纵向的振动；旋紧轴端限位螺栓17使上轧辊轴16能在振动块4的带动下沿横向进行周期性的振动。首先启动伺服电机8，使上轧辊轴16产生沿横向的周期性振动，并通过调整施力螺栓7调整压下量为30％；将打磨、清洗并组坯后的铜/铝层叠板坯送入振动辅助轧制复合设备中，进行第一道次沿横向振动辅助轧制复合；由于本发明中的振动辅助轧制复合设备的振动机构可以随着上轧辊轴16位置的改变而改变，不会出现振动机构和上轧辊轴偏心的问题，因此可以直接在此基础上直接调整轧辊间的间隙，将经过振动辅助轧制复合后的铜/铝层状复合材料进行400℃+20min保温；并在第一道次振动辅助轧制复合的基础上调整压下量为15％，进行第二道次沿横向振动辅助轧制复合；直至两块板材在界面上实现冶金结合，得到符合国家标准要求的铜/铝层状复合材料。

铜/铝层状复合材料纵向振动辅助轧制复合：

利用纵向振动辅助轧制复合工艺制备铜/铝层状复合材料时，需要放松轴端限位螺栓17，使振动块4沿横向自由运动，不会引起上轧辊轴16沿横向的振动；旋紧纵向限位螺栓27使上轧辊轴16能在振动块4的带动下沿纵向进行周期性的振动。首先启动伺服电机8，使上轧辊轴16产生沿纵向的周期性振动，并通过调整施力螺栓7调整板下量为30％；将打磨、清洗并组坯后的铜/铝层叠板坯送入振动辅助轧制复合设备中，进行第一道次沿纵向振动辅助轧制复合；由于本发明中的振动辅助轧制复合设备的振动机构可以随着上轧辊轴16位置的改变而改变，不会出现振动机构和上轧辊轴偏心的问题，因此可以直接在此基础上直接调整轧辊间的间隙，将经过振动辅助轧制复合后的铜/铝层状复合材料进行400℃+20min保温；并在第一道次振动辅助轧制复合的基础上调整压下量为15％，进行第二道次沿纵向振动辅助轧制复合；直至两块板材在界面上实现冶金结合，得到符合国家标准要求的铜/铝层状复合材料。

铜/铝层状复合材料横-纵耦合振动辅助轧制复合：

利用横-纵耦合振动辅助轧制复合工艺制备铜/铝层状复合材料时，需要旋紧轴端限位螺栓17和纵向限位螺栓27使上轧辊轴16能跟随振动块4做横-纵耦合的同步周期性的振动。首先启动伺服电机8，使上轧辊轴16产生横-纵耦合的周期振动，并通过调整施力螺栓7调整压下量为30％；将打磨、清洗并组坯后的铜/铝层叠板坯送入振动辅助轧制复合设备中，进行第一道次横-纵耦合振动辅助轧制复合；由于本发明中的振动辅助轧制复合设备的振动机构可以随着上轧辊轴16位置的改变而改变，不会出现振动机构和上轧辊轴偏心的问题，因此可以直接在此基础上直接调整轧辊间的间隙，将经过振动辅助轧制复合后的铜/铝层状复合材料进行400℃+20min保温；并在第一道次振动辅助轧制复合的基础上调整压下量为15％，进行第二道次横-纵耦合振动辅助轧制复合；直至两块板材在界面上实现冶金结合，得到符合国家标准要求的铜/铝的层状复合材料。

经过实验室验证，其他工艺参数完全相同，在振动频率为20Hz，采用横向振动辅助轧制复合的工艺制备的铜/铝层状复合材料，相较于无振动辅助轧制复合制备的铜/铝层状复合材料，结合强度提高了52.7％。

实施例2

钛/不锈钢层状复合材料横向振动辅助轧制复合：

利用横向振动辅助轧制复合工艺制备钛/不锈钢层状复合材料时，需要放松纵向限位螺栓27，使振动块4沿纵向自由运动，不会引起上轧辊轴16沿纵向的振动；旋紧轴端限位螺栓17使上轧辊轴16能在振动块4的带动下沿横向进行周期性的振动。首先启动伺服电机8，使上轧辊轴16产生沿横向的周期性振动，并通过调整施力螺栓7调整压下量为40％；将打磨、清洗并组坯后的钛/不锈钢层叠板坯送入振动辅助轧制复合设备中，进行第一道次沿横向振动辅助轧制复合；由于本发明中的振动辅助轧制复合设备的振动机构可以随着上轧辊轴16位置的改变而改变，不会出现振动机构和上轧辊轴偏心的问题，因此可以直接在此基础上直接调整轧辊间的间隙，将经过振动辅助轧制复合后的钛/不锈钢层状复合材料进行850℃+30min保温；并在第一道次振动辅助轧制复合的基础上调整压下量为15％，进行第二道次沿横向振动辅助轧制复合；直至两块板材在界面上实现冶金结合，得到符合国家标准要求的钛/不锈钢层状复合材料。

钛/不锈钢层状复合材料纵向振动辅助轧制复合：

利用纵向振动辅助轧制复合工艺制备钛/不锈钢层状复合材料时，需要放松轴端限位螺栓17，使振动块4沿横向自由运动，不会引起上轧辊轴16沿横向的振动；旋紧纵向限位螺栓27使上轧辊轴16能在振动块4的带动下沿纵向进行周期性的振动。首先启动伺服电机8，使上轧辊轴16产生沿纵向的周期性振动，并通过调整施力螺栓7调整板下量为40％；将打磨、清洗并组坯后的钛/不锈钢层叠板坯送入振动辅助轧制复合设备中，进行第一道次沿纵向振动辅助轧制复合；由于本发明中的振动辅助轧制复合设备的振动机构可以随着上轧辊轴16位置的改变而改变，不会出现振动机构和上轧辊轴偏心的问题，因此可以直接在此基础上直接调整轧辊间的间隙，将经过振动辅助轧制复合后的钛/不锈钢层状复合材料进行850℃+30min保温；并在第一道次振动辅助轧制复合的基础上调整压下量为15％，进行第二道次沿纵向振动辅助轧制复合；直至两块板材在界面上实现冶金结合，得到符合国家标准要求的钛/不锈钢层状复合材料。

钛/不锈钢层状复合材料横-纵耦合振动辅助轧制复合：

利用横-纵耦合振动辅助轧制复合工艺制备钛/不锈钢层状复合材料时，需要旋紧轴端限位螺栓17和纵向限位螺栓27使上轧辊轴16能跟随振动块4做横-纵耦合的同步周期性的振动。首先启动伺服电机8，使上轧辊轴16产生横-纵耦合的周期振动，并通过调整施力螺栓7调整压下量为40％；将打磨、清洗并组坯后的钛/不锈钢层叠板坯送入振动辅助轧制复合设备中，进行第一道次横-纵耦合振动辅助轧制复合；由于本发明中的振动辅助轧制复合设备的振动机构可以随着上轧辊轴16位置的改变而改变，不会出现振动机构和上轧辊轴偏心的问题，因此可以直接在此基础上直接调整轧辊间的间隙，将经过振动辅助轧制复合后的钛/不锈钢层状复合材料进行850℃+30min保温；并在第一道次振动辅助轧制复合的基础上调整压下量为15％，进行第二道次横-纵耦合振动辅助轧制复合；直至两块板材在界面上实现冶金结合，得到符合国家标准要求的钛/不锈钢的层状复合材料。

综上，本发明技术方案通过振动机构驱动上轧辊轴做周期性的振动，下轧辊固定不动的方式，使基材与覆材产生周期性的微小错动，提高待复合界面的剪切作用力，增强界面结合强度；并且振动机构中的振动变速装置采用齿轮变速，可以大大提高振动频率，保证轧制复合的效率。本设备利用振动方向控制机构可以方便地在一台设备上提供横向、纵向和横-纵耦合等多个方向的振动，能够满足不同金属层状复合材料的制备加工要求，大大提高了设备的适用性。本发明方法工序简单，实施方便，生产效率高、成本低，制备的金属层状复合材料的界面结合强度高、不存在各向异性问题。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备，其特征在于，包括轧制机构、振动机构和振动方向控制机构三部分，

所述振动机构通过所述振动方向控制机构浮动安装在所述轧制机构上，并采用电机驱动-齿轮传动的方式驱动所述轧制机构进行周期性的振动；

所述振动方向控制机构转动安装在所述轧制机构上，用于连接所述轧制机构和所述振动机构，并控制所述轧制机构进行多个方向的振动。

2.根据权利要求1所述的振动辅助轧制复合设备，其特征在于，所述轧制机构包括轧机牌坊、第一/第二轧辊、第一/第二轧辊轴、传动齿轮组、轴承支座、施力螺栓、底板、盖板、轴端盖和轴承，

其中，所述第一/第二轧辊固定安装在所述第一/第二轧辊轴上，所述第二轧辊轴与步进电机连接，并通过所述传动齿轮组将驱动力分流至所述第一轧辊轴，所述盖板固定安装在所述轧机牌坊的上方，所述施力螺栓安装在所述盖板上，通过调整安装在所述盖板上的所述施力螺栓的旋进量调整轧制压下量。

3.根据权利要求2所述的振动辅助轧制复合设备，其特征在于，所述振动机构包括伺服电机、电机支架、振动变速装置、振动轴、振动轴承、偏心轮、导向块、滑块、导轨和导杆，

其中，所述伺服电机固定安装在所述电机支架上，所述伺服电机的动力经过所述振动变速装置实现变速并将动力分流至多根所述振动轴上，所述振动轴的下端部与所述偏心轮固定连接，所述偏心轮内孔与所述振动轴同轴心安装，所述电机支架与所述导向块滑动安装在多根所述导杆上；所述导轨固定安装在所述轴承支座的上方，所述滑块滑动安装在所述导轨上。

4.根据权利要求3所述的振动辅助轧制复合设备，其特征在于，所述振动方向控制机构包括振动块、轴端限位螺栓、纵向限位螺栓和限位块，

其中，所述限位块滑动安装在振动块内部，所述振动块与所述偏心轮的外圆间隙配合，所述振动块侧面设置有导向条，所述导向块沿所述第一轧辊轴的轴向设置有与所述振动块侧面相配合的导向槽，且与所述振动块沿所述第一轧辊轴的轴向滑动安装。

5.如权利要求3所述一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备，其特征在于，所述振动变速装置包括第一振动齿轮和第二振动齿轮，

其中，所述振动变速装置通过模数相等、齿数不同的所述第一振动齿轮与所述第二振动齿轮啮合实现变速功能，并能够根据需要多级变速。

6.如权利要求2所述一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备，其特征在于，所述轴承支座与所述轧机牌坊之间设置有大于振动最大振幅的间隙。

7.如权利要求2所述一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备，其特征在，所述轴承支座与所述轧机牌坊之间垫有硅胶垫片。

8.如权利要求2所述一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备，其特征在于，所述第一/第二轧辊的表面加工有粗糙的滚花。

9.如权利要求4所述一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备，其特征在于，两个所述限位块在所述纵向限位螺栓旋紧极限位置所形成的圆孔与所述偏心轮形成过渡配合。

10.一种采用权利要求1-9中任一项所述金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备的振动辅助轧制复合方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：将基材和覆材进行轧前表面处理；

第二步：将表面处理后的所述基材和所述覆材层叠组坯，获得金属层叠板坯；

第三步：将所述金属层叠板坯送入振动辅助轧制复合设备中进行轧制预复合，获得金属层状复合板坯；

第四步：将所述金属层状复合板坯进行加热；

第五步：将加热后的所述金属层状复合板坯再次送入所述振动辅助轧制复合设备中进行1～10次的轧制复合，获得界面实现冶金结合的金属层状复合材料。

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