JP7164132B2 - 連続複合変形装置 - Google Patents

Description

本発明は、機械加工技術分野に属し、具体的には、連続複合変形装置に関する。

科学技術の急速的な発展とともに、市場の変化は日進月歩の今日では、金属材料に対する性能の要求がますます高くなり、そして金属材料の性能指標は結晶粒微細化の程度の向上と伴い向上していることがまぎれもない事実である。そのため、微細結晶金属材料を製造することが高性能材料を発展させる重要な研究方向となっている。鍛造、引抜、押出等の強加工（severe plastic deformation）技術に比べて、等通路回転角押出技術（即ちEqual Channel Angular Processing、英語略称: ECAP）は主に棒材の押出加工に用いられ、金属材料の力学的性能を明らかに向上させるとともに、変形過程において材料の断面形状を変更させないようにすることもできる。より強い結晶粒微細化能力を有するにもかかわらず、ブランクの空洞と欠陥を除去することができ、材料内部組織に高い均一性を有するようになる。ただし、等通路回転角押出技術は単品でマルチパス変形を行うことにより、十分な塑性変形量を累積することができるが、連続化生産を実現することができず、加工効率が低下させ、また現在では、強化プロセス又は装置だけで所望の効果が得られない。

したがって、上記従来技術の不足に対する改善技術案を提供する必要がある。

本発明の目的は、連続複合変形装置を提供し、少なくても現在の等通路回転角押出技術が連続化生産を実現できずのことより、加工効率が低下等の問題を解決することである。

上記目的を実現するため、本発明は下記のような技術案を提供する。

棒材を圧延し、かつ棒材を下流への移動に対し導向する圧延ロール対と、圧延ロール対の下流に設置され、棒材の前進方向を変更し、かつ棒材に塑性変形を生成する押出金型と、前記押出金型の下流に設置され、棒材を縮径押出することにより、棒材の直径を小さくさせる縮径引抜金型とを備え、圧延ロール対と押出金型との間に設置され、棒材を再圧延する押出輪と遊星ロールを更に備える、連続複合変形装置である。

本発明の複合変形装置は複数種の強化プロセスを一体に結合する複合変形プロセスであり、そのプロセス全体は集積複層圧延、等通路回転角押出、縮径押出、連続押出等の多種なプロセスメカニズムを有機的に一体に組み合わせ、棒材の性能を複数回強化して向上させるのみならず、必要な仕様の高性能棒材を得ることができ、プロセス過程全体の連続化生産も実現させ、最終的に必要な仕様棒材の縮径加工を完成させた。該複合変形装置の構造がコンパクトであり、操作しやすく、柔軟性があり、コストがより低い。

本発明の実施例における連続複合変形装置の構造模式図である。

以下、本発明の実施例における技術案について、明確で完全に説明し、明らかに、説明された実施例は単に本発明の一部の実施例であり、全ての実施例ではない。本発明における実施例に基づいて、当業者が取得した全ての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。

本発明の具体的な実施例により、図１に示すように、本発明は連続複合変形装置を提供し、該複合変形装置は水平単結晶又は充填コア連続鋳造（core-filling continuous casting）されたロッドブランクに用いられ、本願における複合変形装置は銅合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金等に用いることができ、例えば銅被覆アルミニウムロッドブランク、アルミニウム合金ロッドブランク、マグネシウム合金ロッドブランク等であり、複合変形装置は圧延ロール対、押出金型６及び縮径引抜金型７を備える。

圧延ロール対は二つの初期圧延ロール１を備え、圧延ロール対は棒材２を圧延し、かつ棒材２を下流への移動に対し導向し、すなわち棒材２は圧延ロール対の作用で水平方向に沿ってガイドフィードする。他の実施例には、水平方向に沿って複数対の圧延ロールを並列設置することができる。

押出金型６は圧延ロール対の下流に設置され、押出金型６は棒材２の前進方向を変更し、かつ棒材２に塑性変形を生成し、縮径引抜金型７は押出金型６の下流に設置され、縮径引抜金型７は棒材２を縮径押出することにより、棒材２の直径を小さくさせる。

複合変形装置は押出輪１０と遊星ロールを更に備え、押出輪１０と遊星ロールは圧延ロール対と押出金型６との間に設置され、押出輪１０と第１圧延ロール３は棒材２に対し第二回の圧延を行う。

本実施例には、遊星ロールは押圧輪１０を取り囲んで設置されている第１圧延ロール３と、第２圧延ロール４及び第３圧延ロール５を備え、第１圧延ロール３と、第２圧延ロール４及び第３圧延ロール５は押出輪１０の周りで環状に分布する三つの小型遊星ロールに相当する。

棒材２は順に第１圧延ロール３と、第２圧延ロール４及び第３圧延ロール５と押出輪１０との間の隙間を通過することにより、棒材２が三回圧延され、且つ押出輪の表面に貼り合わせて前へ移動させされる。押出輪１０は、第１圧延ロール３と、第２圧延ロール４と、第３圧延ロール５との間に複層圧延弯曲通路が形成され、棒材２が三回圧延されると同時に、棒材２もさらに三つの圧延ロールの作用で運動方向を変更することにより、棒材２が押出輪１０の表面に貼り付けられて弯曲形状になる。他の実施例には、二つの圧延ロール、又は四つ以上の圧延ロールを設置することができる。棒材２は、圧延ロール対と、押出輪１０と三つの圧延ロールの複層圧延（共に四回の圧延）の後、大きな塑性変形量を蓄積する

押出輪１０と遊星ロールが協調した速度を有するため、棒材２が各変形通路を等速に通過することができ、それにより連続加工の効果を至る。複数の圧延ロールが設置されて押出輪１０と配合するため、連続加工に必要な動力を保証する。一回押出過程で、棒材２は多種な変形通路を通過し、棒材２の強化効果を大幅に向上させる。押圧輪１０は押圧輪軸９に設置され、押圧輪１０と押圧輪軸９との間に接続キー１１により接続される。

第１圧延ロール３と、第２圧延ロール４と、第３圧延ロール５との直径は等しく、押圧輪１０の直径は第１圧延ロール３、第２圧延ロール４、第３圧延ロール５の直径より大きい。第１圧延ロールの円心と押出輪の円心との接続線と、第２圧延ロールの円心と押出輪の円心との接続線とにより形成された夾角は、第２圧延ロールの円心と押出輪の円心との接続線と、第３圧延ロールの円心と押出輪の円心との接続線とにより形成された夾角に等しく、本実施例には、上記夾角はいずれも３０°であり、且つ第１圧延ロール３、第２圧延ロール４及び第３圧延ロール５は押圧輪１０との間のピッチは同じである。他の実施例には、プロセス要求に応じて圧延ロールの位置を調整することができ、遊星ロールごとの位置を調整できることから、毎回圧延された変形量を調整し得り、また圧延変形量を増大させると同時に摩擦力も増大させ、材料輸送（すなわち棒材２）の送り力を向上させる。押出金型６は、弧状通路と直線通路とを備え、弧状通路と直線通路との交差位置の接線は、直線通路に垂直する。弧状通路と直線通路は押出チャンバを構成し、押出チャンバの入口の一側の表面は弧状であり、他側は底平面であり、それらは押出輪の表面と互いに配合して剪断弯曲通路を形成し、この剪断弯曲通路を経るのは、一パスの等通路回転角押出を完成することに相当する。棒材２は弧状通路により直線通路に入る過程で約９０°の転向が発生し、棒材２が剪断弯曲通路を通過する過程で、棒材２に激しい近似剪断変形が発生し、棒材２に大量の塑性変形量が蓄積されるようになった。棒材２がこの剪断弯曲通路を経るのは、一パスの等通路回転角押出を完了することに相当し、複層圧延弯曲通路と剪断弯曲通路と前後に接する。

本実施例には、押出金型６は第３圧延ロール５の下流に位置し、弧状通路と押圧輪１０と隣接して設置され、棒材２が押圧輪１０と第３圧延ロール５により圧延された後、弧状通路に入る。弧状通路の一側の弧状面は押出輪の表面であり、他方側の弧状面は押出金型６に設置される。即ち、押出金型６は押圧輪１０の隣に配置され、弧状通路は押出輪１０の一部の外表面と押出金型６上の弧状面で共同的に形成され、これも棒材２が弧状通路に入る時、常に押出輪１０と接触し、押出輪１０は棒材２に前進する動力を提供することができ、棒材２が押出金型６に入ることを容易させ、棒材２が弧状通路から直線通路に入るためできるだけ多くの動力を提供する。

縮径引抜金型７の入口は、押出金型６の出口に接して設置される。押出金型６は右端面に直方体凹溝を有し、縮径引抜金型７の外形は長方体であり、縮径引抜金型７は押出金型６の直方体凹溝に嵌め込まれる。縮径引抜金型７の出口直径は入口直径より小さく、それにより棒材２の縮径加工を完成する。

連続複合変形装置を用いて棒材２を加工する時、本実施例には、棒材２が水平連続鋳造装置で製造されたＣｕ-２０Ａｇ鋳放ロッドブランクであり、製造された鋳造ロッドブランクを連続複合変形装置に導入させる。具体的な過程は以下のとおりである。

棒材２は一対の初期圧延ロール１の導向作用でフィードし、棒材２が水平方向（且つ押出輪１０に接する方向）に沿って押出輪１０と第１圧延ロール３との間に入り、第１圧延ロール３、第２圧延ロール４、第３圧延ロール５は押出輪１０の周囲に環状に分布された三つの小型遊星ロールであり、三つの遊星ロールは遊星ロール群を構成し、遊星ロール群と押出輪１０との間に複層圧延弯曲通路が形成される。棒材２が回転する押出輪１０に接触した後、遊星ロール群、押出輪１０及び押出輪溝８と棒材２との間の摩擦力の作用で、棒材２が複層圧延弯曲通路に入り、棒材２に大きな塑性変形量を蓄積させる。押出金型６は押出輪１０の右側に設置され、同時に押出金型６は第３圧延ロール５の下方に位置され、押出金型６の一側の弧面、直線通路は押出輪１０の一部の外表面と配合して剪断弯曲通路を形成し、棒材２は複層圧延弯曲通路を通過した後、摩擦力の駆動作用で、棒材２は直ちに剪断弯曲通路に押し込まれ、押出金型６のキャビティ回転角に激しい近似剪断変形が発生することにより、棒材２は大量の塑性変形量を蓄積させる。棒材２は剪断弯曲通路を通過した後、最後的に縮径引抜金型７により、縮径引抜金型７の作用で縮径押出過程を完成した。

プロセスフローの全体には、複層圧延弯曲通路、剪断弯曲通路、縮径押出通路が前後に接して設置され、一回押出過程を経て、棒材が三種類の押出キャビティを連続的に通過し、棒材２の押出効率も大幅に向上する。即ち棒材２は多輪圧延（即ち蓄積複層圧延）、等通路回転角押出、連続押出等の変形量の蓄積過程を完了した後、縮径引抜金型７のキャビティで引抜を行い、これまでにワンセットに必要な仕様の棒材２の連続押出強化加工過程を完成した。

以上により、本発明の提供する連続複合変形装置に関する技術案には、そのプロセス全体の過程は蓄積複層圧延、等通路回転角押出、縮径押出、連続押出等の多種類なプロセスメカニズムを有機的に一体に組み合わせ、棒材の性能を複数回強化して向上させるのみならず、プロセス過程の全体の連続化生産も実現できた。且つ該複合変形装置の構造がコンパクトであり、操作がしやすく、柔軟性があり、コストがより低い。以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び原則内では、何れかの修正、同等置換、改善などは、いずれも本発明の請求項の保護範囲内に属する。

１ 初期圧延ロール
２ 棒材
３ 第１圧延ロール
４ 第２圧延ロール
５ 第３圧延ロール
６ 押出金型
７ 縮径引抜金型
８ 押出輪溝
９ 押出輪軸
１０ 押出輪
１１ 接続キー

Claims (9)

1. 棒材を圧延し、かつ棒材を下流への移動に対し導向する圧延ロール対と、
   圧延ロール対の下流に設置され、棒材の前進方向を変更し、かつ棒材に塑性変形を生成する押出金型と、
   前記押出金型の下流に設置され、棒材を縮径押出することにより、棒材の直径を小さくさせる縮径引抜金型と、
   圧延ロール対と押出金型との間に設置され、棒材を再圧延する押出輪と遊星ロールを備えており、
   前記遊星ロールは、前記押出輪を取り囲んで設置されている第１圧延ロール、第２圧延ロール及び第３圧延ロールを備えており、
   前記棒材は順に第１圧延ロール、第２圧延ロール及び第３圧延ロールと押出輪との間の隙間を通過することにより、棒材が三回圧延され、且つ押出輪の表面に貼り合わせて前へ移動させられる、
   ことを特徴とする連続複合変形装置。
2. 前記押出金型は、弧状通路と直線通路とを備え、前記弧状通路と直線通路との交差位置の接線は、前記直線通路に垂直する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の連続複合変形装置。
3. 前記押出金型は、第３圧延ロールの下流に位置し、前記弧状通路は前記押出輪に隣接して設置され、前記棒材は押出輪と第３圧延ロールにより圧延された後、弧状通路に入る、
   ことを特徴とする請求項２に記載の連続複合変形装置。
4. 前記弧状通路の一側の弧状面は押出輪の表面であり、他方側の弧状面は前記押出金型に設置される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の連続複合変形装置。
5. 前記第１圧延ロールの円心と押出輪の円心との接続線と、第２圧延ロールの円心と押出輪の円心との接続線とにより形成された夾角は、前記第２圧延ロールの円心と押出輪の円心との接続線と、第３圧延ロールの円心と押出輪の円心との接続線とにより形成された夾角に等しい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の連続複合変形装置。
6. 前記第１圧延ロール、第２圧延ロール及び第３圧延ロールの直径は等しく、前記押出輪の直径は前記第１圧延ロールより大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の連続複合変形装置。
7. 前記縮径引抜金型の入口は、前記押出金型の出口に接して設置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の連続複合変形装置。
8. 前記縮径引抜金型は前記押出金型の出口位置に嵌め込まれる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の連続複合変形装置。
9. 前記縮径引抜金型の出口直径は入口直径より小さい、
   ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の連続複合変形装置。

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