專利名稱：用于對金屬錠、金屬板或金屬帶進行加工的裝置以及由該裝置所制得的產品的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于對金屬錠、板或帶進行加工的裝置，該裝置包括一軋機機座，該軋機機座上兩個可被驅動的軋輥之間具有一定的輥隙，該軋機機座被設計成可將金屬錠、金屬板或金屬帶在軋輥之間執行滾軋。
背景技術：
這種類型的裝置是公知的，其被廣泛地應用在金屬工業中，用于減薄金屬鑄造錠、板或帶的厚度，以改善金屬錠、板或帶的機械特性。在對厚錠和厚板執行加工的過程中，通常是在升高溫度的條件下利用該裝置來執行軋制。在對薄板或薄帶進行滾軋的過程中，并不需要在滾軋之前將金屬板或金屬帶的溫度升高。
采用現有裝置進行工作的缺點在于在經過滾軋的產品中，主要是最外層部位的機械特性獲得了改善，而產品內部的改善程度則只是很低的、甚至完全沒有獲得改善。對于厚的金屬錠，情況尤其是這樣。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種用于對金屬錠、金屬板或金屬帶執行加工的裝置，利用該裝置可改善經過加工后的產品的機械特性。
本發明的另一個目的是提供這樣一種裝置其能使金屬錠、金屬板或金屬帶內部的機械特性獲得改善。
本發明的又一個目的是提供這樣一種裝置其能以簡單的方式提高產品的機械特性。
另外，本發明的再一個目的在于應用根據本發明的裝置來生產性能改善的金屬錠、金屬板和金屬帶。
根據本發明的第一方面，借助于一種用于對金屬錠、金屬板或金屬帶進行加工的裝置而實現了上述目的，該裝置包括一軋機機座，該軋機機座的兩個可被驅動的軋輥之間具有一定的輥隙，該軋機機座被設計成可將金屬錠、金屬板或金屬帶在軋輥之間執行滾軋，該裝置上設置有進給裝置，該進給裝置被設計成以5°到45°的角度將金屬錠、金屬板或金屬帶引導到軋輥之間，其中的角度是相對于經過軋輥中心軸線的平面的垂線而言的。
令人驚奇的是，業已發現通過以一定的角度將金屬錠、金屬板或金屬帶送入到軋機機座的軋輥之間，可在金屬錠、板或帶的整個厚度范圍內產生剪切效應。此外，在整個厚度范圍內，該剪切作用或多或少是恒定的。首先，這一現象將能使整個厚度范圍內都發生晶粒細化。在常規的軋制過程中，只能在產品的表面處產生剪切作用—進而發生晶粒細化。其次，剪切作用可封閉金屬中的氣孔，例如在對鋁材進行鑄造的過程中，通常就會形成氣孔。因而，采用根據本發明的裝置能封閉整個厚度范圍內的氣孔。主要是對于較厚的材料而言，上述的兩種效應是很重要的。剪切作用還造成了材料中的共晶體顆粒發生破裂，這將能帶來韌性的提高。因而，在根據本發明的裝置中增設的進給裝置以簡單的方式實現了其所生產的材料產品性能的改善。按照一定角度來進給金屬錠、金屬板或金屬帶還能帶來這樣的效果在材料厚度不會像在常規軋制工藝中那樣大幅減薄的條件下，提高了軋輥對所送入材料前部的夾持力，其中，在常規的軋制工藝中，材料以0°的角度被送入到軋輥之間。按照一定角度來執行送進還能消除或降低對金屬錠的拒收率，如果軋機機座由于金屬錠的厚度減薄量太高而無法將其夾握住，則就會拒收該金屬錠。
除了能對單一金屬或金屬合金制成的金屬錠、板或帶執行滾軋之外，根據本發明的裝置還被用于對具有兩層或多層金屬的金屬錠、金屬帶或金屬板執行滾軋，在此情況下，各個金屬層可以是由相同的金屬合金構成的，也可以是由不同的金屬合金或不同的金屬制成的。
優選地是，所述進給裝置被設計成以10°到25°的角度將金屬錠、板或帶送入到軋輥之間，更為優選的角度是15°到25°，更進一步優選的角度是大體上等于20°，其中，此角度是相對于經過軋輥中心軸線的平面的垂線而言的。在按照10°到25°-優選為15°到25°的角度執行進給的情況下，剪切作用相對較大，同時，進給角度也沒有大到對將材料送入到輥隙中的操作造成阻礙的程度。在很多情況下，已經發現執行進給時的最佳角度大致上等于20°。
按照該裝置一種有利的實施方式，進給裝置包括一進給表面或一輥道。這樣的設計能容易地將材料以一定角度送入到軋輥之間。進給裝置也可采用其它的設計形式。
進給裝置與軋機機座之間的角度優選為可調的。這就使得該角度能根據需要而與金屬錠、板或帶相適應，例如，如果當材料的厚度預示著某個特定的送入角度最為理想，則就可對角度進行調節。然后，可根據需要，利用該裝置以不同的角度繼續執行其它的軋制工作。
為了增強剪切程度，優選地按照這樣的方式對軋機機座進行設計使得軋輥在工作過程中具有不同的圓周速度，圓周速度的差值至少可達5％，至多為100％，優選為至少5％、至多50％，更為優選地是至少5％、至多20％。圓周速度的差值在部分上是由材料的厚度確定的；此外，隨著軋輥間圓周速度差值的增大，剪切作用就會增強。較強的剪切作用是有利的，原因在于其能改善晶粒細化、并能促進對氣孔的封閉。但在另一方面，如果速差很大，則軋輥與材料之間發生打滑的可能性就會加大，這將導致剪切作用變得不正常。
根據一種有利的實施方式，軋輥具有不同的直徑和/或受到不同的驅動轉速，這樣就可以獲得不同的圓周速度。
優選地是，裝置上設置有一個或多個后隨的軋機機座，這些軋機機座帶有可被驅動的軋輥，在執行軋制的方向，這些后隨軋機機座位于上述軋機機座的下游位置。這就使得金屬錠、金屬板或金屬帶能不間斷地受到兩次或多次滾軋操作，從而，利用該裝置能更快地達到理想的結果。很顯然，也可以使材料兩次穿過同一裝置，但這樣就會需要更多的時間一尤其是在對金屬帶執行滾軋的情況下。
根據一種有利的實施方式，裝置被設計成這樣在工作過程中，以5°到45°-優選為10°到25°、更為優選地是15°到25°的角度將金屬錠、板或帶送入到一個或多個后隨軋機機座中的至少之一中，其中的角度優選為可調的。結果就是，在這些軋機機座中，材料按照一定角度從軋輥中穿過，因而，材料的整個厚度范圍內都能產生剪切效應。這種設計所能帶來的結果是材料只在裝置中穿行一次就能經受相當大的剪切作用。這些后隨的軋機機座同樣實現了材料首先被送入的那個前導軋機機座所具有的那些優點。
優選地是，對于一個或多個后隨的軋機機座，還可將其中的至少一個軋機機座設計成這樣其軋輥在工作過程中具有不同的圓周速度，在此情況下，軋輥最好具有不同的直徑和/或受驅動的轉速是不同的。另外，通過將后隨軋機機座的軋輥設置成不同的圓周速度，可進一步增大材料穿過裝置時對其施加的剪切作用。那些與材料所穿過的第一個軋機機座的輥間速差相關的敘述也同樣適用于此處的情況。
根據一種優選的實施方式，一個或多個后隨的軋機機座中至少之一的輥隙位于前導軋機機座輥隙對稱面之外。結果就是，能很容易地使材料以一定的角度穿過所述的后隨軋機機座。
優選地是，在執行軋制的方向上，將支承輥布置在后隨的一個或多個軋機機座的上游位置，以便于對金屬錠、板或帶執行支承和/或引導。這些支承輥例如可按照所需的角度將材料向后隨的軋機機座進給。
按照那種不帶有后隨軋機機座的裝置的一優選實施方式，裝置的兩側均設置有進給裝置，這些裝置用于以5°到45°-優選為10°到25°的角度將金屬錠、板或帶穿入到軋輥之間，且進給裝置之間的角度可在0到45°之間進行調整，軋輥可在兩個轉動方向上受到驅動，其中的進給角度是相對于經過軋輥中心軸線的平面的垂線而言的。借助于這種裝置，可以使材料前后反復地穿過該裝置，且每次材料都是以5°到45°-優選為10°到25°的角度送入到裝置中的，而被從裝置中引導出的角度則為0°。
根據本發明的第二方面，借助于一種用于對金屬帶進行加工的裝置而實現了上述的一個或多個目的，該裝置包括一軋機機座，該軋機機座的兩個可被驅動的軋輥之間具有一定的輥隙，該軋機機座被設計成可將金屬帶在軋輥之間執行滾軋，所述裝置上設置有帶有可被驅動軋輥的、一個或多個后隨的軋機機座，特征在于前導軋機機座和一個或多個后隨的軋機機座被按照一定的方式進行設計，以使得它們的軋輥在工作過程中具有不同的圓周速度，圓周速度的差值至少可達5％，至多可達100％。
因而，在該裝置中，金屬材料要穿過兩個或多個軋機機座，在任一情況下，每一軋機機座的軋輥都具有互不相同的圓周速度。結果就是，材料沒有間斷地穿過兩個或多個軋機機座，每一軋機機座都能向材料的整個厚度施加剪切作用。因而，采用該裝置能為金屬材料帶來顯著的剪切作用，從而可達到上述那些與此相關的優點。
根據本發明第二方面的裝置除了能對由同種金屬或金屬合金制成的金屬錠、板或帶執行滾軋之外，還能對具有兩個或多個金屬層的金屬錠、板或帶進行加工，在此情況下，各個金屬層可以是由同種金屬合金構成的，也可以是用不同的金屬合金或金屬制成的。
基于與上文相同的原因，在該裝置中，圓周速度的差值優選為至少5％、至多50％，更為優選地是至少5％、至多20％。
同樣，在此情況下，如同對本發明第一方面所作的描述那樣，優選地是前導軋機機座和后隨軋機機座的軋輥具有不同的直徑和/或受到不同的驅動轉速。
根據一種有利的實施方式，基于與根據本發明第一方面的裝置類似的原因，在此情況下，一個或多個后隨的軋機機座中的至少之一的輥隙也同樣位于前導軋機機座輥隙對稱面之外。
此外，在此情況下，優選地是，在執行軋制的方向上，將支承輥布置在后隨的一個或多個軋機機座的上游位置，以便于對金屬帶執行支承和/或引導。這樣進行設計的原因與上文的描述相同。
優選地是，在執行軋制的方向上，進給裝置被設置在前導軋機機座的上游位置，該進給裝置被設計成以5°到45°-優選為10°到25°、更為優選為15°到25°的角度將金屬帶引導到軋輥之間，進給裝置優選地包括一進給表面或一輥道。這樣的設計措施使得軋輥能對所送入的材料具有良好的夾持性。
本發明還涉及一種利用上述裝置制得的金屬錠、金屬板或金屬帶，該金屬錠、板或帶的整個厚度范圍內都具有均勻一致的剪切效果。
所述金屬優選為鋁、鋼、不銹鋼、銅、鎂、鈦、或這些金屬中之一的合金。這是一些被用在工業中的金屬，因而希望它們具有良好的機械特性。
下文將參照附圖并基于示例性的實施方式對本發明進行介紹，在附圖中圖1是一個高度簡化的示意圖，表示了根據本發明裝置的一種示例性
具體實施例方式
附圖表示了本發明裝置的一種實施方式1，其具有一個第一軋機機座11和兩個后隨的軋機機座12、13，圖中用矩形框示意地指代軋機機座。每一軋機機座都具有各自的軋輥11a、11b-13a、13b。一進給表面10設置在第一軋機機座11的上游位置，一金屬錠2-例如鋁錠在該進給表面上進行輸送。圖中未表示出用于對金屬錠2進行輸送的裝置、以及用于驅動軋機機座的裝置，對于本領域技術人員來講，這些裝置是公知的。
在該示例性的實施方式中，按照這樣的方式來對軋機機座進行布置使得軋機機座11和13具有共同的對稱面P，該對稱面經過兩軋機機座輥隙的中心。經過軋機機座11中軋輥11a、11b中心軸線的平面Q與對稱面P垂直，經過軋機機座13中軋輥13a、13b中心軸線的平面T也與對稱面P垂直。
軋機機座12的一個平面S經過其軋輥12a、12b的中心軸線，該平面同樣也垂直于平面P。但是，經過軋機機座12輥隙中心的對稱面R卻相對于平面P向上偏移。結果就是，金屬錠2按照一定角度穿過軋機機座12，然后再以一個角度穿過軋機機座13。
進給表面10相對于平面P的角度為α，α一般約為20°。該角度α是可調的，且可與材料的類型和厚度相適配。
在軋機機座11、12和13之間設置有支承輥和引導輥15a、15b-18a、18b，以便于將經過軋機機座11滾軋后的金屬錠2引導向軋機機座12和13，并在該引導路徑上對金屬錠提供支撐。
軋輥11a和11b具有不同的直徑，因而，對于相同的角速度，它們的圓周速度是不同的。軋輥12a、12b的直徑也是不同的，但在此情況下，尺寸大小的差別則是與上述情況相反的。這樣的設計就意味著金屬錠2在經過軋機機座11、12時所產生的剪切作用為相反的型式。在經過軋機機座11時發生了變形的材料在穿過軋機機座12的過程中會按照原樣而恢復變形。
在該示例性實施方式中，軋機機座13的軋輥13a、13b具有相同的直徑。該軋機機座按照常規的方式對金屬錠2執行滾軋，但也可以將軋輥13a、13b設計為不同的轉速，從而使它們具有不同的圓周速度。如果情況屬于后者，則軋機機座13將有助于促進金屬錠2中的剪切作用。
很顯然，根據本發明的裝置能被用來對各種金屬錠、金屬板和金屬帶執行滾軋，其中的金屬例如是鋼、鋁、不銹鋼、銅、鎂或鈦，該裝置還可對相互疊垛著的兩個或多個金屬錠執行滾軋。金屬錠可以是由互不相同的金屬或合金組成的。如果必要的話，還可對該裝置作出處于本領域技術人員常識范圍內的調整。
上文描述的、并表示在圖1中的裝置使得金屬錠、板或帶按照蛇行的方式穿過該裝置，并由該裝置進行滾軋。很顯然，也可依照其它的形式來對這些軋機機座的相對位置進行布置，還可以使用更多或更少的軋機機座，且還可使用只具有一臺軋機機座11的裝置。此外，可任選地將多個軋輥設計為具有不同的直徑和/或受到不同的驅動轉速。也可采用其它的裝置來支承和/或引導金屬錠、板或帶。
還可利用其它的進給裝置來取代進給表面10，其中的進給裝置例如是輥道或為條帶材料所設的單輸送輥，此輸送輥必須被設置成這樣使得條帶材料以角度α穿入到軋機機座11的輥隙中。
在根據本發明裝置的另一實施方式(圖中未示出)中，去掉了進給表面10，且設置了至少兩個軋機機座—例如軋機機座11和12，這些軋機機座的軋輥具有不同的圓周速度，且圓周速度的差值至少可達5％，至多可達100％。軋機機座的布置、以及其它的設計均與圖1所示的情況類同，且能按照類似的方式進行改動。
下面將參照一示例性的實施方式對本發明進行解釋。
采用厚度為32.5mm的AA7050號鋁錠進行了試驗。在一臺具有兩個軋輥的軋機機座中對鋁錠執行了一次滾軋，在這兩個軋輥中，上輥的直徑為165mm，下輥的直徑為135mm。在經過滾軋之后，鋁錠的厚度變為30.5mm。
以5°到45°范圍內不同的角度將鋁錠送入到裝置中。鋁錠被送入到該軋制裝置中時的溫度約為450℃。兩軋輥的受驅轉動速度為5rpm。
在經過滾軋之后，鋁錠具有了一定的彎度，此曲率在很大程度上取決于送入時的角度。金屬錠在經過滾軋后的平直度在很大程度由送入角度決定，在此條件下，最佳的送入角度將取決于金屬錠尺寸的減小量、金屬材料和合金的類型、以及溫度。對于在上述溫度中受到滾軋的鋁錠而言，最佳的送入角度約為20°。
在被根據上述試驗條件進行了軋制的鋁錠中，測得的剪切角為20°。可利用該測量值和鋁錠尺寸的減小量、按照如下的公式計算出等效應變ϵeq=23·(ϵxx2+ϵyy2)]]>該公式可被用來表征在一維方向上的應變，可從John Wiley & Sons于1997年出版的、由R.H.Wagoner和J.L.Chenot所著的“Fundamentalsof metal forming”(《金屬成型基礎原理》)一書中找到該公式。
因而，在已被根據當前試驗進行了軋制的鋁錠中，等效應變為 在利用普通的軋輥執行軋制的情況中，剪切作用并非在金屬板的整個厚度范圍內發生，因而，其等效應變僅為ϵeq=23·ln(32.530.5)2≈0.07]]>(上面的計算假定金屬板整個厚度范圍的應變都是均勻的)因而，采用根據本發明方法所執行的軋制將使等效應變比圓周速度無任何差異的普通軋制工藝高3-4倍。等效應變較高就意味著金屬錠中的氣孔更少；重結晶度更大，從而具有更好的晶粒細化作用；金屬錠中更大量的次生相顆粒(成分組成顆粒)被破碎。本工程領域的金屬人員一般會認識到如等效應變增大所能帶來的這些效果。因而，根據本發明的技術方案執行軋制就意味著由于采用了根據本發明的方法，材料經過加工后的機械特性獲得了很大的改善。
權利要求
1.用于對金屬錠、金屬板或金屬帶進行加工的裝置，該裝置包括一軋機機座，該軋機機座的兩個可被驅動的軋輥之間具有一輥隙，該軋機機座被設計成可將金屬錠、金屬板或金屬帶在軋輥之間進行滾軋，其特征在于所述裝置上設置有進給裝置，該進給裝置被設計成以5°到45°的角度將金屬錠、金屬板或金屬帶引導到軋輥之間，其中的角度是相對于經過軋輥中心軸線的平面的垂線而言的。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于所述進給裝置被設計成以10°到25°的角度將金屬錠、板或帶送入到軋輥之間，優選的角度是15°到25°，更為優選的角度是大體上等于20°，其中，此角度是相對于經過軋輥中心軸線的平面的垂線而言的。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述進給裝置包括一進給表面或一輥道。
4.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于所述進給裝置與所述軋機機座之間的角度是可調的。
5.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于按照一定的方式對所述軋機機座進行設計，使得所述軋輥在工作過程中具有不同的圓周速度，圓周速度的差值至少可達5％，至多為100％，優選為至少5％、至多50％，更為優選地是至少5％、至多20％。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于所述軋輥具有不同的直徑和/或能以不同的轉速被驅動，
7.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于所述裝置上設置有一個或多個后隨的軋機機座，這些軋機機座帶有可被驅動的軋輥，在執行軋制的方向，所述后隨軋機機座位于所述軋機機座的下游位置。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于所述裝置被設計成這樣在工作過程中，以5°到45°-優選為10°到25°、更為優選地是15°到25°的角度將金屬錠、板或帶送入到一個或多個后隨的軋機機座中的至少之一中，其中的角度優選為可調的。
9.根據權利要求7或8所述的裝置，其特征在于一個或多個后隨軋機機座中的至少一個軋機機座被設計成這樣其軋輥在工作過程中具有不同的圓周速度，所述軋輥優選為具有不同的直徑和成所述軋輥可能以不同的轉速被驅動。
10.根據權利要求7、8或9所述的裝置，其特征在于一個或多個后隨軋機機座中至少之一的輥隙位于所述軋機機座的輥隙的對稱面之外。
11.根據權利要求7到10中任一項所述的裝置，其特征在于在執行軋制的方向上，支承輥被布置在一個或多個后隨軋機機座的上游位置，以便于對金屬錠、板或帶執行支承和/或引導。
12.根據權利要求1至6中任一項所述的裝置，其特征在于所述裝置的兩側均設置有進給裝置，這些進給裝置用于以5°到45°-優選為10°到25°的角度將金屬錠、板或帶穿入到軋輥之間，且所述進給裝置之間的角度可在0°到45°之間進行調整，所述軋輥可在兩個轉動方向上受到驅動，其中的進給角度是相對于經過軋輥中心軸線的平面的垂線而言的。
13.用于對金屬帶進行加工的裝置，該裝置包括一軋機機座，該軋機機座的兩個可被驅動的軋輥之間具有一定的輥隙，該軋機機座被設計成可將金屬帶在所述軋輥之間進行滾軋，其特征在于所述裝置上設置有一個或多個后隨的、并帶有可被驅動軋輥的軋機機座；所述軋機機座和一個或多個后隨軋機機座被按照一定的方式進行設計，以使得它們的軋輥在工作過程中具有不同的圓周速度，所述圓周速度的差值至少可達5％，至多可達100％。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特征在于所述圓周速度的差值至少為5％、至多50％，優選地是至少5％、至多20％。
15.根據權利要求13或14所述的裝置，其特征在于所述軋機機座和后隨軋機機座的軋輥具有不同的直徑和/或按不同的轉速被驅動。
16.根據權利要求13、14或15所述的裝置，其特征在于一個或多個后隨軋機機座中至少之一的輥隙位于所述軋機機座輥隙對稱面之外。
17.根據權利要求13至16中任一項所述的裝置，其特征在于在執行軋制的方向上，支承輥被布置在后隨的一個或多個軋機機座的上游位置，以便于對所述金屬帶執行支承和/或引導。
18.根據權利要求13至17中任一項所述的裝置，其特征在于在執行軋制的方向上，所述進給裝置被設置在所述軋機機座的上游位置，該進給裝置被設計成以5°到45°-優選為10°到25°、更為優選為15°到25°的角度將所述金屬帶引導到所述軋輥之間，所述進給裝置優選地包括一進給表面或一輥道。
19.利用根據權利要求1至12中任一項所述裝置制得的金屬錠、金屬板或金屬帶，該金屬錠、板或帶的整個厚度范圍內都具有均勻一致的剪切效果。
20.利用根據權利要求13至18中任一項所述裝置制得的金屬帶，該金屬帶的整個厚度范圍內都具有均勻一致的剪切效果。
21.根據權利要求19或20所述的金屬錠、板或帶，其中的金屬為鋁、鋼、不銹鋼、銅、鎂、鈦、或這些金屬合金之一。
全文摘要
本發明公開了一種用于對金屬錠、金屬板或金屬帶進行加工的裝置，該裝置包括一軋機機座，該軋機機座的兩個可被驅動的軋輥之間具有一定的輥隙，該軋機機座被設計成可將金屬錠、金屬板或金屬帶在軋輥之間進行滾軋。根據本發明的第一方面，裝置上設置有進給裝置，該進給裝置被設計成以5°到45°的角度將金屬錠、金屬板或金屬帶引導到軋輥之間，其中的角度是相對于經過軋輥中心軸線的平面的垂線而言的。根據本發明的第二方面，裝置上設置有一個或多個后隨的、并帶有可被驅動軋輥的軋機機座；前導軋機機座和一個或多個后隨軋機機座被按照一定的方式進行設計，以使得它們的軋輥在工作過程中具有不同的圓周速度，圓周速度的差值至少可達5％，至多可達100％。
文檔編號B21B3/02GK1635935SQ02819080
公開日2005年7月6日 申請日期2002年8月16日 優先權日2001年8月24日
發明者門諾·R·范德溫登, 萊昂納德斯·J·M·雅各布斯 申請人:科魯斯技術有限公司