專利名稱：一種制備高強韌、高成形性鎂合金薄板帶卷用的軋制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鎂合金軋制成形，特別涉及鎂合金帶卷坯的薄帶卷軋制裝置。
背景技術：
鎂合金薄板帶卷軋制變形屬于鎂合金深加工行業，是國家支持的新材料產業和鼓勵發展項目。高性能軋制鎂合金板帶是直接制作或經成型加工成具有導電、散熱、減震、防噪、節能、輕量化等多種功能的精密結構零件的主要材料，主要用于生產電子信息產品(如計算機、通訊、消費電子產品等)殼體、汽車電子外殼、框架、儀表板，家電以及軍工產品等。 與目前常用的鎂合金擠壓與壓鑄等成型工藝相比，軋制變形鎂合金由于晶粒細化等強化機制，使材料具備更高的強度、更好的塑韌性及多樣化的力學性能，可以滿足更多結構件的成形需求，生產效率高而且成本很低，綜合優勢十分明顯。變形鎂合金薄板帶卷的軋制及成形技術屬于國際前沿制造技術。我國有優越的鎂合金資源以及對高性能、高成形性鎂合金帶卷市場的需求，自主研發鎂合金薄板帶卷板生產的核心技術，并將其產業化應用，對于提升我國鎂產業水平、促進我國有色金屬鎂合金產業升級和技術進步具有重要理論和實際意義。鎂合金是目前使用最輕的結構金屬材料，密度大約為1.74g/cm3，是鋼的1/4，鋁的2/3 ；與鋼和鋁合金相比，鎂合金不僅有較高的比強度和比剛度，而且具有優良的散熱性能、電磁屏蔽性能、減震性能和機械加工性能，其產品易回收利用，有望成為21世紀重要的商用輕質結構材料。鎂及鎂合金板帶材產品被廣泛應用于航空、航天、汽車、計算機、通訊、 家電和國防業等領域。中國有豐富的鎂資源，居世界第一位，占世界總儲量的60%以上。同時也是汽車、 摩托車和通訊產品巨大的潛在市場，具有發展鎂合金得天獨厚的條件。但鎂合金的應用還處于初級階段，原鎂產量雖居世界首位，但大多以初級產品出口，鎂合金應用極少，與歐美日等發達國家有著很大差距。傳統的鎂合金產品主要通過鑄造的生產方式獲得(包括傳統鑄造工藝和新型的壓鑄等工藝)。鑄造后鎂合金在后續加工中，可承受的塑性變形量和時變形速度都很低，極易開裂，嚴重影響了鎂合金的工業化生產。因此，目前大多數鎂合金制品采用壓鑄、半固態鑄造方法進行生產，并且由于鎂為密排六方金屬，可滑移系少，塑性變形困難，到面前為止較少采用生產效率高、性能質量好的鍛造、軋制和擠壓等方法加工。由于鑄造法生產的鎂合金晶粒不夠細小，存在成分偏析，不能從根本上解決加工脆性和腐蝕問題，難以制備出性能優良的鎂合金。從理論上分析，變形鎂合金材料由于晶粒得到細化，解決了材料的偏析問題，具有鑄造材料無法替代的優秀性能，因此通過擠壓、鍛造、軋制等工藝生產出的變形鎂合金產品，比鑄造材料具有更高的強度、更好的延展性、更多樣化的力學性能，可以滿足更多結構件的需求。然而，對鎂合金進行常規塑性變形，特別是高效率的薄板帶卷軋制工藝的研究還處于起步階段，形變鎂合金的薄板帶卷(0. 5mm以下)目前還都不能進行大規模生產，沖壓件的批量化生產也還很困難，因而很難將變形鎂合金的優良性能得到廣泛的應用。制約形變鎂合金廣泛應用的主要原因是其較差的室溫成型性。鎂合金雖可容易地進行熱擠壓和厚板的熱軋，但0. 5mm以下的薄板帶卷的軋制成材率卻很低，更難得到滿意的深沖性能，原因是鎂是密排六方結構金屬，特別是其軸比c/a=l. 624，接近理想的軸比c/ a=l. 63。使得大部分鎂合金材料一般只能通過基面滑移和孿晶進行塑性變形，獨立滑移系少，難以像低軸比的六方金屬Ti、^ 那樣，通過柱面、棱面共同滑移而展示良好的塑性。所以大多數鎂合金產品只能通過鑄造及熱擠壓生產的。此外，國內鎂合金板帶生產方式限制了生產率和產品性能穩定性。如果能在較大程度上改善鎂合金的塑性變形能力，特別是深沖性，則會從根本上改變我國廉價出口原鎂而過渡損失資源的不利局面。生產鎂合金薄板帶材，則可用來直接制作或經成型加工制作成具有導電，散熱，減震，防噪，節能等多種功能的精密結構零件。這些零件在汽車、家電、通訊、電子信息，體育器材，機器人、國防等部門有廣泛的應用前景。由于變形鎂合金的優良性能，研制與開發變形鎂合金產品，生產高質量的板帶 (卷)材產品以及后續沖壓產品和具有耐蝕抗磨表面的產品，制定變形鎂合金生產的新工藝是國際鎂協會提出的開發鎂合金產品的一項長遠目標，對鎂合金產品獲得更廣泛的應用具有重要的意義，也是十分必要的。隨著我國經濟發展，汽車工業、電子產品正在逐步成為我國經濟發展的重要支柱， 由于鎂合金結構件的輕量化、節能、環保特色，在汽車和電子產品中發展鎂合金的使用技術，是走可持續發展道路的關鍵。而達到鎂合金的高效生產和產品的高性能則是鎂合金使用的關鍵。為此進行鎂合金薄板高效制備的理論與工藝研究具有重要的理論和實踐意義。
發明內容本實用新型為解決鎂合金薄板帶卷在軋制時所允許的變形溫度區間小，隨帶卷減薄溫降越來越快，無法保證足夠的軋制溫度，不能連續進行熱/溫軋和薄帶卷的板形、板厚精度不易控制的難點，通過在軋機入口和出口兩側的輥道安裝在線加熱和保溫裝置，使鎂合金薄帶卷軋制時，始終保持所需的均勻變形溫度；通過對軋機前、后卷取機的微張力控制實現成卷生產；機組也采用軋輥恒溫加熱裝置保持輥溫和輥形穩定；由于鎂合金冷作硬化的敏感性很大，矯頑力很高，低溫下很難矯平，本實用新型通過在卷取機前、后分別采用溫矯直和溫拉彎矯裝置，通過張力控制實現板形良好；也通過在軋機前后安裝測厚儀實現板厚自動控制，保證薄帶的厚度精度；軋機采用工作輥單獨傳動的異步軋制技術，有利于鎂合金變形軋薄和晶粒細化，提高帶材的組織性能；機組也采用專有的潤滑技術提高帶材的表面質量；從而實現0. 2mm帶卷的板形、厚度、表面質量和組織性能良好的高強韌、高成形性鎂合金薄板帶卷的軋制生產工藝，滿足大批量生產和擴大鎂合金應用的需求。一種制備高強韌、高成形性鎂合金薄板帶卷用的軋制裝置，包括開卷機1、直頭機 2、導向夾送輥3、第一導向張力輥4、矯直輥5、第一在線加熱裝置6、第一測厚儀7、第一軋輥加熱潤滑裝置8、軋機9、第二軋輥加熱潤滑裝置10、第二測厚儀11、第二在線加熱裝置12、 拉彎矯裝置13、第二導向張力輥14、第一卷取機15、第二卷取機16。開卷機1、直頭機2、導向夾送輥3、第一導向張力輥4、矯直輥5、第一在線加熱裝置6、第一測厚儀7、第一軋輥加熱潤滑裝置8和第二卷取機16在軋機9前端，第二軋輥加熱潤滑裝置10、第二測厚儀11、第二在線加熱裝置12、拉彎矯裝置13、第二導向張力輥14、第一卷取機15在軋機9后端。帶材向前推進，經過導向夾送輥3、進入第一導向張力輥4，再進入矯直機5進行矯直，矯直后進入第一在線加熱裝置6進行帶材的在線加熱，加熱后進入第一測厚儀7進行來料厚度的測量，再經第一軋輥加熱潤滑裝置8，進入主軋機9進行軋制，軋制后經過第二軋輥加熱潤滑裝置10，進入第二測厚儀11進行軋制厚度的測量，再進入第二在線加熱裝置12 加熱，經拉彎矯裝置13矯直和第二導向張力輥14，進入第一卷取機，卷取帶材2-3圈后，機組加熱并升速軋制。軋制到帶尾在開卷機一卷筒上只剩下3-4圈時，機組減速軋制，當帶尾進入第一導向張力輥以前，機組停止軋制。完成第一道次軋制后，隨后軋機9和第一卷取機15進行反向旋轉，開始反向軋制， 同時將第一道次軋制后的帶尾送入第二卷取機16，卷取帶材2-3圈后，機組加熱并升速軋制。帶材在第二卷取機16、軋機9和第一卷取機15間根據設定的工藝溫度和輥縫等工藝參數進行往復軋制，直至軋制到設定的目標厚度。開卷機1位于直頭機2之前，用于同直頭機一起完成帶卷坯的開頭、開卷喂料工序。保證開卷軋制過程中對帶材產生軋制所需的張力、并可進行帶材對中使帶卷寬度中心線與機組中心線保持重合。第一卷取機15、第二卷取機16用于卷取帶材、建立張力進行穩定軋制。在線加熱裝置6和12對軋制的鎂合金帶材進行加熱和保溫，以滿足軋機9軋制所需的溫度區間。在線加熱采用感應加熱裝置，可以根據軋制需求的溫度，通過帶材的厚度、 寬度和運行速度進行實時反饋控制加熱或保溫。軋機9用于將加熱后的帶卷，經過若干道次的軋制，最終軋成所需厚度的帶材。該軋機為工作輥單獨傳動，通過對上下輥速的控制對帶材實現異步軋制，從而達到細化晶粒的目的。機組軋機可以是四輥、六輥或多輥，也可以采用四架或五架連軋機組組成。該軋機可根據不同的帶材寬度、厚度設定不同的彎輥力，并在軋制中調節彎輥力、 并通過軋輥加熱和潤滑裝置8和10等的調節以保證帶材板形良好。同時軋機設有全液壓厚度自動控制系統，通過軋機9前后測厚儀7、11的實測帶材厚度實現厚度的前饋和反饋控制，以達到設定的厚度精度。第一導向張力輥4和第二導向張力輥14，一方面引導帶材轉向、輔助向左右卷取機卷筒喂料和測量帶卷速度，另一方面通過安裝的張力計實現微張力反饋控制，從而保證軋制的順利變形和控制板形良好。為更好實現板形良好，通過軋機前后的矯直機5和拉彎矯裝置13對成品道次實現在線加熱精整，從而消除軋制薄帶造成的板形不良的現象。軋機9通過采用先進的潤滑工藝，保證帶卷表面質量良好。本實用新型的特點是采用在線連續加熱裝置，采用先進的PLC反饋控制系統，可以實現鎂合金板帶卷的連續控溫軋制，在軋制過程中根據來料狀態以及工藝要求對軋材進行加熱或保溫，使之保持在鎂合金變形所需的溫度范圍，具有加熱溫度均勻、加熱效率高和控溫精度高的優點，從而使得軋制過程得以順利的進行；通過異步軋制實現細化晶粒的目的，使材料的綜合力學性能得到提高；通過加熱保溫和溫度反饋控制、厚度自動控制保證薄帶材的厚度精度；通過軋輥預熱保溫系統、工藝潤滑系統，板形控制系統、張力矯直裝置等實現板形和表面質量良好，從而高效率地生產出高質量的極薄帶變形鎂合金帶卷，使軋材的幾何質量以及組織性能滿足使用要求。左右卷取機采用空冷的方式，一方面有利于避免保溫時間過長造成軋制帶材晶粒的長大，有利于提高軋材的性能；另一方面有利于極薄帶的成卷軋制，避免因溫度較高時因張力變化導致斷帶等事故的發生，有利于工藝的順利進行和提高成材率，同時也大大地節省能源。通過導向張力輥的作用實現對軋制的鎂合金帶卷進行微張力測量，配合卷取機與軋機間形成一定的張力，實現對薄帶材的微張力控制，同時又可以和拉彎矯機組配合利用對加熱帶材進行板形控制和處理，從而避免對薄帶卷重新進行加溫拉彎矯來處理由于軋制等原因造成的板形不良的問題，從而也大大節省能耗。
圖1為制備高強韌、高成形性鎂合金薄板帶卷用的軋制裝置示意圖。開卷機1 ；直頭機2 ；導向夾送輥3 ；第一導向張力輥4 ；矯直輥5 ；第一在線加熱裝置6 ；第一測厚儀7 ；第一軋輥加熱潤滑裝置8 ；軋機9 ；第二軋輥加熱潤滑裝置10 ；第2測厚儀11 ；第二在線加熱裝置12 ；拉彎矯裝置13 ；第二導向張力輥14 ；第一卷取機15 ；第二卷取機16。
具體實施方式
將要軋制的帶卷裝入開卷機1，以穿帶速度轉動開卷機，同時和直頭機2 —起完成鎂合金帶卷坯的開頭、開卷、直頭喂料工序。保證開卷軋制過程中對帶材產生軋制所需的張力、并可進行帶材對中使帶卷寬度中心線與機組中心線保持重合。帶材向前推進，經過導向夾送輥3、進入第一導向張力輥4，進入矯直機5進行矯直，進入第一在線加熱裝置6進行帶材的在線加熱，進入第一測厚儀7進行來料厚度的測量，經第一軋輥加熱潤滑裝置8，進入主軋機9進行軋制，軋制后經過第二軋輥加熱潤滑裝 10，經過第二測厚儀11進行軋制厚度的測量，進入第二在線加熱裝置12，經過拉彎矯裝置 13矯直，經過第二導向張力輥14，進入第一卷取機，卷取帶材2-3圈后，機組加熱并升速軋制。軋制到帶尾在開卷機一卷筒上只剩下3-4圈時，機組減速軋制，當帶尾進入第一導向張力輥以前，機組停止軋制。完成第一道次軋制后，隨后軋機9和第一卷取機15進行反向旋轉，開始反向軋制， 同時將第一道次軋制后的帶尾送入第二卷取機16，卷取帶材2-3圈后，機組加熱并升速軋制。帶材在第二卷取機16、軋機9和第一卷取機15間根據設定的工藝溫度和輥縫等工藝參數進行往復軋制，直至軋制到設定的目標厚度，完成整個軋制過程后，將帶卷從第一卷取機 (或第二卷取機)上取下，開始下一帶卷的軋制。在整個軋制過程中，根據帶卷的軋制速度、帶材厚度和寬度進行等溫加熱，根據帶材的厚度進行微張力控制，根據測厚儀的實測值進行厚度前饋和反饋控制；根據軋制帶材的板形對軋輥溫度和潤滑、矯直機和拉彎矯機組進行控制，實現板厚、板形和表面質量良好。根據軋制厚度、溫度等工況通過控制上下輥的速度對軋材進行異步軋制，從而有利于帶材減薄和晶粒細化，從而提高軋材的綜合力學性能。
權利要求1. 一種制備高強韌、高成形性鎂合金薄板帶卷用的軋制裝置，其特征包括開卷機 (1)、直頭機( 、導向夾送輥C3)、第一導向張力輥(4)、矯直輥( 、第一在線加熱裝置(6)、 第一測厚儀(7)、第一軋輥加熱潤滑裝置(8)、軋機(9)、第二軋輥加熱潤滑裝置(10)、第二測厚儀(11)、第二在線加熱裝置(1 、拉彎矯裝置(1 、第二導向張力輥(14)、第一卷取機 (15)和第二卷取機(16)；開卷機⑴、直頭機⑵、導向夾送輥(3)、第一導向張力輥⑷、矯直輥(5)、第一在線加熱裝置(6)、第一測厚儀(7)、第一軋輥加熱潤滑裝置(8)和第二卷取機(16)在軋機(9)前端；第二軋輥加熱潤滑裝置(10)、第二測厚儀(11)、第二在線加熱裝置(12)、拉彎矯裝置(13)、第二導向張力輥(14)和第一卷取機(1 在軋機(9)后端；帶材向前推進，經過導向夾送輥(3)、進入第一導向張力輥G)，再進入矯直機( 進行矯直，矯直后進入第一在線加熱裝置(6)進行帶材的在線加熱，加熱后進入第一測厚儀(7) 進行來料厚度的測量，再經第一軋輥加熱潤滑裝置(8)，進入主軋機(9)進行軋制，軋制后經過第二軋輥加熱潤滑裝置(10)，進入第二測厚儀(11)進行軋制厚度的測量，再進入第二在線加熱裝置(1 加熱，經拉彎矯裝置(1 矯直和第二導向張力輥(14)，進入第一卷取機，卷取帶材2-3圈后，機組加熱并升速軋制；軋制到帶尾在開卷機一卷筒上只剩下3-4圈時，機組減速軋制，當帶尾進入第一導向張力輥以前，機組停止軋制；完成第一道次軋制后，隨后軋機(9)和第一卷取機(15)進行反向旋轉，開始反向軋制， 同時將第一道次軋制后的帶尾送入第二卷取機(16)，卷取帶材2-3圈后，機組加熱并升速軋制；帶材在第二卷取機(16)、軋機(9)和第一卷取機(1 間根據設定的工藝溫度和輥縫等工藝參數進行往復軋制，直至軋制到設定的目標厚度。
專利摘要一種制備高強韌、高成形性鎂合金薄板帶卷用的軋制裝置，屬于金屬材料軋制領域。本實用新型由軋機、開卷機、左右卷取機、軋機前后在線加熱保溫裝置、矯直機、拉彎矯機、測厚裝置、轉向張力輥、導向輥、軋輥加熱和潤滑裝置等組成。本實用新型采用在線連續加熱裝置和先進的PLC反饋控制系統，實現了鎂合金板帶卷的連續控溫軋制。本實用新型具有加熱溫度均勻、加熱效率高和控溫精度高的優點，通過軋輥預熱保溫系統、工藝潤滑系統，板形控制系統、張力矯直裝置等高效率地生產出高質量的極薄帶變形鎂合金帶卷，使軋材的幾何質量以及組織性能滿足使用要求。
文檔編號B21B38/06GK202162205SQ20112014889
公開日2012年3月14日 申請日期2011年5月11日 優先權日2011年5月11日
發明者劉華強, 唐荻, 童品俊, 米振莉, 胡水平 申請人:北京科技大學