一種高延展性鎂合金板材快速加工方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了高延展性鎂合金板材快速加工方法，設置能夠移動的工作臺，坯料被固定在工作臺上隨同移動；設置在在工作臺的旁邊的右側刀具和左側刀具，輪流切割坯料；每次都獲得切割厚度一定的連續切割板料，切割所得的切割板料沿弧形導料通道滑動，板料受到弧形導料通道的彎折作用，彎折后的板料自動進入設置在弧形導料通道后面的熱軋機進行軋制。本發明將鎂合金切割技術與鎂合金板材彎折、軋制成形細化晶粒結合在一起,在升降工作臺的鎂合金坯料在切割作用下，初步獲得鎂合金板材，板材在導料通道的作用下，受到彎折力作用，并連續軋制，在鎂合金板材成形的同時鎂合金晶粒達到細化、改善板料織構的作用。本發明投資少，污染少，生產成本低。
【專利說明】一種高延展性鎂合金板材快速加工方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種有色金屬塑性成形加工技術，高強韌性高延展性鎂合金或其它合金細晶材料的制備和板材的生產；尤其涉及一種高延展性鎂合金板材快速加工方法及裝置。
[0002]
【背景技術】
[0003]鎂合金是目前實際應用中最輕的金屬結構材料，具有密度小，強度高，阻尼性、切削加工性和鑄造性能好，優良的減振性、電磁屏蔽性以及易回收利用等一系列優點，被稱為“21世紀的綠色材料”。因此，越來越多的鎂合金產品已被用于汽車、通訊和航天、電子工業中。但是，作為一種新興材料，鎂的現有使用狀況遠遠沒有充分發揮它的潛在優勢，鎂合金在實際工業應用方面的發展遠不及鋁合金和鋼鐵工業，其規模只有鋁業的1/50，鋼鐵工業的 1/160。
[0004]但是，由于鎂合金的密排六方結構使得它的塑性成形能力差，并且鎂合金的強度低，抗腐蝕性能差，在一定的程度上限制了鎂合金的廣泛應用，鎂合金薄板用于制造汽車車體組件之外板(如車門、罩蓋、護板、頂板等)，可大大減輕質量。軋制工藝流程如下:鑄錠銑面一鑄錠均勻化一加熱一開坯一板坯剪切一板坯加熱一粗軋一酸洗一加熱一中軋一中斷或下料一加熱一精軋一產品退火一精整一氧化上色一涂油包裝。鎂合金板材的軋制采用熱軋方式，必要時進行中間退火。并采用多道次、小壓下量工藝進行軋制。影響鎂合金軋制成形的因素主要有:溫度的下降快，軋制過程中的加工硬化，基面織構，退火熱處理等，鎂合金的塑性較差，在變形量較大的軋制工藝中，軋制應分幾個道次完成，每道次的壓下量應控制在一定的范圍內，若一次變形量過大則會發生嚴重的裂邊，甚至無法軋制成形。軋制溫度過低時，鎂合金板材易產生高的應力集中，從而導致孿晶形核和切變變形；而軋制溫度過高時，晶粒容易長大而使板材的熱脆傾向增大。
[0005]鎂合金板材的高延展性對金屬材料的塑性加工具有重要意義，可提高加工效率和二次成形性能，是鎂合金塑性加工制品低成本加工的基礎。目前，通過細化晶粒來改善其微觀組織是一種有效的提高鎂合金材料成形能力的方法。本專利以加快鎂合金板材的速度，改善鎂合金微觀組織和織構，提高鎂合金塑性成形能力為目標，通過該方法可實現鎂合金板料的微觀組織結構與織構的控制，以及板料的快速加工成形，可利用坯料被切割產生的熱量進行軋制，可節約能源，對于發展低成本高效的輕合金加工新技術具有重要的意義。
[0006]
【發明內容】
[0007]針對現有鎂合金軋制技術的不足，本發明的主要目的在于加快加工成形速度，細化鎂合金微觀組織，并提高力學性能，節約能源，提供一種高性能鎂合金或其它輕合金板材快速加工方法及裝置。[0008]一種高延展性鎂合金板材快速加工方法，其特征在于包括如下步驟:
(1)設置能夠上、下移動和左、右移動的工作臺，鎂合金坯料被固定在工作臺上；在工作臺的旁邊，分別設置有位置固定或可移動的右側刀具，以及位置可移動或固定的左側刀具，右側刀具靠著坯料的右側面；在右側刀具的旁邊，配合設置有弧形導料通道；
(2)根據工藝要求，將鎂合金坯料放置在工作臺上，上、下移動工作臺或右側刀具，使鎂合金坯料的右上表面與右側刀具切削刃口的垂直距離發生變化，以根據工藝要求調整右側刀具對坯料的切割厚度d，d的范圍為5-100mm;坯料隨同工作臺向右以速度V移動，v為
0.2-lOm/s，被右側刀具切割，切割所得的切割板料沿弧形導料通道滑動，板料受到弧形導料通道的彎折作用，彎折后的板料自動進入設置在弧形導料通道后面的熱軋機，通過熱軋機的大軋輥和小軋輥，進行軋制；
在右側刀具切割加工時，左側刀具既可以以速度V向右運動，V為0.2-10 m/s，也可以固定不動；
(3)當右側刀具固定，固定在工作臺上坯料與工作臺一起向右運動，這樣右側刀具從右向左切割鎂合金坯料，距坯料的左側端面還有長度d的位置時，工作臺停止向右運動，右側刀具停止切割加工；調整左側刀具的位置，使其可以對坯料左端進行切割加工，調整好左側刀具位置使得切割厚度為dl，然后將其位置固定；
(4)上、下移動工作臺或左側刀具，使鎂合金坯料的左上表面與左側刀具切削刃口的垂直距離發生變化，以根據工藝要求調整左側刀具對坯料的切割厚度dl，dl為5-100mm ;然后工作臺帶著坯料向左以速度V移動，V為0.2-10m/s ；
左側刀具從左向右切割鎂合金坯料，距坯料的右側端面還有長度dl的位置時，dl為
5-100mm，停止切割，并調整左側刀具位置；右側刀具的切割厚度d，與左側刀具的切割厚度dl可以相等，也可以不相等；
(5 )然后，繼續步驟(2 )使右側刀具以速度V切割坯料；然后，繼續步驟(4)使左側刀具切割坯料，反復多次輪流切割，每次都獲得切割厚度一定的連續切割板料，并對切割板料連續軋制，直至滿足工藝要求，得到符合工藝要求的鎂合金板料。
[0009]進一步的特征是:軋制時，開啟直徑為200-1000mm大軋輥和直徑為10-200mm小軋棍，大軋棍中上軋棍的旋轉速度是30-90rpm/min,下軋棍的旋轉速度是20-80rpm/min ；
軋制后得到0.3-50mm厚度的鎂合金板材。
[0010]在將鎂合金坯料放置在工作臺上之前，鎂合金坯料預先加熱到100°C -300°C。
[0011]一種高延展性鎂合金板材快速加工方法的裝置，其特征在于:包括刀具架和工作臺，刀具架設置在工作臺上面，右側刀具和左側刀具分別設置在工作臺的左右兩側，工作臺是升降的，支撐并夾持鎂合金坯料，可帶動坯料升降，并帶動鎂合金坯料沿切割方向往復運動；右側刀具設置在刀具架上，弧形導料通道配合設置在右側刀具的切削刃口上，弧形導料通道是具有弧形的一個內部槽口，使切割板料在切割力作用下自動通過；熱軋裝置設置在弧形導料通道后面，具有若干熱軋機大軋輥和熱軋機小軋輥，熱軋機大軋輥和熱軋機小軋輥都包括成對設置的熱軋機上輥與熱軋機下輥，相互配合設置，切割板料通過熱軋機上輥與熱軋機下輥之間的間隙被軋制。
[0012]本發明鎂合金板材加工方法，其主要是將鎂合金錠放在工作臺上，用放置在坯料兩端的刀具對坯料進行切割，切割的厚度為5-100mm，刀具的傾斜角度在5° -15°之間，調整刀具的傾斜角度、優化導料板的傾角可以控制微觀組織的細化程度；坯料左右運動速度為0.2-lOm/s，切割的板料沿導料板滑自動滑到熱軋機的入口，調整導料板傾角可以控制鎂合金板料的彎折，并控制微觀組織的細化程度；同時開啟直徑為50-1000mm大軋輥和直徑為10-200mm小軋輥。
[0013]相對于現有技術，本發明的工藝方法，具有以下有益效果:
1、本專利將鎂合金切割技術與鎂合金板材彎折，軋制成形細化晶粒有機結合在一個工藝中，該工藝中，根據需要坯料可以被加熱到100°c -300°C或者不預熱，放置在升降工作臺的鎂合金坯料在切割作用下，初步獲得鎂合金板材，板材在導料通道的作用下，受到彎折力作用，并送入軋機，采用切割熱進行連續軋制，在鎂合金板材成形的同時鎂合金晶粒達到細化，導料通道在導料的同時有改善板料織構的作用。
[0014]2、為高性能鎂合金板料的加工生產提供一種簡單、效率高、連續生產、節能、性能高、使用方便、應用廣泛、適用的材料廣泛的方法。
[0015]3、可以連續完成了鎂合金切割、彎折、軋制等工序，相比現有的軋制工藝提高了效率，節約了能源，提高了鑄坯質量，細化了微觀組織。設備簡單集中，投資少，污染少，占地面積小，建造速度快，生產成本低。設備結構與工藝很容易在工業上應用，可連續穩定進行生產，簡化生產工藝，縮短生產周期，使生產效率大大提高，便于自動控制實現自動化。
[0016]4、延展性鎂合金板材快速加工方法是鎂合金軋制技術的進一步發展，將鎂合金切割與軋制技術合為一體。國際上尚未見到采用該技術進行鎂合金板材制備的報道，也未相關發明專利。
[0017]5、在本技術和裝置中，鎂合金軋制直接全部或部分采用切割階段產生的熱量，大大節約能源。
[0018]6、本裝置生產的鎂合金材料強塑性好，提供的制備工藝簡單，顯著降低產品成本的同時具有環境友好特征，應用前景廣闊。
總之:本發明操作簡單，生產的鎂合金板材性能優異、延展性好、各向異性低、腐蝕性能好，性能優異，板型良好，設備簡單集中，投資少，污染少，占地面積小，建造速度快，生產成本低。
[0019]【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明裝置示意圖；
圖2是圖1的局部圖；
圖3是右側刀具與弧形導料通道位置關系示意圖；
圖4是本發明右側刀具開始加工時的截面圖；
圖5是本發明右側刀具結束加工、左側刀具開始加工時的截面圖；
圖6是右側刀具準備再次切割，左側刀具退回原位置示意圖。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]本發明高延展性鎂合金板材快速加工方法，其特征在于包括如下步驟: 1、設置能夠上、下移動和左、右移動的工作臺；在工作臺的旁邊，分別設置有右側刀具和左側刀具，在右側刀具或左側刀具的旁邊(具體設置在其上方)，設置有弧形導料通道；
為了描述方便，右側刀具設置在工作臺的右側，是固定式(不隨工作臺移動，可以手動小范圍調整其位置并鎖定)或者可移動式，左側刀具是移動式或固定式，可以一定速度移動或手動調整其左右、上下的位置，并在需要時固定(鎖定)其位置；弧形導料通道與右側刀具緊挨著設置，具體在右側刀具切削刃口的上方；
2、將鎂合金坯料放置在工作臺上，夾持、固定，坯料與工作臺之間無相對運動；上、下移動工作臺或右側刀具，使鎂合金坯料的上端面與右側刀具切削刃口的垂直距離發生變化，以根據工藝要求調整右側刀具對坯料的切割厚度d;坯料隨同工作臺向右移動，被設置在右側的右側刀具切割，切割形成的切割板料沿弧形導料通道滑動(刀具的切削產生的作用力)，板料受到弧形導料通道的彎折作用，彎折后的板料自動進入設置在弧形導料通道后面的熱軋機入口，軋制開始；
切割的厚度d為5-100mm，刀具與水平方向的夾角(前角)的角度在5° -15°之間，鎂合金坯料左、右運動速度為0.02-2m/s ；
軋制時，開啟直徑為50-1000mm大軋輥和直徑為30_200mm小軋輥，大軋輥中上軋輥的旋轉速度是30-90rpm/min,下軋棍的旋轉速度是20_80rpm/min ；
在右側刀具切割時，左側刀具既可以同時以速度V向右運動，V為0.2-10m/s，也可以不跟隨移動，手動調整其位置并固定；
在將鎂合金坯料放置在工作臺上之前，可以將鎂合金坯料預先加熱到100°C -300°C,以滿足多種鎂合金坯料加工工藝需要。
[0023]3、右側刀具從右向左切割鎂合金坯料，距坯料的左側端面還有長度d的位置時，停止切割；此時，右側刀具距坯料的該層被割斷還有長度d的距離，即右側刀具距坯料的左側端面還有長度d的距離，工作臺停止向右移動；
4、上、下移動工作臺或左側刀具，使鎂合金坯料經第一次切削后的上端面與左側刀具切削刃口的距離發生變化，以根據工藝要求調整左側刀具的切削刃口對坯料的切割厚度dl ;坯料隨同工作臺向左移動，被左側刀具切割；左側刀具切割的切割板料沿弧形導料通道進入熱軋機入口，繼續軋制；
右側刀具的切割厚度d與左側具的切割厚度dl可以完全相同，也可以有差別，以滿足不同加工工藝的需要。
[0024]5、左側刀具從左向右切割鎂合金坯料，距坯料的右側端面還有長度dl的位置時，停止切割；此時，左側刀具距坯料的右側(該層的右側)被割斷還有長度dl的位置，即左側刀具距坯料的右側端面還有長度dl的距離，工作臺停止向左移動；
6、然后，繼續步驟2的右側刀具切割坯料，繼續步驟4的左側刀具切割坯料，反復若干次(多次)、輪流切割，每次都獲得切割厚度一定(恒定)的切割板料，而且右側刀具與左側刀具切削的切割板料是連續的，沒有割斷；并對切割板料連續軋制，直至滿足工藝要求，得到高質量的鎂合金板料層。
[0025]用放置在坯料兩端的切割刀具對坯料進行切割，切割的厚度為5-100mm，刀具的傾斜角度在5° -15°之間，坯料左右運動速度為0.02-2m/s，切割的板料沿導料板滑自動滑到熱軋機的入口，同時開啟直徑為50-1000mm大軋輥和直徑為30-200mm小軋輥，大軋輥中上軋棍的旋轉速度是30-90rpm/min,下軋棍的旋轉速度是20-80rpm/min ;經過上述工序，經扎制后，得到0.3-100mm厚度的鎂合金板材。
[0026]如圖1、2所示，本發明高延展性鎂合金板材快速加工方法的裝置，包括刀具架I和工作臺4，刀具架I設置在工作臺4上面，右側刀具2設置在刀具架I上，右側刀具2和左側刀具5分別設置在工作臺4的左右兩側，工作臺4是升降的，支撐并夾持鎂合金坯料3，可帶動坯料升降，并帶動坯料沿切割方向往復運動(左右移動);刀具架I起到安裝刀具和將切割的切割板料導入熱軋機的作用，刀具架由導熱性不好的金屬材料制造而成(如高碳鋼)，以避免切割熱散發；右側刀具2和左側刀具5的一個固定設置，另一個是可移動式設置；或者兩個都可移動式設置；刀具架位置固定，弧形導料通道11配合設置在右側刀具2的切削刃口上，可根據切割薄板的初始織構調整導料板以及弧形導料通道的結構，從而達到細化鎂合金組織，優化基面織構的目的。弧形導料通道11是具有弧形的一個內部槽口，具有適當的幾何尺寸，使切割板料在切削力作用下自動通過，進入下面的熱軋裝置，進行熱軋處理。
[0027]弧形導料通道的高度和寬度比切割板料的厚度要大50-100mm左右，方便切割板料在弧形導料通道內自由滑動。
[0028]左側刀具，可調整并移動其位置，也可以固定其位置，起和右側刀具反方向切割的作用，右側刀具2切割第一層，左側刀具5切割第二層，第一層和第二層的切割厚度可以是相同的(同城情況下應是相等的)，根據工藝要求調整具體的切割厚度和刀具傾角，左右刀具傾角大小一樣，刀具材料為硬質合金鋼。
[0029]熱軋裝置設置在弧形導料通道11后面，具有若干熱軋機大軋輥和熱軋機小軋輥，熱軋機大軋輥和熱軋機小軋輥都包括成對設置的熱軋機上輥6與熱軋機下輥7，相互配合設置，可根據實際情況增加多組熱軋機大軋輥和熱軋機小軋輥，采用多組熱軋機上輥6和熱軋機下輥7。被右側刀具2、左側刀具5切割后形成的連續的切割板料8通過熱軋機上輥6與熱軋機下輥7之間的間隙被熱軋，得到厚度合適的、高質量的鎂合金板料。調整熱軋機上輥6與熱軋機下輥7之間的間隙，獲得多種軋制厚度的鎂合金板料。
[0030]本發明的主要工作過程簡介如下:鎂合金坯料3在工作臺4上下運動的作用下，調節右側刀具2的切割厚度d ;隨后工作臺4在上下方向靜止；隨后坯料3在工作臺4向右運動的作用下，被右側刀具2切割；切割的坯料沿弧形導料通道進入熱軋機入口，軋制開始；當右側刀具2切割到坯料的左端距板料被割斷還有長度d的位置(確保板料是連續的，沒有被割斷)時，工作臺4停止移動，右側刀具2停止切割；此時，移動左側刀具5以調整相對于坯料3的位置(水平方向的位置)，坯料3在工作臺4上下運動作用或上下移動左側刀具5下使得左側刀具5的切割厚度為dl (豎直方向的位置)；隨后工作臺4在上下方向靜止；坯料3在工作臺4向左運動的作用下被左側刀具5切割；當左側刀具5切割到坯料的右端距板料被割斷還有長度dl的位置時，工作臺4停止移動，左側刀具5停止切割；調整右側刀具2的位置，或者此時右側刀具2正好位于坯料3的右側切割位置，只需要調整工作臺4在豎直方向的位置，以滿足切割厚度d的要求。這種往復來回切割持續進行，熱軋持續進行，得到高質量的鎂合金板料。
[0031]如圖4所示的本發明的加工工作過程右側刀具開始加工時的截面圖，右側刀具2的切削厚度為d，右側刀具2固定不動，工作臺4按速度V向右運動，坯料3被固定的右側刀具2切割，切割得到的板料在導流板的作用下，導入熱軋機入口，在軋機的軋制下板料開始逐步減薄。根據對薄板的要求可以適當增加熱軋機的數目。
[0032]圖5是本發明右側刀具結束加工、左側刀具開始加工時的截面圖；當右側刀具2切割到距離坯料3左側端面還有d距離時，調整左側刀具5的水平位置并固定，升降工作臺調整左側刀具切割厚度為dl (距離右側刀具2的切削面再往下一個距離dl)，隨后工作臺4帶著坯料3向左運動，坯料被左側刀具5切割，直到左側刀具5切割到離坯料右端端面距離dl為止，工作臺4停止向左運動；左側刀具5切割得到的板料與前一次右側刀具2切割得到的板料是連續的，且連續通過弧形導料通道11進入熱軋機入口，被軋機軋制。
[0033]如圖6是右側刀具準備再次切割，左側刀具退回原位置示意圖，左側刀具5切割到離坯料3右端端面距離dl后，左側刀具5開始退刀，直到退到坯料的最左端，工作臺4開始上升以調整右側刀具2與坯料3上表面的距離，使得右側刀具2開始對坯料以d的厚度進行切割，開始下一個切割行程；如此循環切割加工，得到連續軋制的鎂合金板料。
[0034]最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種高延展性鎂合金板材快速加工方法，其特征在于包括如下步驟： (1)設置能夠上、下移動和左、右移動的工作臺，鎂合金坯料被固定在工作臺上；在工作臺的旁邊，分別設置有位置固定或可移動的右側刀具，以及位置可移動或固定的左側刀具，右側刀具靠著坯料的右側面；在右側刀具的旁邊，配合設置有弧形導料通道； (2)根據工藝要求，將鎂合金坯料放置在工作臺上，上、下移動工作臺或右側刀具，使鎂合金坯料的右上表面與右側刀具切削刃口的垂直距離發生變化，以根據工藝要求調整右側刀具對坯料的切割厚度d，d的范圍為5-100mm;坯料隨同工作臺向右以速度V移動，v為.O.2-lOm/s，被右側刀具切割，切割所得的切割板料沿弧形導料通道滑動，板料受到弧形導料通道的彎折作用，彎折后的板料自動進入設置在弧形導料通道后面的熱軋機，通過熱軋機的大軋輥和小軋輥，進行軋制； 在右側刀具切割加工時，左側刀具既可以以速度V向右運動，V為O. 2-10 m/s，也可以固定不動； (3)當右側刀具固定，固定在工作臺上坯料與工作臺一起向右運動，這樣右側刀具從右向左切割鎂合金坯料，距坯料的左側端面還有長度d的位置時，工作臺停止向右運動，右側刀具停止切割加工；調整左側刀具的位置，使其可以對坯料左端進行切割加工，調整好左側刀具位置使得切割厚度為dl，然后將其位置固定； (4)上、下移動工作臺或左側刀具，使鎂合金坯料的左上表面與左側刀具切削刃口的垂直距離發生變化，以根據工藝要求調整左側刀具對坯料的切割厚度dl，dl為5-100mm ;然后工作臺帶著坯料向左以速度V移動，V為O. 2-10m/s ； 左側刀具從左向右切割鎂合金坯料，距坯料的右側端面還有長度dl的位置時，dl為.5-100mm，停止切割，并調整左側刀具位置；右側刀具的切割厚度d，與左側刀具的切割厚度dl可以相等，也可以不相等； (5 )然后，繼續步驟（2 )使右側刀具以速度V切割坯料；然后，繼續步驟（4)使左側刀具切割坯料，反復多次輪流切割，每次都獲得切割厚度一定的連續切割板料，并對切割板料連續軋制，直至滿足工藝要求，得到符合工藝要求的鎂合金板料。
2.根據權利要求1所述高延展性鎂合金板材快速加工方法，其特征在于： 軋制時，開啟直徑為200-1000mm大軋輥和直徑為10_200mm小軋輥，大軋輥中上軋輥的旋轉速度是30-90rpm/min,下軋棍的旋轉速度是20_80rpm/min ； 根據權利要求1或2所述高延展性鎂合金板材快速加工方法，其特征在于：軋制后，得到O. 3-50mm厚度的鎂合金板材。
3.根據權利要求1或2所述高延展性鎂合金板材快速加工方法，其特征在于：在將鎂合金坯料放置在工作臺上之前，鎂合金坯料預先加熱到100°c -300°c。
4.一種高延展性鎂合金板材快速加工方法的裝置，其特征在于：包括刀具架（I)和工作臺（4)，刀具架（I)設置在工作臺（4)上面，右側刀具（2)和左側刀具（5)分別設置在工作臺（4)的左右兩側，工作臺（4)是升降的，支撐并夾持鎂合金坯料（3)，可帶動坯料升降，并帶動鎂合金坯料（3)沿切割方向往復運動；右側刀具（2)設置在刀具架（I)上，弧形導料通道（11)配合設置在右側刀具（2)的切削刃口上，弧形導料通道（11)是具有弧形的一個內部槽口，使切割板料在切割力作用下自動通過；熱軋裝置設置在弧形導料通道（11)后面，具有若干熱軋機大軋輥和熱軋機小軋輥，熱軋機大軋輥和熱軋機小軋輥都包括成對設置的熱軋機上輥（6)與熱軋機下輥（7)，相互配合設置，切割板料通過熱軋機上輥（6)與熱軋機下輥（7)之間的間隙 被軋制。
【文檔編號】B21C37/02GK103706663SQ201310742901
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】胡紅軍 申請人:重慶理工大學