一种拉轧成形方法及装置制造方法
【专利摘要】一种拉轧成形方法及装置，属于金属塑性加工【技术领域】。其特征是，拉轧成形装置由进料机构（2）、加热器（3）、轧制机构（4）组成；将金属坯料（1）依次通过进料机构（2）、加热器（3）和轧制机构（4），通过控制轧制速度Vo与送进速度Vi之比（其中1<Vo/Vi<3.5）、加热温度以及轧制压下量，实现金属坯料（1）的单道次大变形量塑性成形，获得高质量的金属制品（5）。本发明的优点是，可以实现金属材料（特别是难加工金属材料）短流程、单道次大变形量、尺寸波动范围小、板带材制品宽度可控、高效率、近终形、节能降耗、低成本的塑性成形，可以用于高质量金属材料（特别是难加工金属材料）板带材、棒线材、管材和型材等的生产。
【专利说明】一种拉轧成形方法及装置
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于金属塑性加工【技术领域】，具体涉及一种拉轧成形方法及装置，特别适用于难加工金属材料的塑性成形。
技术背景
[0003]钨及其合金、钛合金、镍钛形状记忆合金、不锈钢、高硅钢、高工钢、高温合金和金属复合材料等金属材料性能优异，在国民经济和国防建设中具有广泛而重要的用途。但是，该类金属材料属于典型的难加工金属材料，塑性加工性能较差，采用冷加工方法(如冷轧、冷拉等)一般难以成形，通常都采用热加工(或温加工)方法进行生产。热轧(或温轧)是目前难加工金属材料生产中最常用的热加工(或温加工)方法之一。相对冷轧而言，采用热轧(或温轧)成形难加工金属材料可以改善难加工金属材料的塑性加工性能，在一定程度上提高其变形量和成材率，常用于难加工金属材料的板带材、棒线材、管材以及型材的生产；但是，难加工金属材料的热轧(或温加工)成形存在着道次变形量不够大、轧制道次多、工艺流程长、成材率仍然偏低、金属消耗大、能源浪费严重、轧辊损耗大、生产成本高，产品规格、品种以及质量和性能难以满足使用要求等问题。同时，由于世界环境污染、资源与能源短缺等问题的日益加剧，对现代金属材料成形加工行业提出了加快向短流程、近终形、高效率、低成本、低能耗方向发展的迫切要求[谢建新.难加工金属材料短流程高效制备加工技术研究进展[J].中国材料进展 ，2010，29 (11):1-7]。
[0004]因此，开发短流程、道次变形量大、尺寸波动范围小、高效率、近终形、节能降耗、低成本的材料塑性加工新方法及新装置，推动难加工金属材料的塑性成形，具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0005]本发明是将金属材料在高温拉伸情况下容易发生大变形(单道次最大变形量可以超过65%)的原理引入轧制技术中，与传统轧制技术有机集成而提出来的。在金属材料进入轧制机构之前安装一个加热器，实现对金属材料的在线加热；在金属材料进入加热器之前安装一个进料机构，通过进料机构实现对金属材料送进速度的控制；当金属材料被加热器加热后，通过进料机构的送进速度和轧制机构的轧制速度之间的速度差造成的拉力，实现金属材料在加热器和轧制机构之间发生高温大变形量拉伸变形；拉伸变形后的金属材料紧接着带着余热进入轧制机构进行较大变形量的热轧(或温轧)变形，获得所需形状尺寸和组织性能的金属制品。进料机构只起到连续送进金属材料的作用，不对金属材料施加轧制压力；轧制机构既是金属材料在高温下完成大变形量拉伸变形的主要动力提供机构，又是给金属材料提供轧制压力完成金属材料较大变形量热轧(或温轧)的唯一承担机构。在此基础上开发一种拉轧成形方法及装置，将高温拉伸大变形与热轧(或温轧)的控制形状与控制性能的较大变形量变形有机集成，在一套装置上实现金属材料(尤其是难加工金属材料)的单道次大变形量(单道次最大变形量可以超过95%)成形，解决现有金属材料(特别是难加工金属材料)单纯高温拉伸成形获得的金属制品尺寸波动范围大、板带材制品的宽度必然小于金属原材料的宽度，单纯轧制成形时单道次变形量较小、板带材制品的宽度必然大于金属原材料的宽度，以及所需道次偏多、工艺流程长、成材率偏低、金属消耗大、能源浪费严重、轧辊损耗大、生产成本高，产品规格、品种以及质量和性能难以满足使用要求等问题。
[0006]一种拉轧成形方法，其特征在于，将金属坯料(I)依次通过进料机构(2)、加热器
(3)和轧制机构(4);启动进料机构(2)和轧制机构(4)，使金属坯料(I)预张紧；然后将进料机构(2)的进料速度设为Vi，将轧制机构(4)的初始轧制速度也设为Vi ;打开加热器(3)，对金属坯料(I)进行加热，控制加热温度为金属坯料(I)熔点温度Tm (用绝对温度表示，单位K)的0.4^0.95倍；调整轧制机构(4)的轧制速度和轧制压下量，使轧制速度逐渐增加到Vo ;通过控制轧制速度Vo与送进速度Vi之比(其中l〈Vo/Vi〈3.5)、加热温度以及轧制压下量，实现金属坯料(I)的单道次大变形量塑性成形，单道次最大变形量可以超过95%，获得高质量的金属制品(5)。
[0007]一种拉轧成形装置，其特征在于，由进料机构(2)、加热器(3)、轧制机构(4)组成。金属坯料(I)在进料机构(2)的作用下，以送进速度Vi向前输送；沿着金属坯料(I)前进方向在进料机构(2)后面安装加热器(3)，对金属坯料(I)进行加热；沿着金属坯料(I)前进方向在加热器(3)后面安装轧制机构(4),控制轧制速度Vo大于送进速度Vi,保证金属还料
(I)在加热器(3)和轧制机构(4)之间产生大变形量拉伸变形；紧接着金属坯料(I)在轧制机构(4)中完成控制形状与控制性能的较大变形量变形，实现单道次大变形量塑性成形高质量的金属制品(5)。
[0008]所述的加热器(3 )为感应加热、气体加热、液体加热、电流加热、介电加热或激光加热器中的一种。
[0009]所述的轧制机构(4)可以通入冷却介质对轧辊进行冷却。所述的冷却介质为空气、水、油、惰性气体、氮气、二氧化碳或浆液中的一种。所述的轧辊可以是平辊或孔型辊。
[0010]所述的拉轧成形装置可以安装智能化或自动化在线检测和闭环反馈控制系统，实现智能化或自动化拉轧成形。
[0011]所述的拉轧成形装置可以安装保护气体供给系统，防止拉轧成形过程中金属表面发生氧化。
[0012]本发明的优点在于:
1.拉轧成形方法生产的金属制品尺寸波动范围小、精度高；金属板带材制品的宽度可控，可以小于、等于或大于金属坯料的宽度。
[0013]2.拉轧成形方法应用范围广泛，可以用于各种金属材料的塑性加工，特别有利于难加工金属材料的成形。 [0014]3.拉轧成形方法具有单道次变形量大、流程短、效率高、近终成形、所需成形力小、节能降耗、成材率高、生产成本低等特点。
[0015]4.拉轧成形装置结构简单、灵活性高、通用性强、操作和维修方便、生产效率高、适用范围广、易实现自动控制，在一台装置上就能够方便地批量工业化生产多规格、多品种、表面光洁度好的高质量金属制品。[0016]5.利用拉轧成形方法及装置可以近终成形金属材料(特别是难加工金属材料)的板带材、棒线材、管材和型材等。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的拉轧成形装置配置示意图。其中，(I)为金属坯料，(2)为进料机构，(3)为加热器，(4)为轧制机构，(5)为金属制品。
【具体实施方式】
[0018]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进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，凡是根据本发明技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、变更及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
[0019]结合附图1对本发明的拉轧成形装置具体说明如下:
拉轧成形装置由进料机构(2 )、加热器(3 )、轧制机构(4 )组成。金属坯料(I)在进料机构(2)的作用下，以送进速度Vi向前输送；沿着金属坯料(I)前进方向在进料机构(2)后面安装加热器(3)，对金属坯料(I)进行加热；沿着金属坯料(I)前进方向在加热器(3)后面安装轧制机构(4)，控制轧制速度No大于送进速度Vi，保证金属坯料(I)在加热器(3)和轧制机构(4)之间产生大变形量拉伸变形；紧接着金属坯料(I)在轧制机构(4)中完成控制形状与控制性能的较大变形量变形，实现单道次大变形量塑性成形高质量的金属制品(5)。
[0020]所述的加热器(3 )为感应加热、气体加热、液体加热、电流加热、介电加热或激光加热器中的一种。
[0021]所述的轧制机构(4)可以通入冷却介质对轧辊进行冷却。所述的冷却介质为空气、水、油、惰性气体、氮气、二氧化碳或浆液中的一种。所述的轧辊可以是平辊或孔型辊。
[0022]所述的拉轧成形装置可以安装智能化或自动化在线检测和闭环反馈控制系统，实现智能化或自动化拉轧成形。
[0023]所述的拉轧成形装置可以安装保护气体供给系统，防止拉轧成形过程中金属表面发生氧化。
[0024]实施例1:
将5 X IOmm的纯铜扁坯依次通过进料机构(2)、感应加热器(3)和轧制机构(4);启动进料机构(2)和轧制机构(4)，使纯铜扁坯预张紧；然后将进料机构(2)的进料速度Vi设为0.5mm/s,将轧制机构(4)的初始轧制速度也设为0.5mm/s ;打开加热器(3),对纯铜扁还进行加热，控制加热温度为1073K，即纯铜熔点绝对温度Tm的0.79倍；调整轧制机构(4)，使其轧制速度Vo逐渐增加到0.8mm/s,轧制压下量逐渐增加到2.2mm ;通过控制轧制速度Vo与送进速度Vi之比为1.6，实现纯铜扁坯的单道次大变形量塑性成形，单道次变形量为42%，获得2.9X 10mm、尺寸波动范围±0.06mm、表面光洁度好的高质量纯铜扁材。
[0025]实施例2:
将直径4_的304不锈钢线坯依次通过进料机构(2 )、感应加热器(3 )和轧制机构(4 );启动进料机构(2)和轧制机构(4)，使304不锈钢线坯预张紧；然后将进料机构(2)的进料速度Vi设为0.5mm/s,将轧制机构(4)的初始轧制速度也设为0.5mm/s ;打开加热器(3),对304不锈钢线坯进行加热，控制加热温度为1273K，即304不锈钢熔点绝对温度Tm的
0.75倍；调整轧制机构(4)，使其轧制速度Vo逐渐增加到1.5mm/s,轧制压下量逐渐增加为
3.08mm ;通过控制轧制速度Vo与送进速度Vi之比为3，实现304不锈钢线坯的单道次大变形量塑性成形，单道次变形量为76%，获得1.02X2.96mm、尺寸波动范围±0.05mm、表面光洁度好的高质量304不锈钢扁材。
[0026]实施例3:
将6X6_的304不锈钢扁坯依次通过进料机构(2)、感应加热器(3)和轧制机构(4)；启动进料机构(2)和轧制机构(4)，使304不锈钢扁坯预张紧；然后将进料机构(2)的进料速度Vi设为lmm/s,将轧制机构(4)的初始轧制速度也设为lmm/s ;打开加热器(3),对304不锈钢扁坯进行加热，控制加热温度为1373K，即304不锈钢熔点绝对温度Tm的0.81倍；调整轧制机构(4)，使其轧制速度No逐渐增加到2.5mm/s，轧制压下量逐渐增加为2.48mm ；通过控制轧制速度Vo与送进速度Vi之比为2.5，实现304不锈钢扁坯的单道次大变形量塑性成形，单道次变形量为63%，获得3.62X3.66mm、尺寸波动范围±0.06mm、表面光洁度好的高质量304不锈钢扁材。
[0027]实施例4:
将直径2mm的纯钨线坯依次通过进料机构(2)、感应加热器(3)和轧制机构(4);启动进料机构(2)和轧制机构(4)，使纯钨线坯预张紧；然后将进料机构(2)的进料速度Vi设为0.5mm/s，将轧制机构(4)的初始轧制速度也设为0.5mm/s ;打开加热器(3)，对纯钨线坯进行加热，控制加热温度为1773K，即纯钨熔点绝对温度Tm的0.45倍；调整轧制机构(4)，使其轧制速度Vo逐渐增加到0.7mm/s,轧制压下量逐渐增加为0.9mm ;通过控制轧制速度Vo与送进速度Vi之比为1.4，实现纯钨线坯的单道次大变形量塑性成形，单道次变形量为30%，获得1.20X1.82mm、尺寸波动范围±0.04mm、表面光洁度好的高质量纯钨扁材。
[0028]实施例5:
将直径5_的铜包铝复合线坯依次通过进料机构(2)、感应加热器(3)和轧制机构(4);启动进料机构(2)和轧制机构(4)，使铜包铝复合线坯预张紧；然后将进料机构(2)的进料速度Vi设为lmm/s,将轧制机构(4)的初始轧制速度也设为lmm/s ;打开加热器(3),对铜包铝复合线坯进行加热，控制加热温度为793K，即纯铝熔点绝对温度Tm的0.85倍；调整轧制机构(4)，使其轧制速度No逐渐增加到1.8mm/s，轧制压下量逐渐增加为3.12mm ;通过控制轧制速度Vo与送进速度Vi之比为1.8，实现铜包铝复合线坯的单道次大变形量塑性成形，单道次变形量为50%，获得1.98X 5mm、尺寸波动范围±0.05mm、表面光洁度好的高质量铜包铝复合扁材。
[0029]实施例6:
将直径6_的镍钛形状记忆合金线坯依次通过进料机构(2)、感应加热器(3)和轧制机构(4);启动进料机构(2)和轧制机构(4)，使镍钛形状记忆合金线坯预张紧；然后将进料机构(2)的进料速度Vi设为0.5mm/s，将轧制机构(4)的初始轧制速度也设为0.5mm/s ;打开加热器(3)，对镍钛形状记忆合金线坯进行加热，控制加热温度为943K，即镍钛形状记忆合金熔点绝对温度Tm的0.6倍；调整轧制机构(4)，使其轧制速度Vo逐渐增加到lmm/s，轧制压下量逐渐增加为4_ ;通过控制轧制速度Vo与送进速度Vi之比为2，实现镍钛形状记忆合金线坯的单道次大变形量塑性成形，单道次变形量为59%，获得2.10X5.56mm、尺寸波动范围±0.05_、表面光洁度好的高质量镍钛形状记忆合金扁材。
[0030] 实施例7:
将直径4_的TC4钛合金线坯依次通过进料机构(2)、感应加热器(3)和轧制机构(4);启动进料机构(2)和轧制机构(4)，使TC4钛合金线坯预张紧；然后将进料机构(2)的进料速度Vi设为0.5mm/s，将轧制机构(4)的初始轧制速度也设为0.5mm/s ;打开加热器(3)，对TC4钛合金线坯进行加热，控制加热温度为1273K，即TC4钛合金熔点绝对温度Tm的0.66倍；调整轧制机构(4)，使其轧制速度Vo逐渐增加到0.8mm/s,轧制压下量逐渐增加为1.04mm ;通过控制轧制速度Vo与送进速度Vi之比为1.6，实现TC4钛合金线坯的单道次大变形量塑性成形，单道次变形量为41%，获得直径3.06mm、尺寸波动范围±0.04mm、表面光洁度好的高质量TC4钛合金线材。
【权利要求】
1.一种拉轧成形方法，其特征在于，将金属坯料(I)依次通过进料机构(2)、加热器(3)和轧制机构(4);启动进料机构(2)和轧制机构(4)，使金属坯料(I)预张紧；然后将进料机构(2)的进料速度设为Vi，将轧制机构(4)的初始轧制速度也设为Vi ;打开加热器(3)，对金属坯料(I)进行加热，控制加热温度为金属坯料(I)熔点温度Tm的0.4~0.95倍；调整轧制机构(4)的轧制速度和轧制压下量，使轧制速度逐渐增加到Vo ;通过控制轧制速度Vo与送进速度Vi之比、加热温度以及轧制压下量，实现金属坯料(I)的单道次大变形量塑性成形，单道次最大变形量可以超过95%，获得高质量的金属制品(5);熔点温度Tm用绝对温度表示，单位K ;轧制速度Vo与送进速度Vi之比为l〈Vo/Vi〈3.5。
2.一种如权利要求1所述拉轧成形方法用的拉轧成形装置，其特征在于，拉轧成形装置由进料机构(2 )、加热器(3 )、轧制机构(4)组成；金属坯料(I)在进料机构(2 )的作用下，以送进速度Vi向前输送；沿着金属坯料(I)前进方向在进料机构(2 )后面安装加热器(3 )，对金属坯料(I)进行加热；沿着金属坯料(I)前进方向在加热器(3)后面安装轧制机构(4)，控制轧制速度Vo大于送进速度Vi，保证金属还料(I)在加热器(3)和轧制机构(4)之间产生大变形量拉伸变形；紧接着金属坯料(I)在轧制机构(4)中完成控制形状与控制性能的较大变形量变形，实现单道次大变形量塑性成形高质量的金属制品(5)。
3.如权利要求2所述一种拉轧成形装置，其特征在于，所述的加热器(3)为感应加热、气体加热、液体加热、电流加热、介电加热或激光加热器中的一种。
4.如权利要求2所述一种拉轧成形装置，其特征在于，所述的轧制机构(4)通入冷却介质对轧辊进行冷却 ；所述的冷却介质为空气、水、油、惰性气体、氮气、二氧化碳或浆液中的一种，所述的轧辊是平辊或孔型辊。
5.如权利要求2所述一种拉轧成形装置，其特征在于，拉轧成形装置安装智能化或自动化在线检测和闭环反馈控制系统，实现智能化或自动化拉轧成形。
6.如权利要求2所述一种拉轧成形装置，其特征在于，拉轧成形装置安装保护气体供给系统，防止拉轧成形过程中金属表面发生氧化。
【文档编号】B21B3/00GK103769419SQ201410046861
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月11日 优先权日:2014年2月11日
【发明者】刘雪峰, 李开松, 陈超, 汪汐涌, 谢建新 申请人:北京科技大学