专利名称：将金属材料轧制成金属带的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将金属型材轧制成金属带的方法。
在所有的轧制操作中，带材轧制是最普通的。比起结合在一起的其它轧制操作，使用较多的是带材轧制。传统的制造金属带的工艺局限于小卷材、或需要将卷材端头焊接在一起以获得较大卷材重量。一般而言，制造金属带的工艺操作条件是使来料的厚度和宽度大于所期望的带材。在轧制工艺过程中，根据表面积最大的一侧来确定带材的压下量。为了制造金属带，在整个厚度上进行压下操作。根据来料的几何结构，侧向延展的百分率取决于工作辊的直径和所使用的润滑油的类型。
在将金属棒轧制成金属带的情况下，最终的带材宽度取决于工作辊的直径、润滑油和棒材直径。当前的用于将金属棒加工成金属带的局限因素是较小的延展率(宽度/直径)和控制边缘变化。由于较小的延展率，用棒材制造宽带材的能力由于所需设备的大小而在边缘上变得可行。此外，当棒材的直径增加时，在该工艺中发生的边缘变化量也随之增加。当考虑利用金属棒制造金属带的工艺时，最容易的方法就是直接压下棒材并获得给定的宽度。一般地，用直接压下方法所处理的金属带(也即铜)的宽度具有1.7∶1-1.9∶1的延展率。通过在横越棒材直径的方向上简单地衡量一条直线，并将其乘以1.7就可以得到最终的带材宽度。为了根据给定的棒材直径获得更高的延展比率，必须找到一种会使整个棒材的初始直线长度延长的方法。可根据棒材获得的理论最大宽度是通过衡量整个材料的螺旋弧而获得的。如果棒材是围绕所述弧开卷的，那么对于给定厚度的带材可获得理论最大宽度。虽然该方法能制成最大宽度的带材，但是根本的问题是该工艺禁止使用。
从美国专利4,793,169可以了解到一种连轧机，其中将来自连铸机的薄板通过热轧机能够不间断地加工成带材。在该美国专利4,793,169的一个实施例中，可以轧制具有诸如圆形和椭圆形之类的弯曲剖面的薄板或型材。工作辊具有互补的、发散的工作面，该每个工作面在辊的中点处以狭窄区域开始并发散成横越棒材宽度延伸的较宽区域。当该较宽区域与所述材料接触时，辊缝释放并且轧制材料在后续道次中部分地回弹。辊缝再次闭合并且狭窄区域再次与材料接触从而进行进一步的压平和延展，最终制得带材。虽然该工艺可制造宽带材，但其生产量相对较低，进行这种运作的机构与传统的轧制机相比较复杂。
美国专利4,233,832描述了一种将线材或棒材轧制成较宽的扁平带材的方法和装置。在该方法中，线材或棒材穿过轴偏移的两辊之间。可以是环状的较大外辊，具有平滑的内接触面。较小的内辊具有平滑的外接触面。相对立的平滑表面在最接近的位置具有间隔，其小于供至其间的线材或棒材的直径的1/3。在线材首次接触会聚入口的相对立的平滑接触面的位置、与相对立的表面间的最接近位置之间的距离，优选至少为供至于此的线材或棒材的原始直径的四倍。用这种方式轧制线材或棒材制得较宽的扁平带材，其宽度至少为线材或棒材的原始直径的2.5倍，最终的带材宽度大大超过原始直径的4.0倍。作为美国专利4,233,832的实例提到了将一种标称为纯铅的(pure lead)线材压平成约为1英寸宽的带材，其中所述线材的直径为0.190英寸(4.8mm)。这表示宽度与直径的比率约为5.3。
在这两个参考的美国专利中，都是在单一轧制阶段实施轧制扁平带材。这需要较好地制造所述装置、特别是工作辊的表面。此外，例如由于带材的质量要求，为了不断保持基本相同的两辊之间的公差，维护所述装置和辊是很困难的。
已知传统工艺的局限性，制造较长带材的使可变成本减少的新方法很重要。将带材和型材的轧制技术相结合，可以使制造窄带材和宽带材的新方法得到发展从而满足这些需要。
本发明的目的是克服现有的将金属型材轧制成金属带时的延展比率和边缘变化的局限性，以及实现将金属型材轧制成金属带的方法，在该方法中采用与带材轧制相结合的型材轧制技术。本发明的必要特征涵盖在所附随的权利要求中。
根据本发明，在将棒材轧制成带材之前制造特定几何结构的棒材会影响待轧材料在纵向和横向上的延展，该待轧材料的形状优选为用于金属带的棒材或类似型材。将待轧材料优选地分成两个对称部分并且该材料在被轧制成扁平带材之前仍保持为两个相等部分。
在最初的轧制操作中，利用类似的将楔形物置入一片木材内的方法将待轧材料分成两个对称部分。由于所遇到的相对阻力，待轧材料在横向上松散放置。用这种方法得到的纵向延伸率可保持在5％以下。在将待轧材料分成两个相等部分之后，型材辊在下列操作中促使待轧材料侧向整体移动。在纵向上采取低损耗的待轧材料，获得待轧材料的直径与带材宽度的延展比率(宽度/直径)为大于2.8∶1。
在本发明的方法中，通过多阶段轧制将待轧材料轧成扁平带材，其中从一开始至少两个阶段是基于型材轧制跟随在至少一个带材轧制阶段之后的。型材轧制阶段的辊成形为使轧制效果集中在待轧材料的中心部，这样待轧材料的中心部将该待轧材料分成两个比待轧材料中心部厚的对称部分。
将待轧材料居中从而使该待轧材料的中心部供至两辊之间的两辊距离最短的间隙处。这样，优选从待轧材料的最厚部分开始轧制。
在本发明的一个优选实施例中，第一轧制阶段的辊成形为使轧制效果集中在待轧材料的中心部。这样执行使其中一个工作辊的中心部的表面是凸起弯曲的。辊面的弯曲中心部的两端与辊的侧部表面相连，所述侧部表面基本是线性的并直接从辊的中心部发散地定向。这样两辊在其中心点彼此最接近。辊的弯曲部为辊面的总宽的20-35％。辊的侧部表面与轧制平面之间形成40-60度的锐角。这样待轧材料能够朝着侧向区域延展。如果曲线主要从辊的中心部发散地定向，那么辊的侧部表面也可以是弯曲的。
在型材轧制的第二阶段，辊成形为使该辊的凸起弯曲部在中心部宽于在型材轧制的第一阶段。这样执行使待轧材料与辊面机械接触的区域也更宽些，并且所述材料在其侧向区域中进一步延展。从辊面的弯曲中心部的两端开始的辊面的侧向区域将是线性的或弯曲的，这样该侧向区域从辊的中心部发散地定向。
在本发明的另一个实施例中，第一轧制阶段的辊是对称的从而轧制效果集中在待轧材料的中心部。这样执行使其中一个工作辊的中心部的表面是凸起弯曲的同时另一工作辊是凹入弯曲的。辊面的凸起弯曲部为辊面全宽的5-20％。该辊面的凸起弯曲部的两端与辊的侧部表面相连，该侧部表面是凹入弯曲的并从辊的中心部发散地定向。凹入弯曲辊在辊面全宽上至少90％是凹入弯曲的，该辊面窄于或等于中心部为凸起弯曲的辊的辊面。基于辊的形状，两辊在其中心点处仍然是彼此最靠近的。这样待轧材料能够朝着侧向区域延展。
在第二轧制阶段，工作辊以与在第一轧制阶段中的其中心部为凸起弯曲的辊相应的方式设置，该工作辊在其中心部仍然是凸起弯曲的，但该凸起弯曲部比在第一轧制阶段时大些。该凸起弯曲部为辊面全宽的20-35％。辊面的凸起弯曲中心部的两端与辊的侧部表面相连，该侧部表面基本为线性的并且从辊的中心部发散地定向。辊的侧部表面与轧制平面优选地形成40-60度的锐角。用于凸起弯曲辊的反作用工作辊在第二阶段优选为基本扁平的，辊面的宽度基本等于凸起弯曲辊的辊面。这样待轧材料在该阶段也能够朝着侧向区域延展。
在第三轧制阶段，凸起弯曲工作辊在辊面的全宽上基本是凸起弯曲的。用于凸起弯曲辊的反作用工作辊在该阶段优选为基本扁平的并且辊面的宽度优选大于凸起弯曲辊的辊面。两工作辊在其中心点处仍然彼此最接近，所以待轧材料将在该第三阶段中继续朝着侧向区域延展。
尽管上文已经描述了实施例，当获得了所期望宽度的带材时，所述的一个或多个轧制阶段将集中在轧制带材的厚度上，这样两工作辊之间的轧制表面是平行的，并且两工作辊之间的间隙对于轧制表面的整个宽度基本相同。
参照下列附图将更详细地描述本发明，其中
图1是本发明优选实施例的示意性侧视图；图2是从方向2-2看的图1的实施例；图3是从方向3-3看的图1的实施例；图4是从方向4-4看的图1的实施例；图5是从方向5-5看的图1的实施例；图6是本发明另一优选实施例的示意性侧视图；图7是从方向7-7看的图6的实施例；图8是从方向8-8看的图6的实施例；图9是从方向9-9看的图6的实施例；图10是从方向10-10看的图6的实施例。
根据图1至5，将待轧棒材1供至第一型材轧制阶段2，在该阶段中工作辊3成形为使该辊3在棒材1的中心部与该棒材1首次接触。辊3将棒材1分成图2所示的两个对称部分4。工作辊3成形为使辊3的轧制表面之间的距离从所述中心部向辊3的侧部增加。因此所述部分4具有朝着侧向延展的空间。
在第一型材轧制阶段2之后，将待轧材料1供至第二型材轧制阶段5，在该阶段中轧制效果仍集中在材料1的中心部，但现在是用于比第一型材轧制阶段2更宽的区域。第二型材轧制阶段5中的工作辊6成形为使辊6的轧制表面之间的距离在所述中心部是最短的，并且所述中心部的距离基本与第一型材轧制阶段2中工作辊3之间的距离相似。然而，工作辊6与待轧材料1机械接触的区域要更宽些。这样辊6越来越朝着所述部分4发生改变的侧向区域延展材料1，从而以材料1的厚度为代价使所述部分4的宽度增加，所述部分4的厚度仍大于中心部的厚度。
将待轧材料1进一步输送至第三型材轧制阶段7，在该阶段中工作辊8之间的距离在轧制表面的中心部处基本与在前面的轧制阶段2和5中相同。工作辊8之间的距离朝着轧制表面的侧向区域增加，但工作辊8与材料1之间的接触至少为工作辊8的轧制表面的宽的80％。因为待轧材料1在侧向区域具有延展的空间，所以材料1的宽将会相应地增加。
在第三型材轧制阶段7之后，待轧材料1被压平得更多些从而使该材料1为图5所示的带材轧制阶段9作准备。在带材轧制阶段9中，工作辊10的轧制表面在其总宽度上彼此距离基本相同。于是，工作辊10的轧制表面与材料1之间产生的机械接触在带材11的全宽上。带材11的宽约为用于本发明的方法中的原始棒材1的直径的3倍。
在本发明的图6-10所示的其它优选实施例中，工作辊21和22成形为使该辊21和22在棒材26的中心部与该棒材26首次接触。辊21和22将棒材26分成图7所示的两个对称部分32。第一轧制阶段23的辊21和22成形为使其中一根辊21的中心部的表面为凸起弯曲的，而另一根辊22为凹入弯曲的。在辊21中辊面24的凸起弯曲中心部为辊面24的全宽的5-20％。辊面24的这个凸起弯曲中心部的两端与辊21的侧部表面相连，所述侧部表面为凹入弯曲的并且从辊的中心部发散地定向。凹入弯曲辊22的凹入弯曲至少为辊面25的全宽的90％，该辊面25窄于或等于辊21的辊面24。根据辊21和22的形状，辊21和22在其中心点处仍然是彼此靠得最近。这样，待轧材料26的所述部分32能够朝着侧向区域延展。
在第二轧制阶段27，轧制效果仍集中在材料26的中心部，但现在是用于比第一型材轧制阶段23更宽的区域。辊28以与在第一轧制阶段23中的其中心部为凸起弯曲的辊21相应的方式设置，该辊28在其中心部仍然是凸起弯曲的，但该凸起弯曲中心部比在第一轧制阶段23中大。辊28的凸起弯曲中心部为辊面29全宽的25％。辊面29的凸起弯曲中心部的两端与辊28的侧部表面相连，该侧部表面基本为线性的并且从辊28的中心部发散地定向。辊28的侧部表面与轧制表面优选地形成至少为45度的锐角。凸起弯曲辊28用的反作用辊30在第二阶段优选地基本为扁平的，并且辊30的辊面31的宽度基本等于凸起弯曲辊28的辊面29。这样在该阶段中待轧材料26也能越来越朝着辊面29和31的侧向区域延展。于是待轧材料26的所述部分32将会改变，这样所述部分32的宽度将以材料26的厚度为代价而增加，所述部分32的厚度仍大于中心部的厚度。
在第三轧制阶段33，工作辊34和35成形为使轧制效果仍集中在材料26的中心部，该待轧材料26在侧向区域具有延伸空间。其中一根工作辊34以与在前面阶段中的辊21和28相应的方式相对于待轧材料26设置，该工作辊34在辊面36的全宽上基本为凸起弯曲的。凸起弯曲辊34用的反作用辊35在该阶段中优选地为基本扁平的，并且辊面37的宽度优选地大于凸起弯曲辊34的辊面36。两工作辊34和35在其中心点仍然靠得最近，所以，待轧材料在该第三阶段33中将继续朝着侧向区域延展。
在第三型材轧制阶段33之后，待轧材料26被压平得多些从而使材料26为图10所示的带材轧制阶段38作准备。在带材轧制阶段38中，工作辊41和42的轧制表面39和40在其整个宽度上基本彼此距离相同。于是，工作辊41和42的轧制表面39和40与材料26之间产生的机械接触在整个带材43的宽度上。带材43的宽约为用于本发明的方法中的原始棒材26的直径的3倍。
权利要求
1.一种将金属型材轧制成金属带的方法，其中采用与带材轧制相结合的型材轧制技术，该方法包括在至少两个阶段的型材轧制过程中，将金属棒分成两个对称部分，所述部分在至少一个阶段的带材轧制过程中延展至待轧材料的侧向区域以形成目标压平型材，这样获得棒材直径与带材宽度之间的延展比率为大于2.8∶1。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在每个轧制阶段将待轧棒材供入两工作辊之间的间隙中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括在独立的轧制装置中实施用于型材轧制和带材轧制的轧制阶段。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，包括每个轧制阶段的工作辊中的轧制表面互相对称。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，包括每个型材轧制阶段的工作辊中的轧制表面互相不对称。
6.根据前面任一项权利要求所述的方法，包括在每个型材轧制阶段工作辊的轧制表面之间的最短距离基本相同。
7.根据前面任一项权利要求所述的方法，包括待轧材料与工作辊的轧制表面之间的机械接触区域在型材轧制过程中逐步地增加。
8.根据前面任一项权利要求所述的方法，包括在型材轧制过程中工作辊的轧制表面的横截面至少是部分地弯曲。
9.根据权利要求4所述的方法，包括在型材轧制过程中工作辊的轧制表面的横截面在其中心部是凸起弯曲的。
全文摘要
本发明涉及一种将金属型材轧制成金属带的方法，其中采用与带材轧制相结合的型材轧制技术，该方法包括在至少两个阶段的型材轧制过程中将金属棒材分成两个对称部分。所述这些部分在至少一个阶段的带材轧制过程中延展至待轧材料的侧向区域以形成目标扁平型材，这样获得棒材直径与带材宽度之间的延展比率为大于2.8∶1。
文档编号B21B1/16GK1668395SQ03817297
公开日2005年9月14日 申请日期2003年7月16日 优先权日2002年7月19日
发明者丹·霍尔, 伊尔波·科皮恩, 乔治·迈耶, 布赖恩·斯旺克 申请人:奥托库姆普联合股份公司