[發明專利]超聲波和感應電流混合輔助楔形腔型材軋制線及軋制工藝

在審

• 申請號: 202010063294.8
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111136102A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 王洪博
• 申請（專利權）人: 中冶焦耐（大連）工程技術有限公司
• 主分類號: B21B1/095
• 分類號: B21B1/095;B21B1/12;B21B27/02;B21B11/00;B21B39/16;B21B45/00
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

本發明涉及楔形腔型材軋制技術領域，尤其涉及一種超聲波和感應電流混合輔助楔形腔型材軋制線及軋制工藝。沿軋制線依次設有左水平校準軋輥、預軋制軋輥、左超聲振動軋輥、加熱線圈、上軋輥、下平輥、右超聲振動軋輥、右高度校準軋輥與右水平校準托輥，所述左、右水平校準軋輥由水平方向設置的左右軋輥組成，右高度校準軋輥由豎直方向設置的上下軋輥組成，左、右超聲振動軋輥由豎直方向設置的上下軋輥組成，上軋輥與下平輥豎直方向上下設置；超聲波振動模塊與左、右超聲振動軋輥相連，并帶動左、右超聲振動軋輥超聲振動；加熱線圈與感應電流源相連。提高加工成形性能，降低加工成型難度，提高型材尺寸精度、光潔度，降低加工能耗。

技術領域

本發明涉及楔形腔型材軋制技術領域，尤其涉及一種超聲波和感應電流混合輔助楔形腔型材軋制線及軋制工藝。

背景技術

金屬材質的細頸楔形腔型材可選擇的制備工藝主要有冷/溫/熱擠壓成型工藝、冷/溫/熱拉拔成型工藝、銑削工藝和電火花線切割工藝。常見的金屬材質細頸楔形腔型材主要是用屈服強度較小、變形抗力較低的金屬材料制備，比如鋁合金、銅合金和低碳鋼。這類細頸楔形腔型材主要采用冷/溫/熱擠壓成型,或者冷/溫/熱拉拔成型工藝制備。然而，如果制備屈服強度、變形抗力和硬度較高、成形應變極限較低的金屬材質細頸楔形腔，則存在模具縮口部位磨損過快導致成本過高，以及成品型材過渡圓角半徑普遍偏大的缺陷。而對于屈服強度和硬度較高、成形應變極限較低的金屬材質細頸楔形腔型材，比如中/高碳鋼材質細頸楔形腔型材，還可選擇采用銑削工藝和電火花線切割工藝進行加工。但是，這兩種工藝的共同缺點是切斷了金屬坯料本身的纖維流線，弱化了成型后的型材的整體強度。此外，銑削加工中，銑削刀桿直徑必須小于細頸楔形腔腔體短邊開口寬度，細小刀桿降低了刀具銑削過程中的整體剛度，進而降低加工速度和加工過程的穩定性，降低加工精度。而且，對于細頸楔形腔腔體細頸部位寬度和高度過小的型材，幾乎無法通過銑削工藝進行加工。電火花線切割加工的不足是型材總長度受制于加工設備高度，導致型材總長度受到限制。此外，由于成形表面經過電化學腐蝕，形成表面氧化層，表面粗糙且疏松，還需后續打磨拋光處理以降低表面粗糙度以提升尺寸和形狀精度。考慮到細頸楔形腔的幾何形狀復雜，這種工藝顯著增大了提升表面質量的難度。相比較前三種工藝，線切割加工速度最慢，效費比最低。上述工藝在加工屈服強度和硬度較高、成形極限較低的金屬細頸楔形腔型材的過程中，不僅成材率低，生產工具/模具磨損過快，而且原料和能源浪費嚴重。因此，如何在保證細頸楔形腔型材尺寸精度、幾何精度和表面粗糙度的前提下，以較高加工效率實現對屈服強度和硬度均較高的中/高碳鋼帶料制備細頸楔形腔型材，已成為塑性加工領域的難點問題。

在金屬材料塑性成形過程中施加感應電流，會導致金屬出現電致塑性效應、集膚效應和對微小空洞和微裂紋的融合修復和止裂效應。這可降低金屬材料在成形過程中的變形抗力，提升成形極限，進而提高金屬坯料的成形性、可加工性。上述優點使得感應電流在金屬軋制領域廣泛使用，發展迅速。感應加熱和脈沖電流區別在于，前者突出對型材淺表層一定深度整體加熱，突出淺表層金屬整體加熱升溫和軟化，而后者的優勢在于可自主尋找-確定導通金屬淺表層金屬內的空洞和微裂紋位置，形成電渦流進行針對空洞和微裂紋的快速加熱和因熱膨脹引起的擠壓。可針對不同力學特性和微觀結構的金屬，擇優選擇升溫方式。

超聲輔助金屬塑性成型工藝的具有兩個顯著優點：首先，超聲作用金屬材料具有即時性良好的超聲軟化效應，可即時降低金屬材料的成型過程中的變形抗力和屈服強度，且發熱升溫和熱變形不明顯，具有金屬的熱效應和熱負荷較低的優點；其次，振動會引發金屬表面接觸摩擦系數的降低，而超聲波振動對降低金屬接觸表面摩擦系數功效尤為突出，在金屬塑性變形過程中施加超聲波振動有利于提升成型后零件金屬表面的光潔度品質，降低零件成型后需要進一步打磨拋光來提升表面光潔度的需求，減少打磨和拋光帶來的環境污染和生產成本，提升生產效率。由此可見，將超聲波振動引入電輔助輥軋過程，以及采用硬度和韌性平衡的陶瓷軋輥，就成為在通電輥軋過程中不施加潤滑和冷卻功能的流體/液體前提下，降低軋輥和帶料之間接觸摩擦系數，抑制電熱效應引發軋輥和型材顯著升溫-軟化行為等上述問題的極具可行性的解決方法。

發明內容