一種液壓張力溫軋的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種由四輥可逆軋機、分布于四輥可逆軋機兩側(cè)的張力裝置、試樣加熱裝置、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成的液壓張力溫軋機。該軋機采用張力裝置對試樣施加張力，采用電阻加熱方式對試樣進(jìn)行在線加熱，通過調(diào)功控制單元和加熱溫度的閉環(huán)控制可對不同常溫難變形金屬帶材實現(xiàn)從室溫至800℃溫度范圍內(nèi)的帶張力軋制實驗，為開發(fā)不同的溫軋工藝，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)常溫難變形金屬薄帶創(chuàng)造技術(shù)條件；其采用的試樣為單片金屬帶材，與傳統(tǒng)的卷取式軋機相比，可節(jié)省實驗材料，降低實驗成本。
【專利說明】一種液壓張力溫軋機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬帶材軋制，特別是一種用于對單片金屬帶材在線加熱和施加張力進(jìn)行軋制的液壓張力溫軋機。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，對于常溫下難變形的金屬材料，通常其制備工藝復(fù)雜。
[0003]以黑色金屬中的高硅電工鋼為例，其室溫塑性幾乎為零，難以加工成使用所需的薄板。目前，全世界只有JFE公司的CVD法(化學(xué)氣相沉積滲硅法)實現(xiàn)了高硅電工鋼薄帶的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。但該方法存在工藝流程長、環(huán)境負(fù)擔(dān)重、生產(chǎn)效率低、成本高的缺點。通過加熱提高高硅電工鋼的塑性變形能力，在特定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行帶張力軋制是一種相對簡潔高效的高硅電工鋼薄帶短流程制備新工藝，是目前國際上的研究熱點。
[0004]再以有色金屬中的鎂合金為例。鎂合金是密排六方晶體結(jié)構(gòu)，塑性變形能力差，且對溫度很敏感，這是制約鎂合金應(yīng)用的重要因素。在密排六方結(jié)構(gòu)的鎂合金中滑移系少，采用常規(guī)擠壓和軋制技術(shù)制備的鎂合金板材內(nèi)存在強烈的(0002)基面織構(gòu)，嚴(yán)重制約了其室溫塑性和成形性能的提高。鎂合金板材的成形通常需在高溫下進(jìn)行，如果不施加張力，則無法獲得板型良好的鎂合金薄板。
[0005]針對常溫難變形金屬，要實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)金屬薄帶，需針對不同金屬制定不同的溫軋工藝，用于溫軋工藝研究的實驗軋機要求具備兩個功能:一是能夠?qū)υ嚇邮┘訌埩Γ欢窃谲堉七^程中試樣能夠?qū)崿F(xiàn)在線加熱，使試樣始終保持加熱狀態(tài)(因通常試樣終軋厚度較薄，最薄可達(dá)0.1_，軋制過程中不始終保持加熱狀態(tài)溫度會很快下降，溫軋不能順利進(jìn)行)。目前，具有這種功能的溫軋機未見報道。
[0006]“基于流量預(yù)估的直拉式冷軋機液壓張力控制策略”(《材料與冶金學(xué)報》第12期第4卷，東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點試驗室張浩宇等，2013年12月)只公開了一種直拉式冷軋實驗機。該軋機由四輥可逆軋機和位于軋機兩側(cè)的張力裝置及液壓和控制系統(tǒng)組成，其中張力裝置由張力液壓缸及其控制的液壓夾鉗構(gòu)成。該實驗軋機通過張力裝置解決了對單片金屬帶材試樣施加張力問題，但未考慮金屬帶材的加熱問題，不能直接用于金屬帶材的溫軋。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種實驗用液壓張力溫軋機，用該軋機可對單片金屬帶材試樣進(jìn)行在線加熱和施加張力軋制，為開展常溫難變形金屬溫軋工藝試驗研究、實現(xiàn)金屬薄帶的工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造技術(shù)條件。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在現(xiàn)有直拉式冷軋實驗機的基礎(chǔ)上通過對試樣加熱方法的研究，研制出一種液壓張力溫軋機。該液壓張力溫軋機包括與直拉式冷軋實驗機結(jié)構(gòu)基本相同的四輥可逆軋機、分布于四輥可逆軋機兩側(cè)的張力裝置、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)；其特點是還包括試樣加熱裝置。
[0009]所述四輥可逆軋機包括:軋機牌坊、主電機、減速箱、傳動軸承、支撐輥、工作輥、壓下(或壓上)油缸、換輥軌道和換輥液壓缸；其中主電機與減速箱連接，傳動軸承連接減速箱和支撐輥(或工作輥)，壓下油缸安裝在上支撐輥軸承座上方(若采用壓上油缸，則壓上油缸安裝在下支撐輥軸承座下方)；壓下油缸(或壓上油缸)采用伺服閥驅(qū)動，內(nèi)置位移傳感器；換輥液壓缸將輥系在換輥軌道上進(jìn)行拉入和推出；
所述分布于四輥可逆軋機兩側(cè)的張力裝置包括:張力液壓缸、液壓夾鉗、滑軌和導(dǎo)鏈；其中張力液壓缸和液壓夾鉗連接，其連接處安裝有測量張力的張力計；張力液壓缸采用伺服閥驅(qū)動，內(nèi)置能測量張力液壓缸位移和速度的高精度位移傳感器；
所述液壓系統(tǒng)由油箱、循環(huán)泵、主泵、蓄能器、濾油器和減壓閥組成；液壓系統(tǒng)分別為張力液壓缸和壓下油缸(或壓上油缸)提供高壓(> 16MPa)和低壓(< 5MPa)油源，為液壓夾鉗的鉗口、平衡裝置、換輥液壓缸提供中壓(1MPa左右)油源；
所述電控系統(tǒng)包括=PLC (可編程控制器)、模擬量輸入模板、特殊功能模板、模擬量輸出模板、傳動控制單元；模擬量輸入模板采集張力計信號；特殊功能模板采集位移傳感器的位置和速度信號；模擬量輸出模板輸出信號連接到伺服閥；傳動控制單元用于完成主電機的速度控制。PLC根據(jù)張力液壓缸的張力計信號和位移傳感器的位置信號，通過控制伺服閥完成張力液壓缸的位置閉環(huán)控制和張力閉環(huán)控制；PLC根據(jù)壓下油缸(或壓上油缸)的位移傳感器的位置信號，通過控制伺服閥完成軋輥壓下位置(或壓上位置)閉環(huán)控制；PLC與傳動控制單元進(jìn)行通信連接，由PLC設(shè)定軋制速度，傳動控制單元完成速度閉環(huán)控制；
所述試樣加熱裝置包括:調(diào)功控制單元、變壓器和連接電纜；調(diào)功控制單元的輸出端與變壓器的原側(cè)相接，變壓器的副側(cè)通過導(dǎo)電銅排和兩張力裝置的液壓夾鉗的鉗口相接，與夾持在兩個液壓夾鉗鉗口之間的試樣形成導(dǎo)電回路；液壓夾鉗與張力液壓缸之間及液壓夾鉗與滑軌之間分別有絕緣墊；張力液壓缸采用絕緣膠管進(jìn)出油；絕緣膠管和連接電纜置于導(dǎo)鏈內(nèi)；與試樣相對應(yīng)，有測量試樣溫度的溫度測量儀器；該溫度測量儀器采集的試樣溫度信號輸入所述電控系統(tǒng)的模擬量輸入模板，PLC根據(jù)試樣溫度信號控制調(diào)功控制單元對變壓器的輸入電壓進(jìn)行調(diào)整，完成試樣加熱溫度的閉環(huán)控制。
[0010]本發(fā)明液壓張力溫軋機的有益效果:
(I)本發(fā)明采用張力裝置對試樣施加張力，同時采用電阻加熱的方式對試樣進(jìn)行在線加熱，可實現(xiàn)帶張力溫軋目的；通過調(diào)功控制單元和加熱溫度的閉環(huán)控制對不同常溫難變形金屬帶材可實現(xiàn)從室溫至800°c溫度范圍內(nèi)的帶張力軋制實驗，為開發(fā)不同的溫軋工藝，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)常溫難變形金屬薄帶創(chuàng)造技術(shù)條件。
[0011](2)本發(fā)明液壓張力溫軋機所采用的試樣為單片金屬帶材，與傳統(tǒng)的卷取式軋機相比，可極大地節(jié)省實驗材料，降低實驗成本。
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明液壓張力溫軋機的整體機械結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的側(cè)視圖；
圖3是圖1中液壓夾鉗鉗口的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3的俯視圖；
圖5是本發(fā)明液壓張力溫軋機的試樣加熱裝置原理圖。
[0013]圖中符號說明:1-左張力液壓缸，2-左張力計，3-左液壓夾鉗，4-左滑軌，5-左導(dǎo)鏈，6-支撐輥，7-工作輥，8-軋機牌坊，9-平衡裝置，10-壓下油缸，11-右導(dǎo)鏈，12-右滑軌，13-右液壓夾鉗，14-右張力計，15-右張力液壓缸，16-換輥軌道，17-懸臂操作箱，18-換輥液壓缸，19-傳動軸承，20-減速箱，21-主電機，22-絕緣墊，23-導(dǎo)鏈連接機構(gòu)，24-導(dǎo)電銅排，25-調(diào)功控制單元，26-變壓器，27-溫度測量儀表，28-連接電纜，29-試樣。
[0014]【具體實施方式】:
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]本發(fā)明液壓張力溫軋機包括四輥可逆軋機、分布于四輥可逆軋機兩側(cè)的兩套張力裝置、試樣加熱裝置、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。
[0016]如圖1和圖2所示，該液壓張力溫軋機的四輥可逆軋機主要包括:軋機牌坊8、主電機21、減速箱20、傳動軸承19、支撐輥6、工作輥7、壓下油缸10、換輥軌道16、換輥液壓缸18及懸臂操作箱17 ;其中主電機21與減速箱20連接，傳動軸承19連接減速箱20和支撐輥6，壓下油缸10安裝在上支撐輥軸承座上方(若采用壓上油缸，則壓上油缸安裝在下支撐輥軸承座下方)；壓下油缸10采用伺服閥(未圖示)驅(qū)動，內(nèi)置位移傳感器(未圖示)；換輥液壓缸18將輥系在換輥軌道16上進(jìn)行拉入和推出，懸臂操作箱17安裝在四輥可逆軋機的操作側(cè)，能左右旋轉(zhuǎn)，懸臂操作箱17上鑲嵌有人機界面計算機(未圖示)，所有操作在懸臂操作箱17上完成。
[0017]如圖1和圖2所示，該液壓張力溫軋機的兩套張力裝置分布在軋機左右兩側(cè)，主要包括:左張力液壓缸I和右張力液壓缸15、左液壓夾鉗3和右液壓夾鉗13、導(dǎo)電銅排24、左滑軌4和右滑軌12、左導(dǎo)鏈5和右導(dǎo)鏈11。其中左張力液壓缸I和左液壓夾鉗3連接，其連接處安裝左張力計2，用于測量左側(cè)張力；右張力液壓缸15和右液壓夾鉗13連接，其連接處安裝右張力計14，用于測量右側(cè)張力。如圖3和圖4所示，在左液壓夾鉗3和右液壓夾鉗13的側(cè)面安裝導(dǎo)電銅排24 ;在左液壓夾鉗3和左張力液壓缸I之間及左液壓夾鉗3和左滑軌4之間分別采用絕緣墊22進(jìn)行絕緣；在右液壓夾鉗13和右張力液壓缸15之間及右液壓夾鉗13和右滑軌12之間分別采用絕緣墊22進(jìn)行絕緣。驅(qū)動左液壓夾鉗3和右液壓夾鉗13開閉的左張力液壓缸I和右張力液壓缸15分別采用絕緣膠管(未圖示)進(jìn)出油，由導(dǎo)鏈連接機構(gòu)23連接的左導(dǎo)鏈5和右導(dǎo)鏈11分別裝有絕緣膠管(未圖示)和連接電纜28。左張力液壓缸I和右張力液壓缸15內(nèi)分別置有高精度位移傳感器(未圖示)，用于測量張力液壓缸的位移和速度，左、右張力液壓缸分別采用伺服閥(未圖示)驅(qū)動。
[0018]如圖5所示，該液壓張力溫軋機的試樣加熱裝置主要包括:調(diào)功控制單元25、變壓器26、溫度測量儀器27和連接電纜28。為保證安全，所選擇變壓器26的額定輸出電壓小于36V。調(diào)功控制單元25的輸出端連接到變壓器26的原側(cè)；根據(jù)加熱功率要求選擇連接電纜28，將變壓器26的副側(cè)分別連接到左張力裝置的導(dǎo)電銅排和右張力裝置的導(dǎo)電銅排，導(dǎo)電銅排與液壓夾鉗的鉗口導(dǎo)通；試樣29夾持在左液壓夾鉗3和右液壓夾鉗13之間，形成導(dǎo)電回路，以試樣為電阻進(jìn)行加熱。
[0019]該液壓張力溫軋機的液壓系統(tǒng)(未圖示)由油箱、循環(huán)泵、主泵、蓄能器、濾油器和減壓閥組成；液壓系統(tǒng)分別為張力液壓缸和壓下油缸(或壓上油缸)提供高壓(> 16MPa)和低壓(< 5MPa)油源，為液壓夾鉗的鉗口、平衡裝置9、換輥液壓缸18提供中壓(1MPa左右)油源；
該液壓張力溫軋機的電控系統(tǒng)(未圖示)主要包括=PLC (可編程控制器)、模擬量輸入模板、特殊功能模板、模擬量輸出模板、傳動控制單元等。模擬量輸入模板采集試樣溫度測量儀器27和張力計2、14的信號；特殊功能模板采集位移傳感器的位置和速度信號；模擬量輸出模板輸出信號連接到伺服閥和調(diào)功控制單元25 ;傳動控制單元用于完成主電機21的速度控制。PLC根據(jù)張力液壓缸I和15的張力計2和14信號和位移傳感器的位置信號，通過控制伺服閥完成張力液壓缸的位置閉環(huán)控制和張力閉環(huán)控制；PLC根據(jù)壓下油缸10的位移傳感器的位置信號，通過控制伺服閥完成軋輥壓下位置閉環(huán)控制；PLC根據(jù)試樣溫度測量儀儀器27的信號，控制調(diào)功控制單元25，對變壓器26的輸入電壓進(jìn)行調(diào)整，完成試樣加熱溫度的閉環(huán)控制；PLC與傳動控制單元進(jìn)行通信連接，由PLC設(shè)定軋制速度，傳動控制單元完成速度閉環(huán)控制。
實施例
[0020]下面以鎂合金帶張力溫軋為例，說明利用本發(fā)明液壓張力溫軋機的實驗過程。
[0021]液壓張力溫軋機設(shè)備主要參數(shù):
支撐輥:Φ 480 X 350 mm，工作輥:Φ200Χ370 mm;
左、右張力液壓缸:行程2000mm，MOOG伺服閥D661 ；
壓下油缸:行程80mm，MOOG伺服閥D761 ；
液壓夾鉗:可夾持試樣最大厚度為1mm,最大寬度300mm ；
工作輥傳動，主電機為150kW直流電機；
變壓器功率10kW,副側(cè)最大輸出電壓20V，最大加熱電流5000A，連接電纜為4根185mm2銅電纜；
液壓系統(tǒng)高壓為23.5MPa，中壓為llMPa，低壓為3.5MPa ；
電控系統(tǒng)為西門子S7400系列PLC，傳動控制單元為西門子6RA80 ；
鎂合金溫軋實驗過程:
所選鎂合金材質(zhì)為AZ31，試樣原料尺寸:3.95mmX200mmX 100mm (厚X寬X長)，目標(biāo)厚度為0.7mm。試樣加熱溫度220°C，采用6道次軋制至目標(biāo)厚度，板型良好無邊裂。具體軋制規(guī)程如下表所示。
[0022]
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【權(quán)利要求】
1.一種液壓張力溫軋機，包括四輥可逆軋機、分布于四輥可逆軋機兩側(cè)的張力裝置、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)； 所述四輥可逆軋機包括:軋機牌坊(8 )、主電機(21)、減速箱(20 )、傳動軸承(19 )、支撐輥(6)、工作輥(7)、壓下油缸(10)、換輥軌道(16)、換輥液壓缸(18)和懸臂操作箱(17);其中主電機(21)與減速箱(20 )連接，傳動軸承(19 )連接減速箱(20 )和支撐輥(6 )，壓下油缸(10)安裝在上支撐輥軸承座上方；壓下油缸(10)采用伺服閥驅(qū)動，內(nèi)置位移傳感器；換輥液壓缸(18)將輥系在換輥軌道(16)上進(jìn)行拉入和推出；懸臂操作箱(17)安裝在四輥可逆軋機的操作側(cè)，能左右旋轉(zhuǎn)； 所述分布于四輥可逆軋機兩側(cè)的張力裝置包括:張力液壓缸(1、15)、液壓夾鉗(3、13)、滑軌(4、12)和導(dǎo)鏈(5、11);其中張力液壓缸和液壓夾鉗連接，其連接處安裝有測量張力的張力計(2、14);張力液壓缸采用伺服閥驅(qū)動，內(nèi)置能測量張力液壓缸位移和速度的高精度位移傳感器； 所述液壓系統(tǒng)由油箱、循環(huán)泵、主泵、蓄能器、濾油器和減壓閥組成；液壓系統(tǒng)分別為張力液壓缸和壓下油缸提供高壓和低壓油源，為液壓夾鉗(3、13)的鉗口、平衡裝置(9)、換輥液壓缸(18)提供中壓油源； 所述電控系統(tǒng)包括:PLC、模擬量輸入模板、特殊功能模板、模擬量輸出模板、傳動控制單元；模擬量輸入模板采集張力計信號；特殊功能模板采集位移傳感器的位置和速度信號；模擬量輸出模板輸出信號連接到伺服閥；傳動控制單元用于完成主電機的速度控制；PLC根據(jù)張力液壓缸的張力計信號和位移傳感器的位置信號，通過控制伺服閥完成張力液壓缸的位置閉環(huán)控制和張力閉環(huán)控制；PLC根據(jù)壓下油缸的位移傳感器的位置信號，通過控制伺服閥完成軋輥壓下位置閉環(huán)控制；PLC與傳動控制單元進(jìn)行通信連接，由PLC設(shè)定軋制速度，傳動控制單元完成速度閉環(huán)控制； 其特征在于:該液壓張力溫軋機還包括試樣加熱裝置；該試樣加熱裝置包括:調(diào)功控制單元(25)、變壓器(26)和連接電纜(28);調(diào)功控制單元(25)的輸出端與變壓器(26)的原側(cè)相接，變壓器(26)的副側(cè)通過導(dǎo)電銅排(24)和兩張力裝置的液壓夾鉗(3、13)的鉗口相接，與夾持在兩個液壓夾鉗(3、13)鉗口之間的試樣(29)形成導(dǎo)電回路；液壓夾鉗(3、13)與張力液壓缸(1、15)之間及液壓夾鉗(3、13)與滑軌(4、12)之間分別有絕緣墊(22);張力液壓缸(1、15)采用絕緣膠管進(jìn)出油；絕緣膠管和連接電纜(28)置于導(dǎo)鏈(5、11)內(nèi)；與試樣相對應(yīng)，有測量試樣溫度的溫度測量儀器(27);該溫度測量儀器(27)采集的試樣溫度信號輸入所述電控系統(tǒng)的模擬量輸入模板，PLC根據(jù)試樣溫度信號控制調(diào)功控制單兀對變壓器的輸入電壓進(jìn)行調(diào)整，完成試樣加熱溫度的閉環(huán)控制。
【文檔編號】B21B37/48GK104148386SQ201410310270
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】李建平, 孫濤, 花福安, 牛文勇, 王貴橋 申請人:東北大學(xué)