基于可拆卸包套的低塑性難變形材料板材軋制方法及模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于難變形材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于可拆卸包套的低塑性難變形材料板材乳制方法及模具。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料等低塑性難變形材料具有輕質(zhì)、高比剛度、高比強(qiáng)度等優(yōu)異性能，其板材在航空航天、飛行器、潛艇、核能、電子、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有良好的應(yīng)用。金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料等低塑性難變形材料的塑性和韌性較低，其可加工性差，其板材成形主要采用包套熱乳成形。包套乳制是一種有效的制備低塑性難變形材料板材的方法，使用包套可以防止板坯直接與空氣和乳輥直接接觸，避免了板坯快速降溫，造成板坯塑性急劇下降;板坯受熱溫度均勻，溫度梯度小，材料變形均勻，減少了附加應(yīng)力；當(dāng)包套與板坯強(qiáng)度匹配、裝配合理、緊密貼合時(shí)，包套與板材乳制過程中同步協(xié)調(diào)變形，板坯乳制時(shí)處于三向應(yīng)力狀態(tài)，有助于抑制和減緩裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而可以提高難變形材料的乳制成形能力。
[0003]目前包套的主要采用板料拼焊的方法制造，焊縫存在使得包套的性能不一致，乳制過程中包套材料變形不均勻性顯著，進(jìn)而影響到板坯變形的不均勻性，形成附加拉應(yīng)力，導(dǎo)致包套撕裂，甚至造成板材開裂，產(chǎn)品報(bào)廢。焊接包套尺寸精度較低，包套與板坯側(cè)邊的配合精度極低。與包套緊密貼合的材料，乳制時(shí)受到良好的應(yīng)力狀態(tài)(壓應(yīng)力)；與包套有間隙的材料，乳制時(shí)受到不利的應(yīng)力狀態(tài)(拉應(yīng)力)。與包套有間隙的材料，乳制過程中受到的阻力較小，首先發(fā)生變形(變形量較大)，而與包套緊密貼合的材料，由于包套的約束作用，受到的阻力較大，出現(xiàn)滯后變形(變形量較小)，板材易出現(xiàn)變形的不同步性，進(jìn)一步增大了變形的不均勻性，勢(shì)必形成附加拉應(yīng)力，顯著降低材料的成形能力。包套乳制的包套蓋板焊接在矩形邊框上，板材完全被包裹在密閉的包套腔體內(nèi)，每道次乳制后無法精確測(cè)量板材的厚度，使得低塑性難變形材料在乳制過程難以控制板材厚度，在生產(chǎn)中極易出現(xiàn)板材厚度過大或過小，增大了后續(xù)機(jī)加工量或尺寸超差，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，降低成品率。同時(shí)，采用現(xiàn)有包套方法在多道次乳制過程中無法觀察到上下板面是否會(huì)產(chǎn)生裂紋等缺陷，若在乳制過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋，通過隨時(shí)修料，也可以減少乳制過程中裂紋的擴(kuò)展，提高產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。
[0004]采用包套在傳統(tǒng)乳機(jī)上乳制低塑性難變形材料，乳輥與包套的溫度相差懸殊，乳制過程中包套溫度急劇降低，為了防止包套溫度降溫過快，引起板坯溫度大幅度降低，傳統(tǒng)包套乳制板坯上下面不得不采用厚度較大的包套蓋板，厚包套蓋板雖然可以避免板坯的快速降溫，但包套蓋板的溫度梯度較大，包套蓋板的變形均勻性較差，必然引起板坯變形的不均勻性，導(dǎo)致附加應(yīng)力的產(chǎn)生，從而造成板材開裂，降低成品率，增加成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料等低塑性難變形材料乳制過程中板材開裂、尺寸難以精確測(cè)量、板面質(zhì)量難以隨時(shí)觀察以及包套蓋板與乳輥接觸降溫快的難題，本發(fā)明提出了一種基于可拆卸包套的低塑性難變形材料板材乳制方法，其特征在于，所述可拆卸包套包括邊框101和薄板U形框105，薄板U形框105與邊框101匹配;邊框101為無焊縫整體矩形框，邊框101的乳制前端上有一逐漸收窄的梯形端103，邊框101中有一長(zhǎng)方體形鏤空的邊框腔體102 ；
[0006]所述方法的具體過程為:
[0007]步驟1機(jī)加工低塑性難變形材料板坯104;
[0008]步驟2根據(jù)機(jī)加工后板坯的尺寸，加工所述可拆卸包套，邊框腔體102高度和板坯厚度相等，邊框腔體102的長(zhǎng)度和寬度較板坯的長(zhǎng)度和寬度小于等于0.04_?0.1mm；
[0009]步驟3將板坯104壓入邊框101的邊框腔體102內(nèi)，用薄板U形框105將板坯和邊框的上下面及梯形端103—起包覆，形成帶可拆卸包套的板坯，薄板U形框105與板坯104和邊框101的上下板面之間涂有脫離劑；
[0010]步驟4采用乳制模具的加熱裝置預(yù)熱乳輥，將步驟3中的帶可拆卸包套的板坯放入加熱爐內(nèi)加熱；
[0011 ]步驟5熱乳帶可拆卸包套的板坯，隨后卸下薄板U形框105，觀察板材表面質(zhì)量和測(cè)量板材厚度。
[0012]所述邊框101的乳制前端的邊框厚度為板坯104厚度的2?4倍，其余三邊的厚度為板坯104厚度的0.8?1.5倍.
[0013]所述梯形端103的長(zhǎng)度為板坯104厚度的1?3倍。
[0014]所述薄板U形框105的厚度為板坯104厚度的0.05?0.2倍。
[0015]所述邊框101和薄板U形框105為同一材質(zhì)，都為塑性優(yōu)良且高溫強(qiáng)度與乳制坯料一致的材料。
[0016]所述板坯104的長(zhǎng)度和寬度的尺寸公差為0?+0.05mm。
[0017]所述熱乳的道次變形量為15%?30%，總變形量為50%?85%。
[0018]—種基于可拆卸包套的低塑性難變形材料板材乳制模具，其特征在于，所述模具包括空心輥體1、電加熱管2、軸承3、固定螺桿4、連接軸5、引線槽6、空心輥頸7、引線8、引線桿9、壓蓋10、第一螺桿11、第二螺桿12、實(shí)心輥頸13、連接螺孔14、環(huán)形引線槽15、引線柱16、固定螺釘17及絕熱墊；用壓蓋10、第一螺桿11和連接螺孔14將軸承3安裝到空心輥體1上，采用固定螺桿4將連接軸5固定在軸承3上，并將一塊絕熱墊固定在連接軸5上，減少連接軸5傳熱，采用固定螺釘17將電加熱管2和引線柱16固定在連接軸5上，將電加熱管引線柱16上的弓丨線8通過環(huán)形引線槽15，集中到一起，并通過連接軸5和引線桿9上的引線槽6引出，引線桿9被固定，不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；用第二螺桿12將空心輥頸7和實(shí)心輥頸13固定在空心輥體1上，同時(shí)分別在兩個(gè)輥頸與空心輥體1之間放置一塊絕熱墊，減少輥頸傳熱，實(shí)心輥頸13與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，當(dāng)實(shí)心輥頸13轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輥體1和空心輥頸7—起發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，由于引線桿9被固定，不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，接軸承5和引線桿9為一體不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承3的外圈隨輥體一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)圈不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使得電加熱管2和引線8不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng);乳制過程中空心輥體1轉(zhuǎn)動(dòng)，但電加熱管2不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，引線8與電源連接，對(duì)乳輥加熱，實(shí)現(xiàn)乳制和加熱乳輥同時(shí)進(jìn)行，保證了乳輥溫度和溫度的均勻性。
[0019]所述空心乳輥1在乳制TiAl基合金及鈦基復(fù)合材料時(shí)采用的材料為鎳基高溫合金，在乳制鋁、鎂基復(fù)合材料及高合金化鋁、鎂合金時(shí)采用的材料為熱作模具鋼。
[0020]有益效果
[0021]本發(fā)明的適用性強(qiáng)，本發(fā)明首次提出的可拆卸包套乳制方法可適用于所有需要乳制的低塑性難變形材料，包括TiAl、TiAlNb、NiAl等金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料，石墨稀、碳納米管以及Al203、SiC、B4C、TiB2、TiC、AlN等的顆粒(短纖維)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，不同金屬組合形成的層狀復(fù)合材料，塑性相對(duì)較差的鎂合金、鈦合金及高合金化合金(如A390鋁合金、高硅電工鋼以及高硅鋁)等。本發(fā)明提出采用多個(gè)電加熱管對(duì)乳輥加熱，乳輥的預(yù)熱溫度高、預(yù)熱均勻，顯著減少了包覆板材上下板面蓋板的厚度，提高了板材乳制變形的均勻性，解決了傳統(tǒng)包套乳制乳輥與包套的溫度相差懸殊，厚包套蓋板的溫度梯度較大，板材乳制變形均勻性差，應(yīng)力狀態(tài)不良(拉應(yīng)力)，板材開裂等問題。當(dāng)然對(duì)于塑性相對(duì)較好的低塑性難變形材料采用可拆卸包套在傳統(tǒng)乳機(jī)上直接乳制，無需采用該方法加熱乳輥。
[0022]采用本發(fā)明乳制板材溫度均勻、應(yīng)力狀態(tài)良好、變形均勻、減緩或抑制板材開裂，有效改善低塑性難變形材料的乳制成形能力，能夠解決金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料等低塑性難變形材料乳制成形難題，顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量、成材率和生產(chǎn)效率，且具有極強(qiáng)的適用性和良好的工程應(yīng)用。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明專利可拆卸包套的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明模具結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0025]圖3為本發(fā)明模具裝配后的左視圖。
[0026]圖1中:101-邊框；102-邊框腔體；103-梯形端；104-板還；105-薄板U形框；1-空心輥體;2-電加熱管;3-軸承;4-固定螺桿;5-連接軸;6-引線槽;7-空心輥頸;8-引線;9-引線桿;10-壓蓋;11-第一螺桿;12-第二螺桿;13實(shí)心輥頸；14-連接螺孔；15-環(huán)形引線槽;16-引線柱;17-固定螺釘。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028]圖1為本發(fā)明專利可拆卸包套的結(jié)構(gòu)示意圖，可拆卸包套包括矩形邊框101、邊框腔體102、梯形端103、薄板U形框105。首先將板坯104壓入邊框腔體102中，板坯104與邊框腔體102緊密配合，邊框101緊緊裹住板坯104的側(cè)面，薄板U形框105的底端與梯形端103緊貼，薄板U形框105覆蓋在板坯104和邊框101的上下板面，為了便于乳制咬入和防止撕裂薄板U形框105底端，邊框101的前端制成梯形，薄板U形框105與板坯104和邊框101的上下板面之間涂有MgO等脫離劑，防止乳制過程中薄板U形框105與板坯104和邊框101的上下板面焊合。
[0029]圖2是本發(fā)明模具結(jié)構(gòu)剖視圖，圖3是圖2中連接軸和電加熱管裝配后左視圖，本發(fā)明的模具乳輥主要包括空心輥體1、電加熱管2、軸承3、固定螺桿4、連接軸5、引線槽6、空心輥頸7、引線8、引線桿9、絕熱墊、壓蓋10、第一螺桿11、第二螺桿12、實(shí)心輥頸13、連接螺孔14、環(huán)形引線