一种金属板材强剪切轧制成形方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属板材强剪切轧制成形方法与装置。
【背景技术】
[0002] 镁、铝合金等轻质合金，由于其具有密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性 能良好、耐腐蚀、易表面着色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等优良性能，而广泛 应用于航空航天、交通运输、能源电子、工程机械等领域。而目前铝、镁板材已经很快进入了 汽车工业领域，成为汽车轻量化的首选材料。国家《新材料产业"十二五"规划》提出，发展 汽车用6016、6022、6111铝合金板材，实现厚度0. 7-2. 0mm、宽幅1600-2300mm汽车铝合金板 的产业化，发展低成本AZ系列镁合金挤压型材和板材产业化，开展镁合金轮毂、大截面型 材、宽幅1500mm以上板材研宄，实现我国汽车材料向铝、镁合金转型。
[0003] 传统的铝合金板材的工业化生产主要是采用对称轧制成形。而铝合金塑性变形 时启动的是{111}〈11〇>滑移系，常规的对称轧制成形的织构以{11〇}〈112>、{112}〈111>、 {123}〈623>、{001}〈100>为主、铝合金的塑性应变比r值小于1，板材的成形性能较差。镁 合金是密排六方晶体结构，室温下仅有一个滑移面，在常规轧制工艺下，独立的滑移系少， 塑性变形协调能力差，板材通常形成强烈的{0001}基面织构，难以获得细晶组织，难以实 现对孪晶的控制，抗冲击能力差。
[0004] 近年来各国专家通过优化和控制织构减小金属板材的平面各向异性，细化板材晶 粒，提高其成形性能。如：等径角挤压、连续约束板带剪切、非对称轧制等变形模式来改善轻 质合金板材的成形性能。然而上述工艺在实际生产镁、铝合金板材的过程中出现了一些缺 陷和不足。等径角挤压生产不连续、效率较低、难以生产宽幅板材；连续约束板带剪切成形 的板材表面质量较差；连续剪切变形、连续大塑性变形的设备复杂；非对称轧制易出现打 滑现象，不利于板材工业化生产。国内将等径角挤压工艺进行改进，发明了一种制备高性 能镁合金板材的等径角轧制方法及装置、一种多级连续转角剪切变形制备镁合金板材的方 法及模具。但是这些方法和装置还存在一些不足：一则模具等径角的角度无法便利、灵活的 调节，需要制作不同等径角角度的模具，成本高；二是轧制出来的板材难以顺利通过模具， 即板材完成了轧制变形，但无法完全通过等径角挤压模具，完成剪切变形。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种模具等径角调节灵活、成本低的金属板 材强剪切轧制成形方法与装置，它能够根据不同的材料实现相应的预热处理来改善轧制时 板材的塑性变形能力，且能够产生强剪切变形和大的应变积累，有效的实现金属板材的晶 粒细化和调控织构的目的。
[0006] 本发明采用的技术方案是：一种金属板材强剪切轧制成形方法，使板材先连续通 过模具发生强剪切变形，然后被轧辊咬入，实现板材强剪切轧制成形；装置包括双轧辊轧 机、动模上模板、动模下模板、机座、定模下模板及定模上模板，所述的定模下模板固定安装 在机座上，所述的动模下模板通过销接机构与定模下模板铰接；所述的动模下模板与油缸 的上端铰接，油缸安装在机座上；所述的定模上模板通过螺栓安装在定模下模板上，动模上 模板通过螺栓安装在动模下模板上；定模上模板和定模下模板之间及动模上模板和动模下 模板之间留有金属板通道；所述的双轧辊轧机设置在金属板通道的出口处。
[0007] 上述的金属板材强剪切轧制成形方法中，所述的装置，靠近金属板通道，动模上模 板、动模下模板、定模下模板及定模上模板上均设有加热装置。
[0008] 上述的金属板材强剪切轧制成形方法中，所述的装置，在金属板通道的入口和出 口处安装激光感应测温仪。
[0009] 上述的金属板材强剪切轧制成形方法中，所述的装置，所述的机座的底部设有滚 轮。
[0010] 一种金属板材强剪切轧制成形方法，包括如下步骤：
[0011] (1)卸载油缸，使动模下模板平放在机座上，将所需要轧制的板材放入定模上模板 和定模下模板之间及动模上模板和动模下模板之间的金属板通道，且使板材伸出金属板通 道的出口；
[0012] (2)用扳手调节定模上模板和定模下模板之间的螺栓及动模上模板和动模下模板 之间的螺栓，使得调节定模上模板、定模下模板、动模上模板和动模下模板紧贴板材；
[0013] (3)板材放置好后，启动加热装置，对板材进行预热处理；
[0014] (4)根据预定的金属板通道夹角，调节油缸的活塞杆的上升距离；
[0015] (5)调整机座，将金属板通道的出口与双轧辊轧机的轧辊的入口位置相对应，使定 模上模板和定模下模板之间的金属板通道与轧辊的间隙处于一条水平线上；
[0016] (6)将板材推入双轧辊轧机的轧辊间，轧辊压下，进行剪切轧制成形。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0018] 1、本发明的金属板材强剪切轧制成形方法与装置利用了轧制与强剪切变形相结 合的工艺，可以实现强剪切变形与轧制变形相结合，实现应变积累，有效的细化金属板材的 晶粒和调控合适的织构，可以改善金属板材的微观组织和晶粒取向，加工后对板材的强度、 塑性、韧性等力学性能大大提高，冲压成形性能有较大的改善。
[0019] 2、板材在轧制前经过金属板通道，可以通过金属板通道两侧的加热器加热，实现 轧制前的预热处理，改善轧制时的板材塑性变形能力，很大程度上避免了常规等径角轧制 时出现的板材褶皱、开裂现象。板材的温度可以通过热电偶采集数据传输到外部测温装置 上进行精确检测，金属板通道的入口和出口处也有相应的测温设备，采集数据传到外接电 脑系统上进行温度控制。
[0020] 3、本发明的金属板材强剪切轧制成形装置的使用方法简单可靠，金属板材强剪 切轧制成形装置易于制造，可实现大规模工业化生产，且定模下模板和动模下模板的夹角 可以通过调节油缸活塞杆的高度实现；金属板通道的高度也可以调节；不需要制作许多个 不同等通道角度和金属板通道高度的模具，可降低生产、实验成本。
[0021] 4、本发明的金属板材强剪切轧制成形装置的机座底部设有滚轮，方便运输。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明的金属板材强剪切轧制成形装置的结构示意图。
[0023] 图2轧制前AZ61镁合金坯料的金相显微组织。
[0024] 图3AZ61镁合金轧制板材的金相显微组织，（a) #1样品显微组织；(b) #2样品显微 组织。
[0025] 图46016铝合金轧制板材的取向分布，（a) #3样品极图；(b) #4样品极图。
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【具体实施方式】
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