CN107838640A - 一种铜合金辊套成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜合金辊套成形方法,铜合金辊套成形方法包括以下步骤,1)制备铜合金圆柱状辊套铸坯;2)将圆柱状辊套铸坯挤压成圆筒形辊套;或者将圆柱状辊套铸坯挤压成圆柱状中空带底结构,再把圆柱状中空带底结构的底部机加工除去,得到圆筒形辊套;3)对圆筒形辊套进行热处理。通过将制得的铜合金辊套铸坯通过挤压的方法挤压成圆筒形辊套,减少了机加工的切料,提高了材料利用率,降低了成本;同时对挤压后的圆筒形辊套进行热处理,提高了辊套的组织性能,改善了铸轧过程中的产品质量和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜合金辊套成形方法。
背景技术
双辊连续铸轧技术是将金属熔液直接送入两个带水冷***的旋转铸轧辊,在极短时间内(2~3s)熔液在辊缝间完成凝固和热轧两个过程,如图1所示,双辊连续铸轧工艺包括金属熔液1、铸轧辊以及板坯3,铸轧辊作为连续铸轧工艺的核心部件主要包括辊套2、辊芯4以及冷却水道5,其中,处于外层的辊套2与金属熔液1直接接触,在金属熔液1结晶的同时完成轧制。目前,国内外使用的辊套材料主要为钢辊套,钢辊套本身导热率低,在铸轧过程中通过辊套散热较慢,造成铸轧速度慢,降低了生产效率。而导热性能较好的铜能较好的解决这一问题。现有的钢辊套的加工方法分为两种:一是辊套通过离心铸造,离心铸造的辊套由于本身的铸造特性,机加工去掉的材料较多,材料利用率较低,并且铸造缺陷较多,后续使用过程中容易出现磨损,使用周期短;二是先铸成圆柱体铸坯,再经过锻造加工成辊套,锻造辊套需要的温度较高,成本较高。把钢辊套的方法应用到制作铜辊套上同时也会造成材料利用率低、成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜合金辊套成形方法,以解决现有技术中应用制造钢辊套的方法制造铜辊套时会造成材料利用率低、成本高的问题。
为实现上述目的,本发明铜合金辊套成形方法的第一种技术方案是:铜合金辊套成形方法包括以下步骤,1)制备铜合金圆柱状辊套铸坯;2)将圆柱状辊套铸坯挤压成圆筒形辊套;或者将圆柱状辊套铸坯挤压成圆柱状中空带底结构,再把圆柱状中空带底结构的底部机加工除去,得到圆筒形辊套;3)对圆筒形辊套进行热处理。
本发明铜合金辊套成形方法的第二种技术方案是:在本发明铜合金辊套成形方法的第一种技术方案的基础上,在将制得的圆柱状辊套铸坯挤压之前,控制圆柱状辊套铸坯的温度在900~970℃,加热保温时间为2~5h。加热保温时间保证铜辊套的各个位置的温度一致,温度在900~970℃保证铜合金辊套铸坯为塑性较好的温度,容易对辊套铸坯进行挤压成形。
本发明铜合金辊套成形方法的第三种技术方案是:在本发明铜合金辊套成形方法的第一种或第二种技术方案的基础上,在步骤1)中铜合金的熔炼温度为1200~1300℃,然后将熔液浇注到铸型中,浇注温度为1250℃~1300℃,之后冷却、取出,得到铜合金圆柱状辊套铸坯。
本发明铜合金辊套成形方法的第四种技术方案是:在本发明铜合金辊套成形方法的第三种技术方案的基础上,将熔液浇注到铸型之前,在熔液表面呈镜面状后静置3~5分钟。保证浇注温度恒定,避免温度不均造成的整个辊套的各位置性能不同。
本发明铜合金辊套成形方法的第五种技术方案是:在本发明铜合金辊套成形方法的第一种或第二种技术方案的基础上,在辊套挤压之前先对铜合金圆柱状辊套铸坯的圆周、底部端面和冒口进行粗加工。铸造后的辊套铸坯外周面较为粗糙,缺陷较多,需要去除以提高的辊套的性能。
本发明铜合金辊套成形方法的第六种技术方案是:在本发明铜合金辊套成形方法的第五种技术方案的基础上,冒口锯掉的长度为铸坯总高度的1/5~1/3。锯掉冒口可以降低冒口的缺陷对铜辊套的影响。
本发明铜合金辊套成形方法的第七种技术方案是:在本发明铜合金辊套成形方法的第一种或第二种技术方案的基础上,在步骤3)中先进行固溶热处理,再进行时效热处理。通过对铜辊套进行热处理,能够保证铜辊套在高温下具有一定的强度和硬度,能够在轧制过程中保证产品质量。
本发明铜合金辊套成形方法的第八种技术方案是:在本发明铜合金辊套成形方法的第七种技术方案的基础上,将制备的圆筒形辊套放入热处理炉中进行加热,保护气体为氮气或者氩气,加热方式为随炉升温,加热温度为900℃~970℃,加热保温时间为2~5小时,然后将保温后的圆筒形辊套进行水冷;将固溶热处理后的圆筒形辊套放入热处理炉中进行加热,保护气体为氮气或者氩气,加热方式为随炉升温,加热温度为400℃~500℃,加热保温时间为2~8小时,然后将保温后的圆筒形辊套空冷至室温。
本发明铜合金辊套成形方法的第九种技术方案是:在本发明铜合金辊套成形方法的第一种或第二种技术方案的基础上,在圆筒形辊套进行热处理之后,对圆筒形辊套进行精加工。对热处理后的圆筒形辊套进行精加工可以保证轧辊的表面精度,降低铸轧缺陷,提高产品质量。
本发明铜合金辊套成形方法的第十种技术方案是:在本发明铜合金辊套成形方法的第一种或第二种技术方案的基础上,在步骤2)中的机加工为冲裁加工。冲裁加工方法简单,加工方便,效率较高。
本发明的有益效果是:通过将制得的铜合金辊套铸坯通过正挤压或反挤压的方法挤压成圆筒形辊套,减少了机加工的切料,提高了材料利用率,降低了成本;同时对挤压后的圆筒形辊套进行热处理,提高了辊套的表面质量,改善了铸轧过程中的产品质量和生产效率。
附图说明
图1为现有技术中双辊连续铸轧工艺原理示意图;
图2为本发明的铜合金辊套成形方法所要加工的铜辊套的结构示意图;
图3为本发明的铜合金辊套成形方法的具体实施例一的反挤压步骤中的挤压开始的结构示意图;
图4为本发明的铜合金辊套成形方法的具体实施例一的反挤压步骤中的挤压完成的结构示意图;
图5为本发明的铜合金辊套成形方法的具体实施例二的正挤压步骤中的挤压开始的结构示意图;
图6为本发明的铜合金辊套成形方法的具体实施例二的正挤压步骤中的挤压完成的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的铜合金辊套成形方法的具体实施例一,如图2至图4所示,铜合金辊套成形方法的工艺路线为:熔铸→粗加工→反挤压成形→固溶处理→时效处理→精加工。
(1)熔铸工序:选用具有优良导热性能和力学性能的铍青铜合金进行熔炼,在其他实施例中,可以用铜铬锆合金作为原料,铍青铜合金的重量百分含量的组分组成为:Be:0.2-0.6%,Co:0.2-1.2%,杂质成分Al、Si、Fe、Sn的总含量≤0.05%,余量为Cu;在中频感应熔炼炉中熔炼,其中,熔炼过程中各元素分别选用电解铜板(Cu≥99.95%)、纯钴片(Co≥99.8%)、Cu-3.3Be中间合金、纯铬(Cr≥99.95%)、Cu-40Zr中间合金等;熔炼温度为1200~1300℃,待熔液表面呈镜面状后静置3~5分钟,将熔液直接浇注到铸型中,浇注温度为1250℃~1300℃,之后冷却、取出,得到铜合金圆柱状辊套铸坯。
(2)粗加工工序:将制得的铜合金圆柱状辊套铸坯在车床上对圆周、底部端面以及顶部冒口进行机加工,圆柱状辊套铸坯的圆周机加工量为单边5mm,端面机加工量为5mm,然后通过锯床锯掉圆柱状辊套铸坯的顶部冒口,锯掉的长度为圆柱状辊套铸坯总高度的1/5~1/3,最后得到待挤压铸坯10。
(3)反挤压成形工序:如图3和图4所示,将待挤压铸坯10放入加热炉中加热,控制在950℃,加热保温时间为3小时。反挤压的具体挤压过程为:1)将加热好的待挤压铸坯10取出,放入挤压机上的凹模8内,待挤压铸坯10的下端面与垫块9上端面接触,开启挤压机下行按钮,安装在挤压机活动横梁上的凸模7向下运动,先与放在凹模8内部的待挤压铸坯10上端接触,然后随着挤压力的增加,待挤压铸坯10整体受到挤压,待挤压铸坯10中心部分金属在凸模7、垫块9和凹模8内壁的挤压下,向着凸模7下行挤压方向的相反方向运动,并沿凸模7外径两侧向上流动;随着挤压力的不断增大,凸模7不断下行,反向流动包裹在凸模7外径的金属高度也越来越大,直到最后凸模7不再下行,得到挤压后铸坯11;2)开启挤压机回程按钮,凸模7与挤压后铸坯11脱离接触,反向向上运动,回到起始位置;3)开启挤压机顶出按钮,安装在挤压机下部的顶出杆12将挤压后铸坯11顶出,挤压后铸坯11构成了圆柱状中空带底结构,完成挤压过程。后续再将挤压后铸坯11的杯底部分冲裁掉,可制得圆筒形辊套6,在其他实施例中,也可以通过正挤压的方法制备圆筒形辊套6。该圆筒形辊套6的外径为720~1220mm,单边壁厚为50mm~100mm,长度为1200~2000mm。
(4)固溶热处理工序:将制备的圆筒形辊套6放入热处理炉中进行加热,保护气体为氮气或者氩气,加热方式为随炉升温,加热温度为950℃,在其他实施例中,加热温度可以为900℃或970℃;加热保温时间为3h,在其他实施例中,加热保温时间可以为2h或5h;然后将圆筒形辊套6快速从加热炉中取出,并放入流动的水中进行冷却,完成固溶热处理。
(5)时效热处理工序:将固溶处理后的圆筒形辊套6放入热处理炉中进行加热,保护气体为氮气或者氩气,加热方式为随炉升温,加热温度为450℃,在其他实施例中,加热温度也可以为400℃或500℃;加热保温时间为4h,在其他实施例中,加热保温时间可以为2h或8h;然后将圆筒形辊套6从加热炉中取出,放在空气中冷却至室温。
(6)精加工工序:将时效热处理后的圆筒形辊套6在车床上进行精加工,使圆筒形辊套6的表面粗糙度控制在1.6,弯曲度≤6mm/m。
本发明的铜合金辊套成形方法的具体实施例二,如图2、图5和图6所示,铜合金辊套成形方法的工艺路线为:熔铸→粗加工→正挤压成形→固溶处理→时效处理→精加工。
(1)熔铸工序:选用具有优良导热性能和力学性能的铍青铜合金进行熔炼,在其他实施例中,可以用铜铬锆合金作为原料,铍青铜合金的重量百分含量的组分组成为:Be:0.2-0.6%,Co:0.2-1.2%,杂质成分Al、Si、Fe、Sn的总含量≤0.05%,余量为Cu;在中频感应熔炼炉中熔炼,其中,熔炼过程中各元素分别选用电解铜板(Cu≥99.95%)、纯钴片(Co≥99.8%)、Cu-3.3Be中间合金、纯铬(Cr≥99.95%)、Cu-40Zr中间合金等;熔炼温度为1200~1300℃,待熔液表面呈镜面状后静置3~5分钟,将熔液直接浇注到铸型中,浇注温度为1250℃~1300℃,之后冷却、取出,得到铜合金圆柱状辊套铸坯。
(2)粗加工工序:将制得的铜合金圆柱状辊套铸坯在车床上对圆周、底部端面以及顶部冒口进行机加工,圆柱状辊套铸坯的圆周机加工量为单边5mm,端面机加工量为5mm,然后通过锯床锯掉圆柱状辊套铸坯的顶部冒口,锯掉的长度为圆柱状辊套铸坯总高度的1/5~1/3,最后得到待挤压铸坯10。
(3)正挤压成形工序:如图5和图6所示,将待挤压铸坯10放入加热炉中加热,控制在950℃,加热保温时间为3小时。正挤压的具体挤压过程为:1)将加热好的待挤压铸坯10取出,放入挤压机上的凹模14内,开启挤压机下行按钮,安装在挤压机活动横梁上的凸模13向下运动,先与放在凹模14内部的待挤压铸坯10上端接触,待挤压铸坯10下端接触与顶出杆15上端面接触,然后随着挤压力的增加,待挤压铸坯10整体受到挤压,待挤压铸坯10中心部分金属在凸模13、顶出杆15和凹模14内壁的挤压下,向着凸模13下行挤压方向的相同方向运动,并沿顶出杆15外径两侧向下流动;随着挤压力的不断增大,凸模13不断下行,正向流动包裹在顶出杆15外径的金属高度也越来越大,直到最后凸模13不再下行,得到挤压后铸坯11;2)开启挤压机回程按钮,凸模13与挤压后铸坯11脱离接触,反向向上运动,回到起始位置;3)开启挤压机顶出按钮,安装在挤压机下部的顶出杆15将挤压后铸坯11顶出,挤压后铸坯11构成了圆柱状中空带底结构,完成挤压过程。后续再将挤压后铸坯11的杯顶部分冲裁掉,可制得圆筒形辊套6,该圆筒形辊套6的外径为720~1220mm,单边壁厚为50mm~100mm,长度为1200~2000mm。
(4)固溶热处理工序:将制备的圆筒形辊套6放入热处理炉中进行加热,保护气体为氮气或者氩气,加热方式为随炉升温,加热温度为950℃,在其他实施例中,加热温度可以为900℃或970℃;加热保温时间为3h,在其他实施例中,加热保温时间可以为2h或5h;然后将圆筒形辊套6快速从加热炉中取出,并放入流动的水中进行冷却,完成固溶热处理。
(5)时效热处理工序:将固溶处理后的圆筒形辊套6放入热处理炉中进行加热,保护气体为氮气或者氩气,加热方式为随炉升温,加热温度为450℃,在其他实施例中,加热温度也可以为400℃或500℃;加热保温时间为4h,在其他实施例中,加热保温时间可以为2h或8h;然后将圆筒形辊套6从加热炉中取出,放在空气中冷却至室温。
(6)精加工工序:将时效热处理后的圆筒形辊套6在车床上进行精加工,使圆筒形辊套6的表面粗糙度控制在1.6,弯曲度≤6mm/m。
在其他实施例中,待挤压铸坯10通过卧式挤压机直接挤压成圆筒形辊套6。
本发明提供的铜合金辊套成形方法,通过制造辊套铸坯后挤压成形,提高了材料的利用率,降低了成本;该方法制备的铜合金辊套代替现有钢辊套应用在铝板坯连续铸轧生产中,实现了金属熔液的快速凝固从而大幅提高铸轧速度和生产效率,可使目前现有生产效率提高一倍以上,同时抑制铸轧缺陷、改善产品质量。
Claims (10)
1.一种铜合金辊套成形方法,其特征在于:包括以下步骤,1)制备铜合金圆柱状辊套铸坯;2)将圆柱状辊套铸坯挤压成圆筒形辊套;或者将圆柱状辊套铸坯挤压成圆柱状中空带底结构,再把圆柱状中空带底结构的底部机加工除去,得到圆筒形辊套;3)对圆筒形辊套进行热处理。
2.根据权利要求1所述的铜合金辊套成形方法,其特征在于:在将制得的圆柱状辊套铸坯挤压之前,控制圆柱状辊套铸坯的温度在900~970℃,加热保温时间为2~5h。
3.根据权利要求1或2所述的铜合金辊套成形方法,其特征在于:在步骤1)中铜合金的熔炼温度为1200~1300℃,然后将熔液浇注到铸型中,浇注温度为1250℃~1300℃,之后冷却、取出,得到铜合金圆柱状辊套铸坯。
4.根据权利要求3所述的铜合金辊套成形方法,其特征在于:将熔液浇注到铸型之前,在熔液表面呈镜面状后静置3~5分钟。
5.根据权利要求1或2所述的铜合金辊套成形方法,其特征在于:在辊套挤压之前先对铜合金圆柱状辊套铸坯的圆周、底部端面和冒口进行粗加工。
6.根据权利要求5所述的铜合金辊套成形方法,其特征在于:冒口锯掉的长度为铸坯总高度的1/5~1/3。
7.根据权利要求1或2所述的铜合金辊套成形方法,其特征在于:在步骤3)中先进行固溶热处理,再进行时效热处理。
8.根据权利要求7所述的铜合金辊套成形方法,其特征在于:将制备的圆筒形辊套放入热处理炉中进行加热,保护气体为氮气或者氩气,加热方式为随炉升温,加热温度为900℃~970℃,加热保温时间为2~5小时,然后将保温后的圆筒形辊套进行水冷;将固溶热处理后的圆筒形辊套放入热处理炉中进行加热,保护气体为氮气或者氩气,加热方式为随炉升温,加热温度为400℃~500℃,加热保温时间为2~8小时,然后将保温后的圆筒形辊套空冷至室温。
9.根据权利要求1或2所述的铜合金辊套成形方法,其特征在于:在圆筒形辊套进行热处理之后,对圆筒形辊套进行精加工。
10.根据权利要求1或2所述的铜合金辊套成形方法,其特征在于:在步骤2)中的机加工为冲裁加工。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180327 |