CN114888084A - 用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电流辅助轧制技术领域，具体涉及用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置及其使用方法，用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，包括两个一号绝缘板，所述两个一号绝缘板的一端通过铰接轴铰接连接，在每个一号绝缘板的外侧端面上分别设置有一个电流加载机构，所述电流加载机构包括导向底座，所述导向底座设置在一号绝缘板上，在所述导向底座的上端面设置有导向端盖，所述导向底座和导向端盖共同构成导向腔，在所述导向腔内设置有导电板，所述导电板与导向端盖弹性连接，本发明结构简便，原理清晰，电流加载机构的设计保证了导电板与板材之间始终保持接触，大大增强了电塑性轧制过程中的导入电流稳定性。

Description

用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置及其使用方法
技术领域
本发明属于电流辅助轧制技术领域，具体涉及用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置及其使用方法。
背景技术
电塑性加工，即利用电流通过金属时产生的焦耳热效应和非热效应辅助复合板制备，在提高加热速率、降低制造成本和降低成形载荷、提高材料塑性、改善金属材料的表面质量和组织状态方面表现出明显优势，尤其在难以复合的双层复合金属材料方面尤为有应用价值。
目前，电塑性轧制过程中导入电流的方式有通过导向轧辊、导向平台、送料夹具等，不同电流接触方式在轧制塑性区导入的电流效果各不相同，其中以送料夹具的形式较为常见，这种装置通常以夹具平面与板材接触，接触面积大，可以更有效地导入电流。而将这种装置应用于制备双层复合板时，目前上下板材通常的接触方式为基板与覆板面与面平行进入，见专利号CN11105474A，这种方式虽然也可以制备具有一定性能的复合板，但在实验过程中会出现两个方面的问题：一是轧制过程中板材容易发生弯曲，导致夹具平面与板材之间不能始终保持良好接触，从而成形稳定性降低；二是基板与覆板平行进入，导致整个接触面上均有电流分布，无法将电流集中在轧制塑性接触区，从而使得电流对材料的作用大大降低。
发明内容
本发明针对上述问题提供了一种用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置。其主要特点是在电流辅助轧制过程中可以使得上下板材呈一定角度进行送料，并针对不同厚度(1 mm~3 mm)的板材可以调节一定范围内的角度(10o~60o)，始终确保板材与电极之间保持接触，并通过这种装置成功地制备出了6061 Al/AZ31B Mg复合板。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，包括两个一号绝缘板，所述两个一号绝缘板的一端通过铰接轴铰接连接，在每个一号绝缘板的外侧端面上分别设置有一个电流加载机构。
进一步，所述电流加载机构包括导向底座，所述导向底座设置在一号绝缘板上，在所述导向底座的上端面设置有导向端盖，所述导向底座和导向端盖共同构成导向腔，在所述导向腔内设置有导电板，所述导电板与导向端盖弹性连接。
再进一步，所述导电板通过若干个一号弹簧与导向端盖连接。
更进一步，所述电流加载机构还包括若干个导向杆，所述导向杆的下端设置在导电板上，导向杆的上端穿过导向端盖，所述一号弹簧套设在所述导向杆上。
更进一步，在所述导向杆的上部设置有高度调节结构，用于调节导向杆伸出导向端盖的长度，最终达到调整导电板与导向底座之间间距的目的。
更进一步，所述高度调节结构为调节螺母，所述调节螺母位于导向端盖的上方，所述调节螺母与导向杆螺纹连接。
更进一步，在两个所述一号绝缘板远离轧辊的一侧均铰接有二号绝缘板，在上下两个二号绝缘板上贯穿设置有若干二号螺栓，在所述二号螺栓上套设有二号弹簧，且二号弹簧位于上下两个二号绝缘板之间，所述二号螺栓的头部和螺纹连接在其上的螺母分别位于两个二号绝缘板的外侧端面，通过旋转二号螺栓上的螺母实现上下两个二号绝缘板之间间距的调整，进而带动一号绝缘板移动，实现两个一号绝缘板之间夹角的调整。
更进一步，所述导电板与相对应的一号绝缘板平行设置，以保证板材在入料时始终与一号绝缘板平行。
用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置的使用方法，包括以下步骤：
A，安装，将所述铰接轴安装在轧机左右两侧的机架之间，且铰接轴位于轧机入口侧，将一号绝缘板与机架活动连接，具体为：在所述机架入口侧的端面上设置有滑槽，在所述滑槽内设置有紧固滑块，将紧固螺栓穿过一号绝缘板与紧固滑块螺纹连接；
B，通过调节二号螺栓上螺母的高度，调节两个二号绝缘板之间的间距，从而实现两个一号绝缘板之间角度的调节，随后通过拧紧紧固螺栓实现一号绝缘板与机架的相对固定；
C，将电源的正负极分别与上下两个导电端子连接，实现电流的施加，即可开始对复合板进行轧制。
进一步，两个所述一号绝缘板之间的夹角为10o~60o。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
本发明结构简便，原理清晰，电流加载机构的设计保证了导电板与板材之间始终保持接触，大大增强了电塑性轧制过程中的导入电流稳定性；板材之间通过一定角度进入轧辊，使得电流集中在轧制塑性变形区，更加有效地利用电流作用，进而保证复合板材在通条长度上的均匀性；两个一号绝缘板之间铰接的连接方式，保证了喂料操作的可靠性以及角度可变性。
附图说明
图1为本发明的侧视图；
图2为本发明电流加载机构的结构示意图；
图3为本发明的安装示意图；
图4为本发明滑槽、紧固滑块、紧固螺栓之间的连接示意图；
图5为复合板界面的微观形貌图；
图6为复合板界面的拉剪性能图；
图中，铰接轴—1、一号绝缘板—2、机架—3、电流加载机构—4、滑槽—5、紧固滑块—6、紧固螺栓—7、二号绝缘板—8、二号螺栓—9、二号弹簧—10、导向底座—401、导向端盖—402、导电板—403、一号弹簧—404、导向杆—405、导电端子—406。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
如图1至图4所示，用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，包括两个一号绝缘板2，所述两个一号绝缘板2的一端通过铰接轴1铰接连接，在两个所述一号绝缘板2远离轧辊的一侧均铰接有二号绝缘板8，在上下两个二号绝缘板8上贯穿设置有若干二号螺栓9，在所述二号螺栓9上套设有二号弹簧10，且二号弹簧10位于上下两个二号绝缘板8之间，所述二号螺栓9的头部和螺纹连接在其上的螺母分别位于两个二号绝缘板8的外侧端面，通过旋转二号螺栓9上的螺母实现上下两个二号绝缘板8之间间距的调整，进而带动一号绝缘板2移动，实现两个一号绝缘板2之间夹角的调整，在每个一号绝缘板2的外侧端面上分别设置有一个电流加载机构4。
所述电流加载机构4包括导向底座401和若干个导向杆405，所述导向底座401设置在一号绝缘板2上，在所述导向底座401的上端面设置有导向端盖402，所述导向底座401和导向端盖402共同构成导向腔，在所述导向腔内设置有导电板403，所述导电板403与相对应的一号绝缘板2平行设置，以保证板材在入料时始终与一号绝缘板2平行，若干个所述导向杆405的下端设置在导电板403上，上端穿过导向端盖402，在所述导向杆405上套设有一号弹簧404，且一号弹簧404位于导电板403与导向端盖402之间，在所述导向杆405的上部螺纹连接有调节螺母，所述调节螺母位于导向端盖402的上方，用于调节导向杆405伸出导向端盖402的长度，最终达到调整导电板403与导向底座401之间间距的目的。
用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置的使用方法，包括以下步骤：
A，安装，将所述铰接轴1安装在轧机左右两侧的机架3之间，且铰接轴1位于轧机入口侧，将一号绝缘板2与机架3活动连接，具体为：在所述机架3入口侧的端面上设置有滑槽5，在所述滑槽5内设置有紧固滑块6，将紧固螺栓7穿过一号绝缘板2与紧固滑块6螺纹连接；
B，通过调节二号螺栓9上螺母的高度，调节两个二号绝缘板8之间的间距，从而实现两个一号绝缘板2之间角度的调节，两个所述一号绝缘板2之间的夹角为10o。随后通过拧紧紧固螺栓7实现一号绝缘板2与机架3的相对固定；
C，将电源的正负极分别与上下两个导电端子406连接，实现电流的施加，即可开始对复合板进行轧制。
上述实施例中，导向杆405和一号弹簧404数量相同，且均为偶数，呈左右对称分布在一号绝缘板2上，二号螺栓9的数量为偶数，呈左右对称分布在二号绝缘板8上，两个所述一号绝缘板2之间的夹角还可以为40o或60o。
采用本发明装置制备铝镁复合板，具体包括以下步骤：
步骤1，调整两个一号绝缘板2之间的夹角为30°；
步骤2，选取坯料：分别选择AZ31B Mg板与6061Al板，其尺寸为80 mm×30 mm×2mm，用角磨机对镁合金板与铝合金板的进行清洗，清除表面上的油污、杂质等；
步骤3， 复合板材制备：将镁合金板与铝合金板用角磨机对铁板与铝板所有表面进行打磨，以便通入高频脉冲电流后板子之间有良好的接触导电性，然后将镁合金板与铝合金板分别固定在呈15°角的电流加载机构4中，使两板在到达轧辊时刚好接触，将高频脉冲电源的正极与负极分别接在两个导电端子406上，随后调节轧辊的压下量，本次制备过程压下量取30 %。最后通入高频电流同时开启轧辊进行轧制。
复合板通电参数：首先根据铝镁两元相图，得知在所需加热到的温度，确定高频电流参数范围为：电流300～600 A，频率为20 kHz～80 kHz，占空比为50 %。由于不同材料电导率、热导率、介电常数、磁导率等参数不同，通过计算与预实验定量分析得出电流、频率以及占空比的最优参数；
实验数据对比：图5中的a、b均为脉冲电流辅助轧制制备的铝/镁复合板材微观界面形貌图，其复合板是以平行的方式进入轧辊，板材之间的角度为0o。其脉冲电流参数分别为：a组试验下，电流300 A，加载频率为20 kHz，占空比50 %；b组试验下，电流300 A，加载频率为40 kHz，占空比50 %。两组试验下的微观结合界面均呈现平直状，其扩散层厚度在5±2μm，如图5-a、b所示。且宏观上两组试样的拉剪强度范围均在35±5 Mpa，相差不大，如图6所示。这表明，在板材平行通电轧制时，脉冲电流参数不会影响复合板的微观界面形貌以及强度，此时电流仅仅有焦耳热效应。
图5中的c、d均为脉冲电流辅助轧制制备的铝/镁复合板材微观界面形貌图，其复合板是以带有一定角度的方式进入轧辊，板材之间的角度为15o。其脉冲电流参数分别为：c组试验下，电流300 A，加载频率为20 kHz，占空比50 %；d组试验下，电流300 A，加载频率为40 kHz，占空比50 %。c组试样的微观界面基本呈现平直状，其扩散层厚度在8±2 μm，如图5-c所示。d组试样的微观界面基本呈现波纹状，其扩散层厚度在15±2 μm，如图5-d所示。且宏观上c组试样的拉剪强度为48±5 Mpa，d组试样的拉剪强度为73±5 Mpa，相对于20 kHz下获得的试样，40 kHz下得到的复合板拉伸剪切强度大约提高了50 %，如图6所示。这表明，在板材带有一定角度通电轧制时，脉冲电流参数不仅会影响复合板的微观界面形貌还会改善界面的强度，同时在相同频率下，15o角度通电轧制比0o角度通电轧制时，界面拉剪强度提高了50 %。
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，其特征在于：包括两个一号绝缘板（2），所述两个一号绝缘板（2）的一端通过铰接轴（1）铰接连接，在每个一号绝缘板（2）的外侧端面上分别设置有一个电流加载机构（4）。
2.根据权利要求1所述的用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，其特征在于：所述电流加载机构（4）包括导向底座（401），所述导向底座（401）设置在一号绝缘板（2）上，在所述导向底座（401）的上端面设置有导向端盖（402），所述导向底座（401）和导向端盖（402）共同构成导向腔，在所述导向腔内设置有导电板（403），所述导电板（403）与导向端盖（402）弹性连接。
3.根据权利要求2所述的用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，其特征在于：所述导电板（403）通过若干个一号弹簧（404）与导向端盖（402）连接。
4.根据权利要求3所述的用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，其特征在于：所述电流加载机构（4）还包括若干个导向杆（405），所述导向杆（405）的下端设置在导电板（403）上，导向杆（405）的上端穿过导向端盖（402），所述一号弹簧（404）套设在所述导向杆（405）上。
5.根据权利要求4所述的用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，其特征在于：在所述导向杆（405）的上部设置有高度调节结构，用于调节导向杆（405）伸出导向端盖（402）的长度，最终达到调整导电板（403）与导向底座（401）之间间距的目的。
6.根据权利要求5所述的用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，其特征在于：所述高度调节结构为调节螺母，所述调节螺母位于导向端盖（402）的上方，所述调节螺母与导向杆（405）螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，其特征在于：在两个所述一号绝缘板（2）远离轧辊的一侧均铰接有二号绝缘板（8），在上下两个二号绝缘板（8）上贯穿设置有若干二号螺栓（9），在所述二号螺栓（9）上套设有二号弹簧（10），且二号弹簧（10）位于上下两个二号绝缘板（8）之间，所述二号螺栓（9）的头部和螺纹连接在其上的螺母分别位于两个二号绝缘板（8）的外侧端面，通过旋转二号螺栓（9）上的螺母实现上下两个二号绝缘板（8）之间间距的调整，进而带动一号绝缘板（2）移动，实现两个一号绝缘板（2）之间夹角的调整。
8.根据权利要求7所述的用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置，其特征在于：所述导电板（403）与相对应的一号绝缘板（2）平行设置，以保证板材在入料时始终与一号绝缘板（2）平行。
9.权利要求7所述的用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
A，安装，将所述铰接轴（1）安装在轧机左右两侧的机架（3）之间，且铰接轴（1）位于轧机入口侧，将一号绝缘板（2）与机架（3）活动连接，具体为：在所述机架（3）入口侧的端面上设置有滑槽（5），在所述滑槽（5）内设置有紧固滑块（6），将紧固螺栓（7）穿过一号绝缘板（2）与紧固滑块（6）螺纹连接；
B，通过调节二号螺栓（9）上螺母的高度，调节两个二号绝缘板（8）之间的间距，从而实现两个一号绝缘板（2）之间角度的调节，随后通过拧紧紧固螺栓（7）实现一号绝缘板（2）与机架（3）的相对固定；
C，将电源的正负极分别与上下两个导电端子（406）连接，实现电流的施加，即可开始对复合板进行轧制。
10.根据权利要求9所述的用于电致轧制复合板的变角度电流加载装置的使用方法，其特征在于：两个所述一号绝缘板（2）之间的夹角为10o~60o。
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