專(zhuān)利名稱(chēng)：由鑄件制造金屬帶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)軋制和退火由鑄件制造金屬帶的方法。
美國(guó)專(zhuān)利5,119,660涉及一種通過(guò)擠壓來(lái)制造金屬物體、特別是非鐵金屬物體的方法。在該方法中把作為鑄件的材料從鑄造機(jī)供至擠壓裝置。鑄件是一種棒材，它在一個(gè)獨(dú)立位置處通過(guò)上引鑄造法鑄造而成，并具有粗粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)。鑄件供至所述擠壓裝置，該擠壓裝置優(yōu)選為連續(xù)擠壓裝置，其中棒材供入旋轉(zhuǎn)的Conform擠輪的凹槽內(nèi)。摩擦粘著力推動(dòng)棒材壓著固定支座，對(duì)該材料的剪切作用產(chǎn)生足夠的壓力和溫度以通過(guò)模具擠壓出該材料從而形成型材。該型材可優(yōu)選為連續(xù)的長(zhǎng)帶材，其可纏繞在大盤(pán)管上。經(jīng)證明，該產(chǎn)品非常節(jié)約成本，并使傳統(tǒng)扁平線圈的橫向焊縫消除、焊接質(zhì)量提高以及線速度增加。然而，美國(guó)專(zhuān)利5,119,660所披露的用于連續(xù)帶材的連續(xù)擠壓法并不像預(yù)期的那樣可靠。此外，通過(guò)連續(xù)擠壓所制造的帶材具有較小的延展比率、也即帶材的最終寬度與來(lái)自澆鑄機(jī)的鑄件的原始直徑之間的比率。
在將金屬棒軋成金屬帶的情況下，最終的帶材寬度取決于工作輥的直徑、潤(rùn)滑油和棒材直徑。當(dāng)前的用于將金屬棒加工成金屬帶的局限因素是較小的延展率(寬度/直徑)和控制邊緣變化。由于較小的延展率，用棒材制造寬帶材的能力由于所需設(shè)備的大小而在邊緣上變得可行。此外，當(dāng)棒材的直徑增加時(shí)，在該工藝中發(fā)生的邊緣變化量也隨之增加。當(dāng)考慮利用金屬棒制造金屬帶的工藝時(shí)，最容易的方法就是直接壓下棒材并獲得給定的寬度。一般地，用直接壓下方法所加工的金屬帶(也即銅)的寬度具有1.7∶1-1.9∶1的延展率。通過(guò)在橫越棒材直徑的方向上簡(jiǎn)單地衡量一條直線，并將其乘以1.7就可以得到最終的帶材寬度。為了從給定的棒材直徑獲得更高的延展比率，必須找到一種會(huì)使整個(gè)棒材的初始直線長(zhǎng)度延長(zhǎng)的方法?？筛鶕?jù)棒材獲得的理論最大寬度是通過(guò)衡量整個(gè)材料的螺旋弧而獲得的。如果棒材是圍繞所述弧開(kāi)卷的，那么對(duì)于給定厚度的帶材可獲得理論最大寬度。雖然該方法能制成最大寬度的帶材，但是根本的問(wèn)題是該工藝禁止使用。
從美國(guó)專(zhuān)利4,793,169可以了解到一種連軋機(jī)，其中將來(lái)自連鑄機(jī)的薄板通過(guò)熱軋機(jī)能夠不間斷地加工成帶材。在該美國(guó)專(zhuān)利4,793,169的一個(gè)實(shí)施例中，可以軋制具有諸如圓形和橢圓形之類(lèi)的彎曲剖面的薄板或型材。工作輥具有互補(bǔ)的、發(fā)散的工作面，每個(gè)工作面在輥的中點(diǎn)處以狹窄區(qū)域開(kāi)始并發(fā)散成橫越棒材寬度延伸的較寬區(qū)域。當(dāng)該較寬區(qū)域與所述材料接觸時(shí)，輥縫釋放并且軋制材料在后續(xù)道次中部分地回彈。輥縫再次閉合并且狹窄區(qū)域再次與材料接觸從而進(jìn)行進(jìn)一步的壓平和延展，最終制得帶材。雖然該工藝可制造寬帶材，但其生產(chǎn)量相對(duì)較低，進(jìn)行這種運(yùn)作的機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的軋制機(jī)相比較復(fù)雜。
美國(guó)專(zhuān)利4,233,832描述了一種將線材或棒材軋制成較寬的扁平帶材的方法和裝置。在該方法中，線材或棒材穿過(guò)軸偏移的兩輥之間?？梢允黔h(huán)狀的較大外輥，具有平滑的內(nèi)接觸面。較小的內(nèi)輥具有平滑的外接觸面。相對(duì)立的平滑表面在最接近的位置具有間隔，其小于供至其間的線材或棒材的直徑的1/3。在線材首次接觸會(huì)聚入口的相對(duì)立的平滑接觸面的位置、與相對(duì)立的表面間的最接近位置之間的距離，優(yōu)選至少為供至于此的線材或棒材的原始直徑的四倍。用這種方式軋制線材或棒材制得較寬的扁平帶材，其寬度至少為線材或棒材的原始直徑的2.5倍，最終的帶材寬度大大超過(guò)原始直徑的4.0倍。作為美國(guó)專(zhuān)利4,233,832的實(shí)例提到了將一種標(biāo)稱(chēng)為純鉛的(pure lead)線材壓平成約為1英寸寬的帶材，其中所述線材的直徑為0.190英寸(4.8mm)。這表示寬度與直徑的比率約為5.3。
在所參考的美國(guó)專(zhuān)利4,793,169和4,233,832中，都是在單一軋制階段實(shí)施軋制扁平帶材。這需要較好地制造所述裝置、特別是工作輥的表面。此外，例如由于帶材的質(zhì)量要求，為了不斷保持基本相同的兩輥之間的公差，維護(hù)所述裝置和輥是很困難的。
本發(fā)明的目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，并創(chuàng)建一種以澆鑄機(jī)的鑄線開(kāi)始制造金屬帶的方法，以及通過(guò)將上引鑄造技術(shù)與型材和帶材軋制技術(shù)相結(jié)合來(lái)克服延展比率的現(xiàn)有局限性。本發(fā)明的必要特征涵蓋在所附隨的權(quán)利要求中。
根據(jù)本發(fā)明，利用鑄造技術(shù)首先鑄造用于帶材的金屬材料從而以基本連續(xù)的方式制造作為棒材的鑄件，該鑄件優(yōu)選為型材形狀，其中型材的中心部基本比其側(cè)部厚些。鑄造操作優(yōu)選地在基本水平或基本垂直的方向上實(shí)施，但該鑄造操作還可以在水平位置與垂直位置之間的傾斜位置處實(shí)施。然后以基本連續(xù)的方式將鑄造型材(cast profile)優(yōu)選地直接從鑄造裝置引導(dǎo)至軋制機(jī)上，在該軋制機(jī)中采用型材軋制和帶材軋制的技術(shù)。這樣，當(dāng)?shù)谝卉堉齐A段開(kāi)始時(shí)，優(yōu)選的是作為鑄件的鑄造型材。那么在軋制之前最好不加工鑄造型材，鑄態(tài)材料無(wú)疑處于任一工作(也即回火或軟化退火)溫度之下。但是，如果需要，至少其中一個(gè)工作階段可用作澆鑄機(jī)與本發(fā)明的第一軋制階段之間的連續(xù)操作。
根據(jù)本發(fā)明，為了縱向和橫向延展金屬帶材用的鑄造型材，優(yōu)選地，通過(guò)軋制操作將鑄造型材分成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)部分并且該鑄造型材在被軋成扁平帶材之前仍保持為兩個(gè)相等部分。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在最初的軋制操作過(guò)程中，利用類(lèi)似的將楔形物置入一片木材內(nèi)的方法將鑄造型材分成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)部分。由于所遇到的相對(duì)阻力，鑄造型材在橫向上松散放置。用這種方法得到的縱向延伸率可保持在5％以下。在將鑄造型材分成兩個(gè)相等部分之后，型材輥在下列操作中促使鑄造型材側(cè)向整體移動(dòng)。在縱向上采取低損耗的鑄造型材，獲得鑄造型材的中心部尺寸與帶材寬度的延展比率(寬度/直徑)為大于2.8∶1。
在本發(fā)明的方法中，通過(guò)多階段軋制將鑄造型材軋成扁平帶材，其中從一開(kāi)始至少兩個(gè)階段是基于型材軋制跟隨在至少一個(gè)帶材軋制階段之后的。型材軋制階段的輥成形為使軋制效果集中在鑄造型材的中心部，這樣鑄造型材的中心部將該鑄造型材分成兩個(gè)比該鑄造型材中心部厚的對(duì)稱(chēng)側(cè)部。
將鑄造型材居中從而使該鑄造型材的中心部供至兩輥之間的兩輥距離最短的間隙處。這樣，優(yōu)選從鑄造型材的最厚部分開(kāi)始軋制。第一軋制階段的輥優(yōu)選地成形為使輥中心部的表面是凸起彎曲的。輥面的彎曲中心部的兩端與輥的側(cè)部表面相連，所述側(cè)部表面基本是線性的并直接從輥的中心部發(fā)散地定向。這樣兩輥在其中心點(diǎn)彼此最接近。輥的彎曲部為輥面的總寬的20-35％。輥的側(cè)部表面與軋制平面之間形成40-60度的銳角。這樣鑄造型材能夠朝著側(cè)向區(qū)域延展。如果曲線主要從輥的中心部發(fā)散地定向，那么輥的側(cè)部表面也可以是彎曲的。
在型材軋制的第二階段，輥成形為使該輥的凸起彎曲部在中心部寬于在型材軋制的第一階段。這樣待軋材料與輥面機(jī)械接觸的區(qū)域也更寬些，并且所述材料在其側(cè)向區(qū)域中進(jìn)一步延展。從輥面的彎曲中心部的兩端開(kāi)始的輥面的側(cè)向區(qū)域?qū)⑹蔷€性的或彎曲的，這樣該側(cè)向區(qū)域從輥的中心部發(fā)散地定向。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一軋制階段的輥是對(duì)稱(chēng)的從而軋制效果集中在待軋的鑄造型材的中心部。這樣執(zhí)行使其中一個(gè)工作輥的中心部的表面是凸起彎曲的同時(shí)另一工作輥是凹入彎曲的。輥面的凸起彎曲部為輥面全寬的5-20％。該輥面的凸起彎曲部的兩端與輥的側(cè)部表面相連，該側(cè)部表面是凹入彎曲的并從輥的中心部發(fā)散地定向。凹入彎曲輥在輥面全寬上至少90％是凹入彎曲的，該輥面窄于或等于中心部為凸起彎曲的輥的輥面?；谳伒男螤?，兩輥在其中心點(diǎn)處仍然是彼此最靠近的。這樣待軋材料能夠朝著側(cè)向區(qū)域延展。
在第二軋制階段，工作輥以與在第一軋制階段的其中心部為凸起彎曲的輥相應(yīng)的方式設(shè)置，該工作輥在其中心部仍然是凸起彎曲的，但該凸起彎曲部比在第一軋制階段時(shí)大些。該凸起彎曲部為輥面全寬的20-35％。輥面的凸起彎曲中心部的兩端與輥的側(cè)部表面相連，該側(cè)部表面基本為線性的并且從輥的中心部發(fā)散地定向。輥的側(cè)部表面與軋制平面優(yōu)選地形成40-60度的銳角。用于凸起彎曲輥的反作用工作輥在第二階段優(yōu)選為基本扁平的，輥面的寬度基本等于凸起彎曲輥的輥面。這樣待軋材料在該階段也能夠朝著側(cè)向區(qū)域延展。
在第三軋制階段，凸起彎曲工作輥在輥面的全寬上基本是凸起彎曲的。用于凸起彎曲輥的反作用工作輥在該階段優(yōu)選為基本扁平的，并且輥面的寬度優(yōu)選大于凸起彎曲輥的輥面。兩工作輥在其中心點(diǎn)處仍然彼此最接近，所以，待軋材料將在該第三階段中繼續(xù)朝著側(cè)向區(qū)域延展。
盡管上文已經(jīng)描述了實(shí)施例，當(dāng)獲得了所期望寬度的帶材時(shí)，所述的一個(gè)或多個(gè)軋制階段還將集中在軋制帶材的厚度上，這樣兩工作輥之間的軋制表面是平行的，并且兩工作輥之間的間隙對(duì)于軋制表面的整個(gè)寬度基本相同。
參照下列附圖將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖2是從方向2-2看的圖1的實(shí)施例；圖3是從方向3-3看的圖1的實(shí)施例；圖4是從方向4-4看的圖1的實(shí)施例；圖5是從方向5-5看的圖1的實(shí)施例；圖6是本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖7是從方向7-7看的圖6的實(shí)施例；圖8是從方向8-8看的圖6的實(shí)施例；圖9是從方向9-9看的圖6的實(shí)施例；圖10是從方向10-10看的圖6的實(shí)施例。
根據(jù)圖1，用于帶材的待加工材料首先在熔化爐12中熔化并將熔化材料引入鑄池13內(nèi)。將熔化材料以基本連續(xù)的方式穿過(guò)模具14向上基本垂直地拉引、并同步冷卻鑄件1用的熔化材料，從而鑄造所述鑄池13中的熔化材料。把以棒材形狀成型的鑄件1進(jìn)一步引入第一軋制階段2。
把鑄造而成的待軋棒材1供入第一型材軋制階段2，其中工作輥3成形為使該輥3在棒材1的中心部與該棒材1首次接觸。輥3將棒材1分成圖2所示的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)部分4。工作輥3成形為使輥3的軋制表面之間的距離從所述中心部向輥3的側(cè)部增加。因此所述部分4具有朝著側(cè)向延展的空間。
在第一型材軋制階段2之后，將待軋材料1供至第二型材軋制階段5，在該階段中軋制效果仍集中在材料1的中心部，但現(xiàn)在是用于比第一型材軋制階段2更寬的區(qū)域。第二型材軋制階段5中的工作輥6成形為使輥6的軋制表面之間的距離在所述中心部是最短的，并且所述中心部的距離基本與第一型材軋制階段2的工作輥3之間的距離相似。然而，工作輥6與待軋材料1機(jī)械接觸的區(qū)域要更寬些。這樣輥6越來(lái)越朝著所述部分4發(fā)生改變的側(cè)向區(qū)域延展材料1，從而所述部分4的寬度將以材料1的厚度為代價(jià)而增加，但該部分4的厚度仍大于中心部的厚度。
將待軋材料1進(jìn)一步輸送至第三型材軋制階段7，在該階段中工作輥8之間的距離在軋制表面的中心部處基本與在前面的軋制階段2和5中相同。工作輥8之間的距離朝著軋制表面的側(cè)向區(qū)域增加，但工作輥8與材料1之間的接觸至少為工作輥8的軋制表面的寬的80％。因?yàn)榇埐牧?在側(cè)向區(qū)域具有延展的空間，所以材料1的寬將會(huì)相應(yīng)地增加。
在第三型材軋制階段7之后，待軋材料1被壓平得更多些從而使該材料1為圖5所示的帶材軋制階段9作準(zhǔn)備。在帶材軋制階段9中，工作輥10的軋制表面在其總寬度上彼此距離基本相同。于是，工作輥10的軋制表面與材料1之間產(chǎn)生的機(jī)械接觸在帶材11的全寬上。帶材11的寬約為用于本發(fā)明的方法中的原始棒材1的直徑的3倍。
在本發(fā)明的圖6-10所示的其它優(yōu)選實(shí)施例中，用于帶材的待加工材料首先在熔化爐15中熔化并將該熔化材料引入鑄池16中。將熔化材料以基本連續(xù)的方式水平穿過(guò)模具17拉引、并同步冷卻鑄件26用的熔化材料，從而鑄造所述鑄池16中的熔化材料。把以棒材形狀成型的鑄件26進(jìn)一步引入第一軋制階段23。
在第一型材軋制階段23，工作輥21和22成形為使該輥21和22在棒材26的中心部與該棒材26首次接觸。輥21和22將棒材26分成圖7所示的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)部分32。第一軋制階段23的輥21和22成形為使其中一根輥21的中心部的表面為凸起彎曲的，而另一根輥22為凹入彎曲的。在輥21中輥面24的凸起彎曲中心部為輥面24的全寬的5-20％。輥面24的這個(gè)凸起彎曲中心部的兩端與輥21的側(cè)部表面相連，所述側(cè)部表面為凹入彎曲的并且從輥的中心部發(fā)散地定向。凹入彎曲輥22的凹入彎曲至少為輥面25的全寬的90％，該輥面25窄于或等于輥21的輥面24。根據(jù)輥21和22的形狀，輥21和22在其中心點(diǎn)處仍然是彼此靠得最近。這樣，待軋材料26的所述部分32能夠朝著側(cè)向區(qū)域延展。
在第二軋制階段27，軋制效果仍集中在材料26的中心部，但現(xiàn)在是用于比第一型材軋制階段23更寬的區(qū)域。輥28以與在第一軋制階段23中的其中心部為凸起彎曲的輥21相應(yīng)的方式設(shè)置，該輥28在其中心部仍然是凸起彎曲的，但該凸起彎曲中心部比在第一軋制階段23中大。輥28的凸起彎曲中心部為輥面29全寬的25％。輥面29的凸起彎曲中心部的兩端與輥28的側(cè)部表面相連，該側(cè)部表面基本為線性的并且從輥28的中心部發(fā)散地定向。輥28的側(cè)部表面與軋制表面優(yōu)選地形成至少為45度的銳角。凸起彎曲輥28用的反作用輥30在第二階段優(yōu)選地基本為扁平的，并且輥30的輥面31的寬度基本等于凸起彎曲輥28的輥面29。這樣在該階段中待軋材料26也能越來(lái)越朝著輥面29和31的側(cè)向區(qū)域延展。于是待軋材料26的所述部分32將會(huì)改變，所述部分32的寬度將以材料26的厚度為代價(jià)而增加，但該部分32的厚度仍大于中心部的厚度。
在第三軋制階段33，工作輥34和35成形為使軋制效果仍集中在材料26的中心部，并且該待軋材料26在側(cè)向區(qū)域具有延伸空間。其中一根工作輥34以與在前面階段中的輥21和28相應(yīng)的方式相對(duì)于待軋材料26設(shè)置，該工作輥34在輥面36的全寬上基本為凸起彎曲的。凸起彎曲輥34用的反作用輥35在該階段中優(yōu)選地為基本扁平的，并且輥面37的寬度優(yōu)選地大于凸起彎曲輥34的輥面36。兩工作輥34和35在其中心點(diǎn)仍然彼此靠得最近，所以，待軋材料在該第三階段33中將繼續(xù)朝著側(cè)向區(qū)域延展。
在第三型材軋制階段33之后，待軋材料26被壓平得多些從而使材料26為圖10所示的帶材軋制階段38作準(zhǔn)備。在帶材軋制階段38中，工作輥41和42的軋制表面39和40在其整個(gè)寬度上基本彼此距離相同。于是，工作輥41和42的軋制表面39和40與材料26之間產(chǎn)生的機(jī)械接觸在整個(gè)帶材43的寬度上。帶材43的寬約為用于本發(fā)明的方法中的原始棒材26的直徑的3倍。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)軋制由鑄件制造金屬帶的方法，其中采用與帶材軋制相結(jié)合的型材軋制技術(shù)，該方法包括利用鑄造技術(shù)首先鑄造金屬帶材用的材料，從而制得中心部厚度大于側(cè)部的鑄造型材，并以基本連續(xù)的方式將該鑄造型材引入軋制機(jī)內(nèi)，其中在至少兩個(gè)階段的型材軋制過(guò)程中，將鑄造型材分成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)部分并將其保持為兩個(gè)相等部分，該相等部分在至少一個(gè)階段的帶材軋制過(guò)程中延展至待軋材料的側(cè)向區(qū)域以形成目標(biāo)壓平型材，這樣獲得鑄造型材的中心部尺寸與帶材寬度之間的延展比率為大于2.8∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在基本垂直的方向上進(jìn)行鑄造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在基本水平的方向上進(jìn)行鑄造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在傾斜的方向上進(jìn)行鑄造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，在每個(gè)軋制階段將待軋棒材供入兩工作輥之間的間隙內(nèi)。
6.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，包括在獨(dú)立的軋制裝置中實(shí)施用于型材軋制和帶材軋制的軋制階段。
7.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，包括每個(gè)軋制階段的工作輥中的軋制表面彼此對(duì)稱(chēng)。
8.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，包括在每個(gè)型材軋制階段中工作輥的軋制表面之間的最短距離基本相同。
9.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，包括待軋材料與工作輥的軋制表面之間的機(jī)械接觸區(qū)域在型材軋制過(guò)程中逐步地增加。
10.根據(jù)前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，包括工作輥的軋制表面的橫截面至少是部分地彎曲。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括工作輥的軋制表面的橫截面在其中心部是凸起彎曲的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)軋制由鑄件制造金屬帶的方法，其中采用與帶材軋制相結(jié)合的型材軋制技術(shù)。利用鑄造技術(shù)首先鑄造金屬帶材用的材料，從而制得中心部厚度大于側(cè)部的鑄造型材，以基本連續(xù)的方式將該鑄造型材引入軋制機(jī)中，其中在至少兩個(gè)階段的型材軋制過(guò)程中，將鑄造型材分成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)部分并將其保持為兩個(gè)相等部分。所述這些部分在至少一個(gè)階段的帶材軋制過(guò)程中延展至待軋材料的側(cè)向區(qū)域以形成目標(biāo)扁平型材，這樣獲得鑄造型材的中心部尺寸與帶材寬度之間的延展比率為大于2.8∶1。
文檔編號(hào)B21B1/46GK1668403SQ03817275
公開(kāi)日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月19日
發(fā)明者丹·霍爾, 伊爾波·科皮恩, 喬治·邁耶, 布賴(lài)恩·斯旺克 申請(qǐng)人:奧托庫(kù)姆普聯(lián)合股份公司