一种保持材料加工强化性能的残余应力消减产线的制作方法

1.本发明涉及新型热处理工艺和装备技术领域，涉及金属异型材的轧制与拉拔工艺，具体是一种保持材料加工强化性能的残余应力消减产线。


背景技术：

2.近年来，3c产品在轻量化、抗无磁/电信号干扰的基本前提下，逐渐朝着大型化、小型化和适用多环境等极端方向发展。传统铝合金结构件因存在强度、模量、硬度偏低的情况，难以满足当前的发展趋势。因此高强度、高硬度、耐腐蚀以及无磁电信号干扰的金属异型材成为3c结构件的新宠。
3.金属异型材一般通过连续性的轧制或拉拔工艺获得，然而加工硬化过程中的不均匀变形，势必会产生较大残余应力，这导致在后续加工过程中，残余应力就会因为材料压力的去除而释放，导致加工变形。在保持材料因加工硬化而获得的高性能的前提下，消减因加工硬化而产生的残余应力，能够提升金属异型材塑性加工的制造技术和工艺装备水平。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种保持材料加工强化性能的残余应力消减产线，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种保持材料加工强化性能的残余应力消减产线，该产线按进出料顺序，依次包括放卷机、矫直机组i、输送牵引机组i、防扭装置i、热处理炉、冷却槽、防扭装置ii、输送牵引机组ii和矫直机组ii，这些子装置中，除热处理炉、防扭装置i和防扭装置ii外，均自带动力，协同工作。
7.作为本发明进一步的方案：所述冷却槽由两段水套式冷却槽连接而成，其中一段水套式冷却槽为深水槽，另一段水套式冷却槽为浅水槽。
8.作为本发明进一步的方案：防扭装置i和防扭装置ii结构相同，分别安装在热处理炉的入炉口和出炉口。
9.作为本发明进一步的方案：矫直机组i和矫直机组ii结构相同，均包含水平矫直单元和竖直矫直单元，水平矫直单元和竖直矫直单元二者结构相同，均设有调节轮安装板与固定轮安装板，所述调节轮安装板上转动安装有若干调节压轮，所述固定轮安装板上转动安装有若干固定压轮，若干个调节压轮与若干个固定压轮交错分布，矫直机组i和牵引输送机组ii，其调节轮安装板与固定轮安装板滑动连接，并由推拉气缸驱动进行相互靠近和分离，矫直机组i的入口设置有导向井字架。
10.作为本发明进一步的方案：所述输送牵引机组i和输送牵引机组ii结构相同，均包括两个上下排布的输送辊安装板，两个输送辊安装板上均转动安装有若干个输送转辊。其中一个输送辊安装板固定设置，另一个输送辊安装板活动设置并由推拉气缸驱动，使之与固定设置的输送辊安装板之间相互靠近和分离。
11.作为本发明进一步的方案：该产线的工作步骤如下：
12.步骤一：将型材盘圆并挂载到放卷机上，进行放卷；
13.步骤二：放卷后的型材通过矫直机组i，在水平和竖直两个方向上对型材进行第一次强校直；
14.步骤三：将型材由矫直机组i牵引并经防扭装置i送入热处理炉内，进行快速热处理；
15.步骤四：将回火后的型材送入冷却槽进行快速冷却；
16.步骤五：冷却后的型材穿过防扭装置ii后，由输送牵引机组ii牵引并送入矫直机组ii，通过矫直机组ii在水平和竖直方向上进行第二次弱校直；
17.步骤六：对第二次弱校直后的型材进行定长裁切。
18.作为本发明进一步的方案：产线在工作时，所述矫直机组i的线速度为v1，所述输送牵引机组i的线速度为v2，所述输送牵引机组ii的线速度为v3，所述矫直机组ii的线速度为v4，且满足v1≤v2＜v3≤v4的关系，在这四个速度配置中，线速度v4为产线的标定生产速度。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在热处理前，先利用矫直机组i对型材进行预先的校直处理，将型材在运输的导送过程中形成的弯曲进行消除，同时通过设置防扭装置对型材进行转动自由度锁定，避免其发生扭转，保证型材在进行热处理时的形态平直稳定；
20.在型材完成回火和冷却处理后，通过矫直机组ii对其进行再次的校直，对型材在热处理过程因温度变化产生的形变进行消除，以保证热处理后的型材不会因为矫直反弯而增加新的残余应力，提高产线输出的成品质量。
附图说明
21.图1为本发明产线整体俯视图；
22.图2为本发明的侧视结构图一；
23.图3为本发明的侧视结构图二；
24.图4为本发明矫直机组i的侧视图；
25.图5为本发明输送牵引机组i的侧视图；
26.图6为本发明实施例中316l型材轧制后残余应力数据图；
27.图7为经本产线处理后的316l型材残余应力图。
28.图中：1、矫直机组i；110、水平校直单元；111、调节轮安装板；112、固定轮安装板；113、调节压轮；114、固定压轮；120、竖直校直单元；2、输送牵引机组i；201、输送转辊；202、输送辊安装板；203、推拉气缸；3、热处理炉；4、冷却槽；5、输送牵引机组ii；6、矫直机组ii；7、导向井字架；801、防扭装置i；802、防扭装置ii。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1-图5，一种保持材料加工强化性能的残余应力消减产线，该产线按进出料顺序，依次包括放卷机、矫直机组i1、输送牵引机组i2、防扭装置i801、热处理炉3、冷却槽4、防扭装置ii802、输送牵引机组ii5和矫直机组ii6。这些子装置中，除热处理炉3、防扭装置i801和防扭装置ii802外，均自带动力，协同工作。
31.冷却槽4由两段5-8m规格的水套式冷却槽无缝连接而成，其中第一段水套式冷却槽为深水槽，第二段水套式冷却槽为浅水槽，设置深水槽的目的是为了使型材在通过高温管式炉后能迅速冷却到600℃以下。
32.防扭装置i801和防扭装置ii802结构相同，分别安装在热处理炉3的入炉口和出炉口，其作用和目的请参考申请人的其他中国专利cn211112086u-《一种型材防扭装置》。
33.矫直机组i1和矫直机组ii6结构相同，即包含水平矫直单元和竖直矫直单元，二者结构相同，均设有调节轮安装板111与固定轮安装板112，调节轮安装板111上转动安装有若干调节压轮113，固定轮安装板112上转动安装有若干固定压轮114，若干个调节压轮113与若干个固定压轮114交错分布，在本实施例中，固定压轮114设置有5个，调节轮设置有4个调节轮安装板111与固定轮安装板112滑动连接，当需要矫直调节时或工作过程中，推拉气缸203驱动调节轮安装板111与固定轮安装板112连接。当需要更换物料或检修时，推拉气缸203驱动调节轮安装板111与固定轮安装板112分离。以达到一次调节，多次使用的目的。此外，矫直机组i1的入口设置有导向井字架7。
34.输送牵引机组i2和输送牵引机组ii5结构相同，均包括两个上下排布的输送辊安装板202，两个输送辊安装板202上均转动安装有若干个输送转辊201，在本实施例中，两个输送辊安装板202上的若干个输送转辊201设置为上4下4的平行辊系，其中一个输送辊安装板202固定设置，另一个输送辊安装板202滑动设置并由推拉气缸203驱动，使之与固定设置的输送辊安装板202进行连接和分离。
35.在本产线中，矫直机组i1和矫直机组ii6的作用不同。型材经放卷机放卷后，不同位置的曲率不同，其矫直压下量会因型材初始曲率不同而需要变更。矫直机组i1为强矫直，即矫直机组i1的水平单元和竖直单元压量较大，以保证型材或者初始一致的曲率，方便矫直参数的统一。矫直机组ii6为弱矫直，即该矫直机组ii6的水平单元和竖直单元压量尽可能的小，以不改变热处理后型材的曲率方向为宜，以保证热处理后的型材不会因为矫直反弯而增加新的残余应力。
36.一种保持材料加工强化性能的残余应力消减产线，该产线的加工步骤如下：
37.步骤一：将型材盘圆并挂载到放卷机上，进行放卷；
38.步骤二：放卷后的型材通过矫直机组i1，在水平和竖直两个方向上对型材进行第一次强校直；
39.步骤三：将型材由输送牵引机组i2牵引并经防扭装置i801送入热处理炉3内，进行快速热处理；对于316l不锈钢型材，其热处理温度为895
±
10℃，型材通过热处理炉3的高温区的时间为120
±
5s；
40.步骤四：将回火后的型材送入冷却槽4进行快速冷却；
41.步骤五：冷却后的型材穿过防扭装置ii802后，由输送牵引机组ii5牵引并送入矫直机组ii6，通过矫直机组ii6在水平和竖直方向上进行第二次弱校直；
42.步骤六：对二次校直后的型材进行定长裁切。
43.矫直机组i1的线速度为v1，所述输送牵引机组i2的线速度为v2，所述输送牵引机组ii5的线速度为v3，所述矫直机组ii6的线速度为v4，且满足v1≤v2＜v3≤v4的关系，在这四个速度配置中，线速度v4为产线的标定生产速度。产线各个相邻子装置的速度差异，可以保证型材在输送过程中，对型材产生一定的张力，保证型材始终处于张紧的状态。特别地，对于热处理炉3前后的牵引输送机组，其速度差产生的张力，不仅可以预防型材在管式炉中因受热膨胀变形，而且可以克服型材在热处理炉3中由于自重下垂导致的型材与管壁的刮擦问题。更进一步的，速度差产生的张力可以促使型材在高温短时热处理时发生轻微的蠕变，从而释放和重新分布型材因加工硬化而产生的残余应力；
44.本产线处理后的316l型材材料性能及应力变化，请参阅图6-图7以及表1。
45.表1经本产线处理后的材料性能
[0046][0047][0048]
注：*后续全流程cnc中，产品加工后的变形挠度。
[0049]
本发明的工作原理：首先由放卷机放卷后的型材进行导送上料，型材由导向井字架7穿过，并进入矫直机组i1，由竖直校直单元120上两排竖直排布的固定压轮114和调节压轮113进行转动辊压，对型材进行竖直方向的校直，而后型材通过水平校直单元110，由两排
水平分布固定压轮114和调节压轮113进行转动辊压对型材进行水平方向的校直；
[0050]
型材进入输送牵引机组i2后，通过两排输送转辊201进行辊压推送，对型材进行牵引推送，使其进入热处理炉3，型材进入热处理炉3的内进行加温回火，再进入冷却槽4进行降温冷却；
[0051]
完成冷却的型材在输送牵引机组ii5的牵引作用下继续运动，使其进入矫直机组ii6进行校直，校直完成后进行定长裁切。
[0052]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。