銅板帶連軋設備工藝研究

劉昕 許建新 楊帆

摘要：銅板帶的軋制工藝中，連續(xù)擠壓連軋設備在軋制銅板軋材的效率上優(yōu)勢明顯，且加工精度較高，是一種高效節(jié)能的金屬軋制技術。因此，其應用前景廣闊、優(yōu)勢十分明顯。作為一項先進的新軋制技術，連軋工藝在銅板帶軋材的軋制中的應用仍存在盲區(qū)，并且亦面臨諸多困難。本文對連軋技術進行了系統(tǒng)的概述分析，并通過以理論計算的方式求解關于連軋時板材咬入條件的問題。

關鍵詞：冷軋機;銅板帶連軋;設備工藝;數(shù)值模擬

銅是一種在國民經(jīng)濟建設、人民生活中得到廣泛應用的金屬，銅材的加工消耗是衡量一個社會工業(yè)化發(fā)展水平及其發(fā)展速度的必不可缺的耗材。冷軋機是在銅板生產(chǎn)中不可或缺的機器設備，而高精度連軋的銅板冷軋機對于提高銅板產(chǎn)品質(zhì)量具有無可比擬的優(yōu)勢[1]。高精度冷軋機能夠軋制出厚度更薄、更均一的高精度銅板板材，連軋技術則能夠大大提升銅板材的軋制生產(chǎn)效率，從而實現(xiàn)在軋制過程中的高精度、高效率、低能耗[2]。本文為將從連續(xù)擠壓設備同軋機組成的連軋模型的建立，理論計算求解關于連軋時板材咬入條件問題。

傳統(tǒng)工藝中，銅板帶的生產(chǎn)方法大致有如下三種[3]：1）鑄錠熱軋開坯;2）水平連鑄帶坯;3）鑄錠冷軋開坯法。雖然生產(chǎn)方法有所區(qū)別，但是銅板帶材生產(chǎn)后續(xù)加工方式基本相同。加工流程如圖2所示。

連續(xù)擠壓方法最早在上世紀70年代由英國的技術研究人員提出，歷經(jīng)15年的時間在銅板材軋制工業(yè)化上取得了較好的應用成果。連續(xù)擠壓技術將軋制過程中產(chǎn)生的摩擦力作為連軋的驅(qū)動力，從而大幅減少了軋制的能量消耗。連續(xù)軋制銅板帶的工作原理如圖3所示，在軋料被壓入輪槽時，擠壓輪輪槽會對軋料形成槽壁摩擦力，并且隨著擠壓輪形成的擠壓力一道將軋料推至擠壓腔，這一過程將產(chǎn)生大量熱量，軋料在拓展腔中被擠壓產(chǎn)生變形。從而在模具出口位置產(chǎn)生銅板帶。

連續(xù)擠壓工藝相比傳統(tǒng)的非連續(xù)式軋制技術而言具有諸多優(yōu)點，主要特點及優(yōu)點如下：

摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)推動力，大幅減少能耗。

擠壓時溫度可達600℃以上。

金屬擠壓流動的均勻性強。

軋制成形技術

軋制工藝時金屬冶煉的主要加工方式，尤其是鋼材的冶煉。該工藝也被廣泛的應用在銅板帶材的生產(chǎn)中。軋制技術基本概念圖如圖4所示，軋輥與軋件之間形成摩擦力，由摩擦力將軋件帶入軋縫，在軋縫中金屬軋材收到壓縮最后產(chǎn)生塑性形變。

在銅板帶材的生產(chǎn)中，軋制技術得到廣泛應用。

連續(xù)擠壓技術

傳統(tǒng)的銅板帶生產(chǎn)方式具有較多不足，主要問題在于：

熱軋方式需要對軋件今天加熱，能耗大，并且高溫環(huán)境下易使得產(chǎn)品含氧量上升。

傳統(tǒng)銅帶料的獲取方式致使坯料的表面質(zhì)量不高。

生產(chǎn)工序繁雜，成本投入高。

正因傳統(tǒng)方式存在諸多的問題，練級連軋技術及設備便應運而生。

連續(xù)擠壓成形技術原理

連擠連軋技術在冷態(tài)環(huán)境下進行，通常以無氧鑄桿作為原材料。連續(xù)擠壓的方式采用摩擦力進行驅(qū)動，因此模腔將會產(chǎn)生劇烈形變，溫度可提高至600℃以上。因此在模具的出口位置，摩擦所產(chǎn)生的余熱可以將板材直接熱軋成形。連擠連軋的工作原理如圖5所示。

銅板帶連擠連軋工藝相比傳統(tǒng)軋制工藝而言步驟得到了簡化，并且具有諸多的優(yōu)越性：

無需加熱工序，巧妙的通過摩擦力來產(chǎn)生高溫從而熱軋，大幅度減少了設備功耗。

采用了上引鑄桿的工藝，能夠創(chuàng)造含氧量更低的環(huán)境，所生產(chǎn)的銅板帶材雜質(zhì)含量進一步降低。

無需銑削及退火，減少材料損耗，簡化了工藝。

實現(xiàn)了柔性制造。

機械設備簡單，占地小，并且生產(chǎn)過程中污染小，綠色環(huán)保。

連續(xù)擠壓、軋制咬入分析

連續(xù)擠壓咬入條件

連續(xù)擠壓過程可以簡化為異徑單輥的驅(qū)動軋制過程[4]，軋料同輪軸接觸后會被咬入，咬入時系統(tǒng)的受力分析如圖7所示。

軋料的咬緊條件為，擠壓輪摩擦力f1水平力需大于正壓力N1、N2的水平分力，并且還需克服摩擦力f2的水平分力。計算可得坯料的咬入條件為：∝_1≤（z1-z2）/（1+R1?R2）。

軋制時板帶咬入條件

銅板帶材的連軋中，上下輥軋是平行移動的，因此，咬入條件較為寬松。在垂直方向上的力使得軋件上下同受壓縮形變時即可將板咬入，示意圖如圖8所示。咬入角公式：

∝=√（?h/R）

式中：?h—壓下量;R—軋輥半徑

因此tan√（?h/R）

√（?h/R）

式中：μ_3—板帶表面同軋輥表面間摩擦系數(shù)。

結(jié)語

本文對銅板帶成形工藝進行了分析，對連續(xù)擠壓技術、軋制技術、連擠連軋技術分別進行了概述分析，對比了各自方法的優(yōu)缺點。同時通過理論的分析計算，求出確立了連續(xù)擠壓連續(xù)軋制的咬入條件，為銅板帶連軋設備的工藝研究提供了理論技術支持。

參考文獻

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作者簡介：劉昕（1980-1-11），男，漢族，江西贛縣人，本科，助工。研究方向：機械設計制造及自動化。