徐衍平

（廣東含元工業(yè)技術(shù)有限公司，廣東 佛山 528311）

隨著科技的發(fā)展，市場對金屬材料的要求越來越高，合金材料由于其優(yōu)越的性能，越來越廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域，比如鈦/鋼復合、不銹鋼/銅復合、銅/鋁復合、鉑/金復合……等等，由于其兼具優(yōu)異的力學性能、低成本、以及生產(chǎn)過程綠色、高效、環(huán)保、性能和性價優(yōu)勢，為航空技術(shù)、海洋技術(shù)應(yīng)用、電子科技應(yīng)用助力，為此一種合金材料復合技術(shù)應(yīng)運而生。

1 工藝流程

如下表所示。

表1 多層超薄金屬薄帶復合制作超薄合金箔材的工藝流程

一種多層超薄金屬薄帶復合制作超薄合金箔材技術(shù)裝備的工藝流程圖簡介：n種材料經(jīng)過各自的上卷小車和開卷機分別被送到在線拋光機，經(jīng)過在線拋光機后n層材料均被拋光，然后n層金屬材料層疊在一起穿過機前裝置，繼續(xù)穿過軋機，軋機將多層材料壓合在一起，穿過測厚儀，測厚儀與控制系統(tǒng)一起控制出口側(cè)合金的厚度，合金繼續(xù)穿過機后裝置后，由收卷機收集成卷，打包后合金卷材經(jīng)卸卷小車卸下，至此完成金屬復合工作。

2 主要機械設(shè)備介紹

2.1 上/卸卷小車

上/卸卷小車沿垂直軋制線方向布置，平時位于開卷機（收卷機）卷筒外部。將帶卷托起送到卷筒上或?qū)Ь韽木硗残断隆?/p>

上/卸卷小車由車體、軌道、拖鏈、移動電機、減速機及升降托架、導輥、升降油缸等組成。升降由油缸完成，行走由電機和減速機完成。

上卷時，小車橫移至開卷機卷筒外部，天車將帶卷吊至小車托輥上。人工控制小車升降，使帶卷中心與卷筒中心對中，然后小車橫移向卷筒上卷。最后，小車下降并退至卷筒外部。

卸卷時，小車橫移至收卷機卷筒下部，人工控制小車托輥上升將帶卷托起，然后控制小車托起帶卷向外橫移出卷筒，小車托輥下降至最低并用天車將帶卷吊走。

2.2 開卷機/收卷機

開卷機設(shè)置在軋機機前，共n臺(n≥2，取決于金屬層數(shù)量)，用于帶材的開卷，并建立后張力；收卷機設(shè)置在軋機機后，共1臺，用于帶材的卷取，并建立前張力。開卷、收卷機由漲縮卷筒、減速箱、聯(lián)軸器、減速機、電機和底座等組成，減速箱齒輪材料滲碳淬火、齒面磨齒，精度6級，齒輪和軸承采用稀油自循環(huán)潤滑，自帶循環(huán)泵、冷卻器和過濾器。

2.3 在線拋光機

在線拋光機裝在開卷機與機前裝置之間，主要是作用是將復合金屬來料的疊合面進行拋光處理，將多層來料疊合面的氧化物或其它雜質(zhì)拋除，以避免因雜質(zhì)附在表面導致脫層。

2.4 機前機后裝置

機前裝置/機后裝置包括對稱于四輥液壓軋機安裝的偏導輥、測速裝置、風刀、底座等，機后裝置配有測厚儀。轉(zhuǎn)向輥既保證使軋制區(qū)前后的帶材保持水平，同時對帶材的運行速度進行檢測，以用于對帶材的速度、張力、厚度進行精確控制。轉(zhuǎn)向輥采用小慣量的空心輥結(jié)構(gòu)，以避免劃傷帶材。

2.5 液壓軋機

此軋機設(shè)置在機組中部，與開卷機、收卷機配合使用，完成復合軋制過程。主要由工作機座、機前裝置、機后裝置、換工作輥裝置、主傳動裝置、分段冷卻裝置等組成。

工作機座包括機架裝配、軋輥裝配、軋輥彎輥及平衡裝置、換支承輥裝置、軋線調(diào)整裝置、壓下油缸等。機架裝配由牌坊、連接橫梁、軌座、機架鑲塊等組成，其中牌坊、軌座采用鑄鋼，連接橫梁采用焊接結(jié)構(gòu)；機架鑲塊采用鍛鋼制作，內(nèi)裝支承輥平衡缸、工作輥正負彎輥缸，由油缸廠制造，密封件采用特瑞堡產(chǎn)品。

軋輥裝配由軸承座及其附件、軋輥軸承、軋輥等組成。支承輥選用四列圓柱軸承，油氣潤滑；工作輥選用滾針軸承，油氣潤滑。工作輥采用內(nèi)部通水循環(huán)冷卻，以降低軋輥的溫度，采用旋轉(zhuǎn)接頭將循環(huán)水注入軋輥芯部并回流到軋輥外。支承輥軸承座采用鑄鋼制作，工作輥軸承座采用鍛鋼制作。

換支承輥裝置：由換輥軌道架、換輥架和換輥油缸等組成，用于更換支承輥。

軋線調(diào)整裝置：用于調(diào)整軋制線高度。每次更換軋輥，需將輥徑輸入，軋線調(diào)整裝置會自動調(diào)整軋制線，確保軋制線標高誤差在合理范圍以內(nèi)，油缸或馬達驅(qū)動斜楔機構(gòu)來進行軋制線的調(diào)整。

換工作輥裝置單工位快速換輥，由換輥車和固定軌道、換輥油缸等組成。換輥時，上下工作輥隨著軋線調(diào)整裝置的下降落到機內(nèi)換工作輥軌道上，再用換工作輥缸將上下工作輥一起推至機外軌道上，吊走舊輥，放上新輥。然后，用換輥缸把新輥拉回機架內(nèi)軌道，再將換輥小車定位銷拔出，關(guān)上工作輥軸向固定，將小車推回到軌道后方，換工作輥結(jié)束。

主傳動裝置是由一臺直流電機驅(qū)動，傳動工作輥。由電機、聯(lián)軸器、減速機、齒輪箱和萬向接軸等組成。齒輪箱體為焊接結(jié)構(gòu)，齒輪箱齒輪材料滲碳淬火、齒面磨齒，精度6級，齒輪和軸承采用稀油自循環(huán)潤滑，自帶循環(huán)泵、冷卻器和過濾器。

分段冷卻裝置用來對工作輥和支承輥進行冷卻，由噴嘴梁、截止閥組及管路等組成，噴嘴梁分上下支承輥、上下工作輥設(shè)置在軋輥裝置兩側(cè)，對稱布置，各組流量按一定的比例進行分配。

3 軋制關(guān)鍵控制手段

3.1 板型

在軋制過程中經(jīng)常遇到以下板型缺陷：

圖1 軋制板型缺陷圖

3.2 板型調(diào)整手段

上述板型缺陷主要通過以下方式進行調(diào)整：

入口側(cè)來料自動預控：由于帶材來料厚差和板型變化，其不穩(wěn)定會導致軋制區(qū)失穩(wěn)，入口側(cè)設(shè)有測厚儀和板型儀增加來料厚度預控和板型預控，可以通過調(diào)整壓下缸的位置、彎輥力狀態(tài)、分段冷卻狀態(tài)、前張狀態(tài)或后張狀態(tài)，以達到調(diào)整軋制達到穩(wěn)態(tài)。

出口側(cè)厚度自動監(jiān)控：由于隨著軋制狀態(tài)的變化，軋制區(qū)熱變形從常溫升到穩(wěn)速軋制的過程中產(chǎn)生大量的軋制熱量，輥縫隨之變化，從而導致出口厚度變化，出口側(cè)設(shè)有測厚儀和板型檢測，可以閉環(huán)監(jiān)控出口側(cè)的厚度和板型，提高了自動化，降低了操作人員的工作強度。

偏調(diào)AGC，即通過調(diào)整操作側(cè)和傳動側(cè)的主油缸的位置來調(diào)整出口側(cè)板帶的寬度方向兩側(cè)的厚度，以避免單邊浪。

彎輥力調(diào)整，通過改變彎輥力的大小，從而改變工作輥的輥型凹凸狀態(tài)，當軋制出現(xiàn)對稱邊浪時增大彎輥力；當出口側(cè)帶材出現(xiàn)中浪時，減小彎輥力以消除中浪。

分段冷卻調(diào)整，通過吹掃冷卻輥面和帶材，對出現(xiàn)的局部板型進行消除，如肋浪、雙肋浪和復合板型等張力AGC，調(diào)整前后張力，以達到使得軋制區(qū)的前滑區(qū)、中性區(qū)和后滑區(qū)達到穩(wěn)態(tài)，避免打滑，調(diào)整前張力避免出口側(cè)出現(xiàn)不良板型，調(diào)整后張力以降低軋制力，降低厚度和軋制難度。

速度AGC，隨著目標厚度的變薄，輥面受壓變形，軋制區(qū)阻力增大，帶材厚度難以變薄，通過速度提升，軋制溫升后輥子熱脹，使得帶材變軟同時輥縫被熱脹壓迫加劇，使得帶材變薄。

修磨輥型調(diào)整，通過修磨輥型，如平輥、凸輥和凹輥，相當于讓輥型多一種可調(diào)變量，使得軋制狀態(tài)的輥型更便于操控，以消除復雜的板型缺陷。

自動板型控制，通過板型儀的閉環(huán)控制實現(xiàn)偏調(diào)AGC、彎輥力調(diào)整、分段冷卻調(diào)整、張力AGC、壓力AGC和速度AGC的自動調(diào)整，來自動消除板型缺陷，甚至避免斷帶和設(shè)備事故。

4 裝備技術(shù)難點

（1）加工基體材料所固有的物理化學特性，不同基體材料之間的相互浸潤特性差。解決辦法：通過改變狀態(tài)，如退火硬度等來改變其物理性能，使得其易于相互浸潤。

（2）加工溫度高導致產(chǎn)生氧化物，導致相互浸潤特性差。解決辦法：盡量避免加工溫升，縮短溫升工序，拋除影響浸潤的氧化物。

（3）加工溫升導致軋輥溫升，復合板軋制由于壓合層之間不允許有油水等潤滑冷卻介質(zhì)侵入，因此無法采用傳統(tǒng)的水冷、乳液冷卻、油冷卻，只能通過風冷，這大大降低了冷卻和潤滑的效果，為了避免溫升，這種干軋效率無法跟傳統(tǒng)軋制效率媲美。

（4）通常復合板加工分為熱復合和冷復合，熱復合需解決溫升、防止氧化和加工效率等問題，冷復合需解決基層復合材料固有的浸潤不良、軋制溫升和生產(chǎn)效率等難題，對于不同材料基層復合需根據(jù)其固有物理化學特性來進行復合，比如比較易于氧化的銅、鋁、鎂等金屬適合冷復合，比較軟的金屬也適合冷復合，而比較硬的金屬或合金則適合熱復合。

（5）研究可增強復合基層相互浸潤性的電鍍層或噴涂層，以增強復合材料的相互浸潤特性，可根據(jù)材料的應(yīng)用工況研究適合的復合涂層。

5 科技成果

經(jīng)過研制，一種多層超薄金屬薄帶復合制作超薄合金箔材技術(shù)裝備。

（1）實現(xiàn)了超大單道次加工率的連續(xù)批量化生產(chǎn)，最大單道次加工率可達到60%～90%；普通軋制一般軋制單道次加工率為5%～40%，傳統(tǒng)復合軋制單道次加工率一般為50%～75%，而該裝備復合單道次加工率可達60%～90%，大大提高了加工效率。

（2）研制出成品厚度為0.05mm～0.15mm的超薄三復合合金產(chǎn)品；隨著加工率變大，材料的加工硬化變大，材料越容易變脆，邊部在張力的作用下撕裂加劇，同時板型的不均勻性會加劇，通過工藝裝備的優(yōu)化，已經(jīng)成功復合出成品厚度為0.05mm～0.15mm的超薄三復合合金產(chǎn)品。

（3）有效地控制了干軋的軋制溫升，達到可持續(xù)穩(wěn)態(tài)軋制；通過多種溫控手段使得溫升控制在比較合理的穩(wěn)定區(qū)間，既保證了軋制產(chǎn)品精度，又保證連續(xù)批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

（4）解決了干軋軋制區(qū)潤滑和冷卻的問題；軋制區(qū)是否穩(wěn)定是復合能否正常的關(guān)鍵因素，來料、潤滑、冷卻、輥型、輥縫控制手段、板型控制手段等等因素，都對能否正常復合舉足輕重。

（5）解決了多層來料的對中和裂邊的問題；由于不同材料或相同牌號不同狀態(tài)的材料，同時復合時其塑性變形量各不相同，導致壓延后內(nèi)部有殘余應(yīng)力留在復合材料里，從而導致材料應(yīng)變變形，在復合帶材中部表現(xiàn)為板型不穩(wěn)，而在帶材的邊部表現(xiàn)為裂邊、翹邊或起鼓，因此，材料在軋制過程中均勻性、一致性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

（6）有效地解決了超大加工率軋制的板型控制問題；板型控制作為軋制的輔助作用，有效地保證了軋制的穩(wěn)定性，使得大規(guī)模批量生產(chǎn)成為了可能。