基于可拆卸包套的低塑性难变形材料板材轧制方法及模具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明专利属于难变形材料加工领域，具体涉及一种基于可拆卸包套的低塑性难变形材料板材乳制方法及模具。
【背景技术】
[0002]金属间化合物结构材料、金属基复合材料等低塑性难变形材料具有轻质、高比刚度、高比强度等优异性能，其板材在航空航天、飞行器、潜艇、核能、电子、交通运输等领域具有良好的应用。金属间化合物结构材料、金属基复合材料等低塑性难变形材料的塑性和韧性较低，其可加工性差，其板材成形主要采用包套热乳成形。包套乳制是一种有效的制备低塑性难变形材料板材的方法，使用包套可以防止板坯直接与空气和乳辊直接接触，避免了板坯快速降温，造成板坯塑性急剧下降;板坯受热温度均匀，温度梯度小，材料变形均匀，减少了附加应力；当包套与板坯强度匹配、装配合理、紧密贴合时，包套与板材乳制过程中同步协调变形，板坯乳制时处于三向应力状态，有助于抑制和减缓裂纹的产生和扩展，从而可以提高难变形材料的乳制成形能力。
[0003]目前包套的主要采用板料拼焊的方法制造，焊缝存在使得包套的性能不一致，乳制过程中包套材料变形不均匀性显著，进而影响到板坯变形的不均匀性，形成附加拉应力，导致包套撕裂，甚至造成板材开裂，产品报废。焊接包套尺寸精度较低，包套与板坯侧边的配合精度极低。与包套紧密贴合的材料，乳制时受到良好的应力状态(压应力)；与包套有间隙的材料，乳制时受到不利的应力状态(拉应力)。与包套有间隙的材料，乳制过程中受到的阻力较小，首先发生变形(变形量较大)，而与包套紧密贴合的材料，由于包套的约束作用，受到的阻力较大，出现滞后变形(变形量较小)，板材易出现变形的不同步性，进一步增大了变形的不均匀性，势必形成附加拉应力，显著降低材料的成形能力。包套乳制的包套盖板焊接在矩形边框上，板材完全被包裹在密闭的包套腔体内，每道次乳制后无法精确测量板材的厚度，使得低塑性难变形材料在乳制过程难以控制板材厚度，在生产中极易出现板材厚度过大或过小，增大了后续机加工量或尺寸超差，导致产品报废，降低成品率。同时，采用现有包套方法在多道次乳制过程中无法观察到上下板面是否会产生裂纹等缺陷，若在乳制过程中及时发现裂纹，通过随时修料，也可以减少乳制过程中裂纹的扩展，提高产品质量和成品率。
[0004]采用包套在传统乳机上乳制低塑性难变形材料，乳辊与包套的温度相差悬殊，乳制过程中包套温度急剧降低，为了防止包套温度降温过快，引起板坯温度大幅度降低，传统包套乳制板坯上下面不得不采用厚度较大的包套盖板，厚包套盖板虽然可以避免板坯的快速降温，但包套盖板的温度梯度较大，包套盖板的变形均匀性较差，必然引起板坯变形的不均匀性，导致附加应力的产生，从而造成板材开裂，降低成品率，增加成本。
【发明内容】
[0005]为了克服金属间化合物结构材料、金属基复合材料等低塑性难变形材料乳制过程中板材开裂、尺寸难以精确测量、板面质量难以随时观察以及包套盖板与乳辊接触降温快的难题，本发明提出了一种基于可拆卸包套的低塑性难变形材料板材乳制方法，其特征在于，所述可拆卸包套包括边框101和薄板U形框105，薄板U形框105与边框101匹配;边框101为无焊缝整体矩形框，边框101的乳制前端上有一逐渐收窄的梯形端103，边框101中有一长方体形镂空的边框腔体102 ；
[0006]所述方法的具体过程为:
[0007]步骤1机加工低塑性难变形材料板坯104;
[0008]步骤2根据机加工后板坯的尺寸，加工所述可拆卸包套，边框腔体102高度和板坯厚度相等，边框腔体102的长度和宽度较板坯的长度和宽度小于等于0.04_?0.1mm；
[0009]步骤3将板坯104压入边框101的边框腔体102内，用薄板U形框105将板坯和边框的上下面及梯形端103—起包覆，形成带可拆卸包套的板坯，薄板U形框105与板坯104和边框101的上下板面之间涂有脱离剂；
[0010]步骤4采用乳制模具的加热装置预热乳辊，将步骤3中的带可拆卸包套的板坯放入加热炉内加热；
[0011 ]步骤5热乳带可拆卸包套的板坯，随后卸下薄板U形框105，观察板材表面质量和测量板材厚度。
[0012]所述边框101的乳制前端的边框厚度为板坯104厚度的2?4倍，其余三边的厚度为板坯104厚度的0.8?1.5倍.
[0013]所述梯形端103的长度为板坯104厚度的1?3倍。
[0014]所述薄板U形框105的厚度为板坯104厚度的0.05?0.2倍。
[0015]所述边框101和薄板U形框105为同一材质，都为塑性优良且高温强度与乳制坯料一致的材料。
[0016]所述板坯104的长度和宽度的尺寸公差为0?+0.05mm。
[0017]所述热乳的道次变形量为15%?30%，总变形量为50%?85%。
[0018]—种基于可拆卸包套的低塑性难变形材料板材乳制模具，其特征在于，所述模具包括空心辊体1、电加热管2、轴承3、固定螺杆4、连接轴5、引线槽6、空心辊颈7、引线8、引线杆9、压盖10、第一螺杆11、第二螺杆12、实心辊颈13、连接螺孔14、环形引线槽15、引线柱16、固定螺钉17及绝热垫；用压盖10、第一螺杆11和连接螺孔14将轴承3安装到空心辊体1上，采用固定螺杆4将连接轴5固定在轴承3上，并将一块绝热垫固定在连接轴5上，减少连接轴5传热，采用固定螺钉17将电加热管2和引线柱16固定在连接轴5上，将电加热管引线柱16上的弓丨线8通过环形引线槽15，集中到一起，并通过连接轴5和引线杆9上的引线槽6引出，引线杆9被固定，不发生转动；用第二螺杆12将空心辊颈7和实心辊颈13固定在空心辊体1上，同时分别在两个辊颈与空心辊体1之间放置一块绝热垫，减少辊颈传热，实心辊颈13与传动机构连接，当实心辊颈13转动时，辊体1和空心辊颈7—起发生转动，由于引线杆9被固定，不发生转动，接轴承5和引线杆9为一体不发生转动，轴承3的外圈随辊体一起转动，其内圈不发生转动，使得电加热管2和引线8不发生转动;乳制过程中空心辊体1转动，但电加热管2不发生转动，引线8与电源连接，对乳辊加热，实现乳制和加热乳辊同时进行，保证了乳辊温度和温度的均匀性。
[0019]所述空心乳辊1在乳制TiAl基合金及钛基复合材料时采用的材料为镍基高温合金，在乳制铝、镁基复合材料及高合金化铝、镁合金时采用的材料为热作模具钢。
[0020]有益效果
[0021]本发明的适用性强，本发明首次提出的可拆卸包套乳制方法可适用于所有需要乳制的低塑性难变形材料，包括TiAl、TiAlNb、NiAl等金属间化合物结构材料，石墨稀、碳纳米管以及Al203、SiC、B4C、TiB2、TiC、AlN等的颗粒(短纤维)增强金属基复合材料，不同金属组合形成的层状复合材料，塑性相对较差的镁合金、钛合金及高合金化合金(如A390铝合金、高硅电工钢以及高硅铝)等。本发明提出采用多个电加热管对乳辊加热，乳辊的预热温度高、预热均匀，显著减少了包覆板材上下板面盖板的厚度，提高了板材乳制变形的均匀性，解决了传统包套乳制乳辊与包套的温度相差悬殊，厚包套盖板的温度梯度较大，板材乳制变形均匀性差，应力状态不良(拉应力)，板材开裂等问题。当然对于塑性相对较好的低塑性难变形材料采用可拆卸包套在传统乳机上直接乳制，无需采用该方法加热乳辊。
[0022]采用本发明乳制板材温度均匀、应力状态良好、变形均匀、减缓或抑制板材开裂，有效改善低塑性难变形材料的乳制成形能力，能够解决金属间化合物结构材料、金属基复合材料等低塑性难变形材料乳制成形难题，显著提高产品质量、成材率和生产效率，且具有极强的适用性和良好的工程应用。
【附图说明】
[0023]图1为本发明专利可拆卸包套的结构示意图。
[0024]图2为本发明模具结构剖视图。
[0025]图3为本发明模具装配后的左视图。
[0026]图1中:101-边框；102-边框腔体；103-梯形端；104-板还；105-薄板U形框；1-空心辊体;2-电加热管;3-轴承;4-固定螺杆;5-连接轴;6-引线槽;7-空心辊颈;8-引线;9-引线杆;10-压盖;11-第一螺杆;12-第二螺杆;13实心辊颈；14-连接螺孔；15-环形引线槽;16-引线柱;17-固定螺钉。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0028]图1为本发明专利可拆卸包套的结构示意图，可拆卸包套包括矩形边框101、边框腔体102、梯形端103、薄板U形框105。首先将板坯104压入边框腔体102中，板坯104与边框腔体102紧密配合，边框101紧紧裹住板坯104的侧面，薄板U形框105的底端与梯形端103紧贴，薄板U形框105覆盖在板坯104和边框101的上下板面，为了便于乳制咬入和防止撕裂薄板U形框105底端，边框101的前端制成梯形，薄板U形框105与板坯104和边框101的上下板面之间涂有MgO等脱离剂，防止乳制过程中薄板U形框105与板坯104和边框101的上下板面焊合。
[0029]图2是本发明模具结构剖视图，图3是图2中连接轴和电加热管装配后左视图，本发明的模具乳辊主要包括空心辊体1、电加热管2、轴承3、固定螺杆4、连接轴5、引线槽6、空心辊颈7、引线8、引线杆9、绝热垫、压盖10、第一螺杆11、第二螺杆12、实心辊颈13、连接螺孔14、环形引线