一种连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线的制作方法

本发明涉及一种生产线，尤其涉及一种生产镁合金产品的生产线。

背景技术

随着全球城市化、工业化的发展，交通工具及飞行器保有量快速上升。然而，这带来了能源消耗和低碳发展的巨大挑战。轻量化是减小交通工具能耗、减小碳排放的有效手段。镁合金是轻金属结构材料，纯镁的密度是1.74g/cm³，仅为钢的1/4，铝的2/3，因此采用镁合金制造零部件减重效果明显，可显著降低能耗。

近年来，航空航天、汽车和轨交等领域对镁合金板材的需求不断加大。镁合金的热挤塑性好，挤压是生产中厚镁板经济有效的方法，目前中厚镁板主要通过热挤压生产。此外，若将挤压镁板进一步加工成薄镁片或薄镁卷，能极大地提高镁材的应用范围，扩大轻质合金的市场，广泛实现各行业的轻量化减重需求。目前部分3c产品外壳、汽车座椅坐盆、汽车内衬板等都是采用镁合金薄板制备。薄板带或板卷通常采用轧制工艺生产，即将厚板进行多道次轧制，逐步减小板材厚度，最终得到所需的薄板。与常用的钢铁、铝合金等易于轧制成型的材料不同，镁合金轧制时易产生裂纹缺陷。其原因是镁的晶体结构是密排六方结构(hcp)，滑移系少，室温下塑性很差；而钢铁、铝的晶体结构分别为体心立方(bcc)和面心立方(fcc)结构，在室温下滑移系多，塑性较好。因此，通常需要将镁合金加热到200℃以上，才能顺利进行轧制。但是镁合金加热温度也不能过高，否则晶粒会严重粗化，力学性能大幅度下降。

此外，除了加热温度外，张力也是影响镁合金板材质量的重要因素。因为在加工镁合金板时镁板温度高，其强度低，若不对板材施加张力，板材极易弯曲，因此需要在轧制变形过程中对镁板或镁带施加张力。但是由于镁板材强度较低，若施加的张力过大，板材会被拉变形、甚至被拉断。

公告号为cn101821025a，公告日为2010年9月1日，名称为“镁热轧方法及镁热轧装置”的中国专利文献公开了一种将镁板送入单机架轧机进行往复无张力轧制，最后卷取的镁板热轧方法及装置。在该专利文献所公开的技术方案中，采用的单机架多道次反复咬入的往复无张力轧制方式存在如下缺点：①反复咬入方式将不可避免地导致厚度方向的尺寸精度低，板材的厚度不均；②无张力轧制的结果是板形不良，板材不平整、易翘曲、有波浪；③用这种单机架反复轧制的方式，由于板带越轧越薄，因此其需要的产线就很长；④反复咬入，轧机频繁启停导致生产效率低。此外，在该专利文献所公开的技术方案中没有涉及如何获得镁板来料的问题。

公告号为cn102773255a，公告日为2012年11月14日，名称为“一种镁合金薄板带卷连续异步轧制装置”的中国专利文献公开了一种由镁卷控温异步轧制生产镁卷的装置，即一种“卷→卷”的生产过程。但是，在该专利文献所公开的技术方案中，只是在前端对镁带进行加热，在异步轧制过程中没有针对镁合金材料需要较窄的温度范围才能施加塑性变形的特点对轧辊和进轧辊前的轧件进行控温，也就是没有对轧制变形区进行温度控制，因此该技术方案不易成材。此外，该专利文献所公开的技术方案并未提及如何控温生成镁卷(即镁卷的来料的问题)。

公告号为cn103639199a，公告日为2014年3月19日，名称为“镁合金热轧装置”的中国专利文献提供了一种镁合金热轧装置(100)，在轧机(3)的入口侧和出口侧两端设置有能够对各卷材状态的镁合金片材(s)进行加热和保温的卷取机(1、2)，通过多个反转轧制依次对镁合金片材进行厚度压下，轧机(3)具备表面温度能够加热并升温到某一定温度的工作辊(3a)和支承轧辊(3b)。然而，该专利文献并未公开如何控温生成金属卷。

公告号为cn105834214a，公告日为2016年8月10日，名称为“生产金属板卷的控温轧制设备”的中国专利文献提高了一种成卷金属薄带和极薄带的控温轧制生产设备。在该专利文献所公开的技术方案中，描述了一种由金属卷控温生产金属卷的设备，即一种“卷→卷”的生产过程。但是，对于如何生成金属板卷，尤其需要在一定温度范围内才能卷取的镁卷，在该专利文献所公开的技术方案中并未涉及。

技术实现要素：

针对目前轧制制备镁合金薄板卷及其卷曲成镁卷的过程存在的多方面问题，本发明的目的之一在于提供一种连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线，根据镁合金材料变形特性，通过热挤压获得镁合金薄板并进一步控温卷取从而获得板面质量高、板形良好，厚度较薄的镁合金板带卷。

为了实现上述目的，本发明提出了一种连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线，包括：

挤压机；

对中夹送辊，其设于所述挤压机的出口处；

对中夹送辊的辊面加热装置，其对对中夹送辊的辊面进行加热；

张力夹送辊，其设于对中夹送辊的下游；

张力夹送辊的辊面加热装置，其对张力夹送辊的辊面进行加热；

热传送辊，其沿生产线的输送方向依次设置；

控温式卷取机，其包括：卷筒；卷筒表面加热装置，其对卷筒的表面进行加热；助卷辊及对其辊面进行加热的装置；

第一板带加热装置，其对应控温式卷取机而设于控温式卷取机的上游，所述第一板带加热装置对即将进入控温式卷取机的镁合金板带进行加热；

控制单元，其与所述对中夹送辊的辊面加热装置、张力夹送辊的辊面加热装置、热传送辊、助卷辊加热装置、卷筒表面加热装置和第一板带加热装置分别连接，以对其加热过程进行控制。

生产时，挤压机挤出的镁合金来料进入对中夹送辊、张力夹送辊的辊道，镁合金来料经对中夹送辊的辊面加热装置以及张力夹送辊的辊面加热装置的加热，由热传送辊的辊道进入控温式卷取机卷取成所需的镁卷。

在本发明所述的技术方案中，挤压机用于高效稳定的挤压出厚度适中的镁合金板料以便于后续工艺的进一步加工轧制。所述的对中夹送辊用于将挤压出的镁合金板料对中形成初始的牵引张力。张力夹送辊则进一步形成稳定的牵引张力，以使得后续的镁合金板带获得良好的板形。

此外，由于控制单元与所述对中夹送辊的辊面加热装置、张力夹送辊的辊面加热装置、热传送辊、助卷辊加热装置、卷筒表面加热装置和第一板带加热装置分别连接，因而使得生产的各个温度均能够精确控制在适合镁合金塑性变形的范围之内。

第一板带加热装置，其对应控温式卷取机而设于控温式卷取机的上游，所述第一板带加热装置对即将进入控温式卷取机的镁合金板带进行加热，其通过沿镁合金板带板宽方向上的温度梯度根据镁合金板卷曲塑性变形的需要进行单独设定和控制，包括全宽方向等温分布，或是板边部高、中间低的温度分布，或是板中间高、边部低的温度分布。

需要说明的是，第一板带加热装置的加热方式不限，可以采用感应加热，感应加热的优点是能够快速按需调控温度，尤其能对温度分布梯度进行精确控制，也可以采用常规方式加热，例如热辐射加热、热风加热，但常规方式加热也应确保镁合金板带的温度在适合的温度区间以满足镁合金材料的温塑性变形特性。

此外，在本发明所述的技术方案中，对中夹送辊、张力夹送辊以及热传送辊的加热方式不限，可以采用内加热方式，例如内通热油，也可以采取常规方式，例如热辐射加热，也可采用感应加热方式。在一些优选的实施方式中，采用感应加热方式，是因为：感应加热不仅能精确控制辊面温度以符合镁合金材料的热塑性特性，而且该方式能更好实现板宽方向上的温度分布情况根据镁合金板卷塑性变形的需要进行单独设定和控制，包括全宽方向等温分布，或是板边部高、中间低的温度分布，或是板中间高、边部低的温度分布。

进一步地，在本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线中，还包括：剪机，其设于对中夹送辊的下游，用于切除挤压板头部或尾部的不规则部分。

进一步地，在本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线中，还包括：同步焊接装置，其设于所述对中夹送辊的下游，所述同步焊接装置将挤压板焊接在一起。所述同步焊接装置将在输送方向上相邻的镁合金来料焊接在一起。设置同步焊接装置有利于实现连续打卷，以提高生产效率。

进一步地，在本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线中，还包括：偏心夹送辊，其对应设于所述控温式卷取机的上游，所述偏心夹送辊上设有随动式辊面加热装置，以对偏心夹送辊的辊面进行加热；所述随动式辊面加热装置与控制单元连接。所述偏心夹送辊用于将镁合金板带送入控温卷取机，从偏心夹送辊到卷筒都加热并控温到所需的温度，目的是避免镁合金板带在低温下经偏心夹送辊转向时开裂，或在卷取弯曲过程中开裂。

进一步地，在本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线中，还包括：第二板带加热装置，其对应设于所述偏心夹送辊的上游，所述第二板带加热装置对即将进入偏心夹送辊的镁合金板带进行加热。

进一步地，在本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线中，还包括：飞剪，其设于所述控温式卷取机的上游。所述飞剪的作用是在生产镁卷的过程中将挤出的镁合金板带进行横向切断。所述横向切断有两种情况，一种是在前端镁板拼焊位置处进行切断，另一种是按预设的每个卷长进行切断。

进一步地，在本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线中，还包括：纵切机，其设于所述飞剪的上游。在本发明所述的技术方案中，纵切机起到进一步修整镁合金板带的作用，例如用于剪去镁合金板带两侧的“边裂”部分或是性能不佳的部分，或利用纵切机将镁合金板带纵切至生产所需的目标宽度。

进一步地，在本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线中，还包括：第三板带加热装置，其设于飞剪或纵切机的上游，以对即将进入飞剪或纵切机的镁合金板带进行加热。

进一步地，在本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线中，还包括：在线测温仪，用于监测下述温度的至少其中之一：对中夹送辊的辊面温度、张力夹送辊的辊面温度、热传送辊的温度、助卷辊的辊面温度、卷筒的表面温度、镁合金板带的温度、偏心夹送辊的辊面温度；所述测温仪还将测得的温度数据传输给控制单元。

连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线中，所述对中夹送辊的辊面加热装置、张力夹送辊的辊面加热装置、助卷辊辊面加热装置、卷筒表面加热装置、随动式辊面加热装置、第一板带加热装置、第二板带加热装置和第三板带加热装置的至少其中之一为感应加热装置，所述热传送辊设置为被感应加热的热传送辊。本发明采用连挤连卷连续生产的方式直接将挤出的镁合金来料控温卷取成镁卷，在整个生产过程中都针对镁材的温塑性变形特性进行连续控温打卷，解决了难以生产获得镁卷的问题，全流程在线连续控温易于控制镁卷温度精度，而且镁合金来料始终处在一个较窄的温度区间，避免了加热精度差导致的晶粒粗化，保证了组织均匀，同时由于挤压后进行精确控温和施加张力实现打卷使得所获得的镁合金卷板形好、板卷质量高；此外，本发明所述的生产线的控温卷取方式也保证了镁合金板带的顺利成卷。

本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线充分利用了挤出镁合金板带的余温，在此基础上再将镁合金板带加热到弯曲卷取变形所需的温度所需的能耗大幅减少、节约了能源；该生产线能极大地提高生产效率，而且产线占地少。

因此，应用本发明所述的生产线能高效生产出具有优良性能的镁合金卷，尤其是板形好、板卷质量高、力学性能优异的镁合金卷，因而，本发明所述的技术方案有着极为广阔的市场和应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线在一种实施方式下的温度分布图。

图2为本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线在另一种实施方式下的温度分布图。

图3显示了实施例一的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线的结构。

图4显示了实施例二的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线的结构。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1为本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线在一种实施方式下的温度分布图。如图1所示，温度曲线i显示了镁合金板带ii的温度梯度分布，说明辊面加热装置(例如对中夹送辊的辊面加热装置、张力夹送辊的辊面加热装置、助卷辊的辊面加热装置)以及板带加热装置(例如第一板带加热装置、第二板带加热装置、第三板带加热装置)加热过程，温度梯度分布根据镁合金板卷塑性变形的需要进行单独设定和控制加热温度，温度沿镁合金板带ii宽度方向呈现为板中间高、边部低的温度分布。

图2为本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线在另一种实施方式下的温度分布图。如图2所示，温度曲线iii显示了镁合金板带iv的温度梯度分布，说明辊面加热装置(例如对中夹送辊的辊面加热装置、张力夹送辊的辊面加热装置、助卷辊的辊面加热装置)以及板带加热装置(例如第一板带加热装置、第二板带加热装置、第三板带加热装置)加热过程，温度梯度分布根据镁合金板卷塑性变形的需要进行单独设定和控制加热温度，温度沿镁合金板带iv宽度方向呈现为板边部高、中间低的温度分布。

实施例一

图3显示了实施例一的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线的结构。如图3所示，本实施例中的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线从镁合金进料方向依次包括：挤压机1、对中夹送辊2、张力夹送辊3、剪机4、同步焊接装置5、辊间张力夹送辊14、第三板带加热装置13、热传送辊7、纵切机8、飞剪9、第二板带加热装置12、偏心夹送辊10、第一板带加热装置6、控温式卷取机11以及控制单元。

在本发明所述的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线中，挤压机1用于挤出一定厚度的镁合金板料，对中夹送辊2将该镁合金板料进行上下对中和张力夹送，张力夹送辊3和辊间张力夹送辊14用于镁合金板带的张力输送。剪机4用于切除挤出的镁合金板料的头部和尾部不规则区。同步焊接装置5将挤出的镁合金板料头尾相连焊接连在一起，以形成连续的镁合金板带，以便于连续打卷，同步焊接装置5设于所述对中夹送辊的下游。对中夹送辊2设于挤压机1的出口处，张力夹送辊3设于对中夹送辊的下游，辊间张力夹送辊14设于张力夹送辊3与控温式卷取机11之间，以便于根据实施例的具体情况在生产过程中精确控制板带张力。

对中夹送辊与张力夹送辊上分别设置有对中夹送辊的辊面加热装置以及张力夹送辊的辊面加热装置，以对对中夹送辊的辊面进行加热以及对张力夹送辊的辊面进行加热。

此外，在控温式卷取机11的上游还设有飞剪9，以及设于飞剪9和控温式卷取机11之间的纵切机8。纵切机8起到进一步修整镁合金板带的作用，剪去镁合金板带两侧的“边裂”部分或是性能不佳的部分，或利用纵切机8将镁合金板带纵切至生产所需的目标宽度。飞剪9用于卷取工序前的分卷切断，或在一些其他的实施方式中，按前端拼焊位置切断或按预设的卷长切断，以使镁合金板带进入控温式卷取机11，形成镁合金卷材m1。

进一步参考图1可以看出，偏心夹送辊10对应设于控温式卷取机11的上游，偏心夹送辊10上设有随动式辊面加热装置101，以对偏心夹送辊10的辊面进行加热。随动式辊面加热装置101与控制单元连接，以便于对其温度进行控制(在本实施例中，控温式卷取机设置为两个，因而，偏心夹送辊也具有两个，在其它实施方式中，可以根据具体生产需要设置一个或多于两个的控温式卷取机)。虚线圆100表示了偏心夹送辊由工作位到非工作位的位置变化。

控温式卷取机11，设于生产线的末端，包括：卷筒112、助卷辊及对其辊面进行加热的助卷辊辊面加热装置111以及卷筒表面加热装置1121，其对卷筒的表面进行加热。助卷辊辊面加热装置111以及卷筒表面加热装置1121分别与控制单元连接。

此外，第一板带加热装置6，对应设于控温式卷取机11的上游，第一板带加热装置6对即将进入控温式卷取机11的镁合金板带进行加热，第一板带加热装置6与所述控制单元连接。

第二板带加热装置12，其对应设于偏心夹送辊10的上游，第二板带加热装置12对即将进入偏心夹送辊10的镁合金板带进行加热，第二板带加热装置12与所述控制单元连接。在偏心夹送辊上游还设置有辊间张力夹送辊14以用于将进入偏心夹送辊10的镁合金板带进一步进行张力调整。

第三板带加热装置13，其设于纵切机9的上游，以对即将进入纵切机的镁合金板带进行加热。

结合实施例一，对本案连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线的生产过程进一步说明：

生产时，挤压机1挤出的镁合金板料m0由对中夹送辊2以及张力夹送辊3以及剪机4进行调整，然后通过同步焊接装置5将挤压机1挤出的镁合金来料m0首尾相连焊接形成镁合金板带，以实现连续打卷。在镁合金板带进入控温式卷取机11前，通过第三板带加热装置13对即将进入飞剪或纵切机的镁合金板带进行加热。随后，镁合金板带经过纵切机8达到目标宽度；经飞剪9分卷切断后，经过第二板带加热装置12加热，进入偏心夹送辊10转向至控温式卷取机11。在进入偏心夹送辊10之前，镁合金板带经过辊间张力夹送辊14进一步进行张力调整。

在镁合金板带经由偏心夹送辊10通过第一板带加热装置6进入控温式卷取机11后打卷成镁合金卷材m1，在卷取过程中，助卷辊辊面加热装置111以及卷筒表面加热装置1121分别对助卷辊辊面以及卷筒表面进行加热，以使得镁合金板带材的生产过程中各个温度均能够精确控制在适合镁合金塑性变形的范围之内。

需要说明的是，本实施例控制单元还具有精细的微张力控制功能：从挤压机前到卷取机，都可精确控制板带速度，速度增量要始终保持在适合镁材特性的张力范围内，这是由于镁合金材料的单位张应力较小，特别在“加热”(挤压出板料)状态下镁合金板带所需的张力远小于钢铁材料，因此在挤压出料和卷取过程中精细控制整条产线上的张力，尤其是卷取机、偏心夹送辊的微张力，避免拉细或拉断镁带。

实施例二

图4显示了实施例二的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线的结构。如图4所示，本实施例中的连挤连卷生产镁合金板带卷的生产线从镁合金进料方向依次包括：挤压机1、对中夹送辊2、张力夹送辊3、剪机4、辊间张力夹送辊14、第三板带加热装置13、热传送辊7、纵切机8、第二板带加热装置12、偏心夹送辊10、第一板带加热装置6、控温式卷取机11以及控制单元。

实施例二中各部件名称与实施例一中的各部件相同，所起的功能作用也与图3所示的实施例一的功能作用相同，因而不再赘述。

对比图3和图4可以看出，实施例二中不具有同步焊接装置以及飞剪，且只设置了一个控温式卷取机11，因而相较于实施例一，实施例二的生产线适用于生产节奏不高的情况，设备投入成本较少。

需要说明的是，在实施例一和实施例二的生产线基础上，可以进一步包括：在线测温仪，用于监测下述温度的至少其中之一：对中夹送辊的辊面温度、张力夹送辊的辊面温度、热传送辊的温度、助卷辊的辊面温度、卷筒的表面温度、镁合金板带的温度、偏心夹送辊的辊面温度；所述测温仪还将测得的温度数据传输给控制单元。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。