一种极薄变厚度带材微轧制方法与流程

本发明属于带材轧制技术领域，具体涉及一种生产效率高，带材厚度变化精确，操作简便、可控性好的极薄变厚度带材微轧制方法。

背景技术：

随着科学技术的飞速发展，电子消费品也不断地向多功能化、小型化、轻量化、高密度和高可靠性的方向发展。电子产品不断小型化的趋势，对薄带和极薄带零件的需求急剧升高，导致市场对零件的加工尺寸提出了更高的要求。

国内外对变厚度带材轧制的研究，主要集中在厚度为0.5～3mm、应用于汽车行业中的差厚板，以及厚度为10～100mm的lp板；而对厚度小于0.3mm的极薄带的变厚度微轧制方面，几乎没有涉及。

变厚度极薄带能够使部分产品零件实现一体化，避免厚度不同零件之间的焊接工序，减小生产难度。变厚度轧件的一次成形，能够极大地提高生产效率，减少原材料的用量；从而进一步促进电子产品的小型化、轻量化、高密度化的发展。由于变厚度极薄带零件没有焊缝，所以其表面质量高，组织性能均匀性好，厚度过渡区的长度和形状可控性强。该类材料主要应用于微电子行业，以及大型集成电路、微型精密器材制造等方面。

目前，普通带材的同步轧制、异步轧制，以及厚板、中厚板的变厚度轧制方法，已经发展的比较成熟；然而，对于极薄变厚度带材轧制方面的研究还比较少。现有的二辊、四辊轧机多为大辊径、操作复杂，需要多道次轧制才能达到所需的厚度；并且无法实现厚度的变化，生产效率非常低。由于当前生产设备以及轧制方法，无法满足市场对变厚度极薄带材的需求，故有必要对现有的极薄变厚度带材轧制方法予以改进。

技术实现要素：

本发明就是针对上述问题，提供一种生产效率高，带材厚度变化精确，操作简便、可控性好的极薄变厚度带材微轧制方法。

本发明所采用的技术方案是：该极薄变厚度带材微轧制方法包括如下步骤：

步骤一、确定轧制带材厚度为h1、轧制厚区h2以及轧制薄区厚度h3，变形区厚度比为h2/h3，可确定辊缝hgap；即厚区轧制时辊缝为hgap=h2，薄区轧制时辊缝调节为hgap=h3；

步骤二、根据需要设计轧制速度v；

步骤三、设计厚区轧制时的辊缝hgap=h2、厚区长度l1、过渡区长度l2薄区轧制时的辊缝hgap=h3、厚区长度l1、过渡区长度l2和薄区长度l3；

步骤四、打开试验用微型二辊轧机，确认操作台上的触摸屏已启动成功，并且已进入程序界面；

步骤五、进入变厚度轧制模块，输入步骤二、三中设计的厚区轧制时的辊缝hgap=h2、厚区长度l1、过渡区长度l2薄区轧制时的辊缝hgap=h3、薄区长度l3、轧制速度v，选定轧制方向和轧制控制方式；然后，开启辊缝，通过电脑程序控制伺服电机启动，同时，启动伺服电动缸将上轧辊抬起；

步骤六、将需轧制的带材放至下轧辊上，进行辊缝闭合的操作，通过电脑程序以闭辊缝初始压力、控制液压系统，使轧辊相互压靠，并钳压住带头部分；

步骤七、启动运行开关，轧机开始运行，自动控制系统通过参数的设定启动伺服电机，通过联轴器将动力输入到减速器，减速器将动力分两路通过万向联轴器带动下轧辊与上轧辊转动，在伺服电机启动的同时，启动伺服电动缸，按照设定压下量进行压下，对轧材开始轧制；

步骤八、轧制过程中压力传感器与位移传感器进行压下量与轧制力的数据采集，反馈给计算机，计算机进行数据的处理与输出。

所述轧机为一种多功能二辊精密微轧机，能够进行压力轧制、辊缝轧制和变厚度轧制三种模式的轧制实验，包括自动控制柜，plc系统，压下装置，传动装置，垂直分布的一对工作辊等部分；在计算机变厚度轧制模块中预先设置相关轧制参数，启动计算机控制系统，启动plc进入自动控制状态；轧制过程是：自动控制系统通过参数的设定启动伺服电机，通过联轴器将动力输入到减速器，减速器将动力分两路通过万向联轴器带动下轧辊与上轧辊转动，在伺服电机启动的同时，启动伺服电动缸，按照设定压下量进行压下，对轧材开始轧制，轧制过程中压力传感器与位移传感器进行压下量与轧制力的数据采集，反馈给计算机，计算机进行数据的处理与输出；轧制过程完成，通过计算机输出的物理量存储与输出数据，对轧制过程进行分析与产品的评估。

所述极薄变厚度带材微轧制方法采用的装置，包括制动器、伺服电机、机座、联轴器、减速器、万向联轴器、下轧辊、上轧辊、机架、压力传感器与位移传感器和伺服电动缸，其中的制动器通过联轴器连接伺服电机，伺服电机在机座之上，伺服电机通过联轴器将动力传递给减速器，减速器通过万向联轴器将动力分别传递给下轧辊、上轧辊，实现异步轧制，机架上安装压力传感器与位移传感器，实现轧制力与辊缝的测量与反馈，伺服电动缸安装在精密轧机的顶部；所述的伺服电机及伺服电动缸采用plc控制系统控制，进行自动调整辊缝、自动控制轧制速度、并实时数据采集，反馈给计算机，计算机通过数据处理，转换成物理量进行显示各项数据，进行数据的存储，供用户调取分析及打印。

轧制过程中轧机采用初始压力压靠带材时的辊缝为初始辊缝h0，轧制过程开始之后辊缝调整为h2，轧制长度为l1；之后轧辊缝隙开始变化，开始过渡区轧制，轧制长度为l2；最后辊缝变为h3，开始薄区轧制，轧制长度为l3，至此完成一个周期的轧制过程。

本发明的有益效果：1、实现了自动化智能控制，操作方便，提高了工作效率和轧制精确性；伺服电动缸的运用，增加了反应速度，极大的提高了差厚控制的精准度，而且经济环保。2、实现了差厚控制，轧制在长、宽方向厚度不等的轧件，为变厚度轧材的连续轧制的实现提供可能，且取消了目前变厚度件的焊接工艺，节省了时间与成本，轧制的变厚度轧件具有高可靠性与机械性能。3、单道次压下能力大，实现一次变形，有效提高了生产效率。4、通过压力传感器和位移传感器，对轧制情况进行实时监控，并且可随时保存运行数据，方便后期数据处理。

附图说明

图1是实施本发明方法所采用的二辊精密微轧机的一种结构示意图。

图2是表示轧辊垂直位移与时间关系的曲线图。

图3是表示轧辊压下速度与时间关系的曲线图。

图中序号说明：1制动器、2伺服电机、3机座、4联轴器、5减速器、6万向联轴器、7下轧辊、8上轧辊、9机架、10压力传感器、11位移传感器、12伺服电动缸。

具体实施方式

根据图1～3详细说明本发明的具体步骤。

该极薄变厚度带材微轧制方法包括：步骤一、确定轧制带材厚度为h1、轧制厚区h2以及轧制薄区厚度h3，变形区厚度比为h2/h3，即可确定辊缝hgap；即厚区轧制时辊缝为hgap=h2，过渡区轧制时辊缝为实时变化值，薄区轧制时辊缝调节为hgap=h3。

步骤二、根据轧制实际情况设计轧制速度v。

步骤三、设计厚区轧制时的辊缝hgap=h2、厚区长度l1、过渡区长度l2薄区轧制时的辊缝hgap=h3、厚区长度l1、过渡区长度l2和薄区长度l3。

步骤四、将轧机上所有的电缆依次连接牢固，然后接上供电电源。打开试验用微型二辊轧机，打开控制柜后门，将电机断路器开关(qf)全部打开（“off”拨“on”状态），再将plc电源开关拨至“i”的状态，cpu开关拨至“run”状态。确认操作台上的触摸屏已启动成功，并且已进入程序界面；轧制将要结束时，将“停止—运行”开关至停止位置。

步骤五、进入变厚度轧制模块，输入步骤二、三中设计的厚区轧制时的辊缝hgap=h2、厚区长度l1、过渡区长度l2薄区轧制时的辊缝hgap=h3、薄区长度l3、轧制速度v，选定轧制方向和轧制控制方式；然后，开启辊缝，通过电脑程序控制伺服电机2启动，同时，启动伺服电动缸12将上轧辊8抬起。

步骤六、将需轧制的带材放至下轧辊7上，启动“闭辊缝”操作按钮，此时轧辊会以闭辊缝初始压力进行压靠，并钳压住带头部分。

步骤七、启动“运行”开关，轧机开始运行，自动控制系统通过参数的设定启动伺服电机2，通过联轴器4将动力输入到减速器5，减速器5将动力分两路通过万向联轴器6带动下轧辊7与上轧辊8转动。在伺服电机2启动的同时，启动伺服电动缸12，按照设定压下量进行压下，对轧材开始轧制，轧制过程中压力传感器10与位移传感器11进行压下量与轧制力的数据采集，反馈给计算机，计算机进行数据的处理与输出。

步骤八、轧制将要结束时，将“停止—运行”开关至停止位置；启动“开辊缝”操作，此时辊系会自动回到开辊缝的位置。

轧制过程结束，将传动装置和压下装置全部分闸，打开控制柜关闭plc电源，关闭电机断路器开关。

所使用的轧机为一种多功能二辊精密微轧机，能够进行压力轧制、辊缝轧制和变厚度轧制三种模式的轧制实验，包括自动控制柜，plc系统，压下装置，传动装置，垂直分布的一对工作辊等部分。在计算机变厚度轧制模块中预先设置相关轧制参数，启动计算机控制系统，启动plc进入自动控制状态。轧制过程是：自动控制系统通过参数的设定启动伺服电机2，通过联轴器4将动力输入到减速器5，减速器5将动力分两路通过万向联轴器6带动下轧辊7与上轧辊8转动，在伺服电机2启动的同时，启动伺服电动缸12，按照设定压下量进行压下，对轧材开始轧制，轧制过程中压力传感器10与位移传感器11进行压下量与轧制力的数据采集，反馈给计算机，计算机进行数据的处理与输出。轧制过程完成，通过计算机输出的物理量存储与输出数据，对轧制过程进行分析与产品的评估。

该极薄变厚度带材微轧制方法所采用的装置包括制动器1、伺服电机2、机座3、联轴器4、减速器5、万向联轴器6、下轧辊7、上轧辊8、机架9、压力传感器10与位移传感器11和伺服电动缸12，其中的制动器1通过联轴器4连接伺服电机2，伺服电机2在机座3之上，伺服电机2通过联轴器4将动力传递给减速器5，减速器5通过万向联轴器6将动力分别传递给下轧辊7、上轧辊8，实现异步轧制，机架9上安装压力传感器10与位移传感器11，实现轧制力与辊缝的测量与反馈，伺服电动缸12安装在精密轧机的顶部；所述的伺服电机2及伺服电动缸12采用plc控制系统控制，进行自动调整辊缝、自动控制轧制速度、并实时数据采集，反馈给计算机，计算机通过数据处理，转换成物理量进行显示各项数据，进行数据的存储，供用户调取分析及打印。

轧制过程中轧机采用初始压力压靠带材时的辊缝为初始辊缝h0，轧制过程开始之后辊缝调整为h2，轧制长度为l1；之后轧辊缝隙开始变化，开始过渡区轧制，轧制长度为l2；最后辊缝变为h3，开始薄区轧制，轧制长度为l3，至此完成一个周期的轧制过程。

以下结合具体轧制过程对本发明做进一步的说明。

实施例一：将150mm长，厚度为0.118mm的纯铜薄带轧制成为厚区厚度为0.102mm，薄区厚度为0.062mm，过渡区长度为4.91mm。

具体操作步骤是：（1）将轧机上所有的电缆依次连接牢固，然后接上供电电源。

（2）打开控制柜后门，将电机断路器开关(qf)全部打开（“off”拨“on”状态），再将plc电源开关拨至“i”的状态，cpu开关拨至“run”状态。

（3）确认操作台上的触摸屏已启动成功，并且已进入程序界面。

（4）进入变厚度轧制模块，输入轧制厚区h2=0.100mm、厚区长度l1=10mm、轧制薄区h3=0.060mm、薄区长度l2=10mm、过渡区长度l3=4.90mm、轧制速度参数40cm/min。

（5）启动轧机，“单动—联动”开关至联动位置、“停止—运行”开关至停止位置。选定轧制方向和轧制控制方式（包括压力控制和辊缝控制）。

（6）开启辊缝，将纯铜薄带放至轧辊上，启动“闭辊缝”操作按钮，此时轧辊会以闭辊缝初始压力进行压靠，并钳压住带头部分。

（7）启动“运行”开关，轧机开始运行并按设定好的轧制力或辊缝量进行轧制。

（8）轧制将要结束时，将“停止—运行”开关至停止位置。启动“开辊缝”操作，此时辊系会自动回到开辊缝的位置。

（9）轧制过程结束，将传动装置和压下装置全部分闸，打开控制柜关闭plc电源，关闭电机断路器开关。

实施例二：将长150mm厚度为0.211mm的纯铜薄带轧制为厚区厚度为0.19mm，薄区厚度为0.09mm，过渡区长度为6.70mm。

具体操作步骤为：（1）将轧机上所有的电缆依次连接牢固，然后接上供电电源。

（2）打开控制柜后门，将电机断路器开关(qf)全部打开（“off”拨“on”状态），再将plc电源开关拨至“i”的状态，cpu开关拨至“run”状态。

（3）确认操作台上的触摸屏已启动成功，并且已进入程序界面。

（4）进入变厚度轧制模块，输入轧制厚区h2=0.210mm、厚区长度l1=10mm、轧制薄区h3=0.090mm、薄区长度l2=10mm、过渡区长度l3=6.50mm、轧制速度参数160cm/min。

（5）启动轧机，“单动—联动”开关至联动位置、“停止—运行”开关至停止位置。选定轧制方向和轧制控制方式（包括压力控制和辊缝控制）。

（6）开启辊缝，将纯铜薄带放至轧辊上，启动“闭辊缝”操作按钮，此时轧辊会以闭辊缝初始压力进行压靠，并钳压住带头部分。

（7）启动“运行”开关，轧机开始运行并按设定好的轧制力或辊缝量进行轧制。

（8）轧制将要结束时，将“停止—运行”开关至停止位置。启动“开辊缝”操作，此时辊系会自动回到开辊缝的位置。

（9）轧制过程结束，将传动装置和压下装置全部分闸，打开控制柜关闭plc电源，关闭电机断路器开关。

实施例三：将长为150mm厚度为0.3mm的纯铜薄带轧制成为厚区厚度为0.278mm，薄区厚度为0.091mm，过渡区长度为6.72mm。

具体操作步骤如下：（1）将轧机上所有的电缆依次连接牢固，然后接上供电电源。

（2）打开控制柜后门，将电机断路器开关(qf)全部打开（“off”拨“on”状态），再将plc电源开关拨至“i”的状态，cpu开关拨至“run”状态。

（3）确认操作台上的触摸屏已启动成功，并且已进入程序界面。

（4）进入变厚度轧制模块，输入轧制厚区h2=0.280mm、厚区长度l1=10mm、轧制薄区h3=0.060mm、薄区长度l2=0.090mm、过渡区长度l3=6.50mm、轧制速度参数200cm/min。

（5）启动轧机，“单动—联动”开关至·联动位置、“停止—运行”开关至停止位置。选定轧制方向和轧制控制方式（包括压力控制和辊缝控制）。

（6）开启辊缝，将纯铜薄带放至轧辊上，启动“闭辊缝”操作按钮，此时轧辊会以闭辊缝初始压力进行压靠，并钳压住带头部分。

（7）启动“运行”开关，轧机开始运行并按设定好的轧制力或辊缝量进行轧制。

（8）轧制将要结束时，将“停止—运行”开关至停止位置。启动“开辊缝”操作，此时辊系会自动回到开辊缝的位置。

（9）轧制过程结束，将传动装置和压下装置全部分闸，打开控制柜关闭plc电源，关闭电机断路器开关。