一种生产低残余应力铝合金带材的超声振动辅助轧制方法

摘要

一种生产低残余应力铝合金带材的超声振动辅助轧制方法，以铝合金带材或者中厚板为原料，进行冷轧(冷连轧或者单机架冷轧)，将冷轧产品通过连续三个带超声波振动功能的导辊，三个超声波导辊直径相同，超声波导辊一和超声波导辊三处在同一高度位置，超声波导辊二位于超声波导辊一和超声波导辊三的中间的上方，超声波导辊振动频率范围为20KHZ至30MHZ，当轧制产品通过该超声波导辊组后，轧件内部的残余应力降低75％以上，实现产品低残余应力化，将产品卷曲，即生产出高质量低残余应力的铝合金带材或者箔材产品。本发明可以实现铝合金带材低残余应力化，在汽车轻量化、电子封装、食品保护等领域具有重要应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料轧制技术领域，特别涉及一种生产低残余应力铝合金带材的超声振动辅助轧制方法。

背景技术

目前，汽车轻量化得到国际社会的广泛关注，人们致力于通过各种工艺与技术降低汽车的重量。因为，随着汽车重量的降低，汽车能耗将大幅降低。

降低汽车重量，其中一种方式是采用高强韧的铝合金材料替代钢板。相对于钢材而言，铝合金的密度大幅降低。然而，对于铝合金板带产品，其在冲压过程中相对于钢铁材料而言具有更大的回弹，这对于生产过程中模具设计与修复增加了难度，无疑进一步增加生产成本。目前，虽然已经有多个国家先后生产出全铝汽车，但是铝合金生产的汽车的生产成本远高于钢铁材料制备的汽车。因而，生产出低回弹的铝合金带材产品对于推进铝合金带材在汽车工业中的应用具有广泛前景。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种生产低残余应力铝合金带材的超声振动辅助轧制方法，可制备低残余应力铝合金带材，该板材将有可能用于汽车冲压零部件，采用该材料将降低铝合金带材冲压过程回弹行为，减少修模，提高生产率，降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种生产低残余应力铝合金带材的超声振动辅助轧制方法，包括如下步骤：

第一步：以铝合金带材或者中厚板为原料，进行冷轧(冷连轧或者单机架冷轧)，冷轧产品为厚度在10μm至2mm的带材或者箔材；

第二步：将冷轧产品带材或者箔材通过连续三个带超声波振动功能的导辊，三个超声波导辊直径相同，超声波导辊一和超声波导辊三处在同一高度位置，超声波导辊二位于超声波导辊一和超声波导辊三的中间的上方，其中，超声波导辊二中心位置距超声波导辊一与超声波导辊三的中心连线的垂直距离(H)小于超声波导辊的直径(2R)、大于超声波导辊半径的1.5倍(1.5R)；

第三步：根据轧制产品的最终厚度决定超声波导辊一、超声波导辊二、超声波导辊三的振动频率，频率范围为20KHZ至30MHZ，当轧制产品通过该超声波导辊组后，轧件内部的残余应力降低75％以上，实现产品低残余应力化；

第四步：将产品卷曲，生产出高质量低残余应力的铝合金带材或者箔材产品。

超声波导辊一、超声波导辊二、超声波导辊三的振动频率f1、f2、f3与轧制前轧件的初始厚度h1没有关系，但是超声波导辊一、超声波导辊二、超声波导辊三的振动频率f1、f2、f3与轧制产品的最终厚度h2有明确关系，随着最终厚度h2的降低，f1、f2、f3同时降低。f1、f2、f3三个值可以相同，也可以不同，如果不相同，f2大于f1和f3。

板带冲压过程回弹行为与材料的微观组织以及残余应力有重要关联，降低板带产品的残余应力将显著降低产品的回弹行为。因此本发明可以实现铝合金带材低残余应力化，所生产的低残余应力铝合金带材具有提高铝合金冲压性能的能力，在汽车轻量化等领域具有广阔前景，低残余应力的铝合金箔材在电子封装、食品保护等领域具有重要应用前景。

附图说明

图1为超声波振动消除冷连轧带材残余应力示意图。

图2为超声波振动导辊区域的尺寸示意图。

图3为超声波振动消除单机架冷轧带材中残余应力示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

图1所示为生产低残余应力铝合金带材的超声振动辅助轧制的流程图。主要针对铝合金板带或者箔材产品，其产品的厚度为10μm至2mm。其具体过程如下：

第一步：采用冷连轧机组1，冷轧带材2以铝合金带材或者中厚板为原料，进行冷轧，冷轧产品的厚度在10μm至2mm。

第二步：将冷轧产品带材或者箔材通过由连续三个带超声波振动功能的导辊组成的超声波导辊组。三个超声波导辊直径相同，超声波导辊一3和超声波导辊三5处在同一高度位置，超声波导辊二4位于超声波导辊一3和超声波导辊三5的中间的上方，其中，超声波导辊一3和超声波导辊三5的中心连线距离为2L，超声波导辊二4中心位置距该中心连线的垂直距离为H，各超声波导辊的半径均为R，则1.5R＜H＜2R，如图2所示。

第三步：根据轧制产品的最终厚度决定超声波导辊一3、超声波导辊二4、超声波导辊三5的振动频率，频率范围为20KHZ至30兆HZ。当轧制产品通过该超声波导辊组后，轧件内部的残余应力降低75％以上，实现产品低残余应力化。

第四步：利用卷取机6将产品卷曲，生产出高质量低残余应力的铝合金带材或者箔材产品。

本发明同样适合于单机架冷轧机，如图3所示，将超声波导辊一3、超声波导辊二4和超声波导辊三5布置在单机架冷轧机9后部，其步骤与作用与上面描述相同。单机架冷轧机9的前端布置有左侧卷曲机7和入辊导辊8。

本发明的主要原理为铝合金材料内部残余在高频振动情况下会得到显著降低，当残余应力显著降低后能够显著提高铝合金材料在冲压过程中的回弹行为。因而，本发明三角形超声波辊道，能够使冷轧带材经过该辊道后，其内部残余应力得到显著降低。

以下是两个具体的实施例。

实施例1：

生产0.5mm的低残余应力AA6061铝合金带材，步骤如下：

第一步：以铝合金AA6061中厚板为原料，轧件初始厚度为3mm，对该铝合金进行冷连轧，冷轧产品的厚度为0.5mm，轧件内部的残余应力为120MPa。

第二步：将冷轧带材通过连续三个带超声波振动功能的导辊。三个超声波导辊直径为150mm。

第三步：超声波导辊一的振动频率设置为200KHZ，超声波导辊二的振动频率设置为500KHZ，超声波导辊三的振动频率设置为300KHZ。

第四步：将产品卷曲，生产出高质量低残余应力的铝合金带材，经检测，产品内部的残余应力为30MPa。

实施例2：

生产25μm厚度的低残余应力AA1050铝合金箔材，步骤如下：

第一步：以铝合金AA6061中厚板为原料，轧件初始厚度为30μm，对该铝合金进行单机架冷轧，冷轧产品的厚度为25μm，轧件内部的残余应力为50MPa。

第二步：将冷轧带材通过连续三个带超声波振动功能的导辊。三个超声波导辊直径为100mm。

第三步：超声波导辊一的振动频率设置为80KHZ，超声波导辊二的振动频率设置为100KHZ，超声波导辊三的振动频率设置为80KHZ。

第四步：将产品卷曲，生产出高质量低残余应力的铝合金箔材，经检测，产品内部的残余应力为10MPa。