[发明专利]一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备及方法

说明书

本发明公开了一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备及方法，属于金属层状复合材料制备技术领域，主要包括轧制机构、振动机构和振动方向控制机构三部分，振动机构通过振动方向控制机构浮动安装在轧制机构上，并采用电机驱动‑齿轮传动的方式驱动轧制机构进行周期性的振动；振动方向控制机构转动安装在轧制机构上，用于连接轧制机构和振动机构，并控制轧制机构进行多个方向的振动。该设备利用振动方向控制机构可以方便地在一台设备上提供横向、纵向和横‑纵耦合等多个方向的振动，能够满足不同金属层状复合材料的振动辅助轧制复合需求，提高待复合界面多个方向的错动率，增强界面结合强度，大大提高设备的适用性。

技术领域

本发明属于金属层状复合材料制备技术领域，具体涉及一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备及方法。

背景技术

金属层状复合材料能发挥组元金属各自优势，实现单一金属不能满足的综合性能，具有较高的经济价值和良好的应用前景。轧制复合作为一种短流程、高效率的制备加工技术，被广泛应用于金属层状复合材料的连续化、大批量生产中。但是在传统的轧制复合技术中，界面的错动率低、金属流动性差、氧化膜和硬化层破碎不充分，导致制备的金属层状复合材料在界面处易存在微孔洞、微裂缝等缺陷，界面结合质量波动大，严重影响金属层状复合材料的应用和推广。

振动辅助轧制复合作为一种新型的轧制复合技术，可以为待复合界面引入剧烈的搓轧力，进而提高复合界面的结合质量。其基本原理是通过振动机构驱动上下轧辊做周期性的振动，轧辊带动覆材与基材发生周期性的微小错动，提高待复合界面的剪切作用力，增强界面结合强度。现有的振动辅助轧制复合技术按照振动方向主要分为两种：一种是沿板材宽展方向的横向振动轧制，利用轧辊沿板材宽展方向的振动带动基材和覆材产生横向的周期性错动，促使基材和覆材的待复合表面的硬化层和氧化膜沿横向发生更大程度的破裂并提高金属沿横向的流动性，填充宽展方向的缺陷；另一种是沿板材轧制方向的纵向振动轧制，利用轧辊沿板材轧制方向的振动带动基材和覆材产生纵向的周期性错动，促使基材和覆材的待复合表面的硬化层和氧化膜沿纵向发生更大程度的破裂并提高金属沿纵向的流动性，填充轧制方向的缺陷。在实际生产中，由于不同基材和覆材在轧制复合前的状态和表面处理方式不同，在待复合界面处会形成以不同维度缺陷为主导的多维缺陷界面，需要根据不同待复合界面的状态施加不同方向的振动。但是，上述振动辅助轧制复合技术只能提高某一维度方向的错动率，制备的金属层状复合材料各向异性严重，无法满足金属层状复合材料后续复杂成形性能的要求。

另外，现有的振动辅助轧制复合设备通常采用液压驱动-电磁换向的方式实现上下轧辊位置的相对错动，由于振动的驱动力是通过电磁阀使液压油在液压缸内频繁换向实现，设备成本高昂，且受响应速度的影响，所能提供的振动频率较低(一般在20Hz以内)。特别是，现有的振动辅助轧制复合设备所能提供的振动方向单一，无法满足不同的原材料和工艺的制备需求，往往需要多台不同振动方向的振动辅助轧制复合设备配合使用才能制备出质量优异的金属层状复合材料，设备适用性低、制备工序复杂、生产成本高，严重影响了振动辅助轧制复合的成形效率，不利于该技术的推广和应用。

因此，开发一种短流程、低成本、高效率、实现多振动方向调节的振动辅助轧制复合设备及方法，满足不同金属层状复合材料的制备加工要求，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明公开了一种电机驱动-齿轮传动式的振动辅助轧制复合设备，主要包括轧制机构、振动机构和振动方向控制机构三部分。该设备的振动机构中的振动变速装置采用齿轮变速，可以大大提高振动频率(所能提供的振动频率可高达100Hz)，保证轧制复合的效率。该设备利用振动方向控制机构可以方便地在一台设备上提供横向、纵向和横-纵耦合等多个方向的振动，能够满足不同金属层状复合材料的振动辅助轧制复合需求，提高待复合界面多个方向的错动率，增强界面结合强度，大大提高设备的适用性。

为实现上述技术功能，本发明采用的技术方案为：

根据本发明技术方案的第一方面，提供一种金属层状复合材料振动辅助轧制复合设备，其特征在于，主要包括轧制机构、振动机构和振动方向控制机构三部分。