CN100418656C - 金属带材的矫直方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属带材(1)的矫直方法,该金属带材沿一定的输送方向(R)被输送通过一台矫直机(2)并由此被矫直,其中,在矫直机(2)中通过多个矫直辊(3)沿金属带材(1)表面的法线方向(N)作用一个矫直力(F),其特征为,在金属带材(1)进入矫直机(2)之前测定金属带材(1)的厚度(d),并根据测出的厚度(d)沿施加到金属带材(1)表面的法线方向(N)对矫直辊(3)施加压下量(a)。
Description
技术领域
本发明涉及金属带材的一种矫直方法,该金属带材沿输送方向被输送通过矫直机并由此被矫直,在该矫直机中,金属带材通过多个矫直辊在垂直于金属带材的表面的方向内施加矫正力。此外,本发明涉及一种矫直机,其中在金属带材进入矫直机之前测定金属带材的厚度,并根据测出的厚度沿金属带材表面的法线方向对矫直辊施加压下量,在矫直机的出口侧进行一次测量,用该测量确定已矫直的金属带材在金属带材表面的法线方向内离理想线的拱起趋势和偏差,并根据该拱起趋势和偏差在金属带材表面的法线方向内对矫直辊施加压下量,使金属带材在矫直过程结束后尽可能平直。
背景技术
在带钢的制造和处理设备中,带钢通常成卷被运到设备处,以便后续加工或处理,然后放入进料部分中进行开卷并按此方式穿入设备中进行处理。带钢通过开卷被输入设备中。为此,弯曲的带钢头部必须进行矫直,以便带钢能够穿入设备的进料部分中并在需要时能够无障碍地运走带钢头部的废料段。
带钢处理的质量和带钢的质量取决于能够在多大程度上使首先卷绕的带钢变成一种平的即平面的状态。为此已知有矫直机,通过在带钢上作用多个矫直辊使开始还不是平的进料带钢成为平直的带钢状态。
所以在矫正时需要通过合适的处理方式来保证在矫直过程结束后达到尽可能高的平直度。在设计成辊式矫直机的矫直机中,通常使用三至七个辊。上述矫正辊可垂直于带钢的表面移动或调节,以便匹配带钢厚度。为此,要使用电伺服驱动装置或机械螺旋式升降***,有时也用偏心轮。
上述类型的方法由DE21 17 489 A1公开。其中金属带材输入一个矫直机,在该矫直机中带材被矫直。沿输送方向在机器前面测量带材的厚度。在机器的后面设置一个位移测量装置,可以测量金属带材沿垂直于带材表面的法线方向测量偏差。由此给出带材平直度。
类似的方案还公开于JP62 21 4825 A。
EP1275446A2公开了一种在带钢处理线上用一台带钢处理设备来消除连续通过的带钢的横向弯曲的方法,其中,横向弯曲在带钢处理线的区域内进行测定并借助浸入深度可调的校正辊来消除。消除横向弯曲直接在带钢处理设备前面的带钢处理线区域内进行。
为了校正矫直机内金属带材的平直度的偏差,DE10230449A1提出了矫直辊的位置控制尺寸的测定方法。根据该方法,首先从带材平直度偏差的测定值中确定一个适合表示带材形状的形状函数的实际系数,然后从这个实际系数确定目标系数,最后将目标系数转换成矫直辊的位置控制量。
DE3840016A1公开了一种金属带材的矫直方法,其中,至少在辊式矫直机的矫直辊之一上测出矫直力并根据测出的值调整矫直辊位置。这里规定单独测出每个作用到矫直机的矫直辊或辊式支座或机架上的垂直矫直力,并根据这些测出值在产生压力变化的范围内自动地再调矫直辊。
根据DE3308616C2的金属带材的矫直方法,金属带材在上、下相互错开的矫直辊之间进行运送并通过不断减少的变形度多次交替弯曲,矫直辊根据钢板横截面以及钢板公称强度按一个预定的变形度分级可相对调整。特别是在矫直的过程中测出矫直辊上的矫直力,从矫直力和钢板横截面确定相应的钢板强度,并根据相应的钢板强度不断地校正矫直辊的压下量。
金属带材的矫直机的其它特殊的结构解决方案及其工作方法可从EP0765196B1、EP0182062B1、WO02/076649A1、DE3414486C2、DE4216686A1、EP0035009B1和JP11192510中得知。
一个迄今为止未考虑的问题在于,虽然考虑了待矫直的金属带材的材料性能,但由于带材厚度波动有时却达不到满意的矫直效果。特别是对未轧制的带钢端部进行矫直更成问题,因为带钢头部或尾部在厚度上波动严重。带钢的整个纵轴呈现楔形甚至阶梯形的厚度变化,所以要达到一个可重复的矫直过程是极其困难的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种金属带材的矫直方法,用该方法可简单地克服上述缺点,这就是说,即使金属带材沿其纵轴的厚度严重波动的情况下也能确保理想的矫直效果。
这个目的是通过本发明的一种具有如下特征的方法来实现的:通过力测量来确定该拱起趋势和偏差。
为了可简单地进行厚度测量,最好在矫直辊前面的足够的距离内实施厚度测量。所以根据改进方案,矫直辊的压下在考虑矫直辊前面厚度测量的距离和沿输送方向金属带材的输送速度的情况下随时间调节,亦即通过矫直辊前的测量距离和输送速度确定一个在矫直辊压下调节时考虑的空转时间。
为了确保带材在其平直度方面的高成品质量,在矫直机的出口侧上进行一次测量,用该测量确定已矫正过的金属带材离理想线即垂直于金属带材表面的方向内的理想中心平面的拱起趋势和偏差,并根据拱起趋势和偏差在金属带材表面的法线方向内对矫直辊施加压下量,使金属带材在矫直过程结束后尽可能平直。
在通过力测量来确定该拱起趋势和偏差的情况下,最好通过一个布置在出口侧的矫直辊来进行力测量。另一种解决方案是,通过一个或多个相对于矫直辊独立的探测辊来进行力测量。
本发明方法的又一改进可这样实现:在矫直机的矫直过程中,测量由矫直辊施加的矫直力的大小,同样根据测出的矫直力在金属带材表面的法线方向内对矫直辊施加压下量。这样就可进行与材料有关的理论-实际力的比较。
输送方向在需要时可以逆转。这在矫直机后面的矫直过的带材满足不了所期望的平直度要求时是有意义的。为此,矫直机入口侧和矫直机出口侧之间的压下量是对称的,即在相反输送方向内的压下量相当于输送方向的压下量。这样,带材头部就可在相反的输送方向内这样进行第二次矫直,使它在矫直机的入口侧达到最佳的矫直效果。然后,可选择地在前进方向内重新进行第三次矫直或带材头部通过打开的机器继续运行。
最好设置位置调节的伺服元件,这种伺服元件适用于在垂直于金属带材的表面的方向内压下矫直辊。这种位置调节的伺服元件设计成液压柱塞油缸***是特别有利的。
最后,可设置已矫直过的金属带材在垂直于金属带材表面的方向内离理想线的拱起趋势和偏差的测量机构,这种测量机构布置在金属带材从矫直机出来的出口处或者在输送方向上位于出口后面。这种测量机构可由一个或两个(上、下)相对于矫直辊独立的探测辊组成。
通过本发明即使在要矫直的金属带材的厚度严重波动的情况下也可达到很好的矫直效果,这样在总体上提高了所生产的金属带材的质量或简化了带材的制造并使过程更加可靠。
附图说明
在附图中示出了本发明的一个实施例。
图1a和图1b一种金属带材的端部的示意侧视图;
图2用于矫直金属带材的矫直机的示意图;
图3与图2类似的视图,示出了最重要的调节值;
图4实施矫直过程用的调节回路的一部分;
图5实施矫直过程用的调节回路的详图。
具体实施方式
图1a和图1b示出了一种应当进行矫直处理的金属带材1的侧视图,图中示出了一种未轧制带材的头部的区域。典型地,金属带材1的厚度d在相当于输送方向R的带材的整个纵轴内都是不恒定的。图1a的情况是,金属带材1呈楔形延伸,而图1b则表示金属带材的厚度呈阶梯形延伸的情况。
这种金属带材的矫直是特别困难的,并只有图2所示的矫直机2才有可能有效地矫直。
金属带材1在输送方向R以恒速V输入矫直机2中。矫直机2是一种辊式矫直机并具有多个矫直辊3。四个下矫直辊3和三个上矫直辊3分别布置在一根梁15和16上,这两根梁可在垂直于金属带材1的表面的方向N内相对运动。下梁16是固定的,而上梁15则可通过一个液压柱塞缸***形式的调节位置的伺服元件8在方向N内运动。矫直辊3的压下运动用a表示。在矫直辊3压下时,在辊之间作用一个用F表示的力,这个力引起金属带材1的变形,所以在金属带材1离开矫直机2后具有高的平直度。
矫直机2的出口4后面的金属带材1应争取达到用实线表示的形状(理想线)。但如不采取大量的措施,则金属带材1一般都会产生拱起趋势,这种拱起趋势用该理想线的偏差x-向上或向下-来表示,如虚线所示。为了防止出现这种情况,必须采取这样的措施:在输送方向R内在矫直机入口7的前面布置一个合适的本身众所周知的传感器形式的机构6来测量金属带材的厚度d。传感器6和矫直辊中心之间的距离-在输送方向R内测出-用b表示。
传感器6测量金属带材1的厚度d并将测出的值传递到一个调节装置9。上矫直辊3到下矫直辊3通过伺服元件8的压下量a根据测出的厚度d来调节。其中考虑了空转时间,该空转时间表示金属带材1从测量位置移动到矫直辊3的位置耗用的时间。在已知距离b和输送速度v的情况下,这个空转时间是容易确定的。
为了求出压下量a的正确值。在调节装置9中存储一种相应的算法,或借助存储的曲线变化推断出屈服点的正确和适用的值并由此推断出通过伺服元件8调节的压下量a。
在矫直机的出口4布置一个探测辊5,用以控测金属带材1离理想位置的偏差x。测出的偏差也被送到调节装置9,该装置通过其内存的算法或曲线变化相应地校正压下量a。不用单独的探测辊5,也可用在输送方向R内的最后一个矫直辊3’来进行这种测量。
图3表示矫直辊3的调节压下量a的调节示意图。调节装置9从传感器6获得金属带材1的测出厚度d作为输入参数。此外,通过一个力测头或压力测定头10测出的矫直力F也被输入该调节装置中。在矫直机2的出口4垂直于金属带材1的表面的方向N内测出的金属带材1离理想线的偏差x作为另一个输入参数输入调节装置9中。此外,示意示出了供给调节装置9的带材数据D,这些数据存储在一个数据库17中。
在调节装置9中存储有一种算法或表格,该算法根据厚度d、偏差x、矫直力F和带材数据D推断出最佳矫直效果所需的压下量a,这用函数关系a=f(d,x,F,D)来表示。
在图4中示出了调节技术的一些细节:力测头或压力测头10测出作用到液压伺服元件8中的压力p,该压力通过一个换算器14可换算成矫直力。在数据库17中存储有带材数据D,即例如制成金属带材1所用的材料的最佳成型值的信息。矫直力的最佳理论值可从数据库17调出并在减法器18与实测的值进行比较。差值信号在一个慢速的例如叠加的力调节器11中进行处理后通过一个限幅器12输入下一个减法器19中。为了获得不同的运行状态,力调节器11也可设计成可开断的,例如通过对应力调节器11的开关来开断。取自数据库17的理论压下量a的最佳值以及压下量a的实测值也输入该力调节器中。差值信号被输入调节器13,该调节器向伺服元件8输出压下量a的调节值。
调节示意图的其他细节可从图5看出:在这里的数据库17中既存储有曲线族,又存储有表格,它们给定了要处理的金属带材1的材料在矫直处理时的最佳屈服点St。在数据库17的左边区域内可找到曲线族,这些曲线族对预先给定的带钢厚度d给出现存的屈服点St。在这种情况下可考虑由冷轧过程的原材料制成的热轧带钢屈服点和冷轧带钢屈服点(曲线族的可能的始点和终点)。传感器6提供金属带材1的厚度d的实际值。在已知输送速度v和距离b的情况下(见图2),可确定金属带材1从厚度测量位置到达矫直辊3的位置所需的时间。这在图5中用空转项TT作为速度v的函数来表示。
在数据库17左方示出的区域内,用实际的厚度值确定理想的屈服点,并将其输入数据库17右方所示的区域内。借助存储的数据或算法即可根据厚度d确定所需的压下量a和相对于金属带材1的宽度B的矫直力F(垂直于输送方向R)。
这个值与实际宽度B在乘法器20中相乘得出理论矫直力FS01l。这个理论值被输入一个调节器21中,在该调节器后面的一个减法位置减去实际矫直力FIst。该实际矫直力通过力测头或压力测头10和换算器14来确定。差值被输入调节器22中,该调节器通过限幅器12将其信号传输到一个减法位置23。
压下量a的目标修正值来自数据库17并通过一个调节器24同样到达减法位置23。实际的压下量a的测出值也输入该处。信号差输入(主)调节器13,该调节器给出压下量a的调节值并将其传送到伺服元件8。
图中只示出了一个伺服元件8的情况,尽管在钢梁15和16的两侧优选各设置一个伺服元件8。在这种情况中,电路结构加倍。
亦即在实施例中,进行连续的带钢厚度测量,其结果通过所述的调节***传送到位置调节的液压缸。实际的带钢厚度由厚度测量传感器6测定,且为此所需的调节值由位置调节的液压缸提供。封闭的调节回路确保了矫直辊的连续压下,从而消除了带钢厚度影响。
为了消除金属带材1的强度的影响,只要一种结果定向调节方法,也测定离理想位置的出口侧的偏差。从偏差测量或力测头或压力测头10的施压中可推断出必须如何进行再调节,才能达到一个理想的矫直效果。从而达到从矫直机2出来的金属带材1几乎没有拱起。此外,测出液压缸中的调节压力。这个压力可推断出材料性能,特别是当带钢厚度为已知时。这些数据也可用于计算位置调节并集成在该调节回路中。
调节值及其变化汇集在数据库17中并可在矫直别的金属带材1时用于矫直机2的预调或在一台新设备投入运行时作为起始值使用。
(对厚度d、偏差x和矫直力F的测定)也可不用上述的传感器,而用任意的别的传感器,例如用光学测量传感器。
附图标记一览表
1、金属带材
2、矫直机
3、矫直辊
3′矫直辊
4、出口侧
5、探测辊
6、厚度测量机构
7、入口侧
8、调节位置的伺服元件
9、调节装置
10、力测头/压力测头
11、慢速的力调节器
12、限幅器
13、调节器(P调节器)
14、换算器
15、梁
16、梁
17、数据库
18、减法器
19、减法器
20、乘法器
21、调节器
22、调节器
23、减法位置
24、调节器
R 输送方向
N 垂直于金属带材的表面的方向
F 矫直力
d 金属带材的厚度
a 矫直辊的压下量
b 在矫直辊前面测量厚度的距离
v 输送速度
x 矫直的金属带材的偏差
D 带材数据(数据库)
p 压力
st 屈服点
B 金属带材的宽度
Claims (6)
1. 金属带材(1)的矫直方法,该金属带材沿输送方向(R)被输送通过矫直机(2)并由此被矫直,在矫直机(2)中通过多个矫直辊(3)沿金属带材(1)表面的法线方向(N)作用矫直力(F),其中在金属带材(1)进入矫直机(2)之前测定金属带材(1)的厚度(d),并根据测出的厚度(d)沿金属带材(1)表面的法线方向(N)对矫直辊(3)施加压下量(a),在矫直机(2)的出口侧(4)进行一次测量,用该测量确定已矫直的金属带材(1)在金属带材(1)表面的法线方向(N)内离理想线的拱起趋势和偏差(x),并根据该拱起趋势和偏差(x)在金属带材(1)表面的法线方向(N)内对矫直辊(3)施加压下量(a),使金属带材(1)在矫直过程结束后尽可能平直,
其特征为,
通过力测量来确定该拱起趋势和偏差(x)。
2. 按权利要求1的方法,
其特征为,
矫直辊(3)的压下量在考虑矫直辊(3)前面的厚度(d)测量的距离(b)和在输送方向(R)内金属带材(1)的输送速度(v)的情况下随时间调节。
3. 按权利要求1的方法,
其特征为,
通过布置在出口侧的矫直辊(3′)来进行力测量。
4. 按权利要求1的方法,
其特征为,
通过至少一个相对于矫直辊(3)独立的探测辊(5)来进行力测量。
5. 按权利要求1至4任一项的方法,
其特征为,
在矫直机(2)的矫直过程中,测量由矫直辊(3)施加的矫直力(F)的大小,并根据测出的矫直力(F)沿金属带材(1)表面的法线方向(N)对矫直辊(3)施加压下量(a)。
6. 按权利要求1至4任一项的方法,
其特征为,
在相反的输送方向时,输入侧和输出侧之间的压下量理论值是对称的,使压下量理论值是与实际的输送方向无关的调节值。
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