CN101229569A - 镁合金型材扭曲检测和矫正的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用拉伸矫直机进行在线检测和矫正型材扭曲的自动化方法及其装置，采用可移动的卧式液压拉伸矫直机，配以带检测臂的检测小车和计算机系统，进行检测和分段矫正，准确判断型材扭曲变形的位置和扭曲变形程度，可使产出的轻合金型材，尤其是镁合金型材完全满足行业对其平直度要求较高的需要。本发明具有检测精度高、速度快的特点，可极大地提高检测和矫正的效率和精度，适合大规模推广应用。本发明所需要的检测和矫正装置结构简单，具有操作方便、成本低等特点。

Description

镁合金型材扭曲检测和矫正的方法及装置

技术领域

本发明涉及检测和矫正轻合金型材扭曲变形的方法，尤其是用于检测和矫正镁合金型材扭曲变形的方法；同时还涉及实现所述方法的检测和矫正装置。

背景技术

镁合金和铝合金作为轻金属结构材料，在汽车、轨道交通、航空、航天、国防军工等领域具有广泛的应用前景。热挤压是轻合金塑性加工最主要的方式之一，通过挤压可得到各种管材、型材和棒材，包括外轮廓带凹角和暗槽的型材。热挤压过程中，常因为坯料内部组织的不均匀性、温度分布的差异、模具设计等因素造成的金属流动不均匀，还因为挤压后外力的作用和冷却速度不均匀等，使得制品发生弯曲或扭曲，严重影响成品率，为了获得平直的挤压型材必须对其进行矫直。

在各种金属变形制品的矫直方法中，辊矫适合于外形为圆形的管材和棒材，多辊反复压弯矫直适合于板材和部分型材制品，但由于铝合金和镁合金等轻合金制品表面质量要求较高，辊矫和多辊反复压弯矫直因易划伤型材表面而不宜采用。拉伸矫直是最适合轻合金型材矫直的，尤其是具有复杂断面及外形轮廓的铝合金和镁合金型材。在现已公开的关于型材及矫直的方法和装置相关的专利中，大部分涉及到辊矫和反复压弯矫直，如：授权公告号为CN2582773Y的实用新型专利《龙门式万能金属型材矫直机》、授权公告号为CN2920469Y的实用新型专利《镁合金型材矫直机》、申请号为02116745.1的发明专利《一种钛及钛合金小截面异型材矫直方法》等，另外公开号为CN101025406A的发明专利《多功能电磁探伤装置》、授权公告号为CN274442Y的实用新型《一种热态钢坯拉矫机》都披露了辊式矫直技术，但均因存在划伤制品表面的可能而不适用于铝合金和镁合金型材。授权公告号为CN2801316Y的实用新型专利《一种新型液压拉伸装置》和授权公告号为CN200939475Y的实用新型专利《液压拉伸矫直机》，均为专门针对铝合金管材、型材和棒材的拉伸矫直而设计的液压拉伸装置，但都只注意到纠正挤压制品弯曲变形，没有提扭曲变形的矫正，而仅靠拉伸矫直不能完全消除型材的扭曲，不能满足生产高精度产品的要求。

目前，消除轻合金扭曲变形的方法是在拉伸矫直的同时，通过旋转拉伸矫直机端头的液压夹头来消除目视范围内的扭曲变形，靠人工目测扭曲变形程度，然后凭经验给以一定的扭正量，该类方法存在测量误差大、效率低、扭曲矫正不到位、产品报废率高等缺点，很难满足大规模、高效率、高质量的现代化轻合金型材生产需要。铝合金具有面心立方晶格，有12个滑移系，变形塑性好，其拉伸矫直和扭曲矫正可直接在室温下进行，而镁合金由于具有六方晶格，室温条件下仅3个滑移系可启动，塑性变形能力较差，通常需要采用150℃至200℃的中温拉伸矫直，此时观测者将头贴近型材目测会因为高温炙热而不便操作，同时型材上方产生的热空气流也会干扰观察，甚至使得用于检验型材平直状况的激光束发生不稳定的偏转。

综上，现有的方法和装置都存在测量误差大、效率低、因扭曲矫正不到位而产品报废率高等缺点，很难满足大规模、高效率、高质量的现代化想镁合金生产需要。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种利用拉伸矫直机进行在线检测和矫正型材扭曲程度的方法，以提高检测和矫正的精度和效率。

本发明的目的是这样实现的：一种镁合金型材扭曲检测和矫正的方法，其特征在于采用可移动的卧式液压拉伸矫直机，配以带检测臂的检测小车和计算机系统，进行分段检测和分段矫正，具体步骤包括：

1)检测：1a)将加热后的型材检测面朝上，型材的两端分别用拉伸矫直机的固定夹持端的液压夹头和牵引小车的液压夹头夹持；经过初步拉伸矫直后，开始进行扭曲状态的检测；1b)将带有检测臂的检测小车沿拉伸矫直机导轨从型材的一端向另一端匀速行驶，使检测臂上的两滚轮保持与型材检测面接触；并设定检测小车起始时检测臂所处的平面为基准面；1c)用设于检测臂上的传感器采集和记录检测臂在检测小车沿型材长度方向运动过程中，检测臂相对于基准面的摆动幅度信息数据，并输入计算机系统；1d)计算机系统分析处理步骤1c)获得的数据；以检测臂处于基准面时的扭曲度为0，将检测臂在型材上运动中各位置处相对于基准面不同方向的摆动幅度分别处理为正或负值的扭曲度，并按线型扭曲方向将型材分为多个矫正段，即分成的每一个矫正段具有连续的正扭曲度或连续的负扭曲度，确定每一个矫正段的起点与终点位置；

2)矫正：2a)检测和记录完成后，计算机系统根据步骤1d)获得的数据，控制拉伸矫直机的固定夹持端的液压夹头和牵引小车的液压夹头，分别夹持住型材一个矫正段的起点与终点位置；2b)计算机系统根据步骤1d)获得的数据，控制牵引小车的液压夹头向该段扭曲方向相反的方向旋转；2c)重复步骤2a)和2b)，对型材的每一个校正段进行校正；矫正过程应尽快进行以保证型材的温度下降不超过40℃，即保证随后定型时轻微拉伸时的温度在150℃以上。

3)定型：矫正完成后，控制液压夹头夹持住型材两端后拉伸并冷却。

本发明的另一目的是提供能实现上述方法的轻合金型材扭曲检测和矫正装置，它主要包括卧式液压拉伸矫直机，卧式液压拉伸矫直机包括导轨、液压固定夹持端和牵引小车，液压固定夹持端和牵引小车上分别设有可旋转的液压夹头；其特征在于：还配以带检测臂的检测小车和计算机系统，牵引小车安装在导轨上并由计算机系统控制其驱动系统；所述导轨上还设置有由计算机系统控制的检测小车，检测小车包括环形嵌套圈和带驱动系统的底座，底座通过驱动轮与导轨活动连接；环形嵌套圈通过可升降支架安装在底座；环形嵌套圈内嵌套有一个内圈，所述内圈可在环形嵌套圈内转动；一根检测臂固定连接在内圈中，检测臂的中心线与内圈的直径重合，检测臂下部对称设置有两个用于与型材检测面接触的滚轮，检测臂上设有位移传感器通过数据线与计算机系统连接；固定夹持端和牵引小车液压夹头通过数据线与计算机连接。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1.本发明方法通过检测小车和计算机系统，配合现有的卧式液压拉伸矫直机，可对轻合金型材进行分段检测和分段矫正，准确判断型材扭曲变形的位置和扭曲变形程度，可使产出的轻合金型材，尤其是镁合金型材完全满足行业对其平直度要求较高的需要。

2.本发明方法通过自动化检测和矫正，步骤简捷，具有检测精度高、速度快的特点，极大地提高检测和矫正的效率和精度，适合大规模推广应用。

3.本发明方法所需要的检测和矫正装置结构简单，只需对现有的卧式液压拉伸矫直机稍加改进即可，具有成本低的特点。通过计算机进行数据处理和工业控制，实现对轻(镁)合金型材的自动化检测和矫正。

4.检测装置由内环和外环两部分组成，可在导轨上沿型材的长度方向行进，外环保持水平平稳，内环所附带的检测臂上的两个小轮紧贴型材的表面并沿长度方向滚动，从而将型材沿长度方向各段的扭曲程度转化为检测臂的偏转量。根据所获得的沿型材长度方向上扭曲变形的分布情况针对性地采取相应的方法矫正，可靠性好。

附图说明

图1为本发明镁合金型材扭曲检测和矫正装置结构示意图(俯视图)；

图2为本发明检测小车的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的优选实施方式作进一步说明。

一种镁合金型材扭曲检测和矫正方法，采用可移动的卧式液压拉伸矫直机，配以带检测臂的检测小车和计算机系统，对经过初步拉伸矫直之后的镁合金型材进行扭曲度的检测和分段矫正，具体步骤包括：

1)检测

1a)将加热后的挤压型材(包括外轮廓带凹角或暗槽)送至卧式液压拉伸矫直机上，选定型材较宽、较平整的面为检测面，将检测面朝上，并将型材的两端分别用拉伸矫直机的固定夹持端的液压夹头和牵引小车的液压夹头夹持；经过初步拉伸矫直后，开始进行扭曲状态的检测；

1b)将一带有检测臂的检测小车沿导轨从型材的一端向另一端匀速行驶，行驶过程中将检测臂上的两个滚轮保持与型材检测面接触，并设定检测小车起始时检测臂所处的平面为基准面；

1c)用设于检测臂上的传感器采集检测小车沿型材长度方向运动过程中，检测臂相对于基准面的摆动幅度信息数据，并输入计算机系统；

1d)计算机系统分析处理步骤1c)获得的数据；以检测臂处于基准面时的扭曲度为0，将检测臂在型材上运动中各位置处相对于基准面不同方向的摆动幅度分别处理为正或负值的扭曲度，并按线型扭曲方向将型材分为若干矫正段，即分成的每一个矫正段具有连续的正扭曲度或连续的负扭曲度，确定每一个矫正段的起点与终点位置。

2)矫正

2a)检测和记录完成后，计算机系统根据步骤1d)获得的数据，控制松开牵引小车的液压夹头，将牵引小车移动到距固定夹持端最近一个矫正段的终点处；

2b)计算机系统控制固定夹持端的液压夹头和牵引小车的液压夹头分别夹持住该型材矫正段的起点和终点；

2c)计算机系统根据步骤1d)获得的数据，将牵引小车的液压夹头向该段扭曲方向相反的方向旋转，转动角度根据型材制品的合金种类和该段扭曲变形的程度决定。

2d)此段矫正完毕后，松开牵引小车的液压夹头，并将牵引小车移动到下一个待矫正的矫正段终点处，夹持住型材；松开固定夹持端的液压夹头，利用牵引小车的移动推动型材，将待矫正的矫正段起点对准固定夹持端的液压夹头，控制固定夹持端的液压夹头夹持住型材；

2f)重复2c)和2d)步骤，直到矫正完所有矫正段。

矫正应在拉伸矫直之后进行，对镁合金型材进行200℃左右的热拉伸后，应尽快进行扭曲矫正，保证矫正过程及随后定型轻微拉伸时型材的温度在150℃以上。

3)定型

矫正完成后，控制固定夹持端和牵引小车的液压夹头分别夹持住型材两端后进行拉伸，拉伸残余变形量以0.5％为宜，然后对型材进行鼓风机吹风冷却。

检测步骤中，还可以增设两台滑动托架小车，分别在检测臂沿型材长度方向的两侧托起型材，调整两台滑动托架小车的可升降托架，使其托起型材并使两台滑动托架小车之间的型材保持水平，同时还可以减少运动过程中产生振动造成检测误差。

参见图1，实现上述方法的镁合金型材扭曲检测和矫正装置，主要包括卧式液压拉伸矫直机，并配以带检测臂的检测小车15和计算机系统，卧式液压拉伸矫直机包括导轨13、固定夹持端10和牵引小车11，固定夹持端10和牵引小车11上分别设有可旋转的液压夹头12，所述液压夹头12通过数据线与计算机系统连接；牵引小车11安装在导轨13上并由计算机系统控制其驱动系统；所述导轨13上还设置有由计算机系统控制的检测小车15。由于型材通常较长，容易受重力作用产生弯曲，带来检测误差，影响检测精度。为避免这种误差，在检测小车15沿导轨延伸方向的两侧分别设置一台滑动托架小车14和16，以托起型材使其在检测段保持水平，以提高检测精度；所述滑动托架小车14和16由带驱动系统的底座、可升降托架组成，滑动托架小车的底座通过驱动轮与导轨13连接，滑动托架的驱动系统通过数据线与计算机连接。

上述的驱动系统可用现有技术中的驱动电机和齿轮箱组成，驱动电机提供动力通过齿轮箱传递到驱动轮，带动牵引小车、检测小车或滑动托架小车在导轨上移动。

参见图2，检测小车包括环形嵌套圈21和带驱动系统的底座29，底座29通过驱动轮25与导轨13活动连接；环形嵌套圈21通过可升降支架28安装在底座29上，可升降支架28的高度可调，以满足检测不同规格型材的需要；环形嵌套圈21内嵌套有一个内圈22，所述内圈22可在环形嵌套圈21内转动，环形嵌套圈21与内圈22的接触面非常光滑且表面精度很高，两部件接触面公差很小，以保证检测精度并减少磨损；一根检测臂23固定连接在内圈22中，检测臂23的中心线与内圈的直径重合，检测臂23下部对称设置有两个用于与型材30之检测面接触的滚轮24，为使检测臂的2个滚轮间距满足不同宽度型材的要求，在检测臂上还设有可调节2个滚轮间距的调节装置，如调节手轮27；检测臂23上设有位移传感器26通过数据线与计算机系统连接；位移传感器26安装在环形嵌套上探测内圈相对于环形嵌套的的位移差，环形嵌套固定在支架上，内圈相对于环形嵌套的旋转即为其角度值，可进行换算。

本装置可通过对现有的卧式液压拉伸矫直机进行改进而得到。该装置的检测小车可在导轨上沿型材的长度方向行进，环形嵌套圈保持水平平稳，内圈所附带的检测臂上的两个滚轮紧贴型材的表面沿长度方向滚动，从而将型材延长度方向各段的扭曲程度转化为检测臂的偏转量。根据所获得的沿型材长度方向上扭曲变形的分布情况针对性地采取相应的方法矫正。

为防止液压夹头12损伤镁合金型材表面，本发明还在液压夹头12内侧放置聚氨酯衬垫。

牵引小车11和检测小车15的驱动系统通过数据线与所述计算机连接，并由计算机控制移动，牵引小车的液压夹头12由计算机控制开合和旋转，这样可以实现全自动控制。

为实现计算机自动控制，计算机通过数据线分别与牵引小车、检测小车和滑动托架小车的驱动系统连接，由计算机控制牵引小车、检测小车和滑动托架小车的移动以及牵引小车中液压夹头的开合和旋转，传感器采集的数据也通过数据线输入计算机。

计算机控制检测小车及滑动托架小车沿型材长度方向移动，保持检测臂的2个滚轮始终接触检测面，在移动过程中，当型材发生相对于基准面的扭曲时，此处型材面与基准面不再处于同一平面，此时检测臂上滚轮受力不再相同，则嵌入在环形嵌套内的内圈会进行转动，以保证两只滚轮受力相同，此时检测臂便会相对于基准面发生摆动，用传感器采集和记录检测臂的运动距离和相对于基准面的摆动幅度并输入计算机，即可得到型材各段的扭曲数据。

Claims (7)

1.一种镁合金型材扭曲检测和矫正的方法，其特征在于采用卧式液压拉伸矫直机，配以带检测臂的检测小车和计算机系统，进行检测和分段矫正，具体步骤包括：

1)检测

1a)将加热后的型材检测面朝上，型材的两端分别用拉伸矫直机的固定夹持端的液压夹头和牵引小车的液压夹头夹持；经过初步拉伸矫直后，开始进行扭曲状态的检测；

1b)将带有检测臂的检测小车沿拉伸矫直机导轨从型材的一端向另一端匀速行驶，使检测臂上的两滚轮保持与型材检测面接触；并设定检测小车起始时检测臂所处的平面为基准面；

1c)用设于检测臂上的传感器采集和记录检测臂在检测小车沿型材长度方向运动过程中，检测臂相对于基准面的摆动幅度信息数据，并输入计算机系统；

1d)计算机系统分析处理步骤1c)获得的数据；以检测臂处于基准面时的扭曲度为0，将检测臂在型材上运动中各位置处相对于基准面不同方向的摆动幅度分别处理为正或负值的扭曲度，并按线型扭曲方向将型材分为多个矫正段，即分成的每一个矫正段具有连续的正扭曲度或连续的负扭曲度，确定每一个矫正段的起点与终点位置；

2)矫正

2a)检测和记录完成后，计算机系统根据步骤1d)获得的数据，控制拉伸矫直机的固定夹持端的液压夹头和牵引小车的液压夹头，分别夹持住型材一个矫正段的起点与终点位置；

2b)计算机系统根据步骤1d)获得的数据，控制牵引小车的液压夹头向该段扭曲方向相反的方向旋转；

2c)重复步骤2a)和2b)，对型材的每一个校正段进行校正；

矫正时保持型材的温度在150℃以上；

3)定型：矫正完成后，控制拉伸矫直机和牵引小车的液压夹头分别夹持住型材两端后拉伸并冷却。

2.根据权利要求1所述的镁合金型材扭曲检测和矫正方法，其特征在于：所述步骤3)中拉伸的残余变形量为0.5％。

3.根据权利要求1或2所述的镁合金型材扭曲检测和矫正方法，其特征在于：在步骤1)中，增设两台滑动托架分别在检测臂沿型材长度方向的两侧托起型材，滑动托架小车与检测小车同步运动。

4.实现权利要求1所述方法的镁合金型材扭曲检测和矫正装置，主要包括卧式液压拉伸矫直机，卧式液压拉伸矫直机包括导轨(13)、液压固定夹持端和牵引小车(11)，液压固定夹持端和牵引小车(11)上分别设有可旋转的液压夹头(12)；其特征在于：还配以带检测臂(23)的检测小车和计算机系统，牵引小车(11)安装在导轨(13)上并由计算机系统控制其驱动系统；所述导轨(13)上还设置有由计算机系统控制的检测小车(15)，检测小车(15)包括环形嵌套圈(21)和带驱动系统的底座(29)，底座(29)通过驱动轮(25)与导轨(13)活动连接；环形嵌套圈(21)通过可升降支架(28)安装在底座(29)上；环形嵌套圈(21)内嵌套有一个内圈(22)，所述内圈(22)可在环形嵌套圈(21)内转动；一根检测臂(23)固定连接在内圈(22)中，检测臂(23)的中心线与内圈的直径重合，检测臂(23)下部对称设置有两个用于与型材检测面接触的滚轮(24)，检测臂(23)上设有位移传感器通过数据线与计算机系统连接；固定夹持端和牵引小车(11)的液压夹头(12)通过数据线与计算机连接。

5.根据权利要求4所述的镁合金型材扭曲检测和矫正装置，其特征在于：所述液压夹头(12)内侧设置有聚氨酯衬垫。

6.根据权利要求4所述的镁合金型材扭曲检测和矫正装置，其特征在于：所述两个滚轮(24)的间距可由调节装置调整，以满足不同宽度的型材的要求。

7.根据权利要求4至6任意一项所述的镁合金型材扭曲检测和矫正装置，其特征在于：还设置有滑动托架小车(14、16)，滑动托架小车(14、16)设于导轨(13)上位于检测小车(15)的两侧；所述滑动托架小车(14、16)包括底座和升降托架，滑动托架的底座通过驱动轮与托架活动连接，可升降托架安装在底座上部，滑动托架的驱动系统通过数据线与计算机连接。

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