CN102099132B - 用于在辊式矫平机中矫平部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在辊式矫平机中矫平部件(11)的方法，该辊式矫直机包括上部和下部辊框架，其中上部和下部矫直辊各自布置在单独的矫平辊块组中，至少一个矫直辊块组的位置和角度可以改变以便调整矫平间隙，其中至少一个矫平间隙设置装置布置在矫平机的进料侧和出料侧上，并且提供自动矫平间隙控制以便设置矫平间隙，所述方法包括下列步骤：(a)获得待矫平部件(11)的总长度(1)；(b)将所述部件的长度分为n个侧面长度为ΔX的相等部分区域，这些部分区域的大小选择为使得有整数个侧面长度为ΔX的部分区域位于每个长度为2t的矫平三角中；(c)获得待矫平部件的厚度s；(d)获得每个部分区域的中心处的宽度b；(e)针对每个部分区域计算值bs²；(f)通过对每个矫平三角中存在的值bs²进行简单平均来确定值bs²M；(g)将值bs²M除以矫平机的特征值，并将由此得到的值与包括可调整矫平辊块组的辊框架的最大挠曲度值(最大X)以及待矫平材料的屈服点(σF)与矫平机的最大设计值的比相乘，由此得到偏移或纠正的最优值；以及(h)在矫平待矫平部件(11)的过程中，将针对每个矫平三角确定的偏移值增加到在矫平机的进料侧(15)上的矫平间隙的基本设置值上，以便随着待矫平部件(11)移动通过矫平间隙根据映射到待矫平部件(11)上的矫平三角来再调整矫平间隙设置装置。

Description

用于在辊式矫平机中矫平部件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在辊式矫平机中矫平部件的方法。

背景技术

辊式矫平是一种弯曲方法，其中称为矫平辊的特定工具将待矫平材料来回弯曲。用于实现该方法的机器称为矫平机。在这些机器中，待矫平材料从两行相对的、彼此偏移的矫平辊中穿过(之间通过)。上面一行和下面一行矫平辊以如下方式彼此偏移：使得一行辊嵌入在相对辊之间的中间间隔里。辊嵌入在这些中间间隔中的深度和矫平辊本身的几何性质决定来回弯曲的程度，来回弯曲必须发生在部分塑性状态下。最大程度的来回弯曲发生在矫平机的进料侧并且通常在朝着机器的出料侧的方向上减小，其中作为一个原则，在出料时对矫平材料不施加任何弯曲。带材矫平与部件矫平之间有一定差别。

带材矫平是对薄片金属带材进行矫平，这些带材已经被盘绕成卷，且在它们能够在例如冲床或在仿形系统中接受进一步处理之前必须被解绕并变平。带材矫平机因此总是工艺线的要素，并且必须通过将被矫平带材的平坦度维持在特定容限内来保证工艺的可靠性。此处所涉及的通常是中间制造步骤。然而，部件矫平通常是最终制造步骤。

部件矫平机情况下的厚度谱比带材矫平机的情况下的厚度谱宽得多，因为能够被盘绕成卷的材料的厚度是有限制的。为了说明部件矫平工艺，参考图1，其示出了部件矫平机1的示意图。部件矫平机1包括上部矫平辊块组3和下部矫平辊块组5。由支持辊8支撑的一组上部矫平辊安装在上部矫平辊块组3中。由支持辊10支撑的一组下部矫平辊9安装在下部矫平辊块组5中。在图1所示的部件矫平机1的情况下，下部矫平辊块组5永久性地安装在机座(未示出)中，而上部矫平辊块组3安装在上部辊框架中以便其位置和角度可以被调整。借助矫平间隙控制系统可以调整矫平间隙，借助该调整，例如可以纠正相对于矫平间隙的期望标称值的偏差。

待矫平材料以部件11的形式在箭头13的方向上传送通过部件矫平机1。其从进料侧15行进到出料侧17。如图1所示，上部矫平辊7嵌入在下部矫平辊9之间的中间间隔中，其结果是部件11被来回地弯曲。上部矫平辊7嵌入在下部矫平辊9之间的中间间隔中的深度在朝着出料侧17的方向上持续减小，直到产生的间隔基本上等于部件11的材料厚度。辊块组之间已被设置的矫平间隙是决定矫平工艺结果的因素。

由于机器是以块组来设计的，因此只要矫平辊是平行的，两个定义的参考点对于获得可重现设置来说就足够了。有利的是在靠近矫平机进料侧和靠近矫平机出料侧的位置做出这些设置。如图1所示，上部矫平辊块组3可以如双向箭头19所示垂直移动，并且其可以如双向箭头21所示绕着平行于上部和下部矫平辊轴线的轴线旋转。可以由此实现矫平间隙的所有需要的设置。

矫平机的一个缺点是矫平间隙并非在矫平工艺过程中保持不变；实际上，该间隙随着机械组件的弹性行为而变化。部件越厚，力越大且组件的必要尺寸越大。尤其是在待矫平部件较厚的情况下，弹性挠曲度比刚性部件理论上需要的设置大很多倍。

安装自动矫平间隙控制系统通过减少弹性行为的影响而改善矫平工艺，即该工艺的结果。附加在例如上部矫平辊块组3的拐角上的传感器检测移动；并且控制单元激活液压或机械调整元件或基于混合技术的调整元件，以纠正这些点处的矫平间隙并由此保持设置值。现在矫平工艺的结果基本上只依赖于矫平辊块组的刚度，尤其是上部可移动矫平辊块组的刚度。

已经显示出，通过利用矫平间隙控制，有可能在单次穿过(通过)中矫平部件，也就是说，在最有利的情况下部件也需要若干次地穿过传统的矫平机或者其在经过那么多次穿过后可能仍根本不能被矫平。

在部件不具有矩形轮廓而是具有圆形轮廓和/或较大开口区域的情况下矫平工艺尤其困难。为了获得或多或少可用的最终结果，必须进行大量实际测试来找到合适的设置。这是耗时的，因此也是昂贵的。

如今很多制造商提供如下可能性：通过人工输入材料厚度，例如通过从测量系统获得该值，来使用控制系统获得参数设置建议。如上所述，由于用于部件矫平的部件轮廓可能彼此之间有很大差异，使工艺仅基于材料厚度是不够的。再调整是有可能的，并且通常是必需的，并且由此找到的新设置可以再次存储。

材料矫平中的关键点在于，当材料弯曲时必须超出屈服点。弯曲力矩也即材料上的内部负荷必须大到使截面的特定部分开始流动。对于具有不变矩形截面的部件，达到这样所需的力由积bs²σ_F确定，其中b是待矫平材料的宽度，s是材料的厚度，并且是σ_F材料的屈服点。

在弹性静力学领域，变量(bs²)/6例如已知为在矩形截面情况下的弯曲阻力力矩。该计算的基础是梁理论，其要点在图2-图4中示出。根据该理论，通过下列关系式计算梁截面中的正应力σ：

σ＝M/I*Z

其中M是弯曲力矩，I是轴向区域的惯性力矩，z是所考虑点距离中性轴的距离。就绝对值而言，应力(其因此具有线性分布)在最远的边缘点处最大。因此得到：

σ＝M/W

其中W＝I/|z|_max为阻力力矩。根据此式，可以计算在截面边缘处达到屈服点所需的弯曲力矩。此外，在图2中，A是截面面积，s是重心，dA是小差分面积元素，且x-y-z是坐标系。后者在图3和图4中还可以看到。图3示出了弯曲应力的变化，图4示出了弯曲力矩。

在理想弹性-塑性材料行为的假设下，矩形截面情况下可以传递的最大弯曲力矩是之前提到的能够在截面边缘处产生流动的弯曲力矩的1.5倍。该情况下的流动已经分布在整个截面上，并且截面的负荷承受能力被耗尽。

待矫平部件通常具有根据轮廓和部件厚度而变化的截面。因此，阻力力矩并非是不变的，而是在部件的长度上发生变化。

发明内容

因此，本发明基于提供一种用于在部件矫平机中矫平部件的方法的目的，其中避免了上述的缺点并且该方法可得到针对被矫平部件获得的结果的显著改进。

通过权利要求1的特征可以达到该目的。

根据本发明，本方法包括下列步骤：

(a)获得待矫平部件的总长度(1)；

(b)将所述部件的长度分为n个侧面长度为ΔX的相等部分区域，这些部分区域的大小选择为使得有整数个侧面长度为ΔX的部分区域位于每个长度为2t的矫平三角中；

(c)获得待矫平部件的厚度s；

(d)获得每个部分区域的中心处的宽度b；

(e)针对每个部分区域计算值bs²；

(f)通过对每个矫平三角中存在的多个值bs²进行简单平均来确定值bs²M；

(g)将值bs²M除以矫平机的特征值，并将由此得到的值与包括可调整矫平辊块组的辊框架的最大挠曲度值(max X)以及待矫平材料的屈服点(σ_F)与矫平机的最大设计值的比相乘，由此得到偏移或纠正的最优值；以及

(h)在矫平待矫平部件的过程中，将针对每个矫平三角确定的偏移值增加到在矫平机的进料侧上的矫平间隙的基本设置值上，以便随着待矫平部件移动通过矫平间隙根据映射到待矫平部件上的矫平三角来再调整矫平间隙设置装置。

作为块组移位的结果，与矫平辊被单独调整时存在的情形不同，机器中产生的来回弯曲变得高度依赖于彼此。譬如说，按照块组来移位造成来回弯曲的程度从机器的进料侧到出料侧均匀减小。

在矫平理论中，矫平三角被定义为矫平机的最小单位。图5中示出了这种类型的矫平三角。两个下部矫平辊9之间的距离具有值2t，该值是矫平三角的长度值，其中上部矫平辊7完全对称地位于中间，亦即，位于距离该两个下部矫平辊9中每一个相等距离t的位置。图5还示出了待矫平材料11的厚度s和上部矫平辊7向下移动并进入两个下部矫平辊9之间的中间间隔以产生待矫平材料11的来回弯曲的深度Z。R代表矫平辊7和9的半径，并且ρ_n是绕被矫平材料的中性轴的弯曲半径。

根据本发明，矫平三角被选择为参考值，其中，根据特征(h)，其长度2t被映射到待矫平部件上。因此下文中参考相应映射的部件。

矫平通常利用平行的矫平辊来实现，因为待矫平部件的厚度s不变或者仅有可忽略程度的改变。在特殊的例子中，必须根据情况多次获取厚度s。

附图说明

通过阅读参照另外的图6-图8所作的下列描述，可以得到本发明的更多细节、特征和优点：

图6示出了待矫平部件和待获取的值；

图7示出了具有所获取的值以及用于计算偏移的参数的表格；

图8示出了为了确定在有和无偏移的情况下的矫平结果而进行的三个实验的结果的表格。

具体实施方式

图6示出了待矫平部件11，其在本文中具有桥状轮廓；亦即，其具有矩形形状，且在中间具有半径为R的半圆开口。部件11的厚度为s。在图6的例子的情况下，矫平三角尺寸为65mm，这意味着尺寸2t等于65mm。因此，在该例子中，待矫平部件11的部分区域构成的侧面长度ΔX被选择为使得其等于尺寸2t，亦即，等于矫平三角的长度。

部件11在前边缘和后边缘的宽度都是400mm，并且其总长度(与如箭头13所示、待矫平部件11通过部件矫平机行进的方向相对，从右向左测量)为800mm。在每个部分区域的中间测量宽度b，其用点划线示出。

图7的表格的第一列给出了矫平三角的位置。数字意味着第一矫平三角例如位于0-65mm的位置，第二矫平三角位于65-130mm的位置，等等。

如图7所示，当获得在图6中每个部分区域F1-F12的中间的宽度b并且当获得厚度s后，可以确定值bs²。然后，通过对在每个矫平三角中存在的多个值bs²进行简单平均来确定值bs²M。列bs²M中的值等于列bs²中的值的原因在于，侧面长度ΔX等于值2t。随后将值bs²M放入关系式中，即将其除以为所讨论矫平机建立的特定矫平机特征值，在本例中为“35,000”。该值根据针对矫平机所能允许的bs²最大值且根据σ_F来获得，对于本文所考虑的矫平机，σ_F为400N/mm²。

矫平机或者相关联的辊框架的最大挠曲度值max X是0.4。下一列中给出了待矫平材料的屈服点σ_F＝240与矫平机的设计变量σ_F＝400的比。比240/400的结果为值0.6。根据本发明，现在通过将三个因数即bs²M/35,000的各个值、最大挠曲度值max X和屈服点比相乘在一起，来计算针对所讨论宽度的偏移值(参考图7)。如图所示，该值相当小(表格中的数据精确到1/1,000以内)；然而，将所讨论的偏移值增加到针对矫平间隙的基本设置可以得到矫平结果的惊人的大的改进。

如上所述，根据部件的位置，将这些偏移值加到进料侧上矫平间隙的基本设置上。影响产生在最大矫平力的区域中，该区域在全占用的矫平机的情况下，大致位于第二矫平三角(从进料侧来看)的区域中。出料侧通常保持不变，但是如果需要其当然可以被调整。通过液压矫平机的例子说明该方法工作的方式，其中根据下述程序进行自动矫平间隙控制：

根据图6的部件11被用作测试板。针对该厚度为5mm且屈服点σ_F为240N/mm²的测试板的基本设置为：

进料：4mm(即，嵌入距离为1mm)

出料：5mm(即，嵌入距离为0mm)。

图8中列出了三个实验的结果。在实验1中，测试部件的初始曲率为12mm；并且通过使用偏移值，获得的最终曲率为小于0.4mm。

在实验2中，通过相同的矫平机矫平该部件，除了没有使用任何偏移值，其在进料和出料侧的设置与实验1的设置相同。令人吃惊的是，结果比实验1中差，即小于0.8mm。该部件在同一矫平机中再次矫平，进料和出料侧上的设置与前一实验相同，其中实验1的结果得以重现。这说明，借助本发明方法，有可能获得矫平结果的显著改进。

如图6所示，根据值2t(矫平三角)得到12个部分区域F1-F12的划分，其中，作为整个区域的整数划分的结果，各有10mm的前边缘区域R_A和后边缘区域R_E存在，作为余数部分。

根据本发明，部分区域的边界或长度需要被选择为使得在长度为2t的矫平三角中存在整数个数n≥1的、侧面长度为ΔX的相等部分区域。作为以这种方式确定的侧面长度ΔX的结果，有一段被剩下，其或者被分在部件的前端或后端，或者剩下在一端，并且被忽略(如果部分区域足够小的话)。部分区域的大小应当适于待矫平部件的复杂度。换言之，在具有显著变化的轮廓或者材料改变量较大(凹陷、孔)的情况下，将选择相应小的侧面长度ΔX，以便能够充分精确地获取用于计算偏移的值bs²的变化。

在厚度理论上相等的情况下，值bs²与相关联的部分区域的宽度成正比。当在实践中这些值是通过测量来获得的时候，测量精确度的范围内的偏差当然会存在。

如果利用CAD来获得待测量的部件，则宽度b和厚度s是特别易于确定的。通常一个较小的附加实用程序对于获得后续值，即平均值bs²M就足够了。

还有一个有利的可能情况，即可以通过与待矫平部件11的厚度测量有关的照相机或者激光扫描图像来获得部件11的轮廓。然后适当的计算机程序将执行该计算。

现在与数学模型相关联地使用根据值bs²M获得的、所取得的或计算得到的曲线来确定设置；特别地，有可能根据针对值bs²M获得的最大值推导出最大的矫平力。

另外有利的是将该数学模型扩展到不仅考虑上部、可移动辊框架的弹性行为，而且考虑固定机座的弹性行为。当部件比整个矫平机的长度短时，还可以考虑机械矫平辊的数量，以及还可以包括在被矫平材料的进料端和出料端处的弹性行为的变化。

通过检测待矫平部件的位置，可以将所获得的偏移值赋予相应的部分区域F1-F12，即赋予映射到部分区域的矫平三角，并且可以在矫平值的基本设置上加上该相应的偏移值，这得到矫平结果的显著改进。如果期望，还可以测量力，这使得可能监视矫平力并避免机器变得过载。

本发明创造了一种用于在辊式矫平机中矫平部件的方法，通过调整被布置为块组的矫平辊的位置，该方法比基于单独调整每个矫平辊的方法更经济、简单且更普遍适用。由于故意产生很多来回弯曲，残余应力分布比仅具有少量辊的机器的情况更有利。然而，如果有可能如利用某些新型的高强度材料那样仅产生少量来回弯曲，则可以以某些矫平辊保持无啮合的方式来调整辊式矫平机。

本发明不限于所示的例子。术语“部件”也包括具有特殊轮廓或者具有开口的很长的部件并且还包括从卷上解绕的带材诸如穿孔带材之类。在后一种情况下，带材从卷上解绕并且首先被适当的冲压或者切削工艺打上孔；只有在此之后才对其进行矫平。本发明的方法尤其适合于矫平这种类型(有时其材料在工件的长度上有很显著差异)的矫平工件。

Claims (8)

1.一种用于在辊式矫平机（1）中矫平部件（11）的方法，所述辊式矫平机（1）包括上部和下部辊框架，并且其中上部和下部矫平辊（7,9）各自布置在单独的矫平辊块组（3,5）中，至少一个矫平辊块组（3）的位置和角度是可变的以便可以调整矫平间隙，其中至少一个矫平间隙设置装置布置在矫平机（1）的进料侧（15）和出料侧（17）两侧或是布置在矫平机（1）的进料侧（15）一侧，其中提供自动矫平间隙控制以设置矫平间隙，

其中所述方法包括下述步骤：

（a）获得待矫平部件（11）的总长度（l）；

（b）将所述部件的长度分为n个侧面长度为ΔX的相等部分区域，这些部分区域的大小选择为使得有整数个侧面长度为ΔX的部分区域位于每个底边长度为2t的矫平三角中；

（c）获得待矫平部件的厚度s；

（d）获得每个部分区域的中心处的宽度b；

（e）针对每个部分区域计算值bs²；

（f）通过对每个矫平三角中存在的多个值bs²进行简单平均来确定值bs²M;

（g）将值bs²M除以矫平机的特征值，并将由此得到的值与包括可调整矫平辊块组的辊框架的最大挠曲度值（最大X）相乘，再与待矫平材料的屈服点（σ_F）与矫平机的最大设计值的比相乘，由此得到偏移或纠正的最优值；以及

（h）在矫平待矫平部件（11）的过程中，将针对每个矫平三角确定的偏移或纠正的最优值增加到在矫平机的进料侧（15）上的矫平间隙的基本设置值上，以便随着待矫平部件（11）移动通过矫平间隙根据映射到待矫平部件（11）上的矫平三角来再调整矫平间隙设置装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不仅考虑包括所述至少一个位置和角度是可变的矫平辊块组（3）的辊框架的弹性行为，而且考虑具有所述矫平辊块组中除了所述位置和角度是可变的矫平辊块组（3）之外的矫平辊块组（5）的辊框架或机座的弹性行为。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述待矫平部件比所述矫平辊块组短的情况下，考虑参与矫平该部件的矫平辊的减少的数量。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，考虑弹性行为在待矫平材料的进料和/或出料上的变化。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，考虑弹性行为在待矫平材料的进料和/或出料上的变化。

6.根据权利要求1、2、5中任一项所述的方法，其特征在于，借助光学照相机扫描装置或激光扫描装置获取待矫平部件的形状。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，借助光学照相机扫描装置或激光扫描装置获取待矫平部件的形状。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，借助光学照相机扫描装置或激光扫描装置获取待矫平部件的形状。