CN102170979A - 用于将横截面可变化的型材冷轧成型的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将横截面可变化的型材的冷轧成型的系统，其包括设置成一排的多个辊支架，所述辊支架每个包括一对辊，在所述辊之间金属板带(2)沿着长度(X)被引导，其中，所述辊支架在冷轧成型期间横向于金属板带的平移，并且围绕所述辊支架的轴线旋转地运动。根据本发明，在至少一个辊支架的后面设置有再成型装置(8、10、12)，所述再成型装置具有至少一个驱动装置，所述驱动装置用于使所述再成型装置在横向于所述金属板带长度(X)的平面中运动。基于由金属板带的材料和厚度的数据、辊支架的配置和控制数据和待成型的型材的CAD数据计算出的数据，所述驱动装置被控制成，使得在所述系统持续工作时所述再成型装置自动地消除离开至少一个辊支架的金属板带的形状偏差。

Description

用于将横截面可变化的型材冷轧成型的系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1和11的前序部分所述的用于将横截面可变化的型材冷轧成型的系统。在德国专利申请DE 10 2007 059 439.0、DE 100 11 755 A1、DE 2004 040 257 A1和US 3 051 214 A中公开的这样的系统，其中DE 10 2007 059 439.0的内容以参引的方式并入本文。

背景技术

借助这样的系统生产具有在长度上可变化的横截面的型材，其中所述辊支架或支承它们的调节支架在成型期间不仅横向于型材的纵向方向移动，而且每个调节支架的辊工具在整个型材长度相对于型材期望的弯边延伸线切向地定位。为此，对于调节支架来说，除了横向于型材的纵向方向的调节可能性外，也可以围绕垂直于金属板带进给面的轴线进行转动运动。

已经得知，在具有在长度上可变化的横截面的型材不连续地冷轧成型的情况下，特别是在所述横截面形状实质上改变的区段中，出现不同于所希望的形状的偏差。

当在型材的腿上存在附加的成形元件时，例如帽形或C形型材的卷边边缘，所述型材用作为车辆的客车门槛或者车身底部组件的部件，并且该型材具有相对于金属板厚度而言极大的横截面，那么这样的不希望的形状偏差能够被更明显地观察到。如果所述附加的成形元件还垂直于或几乎垂直于变形的轴线，那么这个成形元件形成加固件，并且必须不仅被弯曲，而且也被拉伸或压缩。

但是，即使没有这样的附加的成形元件，金属板材料的压缩和拉伸也是困难的，因为所述材料没有如所希望的那样变形，而是至少一部分横截面偏离。所述特性的原因是横截面对压缩或拉伸的显著的阻力以及金属板在变形之后的弹性回复。此外，局部不足的变形也是该形状偏差的原因。

发明内容

本发明的目的在于，在横截面可变化的型材冷轧成型时，以经济的方式消除由压缩，拉伸，弹性回复和偏移产生的形状偏差。

这个目的通过权利要求1或11所述的特征部分的所述类型的系统得以实现。

在从属权利要求中说明本发明的有利的改进构造。

虽然DE10 2007 002 322 A1公开了一种将轻金属的金属板挤压成型的方法，其中，在减小厚度的轧制后，进行由于过程热而变得容易的矫正弯曲。但是这是非连续的过程，其中可手动调节矫正元件，直到获得所希望的最终横截面，并且因为所述金属板在热的状态中矫正，消除了难以估计的弹性回复影响。在对于本发明特别合适的非连续性的过程中，需要大量的步骤，直到将再成型装置调节为，使得冷轧的型材具有正确的最终形状。

即使借助本发明不能马上获得正确的最终形状，再调节步骤的数量也降低到可接受的范围内。

附图说明

下面借助附图说明实施例。附图中：

图1A示出宽度可变的C形型材的立体视图；

图1B示出图1A的C形型材的从上方的俯视图；

图1C示出如图1A和1B中的类似的C形型材沿着在图1B中所示的切线的五个相互重叠的横截面视图；

图2示出再成型装置的工作原理的简示说明图；

图3示出具有三个工作辊和一个托辊的再成型装置的立体视图；

图4示出具有小的共同运行的压型机的再成型装置的立体示意图；并且

图5示出具有夹紧块的再成型装置的原理简示图。

具体实施方式

已知的用于将横截面可变化的型材冷轧成型的(未示出的)装置包括：用于沿宽度切割金属板带的单元；用于金属板带的驱动单元以及成型单元。

成型单元包括已知的一排调节支架，所述调节支架分别具有辊支架，所述辊支架包括一对辊，金属板带在所述辊之间沿着长度被引导。所述辊支架在冷轧成型期间横向于金属板带的长度平移，并且围绕辊支架的轴线转动地移动和运动，以便将金属板带变形为横截面可变化的型材。辊支架的辊常常是相互轴线平行的，但是，辊的轴线随着可沿纵向方向变化的直径也可以相互略微倾斜。

借助于宽度可变的型材给出下面的说明，其中，调节支架在金属板的连续输送期间可沿型材的宽度的方向调节。宽度可变的且高度不变的型材例如是帽形型材或在图1A到1C中示出的C形型材。但是，在此说明的原理通过改变调节支架的调节方向也可应用于高度可变且宽度不变的型材，或者宽度和高度都可变的型材的冷轧成型上。

图1A和1B示出C形型材在成为如下C形型材的过程中的中间阶段，所述C形型材应具有包括从A-A到B-B的恒定的宽度的第一段，包括从B-B到D-D的不断增大的宽度的段和包括从D-D到E-E的恒定的宽度的第二段。这个结构已经在图1A和1B中说明，但是还不够清楚。借助于在图1A和1B中绘出的材料结构线可看出，在具有凸出的弯曲部的区域中，如在从具有恒定的宽度的区段到具有不断变宽的区段的过渡段中，所述型材边缘必须被拉伸。此外，在这个区域中，在型材底部中常常构成凹部(切线B-B)。在型材的具有凸出的弯曲部的区域中，即例如在从不断变宽的段到具有恒定的宽度的段的过渡段中，所述带边缘被压缩，并且型材底部常常构成凸部(切线D-D)。

因此，在宽度沿着金属板带的长度X方向不同的型材段之间的过渡段上的不连续性阻止了，在横截面不连续的辊轧成型中获得希望的变形。当在型材的侧腿上存在附加的成形元件时，则这个不利的效果能够更加强烈地被观察到。此外，如果附加的成形元件还在平面中垂直于或接近垂直于变形的轴线，如在图1A到1C中的C形型材上部上的狭窄的边缘段，那么会形成显著的凹部，所述凹部在成型时必须被另外地拉伸或压缩。即使没有这样的附加的成形元件，如在U形型材中，金属材料的压缩或拉伸也是困难的，因为材料不像希望的一样变形，而是可能整个横截面偏离。

为了解决这个问题，在至少一个辊支架后面设置有再成型装置，所述再成型装置具有至少一个驱动装置，所述驱动装置用于使再成型装置的在横向于金属板的长度X的平面中运动，所述驱动装置基于由金属板的材料和厚度的数据、辊支架的配置和控制数据和待成型的型材的CAD数据计算出的数据，所述驱动装置被控制成，使得在系统持续工作时所述再成型装置自动地消除离开至少一个辊支架的金属板带的由压缩，拉伸和/或弹性回复而产生的任意形状偏差。

在图2中示出去除形状偏差所根据的原理。图2示出金属板带2的在两个未示出的辊支架之间延伸的或刚刚离开最后的辊支架的区段，所述金属板带在两个辊4和6之间再次变形。图2的再成型装置的辊4和6与辊支架的辊的区别是，辊支架的辊通常情况下相互精确地相对置地紧贴在金属板带2上，而辊4和6沿金属板带2的纵向方向X相互偏移地设置。通过辊4和6围绕轴线平行地位于其间的转动轴转动，如在图1中由弯曲的箭头示出的，和/或必要情况下也平移，可在金属板带2中矫正形状偏差。

在图3中示出一个特别有利的再成型装置。所述再成型装置根据三辊原理工作，其中，围绕三个接触线进行弯曲，并且包括三个工作辊和托辊12，三个工作辊的形式为一个成型辊8和两个小辊10，所述小辊紧贴在金属板带2的要再成型的区段上，并且托辊12用于两个小辊10。两个小辊10仅用于再成型的时期进给。或者两个小辊10的每个轴线借助单独的驱动装置进给，其中，所述驱动装置例如能够支承在设置在其前面的辊支架上，或者通过仅一个驱动装置实现进给，通过两个小辊10简单地聚到一起，其中，在将小辊10保持在托辊12的圆周上的支承臂14之间的角变小。用于这个运动的止挡是有用的，但是不强制的。

在可替代的实施形式中，小辊能够以固定的距离安装，并且大辊通过适宜的驱动装置和适宜的支承装置进给。

同样可行的是，借助具有三个成型的辊8和10的再成型支架，带有或不带有托辊12，在不进给小辊10的情况下通过仅转动再成型支架来产生变形。

图2的辊4、6或图3的辊8、10和12可位于单独的导向装置上，并且可通过适宜的驱动装置，如螺杆驱动、伺服液压缸或气动缸移动。辊的导向装置有利地与成型方向X垂直地安装。推荐数字控制，但是也可以通过点到点的控制来实现。固定止挡同样是可能的。

如果在型材本身中或在附加的成形元件中要去除过剩的和干扰的材料体积特别多，那么存在两种可能性。或者将材料体积压缩到相邻的区域中，在那里不干扰或之后能够容易地去除，或者向材料提供变化的几何形状，在所述几何形状中存在所述体积的空间。

虽然，原则上材料的拉伸比压缩容易实现，但是，在不连续的辊轧成型工艺中，拉伸总是伴随在邻近区域中的一定程度的压缩，这仅通过辊轧成型工艺自身较难实现，但是借助这里说明的再成型装置可容易地实现。

另一解决方案的可能性是引入附加的变形，例如在型材轮廓和/或它们的侧腿中的弯曲或半径。在此不涉及传统意义的变形，而是涉及几何形状的改变，因此提供用于材料的空间和用于材料体积的偏差可能性。因此，变形可以例如借助小的共同运行的压型机16引入型材中，如它在图4中在金属板带2的区段上示意地绘出的。或者使用已存在的支架，并且通过小的辅助装置补充设备。同样有用的是，支承并保持所述型材，因此可实现再成型。

在这里说明的解决方案的可能性可以应用在辊轧成型工艺的每个阶段中。因此，所述再成型可以在辊轧成型的开始，中间或末端上进行。但是，所述操作优选应在辊轧成型的末端上进行，因此，在可能存在的其他成形元件中的变形的位置在其它辊轧成型期间不被压坏。必要情况下，可以在辊轧成型设备的外部在后续的工艺中实现一些这样的操作或最后的修正。此外应已经实现一定程度的变形，因为具有先前成型的不希望的形状偏差增加。在此，要注意下面的标准：

-结构尺寸，即再成型单元的空间需求。

-已经完成的型材几何形状是否在下面的辊轧成型中形成干扰？

-交替弯曲，即所述材料由于前面的强烈的辊轧成型在后面的辊支架中是否过度疲劳？

-如果弯曲在辊轧成型设备中的其它的变形中被压坏，那么在末端上实施再成型。

再成型装置也可以具有代替辊的两个滑动块。所述滑动块如在之前所述的实施例中的辊一样到相应的时间点进给。在此，驱动装置也可以是电动、液压或气动地实现。所述滑动块如辊一样工作，仅借助滑动的表面接触工作。这样的滑动块单元可以固定地定位在辊支架前面或后面。在这种情况下，横向于金属板输送方向的或垂直于要变形的型材横截面部分的表面的受控制的运动是必要的。此外，这样的滑动块单元也可以随着金属板进给一起移动，并且因此需要沿着金属板输送方向的不是必须受控的运动自由度。运动方向在这个变形阶段中有利地平行于板带边缘。

可替代地或附加地可以修正金属板带的轨道曲线。在此，在辊支架的适宜的支架距离中，辊支架不仅与预定的轮廓相切地运动，而且轨道曲线随着偏移行进。但是，这只能在确定的横截面中实现，也许借助在各型材部分(底部，过渡元件和侧壁)之间的未变形的元件(缓冲元件)。

可替代地或附加地可以添加材料。在此，切割调整为，将一定量的材料在互相相反的弯曲部中压入横截面中。然后，附加的材料集中在辊的确定的区域上，并且因此产生力的作用，所述力的作用产生希望的弯曲或压缩。

图5示出一个实施例，其中可移动的夹紧块18、20夹紧在其间的金属板带2的离开辊支架的辊22、24的区段，因此防止整个型材的偏离。夹紧块18、20可以沿金属板带2的进给方向X移动或强制引导，也可以斜向于所述进给方向，即具有在相对于金属板带平面的垂直方向Z上的分量移动或强制引导。在夹紧金属板带2的确定的区段后，所述夹紧块18、20通过金属板带2的进给运动被动地拉动了一段距离。然后，所述夹紧装置松开，并且所述夹紧块18、20主动地回到开始位置中。

代替夹紧块18、20或者附加地也可以使用托辊或滑动块。它们定位在辊支架的前面或者后面。所述夹紧块、托辊或滑动块构造为，使得型材横截面在不同的型材段之间的过渡段的成型的时间点不能偏移。用于夹紧块、托辊或滑动块的保持元件必须可在相对于金属板带平面的垂直方向Z上移动，并且相应于型材轮廓受控制地移动。这样的保持元件仅应用在型材的不持续部上，即在不同的型材段之间的过渡段上，或在可变的半径变形时。因此可以引入必要的压缩或延伸。

当借助于小的共同运行的压型机产生相反的边缘时，如在图4中绘出的，压型机的工作方向垂直于具有要引入的轮廓的型材的表面。轧印模在型材横截面中压印出希望的形状，并且也许在相邻的型材部分中引入需要的压缩。在压型机的垂直于附加的成形元件的表面的工作方向上可将凹槽压入附加的成形元件中，以便使剩余的材料得到新的几何形状。在设计压型机工具时要注意，仅改变金属板的几何形状，并且不拉伸金属板。推荐，在压型机工具中使用大的半径，并且避免在工具的边缘区域中夹紧。在这里所述材料当然也变形，即压缩或拉伸。但是目标是改变几何形状。

在具有开始/终止-操作的辊轧成型设备中，静止的压型机也是可能的。

另一解决方案的可能性在于，使辊支架的内辊和外辊可相互独立地调节。通常情况下，辊支架的两个成型的辊与型材轮廓相切，其中，辊的中心点的连接线总是垂直于金属板带的夹紧的段延伸。但是，如两个辊可以相互独立地运动，那么两个辊的可控横向偏移是可能的。因此产生力臂，并且因此可在型材轮廓上施加弯曲力矩，具有同样的原理，如在图2的再成型装置中借助于专用辊所使用的。结构上的转变可以是，仅驱动一个辊，并且第二辊可摆动地运动。具有高的传动系数的传动装置、具有杠杆的主轴传动装置或者液压或气动的缸适用于摆动运动的驱动装置。摆动运动的驱动装置可以是数控的，以便能够精确地监控变形，但是也可以设置有双轴线，因为在这种情况下可对着止挡运行，并且可通过整个辊支架的运动监控变形。

另一解决方案的可能性在于，在冷轧成型之前，即在扁平的带中已经切除不希望的材料区域。在金属板带的在辊轧成型工艺中拉伸的区域中引入狭缝，以便使变形变得容易。所述金属材料本身必须因此在狭缝的区域中仅非常微弱地拉伸。在金属板带的在辊轧成型时必须压缩的区域中，引入开槽或楔形切口。然后，需要的剩余压缩很微弱，以至于辊轧成型变得非常容易。狭缝和开槽的数量、位置和大小相应于要求选择。应考虑到的边界条件是变形的程度，弯曲半径和材料强度。当然，引入的狭缝，开槽或切口留在金属板中。如果既没有视觉上也没有静止影响效果，那么这个方法特别适合。否则可焊接，并且如必要可修饰所述狭缝，开槽或切口。

另一解决方案的可能性在于金属板带的逐点式加热，以便使材料的流动变得容易。如金属板带在要压缩或要拉伸的位置上足够强地加热，那么变形或材料的流动明显变得更容易。合适的方法是借助煤气火焰，激光或通过电磁感应局部加热。

另一解决方案的可能性在于借助于辊支架本身的过度弯曲。当型材离开辊支架时，可通过辊对的附加的摆动实现过度弯曲，并且因此形成所需要的轮廓。

变形和再成型步骤的顺序可能是非常重要的。例如，帽形和C形型材的卷边或类似的部位首先成型，那么所述型材在横向方向上明显更不易弯曲，并且因此阻碍在不同的型材段之间的过渡段的变形。但是，这个加固在变形上也可以具有正面的影响。在此，在个别情况下起决定性作用的是已完成的构件的横截面。基于有限元分析可以进行预测。不同的生产策略要分别单独地进行模拟，比较和评估。

Claims (12)

1.一种用于将横截面可变化的型材冷轧成型的系统，包括设置成一排的多个辊支架，所述辊支架每个包括一对辊，在所述辊之间金属板带(2)沿着长度(X)被引导，其中，所述辊支架在冷轧成型期间横向于金属板带的平移，并且围绕所述辊支架的轴线旋转地运动，

其特征在于，在至少一个辊支架的后面设置有再成型装置(4、6；8、10、12；16；18、20)，所述再成型装置具有至少一个驱动装置，所述驱动装置用于使所述再成型装置在横向于所述金属板带的长度(X)的平面中运动，基于由金属板带的材料和厚度的数据、辊支架的配置和控制数据和待成型的型材的CAD数据计算出的数据，所述驱动被控制成，使得所述再成型装置在系统持续工作时自动地消除离开至少一个辊支架的金属板带的形状偏差。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述再成型装置(4、6；8、10、12；16；18、20)通过反方向上的过度弯曲消除离开至少一个辊支架的所述金属板带(2)的形状偏差。

3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述再成型装置包括可自由转动的至少两个矫正辊(4、6；8、10)，所述矫正辊设置在所述金属板带(2)的区段的相互对置的侧面上，并且其中，所述矫正辊紧贴所述金属板带所沿着的线沿所述金属板带的长度(X)的方向相互隔开。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述再成型装置包括可自由转动的三个矫正辊(8、10、12)，其中两个设置在所述金属板带(2)的一个侧面上，并且一个设置在所述金属板带的相对置的侧面上。

5.如权利要求4所述的系统，具有用于设置在所述金属板带的侧面上两个矫正辊(10)的托辊(12)，所述矫正辊以可调节的角度相互支承在所述托辊的圆周上，并且具有比设置在金属板带的相对置的侧面上的矫正辊(8)明显更小的直径。

6.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述再成型装置包括两个滑动块，所述滑动块设置在所述金属板带(2)的区段的相互对置的侧面上，并且所述金属板带在所述侧面之间基本上无缝地，但是可沿着所述长度(X)移动地被引导。

7.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述再成型装置包括两个夹紧块(18、20)或冲模(16)，所述夹紧块或冲模夹紧或者冲压在它们之间的所述金属板带(2)，并且可沿着所述金属板带的纵向方向(X)或斜向于其延伸的轨道移动和/或强制引导。

8.如上述权利要求之一或多个所述的系统，其中，所述金属板带(2)，在其输送到所述再成型装置(4、6、8、10、12、16、18、20)之前，借助于火焰、激光光束或电磁感应局部加热。

9.如上述权利要求之一或多个的系统，其中，所述金属板带(2)，在其由所述辊支架引导之前，在后续的变形期间压缩或拉伸的区域中，获得材料或添加材料。

10.如上述权利要求之一或多个所述的系统，其中，所述金属板带(2)，在其由辊支架引导之前，在后续的变形期间压缩或拉伸区域中，设有切口，开槽或狭缝。

11.一种用于将横截面可变化的型材冷轧成型的系统，具有设置成一排的多个辊支架，所述辊支架分别包括一对辊，金属板带(2)在所述辊之间沿着长度(X)被引导，其中，所述辊支架在冷轧成型期间横向于所述金属板带的长度平移，并且围绕所述辊支架的轴线旋转地运动，

其特征在于，所述金属板带，在其由所述辊支架引导之前，在后续的变形期间压缩或拉伸的区域中设有切口，开槽或缝隙。

12.如上述权利要求之一或多个所述的系统，其中，借助所述系统生产横截面不连续变化的型材。

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