CN105598303A - 用于连接金属带的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连接第一金属带的带末端与第二金属带的带始端的方法，尤其是在带处理设备中进行连接，所述带末端和带始端在构成重叠部的情况下重叠地定位并且在重叠部的区域中在多个连接点上借助于冲压铆接在没有穿孔的情况下彼此连接，第一带和/或第二带构成为冷轧的未退火的金属带，为了带连接，借助冲压铆接，在每一米带宽度上设置至少20个连接点。

Description

用于连接金属带的方法

技术领域

本发明涉及一种用于连接第一金属带的带末端与第二金属带的带始端的方法，尤其是在带处理设备中进行连接，所述带末端和带始端在构成重叠部的情况下重叠地定位并且在重叠部的区域中在多个连接点上借助于冲压铆接在没有穿孔并且因此没有切割部分的情况下彼此连接。

背景技术

在也称作为带工艺线的带处理设备中，通常卷成盘(卷)的带在输入部展开，然后经过一个或多个处理站并且在输出部必要时又卷起或者替选地切割成块。为了不必始终重新穿入金属带，新带的带始端与前一个带的带末端连接。带连接是尤其有意义的，因为不好的带连接会对其他的加工具有负面影响。

因此由实际情况已知用于带连接的不同方法，例如通过焊接、冲压和/或粘接(例如见EP2202025A1和EP1749590A2)。

实际中已经强调，除了传统的方法之外也可以按冲压铆接途径实现带连接，该冲压铆接也称作为咬合(Clinchen)。冲压铆接是一种在不采用附加材料的情况下用于连接金属带或者金属板的方法。冲压铆接工具(咬合工具)通常由冲头和阴模构成。需要连接的带通过冲头类似于在深拉时在塑性变形的情况下压入到阴模中或朝阴模按压。在此，带能在没有使用铆钉的情况下形锁合地(且力锁合地)彼此连接。通过构成阴模和冲头，在阴模上或阴模中发生，材料流到宽度中，使得类似于铆接地实现形锁合连接，但不采用单独的铆钉。在本发明的范围中，渗透连接或咬合是指在没有穿孔且因此没有切割部分的情况下的冲压铆接。

开头所述方式的这种方法例如由WO2014/033037A1已知。在此，连接点在带连接期间借助于渗透连接产生，此时横向于带运行方向间隔距离地在构成一个或多个连接点列的情况下产生许多连接点。在此在位置调节地控制一个或多个工具的情况下，这是有利的。

但是用于借助于冲压铆接在没有穿孔的情况下连接带的已知方法在实际中已经证实，该方法是可改进的。在此本发明开始这样的改进。

发明内容

本发明的目的在于实现一种方法，通过该方法能通用地且以高质量按简单方式连接金属带。

为了解决该目的，在同类的方法中本发明教导，第一和/或第二带构成为冷轧的未退火的金属带，为了带连接，借助冲压铆接，在每一米带宽度上设置至少20个连接点。

对于咬合必要的是或适宜的是，接合偶对具有在压应力和拉应力下良好的可延展性或良好的可成型性。实际上至今认为，仅具有高断裂延伸率的板或带是适合的。由此至今在连接铝带时咬合限于退火的铝带。实验已经意想不到地显示，通过咬合也可连接具有足够质量的冷轧的未退火的金属带例如铝带。实验已经显示，如果断裂延伸率A₈₀仅为6％或更小，那么本身可实现具有良好质量的咬合。断裂延伸率是在拉伸试验时在断裂之后的测量长度与初始测量长度之差，参照初始测量长度，断裂延伸率以百分比形式表示。因为断裂延伸率的值通过测量长度与试样横断面的关系确定，所以断裂延伸率通过相应的脚注更详细地表示，在当前情况中断裂延伸率A₈₀涉及在试样的测量长度为80mm时的拉伸试验。优选采用2％～5％，优选大约3％～4％的断裂延伸率A₈₀的金属带。因此按本发明在冷轧的未退火的金属带中实现无缺陷的带连接。金属带可例如是由铝或铝合金或铜或铜合金制成的金属带。在此通过许多连接点实现带连接的事实是尤其有意义的。优选实现至少40个连接点用于相应的带连接，优选至少80个连接点，尤其优选至少100个连接点。由于产生带连接的许多连接点，可忽视单个咬合点的撕裂。在此本发明由如下知识出发，即在连接未退火的冷轧的金属带时可在边界区域中进行加工，在该边界区域中也许单个咬合点撕裂。但是由于许多咬合点不会决定性地影响带连接的持久性，使得按本发明的方法可以在实际中在退火的冷轧的金属带中实现。在此所述许多连接点以一个具有许多分布到带宽上的连接点的连接点列的形式产生，或者尤其优选也以多个沿带运行方向依次设置的连接点列的形式产生。在此，一个或多个连接点列能同时通过仅一个唯一的压制行程产生。在此方面可以参考WO2014/033037A1的知识。

下面解释本发明的有利的进一步方案。

可选地设定，第一金属带的带末端的厚度和/或第二金属带的带始端的厚度在连接之前进行测量，并且冲压铆接过程根据一个测量的厚度或各个测量的厚度进行控制或调节。冲压铆接通过具有冲头和阴模的冲压铆接工具实现。因此，一个或多个冲头插入到材料中的插入深度根据一个带的量测厚度或各个带的测量厚度进行控制或调节，例如位置调节。在此本发明由如下知识出发，即对于带连接的质量尤其重要的是，产生没有穿孔且因此没有切割部分的连接。这由冲头不过深地插入材料中为前提。另外，为了产生无缺陷的且牢固的连接，重要的是，冲头以足够的尺度插入材料中，使得冲头插入到带中的插入深度的结果是尤其有意义的。由此原则上位置调节地执行接合过程是可能的。但是按本发明除了位置调节之外或者取代调节，根据金属带的实际厚度实现接合过程的控制或调节。因为在实际中已经证实，待连接的带在其厚度方面不同于给出的/设想的值或额定值。因为现在按本发明实现确定金属带的实际厚度，所以在接合过程期间可以确保，接合过程始终以优化的插入深度进行。在此尤其优选，不仅测量第一带的带末端的厚度，而且测量第二带的带始端的厚度。一个厚度测量或者各厚度测量例如能通过激光厚度测量实现。

因为按本发明实现厚度测量，对也许具有较大厚度偏差例如过厚的带末端或带始端的事先切除不再是必要的，而是在这些区域中能产生带连接，所述区域后来必要时反正作为废料被切除。

一个带厚度或各带厚度的测量在接合之前进行，而且优选对于两个带中的每个单独地进行。替选地测量重叠地定位的带(在接合过程之前)的总厚度也在本发明的范围中。在接合装置附近或在接合装置之中或之上测量一个厚度或各厚度是可能的。但是替选地能在其他地方例如直接在开卷机之后实现测量。

按本发明的另一方面建议，带始端和带末端和/或冲压铆接工具定位成，使得接合工具的冲头不遇到带边缘之一和/或在带连接之前或之后在一个或两个带边缘的区域中施加一个或多个侧面冲压。

在此本发明由如下知识出发，即为了避免问题在带穿过设备的其他部件期间必须产生无缺点的咬合点，并且必须避免在带边缘的区域中产生或存在咬合点。例如当在存在的带边缘的区域中产生咬合点时，在这些不工整的咬合点中，根据带边缘通过冲头覆盖程度的不同情况，在带边缘上发生松散。在该区域中后来在穿过带处理线时颗粒会折断，所述颗粒例如附着在辊上并且导致在带上挤压。因此按本发明采取预防措施，以避免在带边缘的区域中产生或保持存在咬合点。

因此可选地存在如下可能性，即已经在带始端和/或带末端定位期间和/或在工具定位期间确保，没有接合工具的冲头碰到带边缘。

替选地或补充地本发明建议，在一个或两个带边缘的区域中施加一个或多个侧面冲压或者切边。实际中金属带的切边原则上已知。例如可能适宜的是，在不同宽度的带进行带连接时进行侧面冲压，例如在新带比旧带更宽时如此进行，因为新带的较宽的角部可能悬保持挂在工艺线中，例如保持悬挂在挤压辊上。为了避免这一点，在该情况中角部被倾斜地冲压分离，而且是用梯形的或半圆形的冲压工具。现在按本发明存在如下可能性，即在带连接之后施加侧面冲压，而且以如此程度施加，即没有接合点通过冲压而被切开。

替选地存在如下可能性，即在带连接之前已经施加一个或多个侧面冲压。例如当存在咬合冲头遇到带边缘的危险时，这是适宜的。在该情况中所述侧面冲压在带连接之前以如此程度施加，即工具几何参数与带宽度的相关性防止工具冲头遇到带边缘。

由上述提及的可能性出发，带末端和带始端定心到设备中心，存在如下可能性，即仅两个带中的一个居中地相对于另一个带定心。两个带末端或两个带位于设备中心之外。咬合工具沿宽度方向移动，使得其中心轴线与各带端部的中心轴线一致。于是又得到上述可能性，用以避免咬合点位于带边缘区域中。

可选地存在如下可能性，即咬合工具固定地保持设置在设备中心中。两个带的位置相对于设备中心测量。按这样的方式已知，在那儿咬合点设置在两个连接的带端部中。侧面冲压现在在每一侧实现，没有咬合点被冲压。在工艺线中也进行切边的情况中，每一侧的冲压深度相应较大小地进行确定，使得没有咬合点被冲压。

按本发明的另一方面建议，在咬合之前和/或期间带被涂油。在咬合期间接合偶对的涂油基本上是已知的，以便在咬合时使工具磨损最小化并且使寿命最大化。但是实际上已经证实，用于深冲过程的涂油在咬合时是不利的。这与如下有关，即涂油降低接合偶对或带的摩擦并且这不利于连接质量或连接牢固性。由此出发本发明现在建议，仅处于上方的金属带的上表面和处于下方的金属带的下表面被涂油。因此按本发明实现仅仅从下面涂油到处于下方的带上并且从上方涂油到位于上方的带上，使得在两个带端部表面之间不实施涂油。从而按简单的且可靠的方式避免实际中观察到的问题。但是能使工具磨损最小化并且使寿命最大化。

在本发明一种可选的方案中，带通过调温的咬合而彼此连接。于是建议，待连接的金属带在连接之前和/或期间被加热。因此存在如下可能性，即各带本身通过适合的调温装置预热并且然后进行咬合。替选地或补充地，调温也能通过咬合工具本身实现。因此存在如下可能性，即加热上工具和/或下工具，使得然后在恒定压力下加热带并且之后成型。因此可能适宜的是，用未构造有凸凹轮廓的阴模或未构造有凸凹轮廓的对应工具进行加工，对应工具和/或冲头可被加热。在通过一个或两个工具加热带时，可能适宜的是，带在咬合或挤压之前通过适合的机构例如夹紧装置或类似物相对挤压。存在如下可能性，即带通过压紧装置压到(加热的)对应表面上，使得发生连接区域的加热。然后紧接着咬合借助于冲头实现。但是在加热期间的接触压力也能通过工具或者冲头本身实现。然后在该(第一)加热阶段中仅实现带固定和在此情况下加热以及然后在一个(第二)咬合阶段实现连接。

在调温的咬合中适宜的是，可运动的工具例如上工具能位置调节地进行控制，而且当冲头在用于接触预热的加热阶段中必须定位在带上时尤其如此。此外在借助于工具进行接触预热的情况中适宜的是，接触压力能(在加热期间)与带相关地进行调节。

通过调温(加热)金属带来提高其成型性或其形成能力，使得能优化连接过程。这在连接脆性材料时是尤其有利的，因为脆性材料的成形性能通过调温进行改善。总体上在确定的材料或材料组合中调温可以是有利的。能够避免形成裂纹。

按本发明的方法能通过用于连接金属带的装置执行。这种装置特征通常在于具有压力机架、压力机上部和压力机下部的连接压力机，其中，在压力机上部上固定上工具并且在压力机下部上固定下工具，该上工具具有至少一个用于冲压铆接的冲头(或阴模)，该下工具具有至少一个用于冲压铆接的阴模(或冲头)，其中，压力机上部和/或压力机下部是可移动的，用于通过一个或多个驱动装置(彼此相对地)施加压制力。存在如下可能性，即具有上工具的压力机上部借助于驱动装置朝固定的下工具移动，或反向移动。驱动装置例如可以是液压的压制缸。在此尤其也可以动用冲压铆接压力机的存在的结构。可以施加高的压制力，使得不仅可以设置单个的连接点而且可以同时设置许多连接点，尤其是一个或多个完整的连接点列。

本发明建议，上工具构成为具有多个在带宽上分布的冲头(或阴模)的多重工具，并且下工具构成为具有多个在带宽上分布的阴模(或冲头)的多重工具。

在考虑如下事实的情况下，即该方法应按简单的方式适配于不同的带且尤其是适配于带厚度，尤其优选地设置具有多个上工具和多个下工具(并且因此多个工具组)的工具替换装置，该工具替换装置能有选择地由在压力机内的工作位置转移到在压力机之外的等待位置，反之亦然。

借助于工具替换装置存在如下可能性，即提供多个咬合工具或工具组，使得能实现机器简单地适配于相应的条件，尤其是适配于不同的带厚度。补充地存在如下可能性，即工具替换装置配备有附加的(传统的)冲压工具，使得机器在必要时也能改装成冲压装置。

如已经提及的，用于咬合的工具通常一方面具有冲头并且另一方面具有阴模。阴模例如可以是构造有凸凹轮廓的或成型的阴模，该阴模能适配于冲头形状。但是在本发明的范围中阴模也指未构造有凸凹轮廓的平坦的阴模并且因此是平坦的对应工具，使得也包含似乎“无阴模的”的咬合方法。

所述装置可以配备有一个或多个厚度测量装置，通过其能测量第一金属带的带末端的厚度和/或第二金属带的带始端的厚度。此外能设置控制装置和/调节装置，通过其能根据一个测量的厚度或各个测量的厚度来控制或调节冲压铆接过程。另外可设置一个或多个冲压装置，通过其能在带连接之前和/或之后产生一个或多个侧面冲压。最后装置能配备有一个或多个涂油装置，通过其能给一个金属带或各金属带和/或工具涂油。

附图说明

下面借助于仅描述一个实施例的附图详细解释本发明。其中：

图1以垂直剖视图形式显示第一实施形式，

图2显示按图1内容的沿方向X的简化图，

图3以垂直剖视图形式显示第二实施形式，

图4以侧视图形式显示按图3的内容，

图5显示按图4内容的沿方向Y的简化图，

图6显示具有带厚度测量的咬合连接的简化图。

具体实施方式

各附图显示一种用于连接金属带的装置，即用于连接第一金属带的带末端与第二金属带的带始端。这种装置优选集成到带处理设备(带工艺线)中，例如集成到这种带工艺线的输入区域。在这儿，卷起的金属带在输入部中展开，然后经过不同的处理站并且在输出部中又卷起或者按其他方式继续处理。为了不必始终重新穿入金属带，新带的带始端与前一个带的带末端连接。因此带始端和带末端在构成重叠部的情况下重叠地定位并且在重叠部的区域中在多个连接点上彼此连接。这种连接方法基本上已知。金属带在图1至5中未描述，仅显示带平面E。

按本发明各连接点借助于冲压铆接(咬合)在没有切割部分的情况下产生。为此，该装置具有连接压力机2，该连接压力机具有压力机架3、压力机上部4和压力机下部5。带运行方向B在图4中描述，在图1和3中该带运行方向垂直于视图平面。在压力机上部4上固定用于咬合的具有多个冲头8的上工具6。在压力机下部5上固定用于咬合的具有多个阴模的下工具7。具有冲头8的上工具6和具有阴模9的下工具7构成工具组10a、10b、10c。上工具6和下工具7分别构成为具有相应多个在带宽上分布的冲头8和阴模9的多重工具。在描述的实施例中，用于施加压制力的压力机上部4能通过驱动装置11朝固定的压力机下部5移动。驱动装置11在本实施例中构成为液压压力缸，这些压力缸以其活塞连接到可移动的压力机上部4上并且支撑在压力机架3的固定的上横梁上。图1和3以剖分的视图形式显示压力机2，相应一半是关闭的并且另一半是打开的。压力机上部4在压力机架3上在导向装置15上导向。

描述的实施形式相应配备有工具替换装置12，其具有多个分别由上工具6和下工具7构成的工具组10a、10b、10c。借助于工具替换装置12，各工具组10a、10b、10c能有选择地由在压力机内的工作位置转移到在压力机外的等待位置，反之亦然。按这种方式存在如下可能性，即更换工具以及装置适配于期望的条件例如相应的带厚度。因为不同的工具优选用于连接确定的带厚度。

一方面在图1和2中并且另一方面在图3至5中显示具有不同地构成的工具替换装置12的两种实施形式。

在图1和2中描述第一种实施形式，其中，工具6、7通过工具替换装置12横向于带运行方向B由工作位置转移到等待位置。为此，工具替换装置12在本实施形式中在侧面设置在压力机2旁边。该工具替换装置具有替换台14，该替换台具有多个沿带运行方向B依次设置的工具组10a、10b、10c。如果处于连接压力机2中的工具要被更换，那么该工具横向于带运行方向B由压力机拉出到(或推动到)替换台14上。替换台14然后平行于带运行方向移动了例如一个位置，使得然后另一工具能横向带运行方向B移入到(或拉入到)压力机2中。在图2的简化的俯视图中可见，在描述的实施形式中，在工具替换装置12中设置四个不同的工具或者工具组10a、10b、10c、10′。设置用于咬合的三个工具组10a、10b、10c，通过这些工具组可以设置一个、两个或三个连接点列。第一工具10a因此具有一列冲头和阴模，而第二工具组10b具有两列沿带运行方向B依次设置的冲头和阴模，并且第三工具组10c具有三列沿带运行方向依次设置的冲头和阴模，使得根据哪个工具10a、10b、10c设置在压力机2中的情况，可以通过一个唯一的压制行程有选择地设置一个、两个或三个连接点列。补充地设置一个附加的构成为冲压工具10′的工具组10′，使得该压力机能简单地改装用于冲压铆接。显而易见，不同的工具组例如可以用于不同的带厚度或者带厚度范围，各工具组10a、10b、10c通常具有不同的点直径或冲头直径。对于薄带通常采用小的点直径，于是设置相对多的连接点。对于厚带采用大的点直径，于是通常设置较少的点。

在此可见，上工具6和下工具7通过导向装置13彼此连接，构成工具组10a、10b、10c。在本实施例中涉及导向柱13，所述导向柱确保，具有冲头和阴模的上工具6和下工具7无问题地在期望的位置中相遇。在此，每个工具组总体上具有四个设置在角部上的导向柱13。这同样适用于按图1和2的实施形式以及按图3和4的实施形式。

在按图1和2的实施形式中的工具组10a、10b、10c或10′横向于带运行方向B被替换，而图3至5显示第二实施形式，其中，为了更换，工具组10a、10b、10c或10a′沿带运行方向B移动。各工具组又沿带运行方向B依次设置，但是这次不是在侧面与连接压力机2错开，而是沿着带运行方向与连接压力机2错开。但不干扰金属带的通过，因为上工具6始终设置在金属带或带平面E的上方并且下工具7始终设置在金属带的下方并且因为导向柱13始终设置在带区域之外。在本实施形式中，当带处于机器中时，也可更换工具组。图4显示例如冲压工具10′设置在机器中的示例的视图。

为了能够更换工具组10a、10b、10c、10′，通常设置替换驱动装置例如液压驱动装置，其在附图中未详细描述。

在图2和5中描述的工具显示，通过按本发明的装置，在构成至少一个在带宽度上延伸或几乎接近在带宽上延伸的连接点列的情况下，能够同时产生许多横向于带运行方向B间隔距离的连接点。根据使用哪个工具，也能够同时产生多个沿带运行方向依次设置的连接点列。因此存在如下可能性，即使在多个连接点列的情况下也可以通过一个唯一的压力冲程产生整个带连接。连接压力机通过液压缸提供足够的压制力。

按本发明的咬合连接的原理在图6中示例地且简化地描述。在此显示第一金属带B1的带末端和第二金属带B2的带始端以及重叠部，在该区域中利用咬合工具6、7通过咬合而设置连接点。在此显示没有切割部分的咬合连接。在图6中可见，通过第一厚度测量装置16测出第一金属带B1的带末端的厚度D1，并且通过第二厚度测量装置17测出第二金属带B2的带始端的厚度D2，而且是在带连接之前进行测量。所述厚度测量装置16、17例如能借助于激光辐射例如构成为光学的厚度测量装置。借助于所述厚度测量装置16、17存在如下可能性，即根据一个测量厚度或各个测量厚度D1、D2，而且是通过一个未描述的控制和/或调节装置，来控制和/或调节接合过程。在描述的实施例中，所述厚度测量装置设置在接合工具紧邻的附近，所述接合工具能够集成到接合装置中。但是本发明也包括这样的实施形式，即在带处理设备内在其他地方设置厚度测量装置，例如直接在开卷机的后面设置厚度测量装置，以便在这儿测量带始端的厚度，然后能在带连接期间处理相应的信号或相应的值。

此外存在带用涂油装置18、19涂油的可能性。在此在描述的实施例中设定，在重叠部的区域中，仅仅处于上方的金属带B2的上表面和处于下方的金属带B1的下表面被涂油。可选地且补充地存在给相应的工具面涂油的可能性。

在图6中描述的选项能够单独或结合地使用，例如在按图1至图5的装置中使用，但是作为替换也可使用在其他构成的装置中。

Claims (9)

1.用于连接第一金属带的带末端与第二金属带的带始端的方法，尤其是在带处理设备中进行连接，所述带末端和带始端在构成重叠部的情况下重叠地定位并且在重叠部的区域中在多个连接点上借助于冲压铆接在没有穿孔的情况下彼此连接，其特征在于：第一带和/或第二带构成为冷轧的未退火的金属带，为了带连接，借助冲压铆接，在每一米带宽度上设置至少20个连接点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：第一带和/或第二带构成为由铝或铝合金或铜或铜合金制成的未退火的金属带。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：各金属带例如铝带的材料具有最大6％、优选2％～5％、例如3％～4％的断裂延伸率A₈₀。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：为了带连接，借助冲压铆接，在每一米带宽度上设置至少30个、优选至少50个连接点。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：第一金属带的带末端的厚度和/或第二金属带的带始端的厚度在连接之前进行测量，并且冲压铆接过程根据一个测量的厚度或各个测量的厚度进行控制或调节。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：冲压铆接工具的一个或多个冲头的插入深度根据一个厚度测量或各个厚度测量进行控制或调节。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于：所述带始端和带末端和/或冲压铆接工具定位成，使得接合工具的冲头不遇到带边缘之一和/或在带连接之前或之后在一个或两个带边缘的区域中施加一个或多个侧面冲压。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述侧面冲压在带连接之前以如此程度施加，即工具几何参数与带宽度和带位置的相关性防止工具冲头遇到带边缘。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于：在重叠部的区域中，仅仅处于上方的金属带的上表面和处于下方的金属带的下表面被涂油。