CN105598304A - 用于连接金属带的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连接第一金属带的带尾与第二金属带的带头的方法，尤其是在带处理设备上进行连接，所述带尾与带头彼此重叠定位并因此形成重叠部并在该重叠部的区域内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，在连接之前测量第一金属带的带尾的厚度和/或第二金属带的带头的厚度，并且根据测量的一个或各个厚度控制或调节冲压铆接过程。本发明还涉及一种用于实施该方法的设备。

Description

用于连接金属带的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于连接第一金属带的带尾与第二金属带的带头的方法和设备，尤其是在带处理设备上进行连接，所述带尾和带头彼此重叠定位并因此形成重叠部并且在重叠部的范围内在多个连接点上借助于冲压铆接在没有穿孔的情况下并因此在没有切削部分的情况下彼此连接。

背景技术

在亦称为带处理线的带处理设备上，一般卷成带卷的带在入口部件中展开，然后通过一个或者多个处理工位并在出口部件中也许再次卷起或作为替代方案也切割成板材。为了带不必总是新穿入，新卷的带头与前一卷的带尾连接。带连接有特殊意义，因为不完善的带连接对其他加工可能有负面作用。

因此从实践已知各种带连接方法，例如通过焊接、冲压和/或粘接(例如参见EP2202025Al和EP1749590A2)。

在实践中已经证实，作为传统方法的替代方案，带连接还可以通过冲压铆接产生，也称为咬合连接。冲压铆接是一种在不用辅助材料的情况下连接金属带或金属板的方法。冲压铆接工具(咬合工具)一般由一个或多个冲头和一个或多个凹模组成。类似于深冲，要连接的带用冲头在塑性变形下压入或压向凹模。这时，带在不使用铆钉的情况下形锁合(和力锁合)地彼此连接。通过凹模和冲头的设计方案在凹模上或凹模内材料流动到宽度中，使得类似于铆接，实现形锁合的连接，但不使用单独的铆钉。在本发明的范围内，冲压铆接或者说咬合连接意味着在没有穿孔并因此没有切削部分的情况下的冲压铆接。

开头描述的类型的这种方法例如从WO2014/033037Al已知。在此，在带连接的过程中借助于冲压铆接产生连接点，其中产生在横向于带运行方向上隔开的许多连接点，形成一个或多个连接点列。这时有利的是，以位置调节的方式定位一个或多个工具。

已知的借助于冲压铆接来连接带的方法在实践中得到证明，然而它还可以进一步改进。由此引入本发明。

发明内容

本发明的任务在于，实现一种方法，通过该方法能够以简单方式通用地且高质量地连接金属带。

为了解决这种任务，本发明在同类方法中教导，在连接之前测量第一金属带的带尾的厚度和/或第二金属带的带头的厚度，并根据测量的厚度控制或调节该冲压铆接过程。该冲压铆接用具有冲头和凹模的冲压铆接工具进行。现在按照本发明，一个或多个冲头在材料中的插入深度根据所测量的带厚度控制或调节，例如进行位置调节。这时，本发明从这样的认识出发，在没有穿孔和因此没有切割棱边的情况下产生连接，对带连接质量特别重要。前提是，冲头不过深地插入到材料中。另一方面，为了产生完好的和坚固的连接，重要的是，冲头以足够程度插入到材料中，以便冲头在带内插入深度的结果具有特殊意义。因此原则上可能的是，以位置调节的方式进行接合过程。然而，按照本发明除了位置调节以外，或作为位置调节的替代方案，根据各金属带的实际厚度控制或调节接合过程。因为在实践中已经证实，要连接的带在其厚度上会偏离给定/假定的数值或额定值。因为现在按照本发明求出金属带的实际厚度，故可以在接合过程中保证，该接合过程总是以最优插入深度进行。这时特别推荐，不仅测量第一带的带尾的厚度而且测量第二带的带头的厚度。例如厚度测量可以通过激光厚度测量进行。

因为按照本发明进行厚度测量，所以不再需要预先把可能有较大厚度偏差、例如过厚的带尾或带头切掉，而是可以在这样区域产生带连接，这些区域以后也许作为边角料切除。

在接合之前测量一个或各个带厚度，更确切地说，最好单独针对这两个带的每一个均进行。作为替代方案，测量彼此重叠定位的带(在接合过程之前)的整个厚度也在本发明范围之内。可以在接合装置上或在接合装置内测量一个或各个厚度。然而作为替代方案，也可以在其他地方、例如紧接在开卷机后面进行测量。

其他有利的方案在下文中阐述。

有利的是，定位带头和带尾和/或冲压铆接工具，使得接合工具的冲头不碰到带边缘之一，和/或在带连接之前或之后在一个或两个带边缘的范围内进行一次或者多次侧面冲压。

在此本发明从这样的认识出发，为了避免在带通过该设备其他组件的过程中出现问题，必须产生完好的咬合点，而且必须避免在带边缘区域内产生或存在咬合点。例如当一个咬合点在一个存在的带边缘区域内产生时，在这样一个有缺陷的咬合点上视带边缘被冲头覆盖程度而定，会在带边缘上产生散边。以后在通过带处理线时在这个区域内可能断出颗粒，例如颗粒会粘着在辊上并导致在带上压紧。因此按照本发明要采取预防措施，避免咬合点出现或存在于带边缘区域中。

因此，按照本发明有可能保证在带头和/或带尾定位的过程中和/或工具定位的过程中没有接合工具的冲头碰到带边缘之一。

作为替代方案或作为补充，本发明建议在一个或两个带边缘的区域内进行一次或者多次侧面冲压或者说冲边。在实践中金属带的冲边原则上是已知的。例如可以适宜的是，在宽度不相等的带的带连接时进行侧面冲压，例如当新带比旧带宽时是这种情况，因为新带的较宽的角部在生产线上可能被挂住，例如在挤压辊上可能被挂住。为了防止出现这种情况，在这种情况下倾斜地冲切角部，更确切地说用梯形或半圆形冲压工具。现在按照本发明有可能在带的带连接之后进行侧面冲压，更确切地说到这种程度，使得没有接合点通过该冲压而被切割。

作为替代方案，有可能在带连接之前就已经进行一次或者多次侧面冲压。例如这在在存在咬合工具碰到带边缘的危险时是适当的。在这种情况下可以在带连接之前进行这种程度的侧面冲压，使得用工具几何形状和带宽的关系防止工具冲头碰到带边缘。

除上面已经提及的带尾和带头朝设备中心对中的可能性之外，有可能只有一个带相对于另一个带居中地对中。这时两个带端部或者说两个带都处于设备中心以外。这时咬合工具这样在宽度方向上移动，使其中间轴线与带端部的中间轴线一致。这时再次存在上面解释的可能性：防止咬合点处于带的边缘区域内。

可选还有可能把咬合工具固定地保持设置在设备中心。测量这两个带相对于设备中心的位置。这时这样便已知，在这两个连接的带端部中把咬合点设置在哪里。现在每一侧都这样进行侧面冲压，使得不会冲压到任何咬合点。在该生产线中还进行切边的情况下，每一侧冲压深度尺寸定得相应较大，然而再次不冲压咬合点。

按照本发明的另一个方面，可选地建议，在咬合连接之前和/或在咬合连接期间给各带加油。为了在咬合连接时把工具磨损减到最小和寿命最大化，在咬合连接的过程中对接合配对进行加油原则上是已知的。然而在实践中已经证实，用于深拉过程的加油在咬合连接时是不利的。这关系到，加油减小来接合配对或带的摩擦，这可能对连接质量或连接强度起负面作用。

由此出发，现在本发明优选建议，只对处于上面的金属带的上表面和处于下面的金属带的下表面加油。因此，只从处于下面的带的下面和从处于上面的带上面加油，以便在两个带端部表面之间不发生加油。借此允许简单而可靠地防止在实践中观察到的问题。但仍然可以把工具磨损减到最小并使寿命最大化。

按照本发明的方法适用于各种金属带，例如铝或铝合金或铜或铜合金制成的带。在此原则上包括一般的带，例如退火的金属带。然而使非退火的金属带彼此连接同样处于本发明的范围内。

对咬合连接需要或适当的是，在压应力和拉应力下接合配对具有良好的延展性或良好的变形能力。因此，至今在实践中由此出发，即只有高断裂延伸率的金属板或带才是适宜的。从这个原因出发在连接铝带时至今只限于退火的铝带，而本发明显然包括退火的金属带的连接。但现在研究意想不到地表明，冷轧的非退火的金属带，例如带有足够质量的铝带，可以通过咬合连接来连接。研究已经表明，当断裂延伸率A₈₀只等于6％或更小时，咬合连接本身便可以以良好的质量实现。断裂延伸率指的是在拉伸试验时断裂之后的测量长度和初始测量长度之间的差值与初始测量长度的关系，断裂延伸率以百分比给出。因为断裂延伸率的值是通过测量长度数值对试件横截面的关系一起确定的，所以断裂延伸率通过相应的下标更详细地表征，在当前情况下断裂延伸率A₈₀关系到试件测量长度为80mm时的拉伸试验。可以使用断裂延伸率A₈₀等于2％至5％例如大致3％至4％的金属带。因此，按照本发明不仅在退火的金属带上，而且在冷轧的非退火的金属带上达到完好的带连接。金属带例如可以是铝或铝合金或铜或铜合金制成的带。在此通过许多的连接点实现带连接具有特殊意义。优选对于各自的带连接实现每米带宽至少30个连接点，例如每米带宽至少40个连接点，特别优选每米带宽至少50个连接点。由于许多连接点产生带连接，故可以容忍一些咬合点被撕裂。在此本发明从这样的认识出发，例如在连接非退火的冷轧金属带时，可以在边界区域内进行加工，在边界区域中也许会撕裂一些咬合点。然而，由于有许多咬合点，带连接的耐久性不会受到决定性的损害，以便按照本发明的方法在实践中即使在非退火的冷轧金属带情况下也可以实现。在此，许多的连接点可以在一个连接点列中产生，该连接点列具有多个在带宽上分布的连接点；或特别推荐也可以在带运行方向上前后相继地设置的多个连接点列中产生。在此，只用唯一一个挤压行程就可以同时产生一个或者多个连接点列。

就这方面来说，可以参考WO2014/033037Al的知识。

在本发明一个可选的设计方案中，通过调温的咬合连接使带彼此连接。在此规定，在连接之前和/或期间加热要连接的金属带。为此有可能用适当的调温装置预热带本身，然后进行咬合连接。作为替代方案或作为补充，调温还可以通过咬合工具本身进行。为此有可能加热上工具和/或下工具，以便这时该带在接触压力下被加热并在此后被变型。为此可能适当的是，用不形成轮廓的凹模或不形成轮廓的配合工具工作，其中配合工具和/或冲头是可加热的。在通过一个或两个工具加热带时，可以适宜的是，带在咬合连接或加压之前用适当的器件例如压紧装置或类似物彼此挤压。这样有可能将带用压紧装置压向(加热的)配合面加压，以便加热连接区域。接着，借助冲头进行咬合连接。但还可以用工具或冲头本身在加热期间实现接触压力。在(第一)加热阶段可以只进行带的固定，而且这时进行加热，并在(第二)咬合阶段进行连接。

在调温的咬合连接时适宜的是，使用活动的工具，例如上工具以位置调节的方式可定位，而且在冲头在加热阶段中必须定位在带上用以进行接触预热时尤其如此。此外，在借助于工具接触预热的情况下适当的是，接触压力(在加热期间)可以根据带进行调整。

通过调温(加热)金属带提高其可成型性或其成型能力，以便可以优化连接过程。尤其在连接脆性材料时这是有利的，因为通过调温可以改善脆性材料的可成型性。总之在确定的材料或材料组合的情况下调温可能是有利的。可以避免裂纹形成。

本发明的主题还在于一种用于通过所描述类型的方法连接金属带的设备。该设备具有连接压机，该连接压机具有压机机架、压机上部和压机下部，在压机上部上固定具有至少一个用于冲压铆接的冲头(或凹模)的上工具，而在压机下部上固定具有至少一个用于冲压铆接的凹模(或冲头)的下工具，压机上部和/或压机下部能用一个或多个驱动装置(彼此相对地)移动，以便施加挤压力。于是可能的是，使带有上工具的压机上部借助于驱动装置向固定不动的下工具移动，反之亦然。驱动装置例如可以是液压的挤压缸。在此尤其还可以动用冲压连接压机的现有构造。它可以施加高的挤压力，以便不仅能设置若干连接点，而且能同时设置许多连接点，尤其是一个或者多个完整的连接点列。于是规定，上工具形成为带有多个分布在带宽上的冲头(或凹模)的多重工具，而下工具形成为带有多个分布在带宽上的多个凹模(或冲头)的多重工具。按照本发明设置一个或者多个厚度测量装置，借此可以测量第一金属带的带尾的厚度和/或第二金属带的带头的厚度。为此可以设置控制或调节装置，借此可以根据所测量的厚度控制或调节冲压铆接过程。作为补充可以设置冲压装置，借此可以在带连接之前和/或之后进行一次或者多次侧面冲压。此外作为选项或作为补充，还可以针对带和/或工具设置一个或者多个加油装置。

考虑到该设备可选地应该能适应于不同的带和尤其是适应于不同的带厚度，优选设置工具更换装置，该工具更换装置带有多个上工具和多个下工具(和因此多个工具组)，它们可以选择性地从压机内部的工作位置转移到压机外部的等待位置，反之亦然。借助于该工具更换装置有可能提供多个咬合工具或者说工具组，以便可以简单地把该机器适配于相应的条件，尤其适配于不同的带厚度。作为补充，有可能使该工具更换装置配备附加的(传统的)冲压工具，以便该机器在需要时还可以改装成冲压装置。

如上所述，用于咬合连接的工具一般一方面有冲头，另一方面有凹模。凹模例如可以是形成轮廓的或构造有轮廓的凹模，凹模可以适配于冲头形状。但在本发明的范围内，凹模还可意味着不形成轮廓的、平坦的凹模，并因此是平坦的配对工具，因此似乎“无凹模”的咬合连接方法也被包括在内。

附图说明

在下文中将参照只描述实施例的附图阐述本发明。附图如下：

图1是第一实施方式的垂直剖面图；

图2是图1的对象在方向X上的简化图；

图3是第二实施方式的垂直剖面图；

图4是图3对象的侧视图；

图5是图4对象在方向Y上的简化图；

图6是带有带厚度测量的咬合连接的简化图。

具体实施方式

这些附图表示用于连接金属带的设备，亦即用于连接第一金属带的带尾与第二金属带的带头的设备。这样的设备优选集成在带处理设备(带处理线)上，例如集成到这样一个带处理线的入口区域中。在那里，卷起来的金属带在入口部件中展开，然后通过不同的处理工位，并在出口部件中再次卷绕或用其他方法进一步处理。为了金属带不必总是新穿入，新卷的带头与前一卷的带尾连接。为此，带头和带尾彼此重叠定位并因此形成重叠部，并在重叠部的区域内在多个连接点上彼此连接。这样的连接方法原则上是已知的。在图1至5中未示出金属带，只描述带平面E。

按照本发明，这些连接点借助于冲压铆接(咬合连接)在没有切削部分的情况下产生。为此该设备具有连接压机2，该连接压机具有压机机架3、压机上部4和压机下部5。在图4中描述带运行方向B，在图1和3中带运行方向垂直于图平面。在压机上部4上固定带有用于咬合连接的多个冲头8的上工具6。在压机下部5上固定带有用于咬合连接的多个凹模的下工具7。带有冲头8的上工具6和带有凹模9的下工具7形成工具组10a、10b、10c。上工具6和下工具7各自形成为带有多个分布在带宽上的冲头8和凹模9的多重工具。在所显示的实施例中，压机上部4可以用驱动装置11朝固定不动的压机下部5移动，以便施加挤压力。在该实施例中，驱动装置11可以形成为液压的挤压缸11，这些挤压缸以其活塞连接在可移动的压机上部4上，并支承在压机机架3的固定上横梁上。图1和3分别以部分视图分别表示压机2，一半为闭合的，而另一半为打开的。压机上部4压机机架3在引导装置15上引导。

所显示的实施方式各自装备工具更换装置12，它提供多个分别由上工具6和下工具7组成的工具组10a、10b、10c。借助于这个工具更换装置12，各工具组10a、10b、10c可以选择性地从压机内部的工作位置转移到压机外部的等待位置，反之亦然。这样就有可能更换工具和把该设备适配于期望的条件，例如适配于相应的带厚度。因为优选使用不同的工具来连接确定的带厚度。

图1和2一方面、而图3至5另一方面表示不同构造的工具更换装置12的两个实施方式。

在图1和2中显示第一实施方式，其中，工具6、7通过工具更换装置12横向于带运行方向B从工作位置转移到等待位置。为此，在该实施方式中，工具更换装置12设置在压机2侧面旁边。该工具更换装置具有更换台14，该更换台带有多个沿着带运行方向B前后相继地设置的工具组10a、10b、10c。若要更换处于连接压机2内的工具，则将它横向于带运行方向B拉出(或推出)到更换台14上。然后更换台14平行于带运行方向例如移动一个位置，使得这时另一个工具能横向于带运行方向B推入(或拉入)压机2。在图2的简化顶视图中可以看出，在所示的实施方式中，在工具更换装置12上设置四个不同的工具或者说工具组10a、10b、10c，10′。设置了用于咬合连接的三个工具组10a、10b、10c，籍此可以设置一个、两个或三个连接点列。因此第一工具10a有一列冲头和凹模，而第二工具组10b有两列在带运行方向B上前后相继地设置的冲头和凹模，第三工具组10c有三列在带运行方向上前后相继地设置的冲头和凹模，使得选择性地用唯一的一个挤压行程可以设置一个、两个或三个连接点列，依在压机2中设置哪一工具10a、10b、10c而定。作为补充设置一个附加的工具组10′，它形成为冲压工具10′，使得该压机还可以简单地改装来进行冲压连接。不言而喻，例如针对不同的带厚度或不同的带厚度范围可以使用不同的工具组，各工具组10a、10b、10c一般具有不同的点直径或冲头直径。针对薄带一般使用小点直径，这时设置比较多的连接点。对于厚带使用大点直径，这时一般设置较少的点。

在此可见，上工具6和下工具7在形成工具组10a、10b、10c时通过引导装置13彼此连接。在该实施例中，它是引导柱13，它保证带有冲头和凹模的上工具6和下工具7完好地一起移动到要求的位置上。在此，每个工具组总共有四个设置在角上的引导柱13。这对图1和2的实施方式与图3和4的实施方式都有效。

在图1和2的实施方式中工具组10a、10b、10c或10′横向于带运行方向B更换，而图3至5表示第二实施方式，其中工具组10a、10b、10c或10′沿着带运行方向B移动，以便进行更换。各工具组再次在带运行方向B上前后相继地设置，然而这次不是在侧面相对于连接压机2错开，而是沿着带运行方向相对于连接压机2错开。金属带的通过仍然不受干扰，因为上工具6总是在金属带或带平面E上方，而下工具7总是设置在金属带的下方，而且因为引导柱13总是设置在带区域外部。在该实施方式中，即使当带处于机器中时，仍然可以更换工具组，图4表示一个视图，其中作为示例冲压工具10′设置在该机器中。

为了能够更换工具组10a、10b、10c、10′，一般设置更换驱动装置，例如在图中没有详细显示的液压驱动装置。

在图2和5中描述的工具表示，采用按照本发明的设备，可以同时产生许多横向于带运行方向B隔开的连接点，形成至少一个在带宽上延伸或基本上在带宽上延伸的连接点列。依使用哪一工具而定，还可以同时产生多个在带运行方向前后相继地设置的连接点列。借此还有可能在多个连接点列的情况下用唯一一个挤压行程也能产生整个带连接。该连接压机通过液压缸11提供足够的挤压力。

在图6中作为示例和简化显示按照本发明的咬合连接的原理。在此显示第一金属带B1的带尾和第二金属带B2的带头和重叠部，在重叠部的区域中利用咬合工具6、7通过咬合连接设置连接点。在此显示在没有切削部分的情况下的咬合连接。在图6中可以看出，在带连接之前，用第一厚度测量装置16测量第一金属带B1的带尾的厚度D1，并用第二厚度测量装置17测量第二金属带B2的带头的厚度D2。这些厚度测量装置16、17例如可以形成为光学的厚度测量装置，例如借助于激光辐射。借助于这些厚度测量装置16、17有可能根据一个或各个测量的厚度D1、D2控制和调节接合过程，更确切地说利用未示出的控制和/或调节装置。在所示的实施例中，各厚度测量装置直接设置在接合工具附近，它们可以集成在接合工具中。但是本发明还包括这样的实施方式，其中，各厚度测量装置设置在带处理设备内部的其他位置上，例如一个厚度测量装置可以直接设置在开卷机后面，以便在那里测量带头的厚度，相应的信号或相应的数值可以在带连接的过程中处理。

此外还有可能，用加油装置18、19给带加油。在此在所示的实施例中规定，在重叠部的区域内只给在处于上面的金属带B2的上表面和处于下面的金属带B1的下表面加油。可选和作为补充，存在给相应的工具表面加油的可能性。

图6中显示的各选项可以单独地或组合地使用，例如在图1至5的设备上使用，作为替代在其他构造的设备上使用。

Claims (11)

1.用于连接第一金属带的带尾与第二金属带的带头的方法，尤其是在带处理设备上进行连接，所述带尾与带头彼此重叠定位并因此形成重叠部并在该重叠部的区域内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，在连接之前测量第一金属带的带尾的厚度和/或第二金属带的带头的厚度，并且根据测量的一个或各个厚度控制或调节冲压铆接过程。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，冲压铆接接合工具的一个或多个冲头的插入深度根据一个或各个厚度测量来控制或调节，优选以位置调节的方式来控制或调节。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述带头和带尾和/或冲压铆接工具定位成，使得接合工具的冲头不碰到带边缘之一和/或在带连接之前或之后在一个或两个带边缘的区域内进行一次或者多次侧面冲压。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，在带连接之前的侧面冲压进行如此程度，即工具几何形状和带宽和带位置的关系防止冲头碰到带边缘之一。

5.根据权利要求3的方法，其特征在于，在带连接之后的侧面冲压进行如此程度，即侧面冲压不切割接合点。

6.根据权利要求1至5中一项的方法，其特征在于，在重叠部的区域内只给处于上面的金属带的上表面和处于下面的金属带的下表面加油。

7.根据权利要求1至6中一项的方法，其特征在于，为了带连接，借助于冲压铆接，每米带宽设置至少30个连接点，优选至少50个连接点。

8.用于根据权利要求1至7中一项的方法连接第一金属带(B1)的带尾与第二金属带(B2)的带头的设备，尤其在带处理设备中进行连接，所述设备包括用于冲压铆接的连接压机(2)以及包括一个或多个厚度测量装置(16、17)，通过所述厚度测量装置能测量第一金属带(B1)的带尾的厚度(D1)和/或第二金属带(B2)的带头的厚度(D2)。

9.按照权利要求8的设备，其特征在于，所述设备包括控制和/或调节装置，通过所述控制和/或调节装置根据所测量的一个或各个厚度(D1、D2)能控制或调节冲压铆接过程。

10.按照权利要求8或9的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个冲压装置，通过所述冲压装置能在带连接之前和/或之后进行一次或者多次侧面冲压。

11.按照权利要求8至10中一项的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个加油装置(18、19)，通过所述加油装置能给一个或各个金属带和/或用于冲压铆接的工具加油。