CN110087786A - 侧边修剪装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例的侧边修剪装置可以包括：切割单元，切割被输送的钢板；槽形成单元，以所述钢板的输送方向为基准，在所述切割单元的前方，在切割预定部位形成槽；以及清洗单元，邻接所述槽形成单元设置，在所述钢板的侧边方向，吸入所述槽中积累的熔融物。

Description

侧边修剪装置
技术领域
本发明涉及一种侧边修剪装置。
背景技术
钢板S的侧边修剪工艺是指钢板S的连续冷轧工艺中在轧制前修剪(trimming)钢板S的侧边部分的工艺，这是为了去除轧制时成为板断裂原因的热轧板的边缘部的裂纹及其他缺陷。
图1示出具有一般结构的侧边修剪装置，图2示出利用图1的侧边修剪装置的钢板的侧边修剪原理。
如图1，侧边修剪装置具有包括设置在上部和下部而切割钢板S的边缘部的旋转刀1、2的结构。旋转刀1、2为盘形状，随着钢板S的输送而旋转，位于上部的刀1和位于下部的刀2之间形成水平间隙a和垂直间隙b。其中，水平间隙a是指各旋转刀1、2在水平方向上彼此隔开的间隙(gap)，垂直间隙b是指各旋转刀1、2在垂直方向上彼此重叠的部分(lap)。钢板S连续通过具有水平间隙a和垂直间隙b的旋转刀1、2而钢板S的边缘部被切割一定程度。其中，旋转刀1、2不具有自行驱动力，通过钢板S的输送力来旋转。
如图2所示，钢板S的边缘部通过上部及下部刀1、2，经剪切(shearing)和撕裂(tearing)而被切割。首先，旋转刀1、2按设定的垂直间隙b，使钢板S剪切变形。然后，在剪切变形的末端，即旋转刀1、2钻进钢板S的末端，因旋转刀1、2的旋转力而分别产生裂纹C。这样从旋转刀1、2的末端产生的各个裂纹C扩展而在钢板S的切割面中心相遇，最终完成边缘部的切割。
如上述，钢板S的侧边修剪是用一对旋转刀1、2向钢板S的上下面施加压力并根据剪切(shearing)和随之产生断裂的原理而实现。若利用这种原理连续剪切高速输送中的钢板S，则旋转刀1、2的边缘部会持续受到压力和机械冲击，随之发生磨损乃至破损。因此，旋转刀1、2被使用一段时间后，需要更换或经过研磨作业重复使用。
近年来，冷轧工艺中高强度钢(AHSS；Advanced High StrengthSteel)的生产正在增加，提高强度的高强度钢板S的开发在持续进行。随着钢板S强度的提高，侧边修剪时旋转刀1、2所受的负荷将增大，这种负荷的增大必然会引起旋转刀1、2的磨损及破损。因旋转刀1、2的磨损，钢板S的边缘部有可能产生裂纹(Crack)或毛刺(Burr)等缺陷，当旋转刀1、2磨损或破损时，为了更换旋转刀1、2而需要中断连续工艺，这会降低生产速度。
为了解决上述的旋转刀1、2的磨损及破损问题，目前通过降低钢板S的输送速度来实施侧边修剪，但这会在连续工艺中降低整体的生产速度，不是一个根本性的解决方法。另外，强度高于普通钢板的高强度钢板S非常容易导致旋转刀1、2的破损，因此无法实施侧边修剪。进而，作为防止旋转刀1、2破损的另一个解决方案，试图通过改变旋转刀1、2的材质来增大强度，但在高速输送中的高强度钢的修剪方面是有限的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种侧边修剪装置，通过向切割预定部位照射激光来形成槽，从而可以减少切割单元的负荷。
另外，本发明提供一种侧边修剪装置，通过至少一个喷嘴向切割预定部位喷射空气和气体中的至少一种，吸入槽的加工时产生的熔融物，从而可以防止钢板的污染。
另外，本发明提供一种侧边修剪装置，可以将激光的焦点及至少一个喷嘴分别与钢板表面保持预定的距离。
(二)技术方案
根据本发明的一个实施例的侧边修剪装置可以包括：切割单元，切割被输送的钢板；槽形成单元，以所述钢板的输送方向为基准，在所述切割单元的前方，在切割预定部位形成槽；以及清洗单元，与所述槽形成单元邻接设置，吸入所述槽中积累的熔融物。
根据本发明的一个实施例的侧边修剪装置可以包括：切割单元，切割被输送的钢板；槽形成单元，以所述钢板的输送方向为基准，位于所述切割单元的前方，向所述钢板照射激光以在切割预定部位形成槽；以及距离保持单元，对应于所述钢板表面的高度变化，弹性地改变所述激光的焦点位置，从而保持所述激光的焦点位置与所述钢板表面的距离。
本发明的一个实施例的侧边修剪装置可以包括：切割单元，切割被输送的钢板；槽形成单元，以所述钢板的输送方向为基准，位于所述切割单元的前方，向所述钢板照射激光以在切割预定部位形成槽；清洗单元，邻接所述槽形成单元设置，并且具有向所述槽中积累的熔融物喷射空气和气体中的至少一种的至少一个喷嘴，向所述钢板的侧边方向去除所述熔融物；以及距离保持单元，对应于所述钢板表面的高度变化，弹性地改变所述激光的焦点位置和所述至少一个喷嘴的位置，从而保持所述激光的焦点位置与所述钢板表面的距离以及所述至少一个喷嘴与所述钢板表面的距离。
(三)有益效果
根据本发明的一个实施例，可以降低切割单元的负荷，防止钢板的污染。并且，可以将激光的焦点及至少一个喷嘴分别与钢板表面保持预定的距离，从而可以改善槽加工效率和熔融物的收集效率。
附图说明
图1示出一般结构的侧边修剪装置。
图2示出利用图1的侧边修剪装置的钢板的侧边修剪原理。
图3是本发明的一个实施例的侧边修剪装置的透视图。
图4是本发明的一个实施例的侧边修剪装置的剖视图。
具体实施方式
后述的对本发明的详细描述参照以本发明能够实施的特定实施例作为示例的附图。充分并详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够实施本发明。应该理解本发明的各种实施例虽然不同，但不相互排斥。例如，在不脱离本发明思想和范围的情况下，本说明书中记载的特定形状、结构及特性涉及到一个实施例的可以由其他实施例体现。并且应该理解，在不脱离本发明的思想和范围的情况下，可以改变在此公开的各个实施例中的个别组件的位置或布置。因此，后面的详细描述不具有限制性意义，如果适当地解释的话，本发明的范围仅受所附权利要求书及其等同物的全部范围的限制。附图中类似的附图标记在多个方面指代相同或类似的功能。以下将参考附图详细描述本发明的实施例，以便本领域技术人员能够容易地实施本发明。
图3是本发明的一个实施例的侧边修剪装置的透视图，图4是本发明的一个实施例的侧边修剪装置的剖视图。
参照图3，本发明的一个实施例的侧边修剪装置可以包括切割单元100、槽形成单元200、清洗单元300、距离保持单元400及架单元500。
架单元500可以包括多个架510、520、530，多个架510、520、530可以支撑切割单元100、槽形成单元200、清洗单元300及距离保持单元400。
切割单元100设置在被输送的钢板S的一侧，并且可以通过机械切割修剪钢板S的侧边。其中，侧边可以理解为钢板S的宽度方向的边缘区域，钢板S的宽度方向可以理解为与钢板S的输送方向交叉的方向，举例来说是垂直的方向。
切割单元100可以包括具有旋转式刀的切割手段110。切割手段110可旋转地被第一架510支撑，并且第一架510可以设置在钢板S的侧边。切割手段110为盘形状，通过旋转轴120可旋转地连接到第一架510。切割手段110不具有自行驱动力而通过钢板S的输送力来旋转，从而通过剪切(shearing)和撕裂(tearing)切割钢板S的侧边。
切割手段110可以包括设置在钢板S的上侧的第一切割手段和设置在钢板S的下侧的第二切割手段，第一切割手段和第二切割手段可以向钢板S的侧边施加剪切力。第一切割手段与第二切割手段之间形成预定长度的水平间隙和垂直间隙。
以钢板S的输送方向为基准，可以在切割单元100的前方设置槽形成单元200。在钢板S被输送到切割单元100之前，槽形成单元200可以向钢板S的切割预定部位照射激光束L而在切割预定部位形成槽。通过在切割预定部位形成槽，可以降低切割单元100的负荷，提高钢板S切割工艺的速度。
槽形成单元200可以包括激光振荡器210、聚光头220及传输线230。激光振荡器210可以产生激光束L。激光振荡器210可以包括CW激光振荡器、脉冲激光振荡器等各种类型的激光振荡器，可使用气体、固体、光纤维激光等各种介质来产生激光束L。但是，因钢板S对短波长激光的吸收度高，高强度钢的加工中可以使用短波长激光束L来增大钢板S的预热效率。
聚光头220可以将激光振荡器210的激光束L预先聚集到切割部位。聚光头220可以被第二架520支撑，聚光头220的内部具有由一个以上的透镜组成的光学系统，聚光头220可以通过光纤等传输线230连接到激光振荡器210。
可以在钢板S的上侧和下侧分别设置聚光头220，以向钢板S的上下面照射激光束L。由激光振荡器210产生的激光束L经过传输线230、聚光头220而照射到钢板S的上下面。根据本发明的实施例，使用聚光头220而激光束L能够在钢板S表面具有充分的能量密度，据此，聚光头220可以与钢板S保持充分的隔开距离，事先防止位于聚光头220的最终端的光学系统因碰撞或热而受损。
激光束L因光的发散性(Divergence)较小，可通过聚光头220等光折射元件，以高密度聚集在非常小的面积。当高密度聚集的光入射到钢板S的表面时，光能的一部分将被物体吸收，钢板S的温度因被吸收的光能而上升。若此时吸收的光能的量足够多，被光照射的部分将熔融。利用这种基于光吸收的熔融现象，可以在钢板S上形成槽。
另外，虽然可以利用激光束L切割钢板S，但利用激光束L切割钢板S时，根据照射到钢板S的激光束L的强度和钢板S的移动速度确定的能量密度(Power density)应为临界值以上。例如，利用2kW的激光束L切割厚度为0.23mm的钢板S时，最大切割速度相当于100mpm。冷轧时，钢板S的厚度为3～5mm且钢板S的最大输送速度为250mpm以上，因此用于切割钢板S的激光束L的功率应为几十kW以上。因此，仅利用激光束L实施侧边修剪是有限的，本实施例中槽形成单元200被设置成与切割单元100相互联动。
表现槽的形状和大小的参数即深度和宽度因钢板S的表面与激光焦点之间的距离而不同。作为一例，激光焦点从钢板S的表面位于预设距离以下，例如4mm以下时，槽的深度可以最大，当槽的深度最大时，可以大大降低切割单元100的负荷。因此，为了使槽的深度最大，钢板S的表面与聚光头220需要保持最佳距离。
清洗单元300可以包括第一喷嘴310、第二喷嘴320及吸入单元330。第一喷嘴310、第二喷嘴320及吸入单元330可以被固定设置到第二架520。
第一喷嘴310为了形成槽而向被照射激光束L的钢板S的切割预定部位喷射空气和气体中的至少一种，从而将熔融物排到外部。通过照射激光束L而形成槽时，通过钢板S的光能吸收而连续进行加热、熔融及气化现象，槽内部将积累熔融物。随着槽内部熔融物的积累，可能会降低槽形成的成型效率。根据本发明的一个实施例，可利用第一喷嘴310来将熔融物从槽内部排到外部，据此，激光束L不受熔融物的阻碍而到达槽的内壁，从而可以增大槽的深度。
第一喷嘴310以与钢板S表面的垂直方向形成预定角度地喷射空气和气体中的至少一种。以钢板S的表面的垂直方向为基准，其角度越小，越容易排出熔融物，因此作为一例，第一喷嘴310可以以与垂直方向形成0°～70°的角度实施喷射。第一喷嘴310可以喷射不与钢板S引起化学反应的惰性气体。例如，惰性气体可以包括空气(air)、氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、氩气(Ar)。
另外，照射激光束L进行槽加工时产生的熔融物具有飞散速度高且因高飞散速度而动能高的特性。因动能高且以多个角度飞散的熔融物以及因第一喷嘴310喷射的气体和空气而飞散的熔融物，钢板S的表面存在污染风险。
根据本发明的一个实施例，第二喷嘴320喷射空气和气体中的至少一种，以使熔融物向钢板S的侧边方向飞散，吸入单元330设置在钢板S的侧边处，吸入因第二喷嘴320喷射的空气和气体而向侧边方向飞散的熔融物。吸入单元330降低内部压力而形成从外部朝向吸入单元330的空气流动。
第二喷嘴320可以以与钢板S表面的垂直方向形成预定角度地向切割预定部位喷射空气和气体中的至少一种。以垂直方向为基准，第二喷嘴320的喷射角度可以小于第一喷嘴310的喷射角度。以钢板S的表面的垂直方向为基准，其角度越大，熔融物越容易飞散，因此作为一例，第二喷嘴320可以以与垂直方向形成20°～90°的角度实施喷射。第二喷嘴320可以喷射不与钢板S引起化学反应的惰性气体。作为一例，惰性气体可以包括空气(air)、氮气(N2)、二氧化碳(CO2)、氩气(Ar)。
因此，在熔融物从槽中脱离之后存在于相对狭窄的区域的状态下，可以提供气体压力而通过吸入单元330收集所有熔融物。
利用吸入单元330有效收集以从激光束L的入射地点具有较宽的角度分布的方式高速飞散的熔融物，应优化第一喷嘴310和第二喷嘴320的喷射目标高度H。可以有效吸收熔融物的喷射目标高度H的区间可以表示如下。式1中DH1、DH2可通过实验算出。
[数学式1]
DH1<H<DH2
参照所述数学式1，为了保持可以有效收集飞散的熔融物的喷射目标高度H，第一喷嘴310和第二喷嘴320应与钢板S的表面保持预定距离。总之，聚光头220、第一喷嘴310及第二喷嘴320应始终与钢板S的表面保持最佳距离。
冷轧钢板S通过热轧钢板S的酸洗及冷轧过程而生产。所述过程中，冷轧钢板S的侧边比其他部位被轧制得更多而比较弯曲，因此侧边可能会出现波浪形状(Wave)。尤其，高强度钢的情况下，温度和材质偏差而发生波浪形状的概率非常高。
当通过槽形成单元200，在具有波浪形状(Wave)的侧边形成槽时，钢板S的表面与聚光头220、第一喷嘴310及第二喷嘴320之间的距离将改变，生成的槽的深度可能不均匀，飞散的熔融物的收集效率可能不稳定。
根据本发明的一个实施例，可根据具有波浪形状的侧边的高度而改变支撑聚光头220、第一喷嘴310及第二喷嘴320的第二架520的高度，使得钢板S的表面与聚光头220、第一喷嘴310及第二喷嘴320之间保持预定距离。
为了使钢板S的表面与聚光头220、第一喷嘴310及第二喷嘴320之间保持预定距离，可以控制为利用距离传感器等来测量钢板S表面的距离变化，并且利用反映测量的距离变化的线性移动装置改变第二架520的高度。但是，这种控制方式的问题在于，因控制运算需要时间且将控制输出转换为机械力时存在时间延迟，线性移动装置中突然产生负荷，无法适用于高速输送的钢板S。
本发明的一个实施例的侧边修剪装置采用距离保持单元400，因高速输送的钢板S的形状变化而发生振动的情况下，也可将钢板S的表面与聚光头220、第一喷嘴310及第二喷嘴320之间保持预定距离。
距离保持单元400可以包括滚轮部410和向下力提供部420。滚轮部410和向下力提供部420被固定到第三架530，第三架530连接到第二架520。
滚轮部410根据钢板S的输送力，以与钢板S的表面接触的状态旋转。滚轮部410的旋转轴被固定到第三架530，滚轮部410可旋转地被第三架530支撑。
向下力提供部420可以向滚轮部410提供向下力。作为一例，向下力提供部420具有弹性元件而能够提供弹性向下力，弹性元件可以包括弹簧。滚轮部410根据向下力提供部420提供的弹性向下力而贴紧钢板S的表面，以贴紧的状态旋转。因此，滚轮部410的高度，具体来说滚轮部410的旋转轴的高度随着钢板S的高度变化而相应地改变。
滚轮部410的旋转轴被固定的第三架530的高度可以随滚轮部410的高度变化而被调整，与第三架530连接的第二架520的高度也可随滚轮部410的高度变化而被调整。
具有波浪形状(Wave)的钢板S被输送的情况下，被第二架520支撑的聚光头220、第一喷嘴310及第二喷嘴320和钢板S的高度能够保持预设的距离，能够确保稳定的槽形成效率和熔融物收集效率。
虽然以上参照具体的组件等特定事项和限定的实施例及附图描述了本发明，但这只是为了有助于整体地理解本发明，本发明并不受限于所述实施例，本领域技术人员可基于这种记载实施各种修改及变形。因此，本发明的技术思想不应局限于以上描述的实施例，并且除了所附权利要求书之外，该权利要求书的等同物或均等物也都落入本发明技术思想的范围内。

Claims (19)

1.一种侧边修剪装置，包括：
切割单元，切割被输送的钢板；
槽形成单元，以所述钢板的输送方向为基准，在所述切割单元的前方，在切割预定部位形成槽；以及
清洗单元，与所述槽形成单元邻接设置，吸入所述槽中积累的熔融物。
2.根据权利要求1所述的侧边修剪装置，其中，
所述清洗单元包括：
第一喷嘴，向所述切割预定部位喷射空气和气体中的至少一种，从而排出所述槽中积累的熔融物。
3.根据权利要求2所述的侧边修剪装置，其中，
所述清洗单元包括：
第二喷嘴，向所述切割预定部位喷射空气和气体中的至少一种，使排出的所述熔融物向所述钢板的侧边飞散。
4.根据权利要求3所述的侧边修剪装置，其中，
以所述钢板的表面的垂直方向为基准，所述第一喷嘴的喷射角度大于所述第二喷嘴的喷射角度。
5.根据权利要求2所述的侧边修剪装置，其中，
以所述钢板的表面的垂直方向为基准，所述第一喷嘴的喷射角度为0°～70°。
6.根据权利要求3所述的侧边修剪装置，其中，
以所述钢板的表面的垂直方向为基准，所述第二喷嘴的喷射角度为20°～90°。
7.根据权利要求3所述的侧边修剪装置，其中，
所述清洗单元还包括：
吸入单元，设置在所述钢板的侧边处，吸入向所述钢板的侧边飞散的熔融物。
8.一种侧边修剪装置，包括：
切割单元，切割被输送的钢板；
槽形成单元，以所述钢板的输送方向为基准，位于所述切割单元的前方，向所述钢板照射激光以在切割预定部位形成槽；以及
距离保持单元，对应于所述钢板表面的高度变化，弹性地改变所述激光的焦点位置，从而保持所述激光的焦点位置与所述钢板表面的距离。
9.根据权利要求8所述的侧边修剪装置，其中，
所述距离保持单元对应于所述钢板的表面的高度变化而弹性地调整所述槽形成单元的位置。
10.根据权利要求9所述的侧边修剪装置，其中，
所述距离保持单元包括：
滚轮部，通过所述钢板的输送力，以与所述钢板的表面接触的状态旋转；以及
向下力提供部，向所述滚轮部提供向下力。
11.根据权利要求10所述的侧边修剪装置，其中，
所述向下力提供部具有弹性元件，向所述滚轮部提供弹性向下力。
12.根据权利要求11所述的侧边修剪装置，其中，
通过所述弹性向下力，所述滚轮部的旋转轴根据所述钢板表面的高度变化而改变。
13.根据权利要求12所述的侧边修剪装置，其中，
所述旋转轴被固定的架与所述槽形成单元被固定的架相连。
14.根据权利要求8所述的侧边修剪装置，还包括：
清洗单元，与所述槽形成单元邻接设置，并且具有向所述槽中积累的熔融物喷射空气和气体中的至少一种的至少一个喷嘴而去除所述熔融物。
15.根据权利要求14所述的侧边修剪装置，其中，
所述距离保持单元对应于所述钢板表面的高度变化而弹性地改变所述至少一个喷嘴的位置，从而保持所述至少一个喷嘴与所述钢板表面的距离。
16.根据权利要求15所述的侧边修剪装置，其中，
所述距离保持单元包括：
滚轮部，通过所述钢板的输送力，以与所述钢板的表面接触的状态旋转；以及
向下力提供部，向所述滚轮部提供向下力。
17.根据权利要求16所述的侧边修剪装置，其中，
所述向下力提供部具有弹性元件，向所述滚轮部提供弹性向下力。
18.根据权利要求17所述的侧边修剪装置，其中，
通过所述弹性向下力，所述滚轮部的旋转轴根据所述钢板表面的高度变化而改变。
19.根据权利要求17所述的侧边修剪装置，其中，
所述旋转轴被固定的架与所述清洗单元被固定的架相连。
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