CN110402172B - 用于运行辊式矫直机的方法和辊式矫直机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行辊式矫直机(1)的方法，所述辊式矫直机具有多个上矫直辊(2、3、4、5)和多个下矫直辊(6、7、8、9)，其中在这些矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)之间沿输送方向(F)引导有待矫直的金属的扁平材料(10)并且在此对其进行矫直。为了改进矫直过程的结果、即获得更高的平整度，本发明规定，所述方法具有以下步骤：a)获得有待矫直的扁平材料(10)的各个参数并且将其预设在计算系统(11)中；b)借助于存储在所述计算系统(11)中的工艺调整模型基于各个参数实施仿真计算，并且根据算出的数据确定矫直策略；c)基于所确定的矫直策略在所述辊式矫直机(1)中实施矫直过程。此外，本发明还涉及一种辊式矫直机。

Description

用于运行辊式矫直机的方法和辊式矫直机

技术领域

本发明涉及一种用于运行辊式矫直机的方法，所述辊式矫直机具有多个上矫直辊和多个下矫直辊，其中在所述矫直辊之间沿输送方向引导有待矫直的金属扁平材料、尤其是钢带并且在那里对其进行矫直。此外，本发明涉及一种辊式矫直机。

背景技术

由文献EP0551658B1已知一种所提到类型的方法以及一种相应的辊式矫直机。在其技术方案中规定，有针对性地调整各个矫直辊，以便实现用于矫直过程的辊子的所需的位置。在这里所描述的技术方案中，在仅仅一个矫直辊上实现最大的过延伸。在此并非所有辊子参与矫直过程，而是保留了各种辊子然后从中进行选择。

文献US2013/0327109A1公开了类似的技术方案。在此各个矫直辊由共同的驱动装置驱动。

文献EP2988885A1描述了另一种技术方案，其中还规定，对于矫直辊的共同的驱动装置来说存在驱动群组。该技术方案力求提供针对不同的矫直任务的更换盒，该更换盒作为完整模块被完整地替换，从而可以存在带有较大的矫直辊直径的盒和带有较小的矫直辊直径的盒。

之前提到的通常的矫直策略使得必要的、导致增塑作用(Plastifizierung)的过延伸仅仅在最初的两个矫直辊处引入到有待矫直的工件处。接下来始终取消过延伸，以便获得扁平的工件。于是当仅仅最初的两个矫直辊被引入最大过延伸时，最大可能的增塑作用仅从一侧被引入到材料中。因此利用之前提到的技术方案仅可能有条件地引入限定的应力状态、尤其是应力分布(Spannungsprofils)。

尤其是在处理复杂的甚至叠加的平坦度缺陷时，之前提到的技术方案仅仅提供质量上不满意的矫直结果，或者说其需要相对较大数量的矫直道次才能实现足够的结果。

发明内容

本发明的任务在于，改进开头所提到的类型的方法，从而即使在复杂的平坦度缺陷的情况下也能够以较少的矫直道次来制造具有较高平坦度或者说平整度的扁平材料。

根据本发明该任务的解决方案的特征在于，所述方法具有以下步骤：

a)获得有待矫直的扁平材料的各个参数并且将其预设在计算系统中；

b)借助于存储在所述计算系统中的工艺调整模型基于各个参数实施仿真计算，并且根据计算出的数据确定矫直策略；

c)基于所确定的矫直策略在所述辊式矫直机中实施矫直过程。

根据以上步骤a)所述的获得各个参数在此能够包括：测量所述扁平材料的不平整度。(附加地或替代地)也能够包括：通过所述辊式矫直机的操作人员检查所述扁平材料。此外还能够包括：确定所述扁平材料的材料数据。此外还能够包括：在矫直过程之后确定所述扁平材料的特性，尤其在矫直过程之后确定所述扁平材料中的目标应力分布。

根据以上步骤c)所述的实施矫直过程能够包括：限定地调整矫直辊。

根据以上步骤b)所述的矫直策略能够包括：利用多个矫直道次矫直所述扁平材料。

也能够基于矫直过程获得所述矫直策略，其中在矫直时由于利用所述矫直辊加载而将最大的过延伸引入到所述扁平材料中，其中通过至少两个沿输送方向依次相继的、相邻的矫直辊引入所述最大的过延伸。

在此能够通过第一矫直辊和沿输送方向相继相邻的矫直辊引入所述最大的过延伸。

也能够通过所述第一矫直辊、沿输送方向相继相邻的矫直辊和沿输送方向进一步相继相邻的矫直辊引入所述最大的过延伸。

通过所述第一矫直辊、沿输送方向相继相邻的矫直辊、沿输送方向进一步相继相邻的矫直辊和沿输送方向进一步相继相邻的矫直辊引入所述最大的过延伸。

所有矫直辊优选借助于单独的调整元件被置入到预设的单独的进给位置中。

此外能够规定，所有矫直辊借助于各个旋转驱动装置被加载限定的转矩和/或以单独的转速被驱动。

所有矫直辊的调整元件和/或旋转驱动装置在此通过控制或调节装置操纵。

所提出的辊式矫直机具有多个上矫直辊和多个下矫直辊，其中能够在这些矫直辊之间沿输送方向引导有待矫直的金属的扁平材料并且在此对其进行矫直，根据本发明的特征在于，所有矫直辊具有单独的调整元件和单独的旋转驱动装置，所有矫直辊利用所述调整元件和旋转驱动装置能够彼此独立地进行调整并且旋转。

所提供的方法基于以下考虑，在实施矫直过程时首先获得涉及有待矫直的物料的相关数据，并且将其读入或者说输入到机器控制装置中。然后获得用于有待矫直的材料的矫直策略。最后通过调整机器功能进行矫直过程，以便根据所获得的矫直策略实施矫直过程。所述矫直策略在此通过工艺调整模型获得或者说计算。

有待矫直的物料的所获得的或者说所测得的材料数据尤其是涉及材料的合金的类型；在此也可以理解成材料的厚度和强度。优选所述材料是钢板或者钢带。也能够获取和输入通过经由人员进行测量或检测所获得的或者说所确定的缺陷类型或者说缺陷种类。能够基于理论计算或者如所提到的那样通过测量或者手动输入来进行数据项的读入。所述数据项在此可以包括在矫直后用于有待矫直的物料的状态的理论预设值。在此也能够考虑物料的目标应力分布以及在先的和/或接下来的步骤。

能够基于输入的缺陷种类获得矫直策略。在此可以分开地或者共同地计算针对仅唯一一个矫直过程的或针对多个矫直道次的矫直策略。各个有待矫直的物料的矫直策略在此可以在两个矫直道次之间变化；其可以考虑事先的和之后的加工步骤。在需要时也可以由操作人员改变矫直策略。

在矫直金属的扁平材料时被证明使用偶数个最大的过延伸。所述最大的过延伸优选能够在第二矫直辊和第三矫直辊处进行，此外也附加地在第四矫直辊处进行。所述过延伸的主题是已知的并且在以上已经提到的文献EP0551658B1中进行阐述，该文献通过引用明确地被参考。

在这方面规定，多个矫直辊依次地相应实现最大的过延伸。

在此调整矫直辊，从而使得在有待矫直的扁平材料的厚度上的应力峰值尽可能具有恒定的大小。

所提到的机器功能主要涉及辊子的主调整装置、其倾斜和枢转以及弯曲补偿、拉伸补偿和压缩补偿。

在此尤其设置单个矫直辊调整装置以及针对各个矫直辊的单独的驱动装置(关于其驱动力矩和转速)。矫直辊据此优选能单独调整并且能单独驱动。

关于所提到的调整模型需要指出，该调整模型首先由材料数据库以及由必要的输入值组成，以便由此出发在矫直辊的影响下实施金属的扁平材料的变形特性的数值仿真。对于这种仿真来说，仅需要少于1秒的短时间。

所提出的辊式矫直机的特征在于，设有用于分别触发存在的机器功能的触发装置，所述触发装置基于之前获得的矫直策略设定功能。

据此在矫直策略的范畴中尤其预设或者说获得允许过延伸数量和矫直辊顺序，尤其是基于超出材料数据的其他数据项，比如缺陷种类和产品特性。

所述矫直策略最终是指用于调整机器功能的预设值的组合，所述机器功能以工艺调整模型的计算为依据。对于多个所需的矫直道次和/或复杂的和/或叠加的缺陷来说，针对各个工件的相应所需的矫直道次的矫直策略彼此不同，并且仅造成在总体上最优的矫直结果。

关于机器功能应当注意的是，所述机器功能包括用于设定和/或调节变形参数的伺服器件，其中这些变形参数尤其是指各个矫直辊的转速和转矩、各个矫直辊的进入深度、各个矫直辊的调整力、各个矫直辊的位置规格(枢转/弯曲)以及所有矫直辊的主调整装置。

关于扁平材料的平坦度缺陷(平整度缺陷)可以区分如下：

初步的(单轴)平坦度缺陷是线圈组(CoilSet)(沿纵向方向在带上侧面或带下侧面上不同的纤维长度)、弩(Crossbow)(沿横向方向(上/下)不同的纤维长度)、扭转(Twist)(沿纵向方向(上/下)非均匀地在带宽度上不同的纤维长度)。

复杂的(多轴的)平坦度缺陷是边缘波(EdgeWaves)(从带边缘到带中心的不同的纤维长度)，中心带扣(CentreBuckles)(从带中心到带边缘的不同的纤维长度)，四分之一带扣(沿纵向方向(条)的不同的纤维长度)以及波的短波的或者长波的外观。

因此本发明核心基于工艺调整模型，所述工艺调整模型基本上由材料数据库组成并且其通过其他输入能进行矫直过程的复杂的计算。恰好考虑其他输入导致了显著地改善矫直方法。

在该意义上，其他输入主要是关于有待消除的缺陷的种类和位置的信息。首先在发现缺陷时，可以调整那次计算的工艺模型，这导致了有效的和专属的矫直策略。在此可行的是，为了消除缺陷，需要多个矫直道次、也就是贯穿矫直机的工序过程，其中整体上消除缺陷。在此可以发生的是，在矫直过程(矫直道次)中消除导致其他缺陷加强的缺陷，其于是在另一矫直道次中才得到补偿。不必强制地在一矫直道次中均匀地并且共同地消除所有缺陷。该矫直策略考虑有待实现的总体结果并且限定为此所需的步骤。

此外还能够通过考虑先前的制造步骤来扩展工艺调整模型的计算。如果已知先前加工步骤的残余应力分布，则这些也包含在工艺计算中。其尤其适用于冷却装置，在那里也考虑在工件表面(边缘到中心)中不同的分布。这由物理上必须的可变的温度分布引起并且因此在许多钢铁品牌中造成不同的金相结构(Gefügebestandteil)。该信息关于此能够通过任意的数据交换进行，比如像借助于与冷却模型耦联来实现。

这同样适用于提供来自先前轧制程序的数据，这些数据通常可提供金相结构(例如奥氏体成分)、晶粒尺寸分布和错位密度。这些信息这里也可以通过任意的数据传输进行，比如像与轧制模型的耦联。

从先前工艺步骤中已知的残余应力分布和拉伸分布在接下来的矫直道次中用于确定最小所需的增塑作用。

工艺调整模型此外可以包含考虑接下来的加工步骤的预设值。如果在矫直过程之后进行另一加工步骤，比如像焊接或弯曲，那么能够为了在该接下来的步骤中保持平坦度而通过在各个矫直道次中确定矫直策略有针对性地在工件中设定所需的应力分布。

因此针对每个工件进行单独的计算，该计算不仅基于纯材料规格(比如合金、厚度、宽度、整体强度)，而是此外还基于很多。

该矫直策略将由工艺调整模型生成的计算转换成用于实施相应的矫直道次的预设值，方法是该矫直策略产生由用于调整机器功能的预设值的组合。相关的机器功能是(比如已经提到的)针对所有矫直辊一起(包括倾斜和枢转)的主调整装置、单个矫直辊调整装置(为了弯曲补偿、拉伸补偿和压缩补偿)、确定每个矫直辊的驱动力矩和矫直辊曲度。

特别地，单个矫直辊调整装置可以设定单独的进入深度并且在矫直道次内部设置有针对性的矫直策略。每个矫直辊的单独驱动装置能够实现单独地提供用于矫直过程的转矩。

矫直策略的各个方面是：

在第一矫直辊处实现最大的过延伸(如现有技术中那样)。

在多于一个矫直辊处实现最大的过延伸并且优选设定偶数个最大的过延伸；于是用于工件的两个表面的塑性拉伸和压缩的次数是相同的。剩余的矫直三角形(Richtdreiecke)用于最小化残余应力水平。

如此调整矫直辊，从而使得在板厚上的应力峰值具有恒定的大小。

如此调整矫直辊，从而使得应力峰值从工件厚度中心开始朝向表面减小。

如此调整第一矫直辊，从而在第一矫直辊和第二矫直辊处实现最大的过延伸(或者说此外在接下来的矫直辊处)。

替代地，能够使用多个辊子来建立最大的过延伸。这在最大的过延伸(或者说增塑作用的最大值)的程度相同时减小了辊子的对此所需的调整装置(相互啮合)。利用以下方法显著减小了沿第一辊子的矫直道次的方向另外所需的极限的调整装置：

如此调整第一矫直辊，从而在第二矫直辊和第三矫直辊处实现最大的过延伸。

如此调整第一矫直辊，从而在第一矫直辊、第二矫直辊和第三矫直辊处实现最大的过延伸。

如此调整第一矫直辊，从而在第一矫直辊、第二矫直辊、第三矫直辊和第四矫直辊处实现最大的过延伸。

如此调整第一矫直辊，从而在第二矫直辊、第三矫直辊和第四矫直辊处实现最大的过延伸。

如此调整第一矫直辊，从而在第三矫直辊和第四矫直辊处实现最大的过延伸。

也可以进行平滑道次(用于矫直厚板的专门的调整装置)，其中在矫直之后切换到减少的轧辊数量或者切换到利用最大的矫直辊数量进行矫直。

利用合适的矫直策略能够减小所需的矫直道次的数量。

此外，利用合适的矫直策略也能够在针对每个工件专属的复杂的平坦度缺陷的情况下设定可实现的平坦度。

在此能够有针对性地在工件两侧或者有针对性地在工件上侧面上或工件下侧面上引入最大的过延伸。

附图说明

在附图中示出了本发明的实施例：

图1示意性地示出了辊式矫直机，在其中矫直金属带；

图2示意性地示出了辊式矫直机，其中通过方框图说明其控制方式；并且

图3示意性地示出了经过辊式矫直机的金属带的变形比例。

具体实施方式

在图1中能示意性地看出辊式矫直机1，所述辊式矫直机具有多个上矫直辊和多个下矫直辊。所述上矫直辊沿输送方向F依次相继排布，即按照矫直辊2、3、4和5的顺序排布。所述下矫直辊沿输送方向F相对于所述上矫直辊错开地并且同样沿输送方向依次相继排布，即按照矫直辊6、7、8和9的顺序排布。当扁平材料10被输送到矫直辊并且矫直辊发生转动时，通过辊式矫直机1输送有待矫直的扁平材料10。矫直辊的驱动在此示意性地以箭头(A)的形式示出。

因此不能看出的是，对于矫直辊2至9中的每个矫直辊来说存在单独的驱动装置，该驱动装置独立于其它矫直辊的驱动装置工作，并且对于每个矫直辊来说预先确定用于该辊的驱动装置的单独的转矩或者单独的转速。

同理，矫直辊2至9中的每个矫直辊具有调整元件，其中利用附图标记12表示的那些调整元件加载上矫直辊2、3、4和5，并且利用附图标记13表示的那些调整元件加载下矫直辊6、7、8和9。

对此在图3中可以看出，比如优选通过矫直辊加载扁平材料10，以便对扁平材料进行矫直。在该图中可以看出，为沿输送方向F排布的第一上矫直辊2如此供料，从而有待矫直的扁平材料10发生塑性变形。在该矫直辊2下方在扁平材料10的上侧面处标示出塑性压缩的区域P_s以及在扁平材料10的下侧面处标示出塑性拉伸的区域P_D。在扁平材料10的中性纤维的区域中存在弹性的区域E。

为沿输送方向F排布的下矫直辊7如此供料，使得相同大小的变形力也施加到扁平材料10上，从而再次产生塑性压缩的区域P_s或者塑性拉伸的区域P_D，但现在出现在扁平材料10的相应另一侧上。

在矫直扁平材料10时的具体处理方式由图2得出。

这里可以看出，通过合适的传感装置15在矫直过程之前获取扁平材料10的平坦度缺陷，并且使所测得的值作为经过读取或者经过分析的数据在区域16中供使用。所述区域16还通过数据项14获得补充的信息，该数据包含有待矫直的扁平材料10的材料和几何形状。因此在区域16包含的信息可提供关于扁平材料10的类型、几何形状以及平坦度的信息。

该数据可供计算系统11使用，在所述计算系统中储存有工艺调整模型17。该调整模型17是用于有待矫直的扁平材料10的机械替代模型，其中通过数值模拟计算几何形状，在实施矫直过程之后，在通过矫直辊进行加载是获得该几何形状。这种用于材料的成形的模拟系统在现有技术中是已知的并且因此不必在这里进行详细描述。所讨论的可能性之一是，在实施矫直工艺之后借助于有限元分析来计算扁平材料10中的几何形状和应力。

因此通过相应的计算能够获得矫直策略，该矫直策略在实施模拟计算之后在区域18中供使用。该矫直策略包括用于实施针对所有预设的矫直道次的矫直工艺的要求。在此也得出针对定位矫直辊以及操纵驱动装置所需的那些数据。

由此在区域19中产生用于调整矫直辊的数据，这些数据也包括用于辊的旋转驱动装置(A)的相应值。这些数据然后被转送给调整元件12、13，这在图2中示意性地示出。

因此可以概括出，所述辊式矫直机1包括用于矫直工件10的多个(1至n个)矫直辊2至9。在矫直过程之前获取工件的缺陷(平坦度缺陷)。这种获取可以在矫直过程之前通过测量直接进行，但缺陷检测也可以事先在其它部位进行。

附加地提供属于扁平材料(工件)10的数据项(必要时通过手动输入并且必要时也包括设备状态的数据)，所述数据项包括工件的几何尺寸、工件的材料数据、还有在考虑整个矫直过程、包括全部预设的矫直道次的情况下关于工件的额定状态的参数。

(通过传感装置15测得的)平坦度缺陷的数据以及普遍的数据项14被读取和分析并且在需要时被格式化，从而使得工艺调整模型17能够制定用于矫直策略的计算。计算的结果就是矫直策略18，其可以被分配给不同的矫直道次，但不是必须的。确定所需的矫直道次数量同样属于矫直策略。

为了实施矫直策略，对于每个所属的矫直道次来说设置机器功能是必要的。特别是针对矫直辊2至9的单独调整装置和相应的单独驱动装置(为了设定单独的转矩)实现了一种灵活性，这种灵活性能够实现不同的矫直策略的调节进而实现对扁平材料10的最优的处理。尤其是能够进行偶数次过延伸(为此参见图3)的设定以及对产生过延伸的矫直辊的选择。

该机器功能是非常多样化的，其在图2中仅仅被示意性地示出(作为对调整元件12、13的影响)。其中被普遍理解的是，考虑调整装置的全部功能。

附图标记列表：

1 辊式矫直机

2 上矫直辊

3 上矫直辊

4 上矫直辊

5 上矫直辊

6 下矫直辊

7 下矫直辊

8 下矫直辊

9 下矫直辊

10 有待矫直的扁平材料

11 计算系统

12 调整元件

13 调整元件

14 数据项

15 用于检测平坦度缺陷的传感装置

16 经过读取的数据/经过分析的数据

17 工艺调整模型

18 针对所有矫直道次所获取的矫直策略

19 用于调整矫直辊的数据

F 输送方向

P_s 塑性压缩区域

P_D 塑性拉伸区域

E 弹性的区域

A 驱动装置

Claims (14)

1.一种用于运行辊式矫直机(1)的方法，所述辊式矫直机具有多个上矫直辊(2、3、4、5)和多个下矫直辊(6、7、8、9)，其中在这些矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)之间沿输送方向(F)引导有待矫直的金属的扁平材料(10)并且在此对其进行矫直，

其特征在于，所述方法具有以下步骤：

a)获得有待矫直的扁平材料(10)的各个参数并且将其预设在计算系统(11)中，其中所述各个参数包括：测量所述扁平材料(10)的不平整度；

b)借助于存储在所述计算系统(11)中的工艺调整模型基于各个参数实施仿真计算，并且根据算出的数据确定矫直策略，其中基于矫直过程获得所述矫直策略，其中在矫直时由于利用所述矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)加载而将最大的过延伸引入到所述扁平材料(10)中，其中通过至少两个沿输送方向(F)依次布置的、相邻的矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)引入所述最大的过延伸；

c)基于所确定的矫直策略在所述辊式矫直机(1)中实施矫直过程，

其中，所有矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)借助于单独的调整元件(12、13)被置入到预设的单独的进给位置中；和/或所有矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)借助于单独的旋转驱动装置被加载限定的转矩和/或以单独的转速被驱动。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据步骤a)所述的获得各个参数包括：通过所述辊式矫直机(1)的操作人员检查所述扁平材料(10)。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据步骤a)所述的获得各个参数包括：确定所述扁平材料(10)的材料数据。

4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，根据步骤a)所述的获得各个参数包括：确定所述扁平材料(10)的材料数据。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，根据步骤a)所述的获得各个参数包括：在矫直过程之后确定所述扁平材料(10)的特性。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，根据步骤a)所述的获得各个参数包括：在矫直过程之后确定所述扁平材料(10)中的目标应力分布。

7.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，根据步骤c)所述的实施矫直过程包括：限定地调整所述矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)。

8.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，根据步骤b)所述的矫直策略包括：利用多个矫直道次矫直所述扁平材料(10)。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，通过第一矫直辊(6)和沿输送方向(F)相继相邻的矫直辊(2)引入所述最大的过延伸。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，通过所述第一矫直辊(6)、沿输送方向(F)相继相邻的矫直辊(2)和沿输送方向进一步相继相邻的矫直辊(7)引入所述最大的过延伸。

11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，通过所述第一矫直辊(6)、沿输送方向(F)相继相邻的矫直辊(2)、沿输送方向进一步相继相邻的矫直辊(7)和沿输送方向进一步相继相邻的矫直辊(3)引入所述最大的过延伸。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所有矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)的调整元件(12、13)和/或旋转驱动装置通过控制或调节装置操纵。

13.一种辊式矫直机(1)，其具有多个上矫直辊(2、3、4、5)和多个下矫直辊(6、7、8、9)，其中在这些矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)之间沿输送方向(F)引导有待矫直的金属的扁平材料(10)，并且在此能够按照权利要求1至12中任一项所述的方法对其进行矫直，

其特征在于，

所有矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)具有单独的调整元件(12、13)和单独的旋转驱动装置，所有矫直辊(2、3、4、5、6、7、8、9)利用所述调整元件和旋转驱动装置能够彼此独立地进行调整并且旋转。

14.按照权利要求13所述的辊式矫直机(1)，其特征在于，所述扁平材料(10)是钢带。

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