CN111167884B - 一种用于中厚板矫直的装置及矫直方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于中厚板矫直的装置及矫直方法，其装置主要包括测距模块、加热模块以及冷却模块，其中加热模块包括机架以及在机架本体上下对称设置的多个加热单元。本发明主要利用热应力成型技术代替传统的矫直辊挤压产生弹塑性变形的矫直方法，设计一种点阵式加热装置，利用高精度测距仪测距并通过反馈系统实时调整加热器高度，能根据板材不同位置处变形精确控制加热距离，进而控制板材的加热温度，通过板材本身的热变形完成矫直过程。

Description

一种用于中厚板矫直的装置及矫直方法

技术领域

本发明属于板材轧制领域，涉及一种用于中厚板矫直的装置及矫直方法。

背景技术

随着科技发展及材料加工自动化程度的提高，对板材不平度精度的要求也越来越高，矫直工艺决定了板材平直度精度、应力消除程度等影响板材质量的重要因素。目前对板材的矫直一般采用物理矫直方法，即板材通过多道次矫直辊逐渐使残余曲率趋近于零，但生产过程中冷矫直和热矫直工艺都存在许多问题，如通过前几个矫直辊时板材大变形使其材料硬化，板材任意变形使得不能精确控制矫直辊压下量，热矫直中出现压痕甚至凹坑对板材表面质量造成影响等。

公开号为CN202316661U的中国专利在矫直工艺中增添了感应加热装置，有效提升了板材加工后性能，但感应加热装置只作为矫直前的辅助工序，板材最终变形依旧靠矫直辊的挤压实现，且其感应器覆盖整个板宽，由于板材变形会导致加热温度不理想，出现局部过热或加热温度不足现象。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于中厚板矫直的装置及矫直方法。本发明主要利用热应力成型技术代替传统的矫直辊挤压产生弹塑性变形的矫直方法，设计一种点阵式加热装置，利用高精度测距仪测距并通过控制模块实时调整加热器高度，精确控制板材加热温度，通过板材本身的热变形完成矫直过程。

本发明技术方案如下：

具体地，本发明提供一种用于中厚板矫直的装置，其包括测距模块、加热模块以及冷却模块；

所述测距模块包括测距仪支架以及多个高精度的测距仪，所述测距仪连接控制模块，

所述加热模块包括机架以及在设置在所述机架上部的第一加热模块和位于机架下部的第二加热模块，第一加热模块和第二加热模块均设置有多个加热单元，第一加热模块和第二加热模块相对于板材对称设置，其对称面为面P，

每一个加热单元均包括感应线圈、正极接线板、负极接线板、绝缘隔板、导轨、支架、滑板、丝杠、电机座和电机，所述电机借助于电机座固定在机架上，所述电机座的一端与所述机架固定连接，所述电机座的另一端与所述支架固定连接，所述丝杠的第一端连接所述电机，所述丝杠的第二端固定在所述支架上，所述感应线圈分别与正、负极接线板固定连接后与导轨的第一端固定连接，所述正、负极接线板与所述导轨之间设置所述绝缘隔板，所述导轨的第二端和滑板固定连接为一整体结构，所述滑板与所述丝杠能移动连接，所述电机通过丝杠传递动力使感应线圈能够上下移动；

所述感应线圈为空心结构，所述感应线圈的两端分别设置有用于通入冷却水的进水口和出水口；

所述冷却模块包括冷却支架、上喷淋管和下喷淋管，喷淋管有效喷淋长度应能覆盖整个板材宽度，上喷淋管和下喷淋管相对于面P对称设置；

所述测距模块的每一个测距仪与第一加热模块和第二加热模块上相对应位置的加热单元之间的水平距离相等，

多个测距仪的布置方式与多个加热单元的布置方式相对应，所述测距仪的测量基准面为面P，测距模块利用高精度的测距仪测距并通过控制模块实时调整加热器高度，精确控制板材的加热温度，并通过板材本身的热变形完成矫直过程。

优选地，所述滑板上固定丝杠螺母使得滑板与所述丝杠能移动连接。

优选地，第一加热模块和第二加热模块中多个加热单元的布置方式如下：位于加热模块两端边缘位置的加热单元与板材移动方向垂直，位于加热模块中间位置的加热单元与板材移动方向平行。

优选地，所述喷淋管有效喷淋长度应能覆盖整个被加工板材宽度。

优选地，本发明还提供一种利用所述装置对板材矫直的方法，其包括以下步骤：

S1、将每一个加热单元的正、负极接线板分别与外部电源连接，感应线圈进水口通入冷却水，高精度测距仪通电并与控制模块连接，冷却模块中通入冷却液；

S2、被加工板材通入测距模块，板材移动速度为v，板厚D，板材厚度方向中间位置理想平面为面P，实际中间位置平面记作面P₁测距仪与面P的距离H，测距仪以频率f测量竖直方向板材投影位置的距离H₁，则与面P1距离为(H₁+D/2)，板材被测点位置相对于基准面P的浪高为H-(H₁+D/2)；

S3、设定板材允许最大浪高为H_f，判断与被测位置相对应的加热单元是否需要移动，若|H-(H₁+D/2)|≤H_f，该加热单元的感应线圈不需要移动，等待下一次判断结果，若|H-(H₁+D/2)|＞H_f，该加热单元的感应线圈需要移动，执行子步S4；

S4、根据板材被测位置不平整度百分比值μ选取合适的加热距离d，其中，

μ越大，表示板材变形量越大，则在合理的加热温度范围内选取较大的加热温度，具体选取方法如下：

若μ≤μ₁，选取加热距离d＝d₁，

若μ₁＜μ≤μ₂，选取加热距离d＝d₂，

若μ₂<μ，选取加热距离d＝d₃，

以上μ₁、μ₂均为μ的一系列优选值，其中μ₁<μ₂；d₁、d₂、d₃均为感应线圈与被加工板材间距d的一系列优选值，且有d₃<d₂<d₁；

S5、测距仪和与之匹配的加热单元的水平距离L，机架上部和下部加热单元的感应线圈初始时刻与面P距离均为H₀，

若H<H₁+D/2，则板带在该位置处下凹，在延时L/v后，与测距仪对应的位于下端的第二加热模块的加热单元所在的感应线圈向板材方向移动，移动距离S为(H+H₀-H₁-D-d)，工作过程中，以感应线圈底面中心位置为原点，竖直向下为y轴正方向建立直角坐标系，加热单元以频率f上下移动，故其实际运动为以前一次位置起始，运动至(0，-H-H₀+H₁+D+d)位置结束，

若H>H₁+D/2，则板带在该位置处上凸，在延时L/v后，与测距仪对应的位于上端的第一加热模块的加热单元所在的感应线圈向板材方向移动，移动距离S为(H₁-H+H₀-d)，工作过程中，以感应线圈底面中心位置为原点，竖直向上为y轴正方向建立直角坐标系，加热单元移动的终点位置坐标为(0，-H₁+H-H₀+d)；

S6、被加工板材在加热模块加热完成后进入冷却模块，上喷淋管和下喷淋管同时对板材进行喷淋冷却；

S7、加工完成后，被加工板材离开加工区域入库，关闭系统完成整个加工过程。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

①本发明由热应力成型技术取代传统的物理矫直方法，通过板材自身热应力变形达到矫直目的，消除了物理矫直对板材质量的影响。

②本发明针对板材矫直设计提出一种点阵式加热装置及方法，由高精度测距仪测距并通过控制模块实时调整感应线圈位置，能根据板材不同位置处变形精确控制加热距离，可有效优化板材处理后应力分布。

③本发明可根据板材变形缺陷特征，调整加热模块布置方式，可实现对多种规格板材的矫直处理。

附图说明

图1为本发明装置总体结构示意图；

图2为本发明装置加热模块轴测示意图；

图3为本发明装置加热单元结构示意图；

图4为本发明装置测距模块与加热模块布置示意图；

图5为本发明装置测距模块工作示意图；

图6为本发明装置加热单元移动原理示意图；

图7a为本发明装置板材中间截面线圈分布示意图；以及

图7b为本发明装置板材边缘线圈分布示意图。

图中部分附图标记如下：

10-测距模块，20-加热模块，30-冷却模块，1-被加工板材，2-测距仪支架，3-测距仪，4-机架，5-加热单元，51-电机座，52-电机，53-丝杠，54-支架，55-滑板，56-导轨，57-正、负极接板，58-绝缘隔板，59-感应线圈，6-冷却支架，7-喷淋管。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供一种用于中厚板矫直的装置，如图1至图7b所示，其包括测距模块10，加热模块20以及冷却模块30。

图1以及图2所示加热模块包括机架4以及在机架本体上下对称设置的多个加热单元5。加热模块20包括设置在机架上部的第一加热模块和位于机架下部的第二加热模块，第一加热模块和第二加热模块均设置有多个加热单元，第一加热模块和第二加热模块相对于板材对称设置，其对称面为面P。

图3所示每一加热单元均包括电机座51、电机52、丝杠53、支架54、滑板55、导轨56、正、负极接板57、绝缘隔板58和感应线圈59，感应线圈59为空心结构，在其两端焊接有冷却水进、出水口，用于加热过程中线圈降温。

感应线圈59、正、负极接板57、绝缘隔板58、导轨56和滑板55固定连接为一整体结构，并与电机52和丝杠53组成可动连接，使得电机52能够带动感应线圈59上下移动。电机52借助于电机座51固定在机架4上，电机座51的一端与机架4固定连接，电机座51的另一端与支架54固定连接，丝杠53的第一端连接电机，丝杠53的第二端固定在支架上，感应线圈59分别与正、负极接线板固定连接后与导轨56的第一端固定连接，正、负极接线板与导轨56之间设置绝缘隔板58，导轨56的第二端和滑板55固定连接为一整体结构，滑板与丝杠能移动连接，电机通过丝杠传递动力使感应线圈能够上下移动。感应线圈59靠近板材设置。

图4所示位于测距模块的测距仪3与加热模块的上、下两对称加热单元5在俯视面布置一致，每一组加热单元感应线圈中心位置和测距仪的水平距离L均相等。测距仪3借助于测距仪支架2进行固定。

图2以及图4所示针对板材边缘部位为浪弯，中间则为瓢曲缺陷的特点，加热模块中加热单元布置方式为：在两边缘位置加热单元与板材移动方向垂直，在中间位置加热单元与板材移动方向平行。

图7a与7b所示加工过程中，板材中间位置和边缘位置线圈沿板材变形轮廓分布示意。

本发明还提供一种用于中厚板矫直的装置对板材矫直的方法，其包括以下步骤：

S1、将每一加热单元5正、负极接线板与外部电源连接，感应线圈59进水口通入冷却水，测距仪3通电并与控制模块连接，冷却模块通入冷却液；

S2、被加工板材1通入测距模块，板材移动速度为v，板厚D，板材厚度方向中间位置理想平面为面P，实际中间位置平面记作面P1，测距仪与面P的距离H，测距仪以频率f测量竖直方向板材投影位置的距离H1，则与面P1距离为(H1+D/2)；

S3、板材允许最大浪高为Hf，判断与被测位置相对应的加热单元所在线圈59是否需要移动，若|H-(H₁+D/2)|≤H_f，线圈不需要移动，等待下一次判断结果，若|H-(H₁+D/2)|＞H_f，线圈需要移动，执行子步S4；

S4、根据板材被测位置不平整度百分比值μ选取合适的加热距离d，其中，

μ越大，表示板材变形量越大，则在合理的加热温度范围内应选取较大的加热温度，优选地，

若μ≤5％，选取加热距离d＝5mm，

若5％＜μ≤10％，选取加热距离d＝4mm，

若10％＜μ，选取加热距离d＝2mm；

S5、测距仪3和与之匹配的加热单元5水平距离L，上、下加热单元连接的感应线圈59初始时刻与面P距离均为H0，

若H<H1+D/2，则板带在该位置处下凹，在延时L/v后，与测距仪对应的位于下端加热单元所在线圈向板材方向移动，移动距离S为(H+H0-H1-D-d)，工作过程中，如图5所示建立直角坐标系，加热单元以频率f上下移动，故其实际运动为以前一次位置起始，运动至(0，-H-H0+H1+D+d)位置结束，

若H>H1+D/2，则板带在该位置处上凸，在延时L/v后，与测距仪对应的位于上端加热单元所在线圈向板材方向移动，移动距离S为(H1-H+H0-d)，实际工作过程中原理同上，加热单元移动的终点位置坐标为(0，-H1+H-H0+d)，

S6、被加工板材在加热模块加热完成后进入冷却模块，上、下两喷淋管同时对板材进行喷淋冷却；

S7、加工完成后，被加工板材离开加工区域入库，关闭系统完成整个加工过程。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种用于中厚板矫直的装置，其特征在于：其包括测距模块、加热模块以及冷却模块；

所述测距模块包括测距仪支架以及多个高精度的测距仪，所述测距仪连接控制模块，

所述加热模块包括机架以及在设置在所述机架上部的第一加热模块和位于机架下部的第二加热模块，第一加热模块和第二加热模块均设置有多个加热单元，第一加热模块和第二加热模块相对于板材厚度方向中间位置理想平面对称设置，板材厚度方向中间位置理想平面为面P，

每一个加热单元均包括感应线圈、正极接线板、负极接线板、绝缘隔板、导轨、支架、滑板、丝杠、电机座和电机，所述电机借助于电机座固定在机架上，所述电机座的一端与所述机架固定连接，所述电机座的另一端与所述支架固定连接，所述丝杠的第一端连接所述电机，所述丝杠的第二端固定在所述支架上，所述感应线圈分别与正、负极接线板固定连接后与导轨的第一端固定连接，所述正、负极接线板与所述导轨之间设置所述绝缘隔板，所述导轨的第二端和滑板固定连接为一整体结构，所述滑板与所述丝杠能移动连接，所述电机通过丝杠传递动力使感应线圈能够上下移动；

所述感应线圈为空心结构，所述感应线圈的两端分别设置有用于通入冷却水的进水口和出水口；

所述冷却模块包括冷却支架、上喷淋管和下喷淋管，喷淋管有效喷淋长度应能覆盖整个板材宽度，上喷淋管和下喷淋管相对于面P对称设置；

所述测距模块的每一个测距仪与第一加热模块和第二加热模块上相对应位置的加热单元之间的水平距离相等，

多个测距仪的布置方式与多个加热单元的布置方式相对应，所述测距仪的测量基准面为面P，测距模块利用高精度的测距仪测距并通过控制模块实时调整加热器高度，精确控制板材的加热温度，并通过板材本身的热变形完成矫直过程。

2.根据权利要求1所述的用于中厚板矫直的装置，其特征在于：所述滑板上固定丝杠螺母使得滑板与所述丝杠能移动连接。

3.根据权利要求1所述的用于中厚板矫直的装置，其特征在于：第一加热模块和第二加热模块中多个加热单元的布置方式如下：位于加热模块两端边缘位置的加热单元与板材移动方向垂直，位于加热模块中间位置的加热单元与板材移动方向平行。

4.根据权利要求1所述的用于中厚板矫直的装置，其特征在于：所述喷淋管有效喷淋长度应能覆盖整个被加工板材宽度。

5.根据权利要求1所述的用于中厚板矫直的装置对板材矫直的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、将每一个加热单元的正、负极接线板分别与外部电源连接，感应线圈进水口通入冷却水，高精度测距仪通电并与控制模块连接，冷却模块中通入冷却液；

S2、被加工板材通入测距模块，板材移动速度为v，板厚D，板材厚度方向中间位置理想平面为面P，实际中间位置平面记作面P₁，测距仪与面P的距离H，测距仪以频率f测量竖直方向板材投影位置的距离H₁，则与面P₁距离为(H₁+D/2)，板材被测点位置相对于基准面P的浪高为H-(H₁+D/2)；

S3、设定板材允许最大浪高为H_f，判断与被测位置相对应的加热单元是否需要移动，若|H-(H₁+D/2)|≤H_f，该加热单元的感应线圈不需要移动，等待下一次判断结果，若|H-(H₁+D/2)|＞H_f，该加热单元的感应线圈需要移动，执行步骤S4；

S4、根据板材被测位置不平整度百分比值μ选取合适的加热距离d，其中，

μ越大，表示板材变形量越大，则在合理的加热温度范围内选取较大的加热温度，具体选取方法如下：

若μ≤μ₁，选取加热距离d＝d₁，

若μ₁＜μ≤μ₂，选取加热距离d＝d₂，

若μ₂<μ，选取加热距离d＝d₃，

以上μ₁、μ₂均为μ的一系列优选值，其中μ₁<μ₂；d₁、d₂、d₃均为感应线圈与被加工板材间距d的一系列优选值，且有d₃<d₂<d₁；

S5、测距仪和与之匹配的加热单元的水平距离L，机架上部和下部加热单元的感应线圈初始时刻与面P距离均为H₀，

若H<H₁+D/2，则板带在该位置处下凹，在延时L/v后，与测距仪对应的位于下端的第二加热模块的加热单元所在的感应线圈向板材方向移动，移动距离S为(H+H₀-H₁-D-d)，工作过程中，以感应线圈底面中心位置为原点，竖直向下为y轴正方向建立直角坐标系，加热单元以频率f上下移动，故其实际运动为以前一次位置起始，运动至(0，-H-H₀+H₁+D+d)位置结束，

若H>H₁+D/2，则板带在该位置处上凸，在延时L/v后，与测距仪对应的位于上端的第一加热模块的加热单元所在的感应线圈向板材方向移动，移动距离S为(H₁-H+H₀-d)，工作过程中，以感应线圈底面中心位置为原点，竖直向上为y轴正方向建立直角坐标系，加热单元移动的终点位置坐标为(0，-H₁+H-H₀+d)；

S6、被加工板材在加热模块加热完成后进入冷却模块，上喷淋管和下喷淋管同时对板材进行喷淋冷却；

S7、加工完成后，被加工板材离开加工区域入库，关闭系统完成整个加工过程。

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