TWI485260B - Method and apparatus for improving the mechanical properties of magnetic materials - Google Patents

Description

用於改善磁激材料機械性質之方法與裝置

本發明係關於一種用於改善磁激材料機械性質之方法與裝置，特別是用於減少金屬材料之波紋，如申請專利範圍第1項及第9項引文部分所述之金屬片或金屬板之波紋。

金屬片或金屬板，此後稱為材料，係由習知之片料或板料處理機精製，以獲得材料中必要之材料特性。所謂精製，一般係指一種在材料中產生特性改變之工序。該類片料或板料處理機有不同實施形式已習知，其作用在於產生所要求之材料特性。這些機種被安置在處理線上或後續加工線上，如酸洗線、退火線、鍍層線、輥軋線及精整線、橫切線、拉伸-撓曲-整平機組或類似加工線上，以及安置在不同片料處理線及後加工線之組合上。

金屬片或金屬板出產後基本上皆有材料瑕疵，通常係邊緣波紋、中間波紋及/或縱向波紋。邊緣波紋、中間波紋及/或縱向波紋同樣可能結合或重疊，導致各種可能之材料瑕疵。該材料瑕疵一般屬習知，且在材料中或多或少皆以波紋形式強勢存在。

對該等具瑕疵之材料做後加工則須將該瑕疵整平。整平係一使材料中之波紋最小化之技術程序，且一般係藉習知之整平機或習知之張力整平設備實施。

整平基本係使用整平機。各整平機基本由一穩定骨架構成，在骨架中設整平輥子。整平輥子設於一適當裝置中，分別設於整平機內之上方及下方。在整平機進口與出口處之一適當之材料導引口，使材料得以傳輸通過整平機，並藉整平輥子通過。上方及下方之整平輥子，亦稱為整平輥子組，係上下保持固定距離及前後排列設置。進口側上下整平輥子組間之距離，亦稱為開口比例， 為可調整，以使不同厚度之材料可傳送通過整平機，及可在整平機上加工。所謂開口比例，即進口側上方與下方整平輥子間之距離相對於材料厚度之關係。

待加工之材料通過材料導引口連續送入整平機。經由材料送入整平機及調整開口比例，在材料與上下整平輥子組間產生一力量嵌合式接觸。在材料輸送通過整平機之過程中，材料受到一具時間限制之交互撓曲應力。輸送距離取決於既定之整平輥子數目，其中，材料被強迫通過各自位於上方及下方之整平輥子，並承受機械撓力。

藉交互換邊施加拉負荷及壓負荷，該交互撓曲應力使材料表面之邊緣區域變形，其變形情形依上方及下方整平輥子組之開口比例而定。根據不同開口比例，此拉負荷及壓負荷在材料深處以不同程度強勢降低。開口比例大，則材料之交互撓曲應力降低，開口比例小，則材料之交互撓曲應力提高。當材料表面邊緣區域之拉應力達到其位置上之材料特徵極限值，該極限值稱為材料之張力界限，則材料在該位置上伸長，並在材料中留下一變成長度改變之伸長量。

藉具時間限制之交互撓曲應力或多或少改善在材料中原先基本存在之波紋。該程序一般稱為整平程序。

技術上，使用整平機完全消除材料中波紋所需之極限值係給定。基於今日常見材料及材料尺寸，如材料寬度及材料厚度，以及未來可期之新型高硬度材料，在達到預期之材料品質改善上，特別是在消除材料中之波紋上，在現今習知之整平機上，整平機之機械穩定性已顯不足。此外，受到整平輥子有限之開口比例，及針對高硬度與超薄材料類，上方與下方整平輥子組之距離之限制，在整平機上已產生機械限制。此時已無法進行材料之整平。

整平機一般區分為驅動之整平機與無驅動之整平機。在驅動之整平機上，整平輥子軸向經由一適當之機械聯結，被一整平輥子驅動單元驅動，且材料通過驅動之整平輥子，被整平輥子以力量嵌合方式夾緊，在整平機內輸送。

在無驅動之整平機上，材料在一適當之機械式材料導入裝置或材料抽出裝置之幫助下，強迫通過整平機，材料導入裝置或抽出裝置係直接設在一整平機之前方或後方。

在驅動之整平機與無驅動之整平機上，材料在進口側基於上方與下方之整平輥子間距離及空間設置，連續承受推力及接觸力。在整平機之導入區，上方與下方整平輥子間之距離顯著小於其在整平機導出區之距離。在整平機之導入區憑藉之強大推力及接觸力在整平機之導出區不復存在。由於推力及接觸力遞減，整平輥子與材料間之摩擦夾鉗無法在全部整平過程中維持一定。然而整平輥子與材料間卻必須維持足夠之摩擦夾鉗。

基於材料與整平輥子間之摩擦夾鉗在整平機導出區連續下降，導致材料表面產生可觀之表面瑕疵及材料瑕疵，形式可能係刮傷、條痕或離析(Schlieren)，該等瑕疵係因摩擦夾鉗下降甚至消失而形成。該等表面瑕疵及材料瑕疵係嚴重品質缺陷。

特別係厚度極薄之小於200微米之軟材料，已相當難避免該類表面瑕疵及材料瑕疵。整平過程中，當材料在一整平輥子裝置上由於摩擦夾鉗不足而掃過時，材料間之交互撓曲幾近消失，由於摩擦夾鉗不足，材料在整平輥子上之滑動大幅增加，特別容易產生表面瑕疵及材料瑕疵。此外，摩擦夾鉗不足，大為破壞後續需求之用以改善材料波紋之修整。由於整平輥子組無法針對不同材料厚度改變機械組合，且上方與下方整平輥子組對間之距離僅可在限制範圍內改變，尤其使得此問題更加嚴重。

由日本專利案JP 2001 205325 A可知一種，用於帶料或板料處理之裝置，具有多個在材料運行方向先後設置之電磁鐵。材料中之波紋經由感測器偵測，且電磁鐵被激勵，對波紋加工。其中並未產生移動電磁場。

由德國專利案DE 22 36 247 A1可知一種處理金屬材料之裝置，其中使用一超音波設備加工。

在德國專利案DE 6990 03 834 T2公開此種帶料或板料處理機。該材料被導引通過整平輥子間，並在該處壓合。該力量係以磁性方法產生，其中，一主輥子由非磁性材料製成，且為空心，使主輥子內部可設置一磁鐵。與主輥子互相作用之壓力輥子由磁性材料製成，使壓力輥子藉磁鐵驅向主輥子，以產生輥軋所需之力。在輥軋裝置中使用磁鐵係屬習知，然而非接觸式材料精整卻非習知。該公開文獻中並無超音波裝置。

依照目前習知技藝，材料與整平輥子間之摩擦接觸不足時，僅能相應之下，以讓材料在整平過程中與整平輥子不接觸，作為對策。

面對上述技術問題，使用整平機消除在材料上之表面瑕疵與材料瑕疵，並改善金屬片及金屬板上之波紋，本發明之目的在於，提出一種金屬片及金屬板整平過程或材料精製過程，能夠滿足所有互相關連之前加工過程及後加工過程之要求。

本發明之此目的係藉由一種具有申請專利範圍第1項之特徵及申請專利範圍第9項之特徵之用於改善磁激材料機械特性之方法與裝置而達成。

為達該目的，根據本發明建議將用於加工站、後加工站或類似場所之整平機以一種方法及一種裝置取代，在該方法及該裝置 中，整平輥子無須與材料做機械接觸，即可在一整平機中進行整平過程。

藉由提供磁力，使材料受到部分長度伸長，直抵材料伸長界限之邊緣，以減少或消除材料之波紋，包括邊緣波紋、中間波紋及/或縱向波紋。為此，將材料置於至少一可控磁場之範圍內，或補充之作法是，將材料置於一超音波源之適當範圍內。至少一磁鐵群中或多個磁鐵群之個別磁鐵，可個別控制，超音波設備亦同。藉使用在空間中分散、可個別電力開啟及移動之磁場，完全排除與材料做直接機械接觸，而材料上之表面瑕疵與材料瑕疵不再出現。與超音波設備結合，該超音波設備最好與材料接觸，表面瑕疵與材料瑕疵不再出現，這是由於並不需要力量嵌合式連接。該力量嵌合式連接僅由輸送裝置妥善提供。

本發明之核心在於，金屬片或金屬板，基本仍繼續稱為材料，至少置於一分散於空間中且移動之磁場中，其導致材料部分長度伸長，直到抵達伸長界限之邊緣，以減少或消除材料之波紋，包括邊緣波紋、中間波紋及/或縱向波紋。

磁場係藉由一適當之、功率強大之、電力可調之電源產生，該電源產生不同之磁場強度。在磁鐵之磁極上建立起空間磁場，磁力穿透存在於磁場中之材料。

若干並排及/或前後縱排，且可個別控制之磁鐵稱為磁鐵群。該磁鐵群產生地毯式展開之空間磁場，並穿透一與磁鐵群面積相當之材料部分，只要該部分位於該地毯式展開之空間磁場內。

由於並排及/或前後縱排之磁鐵之距離，且由於設在磁場前及磁場後之強迫導引，在磁場內輸送材料，材料與磁極間完全無接觸。

經由電力激勵磁鐵群內之個別磁鐵，可在磁鐵群內得到一可 時變且移動之磁場，該磁場相對於材料移動，在材料中產生一相當大之力分量，導致地區性之材料變形，連帶在材料中產生組織改變。藉提高磁場能量，可加大組織改變，大到材料之伸長界限，並產生所要之延展及伴隨而來之材料波紋改善。

在材料中局部波紋充斥處，電力啟動對應之磁鐵群，即刻使局部伸長調至材料伸長界限，消除材料局部中存在之波紋。此處產生材料伸長所需之力分量取決於材料尺寸、波紋程度及局部位置，以及特別如材料特性。磁鐵群之空間設置由材料尺寸與材料特性決定。

在本發明另一實施例中，在材料流動方向至少一磁鐵群之前或之後直接設置一超音波設備。

超音波裝置最好由二獨立可自由轉動且可調整高度之滾柱構成，超音波源安裝於其中。

滾柱表面鍍一層透音層，超音波能量穿過時無能量損失，由超音波源經透音層侵入材料。透過可調整高度之滾柱，材料被導向一適當設置之盤繞滾柱，總之盤繞滾柱係設在超音波滾柱之前與之後。盤繞滾柱結合可調整高度之滾柱位置，強制產生材料與滾柱透音層間之面接觸，確保一超音波能量透入材料。在滾柱內部，配合材料寬度裝設若干超音波源，可電力個別控制。

該個別可電力調整之超音波源產生特定激振頻率之超音波振幅。個別超音波源之超音波振幅及激振頻率均針對不同材料位置上主導之波紋及殘餘波紋及特殊材料性質。

針對不同位置調整之超音波能量密度消除存在之波紋及殘餘波紋，其方式為，強迫導引材料經過一換向滾柱，並全程確保與滾柱做面積接觸，其使得超音波能量有進入材料之介面。

透過滾柱特殊排列，使材料上表面與下表面交互接受超音波 能量，能格外改善材料波紋。因而可避免單邊界面接觸超音波能量所造成之能量損失。

另外可能性在於，在精製步驟前及可能在精製步驟後，能夠以偵測設備量測表面結構。偵測設備可透過對個別磁鐵或磁鐵群之控制，或對個別超音波設備之控制，發出控制信號，俾便使偵測到之波紋或表面結構之瑕疵受到磁鐵或超音波設備相應之力量作用。這使得控制或調節可依需要進行。

本發明其他特徵及優點可由申請專利範圍中得知，及在以下根據所附圖式對較佳實施例所做之說明中得知。在圖式中顯示之不同實施例之個別特徵可任意結合，而不超出本發明之範疇。

在詳細說明本發明之前，先予陳明，本發明並不限於裝置中所使用之各組件，亦不限於各方法步驟，因所涉之組件與方法可具變化。此處所用之概念僅在於說明特別實施例，並無限制意涵。另外，若在說明中或在申請專利範圍中，使用單數或不定冠詞，其亦涵蓋所涉元件之複數情形，除非文中清楚表明並不涵蓋。

以下將根據所附圖式對本發明之實施例做詳細說明。然而實施例僅係舉例，並非將本發明之概念限制在特定設置上。

圖一顯示根據本發明之方法在一片料處理線中之情形。在圖一中，片狀材料或板狀材料，以下繼續稱為材料14，經由一有適當開啟能力之輸送裝置1、1a以妥善之材料輸送方式送入磁場區A。磁場區A之區域由個別彼此相鄰之磁鐵2、2a；3、3a及4、4a構成，這些磁鐵設置在材料流動方向上，且在以下定義為至少一磁鐵群。材料流動方向在圖一中由一箭頭標示。在圖面深處，即直接在至少一磁鐵群2、2a；3、3a及4、4a之後，有另一磁鐵群，經由其空間設置完全涵蓋整個材料寬度。

材料14經由輸送裝置1、1a送入磁場區A後，在輸送裝置1、1a與材料間存在一力量嵌合，使輸送裝置1、1a接手材料輸送，將材料通過磁場A送至第二輸送裝置5、5a。材料14離開第該二輸送裝置5、5a之後，第該二輸送裝置5、5a亦與該材料產生力量嵌合式連接，而該材料14最好在涵蓋磁場區A之空間之中間地帶。輸送裝置1、1a及5、5a設置成能夠確保一明確且固定之材料運行高度，該運行高度最好在磁場區A之中間，與磁鐵保持距離，使得材料14與各磁鐵群2、2a；3、3a及4、4a之磁極完全不接觸。

磁場區A中磁鐵群2、2a；3、3a及4、4a之個別磁鐵受到適當之控制器15之電力控制。在至少一磁鐵群中，控制器15對個別磁鐵2、2a；3、3a及4、4a做適當且序列之控制，產生一可移動之磁場，可在磁場區A中藉由激勵磁鐵群，選擇性地在材料流動方向或其反向產生作用力。該力量啟動方式，一直啟動至材料之伸長界限，係在與材料無機械接觸情況下進行，改善材料中之波紋。這完全避免表面瑕疵與材料瑕疵。

在本發明另一實施例中，在磁鐵群2、2a；3、3a及4、4a區域之後方，材料被一換向滾柱6換向，被送往一第一超音波設備區，該超音波設備在實施例中由滾柱8a構成。換向滾柱6負責維持材料運行之高度及個別高度調整，例如滾柱8a橫對材料流動方向朝箭頭7方向下沈，俾便隨時確保材料14相對於滾柱8a之變動盤繞角度及建立材料14與滾柱8a間必要之面積接觸。也可不用滾柱而用其他成型元件，只要確保超音波能量能平面導入材料14即可。

經由滾柱8a透過面積接觸，以因地制宜及鎖定目標方式，將超音波能量打入材料14，其方式為，超音波能量經由滾柱8a及滾 柱上之透音層侵入材料14。材料離開滾柱8a區域後，材料14受到一第二滾柱8之導引，其同樣在箭頭7a方向上可個別做高度調整及下沈且與滾柱8a聯合，可確保變動盤繞角度，及材料14與滾柱8a間必要之面積接觸。與換向滾柱6a連接後，恢復原先之材料運行高度。

在本發明另一實施例中，提供所說明之超音波設備8、8a，設在一具有磁鐵群10、10a；11、11a及12、12a之磁場區B前方，磁鐵群位於輸送裝置9、9a與13、13a之間，或者一超音波設備8、8a置於至少二磁場A與B之間。此外亦可令此處本發明之裝置僅具有一磁場區A。

裝置可另外加裝一偵測設備16，在圖中例如設在磁場區A之前及之後。偵測設備可如以光學方式偵測表面結構，且將測得資訊轉成對控制器15之信號。控制器15將信號轉成控制信號，用以控制至少一磁鐵群2、2a；3、3a；4、4a；10、10a；11、11a；12、12a，及/或至少一超音波設備，俾便準確採取應對措施，如使消除波紋。基本上，亦可在精製完畢後，將初次處理之結果與初始狀態比較，以針對進一步精製產生進一步控制信號及/或調節信號。

方法與裝置亦可使用磁鐵群或與超音波設備合併使用，以進行非接觸式材料精製，或進行至少省卻整平輥子之材料精製。較佳使用場合是用在片料處理線上或板料處理線上或加工線上。另一較佳應用場合在於與習知之整平機結合。其結合方式及如何選用本發明之裝置做配備取決於待加工材料之需求及特性。

以下變化/概念化係正規提供給張力整平方法：

- 一磁鐵群2、2a；3、3a及4、4a之改型，用於具有控制器15及偵測設備16之磁場區A，可獨立作業。

- 一磁鐵群10、10a；11、11a；12、12a之改型，用於具有控制器15及偵測設備16之磁場區B，可獨立作業。

- 一磁鐵群2、2a；3、3a及4、4a之改型，用於具有控制器15及偵測設備16之磁場區A，並連結一超音波設備6、6a；7、7a及8、8a，可獨立作業。

- 一磁鐵群10、10a；11、11a及12、12a之改型，用於具有控制器15及偵測設備16之磁場區B，並連結一超音波設備6、6a；7、7a及8、8a，可獨立作業。

- 一磁鐵群2、2a；3、3a及4、4a之改型，用於具有控制器15及偵測設備16之磁場區A，並連結一超音波設備6、6a；7、7a及8、8a，且具有另一磁鐵群10、10a；11、11a及12、12a，用於具有一另外之控制器及偵測設備(未圖示)之磁場區B，可獨立作業。

這些替代方案可設置在相同機器上，但彼此獨立作業。

所說明之根據本發明之裝置避免由於對整平輥子之摩擦接觸不足，而在材料上產生表面瑕疵及材料瑕疵。本裝置對所有類型之波紋均可以電力方式立即適用，無須在整平單位上做機械改變，亦可用於超薄材料。在廣泛不同級別之材料精製上，使用本發明之裝置顯著提高生產效能。

1、1a‧‧‧輸送裝置

2、2a、3、3a、4、4a‧‧‧磁鐵群

5、5a‧‧‧輸送裝置

6、6a‧‧‧換向滾柱

7、7a‧‧‧箭頭

8、8a‧‧‧滾柱(超音波設備)

9、9a‧‧‧輸送裝置

10、10a、11、11a、12、12a‧‧‧磁鐵群

13、13a‧‧‧輸送裝置

14‧‧‧材料

15‧‧‧控制器

16‧‧‧偵測設備

A、B‧‧‧磁場區

以下將根據圖一對本發明做詳細說明。圖中所示之本發明實施例係以示意圖方式顯示根據本發明之方法在一片料處理線中之情形。

1、1a‧‧‧輸送裝置

2、2a、3、3a、4、4a‧‧‧磁鐵群

5、5a‧‧‧輸送裝置

6、6a‧‧‧換向滾柱

7、7a‧‧‧箭頭

8、8a‧‧‧滾柱(超音波設備)

9、9a‧‧‧輸送裝置

10、10a、11、11a、12、12a‧‧‧磁鐵群

13、13a‧‧‧輸送裝置

14‧‧‧材料

15‧‧‧控制器

16‧‧‧偵測設備

A、B‧‧‧磁場區

Claims (17)

1. 一種用於改善磁激材料(14)機械性質之方法，特別是用於減少例如金屬片或金屬板等金屬材料波紋之方法，其材料(14)被至少一輸送裝置(1、1a；5、5a；9、9a；13、13a)輸送通過一加工區，並在加工區由於承受一力而以非接觸方式變形，該力係由多個磁場區(A、B)在材料流動方向上並排及/或前後縱排之磁鐵或磁鐵群(2、2a；3、3a；4、4a；10、10a；11、11a；12、12a)構成，其特徵為，該磁場區(A，B)順向或逆向材料流動方向設置，且沿該至少一磁鐵群(2、2a；3、3a；4、4a；10、10a；11、11a；12、12a)及/或沿並排及/或前後縱排設置之磁鐵群相對於材料移動。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，該磁場區(A、B)被並排及/或前後縱排之磁鐵群(2、2a；3、3a；4、4a；10、10a；11、11a；12、12a)以序列方式電力激勵，必要時以變化之脈衝寬度激勵，其激勵方向與材料流動方向相同或相反。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，該材料(14)以相同材料運行高度通過加工區磁鐵間互相對立之磁鐵之間。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，磁鐵群(2、2a；3、3a；4、4a；10、10a；11、11a；12、12a)設置在材料(14)之上方與下方。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，至少一輸送裝置(1、1a；9、9a)設在加工區之前，且至少一輸送裝置(5、5a；13、13a)設在加工區之後，輸送裝置與材料以力量嵌合方式相互作用。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，材料(14)之一表面結構被至少一偵測設備(16)偵測，並轉換成信號，該 信號被一控制器(15)轉成控制信號或調節信號，用以控制或調節磁場區(A、B)。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，至少一超音波設備設在一磁場區(A、B)之前及/或之後，或設在二相鄰磁場區(A、B)之間，而超音波設備最好由滾柱(8、8a)構成，用以導引材料(14)。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之方法，其特徵為，至少設置二超音波設備，其與材料接觸情形使得超音波能量最好能以平面方式由材料上方及由材料下方進入材料(14)。
9. 根據申請專利範圍第7項所述之方法，其特徵為，材料(14)之表面結構被至少一偵測設備(16)偵測，並轉成信號，該信號被一控制器(15)轉成控制信號或調節信號，用以控制或調節超音波設備。
10. 一種用於改善磁激材料機械性質之裝置，特別是用以減少例如金屬片或金屬板等金屬材料波紋之裝置，具有- 至少一輸送裝置(1、1a；5、5a；9、9a；13、13a)，用以輸送材料(14)通過一加工區，- 多個磁鐵群(2、2a；3、3a；4、4a；10、10a；11、11a；12、12a)，在加工區材料流動方向並排及/或前後縱排設置，且其磁場區產生一非接觸式力，使材料變形，其特徵為，設有一控制器(15)，依需要個別控制磁鐵群及其磁鐵，其設置方式為，構成相對於材料移動之磁場區沿著一或多個磁鐵群具有對材料流動方向順向或逆向之力。
11. 根據申請專利範圍第10項所述之裝置，其特徵為，材料在磁場區(A、B)具有相同之材料運行高度。
12. 根據申請專利範圍第10項所述之裝置，其特徵為，磁鐵群(2、 2a；3、3a；4、4a；10、10a；11、11a；12、12a)設置在加工區之上方及下方。
13. 根據申請專利範圍第10項所述之裝置，其特徵為，至少一輸送裝置(1、1a；9、9a)設在加工區之前，且至少一輸送裝置(5、5a；13、13a)設在加工區之後，其適於以力量嵌合方式與材料(14)處於連接狀。
14. 根據申請專利範圍第10項所述之裝置，其特徵為，至少設有一偵測設備，用以偵測材料(14)之表面結構，並設有一控制器(15)，將偵測設備(16)偵測及轉換之信號轉換成用於磁鐵群(2、2a；3、3a；4、4a；10、10a；11、11a；12、12a)之控制信號或調節信號。
15. 根據申請專利範圍第10項所述之裝置，其特徵為，至少一超音波設備設在一磁場區(A、B)之前及/或之後或設在至少二磁場區(A、B)之間，而超音波設備最好由滾柱(8、8a)構成，材料(14)被導引於該滾柱上。
16. 根據申請專利範圍第15項所述之裝置，其特徵為，至少設有二套超音波設備，分別在材料(14)上方及下方與材料(14)密合。
17. 根據申請專利範圍第15項所述之裝置，其特徵為，設有至少一偵測設備，用以偵測材料(14)之表面結構，並設有一控制器(15)，將偵測設備(16)偵測及轉換之信號轉換成一控制信號或調節信號用於磁鐵群(2、2a；3、3a；4、4a；10、10a；11、11a；12、12a)及/或超音波設備。