一种型材动态压下矫直装置及方法与流程

本发明涉及型材矫直技术领域，特别是指一种型材动态压下矫直装置及方法。

背景技术：

需要进行矫直的型材产品沿其长度方向的不同位置往往会具有不同曲率的初始弯曲缺陷，现有矫直方法及其设备的主要工艺思路是：采用由多根矫直辊组成的矫直辊系，使型材在矫直过程中经历弯曲曲率由大到小的多次连续弹塑性反弯过程。在矫直前期通过较大曲率的弯曲过程使型材各位置不同曲率的初始缺陷统一为单一曲率缺陷，再通过后续的多次弯曲过程使单一曲率缺陷逐渐减小变平。

可以看出，采用这种矫直工艺思路，为了使型材各位置的不同初始缺陷得到较好的统一，其前期必须使用较大的压弯量对型材进行统一的大曲率弯曲；这一方面容易使断面稳定性较差的薄壁型材在大曲率弯曲过程中出现断面畸变，另一方面还会极大地增加矫直设备的工作载荷，增加了对矫直设备承载能力的要求。不但如此，为了实现多次连续弹塑性反弯过程，矫直设备还必须配备由多根矫直辊组成的复杂矫直辊系，这使得传统矫直设备的体积庞大，其传动、承载等系统的设计都变得非常复杂。

另外，随着现代检测技术在型材制造过程中的广泛应用与成熟，每根型材矫前各位置的初始缺陷数据已经可以通过多种技术手段高效地采集获得，而这些数据在现有矫直工艺与设备条件下并未能被充分利用以改善其矫直工艺。同时，现有冶金工业中的主要装备如轧机、连铸机均已实现了根据来料状态而由控制系统实时调整压下位置的动态压下能力，而矫直装备作为精整工艺的核心装备却一直采用固定压下的模式，这主要是由于现有多辊矫直装备的机械结构过于复杂且可控参数过多，使得矫直过程中的压弯量动态调整方案难以实现。

中国专利授权公告号CN104550326B公开了一种周期性纵向变厚度矫直装置，其提出了一种动态调整压下的矫直装置，但其仍然基于现有多辊矫直机，且其动态调整压下位置的目的是针对周期性变厚度板材的不同厚度问题，对于弯曲缺陷的矫直并不具有普遍意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种型材动态压下矫直装置及方法，

该装置包括两个定位支撑单元、一个压下单元及控制系统；压下单元位于整个装置中部，两个定位支撑单元分别位于压下单元前后两侧，控制系统通过控制线路控制定位支撑单元和压下单元；

其中，定位支撑单元包括上、下两个定位支撑辊；压下单元包括矫直辊及压下装置，矫直辊为上下两个，每个矫直辊后边连接一个压下装置。

在矫直过程中，被矫型材从相对的两个矫直辊之间通过。

两个定位支撑单元在型材进给方向的位置及两个定位支撑辊的开口度根据被矫型材的规格调节。

两个矫直辊可以由控制系统控制其各自连接的压下装置实现单独调整垂向位置。

定位支撑辊为从动辊，两个定位支撑辊开口度根据被矫型材截面高度确定，使两个定位支撑辊压靠在型材表面并能够随型材的进给而转动；定位支撑辊转轴上装有光电编码器，用于测定被矫型钢的实时进给速度。

上、下两个矫直辊为主动辊，由驱动装置驱动矫直辊转动，并由矫直辊带动被矫型材实现矫直过程中的连续进给。

使用该装置进行型材矫直，包括如下步骤：

(一)根据型材规格及生产条件，设定两个定位支撑单元的纵向位置及矫直辊驱动速度；

(二)使用测量装置对型材初始几何曲线进行测量，获得型材纵向一系列n个点的位置坐标(x₁,y₁)，(x₂,y₂)……(x_n,y_n)，其中，n≥3；

(三)根据获得的位置坐标，计算得到型材各坐标位置的初始弯曲曲率

(四)根据初始弯曲曲率计算型材各坐标位置所需的压弯量并传输至控制系统；

(五)型材开始矫直，由矫直辊根据设定的驱动速度驱动被矫型材进给，由定位支撑辊测定被矫型材的实际进给速度并实时传输给控制系统；控制系统根据被矫型材进给速度确定矫直辊处被矫型材的实时坐标位置，根据实时坐标位置控制压下装置动态调整两个矫直辊的垂向位置，达到该坐标位置所需的压弯量。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

(1)在精确测定型材各位置弯曲缺陷的基础上，针对型材具体位置弯曲曲率设定动态的弯曲压弯量，使型材经过一次弹塑性弯曲即可得到矫直。这避免了传统矫直方法为统一初始缺陷而必须进行的大曲率弯曲，使型材矫直过程中的断面畸变问题得到改善，同时也大幅减小了矫直装置需承受的载荷；

(2)使用结构简单的装置完成矫直工序，相比较于传统多根矫直辊组成的复杂矫直辊系，有效的减小了矫直装置的体积和复杂程度；继而可以相应地简化传动和承载结构的设计，使矫直装置的刚度更易于被提高，矫直效果更好。

附图说明

图1为本发明的型材动态压下矫直装置结构示意图；

图2为本发明的矫直方法流程图；

图3为本发明实施例的激光扫描检测型材曲线的示意图；

图4为本发明矫前的型材初始弯曲曲率示意图；

图5为本发明矫直装置调整方式示意图；

图6为本发明矫直过程示意图。

其中：1-激光扫描装置；2-被矫型材；3-检测光束；4-初始几何曲线；5-压下单元；6-定位支撑单元；7-控制系统；8-定位支撑辊；9-压下装置；10-矫直辊；11-控制线路。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种型材动态压下矫直装置及方法。

如图1所示，该装置中，压下单元5位于整个装置中部，两个定位支撑单元6分别位于压下单元5前后两侧，控制系统7通过控制线路11控制定位支撑单元6和压下单元5；

其中，定位支撑单元6包括上、下两个定位支撑辊8；压下单元5包括矫直辊10及压下装置9，矫直辊10为上下两个，每个矫直辊10后边连接一个压下装置9。

两个矫直辊10由控制系统7控制其各自连接的压下装置9实现单独调整垂向位置。定位支撑辊8为从动辊，定位支撑辊8转轴上装有光电编码器。矫直辊10为主动辊，由驱动装置驱动矫直辊10转动，矫直辊10带动被矫型材2实现矫直过程中的连续进给。

下面结合具体矫直过程予以说明。

以矩形断面的型材动态压下矫直过程为例，其矫直流程如图2所示。首先根据型材规格及矫直装置的工作能力设定好定位支撑单元6与压下单元5的纵向距离和驱动速度。再采用激光扫描装置1通过检测光束3获得被矫型材2上表面中线的初始几何曲线4，获得其中线一系列点的离散坐标数据，如图3所示；对离散坐标数据进行处理，通过三点求曲率法得到各坐标位置的初始弯曲曲率，即根据该处的坐标位置与前后两点处的坐标位置共三点确定一个圆，该圆半径即为该点曲率，如图4所示；根据各处的原始弯曲计算各坐标位置需要的压弯量，具体过程如下：

设矩形断面型材的宽为B，高度为H，弹性模量为E，屈服极限为σ_s，初始弯曲曲率为定位支撑单元与压下单元的纵向距离为L，要使得矫后型材为平直的，所需的反弯曲率和压弯量需要满足方程：

$A_w^3+(2A_0-\frac{3{\mathrm{\σ}}_s}{EH})A_w^2+(A_0^2-\frac{6A_0{\mathrm{\σ}}_s}{EH})A_w-\frac{3A_0^2{\mathrm{\σ}}_s}{EH}+4{\left(\frac{{\mathrm{\σ}}_s}{EH}\right)}^3=0$

$\mathrm{\δ}=\frac{L^2{A}_w}{3}$

根据上式计算各坐标位置所需压弯量并传送至控制系统7；

最后，型材开始矫直。如图5所示，首先将矫直装置两个定位支撑单元6上、下两个定位支撑辊8开口度调至最大，将压下单元5上、下两个矫直辊10也调至开口度最大，将被矫型材2送入矫直装置；其后调整定位支撑辊8开口度使其压靠在被矫型材2表面；再根据矫直辊10下被矫型材2的初始坐标位置调整上、下矫直辊10的位置使其达到该位置所需的压弯量；由矫直辊10根据设定的驱动速度驱动被矫型材2进给，由定位支撑辊8测定被矫型材2的实际进给速度并实时传输给控制系统7；控制系统7通过跟踪被矫型材2进给速度确定矫直辊10处被矫型材2的实时坐标位置，根据实时坐标位置控制压下装置9动态调整两个矫直辊10的垂向位置，实时满足该坐标位置所需的压弯量。具体过程如图6所示。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。