面内应力为零的新型薄板矫平机构的制作方法

本发明涉及一种金属薄板的矫平装置，尤其涉及一种可使面内应力为零的新型薄板矫平装置，该装置可实现金属薄板内部零残余应力的功能，尤其适用于豪华邮轮以及军舰的船用钢板的矫平及消除残余应力。

背景技术：

豪华邮轮无疑是世界造船界的一颗闪亮的明珠，同时豪华邮轮的建造也是我国2025重要课题之一，然而豪华邮轮的建造非常重要的一部分就是生产工艺即薄板的焊接技术，板材变形的精度控制等方面，显然豪华邮轮对于薄板的要求是很高的。钢材厂通常将生产出来的钢板通过卷弯机卷起来，然后通过运输到船厂，在通过矫直机将钢板矫直，但是传统的矫直机在将钢板矫直的过程中并不能很好的消除钢板内部存留的残余应力，这样导致钢板中的残余应力在常态下只能通过自然释放的方式释放掉，进而导致了钢板会产生不同程度的变形，对于豪华邮轮而言这将严重影响生产工艺质量。此外，也有专门为消除钢板残余应力而设计出一套单独消除残余应力的机构装置的，这种方式不仅提高了成本，而且使得矫平加消除显复杂，机构的体积较大，不够便捷却只能达到改善残余应力的效果，并且也没有一套完整的矫平和实现钢板面内弯矩为零残余应力基本为零的机构装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种可使面内应力为零的新型薄板矫平装置。该装置是针对目前使用的11辊薄板矫平机在消除残余应力方面效果不佳而提出的一套全新的消除薄板残余应力的机构，并且本机构不需要钢板矫平机构和消除钢板残余应力机构分别独立开来进行工作，只是在11辊矫平机的基础上进行改造，从而实现一套矫平加消除钢板残余应力一体化的机构装置，方便便捷，实用性能优越。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可使面内应力为零的新型薄板矫平装置，包括整体机架和设置于机架上的矫平机构、应力检测消除机构、压力控制机构；整体机架还包括上工作辊支架、下工作辊支架、上横梁，所述的矫平机构包含n个上工作辊、n+1个下工作辊以及前、后导向辊，上、下工作辊分别通过轴承安装于上、下工作辊支架上，且上下工作辊均匀交替相错分布，前、后导向辊分别设置于该装置薄板进出口处；所述的应力检测消除机构包含超声波应力消除机构、残余应力检测机构和厚度检测机构，超声波应力消除机构设置于工作辊出口与后导向辊入口之间，残余应力检测机构设置于后导向辊出口处，厚度检测机构设置于工作辊间隙用于检测薄板厚度；所述的压力控制机构包含用于控制各上工作辊压紧力的n组工作辊液压缸、用于控制导向辊压紧力的前、后导向辊液压油缸，且在各液压油缸的无杆腔内设置油压传感器，工作辊液压缸及导向辊液压油缸均通过铰链结构固定于上横梁。

上述技术方案中，进一步的，所述的下工作辊支架为整体结构，上工作辊支架为分立结构，上工作辊共5个，分别通过轴承安装于每一个上工作辊支架上，下工作辊共6个，分别通过轴承安装于下工作辊支架上。

进一步的，在相邻上工作辊的间隙上方均设置有上支承辊；在相邻下工作辊间隙下方均设置有下支撑辊。

进一步的，所述的相邻上工作辊间隙处的上支承辊以及相邻下工作辊间隙处的下支撑辊均各由3个均布的支承辊构成，上支承辊通过轴承安装于整体机架上，下支撑辊通过轴承安装于下工作辊支架上。

进一步的，所述的厚度检测机构设置于每列下支撑辊内3个支承辊的间隙处，且正对相应上工作辊的中心线。

进一步的，根据权利要求1所述的可使面内应力为零的新型薄板矫平装置，其特征在于，所述的前导向辊及后导向辊各由两对导向辊构成。

本发明的技术效果是：

(1)在现有矫平机的基础上，增加了前后两组导向辊。通过钢板表面预处理以及导向辊液压缸的下压力，施加水平方向的摩擦力。实现在矫平效果的基础上，施加水平预紧力，增强了消除钢板面内弯矩的效果。

(2)在现有矫平机的基础上，增加了上支承辊和下支撑辊，能够防止工作辊两端受到液压力作用时辊系中点产生挠度形变，增强矫直效果，提高机构使用寿命。

(3)在现有矫平机的基础上，增加了钢板应力检测消除机构。更加直观的检测出钢板是否达到面内弯矩为零的状态，并且具有进一步通过超声波激振消除残余应力的能力，提高了钢板处理的工作效率。

(4)在现有矫平机的基础上，单独控制每个上工作辊的下压力与移动位移，并设置了油压传感器。通过与预设值比较，可通过控制电磁阀开关实时控制每个工作辊的工作压力。使得矫平机系统的适用性增广，且工作精度高，能够提高良品率。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的侧视部分剖面图；

图3是本发明的侧视剖面部分放大图。

图中，矫平机构1、上工作辊1.1、工作辊紧固螺栓1.2、工作辊轴承1.3、上支承辊1.4、上工作辊支架1.5、下工作辊1.6、下工作辊支架1.7、下支撑辊1.8、前导向辊1.9、后导向辊1.10、导向辊液压缸1.11、导向辊紧固螺栓1.12、导向辊轴承1.13、应力检测消除机构2、超声波应力消除机构2.1、残余应力检测机构2.2、厚度检测机构2.3、压力控制机构3、工作辊液压缸3.1、油压传感器3.2、电磁阀阀岛3.3、整体机架4、上横梁4.1。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明是一种可实现面内弯矩为零的新型矫平装置，包括矫平机构1、应力检测消除机构2、压力控制机构3。三者共同作用，协同实现钢板的矫平和消除面内弯矩。实现消除残余应力、防止钢板自然时效产生翘曲形变的功能。

如图1-3所示实例中，所述的矫平机构包含5个上工作辊、6个下工作辊以及前、后各两对导向辊，上、下工作辊分别通过轴承安装于上、下工作辊支架上，且上工作辊1.1和下工作辊1.6错位等距排列，通过控制工作辊之间的间距，可确定钢板在矫平过程中反复弯曲时的曲率大小。前、后导向辊分别设置于该装置薄板进出口处，与工作辊布置在同一水平高度，且和外部伺服电机相连接，控制工作时辊系的转动速度；在两个相邻上工作辊1.1的间隙上方设置有上支承辊1.4，在两相邻下工作辊1.6间隙下方设置有下支撑辊1.8，均各由3个均布的支承辊构成，上支承辊1.4通过轴承安装于整体机架上，下支撑辊1.8通过轴承安装于下工作辊支架上，支承辊和工作辊直接接触，跟随工作辊从动旋转；所述的应力检测消除机构2包含超声波应力消除机构2.1、残余应力检测机构2.2和厚度检测机构2.3，超声波应力消除机构可以主要由超声波激振装置构成，设置于工作辊出口与后导向辊入口之间，残余应力检测机构可以主要由电磁超声发射、接受装置构成，设置于后导向辊出口处，厚度检测机构可以主要由电磁超声发射、接受装置构成，设置于工作辊间隙用于检测薄板厚度；所述的压力控制机构包含用于控制各上工作辊压紧力的5组工作辊液压缸3.1、用于控制导向辊压紧力的前、后导向辊液压缸1.11，工作辊液压缸及导向辊液压缸均通过铰链结构固定于上横梁4.1，且在各液压油缸的无杆腔内设置油压传感器，在机架上固定阀岛，设置5组电磁阀，电磁阀接入液压回路，控制相应液压缸工作从而控制相应辊系的下压力。

所述的超声波应力消除机构2.1和残余应力检测机构2.2分别放置在后导向辊1.10前后，工作探头需与钢板表面保持所需的工作间距。所述的工作辊液压缸3.1和导向辊液压缸1.11均竖直放置，且每组包括两个液压缸，作用于相应辊系两端，施加所需工作压力。

所述的厚度检测机构2.3布置于下支撑辊1.8中三个支承辊间隙中点，且正对上工作辊1.1的最低点，检测曲率最大处的钢板厚度。所述下工作辊支架1.7固定于机架上，上工作辊支架1.5与工作辊液压缸3.1相连接，且与下工作辊支架1.7保持平行。工作辊轴承1.3和支承辊轴承1.13通过轴承压盖固定，且选用向心轴承。

如图1、图2、图3所示，当钢板进入矫平机之后，在前导向辊1.9的牵引下进入工作区间，此时由于辊系之间的速度差，实现施加水平的牵引力。此时，厚度检测机构开始运作，通过检测钢板厚度，后台计算出所需施加的工作辊工作压力。通过油压传感器3.2与工作压力相对比，闭环控制电磁阀的开关，控制工作辊液压缸3.1的工作压力。完成矫直效果的钢板，在工作辊与后导向辊1.10之间的区间内，由于辊系之间的速度差，在存在水平牵引力的同时，施加超声波激振效果，进一步消除钢板残余应力。最后在出口位置，通过残余应力检测机构2.2检测钢板的处理效果，如若不达标则再次进行钢板的矫直处理。