本發(fā)明涉及型材矯直技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種型材動(dòng)態(tài)壓下矯直裝置及方法。

背景技術(shù)：

需要進(jìn)行矯直的型材產(chǎn)品沿其長(zhǎng)度方向的不同位置往往會(huì)具有不同曲率的初始彎曲缺陷，現(xiàn)有矯直方法及其設(shè)備的主要工藝思路是：采用由多根矯直輥組成的矯直輥系，使型材在矯直過(guò)程中經(jīng)歷彎曲曲率由大到小的多次連續(xù)彈塑性反彎過(guò)程。在矯直前期通過(guò)較大曲率的彎曲過(guò)程使型材各位置不同曲率的初始缺陷統(tǒng)一為單一曲率缺陷，再通過(guò)后續(xù)的多次彎曲過(guò)程使單一曲率缺陷逐漸減小變平。

可以看出，采用這種矯直工藝思路，為了使型材各位置的不同初始缺陷得到較好的統(tǒng)一，其前期必須使用較大的壓彎量對(duì)型材進(jìn)行統(tǒng)一的大曲率彎曲；這一方面容易使斷面穩(wěn)定性較差的薄壁型材在大曲率彎曲過(guò)程中出現(xiàn)斷面畸變，另一方面還會(huì)極大地增加矯直設(shè)備的工作載荷，增加了對(duì)矯直設(shè)備承載能力的要求。不但如此，為了實(shí)現(xiàn)多次連續(xù)彈塑性反彎過(guò)程，矯直設(shè)備還必須配備由多根矯直輥組成的復(fù)雜矯直輥系，這使得傳統(tǒng)矯直設(shè)備的體積龐大，其傳動(dòng)、承載等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都變得非常復(fù)雜。

另外，隨著現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)在型材制造過(guò)程中的廣泛應(yīng)用與成熟，每根型材矯前各位置的初始缺陷數(shù)據(jù)已經(jīng)可以通過(guò)多種技術(shù)手段高效地采集獲得，而這些數(shù)據(jù)在現(xiàn)有矯直工藝與設(shè)備條件下并未能被充分利用以改善其矯直工藝。同時(shí)，現(xiàn)有冶金工業(yè)中的主要裝備如軋機(jī)、連鑄機(jī)均已實(shí)現(xiàn)了根據(jù)來(lái)料狀態(tài)而由控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整壓下位置的動(dòng)態(tài)壓下能力，而矯直裝備作為精整工藝的核心裝備卻一直采用固定壓下的模式，這主要是由于現(xiàn)有多輥矯直裝備的機(jī)械結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜且可控參數(shù)過(guò)多，使得矯直過(guò)程中的壓彎量動(dòng)態(tài)調(diào)整方案難以實(shí)現(xiàn)。

中國(guó)專利授權(quán)公告號(hào)CN104550326B公開了一種周期性縱向變厚度矯直裝置，其提出了一種動(dòng)態(tài)調(diào)整壓下的矯直裝置，但其仍然基于現(xiàn)有多輥矯直機(jī)，且其動(dòng)態(tài)調(diào)整壓下位置的目的是針對(duì)周期性變厚度板材的不同厚度問(wèn)題，對(duì)于彎曲缺陷的矯直并不具有普遍意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種型材動(dòng)態(tài)壓下矯直裝置及方法，

該裝置包括兩個(gè)定位支撐單元、一個(gè)壓下單元及控制系統(tǒng)；壓下單元位于整個(gè)裝置中部，兩個(gè)定位支撐單元分別位于壓下單元前后兩側(cè)，控制系統(tǒng)通過(guò)控制線路控制定位支撐單元和壓下單元；

其中，定位支撐單元包括上、下兩個(gè)定位支撐輥；壓下單元包括矯直輥及壓下裝置，矯直輥為上下兩個(gè)，每個(gè)矯直輥后邊連接一個(gè)壓下裝置。

在矯直過(guò)程中，被矯型材從相對(duì)的兩個(gè)矯直輥之間通過(guò)。

兩個(gè)定位支撐單元在型材進(jìn)給方向的位置及兩個(gè)定位支撐輥的開口度根據(jù)被矯型材的規(guī)格調(diào)節(jié)。

兩個(gè)矯直輥可以由控制系統(tǒng)控制其各自連接的壓下裝置實(shí)現(xiàn)單獨(dú)調(diào)整垂向位置。

定位支撐輥為從動(dòng)輥，兩個(gè)定位支撐輥開口度根據(jù)被矯型材截面高度確定，使兩個(gè)定位支撐輥壓靠在型材表面并能夠隨型材的進(jìn)給而轉(zhuǎn)動(dòng)；定位支撐輥轉(zhuǎn)軸上裝有光電編碼器，用于測(cè)定被矯型鋼的實(shí)時(shí)進(jìn)給速度。

上、下兩個(gè)矯直輥為主動(dòng)輥，由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)矯直輥轉(zhuǎn)動(dòng)，并由矯直輥帶動(dòng)被矯型材實(shí)現(xiàn)矯直過(guò)程中的連續(xù)進(jìn)給。

使用該裝置進(jìn)行型材矯直，包括如下步驟：

(一)根據(jù)型材規(guī)格及生產(chǎn)條件，設(shè)定兩個(gè)定位支撐單元的縱向位置及矯直輥驅(qū)動(dòng)速度；

(二)使用測(cè)量裝置對(duì)型材初始幾何曲線進(jìn)行測(cè)量，獲得型材縱向一系列n個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)(x₁,y₁)，(x₂,y₂)……(x_n,y_n)，其中，n≥3；

(三)根據(jù)獲得的位置坐標(biāo)，計(jì)算得到型材各坐標(biāo)位置的初始彎曲曲率

(四)根據(jù)初始彎曲曲率計(jì)算型材各坐標(biāo)位置所需的壓彎量并傳輸至控制系統(tǒng)；

(五)型材開始矯直，由矯直輥根據(jù)設(shè)定的驅(qū)動(dòng)速度驅(qū)動(dòng)被矯型材進(jìn)給，由定位支撐輥測(cè)定被矯型材的實(shí)際進(jìn)給速度并實(shí)時(shí)傳輸給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)根據(jù)被矯型材進(jìn)給速度確定矯直輥處被矯型材的實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置，根據(jù)實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置控制壓下裝置動(dòng)態(tài)調(diào)整兩個(gè)矯直輥的垂向位置，達(dá)到該坐標(biāo)位置所需的壓彎量。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

(1)在精確測(cè)定型材各位置彎曲缺陷的基礎(chǔ)上，針對(duì)型材具體位置彎曲曲率設(shè)定動(dòng)態(tài)的彎曲壓彎量，使型材經(jīng)過(guò)一次彈塑性彎曲即可得到矯直。這避免了傳統(tǒng)矯直方法為統(tǒng)一初始缺陷而必須進(jìn)行的大曲率彎曲，使型材矯直過(guò)程中的斷面畸變問(wèn)題得到改善，同時(shí)也大幅減小了矯直裝置需承受的載荷；

(2)使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的裝置完成矯直工序，相比較于傳統(tǒng)多根矯直輥組成的復(fù)雜矯直輥系，有效的減小了矯直裝置的體積和復(fù)雜程度；繼而可以相應(yīng)地簡(jiǎn)化傳動(dòng)和承載結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使矯直裝置的剛度更易于被提高，矯直效果更好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的型材動(dòng)態(tài)壓下矯直裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的矯直方法流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的激光掃描檢測(cè)型材曲線的示意圖；

圖4為本發(fā)明矯前的型材初始彎曲曲率示意圖；

圖5為本發(fā)明矯直裝置調(diào)整方式示意圖；

圖6為本發(fā)明矯直過(guò)程示意圖。

其中：1-激光掃描裝置；2-被矯型材；3-檢測(cè)光束；4-初始幾何曲線；5-壓下單元；6-定位支撐單元；7-控制系統(tǒng)；8-定位支撐輥；9-壓下裝置；10-矯直輥；11-控制線路。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種型材動(dòng)態(tài)壓下矯直裝置及方法。

如圖1所示，該裝置中，壓下單元5位于整個(gè)裝置中部，兩個(gè)定位支撐單元6分別位于壓下單元5前后兩側(cè)，控制系統(tǒng)7通過(guò)控制線路11控制定位支撐單元6和壓下單元5；

其中，定位支撐單元6包括上、下兩個(gè)定位支撐輥8；壓下單元5包括矯直輥10及壓下裝置9，矯直輥10為上下兩個(gè)，每個(gè)矯直輥10后邊連接一個(gè)壓下裝置9。

兩個(gè)矯直輥10由控制系統(tǒng)7控制其各自連接的壓下裝置9實(shí)現(xiàn)單獨(dú)調(diào)整垂向位置。定位支撐輥8為從動(dòng)輥，定位支撐輥8轉(zhuǎn)軸上裝有光電編碼器。矯直輥10為主動(dòng)輥，由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)矯直輥10轉(zhuǎn)動(dòng)，矯直輥10帶動(dòng)被矯型材2實(shí)現(xiàn)矯直過(guò)程中的連續(xù)進(jìn)給。

下面結(jié)合具體矯直過(guò)程予以說(shuō)明。

以矩形斷面的型材動(dòng)態(tài)壓下矯直過(guò)程為例，其矯直流程如圖2所示。首先根據(jù)型材規(guī)格及矯直裝置的工作能力設(shè)定好定位支撐單元6與壓下單元5的縱向距離和驅(qū)動(dòng)速度。再采用激光掃描裝置1通過(guò)檢測(cè)光束3獲得被矯型材2上表面中線的初始幾何曲線4，獲得其中線一系列點(diǎn)的離散坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如圖3所示；對(duì)離散坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)三點(diǎn)求曲率法得到各坐標(biāo)位置的初始彎曲曲率，即根據(jù)該處的坐標(biāo)位置與前后兩點(diǎn)處的坐標(biāo)位置共三點(diǎn)確定一個(gè)圓，該圓半徑即為該點(diǎn)曲率，如圖4所示；根據(jù)各處的原始彎曲計(jì)算各坐標(biāo)位置需要的壓彎量，具體過(guò)程如下：

設(shè)矩形斷面型材的寬為B，高度為H，彈性模量為E，屈服極限為σ_s，初始彎曲曲率為定位支撐單元與壓下單元的縱向距離為L(zhǎng)，要使得矯后型材為平直的，所需的反彎曲率和壓彎量需要滿足方程：

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

$\mathrm{\δ}=\frac{L^2{A}_w}{3}$

根據(jù)上式計(jì)算各坐標(biāo)位置所需壓彎量并傳送至控制系統(tǒng)7；

最后，型材開始矯直。如圖5所示，首先將矯直裝置兩個(gè)定位支撐單元6上、下兩個(gè)定位支撐輥8開口度調(diào)至最大，將壓下單元5上、下兩個(gè)矯直輥10也調(diào)至開口度最大，將被矯型材2送入矯直裝置；其后調(diào)整定位支撐輥8開口度使其壓靠在被矯型材2表面；再根據(jù)矯直輥10下被矯型材2的初始坐標(biāo)位置調(diào)整上、下矯直輥10的位置使其達(dá)到該位置所需的壓彎量；由矯直輥10根據(jù)設(shè)定的驅(qū)動(dòng)速度驅(qū)動(dòng)被矯型材2進(jìn)給，由定位支撐輥8測(cè)定被矯型材2的實(shí)際進(jìn)給速度并實(shí)時(shí)傳輸給控制系統(tǒng)7；控制系統(tǒng)7通過(guò)跟蹤被矯型材2進(jìn)給速度確定矯直輥10處被矯型材2的實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置，根據(jù)實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置控制壓下裝置9動(dòng)態(tài)調(diào)整兩個(gè)矯直輥10的垂向位置，實(shí)時(shí)滿足該坐標(biāo)位置所需的壓彎量。具體過(guò)程如圖6所示。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。