用于拉伸弯曲矫直金属带材的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于拉伸弯曲矫直金属带材的方法和设备。关于用于 拉伸弯曲矫直金属带材的方法，带材行进穿过入口张紧辊组用于建立 拉力以及行进穿过出口张紧辊组用于消除拉力，

其中，带材在入口张紧辊组与出口张紧辊组之间首先交替地绕各 自单独支承的(亦即不摩擦锁合地相互连接的)拉伸辊被弯曲，与此 同时延伸率被提高，并且

其中，带材接着行进穿过在最后那个拉伸辊下游设置的包括多个 矫直辊的多辊矫直组，绕这些矫直辊交替地弯曲带材以便减小带材曲 率和/或残余应力。带材(总体上)塑性拉伸并因此延长的程度被称作 延伸率。

背景技术

利用这种拉伸弯曲矫直方法可以矫直不平的金属带材并因此消除 非平面性。非平面性指的是例如带材波纹和/或带材镰刀弯，其由于带 材纤维的长度差之故而产生于带材平面内。但非平面性也指沿纵向方 向和/或横向方向的带材曲率，其因带材中的弯曲力矩而形成，例如当 绕转向辊弹塑性弯曲带材时或在卷绕带材时由于弹塑性变形产生。纵 向翘曲也称作为卷形(Coil-Set)，横向翘曲也称作弩弯(Cross-Bow)。 在拉伸弯曲矫直的过程中，在拉应力(该拉应力处在带材材料的弹性 极限R_E或其工程弹性极限R_P0.01之下)作用下，绕直径足够小辊子(交 替地)弯曲非平面的带材，以便通过拉应力与弯曲的叠加在带材中产 生一种弹性/塑性的变形。带材被塑性延长，其中，塑性拉延的大小被 称作延伸率。在塑性拉延时相对较强地延长了那些原来短的带材纤维。 在理想情况下，在矫直以后全部带材纤维具有相同的长度，从而基本 上在理想矫直的带材中应该不形成波纹或带材镰刀弯。

在由实践当中已知的拉伸弯曲矫直方法中，原则上由于在弹塑性 范围内的交替弯曲，在矫直以后在带材中可能会保留残余弯矩，在带 材加工线中作为横向拱曲可以看出该残余弯矩，并且在切出来的板片 中可能会导致沿纵向方向和/或横向方向的塑性残余曲率。如果各个弯 曲在其强度上不是最好地相互协调，便形成残余弯矩。弯曲半径取决 于带材数据(厚度、弹性模量、循环的强度性能、横向收缩系数)、 带材拉应力、各辊直径和绕各辊子带材运行的几何构形。后者按第一 近似可以通过带材绕辊子的包缠角来描述。在包缠角足够大或拉应力 足够时带材便会具备辊子的半径(弯度)。于是带材曲率达到其最大 值并且在包缠角继续增大或拉应力继续增大时保持不变。但通常包缠 角被调定为：使得带材不依循辊子半径。

即使在预定的拉伸弯曲矫直机架得以最佳调整时，因过程参数的 波动也会产生残余弯矩。原因是，实际当中，不仅拉应力并且因此延 伸率还有带材的强度值和带材厚度原则上都要经受某些波动。

包括仅三次弯曲的简单拉伸弯曲矫直工艺过程对于上述各参数中 的波动反应较为敏感。因此，在带材中视应用情况保留有不许可的残 余曲率。

包括四个可各自单独调校之拉伸辊的拉伸弯曲矫直工艺过程带来 了明显的改进(参见WO2011/032890A1)。

例如，如果拉伸极限和所需要的延伸率很高，比如对于高强度的 钢带，则提出了更高的要求。于是可能需要更多次弯曲，以便将残余 曲率值保持在较小值之内，例如小于10^-1(1/m)。

传统的机械技术解决方案(借其可以实现许多次弯曲)是一种具 有固定的下轧辊箱或可调校的上轧辊箱的多辊矫直组，其包括多个矫 直辊和多个支承辊。上轧辊箱通常是竖直位置控制地可调校的并且可 调整倾斜度。这样可实现从辊到辊线性递减的包缠角，其中，第一个 和最后那个矫直辊分别只具有一半的包缠角，并且它们主要是具有通 过线路辊子的功能。在这种传统的解决方案中不利的是：各矫直辊在 轧辊箱内通过各支承辊相互摩擦锁合地耦联，也就是说，全部矫直辊 都以相同的速度运转。但由于带材中在拉伸弯曲矫直时所产生的拉延 (亦即延伸率)，带材相应地从辊到辊越来越快地运行。由此在多辊 组中产生滑差并且因此导致振动，其可能在带材上导致所不期望的振 颤痕。振颤痕的危险随着延伸率而增长，因而在实践当中主要是在小 延伸率情况下采用该结构形式。

出于上述原因，已有人建议：将传统的拉伸弯曲矫直机架与多辊 矫直单元组合起来。开头所述形式的这种拉伸弯曲矫直方法例如由EP 0665069B1或DE69514010T2是已知的。利用控制/调节系统设定 各辊子的调校量，该系统以一种数字模型工作。在此，利用成对可彼 此调校的拉伸辊来产生延伸率。然后，在多辊组中，在不显著提高延 伸率的情况下只实现对纵向拱曲缺陷的校正。

拉伸弯曲矫直机架与多辊矫直单元相组合的优点也已由Keiji  Yamamoto和Abe在“Journal of the Research Group of  Flattened Metal Technology31(1992)，24-31”中描述于专业论文 “Advances in Levelling Machines(矫直机的改进)”中。在那里， 延伸率也是利用成对可彼此调校的拉伸辊来产生。然后在多辊组中实 现对拱曲缺陷的校正。

发明内容

从已知的现有技术出发，本发明所要解决的技术问题是：提供一 种拉伸弯曲矫直方法，其在设备技术花费很少的情况下确保实现最佳 的平整结果，特别是对于高强度的带材和大的要求延伸率亦是如此。

为实现该目的，对于开头所述形式的同类方法，本发明教导了： 不仅利用各拉伸辊而且部分份额利用多辊矫直组分摊地产生塑性延伸 率。在此，本发明是从这样的认识出发，即，若并不仅仅或基本仅仅 利用各拉伸辊产生延伸率，而是使多辊矫直组也完全有针对性地共同 参与实现一个显著的延伸率份额的产生，则可以明显地改进矫直结果。 这样，在本发明的范围内，利用设置于下游的多辊矫直组产生塑性延 伸率的至少5％，优选塑性延伸率的至少10％。对此特别适宜的是， 利用多辊矫直组的第一个矫直辊或利用其第一双矫直辊产生该延伸率 的一个显著的份额。于是优选规定：利用多辊矫直组的第一矫直辊产 生塑性延伸率的至少5％、优选塑性延伸率的至少10％。本发明对此 已认识到：特别是多辊矫直组的第一个辊子可以较大程度地参与实现 延伸率的产生。于是在多辊矫直组的该第一辊的区域内实施带材显著 拉延的事实并不导致可能出现的振颤痕问题，因为在第一矫直辊上后 继的第二矫直辊并不摩擦锁合地连接于第一矫直辊。直到多辊矫直组 的第三矫直辊才是同一轧辊箱如同第一矫直辊那样的构件，从而在第 一矫直辊区域内显著较大的延伸率并不导致所不期望的振颤痕。

按照本发明的另一建议，特别重要地规定：至少在各拉伸辊和第 一矫直辊上、但优选在全部矫直辊上的包缠角从辊到辊递减。因此例 如可以规定：在各拉伸辊以及必要时至少还有第一矫直辊上的包缠角 从辊到辊分别递减至少5％(相对于各自前面的那个辊子的包缠角而 言)。对此本发明已认识到：在已知的设计形式中不利的是，利用一 些拉伸辊对工作，其中，在一个这样的拉伸辊对的每一拉伸辊上近似 存在相同的包缠角。事实上，对于残余应力的平衡有利的是：包缠角 乃至带材曲率从辊到辊递减。在此特别有利的是，包缠角在产生延伸 率的第一弯曲时从辊到辊较强地递减而在其他继续弯曲时只是很弱地 递减。按照这种方法工作的设备关于残余曲率是特别不敏感的。在机 械技术上这一点可以特别经济地实现，因为不必用许多个单体轧辊箱 来工作，而是因为以所描述的方式首先设置各个拉伸辊、然后是多辊 矫直组，它们以本发明提出的方式工作。

对此有利的是，在各拉伸辊和矫直辊上的包缠角从辊到辊首先以 较大的差值递减、接着以小的差值递减。这一点可以例如这样实现， 即，包缠角由第一拉伸辊直至第一矫直辊从辊到辊以恒定的第一差值 递减并且由第二矫直辊直至最后的矫直辊从辊到辊以恒定的第二差 值、优选以较小的差值递减。或者作为选择，在本发明的范围内，包 缠角由第一拉伸辊直至第一矫直辊以从辊到辊变得越来越小的差值递 减。

包缠角递减的方法设计可导致该方法关于残余曲率的不敏感性。

此外本发明已认识到：例如关于残余波纹有利的是，在各个拉伸 辊之间以及在最后那个拉伸辊与第一矫直辊之间的辊间距并不递减， 而是或者大致相同或者甚至沿带材运行方向递增。对此特别有利的是， 辊间距是比较大的。优选它们分别为至少300mm。这样，在本发明的 范围内，在两个彼此相继的拉伸辊之间以及在最后那个拉伸辊与第一 矫直辊之间的间距分别为带材宽度或带材最大宽度的至少三分之一、 优选至少一半。无论如何，通过足够大的水平间距(或者说是沿带材 运行方向)从辊到辊在各拉伸辊中避免了导致中间波纹的倾向或者说 将其减至最小。

本发明的主题还涉及一种用于按照所述形式的方法拉伸弯曲矫直 金属带材的设备。该设备具有至少一个入口张紧辊组用以建立带材拉 力和一个出口张紧辊组用以消除带材拉力以及多个在入口张紧辊组与 出口张紧辊组之间设置的单独支承的拉伸辊，带材绕这些拉伸辊交替 地弯曲，同时提高延伸率。此外，在入口张紧辊组与出口张紧辊组之 间还设有一个在最后那个拉伸辊下游设置的包括多个矫直辊的多辊矫 直组，绕这些矫直辊交替地弯曲带材以便减小带材曲率和/或残余应 力。该多辊矫直组具有一个包括上矫直辊的上矫直轧辊箱和一个包括 下矫直辊的下矫直轧辊箱，其中至少一个矫直轧辊箱、例如上矫直轧 辊箱的高度和倾斜度是可调整的，优选是位置控制地可调整的。所述 多辊矫直组直接设置在最后那个拉伸辊之后，亦即在最后那个拉伸辊 与多辊矫直组之间未设置其他的张紧辊组(制动辊组和/或牵拉辊组)。

此外适宜的是，至少最后那个拉伸辊是可调校的，优选是位置控 制地可调校的。特别优选(全部)上拉伸辊和/或(全部)下拉伸辊是 各自单独可调校的，优选是位置控制地可调校的。而特别重要的是如 下事实：各个拉伸辊—不同于多辊矫直组的情况—并不相互摩擦 锁合地连接。再者，多辊矫直组的第一矫直辊并不摩擦锁合地连接于 前面的那个拉伸辊并且也不摩擦锁合地连接于第二矫直辊，如已描述 的那样，通过该解决方案避免了振颤痕的危险。对于不同带材，可以 灵活地调整最佳的包缠角组合。

若利用比较多的辊子工作，则可以达到最佳的结果。按照本发明 的解决方案一方面利用多个拉伸辊而另一方面利用多辊矫直组的特征 在于可实现经济的构造方式和所需的结构长度限制。对此有利的是， 设置至少四个拉伸辊、优选五个拉伸辊。必要时也还可以设置更多个 拉伸辊。多辊矫直组具有至少八个矫直辊、优选至少十个矫直辊。

此外适宜的是，在入口张紧辊组与出口张紧辊组之间在第一拉伸 辊之前设置一个入口侧的转向辊，从而在第一拉伸辊的区域内便可灵 活地调整包缠角并借此调整带材曲率。

该转向辊可以同时构成为带材拉力测量装置。因为优选适宜的是， 在入口张紧辊组与出口张紧辊组之间设置一个带材拉力测量装置。

此外该设备还配备有一控制装置，其连接于不同的设备部件。例 如，该控制装置首先就连接于入口张紧辊组和出口张紧辊组的驱动装 置。作为选择或者补充，所述控制装置可以与拉伸辊的调校装置和多 辊矫直组的调校装置相连接。因此，经由该控制装置便可以实现对辊 子的位置准确的调校并从而实现对所期望的包缠角的精确调整。

这里，在本发明的范围内，由一种数学模型确定出辊子调校量， 该数学模型至少考虑材料特征值(亦即E模量、横向收缩系数、弹性 极限和/或加工硬化模量)以及机器设备几何参数、带材厚度、带材宽 度、拉应力和延伸率。在机器设备几何参数中，特别涉及辊子的调校 量和间距。而对此本发明规定：并不借助于数学模型在控制装置之内 算出调校量，而是按照本发明往控制装置中输入辊子调校量的预先确 定的值。辊子调校量的这些额定值可以借助于所述的数学模型事先算 出，然后再作为数值表转送给控制装置，从而，在控制的范围内于是 只须实现预定的调整。

本发明特别优选可以针对高强度的钢带来实现，该钢带可具有例 如0.15mm至2mm、例如0.5mm至2mm的厚度。但也可以在其他厚 度的带材中以及在其他材料的带材中实现所描述的那些优点。

附图说明

下文借助仅示出一个实施例的附图更详细地阐释本发明。其中示 出：

图1用于拉伸弯曲矫直金属带材的设备的简化侧视图，

图2在按图1的设备中(相对)延伸率从辊到辊的发展的图解 示图，和

图3a、3b示例性示出了各辊上的包缠角的两种不同调整方式。

具体实施方式

图1中示出了用于拉伸弯曲矫直金属带材B的设备。该设备按其 基本结构构造具有一个入口张紧辊组A用以建立带材拉力和一个出口 张紧辊组E用以消除带材拉力。在入口张紧辊组A与出口张紧辊组E 之间设置有转向辊U，以及继此之后设置有五个各自单独支承的拉伸 辊1、2、3、4、5，围绕它们交替地弯曲带材，同时提高延伸率。

然后在最后那个拉伸辊5下游设置一个多辊矫直组V，它包括多 个矫直辊6至16，绕这些矫直辊交替地弯曲带材以便减小带材曲率和 /或残余应力。对此在图中可以看出，所述多辊矫直组V直接设置在最 后那个拉伸辊5之后，而在最后那个拉伸辊5与多辊矫直组V之间未 设置其他的张紧辊组。多辊矫直组V在此大体上包括一个上矫直轧辊 箱K1和一个下矫直轧辊箱K2，其中上矫直轧辊箱K1的高度和倾斜 度是位置控制地可调整的。多辊矫直机架V的每一矫直辊6至16支 承在各支承辊上方或者说在各辊子与各支承辊之间，其中，上矫直轧 辊箱K1的各个辊子和下矫直轧辊箱K2的各个辊子经由这些支承辊或 者说如1:1传动机构这样的中间连接而相互摩擦锁合地连接。这一点 未示于图中。

按本实施例，在各个拉伸辊1至5中，三个上拉伸辊1、3和5 是单独位置控制地可调校的。此外还可以看出，在两个直接彼此相继 的拉伸辊之间的间距以及在最后那个拉伸辊与第一矫直辊之间的间距 沿带材运行方向递增。

利用所示的设备，可以按照所述形式的方法拉伸弯曲矫直金属带 材、特别是高强度的金属带材。为此这样操作该设备：不只是利用拉 伸辊1至5、而是部分份额也利用多辊矫直机架V并且特别是利用第 一矫直辊6，来产生塑性延伸率。

这一点可以示例性地借助图2看出。那里分别图解地示出了在相 应辊后面的(相对)延伸率。延伸率从辊到辊按照以下的方式发展， 其中，分别说明了总延伸率按相应辊计的份额。

因此，在辊1后面的0.27的延伸率份额相应于总延伸率按该辊计 的27％延伸率。在辊8后面，本实施例中便是1.0的延伸率份额，因 此达到了总延伸率。图2中的信息也同样如此。那里也说明了总延伸 率按相应辊计的相应份额。

从表格或者说从图2明显可见，特别是仍利用多辊矫直组V的第 一矫直辊来产生多于10％的一个显著的延伸率份额。这一点之所以可 能实现，是因为：该第一矫直辊6既不与前面的拉伸辊5又不与后续 的矫直辊7处于摩擦锁合连接。

此外按照本发明重要的是：通过单独的位置调校而可以灵活地调 整包缠角。按照本发明实现包缠角的“缓慢”下降。对此存在着一些 不同的可行方案。

图3a示出了第一种变型方案，其中，包缠角由第一拉伸辊1直至 第一矫直辊6从辊到辊以恒定的第一差值递减，因而对应于辊1至6 的各点大体上通过一条具有第一斜度的直线连接。然后，包缠角由第 二矫直辊7直至最后的矫直辊16以恒定的第二差值递减，该第二差值 小于第一差值。按这种方式，对应于辊7至16的各点可以大体上通过 一条具有第二斜度的第二直线连接起来，该第二斜度的值是较小的。

图3b示出了一种有所改变的操作方式，其中，包缠角由第一拉伸 辊1直至第一矫直辊6以变得越来越小的差值递减。由第二矫直辊7 直至最后的矫直辊16则又调整到基本上恒定的差值。

无论如何，这种操作方式的特征在于实现了均匀的消除弯曲作用， 因为包缠角从辊到辊就好象“流畅地”递减。