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EP3595824B1 - Verfahren zum betreiben einer rollenrichtmaschine - Google Patents

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Publication number
EP3595824B1
EP3595824B1 EP18713140.4A EP18713140A EP3595824B1 EP 3595824 B1 EP3595824 B1 EP 3595824B1 EP 18713140 A EP18713140 A EP 18713140A EP 3595824 B1 EP3595824 B1 EP 3595824B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
straightening
rollers
flat material
roller
individual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP18713140.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3595824C0 (de
EP3595824A1 (de
Inventor
Olaf HAUSMANN
Helmut Jax
Roman Dehmel
Olexand Shmagun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP3595824A1 publication Critical patent/EP3595824A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3595824B1 publication Critical patent/EP3595824B1/de
Publication of EP3595824C0 publication Critical patent/EP3595824C0/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D1/00—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B21D1/02—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling by rollers

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a roller straightening machine which has a number of upper straightening rollers and a number of lower straightening rollers, a flat metal material to be straightened, in particular a steel strip, being guided in a conveying direction between the straightening rollers and being straightened in the process.
  • a method of the type mentioned and a corresponding roll straightener are from EP 0 551 658 B1 known.
  • individual straightening rollers are adjusted in a targeted manner in order to achieve the required position of the rollers for the straightening process.
  • the maximum overstretching is realized on just one straightening roller. Not all rolls are involved in the straightening process, but only a selection of them, various rolls are kept in stock.
  • the EP 0 946 312 A1 likewise discloses a generic straightening method in which a non-rotating roller straightening unit is used. In advance of the actual straightening process, a simulation calculation is carried out offline, which includes possible variations of the straightening process.
  • the FR 2 893 520 A1 , the FR 2 732 913 A1 and the CN 102 672 003 B show further straightening methods.
  • the invention is therefore based on the object of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that a flat material with a high degree of flatness or evenness can be produced with a few straightening passes, even in the case of complex flatness errors.
  • the determination of the individual parameters according to step a) above can additionally include an inspection of the flat material by an operator of the roller straightening machine. Furthermore, it can include determining material data of the flat material. Furthermore, it can be provided that the determination includes a definition of properties of the flat material after the straightening process, in particular a target stress profile in the flat material after the straightening process.
  • Carrying out the straightening process according to step c) above can include a defined adjustment of the straightening rollers.
  • the straightening strategy according to step b) above can include straightening the flat material with a plurality of straightening stitches.
  • All straightening rollers are preferably brought into a predetermined individual delivery position by means of a separate adjustment element.
  • the adjusting elements and/or the rotary drives of all straightening rollers are actuated by a control or regulation device.
  • a proposed roller straightening machine not according to the invention, which has a number of upper straightening rollers and a number of lower straightening rollers, with a metallic flat material to be straightened being guided in a conveying direction between the straightening rollers and being straightened in the process, is characterized in that all straightening rollers have an individual adjustment element and have an individual rotary drive with which all straightening rollers can be adjusted and rotated independently of one another.
  • the proposed procedure is therefore based on the consideration of first determining relevant data relating to the item to be straightened when carrying out the straightening process and reading or entering them into the machine control system.
  • a straightening strategy for the material to be straightened is then determined.
  • the straightening process takes place by activating machine functionalities to carry out the straightening process according to the straightening strategy determined.
  • the straightening strategy is determined or calculated by a technological adjustment model.
  • the determined or measured material data of the item to be straightened is in particular the type of alloy of the material; this also includes the thickness and strength of the material.
  • the material is preferably steel sheets or strips.
  • Types of defects or types of defects that were determined or established by a person through measurement or testing can also be recorded and entered.
  • the data set can be read in on the basis of theoretical calculations or, as mentioned, by measurements or manual entries.
  • the data set can include target specifications for the condition of the item to be straightened after straightening. A target stress profile and preceding and/or subsequent processing steps of the item can also be taken into account.
  • the straightening strategy can be determined on the basis of the error types entered.
  • the straightening strategy can be calculated separately or jointly for just a single straightening process or for several straightening passes.
  • the straightening strategy of an individual item to be straightened can vary between two straightening passes; it can take into account previous and subsequent processing steps. If required, the straightening strategy can also be changed by the operating personnel.
  • the adjustment of the straightening rollers takes place in such a way that the tension peaks have as constant a height as possible over the thickness of the flat material to be straightened.
  • the machine functionalities mentioned are primarily about the main adjustment of the rollers, their tilting and swiveling and the bending, stretching and compression compensation.
  • the adjustment of the individual straightening rollers is provided, as well as an individual drive for each individual straightening roller (with regard to their drive torques and speeds).
  • the straightening rollers are preferably individually adjustable and individually drivable.
  • this initially consists of a material database and the necessary inputs in order to carry out a numerical simulation of the deformation behavior of the metallic flat material under the influence of the straightening rollers. Only a short time of less than 1 second is required for such a simulation.
  • the proposed roller straightening machine is characterized in that a control device is provided for individually controlling the existing machine functionalities, which sets the functionalities on the basis of a previously determined straightening strategy.
  • the number and straightening roller sequence is specified or determined that allow overstretching, in particular on the basis of further data sets that go beyond the material data, such as defect type and production properties.
  • the straightening strategy is ultimately a combination of specifications for the activation of machine functionalities, which are based on the calculation of the technological employment model. If several straightening stitches are required and/or complex and/or superimposed errors, the straightening strategy for the respective required straightening stitches of a single workpiece can deviate from one another and only lead to the optimum straightening result in total.
  • this includes the actuators for setting and/or controlling forming parameters, in particular the speed and torque of the individual straightening rollers, the immersion depth of the individual straightening rollers, the contact force of the individual straightening rollers, the position specifications (pivoting/bending) of the individual straightening rolls and the main adjustment of all straightening rolls.
  • Edge waves different fiber lengths from the strip edge to the middle of the strip
  • center buckles different fiber lengths from the middle of the strip to the strip edge
  • quarter buckles different fiber lengths in the longitudinal direction (strips)
  • short-wave or long-wave appearance of the waves are edge waves (different fiber lengths from the strip edge to the middle of the strip), center buckles (different fiber lengths from the middle of the strip to the strip edge), quarter buckles (different fiber lengths in the longitudinal direction (strips)) and short-wave or long-wave appearance of the waves.
  • the present invention is based on a technological adjustment model, which essentially consists of a material database and which, through further inputs, enables a complex calculation of the can carry out straightening process. It is precisely the consideration of the other inputs that leads to a significant improvement in the straightening process.
  • the calculation of the technological adjustment model can also be extended to take previous production steps into account. If residual stress distributions from previous processing steps are known, these are also included in the technological calculations. This applies in particular to cooling, where different distributions are also taken into account in the workpiece surface (edges to center). These result from the physically necessary variable temperature distribution and the resulting different microstructure components in many steel brands. The information about this can be done via any data transfer, such. B. by means of a coupling with a cooling model.
  • microstructure components e.g. austenite decomposition
  • grain size distributions e.g. grain size distributions
  • dislocation densities e.g. grain size distributions
  • the information can also take place here via any data transfer, such as B. a coupling to a rolling model.
  • the technological adjustment model can also incorporate specifications that take the following processing steps into account. If the straightening process involves a further processing step, e.g. B. welding or bending, so to maintain the flatness in these subsequent steps, the necessary stress profiles in the workpiece can be set in a targeted manner by defining the straightening strategy in the individual straightening passes.
  • a further processing step e.g. B. welding or bending
  • the straightening strategy converts the calculations generated from the technological adjustment model into specifications for carrying out the respective straightening pass by generating a combination of specifications for adjusting machine functionalities.
  • the relevant machine functionalities are (as already mentioned) the main adjustment for all straightening rollers together (including tilting and pivoting), the individual straightening roller adjustment (for bending, stretching and compression compensation), the determination of the drive torques of each straightening roller and the straightening roller bending.
  • the individual straightening roller adjustment in particular can set the individual immersion depth and thus provide a targeted straightening strategy within a straightening pass.
  • the individual drive of each straightening roller enables the individual provision of torque for the straightening process.
  • the maximum overstretching is realized on more than one straightening roller and preferably an even number of maximum overstretches is set; so the number of plastic strains and compressions becomes the same for both surfaces of the workpiece.
  • the remaining alignment triangles are used to minimize the residual stress level.
  • the straightening rollers are adjusted in such a way that the stress peaks have a constant height over the sheet thickness.
  • the straightening rollers are adjusted in such a way that the stress peaks decrease from the middle of the workpiece thickness towards the surface.
  • a smoothing pass (a special setting for leveling a thick sheet) can also be carried out, in which, after leveling, a switch is made to a reduced number of rollers or to leveling with the maximum number of rollers.
  • the achievable flatness can also be set tailor-made for each workpiece, even with complex flatness errors.
  • figure 1 is a schematic view of a roll straightening machine 1 having a plurality of upper straightening rolls and a plurality of lower straightening rolls.
  • the upper straightening rollers follow one another in the conveying direction F, namely the straightening rollers 2, 3, 4 and 5.
  • the lower straightening rollers are offset in the conveying direction F in relation to the upper straightening rollers and follow one another in the conveyor direction, namely the straightening rollers 6, 7, 8 and 9.
  • a flat material 10 to be straightened is conveyed through the roller straightening machine 1 when the straightening rollers are fed onto the flat material 10 and rotated.
  • the drive of the straightening rollers is shown schematically in the form of arrows (A).
  • each of the straightening rollers 2 to 9 has a contact element, with those contact elements being denoted by 12 that act on the upper straightening rollers 2, 2, 3 and 5, and those contact elements that act on the lower straightening rollers 6, 7, 8 and 9 apply.
  • FIG. 3 It can be seen how preferably the flat material 10 is acted upon by the straightening rollers in order to straighten it.
  • an area P S of plastic compression is marked on the upper side of the flat material 10 and an area P D of plastic expansion on the underside of the flat material 10.
  • an elastic area E is marked on the area of the neutral axis of the flat material 10.
  • the lower straightening rollers 7 that follow in the conveying direction F are adjusted in such a way that an equally large forming force is exerted on the flat material 10 here as well, so that areas of plastic compression P S and plastic expansion P D again result, but now on the respective other sides of the flat material 10.
  • FIG figure 2 The specific procedure for straightening the flat material 10 is shown in FIG figure 2 .
  • a suitable sensor system 15 detects flatness errors in the flat material 10 before the straightening process and the measured values are made available in an area 16 as read-in or analyzed data.
  • Said area 16 receives additional information from a data set 14 that contains data about the material and geometry of the flat material 10 to be straightened. Comprehensive information is thus available in area 16 which provides information about the type, the geometry and the degree of flatness of the flat material 10 .
  • the adjustment model 17 is a mechanical substitute model for the flat material 10 to be straightened, in which the geometry is calculated by numerical simulation, which changes when the straightening rollers act upon it after the straightening process has been carried out results.
  • Such simulation systems for the deformation of the material are known as such in the prior art and therefore do not need to be described in more detail at this point.
  • One of the possible options is the calculation of the geometry and the stresses in the flat material 10 after the straightening process has been carried out using finite elements.
  • a straightening strategy can thus be determined by appropriate calculation, which is made available in area 18 after the simulation calculation has been carried out.
  • This straightening strategy includes guidelines for carrying out the straightening process for all planned straightening passes. This also results in the data required for the positioning of the straightening rollers and the actuation of the drives of the same.
  • the data for adjusting the straightening rollers are then generated in area 19, which also include the corresponding values for the rotary drive of the rollers (A). This data is then passed on to the adjustment elements 12, 13, which is shown schematically in figure 2 is shown.
  • the roller straightening machine 1 includes a number (1 to n) of straightening rollers 2 to 9 for straightening the workpiece 10 .
  • the errors (flatness errors) of the workpiece are determined before the straightening process. This determination can be made by measuring immediately before the straightening process, but the faults can also be detected at other points beforehand.
  • the flatness error data (measured by the sensors 15) and the general data set 14 are read in and analyzed and formatted if necessary, so that the technological adjustment model 17 can create the calculations for the straightening strategy.
  • the result of the calculation is the straightening strategy 18, which can, but does not have to, be spread over different straightening passes. Determining the necessary number of straightening stitches is also part of the straightening strategy.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Straightening Metal Sheet-Like Bodies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Rollenrichtmaschine, die eine Anzahl oberer Richtwalzen und eine Anzahl unterer Richtwalzen aufweist, wobei zwischen den Richtwalzen ein zu richtendes metallisches Flachmaterial, insbesondere ein Stahlband, in eine Förderrichtung geführt und dieses dabei gerichtet wird.
  • Ein Verfahren der genannten Art sowie eine entsprechende Rollenrichtmaschine sind aus der EP 0 551 658 B1 bekannt. Bei dieser Lösung ist vorgesehen, dass einzelne Richtwalzen gezielt angestellt werden, um die benötigte Position der Walzen für den Richtvorgang zu realisieren. Bei der hier beschriebenen Lösung wird die maximale Überstreckung an nur einer Richtrolle realisiert. Dabei sind nicht alle Rollen am Richtvorgang beteiligt, sondern nur eine Auswahl hiervon, es werden verschiedene Rollen auf Vorrat vorgehalten.
  • Eine ähnliche Lösung offenbart die US 2013/0327109 A1 . Hierbei werden die einzelnen Richtwalzen von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben.
  • Eine weitere Lösung ist in der EP 2 988 885 A1 beschrieben, wobei wiederum vorgesehen ist, dass für den gemeinsamen Antrieb der Richtwalzen ein Gruppenantrieb vorhanden ist. Bei dieser Lösung wird angestrebt, Wechselkassetten für unterschiedliche Richtaufgaben bereitzustellen, die als vollständige Module komplett ausgetauscht werden, so dass Kassetten mit großen Richtwalzendurchmessern und Kassetten mit kleinen Richtwalzendurchmessern vorgehalten werden können.
  • Die EP 0 946 312 A1 offenbart gleichermaßen ein gattungsgemäßes Richtverfahren, bei dem ein nicht-rotierendes Rollenrichtaggregat zum Einsatz kommt. Im Vorfeld des eigentlichen Richtvorgangs wird Offline eine Simulationsrechnung vorgenommen, die mögliche Variationen des Richtvorgangs umfasst. Die FR 2 893 520 A1 , die FR 2 732 913 A1 und die CN 102 672 003 B zeigen weitere Richtverfahren.
  • Die vorbekannte übliche Richtstrategie leitet die notwendige Überstreckung, welche zur Plastifizierung führt, lediglich an den ersten beiden Richtwalzen in das zu richtende Werkstück ein. Anschließend wird die Überstreckung stetig zurückgenommen, um ein ebenes Werkstück zu erhalten. So wird die maximale mögliche Plastifizierung nur von einer Seite in das Material eingetragen, wenn nur die ersten zwei Richtwalzen die maximale Überstreckung einbringen. Folglich ist auch das Einbringen eines definierten Spannungszustandes, insbesondere eines Spannungsprofils, mit den vorbekannten Lösungen nur bedingt möglich.
  • Insbesondere bei der Behandlung komplexer oder gar überlagerter Planheitsfehler liefern die vorbekannten Lösungen nur qualitativ unbefriedigende Richtergebnisse bzw. es ist eine relativ große Anzahl an Richtstichen erforderlich, um ein hinreichendes Ergebnis zu erreichen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass auch bei komplexen Planheitsfehlern mit wenigen Richtstichen ein Flachmaterial mit einem hohen Grad an Planheit bzw. Ebenheit hergestellt werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist:
    1. a) Ermitteln von individuellen Parametern des zu richtenden Flachmaterials und Vorgeben derselben an ein Rechensystem, wobei das Ermitteln der individuellen Parameter ein Vermessen von Unplanheiten des Flachmaterials umfasst;
    2. b) Durchführung einer Simulationsrechnung anhand eines im Rechensystem hinterlegten technologischen Anstellmodells auf der Basis der individuellen Parameter und Festlegung einer Richtstrategie aufgrund des Ergebnisses der Simulationsrechnung, wobei die Richtstrategie auf der Basis eines Richtvorgangs ermittelt wird, bei dem beim Richten in das Flachmaterial infolge der Beaufschlagung mit den Richtwalzen eine maximale Überstreckung eingebracht wird, wobei die maximale Überstreckung durch die erste Richtwalze, die in Förderrichtung folgende benachbarte Richtwalze und die in Förderrichtung weiter folgende benachbarte Richtwalze eingebracht wird;
    3. c) Durchführung des Richtvorganges in der Rollenrichtmaschine unter Zugrundelegung der festgelegten Richtstrategie, wobei alle Richtwalzen mittels eines individuellen Drehantriebs mit einem definierten Drehmoment beaufschlagt und/oder mit einer individuellen Drehgeschwindigkeit angetrieben werden.
  • Das Ermitteln der individuellen Parameter gemäß obigem Schritt a) kann dabei additiv eine Inaugenscheinnahme des Flachmaterials durch eine Bedienperson der Rollenrichtmaschine umfassen. Weiterhin kann es ein Feststellen von Materialdaten des Flachmaterials umfassen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln ein Festlegen von Eigenschaften des Flachmaterials nach dem Richtvorgang umfasst, insbesondere ein Zielspannungsprofil im Flachmaterial nach dem Richtvorgang.
  • Die Durchführung des Richtvorgangs gemäß obigem Schritt c) kann ein definiertes Anstellen der Richtwalzen umfassen.
  • Die Richtstrategie gemäß obigem Schritt b) kann das Richten des Flachmaterials mit einer Mehrzahl an Richtstichen umfassen.
  • Bevorzugt werden alle Richtwalzen mittels eines separaten Anstellelements in eine vorgegebene individuelle Zustellposition gebracht.
  • Die Anstellelemente und/oder die Drehantriebe aller Richtwalzen werden dabei durch eine Steuerung- oder Regelungseinrichtung betätigt.
  • Eine vorgeschlagene, nicht erfindungsgemäße Rollenrichtmaschine, die eine Anzahl oberer Richtwalzen und eine Anzahl unterer Richtwalzen aufweist, wobei zwischen den Richtwalzen ein zu richtendes metallisches Flachmaterial in eine Förderrichtung geführt und dieses dabei gerichtet werden kann, zeichnet sich dadurch aus, dass alle Richtwalzen ein individuelles Anstellelement und einen individuellen Drehantrieb aufweisen, mit denen alle Richtwalzen unabhängig voneinander angestellt und gedreht werden können.
  • Die vorgeschlagene Verfahrensweise stellt also auf die Überlegung ab, bei der Durchführung des Richtvorgangs zunächst relevante Daten, die das zu richtende Gut betreffen, zu ermitteln und in die Maschinensteuerung einzulesen bzw. einzugeben. Dann erfolgt die Ermittlung einer Richtstrategie für das zu richtende Material. Schließlich erfolgt der Richtvorgang durch Anstellen von Maschinenfunktionalitäten zur Durchführung des Richtvorgangs gemäß der ermittelten Richtstrategie. Die Richtstrategie wird dabei durch ein technologisches Anstellmodell ermittelt bzw. berechnet.
  • Bei den ermittelten bzw. gemessenen Materialdaten des zu richtenden Guts handelt es sich insbesondere um die Art der Legierung des Materials; auch die Dicke und die Festigkeit des Materials sind hierunter zu verstehen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Material um Stahlbelche oder -bänder. Erfasst und eingegeben werden können auch Fehlerarten bzw. Fehlertypen, die durch Messung oder Prüfung durch eine Person ermittelt bzw. festgestellt wurden. Das Einlesen des Datensatzes kann auf der Basis theoretische Berechnung oder, wie genannt, durch Messungen oder manuelle Eingaben erfolgen. Der Datensatz kann dabei Soll-Vorgaben für den Zustand des zu richtenden Guts nach dem Richten umfassen. Dabei können auch ein Zielspannungsprofil sowie vorausgehende und/oder nachfolgende Bearbeitungsschritte des Guts berücksichtigt werden.
  • Die Ermittlung der Richtstrategie kann auf der Basis der eingegebenen Fehlertypen erfolgen. Dabei kann die Richtstrategie für nur einen einzigen Richtvorgang oder auch für mehrere Richtstiche getrennt bzw. gemeinsam berechnet werden. Die Richtstrategie eines einzelnen zu richtenden Guts kann dabei zwischen zwei Richtstichen variieren; sie kann vorherige und nachfolgende Bearbeitungsschritte berücksichtigen. Bei Bedarf kann die Richtstrategie auch vom Bedienungspersonal geändert werden.
  • Beim Richten des metallischen Flachmaterials hat sich der Einsatz einer geradzahligen Anzahl maximaler Überstreckungen bewährt. Besagte maximale Überstreckungen können vorzugsweise an der zweiten und dritten Richtwalze erfolgen, weiterhin zusätzlich auch an der vierten Richtwalze. Die Thematik der Überstreckung als solche ist bekannt und in der oben bereits genannten EP 0 551 658 B1 erläutert, auf die insoweit ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Insoweit ist also vorgesehen, dass mehrere Richtrollen hintereinander jeweils die maximale Überstreckung realisieren.
  • Das Anstellen der Richtrollen erfolgt dabei so, dass die Spannungsspitzen über der Dicke des zu richtenden Flachmaterials möglichst eine konstante Höhe haben.
  • Bei den genannten Maschinenfunktionalitäten geht es vor allem um die Hauptanstellung der Rollen, deren Kippen und Schwenken und um die Biege-, Dehnungs- und Stauchkompensation.
  • Dabei ist insbesondere die Einzelrichtwalzenanstellung vorgesehen sowie ein individueller Antrieb jeder einzelnen Richtwalzen (hinsichtlich deren Antriebsmomente und Drehzahlen). Die Richtwalzen sind demgemäß bevorzugt einzeln anstellbar und einzeln antreibbar.
  • Hinsichtlich des genannten Anstellmodells sei erwähnt, dass dieses zunächst aus einer Materialdatenbank besteht sowie aus den notwendigen Eingaben, um ausgehend hiervon eine numerische Simulation des Verformungsverhaltens des metallischen Flachmaterials unter dem Einfluss der Richtrollen durchzuführen. Für eine solche Simulation wird nur eine geringe Zeit von weniger als 1 Sekunde benötigt.
  • Die vorgeschlagene Rollenrichtmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass eine Ansteuereinrichtung zur einzelnen Ansteuerung der vorhandenen Maschinenfunktionalitäten vorgesehen ist, welche auf Basis einer vorher ermittelten Richtstrategie die Funktionalitäten einstellt.
  • Demgemäß wird im Rahmen der Richtstrategie insbesondere die Anzahl und Richtwalzenfolge vorgegeben bzw. ermittelt, die eine Überstreckung erlauben, insbesondere auf Basis weiterer Datensätze, die über die Materialdaten hinausgehen, wie Fehlertyp und Produktionseigenschaften.
  • Bei der Richtstrategie handelt es sich letztlich um eine Kombination aus Vorgaben zur Anstellung von Maschinenfunktionalitäten, welche auf der Berechnung des technologischen Anstellmodells beruhen. Bei mehreren erforderlichen Richtstichen und/oder komplexen und/oder überlagerten Fehlern kann die Richtstrategie für die jeweiligen erforderlichen Richtstiche eines einzigen Werkstücks voneinander abweichen und erst in Summe zum optimalen Richtergebnis führen.
  • Betreffend die Maschinenfunktionalität sei angemerkt, dass diese die Stellglieder zur Einstellung und/oder Regelung von Umformparametern umfasst, wobei insbesondere die Drehzahl und das Drehmoment der einzelnen Richtwalzen, die Eintauchtiefe der einzelnen Richtwalzen, die Anstellkraft der einzelnen Richtwalzen, die Lagevorgaben (Schwenken/Biegen) der einzelnen Richtwalzen und die Hauptanstellung aller Richtwalzen zu nennen ist.
  • Hinsichtlich der Planheitsfehler (Ebenheitsfehler) des Flachmaterials können diese wie folgt unterschieden werden:
    Elementare (einachsige) Planheitsfehler sind das Coil set (unterschiedliche Faserlängen in Längsrichtung auf der Bandoberseite bzw. Bandunterseite), der Crossbow (unterschiedliche Faserlängen in Querrichtung (oben/unten)), der Twist (unterschiedliche Faserlängen in Längsrichtung (oben/unten) ungleichmäßig über die Bandbreite).
  • Komplexe (mehrachsige) Planheitsfehler sind Edge Waves (unterschiedliche Faserlängen von der Bandkante zur Bandmitte), Centre Buckles (unterschiedliche Faserlängen von der Bandmitte zur Bandkante), Quarter Buckles (unterschiedliche Faserlängen in Längsrichtung (Streifen)) und kurzwelliges bzw. langwelliges Erscheinen der Wellen.
  • Zentral stellt somit die vorliegende Erfindung auf ein technologisches Anstellmodell ab, welches im Wesentlichen aus einer Materialdatenbank besteht und welches durch weitere Eingaben eine komplexe Berechnung des Richtvorgangs vornehmen kann. Gerade die Berücksichtigung der weiteren Eingaben führt zu einer wesentlichen Verbesserung des Richtverfahrens.
  • Weitere Eingaben in diesem Sinne sind in erster Linie Informationen über die Art und Lage der zu behebenden Fehler. Vor allem in Kenntnis der Fehler kann das technologische Modell diejenigen Berechnungen anstellen, die zu einer effektiven und maßgeschneiderten Richtstrategie führt. Dabei kann es sein, dass für die Behebung von Fehlern mehrere Richtstiche, also Durchläufe durch die Richtmaschine, notwendig werden, bei denen die Fehler insgesamt behoben werden. Dabei kann es durchaus vorkommen, dass in einem Richtvorgang (Richtstich) ein Fehler behoben wird, der zu einer Verstärkung eines anderen Fehlers führt, welcher dann erst in einem weiteren Richtstich ausgeglichen wird. Es müssen nicht zwangsläufig alle Fehler gleichmäßig und gemeinsam in einem Richtstich behoben werden. Die Richtstrategie berücksichtigt das zu erreichende Gesamtergebnis und definiert die dazu notwendigen Schritte.
  • Die Berechnung des technologischen Anstellmodells lässt sich darüber hinaus noch um die Berücksichtigung vorheriger Produktionsschritte erweitern. Sind Restspannungsverteilungen vorhergehender Bearbeitungsschritte bekannt, so werden auch diese in die technologischen Berechnungen einbezogen. Das gilt insbesondere für Kühlungen, wo auch in der Werkstückfläche (Ränder zu Mitte) unterschiedliche Verteilungen berücksichtigt werden. Diese resultieren aus physikalisch notwendiger variabler Temperaturverteilung und damit bei vielen Stahlmarken resultierenden unterschiedlichen Gefügebestandteilen. Die Information hierüber kann über einen beliebigen Datentransfer erfolgen, wie z. B. mittels einer Kopplung mit einem Kühlmodell.
  • Gleiches gilt für die Bereitstellung von Daten aus vorherigen Walzprogrammen, die häufig Gefügebestandteile (z. B. Austenitdekomposition) Korngrößenverteilungen und Versetzungsdichten liefern können. Die Information kann auch hier über einen beliebigen Datentransfer erfolgen, wie z. B. eine Kopplung zu einem Walzmodell.
  • Die von vorausgegangenen Prozess-Schritten bekannten Restspannungs- und Dehnungsverteilungen werden für die Festlegung der minimal erforderlichen Plastifizierung im nachfolgenden Richtstich verwendet.
  • Das technologische Anstellmodell kann darüber hinaus Vorgaben einfließen lassen, die folgende Bearbeitungsschritte berücksichtigt. Wenn dem Richtvorgang ein weiterer Bearbeitungsschritt, z. B. Schweißen oder Biegen, folgen sollte, so können zur Beibehaltung der Ebenheit in diesen Folgeschritten die notwendigen Spannungsprofile im Werkstück gezielt durch Festlegung der Richtstrategie in den einzelnen Richtstichen eingestellt werden.
  • Somit wird für jedes Werkstück eine individuelle Berechnung vorgenommen, die nicht nur auf den reinen Materialvorgaben (wie Legierung, Dicke, Breite, generelle Festigkeit) beruht, sondern wesentlich darüber hinausgeht.
  • Die Richtstrategie setzt die aus dem technologischen Anstellmodell generierten Berechnungen in Vorgaben zur Durchführung des jeweiligen Richtstiches um, indem sie eine Kombination aus Vorgaben zur Anstellung von Maschinenfunktionalitäten erzeugt. Die relevanten Maschinenfunktionalitäten sind (wie bereits genannt) die Hauptanstellung für alle Richtwalzen gemeinsam (inkl. Kippen und Schwenken), die Einzelrichtwalzenanstellung (zur Biege-Dehnung und Stauchungskompensation), die Festlegung der Antriebsmomente jeder Richtwalze und die Richtwalzenbiegung.
  • Besonders die Einzelrichtwalzenanstellung kann die individuellen Eintauchtiefe einstellen und so eine gezielte Richtstrategie innerhalb eines Richtstiches vorsehen. Der Einzelantrieb jeder Richtwalze ermöglicht die individuelle Bereitstellung eines Drehmomentes für den Richtvorgang.
    • Aspekte der Richtstrategien sind:
  • Die maximale Überstreckung wird (wie im Stand der Technik) an der ersten Richtwalze realisiert.
  • Die maximale Überstreckung wird an mehr als einer Richtwalze realisiert und bevorzugt eine gerade Anzahl von maximalen Überstreckungen eingestellt; so wird die Anzahl der plastischen Dehnungen und Stauchungen für beide Oberflächen des Werkstücks gleich. Die verbleibenden Richtdreiecke werden zur Minimierung des Restspannungsniveaus genutzt.
  • Es erfolgt ein Anstellen der Richtwalzen derart, dass die Spannungsspitzen über die Blechdicke eine konstante Höhe haben.
  • Es erfolgt ein Anstellen der Richtwalzen derart, dass die Spannungsspitzen von der Werkstückdickenmitte aus zur Oberfläche hin abnehmen.
  • Es werden mehrere Rollen zum Aufbau der maximalen Uberstreckung verwendet.
  • Das vermindert beim gleichen Wert der maximalen Überstreckung (bzw. maximalen Wert der Plastifizierung) die dafür erforderliche Anstellung (Intermeshing) der Rollen. Die sonst erforderlichen extremen Anstellungen der in Richtung des Richtstiches ersten Rollen, werden mit dieser Methode drastisch reduziert:
    Anstellen der ersten Richtwalzen so, dass die maximale Überstreckung an der ersten, der zweiten und der dritten Richtwalze erreicht wird.
  • Anstellen der ersten Richtwalzen so, dass die maximale Überstreckung an der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Richtwalze erreicht wird.
  • Es kann auch ein Glättstich (spezielle Anstellung zum Richten eines dicken Bleches) erfolgen, bei dem nach dem Richten auf reduzierte Walzenanzahl umgeschaltet wird oder auf ein Richten mit maximaler Richtwalzenanzahl.
  • Mit der geeigneten Richtstrategie lässt sich die Anzahl der notwendigen Richtstiche reduzieren.
  • Mit der geeigneten Richtstrategie lässt sich weiterhin die erreichbare Ebenheit auch bei komplexen Ebenheitsfehlern maßgeschneidert für jedes Werkstück einstellen.
  • Die Einbringung der maximalen Überstreckung erfolgt dabei gezielt auf beiden Seiten des Werkstücks.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
    • Fig. 1
    zeigt schematisch eine Rollenrichtmaschine, in der ein metallisches Band gerichtet wird,
    Fig. 2
    zeigt schematisch die Rollenrichtmaschine, wobei die Steuerung derselben durch ein Blockschaltbild illustriert ist, und
    Fig. 3
    zeigt schematisch die Umformverhältnisse bei einem metallischen Band, welches die Rollenrichtmaschine passiert.
  • In Figur 1 ist schematisch eine Rollenrichtmaschine 1 zu sehen, die mehrere obere Richtwalzen und mehrere untere Richtwalzen aufweist. Die oberen Richtwalzen folgen in Förderrichtung F aufeinander, nämlich die Richtwalzen 2, 3, 4 und 5. Die unteren Richtwalzen sind in Förderrichtung F zu den oberen Richtwalzen versetzt und folgen gleichermaßen in Fördererrichtung aufeinander, nämlich die Richtwalzen 6, 7, 8 und 9. Ein zu richtendes Flachmaterial 10 wird durch die Rollenrichtmaschine 1 gefördert, wenn die Richtwalzen auf das Flachmaterial 10 zugestellt und gedreht werden. Der Antrieb der Richtwalzen ist dabei schematisch in Form der Pfeile (A) dargestellt.
  • Ebenfalls nicht zu erkennen ist demgemäß, dass für jede der Richtwalzen 2 bis 9 ein separater Antrieb vorhanden ist, der unabhängig von den Antrieben der anderen Richtwalzen arbeitet und für jede der Richtwalzen ein individuelles Drehmoment für den Antrieb der Walze bzw. eine individuelle Drehzahl vorgibt.
  • Gleichermaßen weist jede der Richtwalzen 2 bis 9 ein Anstellelement auf, wobei diejenigen Anstellelemente mit 12 bezeichnet sind, die die oberen Richtwalzen 2, 2, 3 und 5 beaufschlagen, und diejenigen Anstellelemente mit 13 bezeichnet sind, die die unteren Richtwalzen 6, 7, 8 und 9 beaufschlagen.
  • In Figur 3 ist dabei zu erkennen, wie bevorzugt die Beaufschlagung des Flachmaterials 10 durch die Richtwalzen erfolgt, um dieses zu richten. In dieser Figur ist zu erkennen, dass die in Förderrichtung F folgende erste obere Richtwalzen 2 derart zugestellt ist, dass das zu richtende Flachmaterial 10 plastisch verformt wird. Unterhalb der Richtwalzen 2 ist ein Bereich PS der plastischen Stauchung an der Oberseite des Flachmaterials 10 markiert sowie ein Bereich PD der plastischen Dehnung an der Unterseite des Flachmaterials 10. Im Bereich der neutralen Faser des Flachmaterials 10 befindet sich ein elastischer Bereich E.
  • Die in Förderrichtung F folgende untere Richtwalzen 7 ist so zugestellt, dass auch hier auf das Flachmaterial 10 eine gleich große Umformkraft ausgeübt wird, so dass sich wiederum Bereiche der plastischen Stauchung PS bzw. der plastischen Dehnung PD ergeben, jetzt jedoch auf den jeweils anderen Seiten des Flachmaterials 10.
  • Das konkrete Vorgehen beim Richten des Flachmaterials 10 ergibt sich aus Figur 2.
  • Hier ist zu erkennen, dass über eine geeignete Sensorik 15 Planheitsfehler des Flachmaterials 10 vor dem Richtvorgang erfasst und die gemessenen Werte als eingelesene bzw. analysierte Daten in einem Bereich 16 zur Verfügung gestellt werden. Besagter Bereich 16 erhält noch ergänzende Informationen durch einen Datensatz 14, die Daten über Material und Geometrie des zu richtenden Flachmaterials 10 enthält. Somit stehen im Bereich 16 umfassende Informationen zur Verfügung, die über die Art, die Geometrie und den Planheitsgrad des Flachmaterials 10 Auskunft geben.
  • Diese Daten werden einem Rechensystem 11 zur Verfügung gestellt, in dem ein technologisches Anstellmodell 17 gespeichert ist. Das Anstellmodell 17 ist ein mechanisches Ersatzmodell für das zu richtende Flachmaterial 10, bei dem per numerischer Simulation die Geometrie berechnet wird, die sich bei der Beaufschlagung durch die Richtwalzen nach Durchführung des Richtvorgangs ergibt. Derartige Simulationssysteme für die Verformungen des Materials sind im Stand der Technik als solche bekannt und müssen daher an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden. Eine der infrage kommenden Möglichkeiten ist die Berechnung der Geometrie und der Spannungen im Flachmaterial 10 nach Durchführung des Richtprozesses mittels Finiter Elemente.
  • Durch entsprechende Berechnung kann somit eine Richtstrategie ermittelt werden, die nach Durchführung der Simulationsrechnung im Bereich 18 zur Verfügung gestellt wird. Diese Richtstrategie umfasst Vorgaben für die Durchführung des Richtprozesses für alle vorgesehenen Richtstiche. Dabei ergeben sich auch die benötigten Daten für die Positionierung der Richtwalzen und der Betätigung der Antriebe derselben.
  • Hieraus werden dann im Bereich 19 die Daten für das Anstellen der Richtwalzen generiert, die auch die entsprechenden Werte für den Drehantrieb der Walzen (A) umfassen. Diese Daten werden dann an die Anstellelemente 12, 13 weitergegeben, was schematisch in Figur 2 dargestellt ist.
  • Somit lässt sich zusammenfassend sagen, dass die Rollenrichtmaschine 1 eine Anzahl (1 bis n) Richtwalzen 2 bis 9 zum Richten des Werkstücks 10 umfasst. Die Fehler (Planheitsfehler) des Werkstücks werden vor dem Richtvorgang ermittelt. Diese Ermittlung kann durch Messung unmittelbar vor dem Richtvorgang erfolgen, die Fehlererfassung kann aber auch an anderen Stellen vorher erfolgt sein.
  • Ein zum Flachmaterial (Werkstück) 10 gehörender Datensatz mit geometrischen Abmessungen des Werkstücks, Materialdaten des Werkstücks, aber auch Angaben zum Sollzustand des Werkstücks unter Berücksichtigung des gesamten Richtvorgangs unter Einbeziehung sämtlicher vorgesehener Richtstiche stehen (gegebenenfalls durch manuelle Eingaben und gegebenenfalls auch Daten des Anlagenzustands umfassend) zusätzlich zur Verfügung.
  • Die Daten der Planheitsfehler (gemessen über die Sensorik 15) und der generelle Datensatz 14 werden eingelesen und analysiert sowie bei Bedarf formatiert, so dass das technologische Anstellmodell 17 die Berechnungen zur Richtstrategie erstellen kann. Das Ergebnis der Berechnung ist die Richtstrategie 18, welche sich auf verschiedene Richtstiche verteilen kann, aber nicht muss. Die Bestimmung der notwendigen Anzahl Richtstiche gehört ebenfalls zur Richtstrategie.
  • Zur Umsetzung der Richtstrategie ist für jeden zugehörigen Richtstich die Setzung von Maschinenfunktionalitäten notwendig. Besonders die Einzelanstellung und der entsprechende Einzelantrieb (zur Einstellung des individuellen Drehmoments) der Richtwalzen 2 bis 9 schaffen die Flexibilität, welche die Einstellung der unterschiedlichen Richtstrategien ermöglicht und somit eine optimale Behandlung des Flachmaterials 10. Insbesondere die Einstellung einer geraden Anzahl Überstreckungen (s. hierzu Figur 3) und die Auswahl von Richtrollen, die die Überstreckung generieren, kann so erfolgen.
  • Die Maschinenfunktionalitäten sind sehr vielfältig; sie sind in Figur 2 nur schematisch dargestellt (als Einwirkung auf die Anstellelemente 12, 13). Hierunter ist generell zu verstehen, dass sämtliche Funktionalitäten der Anstellung berücksichtigt werden.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Rollenrichtmaschine
    2
    obere Richtwalze
    3
    obere Richtwalze
    4
    obere Richtwalze
    5
    obere Richtwalze
    6
    untere Richtwalze
    7
    untere Richtwalze
    8
    untere Richtwalze
    9
    untere Richtwalze
    10
    zu richtendes Flachmaterial
    11
    Rechensystem
    12
    Anstellelement
    13
    Anstellelement
    14
    Datensatz
    15
    Sensorik zur Erfassung von Planheitsfehlern
    16
    eingelesene Daten / analysierte Daten
    17
    technologisches Anstellmodell
    18
    ermittelte Richtstrategie für alle Richtstiche
    19
    Daten für das Anstellen der Richtwalzen
    F
    Förderrichtung
    PS
    Bereich plastischer Stauchung
    PD
    Bereich plastischer Dehnung
    E
    elastischer Bereich
    A
    Antrieb

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Rollenrichtmaschine (1), die eine Anzahl oberer Richtwalzen (2, 3, 4, 5) und eine Anzahl unterer Richtwalzen (6, 7, 8, 9) aufweist, wobei zwischen den Richtwalzen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) ein zu richtendes metallisches Flachmaterial (10) in eine Förderrichtung (F) geführt und dieses dabei gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist:
    a) Ermitteln von individuellen Parametern des zu richtenden Flachmaterials (10) und Vorgeben derselben an ein Rechensystem (11), wobei das Ermitteln der individuellen Parameter ein Vermessen von Unplanheiten des Flachmaterials (10) umfasst;
    b) Durchführung einer Simulationsrechnung anhand eines im Rechensystem (11) hinterlegten technologischen Anstellmodells auf der Basis der individuellen Parameter und Festlegung einer Richtstrategie aufgrund des Ergebnisses der Simulationsrechnung, wobei die Richtstrategie auf der Basis eines Richtvorgangs ermittelt wird, bei dem beim Richten in das Flachmaterial (10) infolge der Beaufschlagung mit den Richtwalzen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) eine maximale Überstreckung eingebracht wird, wobei die maximale Überstreckung durch die erste Richtwalze (6), die in Förderrichtung (F) folgende benachbarte Richtwalze (2) und die in Förderrichtung weiter folgende benachbarte Richtwalze (7) eingebracht wird;
    c) Durchführung des Richtvorganges in der Rollenrichtmaschine (1) unter Zugrundelegung der festgelegten Richtstrategie, wobei alle Richtwalzen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) mittels eines individuellen Drehantriebs mit einem definierten Drehmoment beaufschlagt und/oder mit einer individuellen Drehgeschwindigkeit angetrieben werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der individuellen Parameter gemäß Schritt a) von Anspruch 1 additiv ein Feststellen von Materialdaten des Flachmaterials (10) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der individuellen Parameter gemäß Schritt a) von Anspruch 1 additiv ein Festlegen von Eigenschaften des Flachmaterials (10) nach dem Richtvorgang umfasst, insbesondere ein Zielspannungsprofil im Flachmaterial (10) nach dem Richtvorgang.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung des Richtvorgangs gemäß Schritt c) von Anspruch 1 ein definiertes Anstellen der Richtwalzen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) umfasst.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtstrategie gemäß Schritt b) von Anspruch 1 das Richten des Flachmaterials (10) mit einer Mehrzahl an Richtstichen umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Richtwalzen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) mittels eines separaten Anstellelements (12, 13) in eine vorgegebene individuelle Zustellposition gebracht werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellelemente (12, 13) und/oder die Drehantriebe aller Richtwalzen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) durch eine Steuerung- oder Regelungseinrichtung betätigt werden.
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