FI112539B - Laite nauhamaisen tai lankamaisen läpikulkevan materiaalin kovuuden määrittämiseksi - Google Patents

Description

112539

Laite nauhamaisen tai lankamaisen läpikulkevan materiaalin kovuuden määrittämiseksi

Keksinnön kohteena on oheistetun patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukainen laite kelauslaitteen välillä liikkuvan nauha- tai lankamaisen metallisen materiaalin kovuuden määrittämiseksi.

Kuparinauhan rekristallisaatiohehkutuksen yhteydessä on tunnettua ohjata kelalla oleva kuparinauha läpikulkuhehkutusuunin läpi. Jotta peräkkäin uunin läpi ohjattujen kuparinauhojen kovuus olisi mahdollisimman tasainen, on 10 nauhan alusta ja lopusta tähän asti otettu läpikulkuhehkutusuunin jälkeen näytteitä, joiden kovuus on tutkittu. Tähän on käytetty tunnettuja menetelmiä, esimerkiksi Brinellin tai Vickersin kokeita. Mittaustulosten perusteella voidaan sitten suorittaa säätötoimenpiteitä valmistusprosessissa. Tämä tarkoittaa sitä, että uunin lämpötilaa ja/tai kuparinauhojen läpikulkunopeutta voidaan muuttaa. Nämä 15 toimenpiteet voidaan kuitenkin suorittaa vain jälkeenpäin, koska näytteet voidaan ottaa vain nauhan alusta ja lopusta. Väliltä otetut näytteet tekisivät kupari-nauhasta käyttökelvottoman. Valmistusprosessia voidaan näin ollen käytännössä vain valvoa, mutta ei aktiivisesti säätää. Näytteiden otto, kovuuden mittaus, mittaustulosten kirjaus ym. vaativat lisäksi lisätyövoimaa. Edelleen on huomatta-20 va, että kovuuden mittaus suoritetaan yleensä laboratoriossa, joka ei yleensä sijaitse läpikulkuhehkutusuunin läheisyydessä.

Keksinnön tehtävänä on patenttivaatimuksen 1 johdannossa kuva-#tuista tunnusmerkeistä liikkeelle lähtien aikaansaada laite, joka sallii liikkuvan lä-pikulkevan materiaalin kovuuden mittauksen siten, että kovuuden hajonta pie-.:. 25 nenee ja tuotantoteho suurenee.

Tehtävän menetelmäteknisen osan ratkaisu koostuu patenttivaati-muksen 1 tunnusmerkeistä.

* · · * * ·

Keksinnön suositeltavat suoritusmuodot on esitetty oheistetuissa pa-,, , tenttivaatimuksissa 2 - 7.

: 30 Keksinnön mukainen laite sallii kovuuden mittausten suorittamisen eri I I » kohdilta läpikulkevan materiaalin koko leveydeltä. On ajateltavissa, että kovuu-; V: denkoetinta voidaan siirtää käsin kierrekaralla poikittain läpikulkevaan materiaa- liin nähden. Vaihtoehtona on karan käyttö ohjelmaohjatulla vaihtosuuntaisella moottorilla, jotta materiaalin läpikulun aikana voitaisiin käydä läpi ennalta määrä-

• I I

35 tyt mittauspisteet.

2 112539 Käsittelylaitoksen ja kelauslaitteen välillä liikkuvan nauhamaisen tai lankamaisen metallisen materiaalin kovuuden mittaus pallon kimmahdusmene-telmää käyttäen mahdollistaa kovuuden mittaamisen moneen kertaan mielivaltaisilta jaksoilta, jolloin yksittäisistä mittauksista saadaan keskiarvo, jota voidaan 5 käyttää prosessin ohjauksen elektronisena signaalina. Tällä tavalla ei siis ainoastaan mahdollisteta automaattista kovuuden mittausta ja kirjausta, vaan voidaan samalla taata jatkuva laadun varmistus ja tarkkailu koko valmistusprosessin ajan. Erityisesti läpikulkuhehkutusuunin muodostaman käsittelylaitoksen tuotantoa voidaan lisätä kuparinauhan muodostamaa läpikulkevaa materiaalia läpi-10 kulkuhehkutusuunissa käsiteltäessä, sillä sekä uunin lämpötila että kuparinauhan nopeus voidaan säätää optimaaliseksi. Kelalta vedettyä ja läpikulkuhehkutusuunin läpi ohjattua kuparinauhaa voidaan liikuttaa yksilöllisesti optimaalisilla asetusarvoilla, niin että kuparinauhojen kovuuden hajontaa (teknisten ominaisuuksien ohjausta) voidaan pienentää merkittävästi. Kokeet ovat osoittaneet, et-15 tä keksinnön mukaista menetelmää käyttämällä voidaan saavuttaa 50 %:n pienennys kovuuden hajontaan ja 5 %:n lisäys tuotantotehoon.

Pallon kimmahdusmenetelmän käyttö keksinnön mukaisen menetelmän yhteydessä osoittautuu erityisen edulliseksi siksi, että kokeet ovat osoittaneet, että läpikulkevan materiaalin tavallisilla, noin 30 m/min:n nopeuksilla ei 20 esiinny kovuuden mittaustulosten vääristymiä materiaalin ja koetuspallon suhteellisten liikkeiden johdosta. Keksinnön mukainen säädettävä mittausmenetel-mä on pohjimmiltaan vertailumenetelmä, joka pitää luonnollisesti etukäteen ka-.' libroida.

Merkityksellistä on myös se, että läpikulkeva materiaali on tiukasti :. 25 pyörivällä tukipinnalla, jolloin koetuspallo löytää tarvittavan vastuksen tukipinnan , . lakipisteestä.

’ ·: Keksinnön mukaisesti käsittelylaitoksen ja kelauslaitteen väliin sijoite taan tukirulla, jonka akseli kulkee poikittain läpikulkevan materiaalin kulkusuuntaan nähden. Sekä tukirullan eteen että sen taakse sijoitetaan sopivalle etäisyy-• ‘ 30 delle puristusrulla, jotka huolehtivat siitä, että läpikulkeva materiaali painuu va- kiovetovoimalla kaarimaisesti tukirullaa vasten. Kun läpikulkevan materiaalin ; kiertymiskulma on suuruudeltaan vähintään noin 20° taataan materiaalin varma tukeutuminen tukirullaan.

Tukirullan lakipisteeseen on sijoitettu pallon kimmahdusmenetelmällä 35 toimiva kovuudenkoetin. Siinä on koetuspallo, joka on tarkoitettu vain läpikulke- ; vaa materiaalia varten. Koetuspallo voidaan lukita jousivoimalla valmiusasen- 3 112539 toon, josta se kovuuden mittaamiseksi voidaan vapauttaa. Kimmahdus- ja ta-kaisinkimmahdusnopeudet mitataan tällöin kosketuksetta. Koetuspallon kiinnit-timessä voi tätä varten olla kestomagneetti, joka koetusiskun aikana kulkee kelan läpi ja indusoi edestakaisinliikkeen aikana jännitteitä, jotka ovat verrannollisia 5 liikkeiden nopeuksiin. Kimmahdus- ja takaisinkimmahdusnopeuksien mittausarvoista lasketaan tietojenkäsittelylaitteessa kovuusluku. Sitä voidaan sitten käyttää käsittelylaitoksen käsittelyn ominaispiirteiden ja/tai läpikulkevan materiaalin nopeuden säätämiseen. Tarkasti voidaan säätää esimerkiksi läpikulkuhehku-tusuunin lämpötilaa ja/tai kuparinauhan kulkunopeutta. Tällä tavalla voidaan sello västi pienentää käsittelylaitoksen kautta kulkevan materiaalin kovuuden hajontaa.

Tämän lisäksi voi olla tarkoituksenmukaista sijoittaa kovuudenkoetti-men ja kelauslaitteen väliin valssausväline, jossa läpikulkevaan materiaaliin, erityisesti kuparinauhaan, valssataan vielä määrätyllä valssausmäärällä kovuus-15 kaiverrus.

Läpikulkevan materiaalin, erityisesti kuparinauhan, vahingoittumisen välttämiseksi tukirulla ja puristusrullat on patenttivaatimuksen 2 mukaisesti päällystetty kovalla muovilla.

Patenttivaatimuksen 3 tunnusmerkkien mukainen, tukirullan akseliin 20 nähden poikittain siirtyvä kannatin sallii kovuudenkoettimen siirtämisen riittävän kauas läpikulkevasta materiaalista, kun materiaalin alku- tai loppupää ohittaa :,;.: kovuudenkoettimen. Näin vältetään kovuudenkoettimen vahingoittuminen.

, :· Patenttivaatimuksen 4 tunnusmerkkien mukaisesti on edullista, että kannatinta voidaan siirtää paineainesylinterillä suhteellisesti kiinteään tukeen 25 nähden. Kyseessä voi olla ensi sijassa kaksitoiminen paineilmasylinteri. Tämä paineainesylinteri on kiinnitetty kiinteään tukeen ensi sijassa sylinterin rungolla ja kannattimeen männänvarrella. Paineainesylinterin liikettä voidaan näin säätää tarkasti.

Patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkit sallivat kovuudenkoettimen kiin-30 nittämisen ohjelmaohjatusti, jolloin on edullista käyttää kaksitoimista paineil-masylinteriä.

Kannattimen ja tukirungon välistä etäisyyttä voidaan säätää patentti-. vaatimuksen 6 tunnusmerkkien mukaisesti ja se voidaan lukita kulloinkin asetet tuun asentoon. Tämä sallii kovuudenkoettimen erittäin tarkan asetuksen läpikul-35 kevään materiaaliin, erityisesti kuparinauhaan nähden.

4 112539

Koetuspallon valmiusasennosta aktivoiminenkin voi patenttivaatimuksen 7 tunnusmerkkien mukaisesti tapahtua paineainesylinterillä, joka koostuu ensi sijassa kaksitoimisesta paineilmasylinteristä.

Keksintöä valaistaan seuraavassa lähemmin piirustuksissa esitetyn 5 suoritusesimerkin avulla.

Kuvio 1 esittää kuparinauhan rekristallisaatiohehkutuslaitoksen ja sen yhteydessä olevan kuparinauhan kovuuden määrityslaitteen, kuvio 2 esittää suurennetun pystyleikkauksen kuvion 1 linjaa II - Il pitkin ja 10 kuvio 3 esittää vielä enemmän suurennetun pystyleikkauksen kuvion 1 linjaa III - III pitkin.

Kuviossa 1 on merkitty numerolla 1 SF-Cu-nauhaa, joka tulee lähemmin esittämättä jätetystä kelasta noin 1 200 m:n pituisena. Kuparinauha 1 on 1 000 mm leveä ja 0,6 mm paksu. Kuparinauhan kulkunopeus on noin 10 -15 40 m/min.

Kuparinauha 1 ohjataan rekristallisaatiohehkutusta varten ylhäältä ohjausrullalta 2 pystysuoraan alaspäin läpikulkuhehkutusuunin 3 läpi. Uunin 3 kuumennusvyöhykkeiden lämpötila on noin 600 - 750 °C.

Läpikulkuhehkutusuunin 3 alapäässä kuparinauha 1 käännetään oh-20 jausrullan 4 avulla ulos uunista ja ohjataan toisen ohjausrullan 5 jälkeen laitteeseen 6, jossa määritetään kuparinauhan 1 kovuus. Laitteen 6 edessä ja takana * olevat puristusrullat 7, 8 huolehtivat siitä, että kuparinauha 1 painuu ainakin noin 20°:n kiertymiskulmalla a kaarimaisesti tasaisesti vaakasuoralla, kuparinauhan 1 . · kulkusuuntaan LR nähden poikittain kulkevalla akselilla 9 pyörivää tukirullaa 10 • 25 vasten.

: · Lopuksi kelauslaite 11 kokoaa kuparinauhan 1 taas kelaksi.

Kuparinauhan 1 kovuuden mittaavan laitteen 6 ja kelauslaitteen 11 väliin voidaan sijoittaa esittämättä jätetty valssausväiine, jossa kuparinauhaan 1 valssataan vielä määrätyllä valssausmäärällä kovuuskaiverrus.

; 30 Ohjausrullat 2, 4 ja 5, puristusrullat 7 ja 8 sekä tukirulla 10 on kupari- nauhan 1 vahingoittumisen estämiseksi päällystetty kovalla muovilla.

Kuparinauhan 1 kovuuden mittaava laite 6 on esitetty lähemmin kuvioissa 2 ja 3. Se käsittää tukirullan 10 yläpuolella olevan ja pallon kimmahdus-menetelmällä toimivan kovuudenkoettimen 13. Tämä kovuudenkoetin 13 on lä-35 hemmin esittämättä jätetyn tietojenkäsittely- ja ohjauslaitteiston avulla kytketty lähemmin esittämättä jätettyihin läpikulkuhehkutusuunin 3 säätölaitteisiin ja/tai 5 112539 kelauslaitteen 11 käyttimeen. Siinä on lähemmin esittämättä jätetty koetuspallo, joka kuparinauhan 1 kulkiessa laitteen läpi singotaan valmiusasennosta kupari-nauhan pintaa 14 vasten ja joka kimpoaa siitä takaisin. Koetuspallon kimmah-dus- ja takaisinkimmahdusnopeuksien mittausarvoista määritetään kovuusluku, 5 jota sitten käytetään kuparinauhan kulkunopeuden ja/tai läpikulkuhehkutusuunin lämpötilan säätämiseen.

Kuvio 3 esittää lähemmin, että kovuudenkoetin 13 on kiinnitetty pitkittäisleikkauksena U:n muotoisen kannattimen 16 vaakasuoraan alahaaraan 15. Haara 15 ulottuu mittaustilanteessa aivan kuparinauhan 1 yläpuolelle.

10 Kovuudenkoettimessa 13 on kiinnitysosa 17, joka on kiinnitetty kul man muotoisen tukirungon 19 vaakasuoraan haaraan 18, ja tukirunko 19 siirtyy kaksoisnuolen PF suuntaisesti pakotetusti kannattimeen 16 nähden.

Tukirungon 19 vaakasuoraan haaraan 18 on kiinnitetty lisäksi kaksi-toimisen paineilmasylinterin 21 männänvarsi 20, ja sylinterin runko 22 on kiinni-15 tetty kannattimen 16 vaakasuoraan ylähaaraan 23. Säätömutteri 24 mahdollistaa tukirungon 19 ja kannattimen 16 vaakasuorien haarojen 18 ja 23 välisen etäisyyden A tarkan säätämisen.

Kannattimen 16 vaakasuoraan ylähaaraan 23 kiinnitetään lisäksi kaksitoimisen paineilmasylinterin 26 runko 25, ja paineilmasylinterin 26 män-20 nänvarsi 27 voi koskettaa kovuudenkoettimen 13 laukaisunappia 28.

Kannattimen 16 vaakasuoraan ylähaaraan 23 liittyy vielä toisen kak-sitoimisen paineilmasylinterin 30 männänvarsi 29, ja paineilmasylinterin 30 run-ko 31 on lukittu paikalleen pystysuorasta alustasta 32 vaakasuoraan kohoavaan : : haaraan 33. Tämän paineilmasylinterin 30 avulla voidaan koko kannatinta 16 ; 25 siirtää pakotetusti kaksoisnuolen PF1 mukaisesti pystysuoraan aluslevyä 32 pit- kin. Näin käy esimerkiksi, kun kuparinauhan 1 alku- tai loppupää ohittaa kovuu- ·, den mittauslaitteen 6. Tällöin on tarkoituksenmukaista, että kannattimen 16 vaa- » kasuoran alahaaran 15 ja kuparinauhan 1 väliin jää, kovuudenkoettimen 13 vahingoittumisen estämiseksi, suurempi väli.

30 Kovuudenkoetinta 13 voidaan liikuttaa kuvion 2 esittämällä tavalla tu- kirullalla 10 akselin 9 pituussuuntaan. Liikuttamiseen käytetään U:n muotoisessa ; kehyksessä 36 olevaa, akselin 9 suuntaista kierrekaraa 35, joka vaikuttaa lait- . teen 6 tukirunkoon 34. Kierrekaran 35 päässä on käsipyörä 37. Sen avulla ko vuudenkoetin 13 voi kuparinauhan 1 läpikulun aikana käydä läpi määrättyjä mit-35 tauspisteitä.

„ 112539 6 U:n muotoinen kehys 36 tukeutuu tukirullan 10 päissä oleviin kannat-timiin 38, jotka liittyvät tukiin 39, jotka kantavat myös tukirullan 10.

Kuparinauhan 1 alun ohitettua kovuudenkoettimen ajetaan ylhäälle nostettu kannatin 16 paineilmasylinterin 30 avulla nuolen PF1 suuntaisesti niin 5 alas, että vaakasuora alahaara 15 on vain hieman kuparinauhan 1 pinnan 14 yläpuolella. Tukirunko 19 ajetaan sitten paineilmasylinterin 21 avulla nuolen PF suuntaisesti alaspäin, jolloin kiinnitysosa 17 jännittää kovuudenkoettimen 13 esittämättä jätetyn painejousen. Jännittämisen jälkeen paineilmasylinterin 21 männänvarsi 20 ajaa takaisin lähtöasentoonsa.

10 Paineilmasylinterin 26 männänvarsi 27 ei kosketa kovuudenkoetti men 13 laukaisunappia 28.

Kovuuden mittaamiseksi aktivoidaan paineilmasylinteri 26. Männänvarsi 27 koskettaa laukaisunappia 28 ja huolehtii siitä, että kovuudenkoettimen 13 painejousen jännitys laukeaa, niin että koetuspallo sinkoutuu kuparinauhan 1 15 pintaa 14 vasten, josta se kimmahtaa takaisin. Kimmahdus- ja takaisinkimmah-dusnopeus mitataan kosketuksettomasti. Tämä voi tapahtua siten, että kovuudenkoettimen 13 koetuspalloa kantava iskukappale on varustettu kestomagneetilla, joka edestakaisinliikkeen aikana indusoi sähköjännitteitä, jotka ovat verrannollisia liikkeiden nopeuksiin. Kimmahdus-ja takaisinkimmahdusnopeuksien mit-20 tausarvoista lasketaan sitten kovuusluku. Sitä voidaan edellä kuvatulla tavalla käyttää uunin lämpötilan ja/tai kuparinauhan kulkunopeuden ohjaamiseen ja/tai :,,v säätämiseen läpikulkuhehkutusuunin 3 läpi kulkevien kuparinauhojen 1 kovuu- den hajonnan pienentämiseksi ja lähes tasaisen laadun aikaansaamiseksi.

Claims (8)

7 112539

1. Laite käsittelylaitoksen (3), erityisesti läpikulkuhehkutusuunin, ja kelauslaitteen (11) välillä liikkuvan nauhamaisen tai lankamaisen metallisen ma- 5 teriaalin (1), erityisesti kuparinauhan kovuuden määrittämiseksi, tunnettu yhdistelmästä, jossa - käsittelylaitoksen (3) ja kelauslaitteen (11) väliin on sijoitettu tukirulla (10), jonka akseli (9) kulkee poikittain läpikulkevan materiaalin (1) kulkusuuntaan (LR) nähden, 10. kaksi puristusrullaa (7, 8) on sovitettu tukirullan (10) eteen ja vas taavasti taakse, jotka puristusrullat on sovitettu painamaan määrätyllä vakiove-tovoimalla siirtyvää, läpikulkevaa materiaalia (1) tukirullan (10) lakipisteessä kaa-rimaisesti tukirullaa (10) vasten, ja - tukirullan (10) yläpuolelle on sijoitettu tukirullan (10) lakipisteeseen 15 pallon kimmahdusmenetelmällä toimiva kovuudenkoetin (13), joka on siirrettävissä tukirullan (10) akselin (9) pituussuunnassa ja on lukittavissa kuhunkin asentoon, ja on tietojenkäsittely- ja ohjauslaitteiston avulla kytketty käsittelylaitoksen (3) säätölaitteisiin ja/tai kelauslaitteen (11) käyttimeen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että tuki- 20 rulla (10) ja puristusrullat (7, 8) on päällystetty kovalla muovilla.

3. Jonkin patenttivaatimuksista 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että kovuudenkoetin (13) on kiinnitetty tukirullan (10) akseliin (9) nähden ,, ; ’ poikittain siirtyvään kannattimeen (16).

:" ’: 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että • 25 kannatin (16) on paineainesylinterin (30) avulla siirrettävissä suhteellisesti kiinte- ;. ään tukeen (32) nähden.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 3 tai 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että kovuudenkoettimessa (13) on kiinnitysosa (17), joka on kiinnitetty kannattimen (16) siirtosuuntaan pakotetusti siirtyvään tukirunkoon (19), joka liittyy 30 kannattimeen (16) paineainesylinterillä (21).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että kannattimen (16) ja tukirungon (19) välinen etäisyys (A) on säädettävissä.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 3-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että kovuudenkoetin (13) on aktivoitavissa kannattimeen (16) kiinnitetyn pai- 35 neainesylinterin (26) avulla.

8 112539