一种金属极薄带轧制过程中张力施加装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于极薄带乳制技术领域，特别是涉及一种金属极薄带乳制过程中张力施加装置及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着微制造技术和微成形技术迅猛发展，金属、合金及金属基复合材料的极薄带需求量越来越大，这些极薄带已广泛应用于微电子行业、微制造行业、仪器仪表行业和微机电行业等。
[0003]金属、合金及金属基复合材料的极薄带多是通过带张力乳制得到的，且合适的张力不仅有利于乳件减薄，还有利于生产效率的提高，也是保证极薄带板形的重要手段，因此，精确的张力控制对极薄带的生产具有非常重要的意义。
[0004]在极薄带乳制过程中，可采用力矩电机对乳件施加前、后张力，但是，乳机传动系统将不可避免地产生机械阻力，而机械阻力包括力矩电机转子转动阻力、减速机齿轮组啮合传动阻力及工作辊辊颈与轴承座滑动阻力等，由于机械阻力的存在，使后张力始终大于等于机械阻力，即后张力的变化曲线是从一个大于O的数值开始的，且初始的后张力等于乳机传动系统的机械阻力，其如图3所示。因此，当乳件减薄至一定厚度时，容易因后张力过大导致断带现象的发生，迫使乳制过程终止。为此，亟需一种全新的张力施加方案，能够使后张力从O开始且全程连续可调，其如图4所述，从而避免断带现象的发生。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种金属极薄带乳制过程中张力施加装置及方法，能够实现后张力从O开始，并满足张力的全程连续可调，有效避免断带现象的发生。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种金属极薄带乳制过程中张力施加装置，包括主控计算机、操作台、PLC、第一力矩电机、第二力矩电机、第一换向开关、第二换向开关、第一变压器及第二变压器；在所述主控计算机内设置有张力控制系统人机界面，主控计算机通过PLC与操作台相连接，在操作台上分别设置有乳制正向启动开关和乳制反向启动开关；所述PLC —路依次通过变频器、第一变压器、第一换向开关与第一力矩电机的控制端相连，PLC另一路依次通过变频器、第二变压器、第二换向开关与第二力矩电机的控制端相连接；所述第一力矩电机通过第一换向开关进行转向调换，所述第二力矩电机通过第二换向开关进行转向调换；所述第一力矩电机通过第一变压器调整张力输出，所述第二力矩电机通过第二变压器调整张力输出。
[0007]在所述主控计算机的张力控制系统人机界面上设有若干数据输入域，所述数据输入域包括乳件材质编号、乳件宽度、乳件入口厚度、乳件出口厚度、前张力系数和后张力系数。
[0008]所述操作台上的乳制正向启动开关开启时，所述第一力矩电机定为前张力电机，所述第二力矩电机定为后张力电机。
[0009]所述操作台上的乳制反向启动开关开启时，所述第二力矩电机定为前张力电机，所述第一力矩电机定为后张力电机。
[0010]采用所述的金属极薄带乳制过程中张力施加装置的张力施加方法，包括如下步骤:
[0011]步骤一:测量乳件处于不同厚度时的抗拉强度，建立乳件的抗拉强度随压下量的变化曲线，同时建立抗拉强度与压下量之间的曲线回归方程；
[0012]步骤二:分别对第一力矩电机及第二力矩电机进行输入电压-张力标定，并建立第一力矩电机、第二力矩电机的输入电压-张力标定曲线，同时建立第一力矩电机、第二力矩电机的输入电压与张力之间的曲线回归方程；
[0013]步骤三:将第一力矩电机及第二力矩电机的输入电压设置为0，分别测量使第一力矩电机及第二力矩电机进行勾速转动时的拉力，此时测得的拉力分别对应第一力矩电机及第二力矩电机的机械阻力；
[0014]步骤四:将测得的拉力分别作为第一力矩电机及第二力矩电机的机械阻力补偿值，并将其分别代入第一力矩电机、第二力矩电机的输入电压与张力之间的曲线回归方程中，从而获得考虑机械阻力补偿时的第一力矩电机、第二力矩电机的输入电压与张力之间的曲线回归方程，该曲线回归方程作为后张力电机的输入电压计算时的参考方程；
[0015]步骤五:测量乳件宽度和乳件入口厚度，估算乳件出口厚度，通过乳件入口厚度的实测值与设定值之间的大小关系，设定第一换向开关和第二换向开关的状态，具体分为以下两种情况:
[0016]①第一力矩电机定为前张力电机，第二力矩电机定为后张力电机，当乳件入口厚度的实测值大于设定值时，第一换向开关和第二换向开关均不开启到换向位；当乳件入口厚度的实测值小于设定值时，第一换向开关不开启到换向位，第二换向开关开启到换向位；
[0017]②第一力矩电机定为后张力电机，第二力矩电机定为前张力电机，当乳件入口厚度的实测值大于设定值时，第一换向开关和第二换向开关均不开启到换向位；当乳件入口厚度的实测值小于设定值时，第一换向开关开启到换向位，第二换向开关不开启到换向位；
[0018]步骤六:在主控计算机人机界面上的数据输入域中分别输入以下数据:乳件材质编号、乳件宽度、乳件入口厚度、乳件出口厚度、前张力系数和后张力系数，当乳件入口厚度的实测值大于设定值时，第一换向开关和第二换向开关均不开启到换向位；当乳件入口厚度的实测值小于设定值时，第一换向开关不开启到换向位，第二换向开关开启到换向位；
[0019]步骤七:对乳件施加预压紧力，开启操作台上的乳制正向启动开关，此时第一力矩电机定为前张力电机，第二力矩电机定为后张力电机，主控计算机根据人机界面上各数据输入域中的数据以及步骤二中建立的第一力矩电机的输入电压与张力之间的曲线回归方程，计算出第一力矩电机所需的输入电压值；主控计算机根据人机界面上各数据输入域中的数据以及步骤四中建立的第二力矩电机的输入电压与张力之间的曲线回归方程，计算出第二力矩电机所需的输入电压值，且输入电压值通过第一变压器输入到第一力矩电机中，以及通过第二变压器输入到第二力矩电机中，进而通过第一力矩电机建立前张力，以及通过第二力矩电机建立后张力；从而在所建立的前张力和后张力下进行第N道次(N= 1、2、
3...)的乳制；
[0020]步骤八:当完成第N道次(N = 1、2、3...)乳制后，控制极薄带乳机停机，然后在主控计算机人机界面上的数据输入域中分别输入以下数据:乳件宽度、乳件入口厚度、乳件出口厚度、前张力系数和后张力系数，且上述数据均为完成第N道次(N = 1、2、3...)乳制后的乳件数据，当乳件入口厚度的实测值大于设定值时，第一换向开关和第二换向开关均不开启到换向位；当乳件入口厚度的实测值小于设定值时，第一换向开关开启到换向位，第二换向开关不开启到换向位；
[0021]步骤九:对乳件施加预压紧力，开启操作台上的乳制反向启动开关，此时第二力矩电机定为前张力电机，第一力矩电机定为后张力电机，主控计算机根据人机界面上各数据输入域中的数据以及步骤四中建立的第一力矩电机的输入电压与张力之间的曲线回归方程，计算出第一力矩电机所需的输入电压值；主控计算机根据人机界面上各数据输入域中的数据以及步骤二中建立的第二力矩电机的输入电压与张力之间的曲线回归方程，计算出第二力矩电机所需的输入电压值，且输入电压值通过第一变压器输入到第一力矩电机中，以及通过第二变压器输入到第二力矩电机中，进而通过第二力矩电机建立前张力，以及通过第一力矩电机建立后张力；从而在所建立的前张力和后张力下进行第N+1道次(N= 1、
2、3...)的乳制；
[0022]步骤十:重复步骤五?步骤九，直至乳件减薄至目标厚度。
[0023]本发明的有益效果:
[0024]本发明为了实现后张力从O开始且全程连续可调，在本发明的力矩电机和变压器之间设置有换向开关，在乳制前，当乳件入口厚度的实测值大于设定值时，即乳件厚度较厚时，此时乳机传动系统机械阻力小于该厚度下的后张力，则换向开关不开启到换向位，后张力电机在通电后进行常规的正向转动，此时后张力等于乳机传动系统机械阻力与后张力电机输出张力之和；当乳件入口厚度的实测值小于设定值时，即乳件厚度较薄时，此时乳机传动系统机械阻力大于该厚度下的后张力，则换向开关开启到换向位，后张力电机在通电后进行反向转动，此时后张力等于乳机传动系统机械阻力与后张力电机输出张力之差，进而实现了后张力从O开始的目标，且后张力全程连续可调，从而有效避免了断带现象的发生。
[0025]本发明可精确控制前、后张力，并可为精准找到一个利于乳件减薄、生产效率提高及保证极薄带板形的前、后张力提供可能。
[0026]本发明通过设置前张力系数和后张力系数，可获得恒前、后张应力乳制，当