一种基于温张力与斜辊复合的高精度扁线矫直设备及方法

本发明涉及金属线材精密加工技术，特别是一种结合了热力学与机械力学的复合矫直设备及方法，用于对铜、铝、钢及其合金扁线进行超高精度矫直。

背景技术：

1、随着新能源、精密电子等行业的发展，对扁线如电池连接片、齿条扁线的平直度、扭转度及内部应力要求日益严苛。扁线的矫直面临的是一个多维度的几何与物理问题，具体包括：

2、（1）垂直弯曲：最常见的缺陷，由上下方向的残余弯矩引起。

3、（2）水平弯曲（旁弯）：尤其对于宽厚比较大的扁线，在宽度方向上易出现弯曲。

4、（3）螺旋扭转：扁线绕其中心长轴发生的旋转。

5、（4）内部残余应力：导致产品在后续加工或使用中发生时效变形。

6、现有矫直设备多为单一功能，或仅能解决部分问题。例如，普通矫直机仅配备平辊，无法解决旁弯和扭转；加装斜辊后可解决扭转，但旁弯问题依然存在；单独的拉伸矫直设备庞大且对几何形状控制能力弱。因此，亟需一种能同步解决上述所有问题的集成化扁线矫直系统。

技术实现思路

1、针对现有扁线矫直技术的以上不足，本发明提供一种能实现扁线“形性协同控制”的复合矫直方法与设备。其技术思路的核心在于：“机械整形”与“应力均化”的分阶段协同作用。

2、本发明属于一种基于温张力与斜辊复合的高精度扁线矫直设备，其特征在于，包括依次设置的：放线机构（1）、放线驱动机构（2）、预矫直机构（3），至少包含一个由立矫直辊、平矫直辊和扭辊组成的斜辊矫直模块，用于对扁线进行初步的弯曲矫直与主动扭转矫正；其余还包括温张力矫直模块（4），该温张力矫直模块（4）包含在线加热装置和用于对加热后的扁线施加精确拉伸应力的张力施加装置，精矫直机构（5）、收线机构（6）和中央控制系统，用于协调全线动力设备同步运行与张力控制。

3、进一步的，所述温张力矫直模块（4）的加热装置为感应加热线圈或可控温度场的热风箱（14），其加热温度控制在所述扁线材料再结晶温度以下的回复退火温度区间内；温张力矫直模块（4）处于预校直机构（3）和精校直机构（5）之间，实现“斜辊矫直”与“温张力矫直”的按次序有效结合，产生协同效应，斜辊矫直为温张力矫直奠定基础，温张力矫直为斜辊矫直减小校直负荷，产生协同技术效果。

4、进一步的，所述温张力矫直模块（4）的张力施加装置由前、后两组伺服控制的牵引辊（7）和（15）组成，牵引辊（7）和（15）下方对应有分线轮（8）和（16），中间设置由辊轮（10）、（12）和（13）组成的张力架，通过控制后组牵引辊（15）的线速度略大于前组牵引辊（7），获得一定张力，使扁线（9）在特定温度下承受介于其材料屈服强度50%~99%的拉伸应力，在两者间的扁线段上产生所需的拉伸变形，张力大小通过张力传感器（11）在线显示。

5、进一步的，所述温张力矫直模块（4）的牵引辊（7）和（15）的直径大小分别为扁线厚度400~600倍；分线轮（8）和（16）的直径大小分别为扁线厚度200~360倍。

6、进一步的，所述精校直机构（5）同样包含一个由立矫直辊、平矫直辊和扭辊组成的斜辊矫直模块，而且矫直辊的数量比预矫直机构多3~5个，用于对经温张力处理后的扁线进行最终的形状精度修正。

7、进一步的，所述预校直机构（3）和精校直机构（5）所包含的扭辊（20）和（21）可以调整旋转角度，旋转角度α和β值的范围为-45°~45°。预校直机构（3）和精校直机构（5）所包含矫直辊的辊径大小d为扁线厚度的10~20倍；辊轮轮距h等于辊径大小的2~3倍。

8、一种温张力与斜辊复合校直设备进行扁线矫直的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9、1）扁线经放线后，首先通过斜辊预矫直模块（3），消除其大部分宏观弯曲与扭转；

10、2）经初步矫直的扁线进入温张力矫直模块（4），先被加热至预定温度t，该温度处于扁线材料再结晶温度以下，并且不产生表面氧化皮，随即在张力段被施加精确张力，使其发生微量的（0.5%~2%）均匀拉伸变形；

11、3）经温张力处理后的扁线，最后通过精矫直斜辊模块（5），矫正其因温张力过程可能产生的微小形变，并确保其扭转度与直线度达到最终要求。

12、本发明的核心创新在于“加温张力矫直”与“斜辊矫直”的按次序有效结合，产生协同效应，其中：

13、斜辊为温张力奠定基础：预矫直确保了进入温张力模块的扁线已有较好的初始形状，避免局部应力集中导致拉断或不均匀变形；

14、温张力为斜辊减小负荷：温张力处理从根本上消除了绝大部分宏观内应力，使得后续精矫直斜辊的工作负荷大大降低，仅需微调即可达到最终精度，同时也大大降低了产品在使用中因应力释放而变形的风险。

15、本发明提出的温张力与斜辊复合的高精度扁线矫直方法与设备，将“温张力矫直”与“斜辊矫直”按工艺顺序设计，产生协同效应，实现了对扁线几何精度与内部质量的全方位、高精度控制，得到的不仅是尺寸精确的产品，更是内部组织稳定、残余应力极低的“稳定化”产品，特别适用于那些对长期尺寸稳定性有严苛要求的应用场景。

16、本发明的有益效果：

17、1. 全维度覆盖：通过平、立、斜三组辊系的集成，无死角地覆盖了扁线所有可能的几何缺陷。

18、2. 工艺协同：“机械整形”与“热张力均化”前后接力，前者为后者提供几何基础，后者为前者巩固矫直效果并稳定内部组织，实现了“1+1>2”的协同效应。

19、3. 高精度与高稳定性：最终产品不仅具有极高的直线度、平面度和无扭转，而且内部残余应力极低，在后续加工和使用中具有卓越的尺寸稳定性。

20、4. 适应性强：模块化设计使得系统能够根据来料的具体缺陷特征，灵活调整各矫直单元的工艺参数和执行顺序，适应性强。

1.一种基于温张力与斜辊复合的高精度扁线矫直设备及方法，其特征在于，该设备包括依次设置的：（1）放线机构；（2）放线驱动机构（3）预矫直机构，至少包含一个由立矫直辊、平矫直辊和扭辊组成的斜辊矫直模块；（4）温张力矫直模块，包含在线加热装置和用于对加热后的扁线施加精确拉伸应力的张力施加装置；（5）精矫直机构；（6）收线机构；中央控制系统，用于协调全线动力设备同步运行与张力控制。

2.根据权利要求1所述的高精度扁线矫直设备，其特征在于，所述温张力矫直模块（4）的加热装置为感应加热线圈或可控温度场的热风箱（14），温张力矫直模块（4）处于预校直机构（3）和精校直机构（5）之间，实现“斜辊矫直”与“温张力”矫直的按次序有效结合。

3.根据权利要求1所述的高精度扁线矫直设备，其特征在于：所述温张力矫直模块（4）的张力施加装置由前、后两组伺服控制的牵引辊（7）和（15）组成，牵引辊下方有分线轮（8）和（16），中间设置由辊轮（10）、（12）和（13）组成的张力架，通过控制后组牵引辊（15）的线速度略大于前组牵引辊（7），获得一定张力，使扁线（9）在特定温度下承受介于其材料屈服强度50%~99%的拉伸应力，在两者间的扁线段上产生所需的拉伸变形，张力大小通过张力传感器（11）在线显示。

4.根据权利要求1所述的高精度扁线矫直设备，其特征在于：所述温张力矫直模块（4）的牵引辊（7）和（15）的直径大小分别为扁线厚度400~600倍；分线轮（8）和（16）的直径大小分别为扁线厚度200~360倍。

5.根据权利要求1所述的高精度扁线矫直设备，其特征在于，所述精校直机构（5）同样包含一个由立矫直辊、平矫直辊和扭辊组成的斜辊矫直模块，而且矫直辊的数量比预矫直机构多3~5个，用于对经温张力处理后的扁线进行最终的形状精度修正。

6.根据权利要求1所述的高精度扁线矫直设备，其特征在于所述预校直机构（3）和精校直机构（5）所包含的扭辊（20）和（21）可以调整旋转角度，旋转角度α和β值的范围为-45°~45°。预校直机构（3）和精校直机构（5）所包含矫直辊辊径d为扁线厚度的10~20倍；辊轮轮距h等于辊径大小的2~3倍。