一种改善精密箔材表面质量的超声能场装置的制作方法

本发明涉及箔材拉弯矫直精整技术领域，特别是涉及一种改善精密箔材表面质量的超声能场装置。

背景技术：

近年来，随着工业4.0/5.0智能化的不断深入和广泛产业化，产品趋于微型化，促使微成形理论和微加工技术的迅速发展。精密箔材作为工业智能制造/微型加工中一种重要的工业原材料，具备优异的精度、耐蚀性、表面光洁度等性能，广泛应用于航空航天、军事、国防、电子通信、仪器仪表等领域。随着微制造、微电子等高新技术领域的快速发展，对箔材的综合性能提出了更苛刻的要求。

虽然板带的热、冷轧机设备及矫直设备日趋先进,在很大程度上提高了带材轧制板形的平直度和表面质量。但是目前生产的精密箔材主要存在表面粗糙度偏大，表面抗腐蚀能力不强，残余应力大等缺点，无法满足仪器仪表、电子电路、航空航天等精密行业对精密箔材综合性能的要求。

在材料塑性加工中引入超声能场，可以使材料表面微凸体结构发生软化，进而导致表面微凸体的屈服强度下降。在同样的接触力作用下，由于超声能场作用下的表面微凸体屈服强度下降，表面微凸体将更容易发生塑性变形，整体表面结构更容易被＂压平＂，同时可以细化晶粒，最终降低表面粗糙度，改善表面质量，降低残余应力，提高耐腐蚀性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种改善精密箔材表面质量的超声能场装置，以解决上述现有技术存在的问题，利用超声波发生装置实现拉矫机工作辊的超声振动，并与箔材相互作用，使得箔材软化，增加箔材的塑形变形能力，同时可以细化晶粒，箔材内部的残余应力更容易被释放，带形的表面质量和耐腐蚀性能得到提高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种改善精密箔材表面质量的超声能场装置，包括上工作辊超声能场施加装置、下工作辊超声能场施加装置、上工作辊、下工作辊，所述上工作辊超声能场装置、下工作辊超声能场装置均包括：导电滑环用于接收外接的超声能场装置中超声电源产生的高频电信号；换能器用于将电信号转化为超声振动，并传递给与所述超声换能器连接的传振杆和变幅杆；传振杆用于传递振动波；变幅杆用于对振动波进行放大处理；所述变幅杆连接有工作辊；动态伺服液压系统用于实现工作辊的位置调整。

优选地，所述超声能场装置功率值为500～10000w，振动频率大小为20khz～50khz。

优选地，根据精密箔材不同的表面质量要求选择安装不同数量的超声能场装置。

优选地，所述下超声能场施加装置的动态伺服液压系统包括横移伺服液压缸、丝杠；所述横移伺服液压缸通过下超声能场施加装置与所述下工作辊连接，所述丝杠用于调节变幅杆的初始高度，保证变幅杆与下工作辊的高度一致；

所述上超声能场施加装置的动态伺服液压系统包括横移伺服液压缸、抬起压下精密伺服液压缸，所述横移伺服液压缸通过上超声能场施加装置与所述上工作辊连接，通过动态调节横移伺服液压缸用于实现变幅杆和上工作辊之间的恒力；所述抬起压下精密伺服液压缸用于调节变幅杆的初始高度和轧制过程中的动态高度，保证变幅杆与上工作辊的高度一致。

优选地，所述上工作辊的横移伺服液压缸包括上工作辊第一横移伺服液压缸液压、上工作辊第二横移伺服液压缸液压，所述下工作辊的横移伺服液压缸包括下工作辊第一横移伺服液压缸液压系统、下工作辊第二横移伺服液压缸液压系统；四个所述横移伺服液压缸的原理结构组成相通。

优选地，还包括位移传感器，所述位移传感器用于反馈拉弯矫直机压下抬起的实际位移。

优选地，所述上工作辊第一横移伺服液压缸包括：第一减压阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第三液控单向阀、第一电磁球阀、第一比例阀、第一内置位移传感器、第一力传感器、上工作辊第一横移伺服液压缸；

所述上工作辊的第二横移伺服液压缸包括：第二减压阀、第四液控单向阀、第五液控单向阀、第六液控单向阀、第二电磁球阀、第二比例阀、第二内置位移传感器、第二力传感器、上工作辊第二横移伺服液压缸；

所述下工作辊的第一横移伺服液压缸包括：第三减压阀、第七液控单向阀、第八液控单向阀、第九液控单向阀、第三电磁球阀、第三比例阀、第三内置位移传感器、第三力传感器、下工作辊第一横移伺服液压缸；

所述下工作辊第二横移伺服液压缸包括：第四减压阀、第十液控单向阀、第十一液控单向阀、第十二液控单向阀、第四电磁球阀、第四比例阀、第四内置位移传感器、第四力传感器、下工作辊第二横移伺服液压缸。

优选地，所述上工作辊第一横移伺服液压缸的无杆腔并联有第一比例溢流阀；所述上工作辊第一横移伺服液压缸的活塞杆内部安装有第一内置位移传感器。

优选地，所述抬起压下伺服液压缸系统包括：第五减压阀、第五电磁球阀、第五比例溢流阀、第五内置位移传感器、第一插装阀、第二插装阀、第三插装阀、抬起压下伺服液压缸、伺服阀；抬起压下伺服液压缸的活塞杆内部安装有第五内置位移传感器。

本发明公开了以下技术效果：本发明公开一种改善精密箔材表面质量的超声能场装置，分别针对二十三辊拉弯矫直机上、下工作辊端部进行改造，设计了上、下超声能场施加装置，并实现拉矫过程中超声能场装置的横移、压下、抬起的在线控制。在精密箔材拉弯矫精整过程中，外接超声能场装置将超声电源产生的高频电信号通过导电滑环输送给超声换能器，换能器将电信号转化为超声振动，并传递给与它相连的传振杆和变幅杆，经过传振杆的传递和变幅杆的放大，将特定振幅的超声能场通过工作辊作用于精密箔材表面。除此之外，在超声能场中箔材表面微凸体结构会发生软化，整体表面结构更容易被＂压平＂，同时可以细化晶粒，从而降低表面粗糙度，实现表面质量的改善，降低残余应力，增强其耐腐蚀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为二十三辊拉弯矫直机示意图；

图2为下工作辊超声能场装置；

图3为上工作辊超声能场装置；

图4为本发明横移伺服液压缸液压系统原理图；

图5为本发明压下抬起精密伺服液压缸液压系统原理图；

图2中：1-导电滑环；2-轴承；3-固定外套筒；4-内套筒；5-换能器；6-挡环；7-传振杆；8-挡圈；9-变幅杆；10-工作辊；12-丝杠；

图3中：1-导电滑环；2-轴承；3-固定外套筒；4-内套筒；5-换能器；6-挡环；7-传振杆；8-挡圈；9-变幅杆；11-横移伺服液压缸；13-抬起压下精密伺服液压缸；14-上工作辊；

图4中：yvh1、yvh2、yvh3、yvh4-电磁铁，yb1.1、yb1.2、yb1.3、yb1.4、yb1.5、yb1.6、yb1.7、yb1.8、yb2.1、yb2.2、yb2.3、yb2.4-比例电磁铁，1.1-第一减压阀，1.2-第二减压阀，1.3-第三减压阀，1.4-第四减压阀，2.1-第一液控单向阀，2.2-第二液控单向阀，2.3-第三液控单向阀，2.4-第四液控单向阀，2.5-第五液控单向阀，2.6-第六液控单向阀，2.7-第七液控单向阀，2.8-第八液控单向阀，2.9-第九液控单向阀，2.10-第十液控单向阀，2.11-第十一液控单向阀，2.12-第十二液控单向阀，3.1-第一电磁球阀，3.2-第二电磁球阀，3.3-第三电磁球阀，3.4-第四电磁球阀，4.1-第一比例阀，4.2-第二比例阀，4.3-第三比例阀，4.4-第四比例阀，5.1-第一比例溢流阀，5.2-第二比例溢流阀，5.3-第三比例溢流阀，5.4-第四比例溢流阀，6.1-第一内置位移传感器，6.2-第二内置位移传感器，6.3-第三内置位移传感器，6.4-第四内置位移传感器，7.1-第一力传感器，7.2-第二力传感器，7.3-第三力传感器，7.4-第四力传感器，11.1-上工作辊第一横移伺服液压缸，11.2-上工作辊第二横移伺服液压缸，11.3-下工作辊第一横移伺服液压缸，11.4-下工作辊第二横移伺服液压缸；

图5中：yb2.5-比例电磁铁，yvh5、yvh6、yvh7、yvh8-电磁铁、yd1-伺服阀驱动换向装置，1.5-第五减压阀，3.5-第五电磁球阀，5.5-第五比例溢流阀，6.5-第五内置位移传感器，9.1-第一插装阀，9.2-第二插装阀，9.3-第三插装阀，15-伺服阀；

x-控制油管，p-主压力油管，t-主回油管，y-泄油管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-5，本发明提供一种改善精密箔材表面质量的超声能场装置，包括上工作辊超声能场施加装置、下工作辊超声能场施加装置、上工作辊14、下工作辊10，所述上工作辊超声能场装置、下工作辊超声能场装置均包括：导电滑环1用于接收外接的超声能场装置中超声电源产生的高频电信号；换能器5用于将电信号转化为超声振动，并传递给与所述超声换能器5连接的传振杆7和变幅杆9；传振杆7用于传递振动波；所述变幅杆9连接有工作辊；动态伺服液压系统用于实现工作辊的位置调整。

进一步优化方案，上工作辊超声能场施加装置和下工作辊超声能场施加装置分别安装在拉弯矫直机的操作侧与非操作侧。

进一步优化方案，所述超声能场装置功率值为500～10000w，振动频率大小为20khz～50khz。

进一步优化方案，根据精密箔材不同的表面质量要求选择安装不同数量的超声能场装置。

进一步优化方案，所述下超声能场施加装置的动态伺服液压系统包括横移伺服液压缸11、丝杠12；所述横移伺服液压缸11通过下超声能场施加装置与所述下工作辊10连接，在精整过程中为了避免与工作辊端部产生太大的力损坏变幅杆9和下工作辊10，通过动态调节横移伺服液压缸11实现变幅杆9和下工作辊10之间为恒力，所述丝杠12用于调节变幅杆9的初始高度，保证所述变幅杆9与下工作辊10的高度一致；

所述上超声能场施加装置的动态伺服液压系统包括横移伺服液压缸11、抬起压下精密伺服液压缸13，所述横移伺服液压缸11通过上超声能场施加装置与所述上工作辊14连接，为了避免与工作辊端部产生太大的力损坏变幅杆9和上工作辊14，通过动态调节横移伺服液压缸11实现变幅杆9和上工作辊14之间的恒力；所述抬起压下精密伺服液压缸13用于调节变幅杆9的初始高度和轧制过程中的动态高度，保证所述变幅杆9与上工作辊14的高度一致。

进一步优化方案，所述上工作辊的横移伺服液压缸11包括上工作辊第一横移伺服液压缸液压、上工作辊第二横移伺服液压缸液压，所述下工作辊的横移伺服液压缸11包括下工作辊第一横移伺服液压缸液压系统、下工作辊第二横移伺服液压缸液压系统；四个所述横移伺服液压缸的原理结构组成相通。

进一步优化方案，还包括位移传感器，所述位移传感器用于反馈拉弯矫直机压下抬起的实际位移；上工作辊14匹配的超声能场装置在拉弯矫直机压下与抬起过程中保证变幅杆9和上工作辊14保持高度一致，通过位移传感器反馈拉弯矫直机压下抬起的实际位移来及时调节抬起压下精密伺服液压缸13，实现变幅杆9和上工作辊14之间保持平行。

进一步优化方案，为了避免上下工作辊超声能场装置间发生干涉，将上层工作辊和下层工作辊的超声能场施加装置分别安装在拉弯矫直机的操作侧与非操作侧。

本发明还公开了一种改善精密箔材表面质量的超声能场装置的液压系统，包括动态伺服液压系统，所述动态伺服液压系统包括横移伺服液压缸液压系统、抬起压下伺服液压缸液压系统；

所述横移伺服液压缸液压系统包括上工作辊第一横移伺服液压缸液压系统、上工作辊第二横移伺服液压缸液压系统、下工作辊第一横移伺服液压缸液压系统、下工作辊第二横移伺服液压缸液压系统；四个所述横移伺服液压缸液压系统的原理结构组成相通。

进一步优化方案，所述上工作辊的第一横移伺服液压缸包括：第一减压阀1.1、第一液控单向阀2.1、第二液控单向阀2.2、第三液控单向阀2.3、第一电磁球阀3.1、第一比例阀4.1、第一内置位移传感器6.1、第一力传感器7.1、上工作辊第一横移伺服液压缸11.1。

所述上工作辊的第二横移伺服液压缸包括：第二减压阀1.2、第四液控单向阀2.4、第五液控单向阀2.5、第六液控单向阀2.6、第二电磁球阀3.2、第二比例阀4.2、第二内置位移传感器6.2、第二力传感器7.2、上工作辊第二横移伺服液压缸11.2；

所述下工作辊的第一横移伺服液压缸包括：第三减压阀1.3、第七液控单向阀2.7、第八液控单向阀2.8、第九液控单向阀2.9、第三电磁球阀3.3、第三比例阀4.3、第三内置位移传感器6.3、第三力传感器7.3、下工作辊第一横移伺服液压缸11.3；

所述下工作辊第二横移伺服液压缸包括：第四减压阀1.4、第十液控单向阀2.10、第十一液控单向阀2.11、第十二液控单向阀2.12、第四电磁球阀3.4、第四比例阀4.4、第四内置位移传感器6.4、第四力传感器7.4、下工作辊第二横移伺服液压缸11.4；

进一步优化方案，所述上工作辊第一横移伺服液压缸11.1的无杆腔并联有第一比例溢流阀5.1；所述上工作辊第一横移伺服液压缸11.1的活塞杆内部安装有第一内置位移传感器6.1。

所述上工作辊第二横移伺服液压缸11.2的无杆腔并联有第二比例溢流阀5.2；所述上工作辊第二横移伺服液压缸11.2的活塞杆内部安装有第二内置位移传感器6.2。

所述下工作辊第一横移伺服液压缸11.3的无杆腔并联有第三比例溢流阀5.3；所述下工作辊第一横移伺服液压缸11.3的活塞杆内部安装有第三内置位移传感器6.3。

所述下工作辊第二横移伺服液压缸11.4的无杆腔并联有第四比例溢流阀5.4；所述下工作辊第二横移伺服液压缸11.4的活塞杆内部安装有第四内置位移传感器6.4。

进一步优化方案，所述抬起压下伺服液压缸系统包括：第五减压阀1.5、第五电磁球阀3.5、第五比例溢流阀5.5、第五内置位移传感器6.5、第一插装阀9.1、第二插装阀9.2、第三插装阀9.3、抬起压下伺服液压缸13、伺服阀14；抬起压下伺服液压缸13的活塞杆内部安装有第五内置位移传感器6.5。

进一步优化方案，所述抬起压下伺服液压缸的无杆腔并联有第五比例溢流阀5.5；所述抬起压下伺服液压缸的活塞杆内部安装有第五内置位移传感器。

工作过程：在二十三辊拉弯矫直机入口处的上下工作辊和出口处的上下工作辊分别施加超声能场，并实现了拉矫过程中超声能场装置的横移、压下、抬起的在线控制。

本实施例中为了避免上下工作辊超声能场装置间发生干涉，将上层工作辊和下层工作辊的超声能场施加装置分别安装在拉弯矫直机的操作侧与非操作侧。在箔材拉弯矫直过程中，外接的超声能场装置将超声电源产生的高频电信号通过导电滑环1输送给超声换能器5换能器将电信号转化为超声振动，并传递给与它相连的传振杆7和变幅杆9，经过传振杆的传递和变幅杆的放大，特定振幅的超声能场通过工作辊作用于箔材表面，最终提高箔材表面的质量，降低残余应力，增强其耐腐蚀性。

在矫直机上工作辊系agc动态调整的过程中，变幅杆9和工作辊10之间恒定接触力的控制需要横移伺服液压缸11与力传感器组成压力闭环来进行在线动态调整；横移伺服液压缸11活塞杆位移的精确控制需要横移伺服液压缸11与比例阀通过内置位移传感器组成位置闭环进行在线动态调整，从而实现对变幅杆9位置的精确控制。

动态伺服液压系统的工作过程如下：

上工作辊第一横移伺服液压缸11.1的恒定接触力的精确控制需要第一比例溢流阀5.1与第一力传感器7.1组成压力闭环来保证；上工作辊第一横移伺服液压缸11.1活塞杆位移的精确控制需要上工作辊第一横移伺服液压缸11.1与第一比例阀4.1通过第一内置位移传感器6.1组成位置闭环进行在线动态调整；

上工作辊第二横移伺服液压缸11.2的恒定接触力的精确控制需要第二比例溢流阀5.2与第二力传感器7.2组成压力闭环来保证；上工作辊第二横移伺服液压缸11.2活塞杆位移的精确控制需要上工作辊第二横移伺服液压缸11.2与第二比例阀4.2通过第二内置位移传感器6.2组成位置闭环进行在线动态调整；

下工作辊第一横移伺服液压缸11.3的恒定接触力的精确控制需要第三比例溢流阀5.3与第三力传感器7.3组成压力闭环来保证；下工作辊第一横移伺服液压缸11.3活塞杆位移的精确控制需要下工作辊第一横移伺服液压缸11.3与第三比例阀4.3通过第三内置位移传感器6.3组成位置闭环进行在线动态调整；

下工作辊第二横移伺服液压缸11.4的恒定接触力的精确控制需要第四比例溢流阀5.4与第四力传感器7.4组成压力闭环来保证；下工作辊第二横移伺服液压缸11.4活塞杆位移的精确控制需要下工作辊第二横移伺服液压缸11.4与第四比例阀4.4通过第四内置位移传感器6.4组成位置闭环进行在线动态调整；

当上辊系压下或者抬起的时候，变幅杆和工作辊要时刻保持平行的控制需要精密调节压下抬起伺服液压缸13与伺服阀14通过第五内置位移传感器6.5组成位置闭环来实施。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。