減少熱擠型材生產損失的鋁錠熱剪裝置和方法

2023-10-30 08:46:32 2

專利名稱：減少熱擠型材生產損失的鋁錠熱剪裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁型材的加工裝置和方法在現代工業產品中，鋁、鋁合金材料由於其具有質量輕，可由模具擠壓成型等優點，被大量應用於建築、汽車、航天工業等現代產品上，目前，鋁型材一般是用油壓機擠壓成型。鋁錠原材料至鋁型材成品，必須經由加熱、裁剪鋁錠長度，進入型材擠壓機進行擠壓成型，成型料拉出，拉直冷卻等工序以完成成品。鋁錠原材料之長度約6m，早期在擠壓前要將其切割成若干段，再由人工將切割後的小段鋁錠排列在鋁錠加熱爐內加熱至設定溫度後再由人工以工具將各鋁錠取出至擠型機前的輸送臺上，使每一鋁錠段依序導入擠型機的盛錠筒中擠壓成型。各小段鋁錠在擠型機擠壓時由高溫擠壓連接，以輸出成型擠料。
上述早期的方法在操作過程中必須使用眾多的人工，而在加熱前，以鋸臺鋸切過程中將損耗許多鋁屑，而且裁切的小段一般擠成的成品均不等於鋁錠長度的整數倍，致使造成鋁錠長度不夠而造成大量殘料損失。
鑑於在加熱前裁切鋁錠的方式極不符經濟效益，故目前新型擠型機均由熱剪機熱剪方式取代之，並由熱剪機接設定鋁錠長度剪切之，其熱剪機設置方式如圖6所示，其中未裁切的鋁錠原料1′直接進入加熱爐2′內加熱至設定溫度時再傳出至熱剪機3′剪切；熱剪機3′設有固定刀架31′和活動刀架32′，在一側設置有手動或自動調整的限位開關(Limit Swith)33′，亦可採用光電開關，鋁錠剪切長度由該限位開關33′控制，使鋁錠傳送至限位開關33′位置時即停止傳送，活動刀架32′作下壓動作壓剪鋁錠1′成KM長度，剪切後的小段鋁錠傳送至擠型機擠壓成型。
上述機構雖可將鋁錠原料1′先加熱再經熱剪機3′剪切成設定長度，但仍無法防止殘料的產生，如圖8所示，設加熱爐2′的傳送裝置可傳輸最短長度a＝100mm(殘料長度小於a′時，在傳輸過程中會使殘料傾斜)，經剪切後的鋁錠殘片長度超過100mm時，可以安全地傳送，還可銜接下一鋁錠。
當殘餘鋁錠長度為450mm，而須壓剪400mm時，該剩餘長度a≤50mm的殘片必然成為廢料，故圖8之PK長度若小於a時，即無法正常傳送而造成殘料損失。
已有技術的擠型機配置中(圖9)，擠型機4′的十字壁41′前端設有壓杆43′，壓餅44′，B為擠型終了殘留於擠型機內的殘錠(一般必須予留20mm，以避免若勉強將鋁錠全部擠出，則壓餅44′勢必會擊毀模具45′)，在十字壁41′之上方，設有手動調整位置的限位開關42′，(當十字壁41′接觸限位開關42′時，十字壁41′帶動壓杆43′和壓餅44′都停止，並傳出信號控制牽引機5′同時停止動作)。但目前的原料鋁錠1′是連續鑄造成型，其外徑無法精確控制，故熱剪機3′每次剪切KM長度之體積並不相等，故生產者對剪切長度KM必須估計得相當保守，即不論如何經擠型機4′擠壓後的成品長度不得小於FD，由於鋁錠外徑不一而擠壓的實際長度FE總是大於FD，由此產生的DE必須在成型後再裁切成廢料而產生成品損失。
上述限位開關33′和42′在調整後其位置即不可改變，使每次剪切的鋁錠長度KM為定值，每塊殘錠B的厚度亦為定值，由於鋁錠外徑無法十分精確，故每段成品長度FE亦是不能固定，幾乎造成每次均產生不同的DE廢品。
已有技術熱剪機只負責裁切固定長度的鋁錠，交擠型機與牽引機擠壓成型，則原料損失無法改善，因不知「廢料、何時產生，當殘料產生時，熱剪機的傳輸即停滯，經由人工夾除，如未及時夾除，下一次剪切開始時，即會造成傳輸故障，故必須有人看守，固而造成人力負擔和大量殘料損失。
由於擠型機主控牽引機，成品損失無法降低，因成品之長度無法精確予測，故生產者寧可生產較長的成品再予以剪切以求生產過程的穩定，以至降低成本之成效甚少。
因此即使現有技術雖已逐漸利用熱剪機取代傳統的鋁錠鋸臺，鋁錠加熱爐，但技術的大前題和操作過程均未改變，其實際產生的效益即生產成本的下降不到1％，這是熱剪機所以不能普及的最大障礙。
本發明的目的在於1、在熱剪機上設置有光電傳感器，自動判別下次剪切時剩餘鋁錠可能產生小於安全傳輸長度時，即進行特殊銜接程序以避免熱剪過程的殘料損失。
2、熱剪機設置自動反饋鋁錠長度定位判讀裝置，並在擠型機和牽引機分別設置位置判讀器，分別判定擠型機鋁錠長度和成品長度，並反饋熱剪機的鋁錠長度定位與判讀裝置，發出調整剪切鋁錠長度的訊號以減少殘錠及成品損失。
本發明的鋁型材擠壓裝置的前置生產設備包括有加熱爐、熱剪機、擠型機和牽引機，在原料鋁錠經加熱爐加熱，熱剪機剪切後導入擠型機盛錠筒，由十字壁、壓杆和壓餅連動擠壓，並由模具，前車壁導出成品至牽引機，其特徵在於熱剪機設有可控位移的鋁錠長度定位與判讀裝置，以調整剪切鋁錠長度。與擠型機的十字壁平行位置設置有感測鋁錠長度的線性位置判讀器，該判讀器上設置有保持模具安全的光電開關C。
牽引機一端設有感測擠壓成品長度的線性位置判讀器，該判讀器的一端設有設定擠壓成品長度的停止開關R。
擠壓成品由牽引機導出並由線性位置判讀器之停止開關感測時，表示成品已達予定長度，牽引機即停止並控制擠型機停止，同時判讀殘留在擠型機內的殘錠長度，由擠型機十字壁上的傳感頭感測到殘錠過長，正好或過短，並由鋁錠長度定位與判讀裝置反饋調整剪切鋁錠的訊號，使下次剪切時不會過長或過短而造成廢料。
本發明在一根鋁錠在被剪切至最後時，由光電傳感器感測鋁錠端點，自動判定剩餘的鋁錠有可能造成廢料時施以特殊銜接程序，有效地避免熱剪過程產生廢料。
本發明與已有技術相比，其優點在於1、本發明以牽引機導控擠型機伺服反饋後再控制熱剪機對應調整剪切長度，可達到最合理的生產流程，且本發明的熱剪機具有自我判斷鋁錠和成品殘料的能力，並在殘料發生前，即以特殊對接方式排除之。


圖1為本發明的擠型機識別鋁錠太長時之動作及反饋程序示意2為本發明的擠型機識別鋁錠長度適當之動作及反饋程序示意3為本發明的擠型機識別鋁錠太短時之動作及反饋程序示意4為本發明之熱剪機配置傳感器位置及特殊銜接動作示意5①至⑤為本發明之熱剪機特殊銜接動作示意6為已有技術的擠型機前置加熱及熱剪機結構示意7為已有技術的熱剪機剪切方式示意8為已有技術的熱剪機鋁錠傳輸示意9為已有技術的擠型機及牽引機配置示意中的圖號為1-擠型機11-十字壁12-傳感頭 13-壓杆14-壓餅 15-盛錠筒16-模具 17-前車壁2-線性位置判讀器3-牽引機4-線性位置判讀器6-熱剪機60-固定刀架 61-活動刀架62-機械手臂7-鋁錠長度定位與判讀器I、J、Y-傳感器
1′-鋁錠原料2′-加熱爐3′-熱剪機 31′-固定刀架32′-活動刀架 33′-限位開關4′-擠型機 41′-十字壁42′-限位開關 43′-壓杆44′-壓餅 45′-模具5′-牽引機結合實施例說明附圖本發明擠型設備的前置生產設備包括有加熱爐、熱剪機、擠型機、牽引機，擠型機有十字壁、壓杆、壓餅、模具和前車壁等部件(圖1)，在熱剪機和擠型機上均裝有限位開關，並在熱剪機6上設置有可控制位移的鋁錠長度定位與識別裝置7以調整剪切鋁錠原料長度，該裝置7受控於擠型機1和牽引機3，在擠型機1的十字壁11處設置有線性位置識別器2以感測鋁錠長度，在牽引機3的一端亦設置一線性位置識別器4，以感測鋁型材的成品長度，識別器2和4的PQ和WT是鋁錠或成品長度的允許變動範圍，在識別器2上設置光電開關C，在識別器4一端設置停止開關R，停止開關R可以是光電傳感器，當感測到鋁型材成品之端頭時即使牽引機3停止，剪切後的短鋁錠進入盛錠筒15並由十字壁11、壓杆13、壓餅14連動擠壓，經模具16及前車壁17導出成品至牽引機3。
本發明的感測動作方式如圖1所示，當擠型機1進行擠壓工序時，擠型機1之十字壁11對應動作，使傳感頭12沿線性位置判讀器移動，當擠型成品沿牽引機3導出並由線性位置判讀器4之停止開關R感測時，即表示該成品已達予定成品長度，牽引機3即停止並發出訊號傳送至擠型機1，使擠型機1停止，並判讀殘錠B的長度，當傳感頭12對應在線性位置判讀器2的NP位置，即表示該殘錠B之長度過長，再由線性位置判讀器2的感測位置換算鋁錠縮短基數，反饋一控制縮短訊號至熱剪機6的鋁錠長度定位與判讀裝置7，使鋁錠定位與判讀裝置7按縮短基數改變相應的距離，令熱剪機6下次剪切較短的鋁錠長度，避免下次擠壓時仍發生殘錠B太長而造成過多損失。
如圖2所示，當傳感頭12位於線性位置判讀器2的PQ位置，表示該殘錠B長度在允許範圍內，由線性位置判讀器2反饋一不改變長度的訊號至熱剪機6，使鋁錠長度與判讀裝置7保持原來位置，讓熱剪機6保持其剪切長度。
如圖3所示，當傳感頭12行進至安全開關C位置時，擠型機1即必須停止擠壓前進，以避免壓餅14擊毀模具16，同時訊號傳至牽引機3使之停止，此時成品長度位於線性位置判讀器4的SW位置，即表示該成品長度不足，並發出成品長度不足的判讀訊號，此時輸出的成品裁切後其最後一段必因長度不足而產生廢品，即由線性位置判讀器4換算之鋁錠增長基數，反饋至熱剪機6的鋁錠長度定位與判讀裝置7，使之按增長基數改變相應的距離，帶動熱剪機6下次剪切較長的鋁錠，避免成品過短的損失。
設熱剪機6的剪切鋁錠長度為a(見圖4、5)，鋁錠的最短傳輸長度為a/4(實際均小於a/4)，本發明在熱剪機的a/2、3a/4及5a/4位置設置可調光電判讀器Y、J和I以感測鋁錠端頭(圖5之①)，並自動判定剪切鋁錠長度將造成殘料時採取特殊銜接程序。
一般鋁錠的剪切長度約為400-500mm間，設鋁錠剪切長度a＝400mm，鋁錠最短傳輸長度＝100mm＝a/4，當感測到鋁錠對接端位在判讀器J、Y間(300～500mm)時，因該剪切處除非恰好為400mm位置無殘料外(其機率很小，若有仍適用於特殊銜接)否則必然會產生無法傳輸的殘料，本發明的熱剪機6則由以下特殊銜接程序以避免殘料發生。
1、將感測剪切鋁錠長度對接端位在3a/4傳感器J和5a/4傳感器Y間的鋁錠剪切a/2長，該剪切長度由a/2傳感器I定位剪切，設此段鋁錠為sec2，剪下之a/2為sec3，剩餘段為sec4，其剪切時如圖5所示，sec3位於活動刀架61處，sec4位於固定刀架60處。
2、將剩餘段sec4退出固定刀架60，由固定刀架60上方的機械手臂62夾持脫離熱剪機送料輸送裝置(圖5之②)。
3、將下一6m長的鋁錠(2nd段)由加熱爐推出，與熱剪機上的予切段sec3相加，當sec3端頭行進至鋁錠長度定位與判讀裝置7位置時，由活動刀架61剪切設定鋁錠長度a，並送入擠型機1擠壓成型(圖5之③)。
4、將剪切後的2nd鋁錠剩餘部分推回加熱爐內，(圖5④)。
5、由機械手臂62將原剩餘段sec4放回熱剪機6送料輸送位置上。
6、從加熱爐再推出2nd鋁錠，與原剩餘段sec4相加後按a長度剪切，再銜接送入擠型機1擠壓成型(圖5之⑤)述起始鋁錠剩料sec2長度為5a/4＞sec2＞3a/4，剪切a/2後。
-a/2＝3a/4＞sec4＞a/4……①又sec3＝a/2故sec5＝a/2……②根據①式， 3a/4＞sec4/a/4 則sec6＝a-sec4得 sec6＝a-[3a/4＞sec4＞a/4]即知 a/4＜sec6＜3a/4……③由①、②、③知sec3＝sec5＝a/2sec4、sec6均大於a/4但小於3a/4(若a為400mm故sec3，sec4，sec5及sec6均大於a/4)，即大於100mm均符合傳輸條件，不會有無法傳輸的現象。
另外，由於鋁錠長度定位與判讀裝置7受擠型機1和牽引機3控制動作，其調整距離十分微小，即小於最短傳輸長度的安全範圍內，故其短距離移動時並不影響熱剪機的特殊銜接程序。
權利要求
1.一種減少熱擠型材生產損失的鋁錠熱剪裝置，其擠型前置生產設備包括有加熱爐、熱剪機、擠型機和牽引機，原料鋁錠經加熱爐加熱，熱剪機剪切後導入擠型機盛錠筒，由十字壁、壓杆和壓餅連動擠壓，並由模具、前車壁導出成品至牽引機，其特徵在於①熱剪機(6)設有可控制位移的鋁錠長度定位與判讀裝置7以調整剪切鋁錠長度；②與擠型機(1)由的十字壁(11)平行位置設有感測鋁錠長度的線性位置判讀器(2)，線性位置判讀器(2)上設置有光電開關(C)；③牽引機(3)一端設置有感測擠型成品長度的線性位置判讀器(4)線性位置判讀器(4)的一端設置有停止開關(R)；④設熱剪機(6)之剪切鋁錠長度為a，鋁錠最短傳輸長度為a/4，在熱剪機(1)的a/2，3a/4及5a/4位置設置用以感測鋁錠端點的可調光電傳感器Y、J及I。
2.根據權利要求1所述的減少熱擠型材生產損失的鋁錠熱剪裝置，其特徵在於擠型成品由牽引機(3)導出並由線性位置判讀器(4)之停止開關(R)感測到時，表示該成品已達到予定成品長度，牽引機(3)即停止並將訊號傳送至擠型機(1)使擠型機(1)停止，同時判讀殘錠(B)的長度，當十字臂(11)上的傳感頭位於擠型機(1)線性位置判讀器(2)的允許範圍PQ以外時，表示壓餅(14)前的殘錠(B)過長，並由線性位置判讀器(2)的感測位置換算鋁錠縮短基數，反饋一控制訊號至熱剪機(1)的鋁錠長度定位與判讀裝置(7)，使鋁錠長度定位與判讀器(7)調整該縮短基數相應的距離，使熱剪機(6)下次剪切較短的鋁錠，避免下次擠壓時仍發生殘錠過長。
3.根據權利要求1所述的減少熱擠型材生產損失的鋁錠熱裝置，其特徵在於擠型成品由牽引機(3)導出並由停止開關(R)感測停止時，擠型機(1)之線性位置判讀器(2)判讀殘錠(B)在允許範圍PQ內，即反饋一不變訊號給熱剪機(1)，使鋁錠長度定位與判讀裝置(7)保持原來位置，使熱剪機(1)保持其剪切長度。
4.根據權利要求1所述的減少熱擠型材生產損失的鋁錠熱剪裝置，其特徵在於當擠型機(1)的十字臂(11)上的傳感頭(12)進到光電開關(C)位置時，擠型機(1)必須停止，反饋一訊號至牽引機(3)使之停止，作成品長度不足判讀，並由牽引機(3)之線性位置判讀器(4)換算鋁錠增長基數，再反饋至熱剪機(6)的鋁錠長度定位與判讀裝置(7)使之增長基數增加剪切長度。
5.一種減少熱擠型材生產損失的鋁錠熱剪方法，其特徵在於由光電傳感器Y、J、I感測鋁錠端點，並自動判定鋁錠長度可能造成廢料，即當感測鋁錠對接端位於3a/4-5a/4間時施以特殊銜接程序。
6.根據權利要求5所述的減少熱擠型材生產損失的鋁錠熱剪方法，其特徵在於①當感測到剪切鋁錠長度對接端位於3a/4-5a/4間時，將鋁錠(設此段鋁錠為sec2)先由熱剪機(6)之a/2傳感器(I)定位剪切下a/2長(設此長為sec3)，其剩餘段為sec4，剪切時sec3位於熱剪機(6)的活動刀架(61)一邊，sec4位於固定刀架(60)一邊。②將剩餘段sec4退出固定刀架(60)，由固定刀架(60)上方的機械手臂(62)夾持脫離熱剪機送料位置。③將下一鋁錠2nd由加熱爐推出，與熱剪機(6)上的予切段sec3相加後剪切a長度，並將其推入擠型機(1)擠壓成型。④將剪切後的2nd鋁錠退回加熱爐內。⑤由機械手臂(62)將剩餘段sec4放回熱剪機(6)的送料位置。⑥從加熱爐再推出2nd鋁錠與剩餘段sec4相加切成a長度，再銜接送入擠型機(1)擠壓成型。
全文摘要
本發明涉及一種鋁型材的加工裝置和方法。本發明是一種減少擠型生產損失的鋁錠熱剪機裝置和方法,熱剪機設有可控位移的鋁錠長度定位與判讀裝置,在擠型機及牽引機分別設置線性位置判讀器,以感測鋁錠及成品長度,再反饋至熱剪機,使熱剪機自動調整剪切長度以減少殘錠及剪切成品之損失,另外在熱剪機不同位置分別設置可調光電傳感器,並自動判讀剪切將造成的殘料時施以特殊銜接程序,可避免因剪切鋁錠小於允許範圍而造成廢料的損失。
文檔編號B23D31/00GK1172710SQ9610904
公開日1998年2月11日 申請日期1996年8月2日 優先權日1996年8月2日
發明者葉世中 申請人:葉世中