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Verfahren und Vorrichtung zum Walzen von Blechen, Bändern u. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Walzen von Blechen, Bändern u. dgl. und kennzeichnet sich dadurch, dass das Walzgut der kombinierten Wirkung von Druck-und Zugbeanspruchungen ausgesetzt wird, indem durch gesonderte Zugwalzenpaare auf den Metallstreifen eine Zugkraft ausgeübt wird, die einen wesentlichen Teil der zum Durchzug des Walzgutes durch die Arbeitswalzen erforderlichen Kraft beträgt. Im Gegensatze zu dem allgemein angenommenen Grundsatze, dass Eisen oder Stahl nur bis ungefähr zur Hälfte seiner ursprünglichen Dicke kalt gewalzt werden könne und hierauf vor der weiteren kalten Bearbeitung ausgeglüht werden müsse, wird es durch das vorliegende Verfahren ermöglicht, allmähliche Verringerungen der Dicke durch Kaltwalzen so lange zu bewirken, bis das Metall ein Viertel oder ein Fünftel seiner ursprünglichen Dicke aufweist.
Durch die Bearbeitungsvorgänge beim Walzen wird die kristallinische Struktur der Metalle stark beeinflusst und eine Orientierung der Kristalle nach einer bestimmten, vorzugsweise zur Bearbeitungsrichtung parallelen Richtung herbeigeführt. Der Walzvorgang wird dabei insofern begrenzt, als sich die Kristallzellen einem Grenzzustand nähern, bei dem die Würfelflächen an die Oberfläche oder parallel zur Oberfläche des gewalzten Materialstreifens zu liegen kommen. Sobald der Grenzzustand erreicht ist, kann eine weitere Bearbeitung nur auf Kosten von Bruch-oder Zerreissvorgängen durchgeführt werden.
Nach erfolgter Annäherung an die erwähnten Grenzzustände ist daher die weitere Bearbeitungsmöglichkeit des Metalls entsprechend beschränkt und hiedurch der praktische Anwendungsbereich des gewalzten Produktes begrenzt.
Man hat bisher zur heissen Behandlung Zuflucht genommen, um die schädlichen Richtungseigen-
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einem Kornwachstum und in vielen Fällen gleichfalls mit einer Rekristallisation in einer sogenannten Hauptorientierung verbunden. Gegen das Ausglühen können überdies zahlreiche Einwände erhoben werden, vor allem, dass grosse Feuerungsanlagen verwendet werden müssen, dass die Behandlung langsam vor sich geht, dass die Kontrolle schwierig ist und dass Schäden an der Oberfläche des Materials (Zunderbildung) auftreten.
Durch das Verfahren gemäss der Erfindung erhält das Walzgut gleichachsige, kleine, gleichförmig ausgebildete Kristallzellen mit willkürlicher Orientierung. Es ist daher möglich, das Walzgut über die durch die alten Walzverfahren gesteckten Grenzen hinaus in seiner Dicke zu vermindern und zu strecken, ohne die nachteilige Hauptorientierung herbeizuführen, welche eine weitere Bearbeitung des Walzgutes begrenzt und die Qualität des Endproduktes vermindert. Die Struktur des nach dem neuen Verfahren hergestellten Walzgutes ist derart beschaffen, dass Röntgenbilder, die mittels der einfarbigen Nadellochmethode aufgenommen werden, konzentrische, im wesentlichen gleichförmig dichte, ununterbrochene Ringe um den ungebrochenen Mittelstrahl zeigen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung beruht im wesentlichen darin, dass das Walzgut ausser durch den Druck der Arbeitswalzen auch durch Ziehen bearbeitet wird, indem ein wesentlicher Teil der zum Durchzug des Walzgutes durch die Arbeitswalzen notwendigen Zugkraft durch von den Arbeitswalzen unabhängige Zugwalzenpaare ausgeübt wird.
Da der Hauptantrieb des Walzwerkes nicht über die Arbeitswalzen, sondern über die Zugwalzenpaare erfolgt, kann man Arbeitswalzen mit ganz besonders kleinen Durchmessern, z. B. 5'7 cm, benutzen,
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was für den Walzvorgang von besonderer Bedeutung ist. Zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung findet ein Walzwerk Verwendung, das sich im wesentlichen dadurch kennzeichnet, dass zur Bearbeitung auswechselbare Arbeitswalzen von besonders kleinem Durchmesser (z.
B. 5'7 cm) vorgesehen sind, die sich in bekannter Weise gegen Stützwalzen mit grossem Durchmesser abstützen und dass zu beiden Seiten der Arbeitswalzen unabhängig angetriebene Zugwalzenpaare mit grossem Durchmesser angeordnet sind, die im wesentlichen die Arbeitsbewegung des Walzgutes bewirken, wobei ausserhalb der Zugwalzenpaare Haspel angeordnet sind, die keinen Zug auf das Walzgut ausüben.
Die zu beiden Seiten der Arbeitswalzen gelegenen Zugwalzenpaare sind durch Walzenzugsmotoren über gesonderte Getriebe unanhängig voneinander angetrieben, so dass die auf das Walzgut ausgeübten Zugkräfte regelbar sind. Der auf das Walzgut von den Zugwalzen ausgeübte Druck ist durch Spindeln einstellbar. Das Walzwerk wird vorzugsweise als Reversierwalzwerk ausgebildet, das auf jeder Seite Haspeln aufweist, da dieses die fortlaufende Bearbeitung des Materials beim Vor-und Rückgang ermöglicht. Man kann hiebei mit viel grösseren Geschwindigkeiten walzen, als ursprünglich bei dieser Art des Walzens möglich war. Das Material kann mit Geschwindigkeiten von ungefähr 300 m pro Minute gewalzt werden, welche Geschwindigkeit ein Vielfaches der ehedem beim Kaltwalzen angewendeten Geschwindigkeiten darstellt.
Die Zeichnungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Fig. 1 stellt eine Draufsicht eines Walzwerkes und Fig. 2 seine Seitenansicht dar. Fig. 3 ist ein Schaltungschema, Fig. 4 zeigt axonometrisch in Ansicht die Art des Antriebes und der Unterstützung einer der Arbeitswalzen. Fig. 5 ist ein mittels der einfarbigen Nadellochmethode aufgenommenes Röntgenbild des verbesserten Materials und Fig. 6 ein Röntgenbild eines durch die gewöhnlichen Verfahren hergestellten, kalt gewalzten Materials.
Das Walzwerk ist mit Ständern 2 und Stützwalzen 3 versehen, deren Hälse 4 in Rollenlagern 5 umlaufen. Die Stützwalzen sind nicht angetrieben, bewegen sich jedoch infolge ihrer reibungslosen Lagerung frei und gleichmässig, sobald die Arbeitswalzen in Umlauf versetzt werden. Die Stützwalzen weisen eine im Vergleich mit den Arbeitswalzen sehr grossen Durchmesser auf, so dass das Walzwerk sehr steif ist und das Durchgangsprofil leicht aufrechterhalten werden kann. Die Arbeitswalzen 6 haben einen verhältnismässig kleinen Durchmesser und sind zwischen den Stützwalzen 3 angeordnet.
Jede Arbeitswalze ist gegen seitliche Bewegung durch Blöcke 7, 7 a gesichert (Fig. 4) und an einem Ende mit axialen Rillen versehen, die in den Hülsenteil 9 einer Spindel 10 eingreifen, welche mit einem der Antriebs-
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Seite, der Antriebsmotor 11 b für die andere Arbeitswalze auf der entgegengesetzten Seite des Walzwerkes angeordnet. Jede Arbeitswalze hat einen abgesetzten Hals 12, durch welchen eine Schulter 13 gebildet wird, an der der Block 7 a anliegt und eine seitliche Verschiebung der Arbeitswalze in einer Richtung verhindert. Die Verschiebung in der entgegengesetzten Richtung wird durch die Spindel 10 verhindert. Die Dicke des gewalzten Materials wird durch den schematisch dargestellten Schraubenmechanismus 14 festgelegt, der mittels eines Motors 15 betätigt werden kann.
Die Gehäuse 16 für die Rollenlager der oberen Stützwalze werden von Hängestangen 17 getragen, an denen Gegendruckfedern 18 vorgesehen sind.
Auf jeder Seite des Walzendurchganges ist ein Zugwalzenpaar 19 a und 19 b angeordnet. Die Grösse des auf das Material zwischen den Zugwalzen ausgeübten Druckes wird durch Einstellschrauben 20 geregelt. Die Zugwalzen 19 a werden durch einen Walzenzugsmotor 21 a Über ein Reduktionsgetriebe 22 und eine Welle 23 angetrieben. Die Zugwalzen 19 b werden durch einen Motor 21 b mittels ähnlicher Organe wie die den Motor 21 a mit der Walze 19 a verbindenden betätigt. Ein durch einen Motor 25 a angetriebener Haspel 24 ist ausserhalb der Zugwalzen 19 a und ein entsprechender, durch einen Motor 25b angetriebener Haspel 26 an der Aussenseite der Zugwalzen 19 b angeordnet. Die Haspeln 24 und 26 dienen abwechselnd als Aufwinde-und Abgabehaspeln.
Doch ist es für das gewöhnliche Verfahren nicht beabsichtigt, dass die Haspeln die Walz-oder Zugkraft auf das Material ausüben. Würde diese Kraft durch die Haspeln ausgeübt werden, so würde dies. eine schwierige Regelungsaufgabe verursachen, da die Materialmenge auf einem Haspel beständig zunimmt, hingegen auf dem andern Haspel beständig abnimmt, so dass sich der Arm des Kraftmomentes ständig ändert. Dieser Übelstand wird durch Anwendung eigener Zugwalzenpaare beseitigt, an denen der Arm des Kraftmomentes stets gleichbleibt.
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der Haspelmotoren 25 a und 25 b geschaltet, um sicherzustellen, dass die Haspeln bloss als Wickelorgane tätig sind. Die Feldwicklungen für die verschiedenen Motoren werden mittels der Drähte 38 und 39 von einem durch den Motor 41 betätigten Erreger 40 mit Strom versorgt.
Dieser Erreger 40 liefert auch den Strom für die Feldwicklungen 34 des Generators 30. Das Feld jedes Motors ist zu einem Rheostat 42 parallel geschaltet, wodurch die jeder Feldwicklung zugeführte Strommenge unabhängig geregelt werden
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kann. Auf diese Weise lässt sich die den Arbeitswalzen und jedem Paare der Zugwalzen zugeleitete Treibkraft beliebig regeln. Es ist daher möglich, die den Arbeitswalzen zugeleitete Treibkraft im Verhältnis zu der am zugeführten Streifen vermöge der Zugwalzen an der Austrittsseite des Walzwerkes als Zugkraft wirkenden Treibkraft mit grosser Genauigkeit zu regeln. Die Zugwalzen an der Eintrittsseite des Walzwerkes können in solcher Weise angetrieben werden, dass der Bewegung des Metalls ein bestimmter Widerstand entgegenwirkt.
Die Regelung wird dadurch erleichtert, dass die auf das Metall von den Zugwalzen ausgeübte Kraft einen gleichbleibenden Momentenarm aufweist, was im Falle des Angreifens der Kraft an den Haspeln nicht zuträfe. Dies ist in allen Fällen von Belang, in denen den Walzen Treibkraft zugeleitet wird, und es stellt sich sodann die Notwendigkeit ein, die Kräfte im gegenseitigen Verhältnis
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seitig so eingestellt werden, dass das von den Zugwalzen an der Austrittsseite bewegte Walzgut die ArbeitsWalzen und/oder die Zugwalzen an der Eintrittsseite des Walzwerkes antreibt, deren Motoren dann als Generatoren arbeiten und auf das Walzgut eine regelbare Zugkraft ausüben. Die Abnahme des Kalibers kann auch beliebig geregelt werden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen den grossen Unterschied zwischen dem nach dem vorliegenden Verfahren und dem nach den bekannten Kaltwalzverfahren hergestellten Material. Fig. 5 zeigt ein Röntgenbild mit ununterbrochenen, im wesentlichen gleichförmige Intensität aufweisenden konzentrischen Ringen um einen mittleren ungebeugten Strahl. Dieses Bild beweist, dass eine solche Beziehung zwischen den Walzkräften und Zugkräften erreicht wurde, dass sich Hauptolientierungen nicht ausbilden konnten. Dies trifft keineswegs beim Bilde nach Fig. 6 zu, das eine intensive Faserbildung nachweist. Der Pfeil in Fig. 6 gibt die Walzrichtung für den letzten Durchgang an, wobei die Asymmetrie des Bildes deutlich hervortritt. Das Bild nach Fig. 5 ist hingegen frei von jeder durch die Walzrichtung verursachten Asymmetrie.
Das vollkommene Ringbild zeigt vollkommene "zufällige" Orientierung der Kristallzellen im Metall an, und Fig. 5 beweist, wie gut dieses hochwertige Ergebnis durch das Verfahren gemäss der Erfindung erreicht wird. Das Bild nach Fig. 5 wurde von einem Material aufgenommen, das mittels Walzen mit 3'8 cm Durchmesser gewalzt worden war. Das gewalzte Metall bestand aus kohlenstoffarmem Stahl.
Versuche zeigen, dass hinsichtlich der Struktur etwas bessere Ergebnisse bei der Benutzung von Walzen mit 3'8 cm Durchmesser als von Walzen mit 5'7 cm Durchmesser erhalten werden. Die gewünschte Beziehung zwischen der Walzkraft und der Zugkraft kann durch Änderung des Walzendurchmessers und der den Arbeitswalzen und Führungswalzen zugeführten Treibkraft erhalten werden.
Der Walzendurchmesser beeinflusst den Walzvorgang. Wird z. B. dünnes Messing mit Walzen von
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dargestellten Struktur einem Metall mit der in Fig. 6 gegebenen Struktur weit überlegen. Da Metall- bearbeitungsvolgänge im allgemeinen dazu beitragen, dass "bevorzugte", eine weitere Bearbeitung be- gl enze. de Orientierungen entstehen, ist das Material nach Fig. 5 einer stärkeren Bearbeitung als das Material nach Fig. 6 fähig, ehe der Grenzzustand erreicht wird.
Andere Vorteile, die sich aus der Anwendung des vorliegenden Verfahrens ergeben, bestehen darin, dass das Metall glatt ist und keinen Mittelkranz hat, dass keine Oberflächenentkohlung auftritt, dass es frei ist von Brüchigkeit und Randrissen, ferner dass es Härte ohne Verlust der Geschmeidigkeit, höhere physikalische Eigenschaften und äusserste Genauigkeit des Eichmasses aufweist.
Bekanntlich wird zum Ausglühen Zuflucht genommen, um die bei der Bearbeitung auftretenden Materialbeanspruchungen zu beseitigen. Merkwürdigelweise zeigt nun das nach dem Verfahren gemäss der Erfindung gewalzte Metall selbst in nicht ausgeglühtem Zustande eine vollkommene Ringbildung in den Röntgenbildern, wodurch es sich von den ausgeglühten Materialien, deren RöntgenbilderAsterismus aufweisen, leicht unterscheiden lässt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Walzen von Blechen, Bändern u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass das Walzgut der kombinierten Wirkung von Druck-und Zugbeanspruchungen ausgesetzt wird, indem durch gesonderte Zugwalzenpaare auf den Metallstreifen eine Zugkraft ausgeübt wird, die einen wesentlichen Teil der zum Durchzug des Walzgutes durch die Arbeitswalzen erforderlichen Kraft beträgt.