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Verfahren und Vorrichtung zur Vergrösserung der Länge eines länglichen Körpers bei gleichzeitiger Verringerung seiner Dicke
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vergrösserung der Länge eines länglichen Körpers, wie eines Blockes, eines Bleches oder einer Folie, bei gleichzeitiger Verringerung seiner Dicke, bei wel- chem der Körper kontinuierlich aufeinanderfolgenden Biegeverformungen unterworfen wird, denen gleich- zeitig eine Zugbeanspruchung überlagert ist, die für sich allein nicht ausreicht, den Körper bleibend zu verlängern, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, im Walzverfahren hergestellte, dünne, gegebenenfalls zu endlosen Schlaufen zusam- mengeschlossene Metallbänder nach dem Verlassen des letzten Walzenpaares durch Strecken zu richten bzw. zu kalibrieren, u. zw. mit Hilfe eines Zugwalzenpaares, das in festem Abstand von den erstgenann- ten Walzen aufgestellt ist.
Bei einem andern Kaltstreckverfahren wird ein dünnes Band zwischen einer Schub- und einer Zug- walze durch Recken plastisch verformt und dabei gehärtet. Das Kaltwalzen von Eisen- und Nichteisen- metallstreifen zu dünnen Bändern mit ausschliesslicher Verwendung von Ziehwalzen hat sich als unwirt- schaftlich erwiesen, so dass vorgeschlagen worden ist, mit mehreren angetriebenen Walzenpaaren zu ar- beiten und deren Antriebe so zu steuern, dass zwischen den Walzenpaaren keine Schlingenbildung auftritt und das Walzgut unter Zug steht.
Bekannt ist es auch, Blechstreifen zur Verringerung ihrer Dicke durch eine Ziehöffnung zwischen zwei parallelen Backen hindurchzuziehen, die in gegenläufige Schwingungen versetzt werden.
Nach einem andern Vorschlag wird ein Metallstreifen, dessen Dicke vermindert werden soll, ohne
Anwendung von Druckkräften mindestens einmal über einen Teil des Umfanges einer Walze gebogen, wo- bei der auflaufende und der ablaufende Streifen unter Spannung stehen und das über die Walze laufende
Streifenstück zur Verkleinerung seiner Dicke plastisch verformt wird. Diese Verfahren sind sämtlich mit erheblichen Nachteilen behaftet. Soweit Walzvorgänge ausgeführt werden, geschieht dies mit den üblichen grossen Walzdrücken, so dass schwere Gestelle und Antriebe erforderlich sind, die bei mehreren nach- einander zur Wirkung kommenden Walzenpaaren sehr genau aufeinander abgestimmt sein müssen.
Die zu einer solchen Abstimmung verwendeten Übertragungseinrichtungen oder Steuereinrichtungen sind kompliziert, teuer und störanfällig, ohne die Aufrechterhaltung konstanter Zugspannungen zwischen den Walzenpaaren zu garantieren. Auch bei den'mit Biegung arbeitenden Verfahren erfolgt dieVerfor- mung nicht mit der nötigen Gleichmässigkeit, so dass das Endprodukt oft gewellt, gerieft oder mit Ober- flächenunregelmässigkeiten behaftet ist.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Längen und Dickenreduzieren von Werkstücken zu schaffen, bei dem mit Walzdrücken dasAuslangen gefunden werden kann, die erheblichkleiner als die bisher üblichen sind, so dass leichtereWalzengestelle angewendet werden können, bei dem ferner mit Zugkräften gearbeitet werden kann, die näher an die einFliessen des Werkstoffes bewirkenden Spannungen herankommen und über die Breite eines band-oder streifenförmigen Werkstückes gleichmässig verteilt sind, und das schliesslich eine Steigerung der Produktion erlaubt und ein glattes Produkt mit einwandfreier Oberflä - che liefert.
Dieses Ziel lässt sich erreichen, wenn bei dem eingangs klassifizierten Verfahren erfindunggemäss den Biegeverformungen und den Zugbeanspruchungen, Druckbeanspruchungen überlagert werden, deren Grösse nur im Zusammenwirken mit den Biegeverformungen und der Zugbeanspruchung ausreicht,
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die Dicke des Körpers zu verringern.
Der auf den kontinuierlich durchlaufenden Körper ausgeübte Druck kann ein Walzdruck sein, der im Bereich jeder der Biegeverformungen zur Einwirkung gebracht wird. Vorzugsweise wird der Druck im wesentlichen senkrecht zur Wirkung der Zugkraft aufgebracht, wobei die Druckwirkung in einem gewissen Ausmass der fortschreitenden Bewegung des Körpers entgegenwirkt. In vorteilhafter Weise können die zur Herbeiführung der Biegeverformung verwendeten Werkzeuge gleichzeitig zum Aufbringen des Druckes herangezogen werden. Nach einem Merkmal der Erfindung wird der durchlaufende Körper im Bereiche jeder Biegeverformung lediglich am Anfang und am Ende der Biegezone einer Druckbeanspruchung unterworfen.
Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens weisen eine Anzahl von in mindestens einem Gestell gelagerten Walzen und eine Einrichtung zum Transport des zu verlängernden streifenförmigen oder bandförmigen Körpers und zur Aufrechterhaltung einer Zugkraft auf.
Erfindungsgemäss sind einige dieser Walzen als Druckwalzen und die andern als Biegewalzen ausgebildet, die mit den ersteren über die gesamte ivaterialbreite zusammenwirlzen. Biege-und Druckwalzen können gleiche Durchmesser aufweisen und insbesondere können jeder Biegewalze zwei Druckwalzen zugeordnet sein, von denen die eine am Beginn und die andere am Ende der Biegezone angeordnet ist. Zur Veränderung des ausgeübten Druckes können die einer Biegewalze zugeordneten Druckwalzen gemeinsam gegenüber dieser verstellbar sein.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Metallkörper, wie z. B. ein Blech od. dgl., das einem Berührungsdruck, beispielsweise einem Walzdruck unterworfen und einer Zugkraft ausgesetzt wird, die kleiner ist als notwendig wäre, um unabhängig von andern Umständen eine bleibende Verlängerung des Körpers zu bewirken, einen Auszieheffekt erfährt, wenn die Beanspruchung mit Zug- und mit Druckkräften mit einer ein-oder mehrmaligen Biegebeanspruchung in einer Zone kombiniert wird, die quer
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Zug-, Druck- und Biegespannungen ausgesetzt, so erfährt er eine Streckung und eine Verminderung seiner Dicke, wobei die Breite praktisch erhalten und die Qualität der Oberfläche unverändert bleibt bzw. verbessert wird.
Wenn auch die Druckbeanspruchung vorzugsweise mit Hilfe von Walzen geschieht, so kann sie dennoch mit befriedigendem Erfolg auch mit andern Werkzeugen, z. B. mittels Pressstempelsegmenten oder Aufsetzbacken ausgeübt werden.
DerVerformungsvorgang erfolgt zweckmässig bei wiederholtemVor- und Zurücklaufen desWerkstük- kes über die Bearbeitungsstelle und ist dementsprechend mit einem mehrfachen Hin- und Zurückbiegen verbunden. Das Werkstück kann aber auch mehrere hintereinanderliegende Stationen durchlaufen. In jedem Falle erfährt es aufeinanderfolgende, relativ geringe Längenzunahmen.
Die Erfindung ermöglicht nicht nur die Anwendung beträchtlich kleinerer Walzdrücke als bisher, sondern bringt den weiteren Vorteil einer viel besseren Kontrolle der Toleranzen bezüglich der Breite beim Vermindern der Dicke sehr breiten Blech- oder Streifenmaterials. Die Gleichmässigkeit der Dicke ist über die ganze Breite gewährleistet. Das neue Verfahren ist überdies mit besonderem Vorteil bei Blechen oder Bändern anwendbar, die so hart sind, dass sie nach den bekannten Verfahren nicht bearbeitet werden konnten. Erfindungsgemässe Vorrichtungen lassen eine sehr gedrängte Bauweise zu, so dass ihre Anwendung in geschlossenen Räumen und demzufolge bei kontrollierbaren Einflüssen der Umgebung, z. B. der Temperatur, leicht möglich ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen und anHand vonDiagrammen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht bzw. wiedergegeben sind.
In diesen zeigen Fig. l in schaubildlicher, schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 2 einen Teil dieser Vorrichtung in Seitenansicht, Fig. 3 in Seitenansicht bzw. im Schnitt eine andere Ausführung einer erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei Konstruktionsdetails erkennbar sind, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3, Fig. 5 ein Diagramm mit Kurven zur Veranschaulichung der kombinierten Wirkung der aufgebrachten Beanspruchungen und Fig. 6 ein anderes derartiges Diagramm.
Die in den Fig. 1 - 4 dargestellte Vorrichtung besteht aus relativ wenig Bauteilen, u. zw. im wesentlichen aus Druck- und aus Biegewalzen. Die Walzen und ihre Anordnung zueinander können ambesten den Fig. l und 2 entnommen werden, wogegen in den Fig. 3 und 4 deren Befestigung und die Einrichtungen zur Ausübung der Zugspannung auf das Werkstück, z. B. ein Blech und zur Anpassung des Druckes zwischen bestimmten Walzen entnehmbar sind. In dieser Vorrichtung sind zwei Garnituren, bestehend aus je drei Walzen, vorgesehen. Jede Garnitur besteht aus einer Biegewalze und zwei Druckwalzen, wo- bei das Blechmaterial S zwischen der Biegewalze und den Druckwalzen, die dieser gegenüberliegen,
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hindurchgeführt wird.
Wie in Fig. l dargestellt ist, kommt das zur Verarbeitung bestimmte Blechmaterial von einervorratsrolle 10, wird durch die zwei Garnituren der Bearbeitungswalzen durchgeführt und auf einer Aufwickelrolle 12 aufgerollt. Die Rollen 10 und 12 können abwechselnd als Vorrats-oder Aufwickelrollen wirksam werden, je nach dem, in welcher Richtung das Blechmaterial jeweils die Vor- richtung durchläuft. Wie in den Fig. 1 und 3 angedeutet, sind die Rollen 10 und 12 ortsfest, und die zur Erzeugung der gewünschten Dickenveränderung erforderliche Zugspannung wird auf das Material S durch das Aufrechterhalten einer unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeit dieser Rollen hervorgerufen.
Die Wirkung, welche die Walzen auf das unter Zugspannung stehende Werkstück ausüben, ist am besten in der Fig. 2 erkennbar. Das sich von rechts nach links um die Biegewalze 13 bewegende, unter Zugspannung befindliche Material S wird zuerst, wenn es zwischen der Biegewalze 13 und der Druckwalze 14 hindurchgeht, gebogen und wird beim Durchlaufen zwischen der andern Druckwalze 15, und der Biegewalze 13 zurückgebogen oder ausgerichtet. Durch diese gegenseitige Anordnung der Wal- zen wird ein hohes Mass an Hebelkraft erreicht, so dass verhältnismässig kleine Kräfte die plastische Deformation erzeugen. Die Biegewalze 13 ist schwimmend angeordnet, wogegen die Druckwalzen in starren Lagerungen gehalten sind.
Das Ausmass der Dickenverminderung des Materials ist eine Funktion der Streifenspannung, der Grösse der Biegeverformung, die beim Biegen des Streifens um die Biegewalze erzeugt wird, und des Druckes, d. h. der Kraft, die in jedem Augenblick zwischen der Druckwalze und der Biegewalze wirksam ist. Sie ist auch von der jeweiligen Fliessspannung (Reckspannung) des Materials abhängig, aus dem das Werkstück besteht.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung sind die zwei Garnituren der Druck- und Biegewalzen 13, 14 und 15 grundsätzlich in der in Fig. 1 gezeigten Art angeordnet, nur sind die Biegewalzen 13 ortsfest (Fig. 4) und die Druckwalzen 14 und 15 schwimmend, nämlich in schwenkbarenWalzenrahmen 17 gelagert. Jeder der beiden Walzenrahmen ist zwischen den Wangen eines zweiarmigen Hebels 19 an einem mit diesen Wangen verbundenen Zapfen 18 angelenkt. Der Hebel 19 sitzt selbst schwenkbar auf einem Zapfen 20 im Gestell der Vorrichtung. Eine Zugstange 26 ist mit dem freien Ende des Hebels 19 über einen Zapfen derart verbunden, dass die zwischen den Druckwalzen 14 und 15 und der Biegewalze 13 wirkende Kraft durch einfaches Belasten der Stange 26 geregelt werden kann.
Die zweite Garnitur von Walzen 13,14 und 15 ist in ähnlicher Weise einerseits im Maschinenrahmen und anderseits in dem Hebel 19 gelagert, so dass die gleiche Wirkung wie bei der ersten Gruppe gewährleistet ist.
Die Funktionsweise der Vorrichtung nach Fig. 3 ist aus Fig. 1 entnehmbar. Das Material wird auf den Rollen 10 und 12 auf-und abgespult, welche ausserdem ständig die notwendige Spannung des Materials bewirken, und wird oberhalb der ersten Biegewalze und unterhalb der zweiten zugeführt. Die Berührung mit den zwei Garnituren der Druckwalzen erfolgt an den Stellen des Biegens und Zurückbiegen.
Die Dicke des Materials wird progressiv durch die gemeinsame Wirkung der Beanspruchungen (Fig. 2) ver- ringert.
Da, wie oben ausgeführt, das Ausmass der Dickenverminderung eine Funktion der jeweiligen Fliessspannung des Materials, der Zugspannung, des Druckes der Druckwalzen und des Ausmasses der Biegeverformung ist, kann die Dickenabnahme, die bei einem Durchgang durch die Vorrichtung erzeugt wird, innerhalb gewisser Grenzen durch Einstellen der Spannung des Materials, also durch Einregeln der Winkelgeschwindigkeit der Auf- bzw. der Abspulrolle, die das Material hin-bzw. zurückziehen, geändert bzw. auf einen bestimmten Wert festgelegt werden.
Das Mass der Dickenabnahme kann auch durch Einstellen des Pressdruckes zwischen den Druckwalzen und den ihnen zugeordneten Biegewalzen eingestellt werden, obwohl hiemit bis zu einem gewissen Grade auch eine Änderung der Wirkung der Biegeverformung des Materials an jeder Biegerolle verbunden ist, insbesondere wenn das Material in bezug auf die Walzendurchmesser relativ dünn ist. Diese Regelung kann durch Belasten der Zugstange 26 vorgenommen werden, welche einen stärkeren Druck zwischen den Biege- und den Druckwalzen bewirkt (Fig. 3).
Bei der praktischen Verwendung der Vorrichtung nach den Fig. 3 und 4 wurde beispielsweise ein Metallstreifen mit einer ursprünglichen Dicke von 1 mm und einer Breite von 2, 54 cm durch Walzengarnituren durchgezogen, welche mit zwei Biegewalzen von 2, 54 cm Durchmesser und Druckwalzen desselben Durchmessers bestückt war. Dieses kontinuierliche, umkehrbare Walzwerk wurde in der Weisebetrieben, dass das Material zuerst mit fast seiner gesamten Länge in der einen Richtung und dann im selben Ausmass in der andern Richtung transportiert wurde. Die Auf- und Abwickelrollen liefen dabei derart, dass die gewünschten Zugspannungskräfte in dem Streifen entstanden. Die an dem Ende der Zugstange 26
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angebrachten Gewichte erzeugten eine Kraft zwischen den Druckwalzen und den Biegewalzen gemäss de vorbestimmten, gewünschten Ergebnissen.
Das Material war sauerstofffreies hochleitfähiges Kupfer, das keine vorherige Behandlung erfahre hatte und bei Raumtemperatur bearbeitet wurde. Die Fliessspannung (Reckspannung) eines solchen Materia' beträgt normalerweise etwa 340 kg/cm 2.
Die erhaltenen Ergebnisse bei wechselnden Bedingungen der Bearbeitung sind als Diagramm in de Fig. 5 dargestellt. Die Messpunkte, die durch die Kurve A verbunden sind, wurden bei einem Versuc erhalten, bei dem kein Pressdruck während des wiederholten Biegens und Zurückbiegens um eine 2, 54 cr starke Walze ausgeübt wurde, während das Material durch das Walzwerk mit einer Spannung von 272 kg/ : m im reduzierten Ende des Streifens hin-und zurücklief. Eine zunehmende Aufrauhung der Oberfläche d < Materials prägte sich immer mehr und mehr aus, bis sich Risse entwickelten, die schliesslich zum At reissen des Streifens an dem Punkt A, am untersten Ende der Kurve, führten.
Unmittelbar vor dem Bruch des Materials war die Oberflächenbeschaffenheit eine solche, dass da Produkt für keinen Verarbeitungsprozess geeignet war, so dass auf diese Weise die Notwendigkeit der er findungsgemässen Anwendung von Druckwalzen demonstriert ist.
Die Messpunkte, nach denen die Kurve B gezeichnet ist, wurden bei einem Walzversuch erhal ten, der sich von dem oben beschriebenen Versuch nur dadurch unterschied, dass über die Berührungswal zen einDruck von 35, 7 kg pro cm Länge der Berührungslinie über jede der 2, 54 cm starken Walzen unun terbrochen zur Wirkung gelangte. Es konnte festgestellt werden, dass die tatsächliche Verminderung d Stärke des Materials sich von der, die ohne Druckkraft erhalten wurde, nicht wesentlich unterschied, abf es wurde eine Oberfläche von sehr guter Qualität erhalten, obwohl das Blechmaterial nach den erste Durchgängen ziemlich rauh zu sein schien.
Der Streifen war bei diesem Versuch nicht gebrochen, abe man gelangte in einen Bereich abnehmender Wirksamkeit, wie sich dies durch die asymptotische Fom der Kurve B ausdrückt. Sobald die Biegebeanspruchungen zu klein wurden, um den Prozess mit sichtli chem Erfolg fortzusetzen, wurde der Versuch am unteren Endpunkt der Kurve B unterbrochen.
Die Messergebnisse, die durch die Kurve C dargestellt sind, wurden bei einem ähnlichen Versuch wie bei dem, der zu der Kurve B führte, gewonnen, nur betrug die Andruckkraft 107, 1 kg pro cir.
Länge auf den Walzen. Wie aus der Kurve C entnommen werden kann, ist eine ziemlich gleichmässige Abnahme der Dicke - bei jedem Durchgang ungefähr 17%-erreicht worden.
Die Kurve D zeigt die erhaltenen Versuchsergebnisse unter den gleichen Bedingungen wie bei Kur- ve C, ausgenommen dass l, 27 cm starke Druckwalzen verwendet wurden. Eine beträchtliche Zunahme der Wirksamkeit des Walzwerkes ist ersichtlich, insbesondere, wenn der Streifen oder das Blechmaterial relativ dünn wird. Mit andern Worten, solange der Streifen oder das Blechmaterial relativ dick-ist, scheint der Walzendurchmesser nur von geringem Einfluss zu sein, zumindest wenn die Höhe der Zugspan- nung verhältnismässig klein ist. Im Bereich unter 0, 25 mm Dicke spielt der kleine Durchmesser der Druckwalze eine bedeutende Rolle, weil der Streifen viel schneller in seiner Dicke abnimmt, was am bester in Fig. 6 ersehen werden kann.
Die Versuchsergebnisse, die durch die Kurve E dieser Figur wiedergegeben sind, wurden bei einem Versuch erhalten, bei dem die Zugspannung 272 kg/cm2 in dem Material betrug und wobei ein Walzendruck von 35, 7 kg pro cm Walzenlänge zur Einwirkung gelangte. Die verwendeten Druckwalzen hatten einen Durchmesser von 2, 54 cm. Die Kurve F entstand unter sonst gleichen Bedingungen, nur hatten die Druckwalzen einen Durchmesser von 1, 27 cm. Unter den Bedingungen der Kurve F wurden Materialstärken bis hinunter zu 0, 075 mm erzeugt und die Oberfläche dieses sehr dünnen Bandes oder dieser Folie war im höchsten Grade von gleichmässiger Beschaffenheit, ebenso wie in den Fällen der Kurve E und der Kurven B, C und D der Fig. 5, bei denen auch Druckwalzen verwendet wurden.
Das erfindungsgemässe Verfahren wurde zur Verlängerung und zur Verringerung der Dicke von Streifen demonstriert, bei denen das Verhältnis von Streifendicke zu Biegewalzendurchmesser anfänglich 0, 04 ist und mit der Abnahme der Dicke bis zu 0, 01 abnimmt. Kleinere oder grössere Anfangsverhältnisse wie z. B. 0, 02 oder 0, 08 werden im allgemeinen, je nach der Bruchneigung des zu walzenden Materials, mehr oder weniger befriedigende Ergebnisse ergeben.
Das Verhältnis der Durchmesser der Druck- und der Biegewalze ist ebenfalls nicht beschränkt, son- dern kann so, wie es für die Konstruktion und die Wirksamkeit bei der Ausführung der gewünschten Dik- kenverringerung passend erscheint, abgeändert werden.
Aus der Praxis hat sich ergeben, dass die Dicke des Werkstückes 7, 62 cm nicht überschreiten soll Wenn das Werkstück aus Stahl besteht, sollte es vorzugsweise nicht dicker als 2, 54 cm sein. Stahl kann nach dem Verfahren gemäss der Erfindung bis zu einer Dicke von 0, 254 cm heissgewalzt und sodann auf
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die gewünschte Enddicke kaltgewalzt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist zunächst auf alle länglichen Körper aus einem Material anwendbar, welches bei Raumtemperatur verformbar ist. Bei Materialien, die bei Raumtemperatur, z. B. wegen Brüchigkeit, nicht deformierbar sind, ist jedoch das Verfahren nach der Erfindung bei Temperaturensowohl unter als auch über Raumtemperatur ebenfalls durchführbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Vergrösserung der Länge eines länglichen Körpers bei gleichzeitiger Verringerung seiner Dicke, bei welchem der Körper kontinuierlich aufeinanderfolgenden Biegeverformungen unterworfen wird, denen gleichzeitig eine Zugbeanspruchung überlagert ist, die für sich allein nicht ausreicht, den Körper bleibend zu verlängern, dadurch gekennzeichnet, dass diesen Biegeverformungen und dieser ZugbeanspruchungDruckbeanspruchungen überlagert werden, deren Grösse nur im Zusammenwirken mit den Biegeverformungen und der Zugbeanspruchung ausreicht, die Dicke des Körpers zu verringern.