Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von metallenen Werkstücken Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen metallener Werkstücke durch Längenvergrösserung und Dickenverminderung mittels Biege-, Druck- und Zugkräften. Die Erfindung be trifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche einen Rahmen und mehrere Walzen sowie Mittel zur Führung des zu verlängern den, unter Zugspannung gehaltenen metallenen Werk stückes vorwärts und rückwärts durch die Walzen besitzt.
Die hohen Kosten der gebräuchlichen Metall bearbeitungsmaschinen und Vorrichtungen, wie Wal zenstrassen zum Walzen von Eisen und Stahl zu Produkten geringerer Dicke, sind seit langem ein wichtiges Problem. Bisher konnte dieses Problem jedoch nicht befriedigend gelöst werden, und dem entsprechend ist die Verwendung von Walzverfahren besonders bei der Herstellung dünnkalibrierter Mate rialien durch den dazu erforderlichen grossen Kapital aufwand beschränkt.
Für den gesamten Bereich der Dicken bzw. Stärken von Metallblechen und Bändern sind die gegenwärtig in technischem Massstab verwendeten Bearbeitungsmaschinen platzraubend, schwer und teuer und unterscheiden sich - mindestens in ihren wesentlichen Zügen - nicht von den Vorrichtungen, welche schon vor vielen Jahren allgemein in Gebrauch waren.
Die vorliegende Erfindung soll nun unter be stimmten Bedingungen eine Metallbearbeitung durch Anwendung von Walzkräften ermöglichen, welche erheblich geringer sind als die bei gegenwärtig in Gebrauch befindlichen Verfahren. Die Erfindung soll dadurch die Möglichkeit geben, die Verwendung be stimmter Methoden und Vorrichtungen zu erweitern und konventionelle Metallprodukte mit neuen Ver fahren und Vorrichtungen herzustellen.
Zusätzlich zu der erheblichen Verringerung der Grösse der bisher bei den konventionellen Vorrich tungen erforderlichen Walzenkräfte soll die Erfindung den Vorteil einer erheblich besseren Regelung der Dickentoleranz während der Dickenverringerung sehr breiter Bleche oder Blechstreifen eimöglichen. Die Einheitlichkeit bzw. Gleichmässigkeit der Banddicke über die gesamte Breite des Bandes soll dabei selbst tätig eingehalten werden, wobei Dickenverringerun- gen, welche bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens auftreten, kompensiert werden sollen.
Diese Eigenschaft ist von besonderem Wert und von grosser Anwendbarkeit bei der Verarbeitung von Blech- oder Bandmaterial solcher Härte, dass es mit bisher bekannten Methoden nicht ohne weiteres durch Walzen in seiner Dicke verringert werden konnte.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung soll darin bestehen, dass das Verfahren unter bestimmten ge regelten Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Atmosphäre und dergleichen, durchgeführt werden kann.
Die Erfindung soll für das Walzen länglicher Metallwerkstücke bei der Herstellung von Blechen, Bändern oder Folien verschiedener Typen, Drähten, Stäben und Röhren mit verschiedenen Querschnitts formen bei verschiedenen Materialzusammensetzun gen und Materialtypen anwendbar sein.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück einer zykli schen plastischen Biegeverformung unterworfen wird und dass die drei Kräfte gleichzeitig zusammen wirkend auf einen jeden aufeinanderfolgenden Teil des Werkstückes mit einem nur für die Verformung des Werkstückes ausreichenden Gesamtbetrag ein wirken, um eine Oberflächen-Verschlechterung des bearbeiteten Werkstückes zu vermeiden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine erste, im Rahmen ge lagerte Biegewalze, eine neben der ersten Biegewalze drehbar gelagerte, erste Druckwalze, welche zur Er zeugung eines Druckes auf der Breite des Werkstückes dient, wenn dieses zuerst mit der Biegewalze in Berüh rung kommt, eine drehbar neben der ersten Biege walze gelagerte zweite Druckwalze, die so angeordnet ist, dass sie auf die Breite des Werkstückes einen Druck ausübt, wenn dieses die erste Biegewalze ver lässt, ferner eine radial im Abstand zur ersten Biege walze im Rahmen gelagerte zweite Biegewalze, eine drehbar neben der zweiten Biegewalze gelagerte dritte Druckwalze,
welche zur Erzeugung eines Druk- kes auf der Breite des Werkstückes dient, wenn dieses zuerst mit der zweiten Biegewalze in Berüh rung kommt, und eine drehbar neben der zweiten Biegewalze gelagerte vierte Druckwalze zur Erzeu gung eines Druckes auf der Breite des Werkstückes, wenn dieses sich von der zweiten Biegewalze löst.
Gemäss einer Ausführungsform dieses Verfahrens wird die zyklische plastische Verformung durch ein wiederholtes Ab- und Zurückbiegen des Werkstückes bewirkt. Das Verfahren kann mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, bei der das metallische Werk stück zwischen einem Paar von einander gegenüber stehenden Walzen hindurchläuft, welche auf das Werkstück einwirken und einen Anpressdruck auf die Stellen ausüben, wo die zyklische plastische Ver formung stattfindet.
Die Druckeinwirkung ist dabei während des Verfahrens stets relativ gering und wird mit abnehmender Dicke bzw. zunehmender Länge des Werkstückes wirkungsvoller. Im Vergleich mit bisher gebräuchlichen Walzverfahren ist der von den Walzen auf das Werkstück ausgeübte Druck vorzugs weise sehr viel geringer, wobei die zyklische plastische Verformung die Wirkung der Berührungskraft so weit verstärkt, dass eine plastische Deformation (Elonga- tion) des Werkstückes verursacht wird.
Dieses Walzverfahren wird normalerweise ent weder ein wiederholtes Hin- und Herlaufen des Werkstückes auf einer Verfahrensstrasse erfordern, wobei das Werkstück wiederholt gebogen und be gradigt wird; anderseits kann der Werkstoff auch ein einziges Mal durch eine Verfahrensstrasse mit mehre ren Walzengruppen durchgeführt werden. In beiden Fällen wird das Werkstück wiederholt der gleich zeitigen Einwirkung der Druckkraft, der Zugkraft und der zyklischen plastischen Verformung unter worfen, so dass er durch aufeinanderfolgende Längen inkremente gestreckt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch mit grossem Vorteil in einer Weise durchgeführt werden, welche dem Walzen nur bezüglich der erhaltenen Produkte ähnelt. So kann beispielsweise bei einem dem Walzen ähnlichen Vorgang das Blechmaterial der Länge nach durch eine Verfahrensstation durch geführt werden, wobei aufeinanderfolgende Teile oder Segmente der Länge des Werkstückes der Einwirkung von zyklischen Scherbeanspruchungen ausgesetzt sind, welche zyklische plastische Scherverformungen in dem Werkstück bewirken, während es in einer der 'beiden Richtungen durch die Bearbeitungsstrasse durchläuft.
Bei dieser Bearbeitungsart, ebenso wie bei der oben beschriebenen Art des Walzens unter Druck, Biegung und Streckung, wird das Werkstückblech konstant einem Zug unterworfen und dabei unter Verminderung seiner Dicke verlängert, ohne dass die Breite des Werkstückes durch die Kombination der zyklischen plastischen Scherverformung, der Druck kraft und der Zugkraft verringert wird. Auch hier sind Druckkraft und Zugkraft etwas geringer als die zur Erzeugung der gleichen Verlängerung und Dicken verminderung nötigen Kräfte in Abwesenheit der zyklischen plastischen Scherverformung.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform des er findungsgemässen Verfahrens wird das blech- oder bandförmige Werkstück einer Kombination von Zug kräften, Druckkräften und solchen Kräften, welche als Ergebnis einer Phasenänderung entstehen und eine plastische Verformung an der Phasengrenzfläche erzeugen, unterworfen, wobei sich ebenfalls eine Verlängerung des Werkstückes unter Verminderung seiner Dicke und gleichbleibender Breite ergibt. Dazu wird das Werkstück in einer Bearbeitungsstrasse unterschiedlichen Temperaturen unterworfen. Wenn das Werkstück aus einem entsprechenden Metall besteht, erfährt es bei der Phasenänderung eine er hebliche Volumenveränderung.
Auf dem Bearbei tungsweg sind die Temperaturerzeuger so angeordnet, dass beim Durchziehen des Werkstückes in einer der beiden Richtungen eine Grenzschicht oder mehrere Grenzschichten zwischen den beiden Phasen ent stehen, wobei sich die Grenzschicht in jedem Fall transversal zum Werkstück, z. B. einem Blech, er streckt, so dass die Grenzschicht in Längsrichtung durch das Werkstück wandert, wenn dieses den Bearbeitungsweg durchläuft.
Im Bereich der Grenz- flächen wird auf das Werkstück mittels einander gegenüberliegender Druckwalzen ein Pressdruck aus geübt, wobei die Walzen selbst zum Erhitzen des Werkstückes dienen können und dadurch Phasen- grenzflächen erzeugen.
Das Werkstück kann dann den Bearbeitungsweg in umgekehrter Richtung durch laufen, so dass wiederum eine Anzahl von periodi schen Beanspruchungen oder Beanspruchungszyklen auf Grund des Phasenwechsels entstehen, wobei das Werkstück während der ganzen Behandlung unter hinreichenden Pressdrucken und Zugspannungen steht, welche zusammen mit den durch die verschiedenen Phasenwechsel erzeugten zyklischen plastischen Ver formungen die gewünschte Dickenverminderung und Verlängerung an den Walzstellen bewirken.
Gemäss einer anderen Ausführungsform des Ver fahrens gemäss der Erfindung wird ein Metallblech oder eine Folie durch zyklische plastische Torsionen, welche zyklische plastische Verformungen bewirken, mittels einer Bearbeitungsweise ausgezogen, welche in ihrer Wirkung in Anbetracht des fertigen Produktes einer Walzwirkung gleichkommt. Die durch Torsion bewirkte zyklische plastische Verformung bewirkt zusammen mit der Zugbeanspruchung und dem auf das Werkstück ausgeübten Pressdruck eine plastische Verdünnung und Verlängerung des Werkstückes. Auch hier wandert der Ort der plastischen Beanspru chung und Verformung längs des Werkstückes, wäh rend dieses in einer der beiden Richtungen durch eine Biege- bzw. Verdrehungsstelle durchläuft.
Die durch Verdrehen bewirkte Beanspruchung bzw. Verfor mung und der Druck der Presswalzen werden in transversaler Richtung angewendet, während die Zug beanspruchung in Längsrichtung angreift, doch be wirkt auch hier, wie in den vorangehenden Fällen, die Kombination ein Dünnerwerden und eine Ver längerung und führt zu einem Endprodukt, das einem auf konventionelle Weise gewalzten Material ähnelt. Der Zug und der Druck der Presswalzen sind, wie in den vorigen Fällen, erheblich geringer als die zur Erzielung eines solchen Ergebnisses in Abwesenheit eines der beiden Kräfte und der zyklischen plastischen Beanspruchung erforderlichen Zug- bzw. Druckwerte.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform des er findungsgemässen Verfahrens wird ein blech-, strei fen- oder folienartiges Werkstück unter Verlängerung, Ziehen und Verminderung der Dicke bearbeitet, wo bei Press- bzw. Walzdrucke und Zugkräfte, die für sich und gemeinsam genommen zur Erzeugung einer zyklischen plastischen Verformung nicht ausreichen, gemeinsam mit einer durch thermische Mittel er zeugten, zyklischen plastischen Beanspruchung, die eine örtliche plastische Verformung bewirkt, an gewendet werden.
Bezüglich seiner Ergebnisse ent spricht dieses Verfahren ebenfalls dem Walzen. Die örtliche Erhitzung des Werkstückes wird elektrisch bewirkt, so dass Beanspruchungen durch Kontraktion oder thermale Ausdehnung und/oder Phasenwech sel im Werkstückblech erzeugt werden, wobei, wie in den vorstehenden Fällen, die Belastungen in einer transversalen Richtung über die Blechbreite lokali siert und von solcher Grösse sind, dass sie deutliche lokalisierte Wirkungen der plastischen Beanspru chung erzeugen, welche gemeinsam mit der Zugkraft zur Verformung des Werkstückes auf seine endgülti gen Dimensionen führen.
Wegen der Bewegung des Bandes sind die erzeugten plastischen Beanspruchun gen zyklisch, d. h. von periodischer Natur.
Die Verwendung des erfindungsgemässen Ver fahrens zur Herstellung von Stäben, Rohren, Drähten und dergleichen mit verschiedenen Querschnittspro- filen durch Verformung bzw. Verlängern eines rohen Werkstückes erfordert Walzen mit besonders ge formter Oberfläche.
Wenn das Werkstück durch Walzengruppen oder Walzenstühle mit derart aus gebildeten Walzen durchläuft, wird es, wie im Fall der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bei der Herstellung von Folien, zyklisch plastisch beansprucht, etwa durch Biegen und Geraderichten und gleichzeitige Einwirkung von Zugbeanspruchun gen und Pressdrucken, welche einzeln und gemeinsam in Abwesenheit der zyklischen plastischen Bean- spruchung zur Erzeugung der gewünschten Deforma tion nicht ausreichen. Geeigneterweise wird zur Her stellung des gewünschten Stabes, Rohres oder Drah tes ein rohes bandartiges Werkstück verwendet, wie es zur Herstellung von Folien bei dem erfindungs gemässen Verfahren verwendet wird.
Dabei können die Walzen zusätzlich zur Formgebung des Werk stückes auch zu dessen Verlängerung dienen.
Eine der wesentlichen Entdeckungen, welche die Basis der Erfindung darstellt, besteht darin, dass in Gegenwart einer zyklischen bzw. periodischen plasti schen Verformung bzw. Beanspruchung genügender Grösse für die Erzeugung einer umgekehrten plasti schen Deformation selbst eine relativ geringe Bean spruchung - insbesondere eine ständige Beanspru chung - eine erhebliche Deformation eines Körpers aus verformbarem Material bewirken kann. Insbeson dere für den Fall, wo ein Metallkörper, z.
B. ein Metallblech, einem Presswalzendruck und einer Zug kraft unterworfen wird, welche geringer sind als die zur Erzeugung einer permanten Verlängerung un abhängig voneinander nötigen Kräfte, und wo das Blech gleichzeitig wiederholt gebogen bzw.
geknickt und wieder gerade gerichtet oder auf andere Weise Belastungen ausgesetzt wird, welche zyklische pla stische Verformungen bewirken und mehrmals quer zum Blech angreifen, werden die Zugkraft und der Pressdruck eine ziehende Wirkung auf das Blech ausüben, seine Dicke verringern und seine Länge vergrössern, während gleichzeitig die Breite geregelt wird und die Oberflächenqualität erhalten bleibt oder sogar verbessert wird.
Diese Bearbeitung wird daher in solcher Weise durchgeführt, dass jede Neigung des Bleches zur Verengung an irgendeinem besonde ren Punkt vermieden oder verhindert wird, wobei sich gleichzeitig eine im wesentlichen einheitliche Verringerung der Werkstückdicke und die Herstel lung eines Bleches von praktisch jeder gewünschten Dicke bis zu den dünnsten Bandarten oder Folien, d. h. 0,0254 mm und darunter, ermöglichen lässt.
Im Gegensatz zur typischen Walzbearbeitung wird die Breite des Bleches an keiner Stelle des Verfahrens ganges vergrössert, und dies selbst bei einer Werk stoffdicke von weniger als 0,0254 mm, obwohl die Dicke des Werkstückes in begrenztem und nicht unerwünschtem Masse während dieser Bearbeitung verringert werden kann.
Der bei dem erfindungsgemässen Verfahren an gewandte Pressdruck wird auf das Werkstück zweck mässig an dem Punkt ausgeübt, wo die zyklische plastische Beanspruchung stattfindet. Verglichen mit dem Druck, welcher von den Walzen bisher ge bräuchlicher Walzverfahren ausgeübt wurde, ist dieser Druck relativ gering und tatsächlich für sich allein zum Erzielen einer plastischen Verformung des Werk stückes in der erwünschten Grösse nicht ausreichend. Zur Ausübung dieses Druckes auf das Werkstück werden Walzen bevorzugt, doch ist zu betonen, dass auch andere Mittel mit Erfolg verwendet werden können, wie beispielsweise Stempel oder Backen.
Die Erfindung soll nun anhand von Beispielen in einigen bevorzugten Ausführungsformen näher er läutert werden. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Schemas einer Vorrichtung zur Durchführung einer Ausfüh rungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig.2 in grösserem Massstab eine Teilansicht eines Längsschnittes durch einen Teil der Vorrichtung von Fig. 1, welche in übertriebener Weise die Wir kung der Walzen zeigt, Fig. 3 einen Ausschnitt eines seitlichen Aufrisses einer Vorrichtung zur Ausführung der in Fig. 1 und 2 dargestellten Operationen,
wobei Einzelteile der Übersichtlichkeit halber weggebrochen sind, Fig. 4 einen Ausschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 5 eine graphische Darstellung von Kurven, welche die Wirkung der gemeinsam auf das Werk stück einwirkenden Kombination von zyklischer Ver formung, Presswalzendruck und Zugspannung zeigt, wobei auch die Notwendigkeit des Pressdruckes bei dieser Kombination gezeigt wird, Fig.6 eine andere graphische Darstellung von Kurven mit Daten, welche die Wirkung des erfin dungsgemässen Verfahrens in einer bevorzugten Aus führungsform zeigen,
Fig.7 einen schaubildartigen seitlichen Aufriss einer Vorrichtung zur Ausübung zyklischer Scher- beanspruchungen auf blech- oder bandförmige Werk stücke unter Zug gemäss einer anderen Ausführungs form des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 8 eine Ansicht wie in Fig. 7 mit der Dar stellung des Blechwerkstückes in der anderen Extrem position der Scherung, Fig.9a einen Längsschnitt eines Ofens, durch welchen ein metallisches Werkstück durchläuft, das an den Stellen der Phasenänderungen dem Druck von Presswalzen ausgesetzt ist,
Fig. 9b eine graphische Darstellung, welche orts mässig der Anordnung des Werkstückes in Fig.9b entspricht und die Temperatur aufeinanderfolgender Teile des Werkstückes bei der Behandlung des Werk stückes im Ofen zeigt, Fig. 10 die perspektivische Ansicht eines Teils der Länge eines Blechwerkstückes, welches einem Torsionszyklus unterworfen wird und gleichzeitig ge mäss einer anderen Ausführungsform des erfindungs gemässen Verfahrens unter Zug steht, Fig. 11 zeigt das Schaubild einer Vorrichtung für die zyklische thermische Beanspruchung eines Blech werkstückes, welches dabei gezogen oder bezüglich einer Dicke verringert und verlängert wird,
wie es gemäss einer anderen Ausführungsform des erfin dungsgemässen Verfahrens möglich ist.
Im einzelnen ist aus den Fig. 1, 2, 3 und 4 zu ersehen, dass Vorrichtungen aus relativ wenigen Einzelteilen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens unter Pressung, Biegung und Streckung ausreichen. Die Walzen dieser Apparatur und ihre Anordnung zueinander sind am besten in den Fig. 1 und 2 zu erkennen. Fig. 3 und 4 zeigen die Mittel zur Anordnung der Bauelemente, zur Ausübung eines Zuges auf das Blech und zur Anpassung des Druckes zwischen bestimmten Walzenelementen.
Diese Ap paratur besitzt zwei Walzengruppen mit je drei Wal zen, wobei sie in jedem Fall eine Biegewalze und zwei Kontakt- bzw. Presswalzen besitzen, wobei das Werkstück zwischen der Biegewalze und den dieser gegenüberliegenden Presswalzen liegt. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das zu verarbeitende Blechwerkstück S auf eine Vorratsrolle oder -walze 10 gebracht, von zwei Gruppen von Arbeitswalzen bearbeitet und auf der Aufnahmewalze 12 aufgespult. Die Walzen 10 und 12 können alternativ als Vorratswalze und Auf wickelwalze betrachtet werden, je nach der Laufrich tung des Werkstückbleches durch die Apparatur zu einem gegebenen Zeitpunkt.
Wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, verändern die Walzen 10 und 12 während des Arbeitens der Apparatur ihre Stellung nicht. Durch ein differentielles Verdrehungsmoment oder die Winkelgeschwindigkeit dieser Walzen wird zur Erzeugung der gewünschten Dickenverminderung eine Zugkraft auf das Werkstück S ausgeübt.
Die zyklische, plastische Verformung des unter Zugspannung liegenden Werkstückes und die erfin dungsgemäss angewendeten Pressdrucke zum Erzielen der gewünschten Verlängerung entstehen, wenn das Werkstück zwischen einander gegenüberstehenden Walzen jeder Drei-Walzen-Gruppe durchläuft. Die Funktion, welche die zyklische Verformung bewirkt, ist am besten in Fig. 2 zu erkennen.
Das unter Zug liegende Werkstück S bewegt sich von rechts nach links um die Biegewalze 13, wird beim Durchlaufen zwischen der Walze 13 und der Press- oder Kontakt walze 14 gebogen und dann beim Durchlaufen zwi schen Press- oder Kontaktwalze 15 und Biegewalze 13 zurückgebogen bzw. geradegerichtet. Wegen der Anordnung der Walzen zueinander wird ein hoher Grad von Hebelwirkung erzielt, so dass vergleichs weise kleine Kräfte eine plastische Verformung bzw. die in Fig.2 dargestellte Biege- und Ausrichtungs wirkung hervorrufen. Die Biegewalze 13 ist beweg lich, die Kontaktwalzen sind fest gelagert.
Der Grad der Dickenverringerung des Werkstük- kes ist eine Funktion des auf dieses wirkenden Zuges, der beim Biegen des Bandes um die Biegewalze er zeugten plastischen Beanspruchung und des Druckes zwischen den einzelnen Presswalzen und der Biege walze. Sie ist auch eine Funktion der sofort auf tretenden Fliess- bzw. Streckspannung des Werk stückmaterials.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung sind zwei Gruppen von Press- und Biegewalzen 13, 14 und 15 entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Weise an geordnet, mit der Abänderung, dass die Biegewalzen 13 im Rahmen 21 fest gelagert sind, wobei die Lagerungsart im Maschinenrahmen in Fig.4 dar gestellt ist. Die Presswalzen 14 und 15 sind beweglich, weil sie im Walzenrahmen 17 gelagert sind. Der Walzenrahmen ist zwischen einem Paar von im Abstand voneinander angebrachten, den Hebel oder Arm 19 bildenden Organen angeordnet und mittels eines Drehbolzens 18 mit diesen verbunden.
Der Hebel 19 ist seinerseits am Punkt 20 drehbar mit dem Maschinenrahmen bzw. Gerüst verbunden.
Ein zweiter Arm 26 ist drehbar mit dem freien Ende des Armes 19 verbunden, so dass dieser um seinen Drehbolzen 20 bewegt und die Kraft zwischen den Presswalzen 14 und 15 und der Biegewalze 13 durch einfaches Belasten des Hebels bzw. Armes 26 geregelt werden kann.
Eine zweite Walzengruppe mit den Walzen 13, 14 und 15 ist in ähnlicher Weise in Arbeitsbeziehung mit dem Maschinenrahmen und dem Arm 19 ge lagert, so dass mit dieser Walzengruppe die gleiche Wirkung erzielt wird wie mit der oben beschriebenen ersten Walzengruppe.
So ist auch hier die Biegewalze in dem gegabelten Rahmen 21 gelagert, und die Press- walzen 14 und 15 sind ihrerseits auf einem anderen Walzenrahmen 17 gelagert, der seinerseits mittels eines anderen Drehbolzens 18 mit einem Teil des Armes 19 auf der entgegengesetzten Seite des Lager bolzens 20 vom Verbindungspunkt der oben be schriebenen ersten Walzenjochanordnung verbunden ist.
Beim Betrieb der in Fig. 3 beschriebenen Vor richtung entsprechend der Beschreibung von Fig. 1 wird das Werkstück auf den Walzen 10 und 12 auf- bzw. abgewickelt, wobei diese Walzen den nötigen Zug auf das Werkstück in konstanter Weise ausüben. Das Werkstück wird über die erste Biegewalze und unter der zweiten durchgeführt, wobei es mit den beiden Gruppen von Presswalzen an den Punkten des Biegens und Zurückbiegens in Kontakt kommt.
Das Werkstück erfährt unter der in Fig. 2 dargestell ten und beschriebenen Wirkung eine zunehmende Dickenverringerung. Da, wie oben beschrieben, der Grad der Dickenverringerung eine Funktion der so fortigen Fliessspannung des Materials, des am Band angreifenden Zuges, der Kraft oder des Druckes der Presswalzen und des Ausmasses der zyklischen plastischen Verformung bzw. der Verbiegung ist, kann der Grad der Dickenabnahme -der Material stärke, welche pro Lauf erzielt wird, ohne weiteres durch Regelung der Spannung des Werkstückes inner halb bestimmter Grenzen durch Anpassung des Dreh momentes der Walzen bzw. deren Winkelgeschwin digkeit, d. h. der Kraft, welche das Werkstück vor wärts und rückwärts bewegt, bewirkt werden.
Die Dickenverringerung pro Zeiteinheit kann auch durch Regelung des Druckes zwischen den Druckwalzen und den entsprechenden Biegewalzen geregelt werden, obwohl dies in gewissem Masse auch auf die Ände rung des Ausmasses der plastischen Biegung des Werkstückes an den Biegewalzen einwirkt, insbeson dere wenn das Werkstück im Verhältnis zu den Walzendurchmessern relativ dünn ist. Diese Regelung kann durch Belasten des Armes 26 derart bewirkt werden, dass er sich wie in Fig. 3 dargestellt nach unten bewegt.
Als Anwendungsbeispiel der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Vorrichtung bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wurde ein Metallband mit der ursprünglichen Dicke von 1,016 mm und einer Breite von 25,4 mm in einer Vorrichtung ge mäss Fig. 3 verarbeitet, welche zwei 25,4-mm-Biege- walzen sowie Druckwalzen gleicher Grösse besass.
Die kontinuierlich und umkehrbar arbeitende Vorrichtung wurde so betrieben, dass das Werkstück praktisch mit ganzer Länge in einer Richtung und darauf in glei chem Masse in der anderen Richtung durchgeführt wurde, wobei es durch die an beiden Enden der Vor richtung liegenden Walzen auf- bzw. abgewickelt wurde. Die Vorrats- bzw. Aufnahmewalzen wurden so betrieben, dass sie die im Band erforderlichen Zugkräfte bewirkten. Die relativen Geschwindigkeiten jeder Walze sind zu diesem Zweck innerhalb eines weiten Bereiches regelbar. Auf den Enden des Armes 26 angebrachte Gewichte bewirkten eine Kraft bzw. einen Druck zwischen den Druckwalzen und den Biegewalzen, welche dem festgesetzten Endergebnis entsprach.
Das Werkstück bestand aus sauerstofffreiem, hochleitfähigem Kupfer in Rohrform und wurde in der Kälte oder bei Raumtemperatur bearbeitet. Die Fliessspannung dieses Materials beträgt normalerweise ungefähr 3515 kglcm2. In der graphischen Darstel lung von Fig.5 sind die unter veränderten Walz- bedingungen mit der Apparatur erhaltenen Resultate schaubildartig dargestellt. Auf der Ordinate sind die Blechdicken in Millimetern und auf der Abszisse die Anzahl der Durchläufe eingetragen.
Die Daten, aus denen sich die Kurve A zusammensetzt, wurden während eines Betriebslaufes gefunden, bei welchem während des wiederholten Biegens und Geraderich- tens des Werkstückes um die 25,4-mm-Walze beim Durchlaufen der Vorrichtung in beiden Richtungen unter einer Zugspannung von 2812 kg/cm2 am dünneren Ende des Bandes kein Pressdruck auf das Werkstück ausgeübt wurde. Eine Aufrauhung der Oberfläche des Werkstückes machte sich in zuneh mender Weise bemerkbar, bis sich Risse entwickelten, welche schliesslich zu einer Trennung des Streifens an der Stelle führten, welche das untere Ende der Kurve A bezeichnet.
Kurz vor der Zerstörung des Werk stückes war der Oberflächenzustand derart, dass das Produkt praktisch unbrauchbar war, was die Not wendigkeit der Druckwalzen für dieses erfindungs gemässe Verfahren verdeutlicht.
Die Messdaten, aus denen sich die Kurve B zusammensetzt, wurden bei einem Betriebslauf einer Walzbehandlung gesammelt, die sich von dem oben beschriebenen Vorgehen nur dadurch unterschied, dass von jeder der Druckwalzen mit 25,4 cm Durch messer kontinuierlich ein Druck von 35,71 kgfcm ausgeübt wurde. Es ist zu bemerken, dass die tat sächliche Dickenverminderung des Werkstückes nicht erheblich gegenüber der ohne Berührungskraft er zielten Verminderung verschieden war, dass aber eine gute Oberflächenqualität des erhaltenen Bleches er- zielt wurde, obwohl es in den ersten Stadien ziemlich rauh erschien.
Das Band brach bei dieser Unter suchung nicht, doch wurde ein Punkt von verminder ter Wirksamkeit erreicht, wie er durch die asympto- tische Form der Kurve B angezeigt ist. Als die plastische Biegungsverformung für die praktisch sinn volle Fortsetzung des Verfahrens zu klein geworden war, wurde die Untersuchung am unteren Endpunkt der Kurve B abgebrochen.
Die durch Kurve C dargestellten Daten wurden bei einer Betriebsart gefunden, welche der von Kurve B entsprach, mit dem Unterschied, dass die Druck kraft 107,13 kg pro cm Walze betrug. Die Kurve C deutet an, dass pro Durchlauf eine ziemlich gleich- mässige Verringerung von ungefähr 17 % mit ab- nebmender Werkstückdicke erzielt wird.
Kurve D stellt Daten dar, welche bei einer Arbeitsweise ent sprechend Kurve C erhalten wurde, mit der Abände rung, dass eine Druckwalze mit einem Durchmesser von 12,7 mm verwendet wurde. Ein erhebliches An wachsen der Wirksamkeit der Vorrichtung ist zu er kennen, besonders wenn das band- oder blechförmige Werkstück relativ dünn wird. Solange das Band oder das Blech relativ dick ist, scheint die Walze mit kleinem Durchmesser gegenüber den Walzen grossen Durchmessers nur eine geringe Wirkung auszuüben, mindestens dann, wenn das Zugkraftniveau ver gleichsweise niedrig liegt.
Im Bereich von Dicken unter 0,254 mm spielt die Presswalze mit kleinem Durchmesser bei der schnelleren Verminderung der Dicke des Werkstückes jedoch eine wesentliche Rolle, was insbesondere in Fig. 6 deutlich zum Ausdruck kommt.
In der Fig. 6 sind auf der Ordinate die Blech dicken in Millimetern und auf der Abszisse die An zahl der Durchläufe aufgetragen. Die durch die Kurve E von Fig. 6 dargestellten Daten wurden bei einer Zugbelastung des Werkstückes von 2812 kg/cm= und einem Druck der Presswalze von 35,71 kg pro cm Walze erhalten. Zur Messung der Daten von Kurve E wurden Presswalzen mit einem Durchmesser von 2,54 cm verwendet, während für Kurve F 12,7- mm-Presswalzen verwendet werden.
Dicken bis hin unter zu 0,0762 mm wurden unter den Bedingungen der Kurve C bei der Verarbeitung von Bändern er reicht, wobei die Oberflächenqualität dieser sehr dünnen Folie bzw. Bänder höchst gleichmässig aus fiel, wie dies auch bei den Kurven E und den Kurven <I>B,</I> C und<I>D</I> von Fig. 5 der Fall war, wo ebenfalls Presswalzen verwendet wurden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 wird eine zyklische Scherbeanspruchung und eine daraus sich ergebende Verformung bei einem Band oder Blech 30 des zu verlängernden und bezüglich seiner Dicke zu verringernden metallischen Werkstückes erzeugt und ergibt ein Produkt, wie es in Übereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung erhalten wird. Das in diesen Zeichnun gen dargestellte Scherstadium zeigt in Teilansicht eine Maschine, welche zur Ausführung dieser Aus führungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ver wendet werden kann. Dementsprechend ergibt sich beispielsweise, dass Vorrats- und Aufwickelwalzen, wie z.
B. die Walzen 10 und 12 zur Bewegung des Werkstückes 30 durch die Vorrichtung in beiden Richtungen an beiden Enden der Maschine vor gesehen werden können, so dass aufeinanderfolgende Teile der Länge des Werkstückes den für die Ver längerung des Werkstückes unter relativ geringen Zugkräften wesentlichen Scherbeanspruchungen wie derholt ausgesetzt werden können. Das Werkstück wird gezogen, in oszillierender Weise geschert und relativ leicht gepresst, so dass sich die gewünschte Verminderung ergibt.
Die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Vorrichtung kann in geeigneter Weise zwei sich hin und her be wegende Druckstangen oder Druckorgane besitzen (nicht dargestellt), welche in vertikaler Richtung wirken und zwei Gruppen von vertikal ausgerichte ten, laminierten Metallblechen oder Platten 31 und 32 in vertikaler Richtung bewegen, wobei die einzelnen Platten relativ zueinander gleiten und eine zyklische Scherung auf das Band ausüben, an das sie anliegen. Das Band wird durch die Schervorrichtung durch gezogen, so dass ein gegebener Teil der Bandlänge in einer transversalen Richtung durch Scherung ver formt wird, während es über den Mittelpunkt der Vorrichtung wandert.
Die Vertikalverschiebung der jeweiligen Blattanordnungen der Schervorrichtung kann in irgendeiner geeigneten Weise durch Anschlag stücke begrenzt sein, so dass die erzeugte Scherbean- spruchung unterhalb eines Wertes von 2-4 % ge- halten wird.
Dies ist der bevorzugte Bereich, stellt jedoch keine Beschränkung dar, weil im einzelnen Fall die Zusammensetzung des Werkstückes, seine Temperatur und seine Vorgeschichte die für den Einzelfall vorteilhaft anzuwendende Behandlung be stimmen.
In Fig.9a ist in schaubildmässiger Weise eine Vorrichtung dargestellt, welche zur Durchführung des Verfahrens mit zyklischen bzw. periodischen Phasenänderungen zur Herbeiführung zyklischer bzw. periodischer plastischer Beanspruchungen dient. Unter Verwendung von Walzen, wie z. B. Walzen 10 und 12 in Fig. 1 zum Transport des Werkstückes 38 in diesem Verfahrensabschnitt, wird das Werkstück vorzugsweise wiederholt in eine Richtung und dann in der anderen wie in den oben beschriebenen Ver fahren durch diesen Verfahrensabschnitt bewegt.
Da diese Ausführungsform des erfindungsgemässen Ver fahrens die Veränderung der Temperatur des Bandes in ziemlich ausgeprägter und schneller Weise erfor dert, wird ein Ofen 40 vorgesehen, durch welchen das Werkstück auf seine Transitionstemperatur und wieder abgekühlt werden kann, wie dies im Schaubild von Fig. 9b dargestellt ist, wo die Temperaturände rung des Werkstückes zum Ort der jeweiligen Stelle des Werkstückes im Ofen in Beziehung gesetzt ist.
Zwei Gruppen von einander entgegengesetzten Druckwalzen 42 und 43 sind zur Führung des Werk stückes im Ofen an den Stellen angeordnet, wo das Werkstück seine durch die Punkte 44 und 45 auf der Temperaturortskurve von Fig. 9b angedeuteten Pha senübergangs- bzw. Transitionstemperaturen erreicht.
Wegen der Konzentration von Beanspruchungen an den Grenzflächen zwischen jedem Phasenpaar und der entsprechenden plastischen Verformung wird die Dicke des Werkstückes durch relativ niedrige Zug beanspruchungen und Presswalzendrucke, welche wie oben beschrieben konstant gehalten werden, ver ringert; im Idealfalle setzt diese Verringerung an den Grenzflächen ein, wie dies in der Zeichnung dar gestellt ist. Die Temperaturregelung der aufeinander folgenden Teile des Werkstücks im Ofen ist zur Er zielung und Erhaltung des Ortes jeder Phasengrenz- fläche wichtig.
Die Phasengrenzflächen können mit stehenden Wellen verglichen werden, welche in den Teilen des Werkstückes entstehen, die bei der Längs bewegung zwischen der Druckwalzengruppe 42 und der Gruppe 43 liegen.
In Fig. 10 ist die Ausführungsform des erfin dungsgemässen Verfahrens in perspektivischer Dar stellung gezeigt, welche das Verbiegen oder Schrän ken aufeinanderfolgender Längen des Werkstückes 55 durch irgendeine geeignete Methode verwendet. Die dargestellte Verbiegung oder Verschränkung kann auf das Werkstück einwirken, während dieses durch ein Gesenke oder eine Schränkwalze geeigneter Aus führung geführt wird, welche mit Presswalzen aus gerüstet ist und zwischen den in der oben beschriebe nen Weise arbeitenden Walzen 10 und 12 liegt.
Auf diese Weise werden im Werkstück an den Stellen des Verbiegens und Zurückbiegens zyklische Torsions- beanspruchungen erzeugt, wobei die Presswalzen- drucke an diesen Stellen auf das Werkstück ein wirken. Zusammen mit den konstant auf das Werk stück wirkenden Zugkräften bewirken diese Torsions- kräfte und Presswalzendrucke eine zum gewünschten Produkt führende Verlängerung und Dickenvermin derung.
In Fig. 11 ist das Werkstück 58 dargestellt, das auch hier in geeigneter Weise zwischen den Walzen 10 und 12 in den beiden Richtungen durch einen Verfahrensabschnitt geführt wird, der an einer Stelle des Bearbeitungsweges liegt, wo eine thermische Beanspruchung zur Unterstützung der Zugbean spruchung einwirkt und dadurch die Verlängerung und Dickenverminderung bewirkt.
Die Walzen 59 und 60 greifen auf gegenüberliegenden Flächen des Blechwerkstückes an, während dieses unter Spannung liegt; wegen einer elektrischen Spannungsdifferenz zwischen diesen Walzen und dem Band wird ein Stromfluss bewirkt, so dass eine örtliche Erhitzung in messbarem oder auch sehr erheblichem Ausmasse an der Berührungsstelle des Werkstückes entsteht. Die aus dieser Erwärmung entstehenden thermischen Beanspruchungen bewirken eine örtliche plastische Verformung, die während der fortgesetzten Bewegung des Bandes zyklisch ist und zu einer Verlängerung des unter relativ leichtem Zug stehenden metallischen Werkstückes führt.
Die Walzen 59 und 60 können auf das Werkstück in ähnlicher Weise einwirken wie die Druckwalzen 14 und 15, welche mit den Biege walzen 13 in den Fig. 1-4. einen leichten Walzendruck ausüben. Die Oberfläche des Werkstückes wird da durch gegen die Neigung zur Rissbildung und gegen die allgemeine Qualitätsverminderung während der Verformungsoperation geschützt.
Es konnte gezeigt werden, dass die hier beschrie bene Methode zur wirksamen Verringerung der Dicke und zur Vergrösserung der Länge eines Bandes ge eignet ist, wobei das Verhältnis der Banddicke zum Durchmesser der Biegewalzen anfänglich 0,40 ist und mit der Verminderung der Dicke auf<B>0,001</B> fällt: Grössere oder kleinere anfängliche Verhältnisse, wie beispielsweise 0,02 oder 0,08, werden im allgemeinen zufriedenstellend wirken, in Abhängigkeit von der Bruchempfindlichkeit des gewalzten Materials und dem Belieben desjenigen, der das Verfahren steuert.
In ähnlicher Weise ist das Verhältnis der Druck walze zur Biegewalze nicht auf die hier verwendeten speziellen Grössen beschränkt, sondern kann in der Weise verändert werden, wie es bezüglich der kon struktiven Gegebenheiten und der Wirkung zum Er zielen der verlangten Dickenverringerung geeignet erscheint.
In der Praxis sollte die ursprüngliche Dicke des Bandmaterials nicht grösser als 76,2 mm sein, und für den Fall, dass das Band aus Stahl ist, sollte sie vorzugsweise nicht grösser als 25,4 mm sein. Der artige Bänder können erfindungsgemäss heiss auf eine Dicke von ungefähr 2,54 mm gewalzt werden und dann auf die verlangte Enddicke in Fortführung der Methode durch Kaltwalzen gebracht werden.
Das vorliegende Verfahren ist auf jeden läng lichen Körper anwendbar, der in dem Sinne verform bar ist, wie band- oder blechförmiger Stahl bei Raum temperatur. Dementsprechend kann das beschriebene Verfahren auf ein Werkstück aus einem Material an gewendet werden, das zwar bei Raumtemperatur nicht verformbar ist, das aber mit Erfolg bei einer Temperatur erheblich unter oder erheblich über Raumtemperatur mit Erfolg dem erfindungsgemässen Verfahren unterworfen werden kann, was von der relativen Plastizität oder Sprödigkeit des Werkstückes bei Raumtemperatur abhängt.