Es ist bekannt, Walzblöcke und Bänder aus Metall, in der Folge Walzgut genannt, für erhöhte Qualitätsansprüche des Fertigproduktes vor dem Walzen spanabhebend zu bearbeiten, um die ursprünglich in der Gusshaut vorhandenen Oxyde, Seigerungen, Poren und andere Defekte zu entfernen. Diese Operation wird üblicherweise am kalten Walzgut vorgenommen.
Es ist auch bekannt, die Gusshaut an kontunierlich gegossenen oder anders hergestellten Bändern zu entfernen, wobei dies in der Giesslinie selbst geschehen kann (The Engineer, Dec. 25, 1964).
Die genannte Operation kann auch ausserhalb der Giesslinie in einer separaten Einrichtung, auch an bereits vorgewalzten Bändern erfolgen, da sich die ursprüngliche Gusshaut auch nach vorgängigen Walzstichen stets an der Oberfläche des Bandes befindet (z. B. Loewy Robertson Eng. Co. Ltd.).
Die zu entfernende Schichtdicke kann je nach der Oberflächenbeschaffenheit des zu bearbeitenden Walzgutes zwischen wenigen Zehntelmillimetern bis zu einigen Millimetern betragen.
Für die Bearbeitung von Walzgut sind Vorrichtungen mit rotierenden Schneidwerkzeugen bekannt, deren Drehachsen parallel oder senkrecht zu der zu bearbeitenden Oberfläche liegen. Dabei wird die gegenseitige Lage von Werkzeug und Walzgut durch Führungsmittel derart bestimmt, dass die erforderliche Schnittiefe gewährleistet wird. Dies erfolgt in bekannten Vorrichtungen dadurch, dass das Walzgut auf einem Tisch befestigt oder mittels einer oder mehrerer Walzen gestützt und geführt wird, wobei die Schnittiefe durch Verstellen der Distanz zwischen Führungsmittel und Werkzeug einstellbar ist.
Mehrere solche Einrichtungen können vorgesehen werden, wenn eine Bearbeitung des Walzgutes auf verschiedenen Seiten notwendig ist.
Verschiedenartige, dem genannten Zweck dienende Maschinen sind bekannt und auf dem Markt erhältlich.
Bei kontinuierlich arbeitenden Bandgiessanlagen ist es aus wirtschaftlichen Gründen von grossem Vorteil, wenn das aus der Giessmaschine austretende Band bei üblichen Warmwalztemperaturen auf eine haspelfähige Dicke von 6 bis 10 mm gewalzt werden kann. Somit sollte zweckmässig die Entfernung der Gusshaut vor dem Walzen in dem betreffenden Temperaturbereich erfolgen können. Daraus ergeben sich normalerweise beträchtliche Schwiedgkeiten, da sich die in Frage kommenden Band-Matenalien im waizwarmen Zustand mit konventionellen Schneidwerkzeugen äusserst schlecht spangebend bearbeiten lassen.
Es ist bekannt, bei diesen Bearbeitungsverfahren mittels einer Schmier- und Kühlflüssigkeit, welche auf die Schneiden des Werkzeuges und/oder auf die zu bearbeitenden Flächen geführt oder gespritzt wird, den Schneidvorgang zu erleichtern, indem günstigere Verhältnisse zwischen Werkzeug einerseits sowie Walzgut und Span anderseits geschaffen werden. Gleichzeitig werden mit der Flüssigkeit die Schneiden des Werkzeuges vor unzulässiger Envärmung geschützt.
Es ist auch bekannt, die Flüssigkeit durch Bohrungen innerhalb von rotierenden Schneidwerkzeugen direkt vor oder auf die Schneidkante des Werkzeuges zu führen, um eine bessere Kühl- und Schmierwirkung zu erzielen.
Weiter ist die Verwendung von speziellen Stählen sowie von Hartmetall und keramischen Werkstoffen als Material für das Schneidwerkzeug in Verbindung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und spitzen Schnittwinkeln bekannt.
Trotz aller dieser Massnahmen baut sich erfahrungsgemäss in den bekannten Vorrichtungen bei der Bearbeitung von walzwarmen Bändern oder Blöcken auf den Schneiden des Werkzeuges Material auf, wodurch ein befriedigendes Arbeiten des Schneidwerkzeuges nach kurzer Zeit verunmöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung hat sich nun zum Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Oberflächen an Walzgut im Durchlauf zu schaffen, bei denen ein Aufbauen bzw. Aufschweissen von Spanmaterial auf der Werkzeugschneide selbst bei der Bearbeitung bei üblichen Warmwalztemperaturen wirkungsvoll verhindert werden kann, woraus eine äusserst hohe Standzeit des Schneidwerkzeuges und eine saubere Oberfläche des Walzgutes resultieren können.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren für die Bearbeitung von Oberflächen an Walzbarren und Bändern im Durchlauf unter Verwendung eines walzenförmigen, am Umfang mit Messern versehenen Rotors, dessen Drehachse parallel zu der zu bearbeitenden Oberfläche liegt und dessen Länge mindestens der Breite des Walzgutes entspricht, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Flüssigkeit so auf die Oberfläche jedes Messers gespritzt wird, dass sie hinter und an der Schneidkante auf der Messeroberfläche einen über die Messerlänge zusammenhängenden, filmförmigen Strahl bildet, dessen Staudruck grösser ist, als der Wert der Streckgrenze des zu verarbeitenden Materials,
so dass der Strahl vor der Messerschneide in das zu bearbeitende Material eindringt und den entstehenden Span an der Wurzel vom Grundmaterial trennt und wegspült, ohne dass ein direkter Kontakt mit der Messerschneide erfolgt.
Vorzugsweise kann die Flüssigkeit in solcher Menge und mit solcher Geschwindigkeit auf die Messer geleitet werden, dass sich auf jedem Messer ein zusammenhängender, etwa 0,1 bis 0,3 mm dicker Flüssigkeitstrahl bildet, welcher über das Messer in Richtung der Schneidkante fliesst, wobei die Geschwindigkeit des Strahles vorzugsweise so hoch ist, dass der Staudruck dem 1,2- bis 2fachen Wert der Streckgrenze des zu verarbeitenden Materiales entspricht.
Für die Bearbeitung eines Aluminiumbandes bei einer Temperatur von z. B. 450" C, welches damit eine Streckgrenze von (J0,2 ¯ 100 kp/cm2 aufweist, kann gemäss obiger Bedin- gung ein Strahl mit einem Staudruck von 120 bis 200 kp/cm2 verwendet werden. Daraus würde sich für diesen Fall bei einer spezifischen Masse von 1 kg/cm3 der Flüssigkeit eine Geschwindigkeit derselben von v = 140 bis 200 m/sec ergeben.
Unter diesen Voraussetzungen können sich folgende Verhältnisse an der Schneide des Werkzeuges einstellen: 1. Sobald die Werkzeugschneide beginnt, einen Span abzu geben, dringt der Flüssigkeitsstrahl um wenige Zehntel millimeter vor der Schneidkante in das Grundmaterial ein und löst den Span bereits an dessen Wurzel vor dem
Kontakt mit der Schneidkante.
2. Infolge der hohen kinetischen Energie der über die ganze
Breite der Schneidkante strömenden Flüssigkeit wird der entstehende Span sofort von der Schneidkante abgehoben und weggespült.
Aus diesen beiden Gründen kann ein Materialaufbau auf der Werkzeugschneide ausgeschlossen werden und kann infolge der Entlastung der Schneiden durch den Flüssigkeitsstrahl eine um ein mehrfaches längere Standzeit bei bedeutend höherer Schnittgeschwindigkeit erreicht werden.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens und einer Vorrichtung zur Durchführung desselben näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung,
Fig. 2 einen Axialschnitt durch den Rotor der Vorrichtung,
Fig. 3 in grösserem Massstab einen Querschnitt durch ein im Rotor gehaltenes Messer und
Fig. 4 eine Ansicht des Rotors im Bereich der Messerhalterung.
Die dargestellte Vorrichtung besitzt einen Rotor 10, dessen Abmessung in axialer Richtung mindestens der Breite des Walzgutes entspricht, und der zwei diametral gegenüberlie gende Messer 11 und 12 aufweist. Die Anzahl der Messer kann jedoch je nach der erforderlichen Leistung erhöht werden.
Vorteilhafterweise werden auswechselbare Messer vorgesehen, wobei diese auch mit zwei Schneiden ausgeführt werden können. Durch einfaches Umkehren der Messer kommt damit eine neue Schneide zum Einsatz. Dabei ist jeder Schneide jedes Messers 11 bzw. 12 eine Reihe von Düsen 24 bzw. 25 in dem betreffenden Messer zugeordnet. Die Düsen der hinteren, nicht im Gebrauch stehenden Schneiden sind dabei automatisch durch die Wand der die Klingen positionierenden Nuten verschlossen.
Da die Messer besonders bei breiteren Rotoren ansehnliche Gewichte annehmen, ist es vorteilhaft, diese in mehrere Teile aufzuteilen. Dabei werden nicht nur die zu handhabenden Einzelgewichte kleiner, sondern auch die für die Schärfung der Messer erforderlichen Einrichtungen werden entsprechend kleiner.
Der Rotor kann mit Vorteil auch mit über die Breite unterbrochenen Messern ausgerüstet werden. Dies ist möglich, indem beispielsweise Messer von 20 bis 30 mm Breite vorgesehen werden, wobei zwischen den Messern eine Lücke offengelassen wird, welche um einige mm kleiner ist als die Breite der Messer, wie dies beispielsweise aus Fig. 4 hervorgeht. In den am Umfang des Rotors vorhandenen Messerreihen sind nun die Messer gegeneinander so verschoben, dass eine vollständige Überdeckung der Lücken und damit eine Bearbeitung über die ganze Breite des Walzgutes gewährleistet ist. Damit wird erreicht, dass während einer Umdrehung des Rotors nur ein einziger Eingriff der Messer über die Breite des Walzgutes erfolgt.
Daraus resultiert bei einer relativ kleinen Vorschubgeschwindigkeit des Walzgutes eine Anzahl von Vorteilen, wie günstigere Spanquerschnitte, längere Standzeiten der Messer, geringere Abkühlung des Walzgutes, geringere Antriebsleistung der Vorrichtung und geringere Werkzeugkosten infolge einfacher Befestigungsart der Messer.
Da die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors durch die nachstehend angegebenen Bedingungen innerhalb bestimmter Grenzen gegeben ist, kann durch die Wahl dessen Durchmessers die Drehzahl und damit die Anzahl der Messereingriffe pro Zeiteinheit den bestehenden Verhältnissen angepasst werden. Um dabei den in der Praxis vorkommenden Anwendungsfällen zu genügen, beträgt der Durchmesser des Rotors vorzugsweise zwischen 200 und 1000 mm.
Der durch einen Antrieb in Drehung versetzte Rotor ist beidseitig in Gleit- oder Wälzlagern gelagert und wird von einem Gehäuse 30 umgeben. Das zu bearbeitende Walzgut in Form eines Bandes oder Blockes 16 wird durch eine Walze 17 geführt und gestützt. Mittels bekannter Einrichtungen kann die Distanz Z (Fig. 2) zwischen den Drehachsen von Rotor 10 und Walze 17 verändert und damit die Schnittiefe eingestellt werden.
Das Walzgut wird im Betrieb durch einen nicht gezeichneten Vorschubmechanismus in Längsrichtung bewegt. Der Vorschub beträgt dabei je nach Schnittiefe vorzugsweise 0,5 bis 5 mm pro Messereingnff. Auf diese Art kann die Oberfläche kontinuierlich bearbeitet werden.
Eine Flüssigkeit wird gemäss Fig. 2 vorteilhafterweise unter Verwendung eines kontaktlosen Anschlusses 15 mit geringem Druck in eine zentrale Bohrung 18 des Rotors geführt.
Die Leckflüssigkeit entweicht durch den drucklosen Abfluss 19 zurück in den Flüssigkeitsbehälter.
Von der Bohrung 18 gelangt die Flüssigkeit durch nach aussen führende Bohrungen 20 und 21, welche in einer Distanz von 100 bis 250 mm über die Breite des Rotors angeordnet sind, in Verteilerkanäle 22 und 23 und von dort in die Düsen 24 und 25, welche einen Öffnungsdurchmesser von 0,8 bis 2 mm aufweisen. Da die Flüssigkeit über die ganze Breite der Schneidkante fliessen muss, sind die Düsen im Abstand von 4 bis 8 mm so angeordnet, dass die austretenden Flüssigkeitsstrahlen 3 bis 6 mm vor der Schneidkante unter einem Winkel von 25 bis 45" auf die Messer 11 und 12 auftreffen. Infolge der Ablenkung breitet sich die Flüssigkeit seitwärts aus und bildet kurz vor der Schneidkante den vorgängig beschde- benen, dünnen, über die Breite der Werkzeugschneide zusammenhängenden Strahl.
Anstelle der einzelnen Düsen 24 und 25 können auch Schlitzdüsen vorgesehen werden, welche sich über die Breite der Messer erstrecken. In diesem Falle wird die Düsenöffnung vorteilhafterweise weniger als 3 mm hinter der Schneidkante angeordnet, wobei die Flüssigkeit direkt auf und damit parallel zu der Messeroberfläche fliesst.
Die erforderliche hohe Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahles wird erzeugt erstens durch den in den Bohrungen 20 und 21 nach Euler infolge der Drehbewegung aufgebauten Druck, wodurch der aus der Düse austretende Flüssigkeitsstrahl des Rotors eine gegenüber dem Rotor entsprechend hohe Austrittsgeschwindigkeit erreicht. Zweitens kommt die sich dieser Geschwindigkeit überlagernde Umfangsgeschwindigkeit der Düse bzw. der Messerklinge dazu. Damit entspricht die relativ zum Walzgut auftretende Geschwindigkeit der vektoriellen Summe der beiden Geschwindigkeiten.
Nach den Gleichungen von Euler und Bernoulli und nach Berücksichtigung der Verluste und der Richtungskomponente beträgt unter den vorliegenden Verhältnissen die relativ zum Walzgut auftretende Geschwindigkeit der Flüssigkeit das 1,6bis 1,8fache der Umfangsgeschwindigkeit der Schneidkante des Werkzeuges.
Wenn, um die eingangs beschriebenen Effekte zu erzielen, beispielsweise eine Strahlgeschwindigkeit von 150 bis 200 m/sec benötigt wird (damit der Staudruck des Strahls das
1,2- bis 2fache der Streckgrenze des Walzgutes 16 beträgt), ergibt sich eine erforderliche Umfangs- bzw. Schnittgeschwindigkeit von
150 200 v5 = 1150 bis 83 bis 125 m/sek.
1,8 1,6
Bei einem Durchmesser von z. B. 400 mm des Rotors muss dessen Drehzahl somit zwischen 4000 und 6000 t/min liegen.
Mittels eines in der Drehzahl stufenlos verstellbaren Antriebes ist es möglich, die für den Betrieb günstigste Geschwindigkeit einzustellen.
Da ein Interesse besteht, dem Walzgut 16 möglichst wenig Wärme zu entziehen, wird der Rotor 10 vorteilhafterweise mit einem Gehäuse 30 umgeben, welches diesem Umstand Rechnung trägt. Dieses ist so gestaltet, dass die Oberfläche des Walzgutes 16 vor der Flüssigkeit weitgehend abgeschirmt wird, d. h. dass die Flüssigkeit nur während eines möglichst geringen Drehwinkels des Rotors 10 auf das Walzgut 16 gelangt, und dass sich Späne und Flüssigkeit ohne Leckverluste aus dem Gehäuse entfernen lassen, so dass beide Substanzen verlustlos gesammelt und anschliessend durch ein Transportsystem übernommen werden können, um Abscheidern und Filtern bekannter Art zugeführt zu werden.
Die genannten Bedingungen lassen sich auf folgende Art erfüllen:
Das den Rotor über einen Winkel von 325 bis 340" um schliessende Gehäuse 30 ist gemäss Fig. 1 so ausgebildet, dass die sich über den Sektor A über einen Winkel von 20 bis 30 erstreckende Öffnung, in welchem die Bearbeitung der Oberfläche des Walzgutes 16 stattfindet, durch das Walzgut selbst abgedeckt wird. Zwischen Gehäuse 30 und Walzgut 16 wird ein Abstand von 1 bis 2 mm eingehalten, damit keine gegen seitige Berührung stattfinden kann. Im Gehäuse herrscht ein entsprechender Unterdruck, welcher auf später beschriebene Art erzeugt wird, um ein Austreten von Flüssigkeit und Spänen durch die bestehenden Lücken zwischen Walzgut und Ge häuse zu verhindern.
Auf der Eintnttseite des Gehäuses ist eine Aussparung für eine Rolle 31 vorgesehen, welche auf dem Walzgut rollt und somit einen dichten Abschluss gewährleistet. Diese besondere
Massnahme ist notwendig, da bei der eingezeichneten Dreh richtung ein Teil der Flüssigkeit und des Spanmatenals mit grosser Geschwindigkeit in den zwischen Gehäuse und Walz gut bestehenden Zwischenraum geschleudert wird und deshalb ohne zusätzliche Vorkehrungen nicht am Austreten aus dem
Gehäuse verhindert werden könnte.
An dem Sektor A schliesst ein Sektor B an, in welchem der radiale Abstand zwischen der rotierenden Schneide und der
Gehäusewand auf 0,5 bis 2 mm bemessen ist. Damit ist ein
Abtransport der Späne und der Flüssigkeit aus dem Bearbei tungsbereich gesichert, indem der ununterbrochen fliessende
Flüssigkeitsstrahl das Spanmaterial und die ermattete Flüssig keit in einen radial auf 15 bis 30 mm erweiterten, über einen
Sektor C reichenden Raum 34 spült.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, befindet sich am Anfang dieses Raumes 34 ein tangential gerichteter Lufteintritt 33. In dem Gehäuse herrscht ein Unterdruck, welcher so bemessen ist, dass die Eintrittsgeschwindigkeit der Luft angenähert der
Umfangsgeschwindigkeit des Rotors 10 entspricht.
Bei dem vorgenannten Beispiel liegt diese Geschwindigkeit somit zwischen 85 und 125 m/sec. Diese Bedingung wird da durch erreicht, dass im Gehäuse ein Unterdruck von 500 bis
900 kp/m2 herrscht.
Der erweiterte Raum 34 gestattet nun der Flüssigkeit und dem Spanmaterial, sich infolge der Fliehkraft vom Rotor 10 zu entfernen. Beide Substanzen bewegen sich somit entlang der
Gehäusewand und gelangen in einen durch eine Umlenkplatte
35 gebildeten Umlenkkanal 36. Die kräftige Luftströmung durch den Raum 34 reisst sämtliche Späne und die Flüssigkeit mit in einen Diffusor 37 und von dort in ein Absaugsystem, in welchem mittels Abscheider und Filter die Komponenten Luft, Flüssigkeit und Metall in bekannter Weise getrennt werden.
Mit einem Wirkungsgrad des Diffusors von 0,7 und einem Querschnittsverhältnis von 1:4, bezogen auf Eintntts- und Austrittsquerschnitt, ergibt sich im Absaugsystem ein erforderlicher Unterdruck von 150 bis 350 kp/m2, welcher mit dem Gebläse des Absaugsystems erzeugt werden kann.
Über dem Bereich des Sektors D beträgt der radiale Ab stand zwischen der Schneidkante und der Gehäusewand wie im Sektor B wiederum 0,5 bis 1 mm.
Infolge der beschriebenen Gestaltung des Gehäuses 30 kann ein Spanmaterial auf die Oberfläche des Walzgutes 16 gelangen, womit eine Beschädigung der bearbeiteten Oberflä .che und des Werkzeuges ausgeschlossen ist. Im weiteren gelangt nur die über die Sektoren D und A ausströmende Flüs sigkeit intermittierend auf das Walzgut. Die Abkühlung desselben ist damit äusserst gering.
Zwecks guter Zugänglichkeit zu den auswechselbaren Werkzeugen ist das Gehäuse 30 mit einem Deckel 38 versehen, welcher hermetisch dichtet und sich vorzugsweise um eine Drehachse 39 schwenken bzw. öffnen und schliessen lässt.
Mittels eines Schnellverschlusses oder vorzugsweise unter Anwendung einer hydraulisch, pneumatisch oder auf andere Weise angetriebenen Vorrichtung kann der Deckel mühelos und schnell geöffnet und geschlossen werden. Mehrere Sy steme solcher Einrichtungen sind bekannt.
Das Gehäuse trägt gemäss Fig. 2 beidseitig Abschlussdekkel 40 und 41, in welchen auch Lager 42 und 43 des Rotors
10 eingebaut sind.
Je nach der Anordnung der Vorrichtung, d. h. je nachdem, ob die Bearbeitung auf der Ober- oder Unterseite oder einem in vertikaler oder schräger Richtung laufenden Band oder Block erfolgt, kann sich die Lage des Lufteintrittes 33 sowie des Umlenkkanals 36 mit dem Diffusor 37 und des Deckels 38 in bezug auf die Bearbeitungsstelle am Walzgut ändern.
Um die vorzugsweise mit Hartmetall bestückten Messer 11 und 12 im Bedarfsfalle mit minimalem Zeitverlust auswechseln zu können, können diese gemäss Fig. 3 und 4 in besonderen Messerhaltern 13, im folgenden Halter genannt, befestigt werden, welche mittels eines Bajonettverschlusses 14 im Rotor 10 verankert sind. Nach Öffnen des Deckels 38 (Fig. 1) und einer seitlichen Verschiebung der Halter 13 (Fig. 4) um wenige cm können diese leicht vom Rotor 10 entfernt und durch solche mit geschärften Messern ersetzt werden. Nicht eingezeichnete federbelastete Rasten verhindern ein unbeabsichtigtes seitliches Verschieben der Halter.
Werden für die Messer 11 und 12 besondere Halter 13 gemäss vorgängiger Beschreibung und Fig. 3 und 4 benutzt, so wird mit Vorteil folgende, automatische Sicherung gegen seitliches Verschieben vorgesehen:
In den Bohrungen 20, 21 werden zylindrische Räume 26 (Fig. 3) vorgesehen, welche mit darin dichtenden und mittels Federn 27 nach innen gedrückten Kolben 28 versehen sind.
Wird der Rotor in Drehung versetzt, so bewegen sich die Kolben 28 infolge der Fliehkraft nach Überwindung des Federdruckes nach aussen, wobei sich die Kolbenhälse in Vertiefungen 29 in den Haltern 13 schieben und diese damit verriegeln.
Gleichzeitig wird mittels des Kolbens und dessen Pressung auf die Halter eine einwandfreie Abdichtung gegen Austritt der Flüssigkeit zwischen dem Rotor und den Haltern hergestellt.
Die Halter und damit die Messer 11 und 12 werden somit durch die Fliehkraft automatisch in genauer Position gehalten und befestigt, ohne dass dafür zusätzliche Massnahmen notwendig sind. Im Stillstand liegen die erwähnten Elemente lose im Rotor und können somit leicht und rasch ausgewechselt werden.
Beidseitig des Rotors 10 (Fig. 4), ausgerichtet auf die Mittellinie der Halter der Messer, kann auf bekannte Weise in den Deckeln 40 und 41 je ein hydraulisch, pneumatisch oder magnetisch betätigter Kolben 44 und 45 so angeordnet werden, dass nach entsprechender Positionierung des Rotors bei Betätigung des einen Kolbens die Halter in die offene Stellung des Bajonettverschlusses geschoben werden und anschliessend leicht entfernt werden können.
Nach dem Auswechseln der Halter 13 mit Ersatzmessern kann der Kolben auf der entgegengesetzten Seite betätigt werden, welcher die Halter genau in die geschlossene Stellung des Bajonettverschlusses 14 schiebt.
Der Rotor kann hierzu von Hand oder mittels eines besonderen, langsam laufenden Hilfsantnebes bekannter Art in die zum Wechseln der Halter jeweils richtige Position gedreht werden.
Ebenfalls auf bekannte Weise kann dabei mittels elektd- scher Verriegelung der Steuerung eine falsche oder unbeabsichtige Operation verhindert werden.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren für die Bearbeitung von Oberflächen an Walzbarren und Bändern im Durchlauf unter Verwendung eines walzenförmigen, am Umfang mit Messern versehenen Rotors, dessen Drehachse parallel zu der zu bearbeitenden Oberfläche liegt und dessen Länge mindestens der Breite des Walzgutes entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeit so auf die Oberfläche jedes Messers gespritzt wird, dass sie hinter und an der Schneidkante auf der Messeroberfläche einen über die Messerlänge zusammenhängenden, filmförmigen Strahl bildet, dessen Staudruck grösser ist als der Wert der Streckgrenze des zu verarbeitenden Materiales, so dass der Strahl vor der Messerschneide in das zu bearbeitende Material eindringt und den entstehenden Span an der Wurzel vom Grundmaterial trennt und wegspült,
ohne dass ein direkter Kontakt mit der Messerschneide erfolgt.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.
It is known to machine billets and strips made of metal, hereinafter referred to as rolled stock, for increased quality requirements of the finished product before rolling in order to remove the oxides, segregations, pores and other defects originally present in the cast skin. This operation is usually carried out on the cold rolled stock.
It is also known to remove the casting skin on continuously cast or otherwise manufactured tapes, which can be done in the casting line itself (The Engineer, Dec. 25, 1964).
The aforementioned operation can also be carried out outside the casting line in a separate facility, even on pre-rolled strips, since the original casting skin is always on the surface of the strip even after previous rolling passes (e.g. Loewy Robertson Eng. Co. Ltd.) .
The layer thickness to be removed can be between a few tenths of a millimeter to a few millimeters, depending on the nature of the surface of the rolled stock to be processed.
Devices with rotating cutting tools whose axes of rotation are parallel or perpendicular to the surface to be machined are known for machining rolling stock. The mutual position of tool and rolling stock is determined by guide means in such a way that the required depth of cut is guaranteed. This is done in known devices in that the rolling stock is attached to a table or supported and guided by means of one or more rollers, the depth of cut being adjustable by adjusting the distance between the guide means and the tool.
Several such devices can be provided if machining of the rolling stock is necessary on different sides.
Various machines serving the stated purpose are known and are available on the market.
In the case of continuously operating strip casting systems, it is of great advantage for economic reasons if the strip emerging from the casting machine can be rolled to a reelable thickness of 6 to 10 mm at the usual hot rolling temperatures. It should therefore be possible to expediently remove the casting skin before rolling in the relevant temperature range. This usually results in considerable variability, since the strip materials in question are extremely difficult to machine with conventional cutting tools when they are warm.
It is known to facilitate the cutting process in this machining process by means of a lubricating and cooling liquid which is guided or sprayed onto the cutting edges of the tool and / or onto the surfaces to be machined by creating more favorable relationships between the tool on the one hand and the rolling stock and chip on the other will. At the same time, the liquid protects the cutting edges of the tool from inadmissible heating.
It is also known to guide the liquid through bores within rotating cutting tools directly in front of or onto the cutting edge of the tool in order to achieve a better cooling and lubricating effect.
The use of special steels as well as hard metal and ceramic materials as material for the cutting tool in connection with high cutting speeds and acute cutting angles is also known.
In spite of all these measures, experience has shown that material builds up on the cutting edges of the tool in the known devices when machining hot rolled strips or blocks, which makes it impossible for the cutting tool to work satisfactorily after a short time.
The present invention has set itself the goal of creating a method and a device for processing surfaces on rolling stock in a continuous flow, in which a build-up or welding of chip material on the tool cutting edge can be effectively prevented even during processing at normal hot rolling temperatures, This can result in an extremely long service life of the cutting tool and a clean surface of the rolling stock.
The subject matter of the invention is a process for the processing of surfaces on rolling bars and strips in motion using a roller-shaped rotor provided with knives on the circumference, the axis of rotation of which is parallel to the surface to be processed and the length of which corresponds at least to the width of the rolled stock, which process characterized in that a liquid is sprayed onto the surface of each knife in such a way that it forms a continuous, film-shaped jet behind and at the cutting edge on the knife surface, the dynamic pressure of which is greater than the value of the yield point of the material to be processed ,
so that the jet penetrates the material to be processed in front of the knife edge and separates the resulting chip at the root from the base material and washes away without direct contact with the knife edge.
The liquid can preferably be directed onto the knife in such an amount and at such a speed that a continuous, approximately 0.1 to 0.3 mm thick jet of liquid forms on each knife, which flows over the knife in the direction of the cutting edge, the The speed of the jet is preferably so high that the dynamic pressure corresponds to 1.2 to 2 times the yield point of the material to be processed.
For processing an aluminum strip at a temperature of e.g. B. 450 "C, which thus has a yield strength of (J0.2 ¯ 100 kp / cm2, a jet with a dynamic pressure of 120 to 200 kp / cm2 can be used according to the above conditions. This would result in a specific mass of 1 kg / cm3 of the liquid result in a velocity of the same of v = 140 to 200 m / sec.
Under these conditions, the following conditions can occur at the cutting edge of the tool: 1. As soon as the tool cutting edge begins to give off a chip, the liquid jet penetrates the base material a few tenths of a millimeter in front of the cutting edge and loosens the chip at its root before the
Contact with the cutting edge.
2. As a result of the high kinetic energy of the whole
Width of the cutting edge flowing liquid, the resulting chip is immediately lifted from the cutting edge and washed away.
For these two reasons, a build-up of material on the tool cutting edge can be excluded and, as a result of the relief of the cutting edges by the liquid jet, a significantly longer service life can be achieved at a significantly higher cutting speed.
Exemplary embodiments of the method according to the invention and an apparatus for carrying out the same are explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing show:
1 shows a vertical section through the device,
2 shows an axial section through the rotor of the device,
3 shows, on a larger scale, a cross section through a knife held in the rotor and
4 shows a view of the rotor in the area of the knife holder.
The device shown has a rotor 10, the dimensions of which in the axial direction corresponds to at least the width of the rolling stock, and the two diametrically opposite knife 11 and 12 has. However, the number of knives can be increased depending on the required power.
Interchangeable knives are advantageously provided, and these can also be designed with two cutting edges. A new cutting edge is used by simply reversing the knife. Each cutting edge of each knife 11 or 12 is assigned a row of nozzles 24 or 25 in the relevant knife. The nozzles of the rear blades that are not in use are automatically closed by the wall of the grooves that position the blades.
Since the knives take on considerable weights, especially with wider rotors, it is advantageous to divide them into several parts. Not only are the individual weights to be handled smaller, but the facilities required for sharpening the knives are also correspondingly smaller.
The rotor can advantageously also be equipped with knives that are interrupted across the width. This is possible by providing knives with a width of 20 to 30 mm, for example, leaving a gap open between the knives which is a few mm smaller than the width of the knives, as can be seen from FIG. 4, for example. In the rows of knives present on the circumference of the rotor, the knives are now shifted relative to one another in such a way that complete coverage of the gaps and thus processing over the entire width of the rolling stock is guaranteed. It is thereby achieved that during one revolution of the rotor there is only one single engagement of the knives across the width of the rolling stock.
This results in a number of advantages at a relatively low feed rate of the rolling stock, such as more favorable chip cross-sections, longer knife service life, less cooling of the rolling stock, lower drive power of the device and lower tool costs due to the simple method of fastening the knives.
Since the circumferential speed of the rotor is given within certain limits by the conditions specified below, the speed and thus the number of knife interventions per unit of time can be adapted to the existing conditions by selecting its diameter. In order to meet the applications that occur in practice, the diameter of the rotor is preferably between 200 and 1000 mm.
The rotor, which is set in rotation by a drive, is mounted on both sides in slide or roller bearings and is surrounded by a housing 30. The rolling stock to be processed in the form of a strip or block 16 is guided and supported by a roller 17. By means of known devices, the distance Z (FIG. 2) between the axes of rotation of the rotor 10 and the roller 17 can be changed and the depth of cut can thus be adjusted.
During operation, the rolling stock is moved in the longitudinal direction by a feed mechanism (not shown). The feed is preferably 0.5 to 5 mm per knife engagement, depending on the depth of cut. In this way the surface can be processed continuously.
According to FIG. 2, a liquid is advantageously fed into a central bore 18 of the rotor at low pressure using a contactless connection 15.
The leakage liquid escapes through the pressureless drain 19 back into the liquid container.
From the bore 18 the liquid passes through bores 20 and 21 leading to the outside, which are arranged at a distance of 100 to 250 mm across the width of the rotor, into distribution channels 22 and 23 and from there into the nozzles 24 and 25, which have a Have opening diameters of 0.8 to 2 mm. Since the liquid must flow over the entire width of the cutting edge, the nozzles are arranged at a distance of 4 to 8 mm so that the exiting liquid jets 3 to 6 mm in front of the cutting edge at an angle of 25 to 45 "on the knives 11 and 12 As a result of the deflection, the liquid spreads sideways and just before the cutting edge forms the previously damaged, thin jet that is continuous across the width of the tool cutting edge.
Instead of the individual nozzles 24 and 25, slot nozzles can also be provided which extend over the width of the knife. In this case, the nozzle opening is advantageously arranged less than 3 mm behind the cutting edge, the liquid flowing directly on and thus parallel to the knife surface.
The required high speed of the liquid jet is generated firstly by the pressure built up in the bores 20 and 21 according to Euler as a result of the rotary movement, whereby the liquid jet of the rotor emerging from the nozzle reaches a correspondingly high exit speed compared to the rotor. Second, there is the peripheral speed of the nozzle or knife blade, which is superimposed on this speed. The speed occurring relative to the rolling stock thus corresponds to the vector sum of the two speeds.
According to the equations of Euler and Bernoulli and after taking into account the losses and the directional component, the speed of the liquid relative to the rolling stock is 1.6 to 1.8 times the peripheral speed of the cutting edge of the tool under the present conditions.
If, for example, a jet speed of 150 to 200 m / sec is required to achieve the effects described above (so that the dynamic pressure of the jet
1.2 to 2 times the yield point of the rolling stock 16), a required circumferential or cutting speed of
150 200 v5 = 1150 to 83 to 125 m / sec.
1.8 1.6
With a diameter of z. B. 400 mm of the rotor, its speed must therefore be between 4000 and 6000 t / min.
By means of a continuously adjustable drive, it is possible to set the most favorable speed for operation.
Since there is an interest in extracting as little heat as possible from the rolling stock 16, the rotor 10 is advantageously surrounded by a housing 30 which takes this into account. This is designed in such a way that the surface of the rolling stock 16 is largely shielded from the liquid; H. that the liquid only reaches the rolling stock 16 during the smallest possible angle of rotation of the rotor 10, and that chips and liquid can be removed from the housing without leakage losses, so that both substances can be collected without loss and then taken over by a transport system in order to separate and Filters of a known type to be fed.
The conditions mentioned can be met in the following ways:
The housing 30 enclosing the rotor over an angle of 325 to 340 "is designed according to FIG. 1 so that the opening extending over the sector A over an angle of 20 to 30, in which the surface of the rolling stock 16 is machined A distance of 1 to 2 mm is maintained between the housing 30 and the rolling stock 16 so that no mutual contact can take place. There is a corresponding negative pressure in the housing, which is generated in the manner described later to prevent leakage to prevent liquid and chips through the existing gaps between the rolling stock and the housing.
A recess for a roller 31 is provided on the integral side of the housing, which rolls on the rolling stock and thus ensures a tight seal. This particular one
Measure is necessary because in the direction of rotation shown, part of the liquid and the chip material is thrown at high speed into the space between the housing and the roller and therefore does not escape from the without additional precautions
Housing could be prevented.
The sector A is followed by a sector B in which the radial distance between the rotating cutting edge and the
Housing wall is dimensioned to 0.5 to 2 mm. So that is a
Removal of the chips and the liquid from the processing area secured by the continuously flowing
Liquid jet the chip material and the dull liquid in a radially expanded to 15 to 30 mm, over one
Sector C reaching room 34 washes.
As can be seen from FIG. 1, there is a tangentially directed air inlet 33 at the beginning of this space 34. A negative pressure prevails in the housing, which is dimensioned such that the entry speed of the air approximates the
Peripheral speed of the rotor 10 corresponds.
In the above example, this speed is between 85 and 125 m / sec. This condition is achieved because there is a vacuum of 500 to
900 kp / m2 prevails.
The expanded space 34 now allows the liquid and the chip material to move away from the rotor 10 as a result of the centrifugal force. Both substances thus move along the
Housing wall and get into one through a baffle
35 formed deflection channel 36. The powerful air flow through the space 34 pulls all the chips and the liquid with it into a diffuser 37 and from there into a suction system in which the components air, liquid and metal are separated in a known manner by means of a separator and filter.
With an efficiency of the diffuser of 0.7 and a cross-section ratio of 1: 4, based on the inlet and outlet cross-section, the suction system has a required negative pressure of 150 to 350 kp / m2, which can be generated with the suction system's fan.
Over the area of sector D, the radial distance between the cutting edge and the housing wall, as in sector B, is 0.5 to 1 mm.
As a result of the described design of the housing 30, a chip material can get onto the surface of the rolling stock 16, so that damage to the machined surface and the tool is excluded. In addition, only the liquid flowing out via sectors D and A reaches the rolling stock intermittently. The cooling of the same is extremely small.
For the purpose of good accessibility to the exchangeable tools, the housing 30 is provided with a cover 38, which seals hermetically and can preferably be pivoted or opened and closed about an axis of rotation 39.
The cover can be opened and closed easily and quickly by means of a quick-release fastener or preferably using a device driven hydraulically, pneumatically or in some other way. Several Sy systems of such facilities are known.
According to FIG. 2, the housing carries end caps 40 and 41 on both sides, in which also bearings 42 and 43 of the rotor
10 are installed.
Depending on the arrangement of the device, i. H. Depending on whether the processing takes place on the top or bottom or on a strip or block running in a vertical or inclined direction, the position of the air inlet 33 and the deflection channel 36 with the diffuser 37 and the cover 38 with respect to the processing point on the Change rolling stock.
In order to be able to replace the knives 11 and 12, which are preferably equipped with hard metal, if necessary with minimal loss of time, they can be fastened in special knife holders 13, hereinafter referred to as holders, which are anchored in the rotor 10 by means of a bayonet catch 14, as shown in FIGS . After opening the cover 38 (Fig. 1) and a lateral displacement of the holder 13 (Fig. 4) by a few cm, these can easily be removed from the rotor 10 and replaced by those with sharpened knives. Spring-loaded notches that are not shown prevent the holder from being accidentally shifted sideways.
If special holders 13 according to the previous description and FIGS. 3 and 4 are used for the knives 11 and 12, the following automatic protection against lateral displacement is advantageously provided:
In the bores 20, 21 cylindrical spaces 26 (FIG. 3) are provided which are provided with pistons 28 which seal therein and which are pressed inward by means of springs 27.
If the rotor is set in rotation, the pistons 28 move outwards as a result of the centrifugal force after the spring pressure has been overcome, the piston necks being pushed into recesses 29 in the holders 13 and thus locking them.
At the same time, by means of the piston and its pressing on the holder, a perfect seal against leakage of the liquid between the rotor and the holders is produced.
The holders and thus the knives 11 and 12 are thus automatically held and fastened in a precise position by the centrifugal force, without additional measures being necessary. When the rotor is at a standstill, the elements mentioned lie loosely in the rotor and can thus be replaced quickly and easily.
On both sides of the rotor 10 (Fig. 4), aligned with the center line of the holder of the knife, a hydraulically, pneumatically or magnetically actuated piston 44 and 45 can be arranged in the lids 40 and 41 in a known manner so that, after appropriate positioning of the Rotor when actuating one piston, the holder can be pushed into the open position of the bayonet lock and can then be easily removed.
After the holder 13 has been exchanged with replacement blades, the piston on the opposite side can be actuated, which pushes the holder exactly into the closed position of the bayonet catch 14.
For this purpose, the rotor can be rotated by hand or by means of a special, slow-running auxiliary drive of a known type into the correct position for changing the holder.
An incorrect or unintentional operation can also be prevented in a known manner by means of electrical locking of the control.
PATENT CLAIM 1
Process for the processing of surfaces on rolling bars and strips in a continuous flow using a roller-shaped rotor provided with knives on the circumference, the axis of rotation of which is parallel to the surface to be processed and the length of which corresponds at least to the width of the rolling stock, characterized in that a liquid so is sprayed onto the surface of each knife so that behind and at the cutting edge on the knife surface it forms a continuous, film-shaped jet over the length of the knife, the dynamic pressure of which is greater than the value of the yield point of the material to be processed, so that the jet in front of the knife edge in the material to be processed penetrates and separates the resulting chip at the root from the base material and washes away,
without any direct contact with the knife edge.
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