DD259756A3 - PARTIALLY SURFACED RIFFELWALZE AND SURFACE PROCESSING METHOD - Google Patents

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DD259756A3 DD29037186A DD29037186A DD259756A3 DD 259756 A3 DD259756 A3 DD 259756A3 DD 29037186 A DD29037186 A DD 29037186A DD 29037186 A DD29037186 A DD 29037186A DD 259756 A3 DD259756 A3 DD 259756A3
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Heinrich Paul
Ralf Krumphold
Dieter Pollack
Peter Burck
Lothar Kraegelin
Peter Neubert
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Akad Wissenschaften Ddr
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der metallverarbeitenden Industrie. Ihr Ziel ist es, den Verschleiss an den Flanken der Riffel zu vermindern und den Kostenaufwand fuer das Regenerieren der Riffelwalzen zu senken. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Riffelwalze zu schaffen, die auch an den Flanken der Riffel eine ausreichende Haertetiefe und beim Erreichen des Grenzverschleisses keine wesentlichen Haertezonen an den Riffeln mehr aufweist und ein Verfahren zum Oberflaechenhaerten der Riffel mit Lasern 500 Watt Ausgangsleistung anzugeben. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass eine kreissegmentfoermig ausgebildete, am Scheitel des Riffelkammes maximal 0,35 mm dicke Haertezone angeordnet ist. Die Breite dieser Haertezone ist durch beiderseits der Riffelflanken unter einem Winkel von 45 zur Scheitelebene des Riffelkammes angelegte Tangenten begrenzt. Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Oberflaechenhaerten mittels energiereicher Strahlen, insbesondere CO2-cw-Laserstrahlen, geloest. Dabei wird erfindungsgemaess der Kammbereich der Riffel axial mit dem Laserstrahl einer Leistung 500 Watt bestrahlt. Die Scheitelebene des Riffelkammes befindet sich waehrend der Bestrahlung zwischen Fokussierungslinse und Laserfokus. Der Oeffnungswinkel des Bestrahlungskegels wird auf 9 und der Spotdurchmesser in der Scheitelebene des Riffelkammes so eingestellt, dass die Bestrahlungsdichte 50 W/mm2 betraegt. Anwendungsgebiete der Erfindung sind Riffelwalzen oder dergleichen. FigurThe invention relates to the field of the metalworking industry. Their goal is to reduce the wear on the flanks of the corrugations and to reduce the cost of regenerating the corrugating rolls. The invention has for its object to provide a corrugating roll, which also has on the flanks of the corrugations a sufficient Haertetiefe and reaching the Grenzverschleisses no significant Haertezonen on the corrugations more and specify a method for Oberflaechenhaerten the corrugations with lasers 500 watts output. According to the invention, the object is achieved by arranging a hair-breaker zone which is 0.35 mm thick at the apex of the corrugated crest and formed in the shape of a circle segment. The width of this Haertezone is limited by both sides of the Riffelflanken at an angle of 45 to the apex plane of the Riffelkammes applied tangents. The task is also solved with a method for surface halves by means of high-energy beams, in particular CO2 cw laser beams. In this case, according to the invention, the comb region of the corrugations is irradiated axially with the laser beam of a power of 500 watts. The crest plane of the corrugation ridge is located during the irradiation between the focusing lens and the laser focus. The opening angle of the irradiation cone is set to 9 and the spot diameter in the crest plane of the corrugation crest is set so that the irradiation density is 50 W / mm 2. Areas of application of the invention are corrugating rolls or the like. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der metallverarbeitenden Industrie. Objekte, in denen ihre Anwendung möglich und zweckmäßig ist, sind Riffelwalzen, wie sie für die Herstellung von Wellpappen eingesetzt werden, oder dergleichen.The invention relates to the field of the metalworking industry. Objects in which their application is possible and expedient are corrugating rolls, as used for the production of corrugated cardboard, or the like.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt sind partiell oberflächengehärtete Riffelwalzen, deren Riffelquerschnitte im Kammbereich kreissegmentförmig Härtezonen aufweisen. Zur Herstellung dieser Härtezonen werden die Kammbereiche der Riffel in Richtung ihrer Längsachse mit einem kontinuierlich strahlenden CO2-cw-Laser einer Ausgangsleistung > 1 kW bestrahlt. Die Strahlungsparameter und die Relativgeschwindigkeit zwischen Riffelwalze und Laserstrahl werden so gewählt, daß die Härtetiefe, die der Höhe des Kreissegments entspricht, 0,7mm beträgt (Creal, R.: heat treating 12/80, S. 24-27).Partially surface-hardened corrugating rolls are known, whose corrugation cross-sections in the crest area have hardened zones in the shape of a circle segment. To produce these hardness zones, the comb areas of the corrugations are irradiated in the direction of their longitudinal axis with a continuously radiating CO 2 cw laser of an output power> 1 kW. The radiation parameters and the relative speed between the corrugating roll and the laser beam are chosen such that the hardening depth, which corresponds to the height of the circle segment, is 0.7 mm (Creal, R .: heat treating 12/80, p. 24-27).

Nicht bekannt und technisch nicht gelöst ist die kreissegmentförmige Kammhärtung von Riffelwalzen mit CO2-cw-Lasern mit Ausgangsleistungen <500 Watt.Not known and not technically solved is the circular segment-shaped comb hardening of corrugating rolls with CO 2 cw lasers with output powers <500 watts.

Der Einsatz dieser Laser ist nur dann möglich, wenn extrem kleine Spotdurchmesser erzielt werden, um die zum Härten notwendige Bestrahlungsdichte zu erreichen. Die geringe Strahlapparatur und der kleine Spotdurchmesser führen prinzipiell zur Erzeugung linsenförmiger Härtezonen mit parabolischer Begrenzungsfläche zum nichtgehärteten Material des RiffeisThe use of these lasers is only possible if extremely small spot diameters are achieved in order to achieve the irradiation density necessary for hardening. The low beam apparatus and the small spot diameter lead in principle to the production of lenticular hardening zones with parabolic boundary surface to the non-hardened material of the reef

(H. Mehlhorn, H. Herzer: Feingerätetechnik 32 [1983] H. 6, S. 272-276).(H. Mehlhorn, H. Herzer: Feingerätetechnik 32 [1983] H. 6, pp. 272-276).

Durch die relativ hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Riffelwalzen und den direkten Kontakt mit Stoffen, die die Abrasion fördern, unterliegen die Riffelkämme starkem Verschleiß. Der Grenzverschleiß ist dann erreicht, wenn der Höhenabtrag der Riffel den maximal zulässigen Werten erreicht hat, die Riffelwalze ausgewechselt und regeneriert werden muß.Due to the relatively high circumferential speeds of the corrugating rolls and the direct contact with substances that promote abrasion, the corrugated ridges are subject to heavy wear. The boundary wear is reached when the height removal of the corrugations has reached the maximum permissible values, the corrugating roller must be replaced and regenerated.

Der Mangel der bekannten Riffelwalze mit kreissegmentförmigen Härtezonen der Riffel besteht darin, daß das Regenerieren einen hohen Kostenaufwand erfordert, da die noch vorhandenen Reste ehemals kreissegmentförmiger Härtezonen der Riffel vor dem Nachfräsen weichgeglüht werden müssen. Würden Riffelwalzen mit linsenförmigen Härtezonen der Riffel hergestellt, ergebe sich als Mangel, daß nur die unmittelbare Umgebung im Scheitel des Riffelkamms ausreichend tief gehärtet ist, wogegen die Härtetiefe an den Riffelflanken, auf Grund dessen, daß die Härtezonen linsenförmig ausgebildet sind, unzureichend ist.The lack of the known corrugating roller with circular segment-shaped hardness zones of the corrugation is that the regeneration requires a high cost, since the remaining remains of former circle segment-shaped hardness zones of the corrugation must be annealed before re-milling. If corrugating rolls were produced with lenticular hardening zones of the corrugations, the deficiency results from the fact that only the immediate surroundings in the crest of the corrugated ridge have hardened sufficiently deeply, whereas the hardening depth at the corrugated flanks is insufficient due to the fact that the hardening zones are lenticular.

Dadurch werden die Riffelflanken beim Verschleiß zu schnell abgetragen. Das Regenerieren von Riffelwalzen mit stark verschlissenen Kammflanken ist problematisch, da beim Nacharbeiten der Kämme in radialer Richtung zu viel Material abgefräst werden muß und der Einwellungsfaktor der Walze unvertretbar hoch wird.As a result, the ribbed flanks are worn away too quickly when worn. The regeneration of corrugated rolls with heavily worn comb edges is problematic because when reworking the combs in the radial direction too much material must be milled and the Einwellungsfaktor the roller is unacceptably high.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung iste,s, den Verschleiß an den Flanken der Riffel zu vermindern und den Kostenaufwand für das Regenerieren der Riffelwalzen zu senken.The aim of the invention is to reduce the wear on the flanks of the corrugations and to reduce the cost of regenerating the corrugating rolls.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Riffelwalze zu schaffen, die auch an den Flanken der Riffel eine ausreichende Härtetiefe und beim Erreichen des Grenzverschleißes keine wesentlichen Härtezonen an den Riffeln mehr aufweist und ein Verfahren zum Oberflächenhärten der Riffel mit Lasern <500 Watt Ausgangsleistung anzugeben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine kreissegmentförmig ausgebildete, am Scheitel des Riffelkammes maximal 0,35mm dicke Härtezone angeordnet ist. Die Breite dieser Härtezone ist durch beiderseits der Riffelflanken unter einem Winkel von 45° zur Scheitelebene des Riffelkammes angelegte Tangenten begrenzt. Die Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Oberflächenhärten mittels energiereicher Strahlen, insbesondere CO2-cw-Laserstrahlen, gelöst. Dabei wird erfindungsgemäß der Kammbereich der Riffel axial mit dem Laserstrahl einer Leistung < 500 Watt bestrahlt. Die Scheitelebene des Riffelkammes befindet sich während der Bestrahlung zwischen Fokussierungslinse und Laserfokus. Der Öffnungswinkel des Bestrahlungskegels wird auf >9° und der Spotdurchmesser in der Scheitelebene des Riffelkammes so eingestellt, daß die Bestrahlungsdichte > 50W/mm2 beträgt.The invention has for its object to provide a corrugating roll, which has on the flanks of the corrugations a sufficient depth of hardness and reaching the Grenzverschleißes no significant hardness zones on the corrugations more and specify a method for surface hardening of the corrugated with lasers <500 watts output power. According to the invention the object is achieved in that a circular segment-shaped, at the apex of Riffelkammes maximum 0.35 mm thick hardening zone is arranged. The width of this hardness zone is limited by tangents on both sides of the corrugation flanks at an angle of 45 ° to the apex plane of the corrugation crest. The object is also achieved by a method for surface hardening by means of high-energy radiation, in particular CO 2 -cw laser beams. According to the invention, the comb region of the corrugations is irradiated axially with the laser beam of a power <500 watts. The crest plane of the corrugation ridge is located during the irradiation between the focusing lens and the laser focus. The opening angle of the irradiation cone is adjusted to> 9 ° and the spot diameter in the apex plane of the corrugated ridge so that the irradiance is> 50W / mm 2 .

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß die Dicke der Härtezone so gewählt wird, daß sie beim Erreichen des Grenzverschleißes bereits abgetragen ist. Daher kann beim Regenerieren der Riffelwalzen das Weichglühen vor dem Nachfräsen entfallen urrd zum Nacharbeiten der Riffelkämme ist in radialer Richtung nur ein minimaler Materialabtag erforderlich. Andererseits können zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Laser mit Ausgangsleistungen unter 0,5kW, die gegenüber Lasern größerer Leistung wesentlich billiger sind, eingesetzt werden. Die für die Bestrahlung notwendige Relativgeschwindigkeit zwischen Riffelwalze und Laserstrahl kann aus weniger einfachen Versuchen ermittelt werden.The solution according to the invention has the advantage that the thickness of the hardening zone is chosen so that it has already been removed when reaching the limit wear. Therefore, when regenerating the corrugating rolls, the soft annealing can be omitted before re-milling urrd for reworking the corrugated ridges in the radial direction only a minimal Materialabtag required. On the other hand, for carrying out the method according to the invention, lasers with output powers below 0.5 kW, which are considerably cheaper than lasers of greater power, can be used. The relative speed between corrugating roll and laser beam necessary for the irradiation can be determined from less simple experiments.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an Beispielen erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen Riffel einer Riffelwalze.The invention will be explained below by way of examples. The accompanying drawing shows a cross section through a corrugation of a corrugating roll.

Eine Riffelwalze von 2100mm Länge und einen Durchmesser von 280 mm besitzt am Umfang 145 Riffel 1. Im Kammbereich besitzen die Riffel 1 eine kreissegmentförmig ausgebildete Härtezone 2, die am Scheitel 0,35 mm dick ist und eine Rockwellhärte von 62 HRC besitzt. Die Breite der Härtezone 3 ist durch beiderseits der Riffelfianken 4 angelegte Tangenten 5 begrenzt, die mit der Scheitelebene des Riffelkamms 6 einen Winkel von 45° bilden. Zum Oberflächenhärten der Riffelwalze wird sie entfettet, die Riffel 1 werden mit schwarzer Farbe als Absorptionsschicht versehen und anschließend wird der Kammbereich mit einem 200-Watt-CO2-cw-Laser mit Gaußintensitätsverteilung bestrahlt. Dabei wird die Riffelwalze mit einem Vorschub von 300 mm min"1 axial unter dem feststehenden Laserstrahl bewegt. Die Fokussierung des Laserstrahles ist von der Riffelgeometrie abhängig, die sich mit der FunktionA corrugating roll of 2100 mm length and a diameter of 280 mm has 145 corrugations on the circumference 1. In the comb area, the corrugations 1 have a circular segment-shaped hardening zone 2, which is 0.35 mm thick at the apex and has a Rockwell hardness of 62 HRC. The width of the hardening zone 3 is limited by tangents 5 applied on both sides of the corrugated fins 4, which form an angle of 45 ° with the apex plane of the corrugated comb 6. For surface hardening of the corrugating roll, it is degreased, the corrugations 1 are provided with black paint as an absorption layer and then the comb area is irradiated with a 200-watt CO2 cw laser with Gauss intensity distribution. The fluted roller is moved at a feed rate of 300 mm min "1 axially under the fixed laser beam. The focusing the laser beam is dependent on the corrugation geometry with the function

y = A cos Bx beschreiben läßt, wobei A die halbe Riffelhöhe, B = —— und χ die Ortskoordinate bedeuten. Für eine Riffelhöhe von 3 mm undy = A cos Bx, where A is half the height of the corrugation, B = - and χ is the location coordinate. For a corrugation height of 3 mm and

eine Riffelteilung λ von 6,1 mm erfolgt die Fokussierung des Primärstrahles von 8 mm Durchmesser mit einer Optik von 50 mm Brennweite, so daß sich ein Öffnungswinkel für den Bestrahlungskegel 7 von 9° ergibt. Während der Bestrahlung befindet sich die Scheitelebene des Riffelkamms 6 zwischen der Fokussierungslinse und dem Laserfokus. Aus der geforderten Breite der Härtezone 3 von 1,35mm ergibt sich in der Scheitelebene des Riffelkammes 6 ein defokussierter Spotdurchmesser 8 von 1,95mm. Unter diesen Bedingungen wird eine kreissegmentförmige Härtezone 2 mit der gewünschten Härtetiefe von 0,35mm am Riffelscheitel erreicht. Bei den konventionellen Fokussierungsbedingungen, bei denen sich die Scheitelebene des Riffelkammes 6 unterhalb des Laserfokus befindet, wird mit einem 200-Watt-Laser eine linsenförmige Härtezone 2 ausgebildet, da die Flächenbestrahlungsleistung nur ein Drittel des Wertes des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht.a riffle pitch λ of 6.1 mm takes place the focusing of the primary beam of 8 mm diameter with an optic of 50 mm focal length, so that there is an opening angle for the irradiation cone 7 of 9 °. During irradiation, the apex of the corrugation ridge 6 is between the focusing lens and the laser focus. From the required width of the hardness zone 3 of 1.35 mm results in the apex plane of the corrugated ridge 6 a defocused spot diameter 8 of 1.95 mm. Under these conditions, a circular segment-shaped hardening zone 2 with the desired hardening depth of 0.35 mm is achieved at the corrugation apex. In the conventional focusing conditions, where the apex plane of the corrugation ridge 6 is below the laser focus, a lenticular hardening zone 2 is formed with a 200 watt laser, since the surface irradiation power reaches only one third of the value of the method according to the invention.

Claims (2)

1. Partiell oberflächengehärtete Riffelwalze, deren Riffelquerschnitt im Kammerbereich eine kreissegmentförmige Härtezone aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß die Härtezone (2) am Scheitel des Riffeikamms maximal 0,35 mm dick ist und deren Breite.O) durch beiderseits der Riffelflanken (4) unter einem Winkel von 45° zur Scheitelebene des Riffelkamms (6) angelegte Tangente (5) begrenzt ist.Partially surface-hardened corrugating roll whose corrugation cross-section in the chamber region has a circular segment-shaped hardening zone, characterized in that the hardness zone (2) at the apex of Riffeikamms is at most 0.35 mm thick and their Breite.O) by both sides of the corrugated flanks (4) under a Angle of 45 ° to the apex plane of the Riffelkamms (6) applied tangent (5) is limited. 2. Verfahren zum Oberflächenhärten von Riffelwalzen nach Punkt 1 mittels energiereicher Strahlen, insbesondere CO2-cw-Laserstrahlen, gekennzeichnet dadurch, daß der Kammbereich der Riffel (1) axial mit dem Laserstrahl einer Leistung < 500 Watt bestrahlt wird, wobei sich die Scheitelebene des Riffelkammes (6) zwischen Fokussierungslinse und Laserfokus befindet, der Öffnungswinke! des Bestrahlungskegel (7) >9° und der Spotdurchmesser (8) in der Scheitelebene des Riffelkamms (6) so eingestellt wird, daß die Bestrahlungsdichte > 50 W/mm2 beträgt.2. A method for surface hardening of corrugating rolls according to item 1 by means of high-energy radiation, in particular CO 2 -cw laser beams, characterized in that the comb portion of the corrugations (1) is irradiated axially with the laser beam of a power <500 watts, wherein the apex plane of the Riffelkammes (6) between the focusing lens and laser focus is the opening angle! of the irradiation cone (7)> 9 ° and the spot diameter (8) in the apex plane of the corrugation comb (6) is set so that the irradiation density is> 50 W / mm 2 .
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