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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft die nicht spanabhebende Metallverarbeitung, insbesondere die Herstellung eines Metallbands durch Kaltumformung.
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Stand der Technik
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Es ist ein Verfahren zur Kaltumformung eines durchgehenden Metallbands bei der Herstellung geschweißter Rohre bekannt, das das Ziehen des Bands durch eine Zugvorrichtung zwischen drei antriebslosen Rollen einer Biegevorrichtung umfasst, bei dem die mittlere Rolle einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser der äußeren Rollen ist, und bei dem sie zusammen mit dem sie in einem Winkel von mehr als 180° umschließenden Band durch Spannen des Bands an die äußeren Rollen gedrückt wird, wobei zwischen ihnen ein Spalt von mehr als zwei Banddicken gebildet wird (Urheberschein der UdSSR Nr. 1500405, veröffentlicht 15. August 1989).
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Der Nachteil des bekannten Verfahrens liegt im Fehlen einer Regulierung der Stärke der Verformung des Bands.
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Es ist ein Verfahren zur Kaltumformung eines durchgehenden Metallbands bei der Herstellung geschweißter Rohre bekannt, das Folgendes umfasst: Dessen Ziehen mit Vorwärts- und Rückwärtszug, die entsprechend durch eine Spann- und eine Zugvorrichtung erzeugt werden, zwischen drei antriebslosen Rollen einer Biegevorrichtung, wobei die mittlere Rolle, die einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser der äußeren Rollen ist, von dem Band in einem Winkel von mehr als 180° umschlossen wird und durch Spannen des Bands zusammen mit diesem an die äußeren Rollen gedrückt wird, wobei zwischen ihnen ein Spalt von mehr als zwei Banddicken gebildet wird, sowie eine Regulierung der Stärke der Verformung des Bands durch Änderung seiner Spannung, ohne dass der Vorwärtszug einen Wert überschreitet, der der Zugspannung in dem gezogenen Band von 0,85 der Streckgrenze seines Metalls entspricht (
Patent der Russischen Föderation Nr. 2412016 , veröffentlicht 20. Februar 2011) – dies ist der nächstgelegene Stand der Technik.
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Der nächstgelegene Stand der Technik bietet die Möglichkeit einer Regulierung der Stärke der Verformung des Bands, jedoch liegt sein Nachteil in der geringen Stärke der Verformung des Bands und in dem erhöhten spezifischen Energieverbrauch pro Umformungseinheit.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist die Erhöhung der Stärke der Verformung des Bands und die Senkung des spezifischen Energieverbrauchs pro Band-Umformungseinheit.
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Das technische Ergebnis wird dadurch erzielt, dass das Verfahren zur Kaltumformung eines durchgehenden Metallbands Folgendes umfasst: Ziehen des Bands mit Rückwärtszug und Vorwärtszug zwischen drei antriebslosen Rollen einer Biegevorrichtung, deren mittlere Rolle mit einem Durchmesser der kleiner als der Durchmesser der der äußeren Rollen ist, von dem Band in einem Winkel von mehr als 180° umschlossen ist und zusammen mit diesem durch die Spannung des Bands an die äußeren Rollen gedrückt wird, wobei zwischen ihnen ein Spalt von mehr als zwei Banddicken gebildet wird, sowie die Regulierung der Stärke der Verformung des Bands durch Änderung seiner Spannung, ohne dass der Vorwärtszug einen Wert überschreitet, der der Zugspannung in dem Band von 0,85 der Streckgrenze seines Metalls entspricht. Neu ist, dass das Band nacheinander zwischen den drei antriebslosen Rollen jeder von wenigstens zwei analogen Biegevorrichtungen gezogen wird und in jeder Biegevorrichtung die Bandspannung in einem Bereich reguliert wird, der mit Hilfe einer Spannvorrichtung, die vor der Eintrittsseite der ersten Biegevorrichtung angeordnet ist, zwischen den Biegevorrichtungen angeordneten Hilfs-Zugvorrichtungen sowie einer Zugvorrichtung, die hinter der Austrittsseite der letzten Biegevorrichtung angeordnet ist, dem für sie zulässigen Grenzwert angenähert wird. Die Stärke der Spannung des Bands wird in jeder Biegevorrichtung durch Änderung des Werts des Verhältnisses der Geschwindigkeit des Bands beim Austritt aus einer bestimmten Biegevorrichtung zu der Geschwindigkeit des Bands beim Eintritt in diese Vorrichtung reguliert. Die Geschwindigkeit des Bands beim Austritt aus der Biegevorrichtung wird mit Hilfe der unmittelbar hinter dessen Austrittsseite angeordneten Hilfs-Zugvorrichtung oder Zugvorrichtung reguliert. Die Geschwindigkeit des Bands beim Eintritt in die Biegevorrichtung wird mit Hilfe der unmittelbar vor dessen Eintrittsseite angeordneten Spannvorrichtung oder Hilfs-Zugvorrichtung reguliert. Für das Verhältnis der genannten Bandgeschwindigkeiten ist ein Wert vorgesehen, der nicht höher ist als der zulässige Grenzwert des Ziehverhältnisses des Bands in jeder einzelnen Biegevorrichtung.
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Die Erhöhung der Stärke der Verformung des Bands wird durch dessen aufeinanderfolgendes Verformen in mehreren Biegevorrichtungen (an Stelle der einen Biegevorrichtung aus dem Stand der Technik) unter Verwendung einer Spannvorrichtung, Hilfs-Zugvorrichtungen und einer Zugvorrichtung erreicht, die in allen Biegevorrichtungen eine Regulierung der Bandspannung in einem Bereich vorsieht, der sich dem zulässigen Grenzwert annähert. Die Senkung des spezifischen Energieverbrauchs pro Bandumformungseinheit wird durch ein aufeinanderfolgendes Verformen des Bands in mehreren Biegevorrichtungen erreicht, das es ermöglicht, ungefähr 15–20% des Vorwärtszugs zum Herausziehen des Bands aus einer Biegevorrichtung zu nutzen und dessen übrige ungefähr 80–85% zum Herausziehen des Bands aus den anderen Biegevorrichtungen zu nutzen.
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Die Zeichnung zeigt schematisch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine Spannvorrichtung, vier Biegevorrichtungen, drei Hilfs-Zugvorrichtungen und eine Zugvorrichtung verwendet werden.
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Ausführungsform der Erfindung
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Mit Hilfe der Spannvorrichtung 1, der Hilfs-Zugvorrichtungen 2, 3, 4 und der Zugvorrichtung 5 wird ein durchgehendes Metallband 6 nacheinander mit Rückwärts- und Vorwärtszug zwischen drei antriebslosen Rollen jeder Biegevorrichtung 7, 8, 9 und 10 gezogen.
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Zur Überwindung des Verformungswiderstands des Bands 6 in der Biegevorrichtung 10 wird ein Teil (etwa 15–20%) der Zugkraft der Zugvorrichtung 5 aufgewendet. Der restliche Teil (etwa 80–85%) dieser Zugkraft überwindet zusammen mit der sie unterstützenden Zugkraft der Hilfs-Zugvorrichtungen 2, 3 und 4 den Verformungswiderstand des Bands 6 in den Biegevorrichtungen 9, 8 und 7 und überwindet den Widerstand der Spannvorrichtung 1. Dieser restliche Teil der Zugkraft ist der Rückwärtszug des Bands 6 beim Eintritt in die Biegevorrichtung 10.
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Bei der Verformung des Bands in den übrigen Biegevorrichtungen ist das Bild ähnlich.
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Beispielweise wird für die Überwindung des Verformungswiderstands des Bands 6 in der Biegevorrichtung 8 ein Teil (etwa 15–20%) der nicht für dessen Verformung in den Biegevorrichtungen 9 und 10 verbrauchten Gesamtzugkraft der Hilfs-Zugvorrichtungen 3, 4 und der Zugvorrichtung 5 aufgewendet. Der übrige Teil (etwa 80–85%) dieser nicht verbrauchten Gesamtzugkraft überwindet zusammen mit der sie unterstützenden Zugkraft der Hilfs-Zugvorrichtung 2 den Verformungswiderstand des Bands 6 in der Biegevorrichtung 7 und überwindet den Widerstand der Spannvorrichtung 1. Dieser übrige Teil der nicht verbrauchten Zugkraft ist der Rückwärtszug des Bands 6 beim Eintritt in die Biegevorrichtung 8.
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In jeder Biegevorrichtung wird die Stärke der Verformung des Bands durch eine Änderung seiner Spannung in einem Bereich reguliert, der sich dessen zulässigem Grenzwert annähert, ohne dass der Vorwärtszug einen Wert überschreitet, der der Zugspannung in dem gezogenen Band von 0,85 der Streckgrenze seines Metalls entspricht.
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Die Bandspannung wird durch Änderung des Werts des Verhältnisses der Geschwindigkeit des Bands beim Austritt aus einer Biegevorrichtung zu der Geschwindigkeit des Bands beim Eintritt in diese Vorrichtung reguliert. Die Austrittsgeschwindigkeit des Bands aus der Biegevorrichtung wird mit Hilfe der unmittelbar hinter dessen Austrittsseite angeordneten Hilfs-Zugvorrichtung oder Zugvorrichtung reguliert. Die Eintrittsgeschwindigkeit des Bands in die Biegevorrichtung wird mit Hilfe der unmittelbar vor dessen Eintrittsseite angeordneten Spannvorrichtung oder Hilfs-Zugvorrichtung reguliert.
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Für das Verhältnis der Austrittsgeschwindigkeit des Bands aus der Biegevorrichtung zu seiner Eintrittsgeschwindigkeit in diese Vorrichtung ist ein Wert vorgesehen, der nicht höher ist als der zulässige Grenzwert des Ziehverhältnisses des Bands in dieser Biegevorrichtung, der dem Vorwärtszug entspricht, der in dem herausgezogenen Band eine Zugspannung von 0,85 der Streckgrenze seines Metalls erzeugt.
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Die Stärke der Verformung des durchgehenden Ausgangsbands wird durch Änderung seiner Spannung so reguliert, dass nach der Verformung das fertige Band eine vorher bestimmte Dicke unabhängig von den Dickenunterschieden des Ausgangsbandes in Längsrichtung hat.
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Am stärksten bevorzugt ist die folgende Ausführungsform der Regulierung der Bandverformung.
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Mit Hilfe der Hilfs-Zugvorrichtung 2 wird eine konstante Austrittsgeschwindigkeit des Bands 6 aus der Biegevorrichtung 7 gewährleistet, und mit Hilfe der Spannvorrichtung 1 wird die Eintrittsgeschwindigkeit des Bands 6 in die Biegevorrichtung 7 in Abhängigkeit von dem Wert der Dicke des Ausgangsbands am Eingang zu dieser Biegevorrichtung reguliert. Diese Regulierung und die Auswahl der Höhe der konstanten Geschwindigkeit des Bands 6 am Ausgang aus der Biegevorrichtung 7 wird so durchgeführt, dass das Band 6 an deren Ausgang eine gleichmäßige Dicke unabhängig von den Dickenunterschieden des Ausgangsbands in Längsrichtung hat und der Wert des Verhältnisses der Austrittsgeschwindigkeit des Bands 6 aus der Biegevorrichtung 7 zu seiner Eintrittsgeschwindigkeit in diese Vorrichtung nicht höher ist als der zulässige Grenzwert des Ziehverhältnisses des Bands in dieser Biegevorrichtung.
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Mit Hilfe der Hilfs-Zugvorrichtungen 3 und 4 und der Zugvorrichtung 5 wird die konstante Höhe der Austrittsgeschwindigkeit des Bands 6 jeweils aus jeder Biegevorrichtung 8, 9 und 10 gewährleistet, bei der das Ziehverhältnis des Bands in jeder von ihnen seinen zulässigen Grenzwert nicht überschreitet. Die genannten Werte der Geschwindigkeit des Bands 6 müssen so gewählt werden, dass sie ein einheitliches Ziehverhältnis des Bands in den Biegevorrichtungen 7, 8, 9 und 10 gewährleisten, das ausreicht, um die erforderliche Dicke des fertigen Bands 6 zu erzielen.
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Der zulässige Grenzwert des Ziehverhältnisses des Bands hängt im Wesentlichen von dem Wert des Verhältnisses der Dicke des Bands zu dem Durchmesser der mittleren Rolle ab. Je größer der Wert dieses Verhältnisses, desto größer der zulässige Grenzwert des Ziehverhältnisses des Bands. Das heißt, je größer die Dicke des Bands und je kleiner der Durchmesser der mittleren Rolle, desto größer der zulässige Grenzwert des Ziehverhältnisses des Bands. Beispielsweise wurde experimentell gezeigt, dass bei einer Verwendung einer mittleren Rolle mit einem Durchmesser von 39 mm in der Biegevorrichtung der zulässige Grenzwert des Ziehverhältnisses eines Stahlbands mit einer Breite von 58 mm mit der Bezeichnung 10 gemäß GOST 16523, die der Bezeichnung DD11 gemäß der europäischen Norm EN 10111 entspricht, bei einer Dicke von 2,80; 2,15; 1,72; 1,42; 1,19 und 1,03 mm entsprechend 1,32; 1,27; 1,23; 1,20; 1,18 und 1,16 betrug.
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Die erforderliche Zahl von Biegevorrichtungen und Hilfs-Zugvorrichtungen hängt von dem erforderlichen Gesamtziehverhältnis des Bands und von dem zulässigen Grenzwert des Ziehverhältnisses des Bands in jeder einzelnen Biegevorrichtung ab.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, das im Vergleich zum nächstgelegenen Stand der Technik eine Erhöhung des gesamten Grades der Verformung des Bands und eine Senkung des spezifischen Energieverbrauchs je Prozent seiner Verformung ermöglicht, kann an Stelle des Kaltwalzens eines durchgehenden Metallbands an einer kontinuierlichen Walzstraße verwendet werden. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an Stelle des Kaltwalzens ermöglicht es, die Kapitalkosten für die Beschaffung der Ausrüstung und den Bau der Anlage zur Umformung des Bands um ein Vielfaches zu senken, den Verschleiß des Umformungsinstruments um das Zehnfache zu senken, die Rauigkeit der Bandoberfläche zu verringern, die Genauigkeit der Fertigung des Bands bezüglich der Dicke zu erhöhen und den Energieverbrauch für die Bandumformung zu senken.
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Im Folgenden ist die Grundlage jedes oben genannten Vorteils des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kaltumformung eines durchgehenden Metallbands im Vergleich zu dessen Kaltwalzen an einer kontinuierlichen Walzstraße angeführt.
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Bei gleichen Verformungsparametern desselben Bands ist der Druck des Metalls auf die Walzen bei dessen Kaltwalzen ungefähr 5- bis 8-mal höher als der Druck des Metalls auf die äußeren Rollen der Biegevorrichtung bei dessen Kaltverformung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Daher ist die Masse der Ausrüstung der Anlage zur Kaltverformung des durchgehenden Metallbands nach dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein Vielfaches geringer als die Masse der Ausrüstung der kontinuierlichen Walzstraße zu dessen Kaltwalzen. Entsprechend sind die Kosten der Ausrüstung und die Kosten des Baus einer solchen Anlage im Vergleich zu den Kosten der Ausrüstung und den Kosten des Baus einer kontinuierlichen Walzstraße um ein Vielfaches niedriger.
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Beim Kaltwalzen des Metallbands ist dessen Geschwindigkeit im Nacheilbereich der Umformzone geringer, während sie im Voreilbereich der Umformzone höher ist als die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen. Der Schlupf in den genannten Bereichen der Umformzonen des Bands bezüglich der Walzen und der hohe spezifische Druck des Metalls auf die Walzen führt zu deren starkem Verschleiß.
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Beim Umformen des Bands nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugen die Rollen der Biegevorrichtung zwei Umformzonen, die in den Bereichen der Biegerichtungsänderung des Bands liegen. In diesen Zonen wird das Band einer Scherverformung praktisch ohne Schlupf bezüglich der Rollen unterzogen. Das Fehlen des Schlupfs des Bands bezüglich der Rollen und der verringerte spezifische Druck des Metalls auf die Rollen ermöglicht es, den Verschleiß dieser Rollen im Vergleich zum Verschleiß der Walzen beim Kaltwalzen des Bands um das Zehnfache zu senken und eine geringe Rauigkeit der Bandoberfläche zu gewährleisten, besonders der Oberfläche, die mit den mittleren Rollen der Biegevorrichtungen in Kontakt steht. Die mittleren Rollen haben einen kleinen Durchmesser und gewährleisten deshalb eine gute Bearbeitung der Bandoberfläche.
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Die in der Technik angewendeten Methoden gewährleisten eine hohe Genauigkeit der Regulierung der Geschwindigkeit der Antriebe. Daher gewährleistet die Regulierung der Geschwindigkeit des Eintritts des Bands in jede Biegevorrichtung und der Geschwindigkeit seines Austritts aus dieser Biegevorrichtung mit Hilfe der Antriebe der Spannvorrichtung, der Hilfs-Zugvorrichtungen und der Zugvorrichtung eine hohe Genauigkeit der Regulierung der Stärke der Bandverformung und gewährleistet dementsprechend eine hohe Genauigkeit der Fertigung des Bands bezüglich der Dicke.
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Es ist bekannt, dass bei gleichen Parametern bei einer Verformung desselben Bands mit verschiedenen Methoden ein minimaler Energieverbrauch bei der Anwendung der Methode der Scherverformung auftritt, die auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendet wird. Darüber hinaus tritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bandumformung kein Schlupf des verformten Metalls bezüglich der Rollen auf, wodurch keine Energie für die Überwindung der Reibungskräfte aufgewendet werden muss, die entstehen, wenn ein solcher Schlupf auftritt, wie beispielsweise beim Bandwalzen.
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Die unter Verwendung der Ergebnisse der Erprobung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umformen eines Stahlbands angestellten Berechnungen zeigten, dass dieses Verfahren im Vergleich zum Kaltwalzen des Bands eine Senkung der Energiekosten für die Umformung des Stahlbands um ungefähr 10–30% ermöglicht. Dabei ist der Betrag der Energiekostensenkung desto höher, je kleiner der Durchmesser der verwendeten mittleren Rollen der Biegevorrichtungen ist.
