DE1752152C3

DE1752152C3 - Einrichtung zum Längsbesäumen oder Längsteilen von Blechen mit mehr als 20 mm Dicke

Info

Publication number: DE1752152C3
Application number: DE1752152A
Authority: DE
Inventors: Willi 4040 Neuss Benz; Gerhard Dr.-Ing. 4000 Duesseldorf Tolasch
Original assignee: Schloemann Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1968-04-10
Filing date: 1968-04-10
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE1752152B2; GB1258969A; CS151401B2; US3612367A; DE1752152A1; SE392829B; BE730779A; FR2005922A1

Description

Die Erfindung br.rifft cine Einrichtung zum Längsbesäumen oder Längsteilen von Blechen mit mehr als 20 mm Dicke, wobei mit Paaren von Kreismessern eine rechtwinklig zur Schneidgutobcrfläcb" geradlinig verlaufende Schnittfläche erzielt wird.

Bei dem herkömmlichen kontinuierlichen Schnitt mit Kreismesserscheren treten bei Blechslärken über 12 mm Fehler an den besäumten Blechkanlcn auf. Diese nehmen mit größerer Blechdicke zu, so daß man derzeit nur Bleche bis maximal 20 mm Stärke mit Kreismesserscheren schneidet. Bei dickeren Blechen setzt man zur Zeit Tafelscheren als Doppelbesäum- oder Längsleilscheren ein, die jedoch nicht kontinuierlich, sondern diskontinuierlich schneiden können. Das Blech muß sich beim Schnitt relativ zum Rollgang in Ruhe befinden.

Die besonderen Nachteile, die sich beim Längsbesäumen, beziehungsweise Längsteilen dickerer Bleche mit Kreismesser-Saumscheren als Fehler ergeben, sind, daß durch Verformen (Abbiegen) der Blechkanten trotz richtig eingestellten Messerspaltes unsaubere Schnittkanten entstehen. Außerdem steht die Schnittkante infolge der Abbiegung und des notwendigen Messerspaltes nicht senkrecht zur Blechoberfläche. Die untere Schnittkante springt gegenüber der oberen demgemäß zurück.

Weiter wird die Blechkante zusammengedrückt, also gequetscht. Diese Fehler werden um so stärker, desto größer die Blechdicke ist. Außer diesen sichtbaren Fehlern treten noch unerwünschte sekundäre, durch den Schnitt bedingte Fehler auf, die wiederum ihrerseits zu weiteren sichtbaren Schnittfehlern führen können.

Die vorgeschriebene Abbiegung bewirkt infolge plastischer Verformung eine Kaltverfestigung der Blechkantenzone. Die Tiefe der verfestigten Zone wird mit der Abbiegung größer. Weiter tritt bei alterungsanfälligen Blechen (zum Beispiel Blechen aus unberuhigten Stählen) als Folge der plastischen Verformung eine Versprödung der Blechkantenzonen durch Alterung auf.

Dieser Effekt wird voch verstärkt, wenn besonders dickere Bleche vor dem Schneiden nicht auf Raumtemperatur gekommen sind, sondern bei höheren Temperaturen (ca. 100° bis 300⁰C) geschnitten werden.

Die plastische Verformung bedingt außerdem, daß sich nach dem Schnitt in der Blechkantenzone ein Eigenspannungssystem ausbildet, das mehrachsig ist und an Stellen sehr hoher Mehrachsigkeit stark versprödend wirkt. Die Eigenspannungen sind um so größer und reichen um so weiter in das Blech hinein, je größer die Verformung durch den Schnitt war.

Diese Fehler treten ebenfalls besonders beim Schneiden von Blechen über 12 mm auf und nehmen mit größer werdenden Blechdicken zu. Bei Bleclidicken über 16 mm und besonders bei Thomasqualitäten bilden sich bei Stoß oder Verformung (Stapein, Richten, Bearbeiten dei Schnittkanten) infolge der Versprödung durch Alterung und Verformungsbehinderung durch die mehrachsigen Eigenspannungen leicht Risse aus, die zu Ausschuß führen.

Die eingebrachten Eigcnspannungen und Verformungen bewirken außerdem eine stark vergrößerte sogenannte Scherbogenbildung beim Querteilen der Bleche. Durch das Querteilen der Bleche wird das Eigenspannungsgleichgewicht gestört. Es wird dann durch elastische Verformung (Bogenbildjng, Verwerfen) wiederhergestellt.

Durch den Aufsatz: »Untersuchungen über die Schnittqualität bei Krcismesser-Saumscheren« von Gerhard Schwarze, Düsseldorf, in der Druckschrift »Blech« Nr. 11 (1961), Seite 847 bis 855, ist es bereits bekannt, Kreismesser-Saumscheren in der herkömmlichen Anordnung zum Langsbesäumcn und Längsteilen von Blechen bis zu Dickenabniessungen von ca. 20 mm zu verwenden. In der Praxis hat sich gezeigt, daß die Kreismesser zum Schneiden größerer Blechdicken unter Erhalt von Schnittkanten, die etwa den Anforderungen der Abnehmer entsprechen, unvertretbar große Durchmesser erhalten und d,;mit ci.e Bauhöhe der Ständer bezüglich ihrer Abmessungen die wirtschaftlich tragbaren Grenzen überschreiten wurden. Außerdem werden unverhältnismäßig hohe Scherkräfte erforderlich, wenn die Abbiegung der Schnittkanten der Bleche und deren Aufhärtungszonen und Rißbildung in vertretbaren Grenzen gehalten werden sollen. Daher hat der Fachmann gezwungenermaßen den Tafelscheren als Besäum- oder Teilscheren in diesen Querschnittsbereichen den Vorzug gegeben und sich auf die Verwendung von Kreismesser-Saumscheren bis zu Dickenabmessungen von 20 min Blechdicke beschränkt.

Dabei hat er bewußt den Nachteil mit in Kauf genommen, daß die Tafelscheren nicht für den fließenden Durchsatz, sondern nur für einen Arbeitstakt mit schrittweise erfolgendem Vorschub geeignet sind. Daraus ergibt sich bei dem hohen Ausstoß moderner Grobblechstraßen zwangsweise eine Stockung im fließenden Durchsatz und damit ein Speichern des von der Walzstraße auf die Adjustage gelangenden Grobblechs, was infolge der Größenabmessungen dieser Tafeln eines erheblichen Hallenraumes bedarf. Außerdem sind die Investitionskosten für Tafelscheren um ein Mehrfaches höher als bei gleichartigen Kreismesser-Saumscheren-Anlagen.

Wie unter anderem auch die GB-PS 4 25 900 zeigt, sind bereits Scheren zum Schneiden von Blechen mit schrägen Schnittkanten bekannt, bei denen mindestens eines der Kreismesser mit seiner Drehachse zur Blechoberfläche geneigt angeordnet ist. Mit derartigen

Scheren v/erden sogenannte Gehnmgsschnitte zum Verschweißen von Blechen miteinander erzeugt. Derartige Scheren eignen sich jedoch nicht zur Herstellung einer rechtwinklig zur Schneidgutoberfläche verlaufenden Schnittkante bei Blechen mit Dickenabmessungen von 20 bis 40 mm.

Auch die in dem DH-GM 19 00 066 dargestellte Einrichtung mit kreisförmig einander gegenüberstehenden Messerschneiden is¹ nicht dazu geeignet, rechtwinklige Schnittflächen zu erzielen. Mit der in der F i g. 5 dargestellten Einrichtung ist ein Durchkneifen, jedoch kein Schneiden möglich. Diese Einrichtung hat lediglich den Zweck, gratfreie, dünne Dynamobleche zu erzeugen. Damit besteht sowohl von der Aufgabe als auch von der Lösung her kein Zusammenghang mit der vorliegenden Anmeldung.

Schließlich können auch weder der Artikel: »Schneiden und Stanzen« aus der Zeitschrift: »Der Maschinenmarkt« Nr.99 vom 10.12.1954, insbesondere Seite 15 bis 18, Abbildung 9, noch der Artikel: »Beitrag zur Geometrie der Schneidwerkzeuge und zur Mechanik des Schneidvorganges« in der Zeitschrift »Üänder, Bleche. Rohre« Juli 1953. Seite 344 bis 350, insbesondere Bild 3, einen Hinweis auf die den Erfindungsgedanken beinhaltende neue technische Lehre geben. Rollenscheren sind lediglich für die Vorbereitung von Gehrungsschnitten zum anschließenden Verschweißen von Blechen oder von Kurvenschnitten geeignet; rechtwinklige Schnittkanten bei dicken Blechen können damit bei hoher Schneidkantenqualität nicht erreicht werden.

Ausgehend von dem durch die Druckschrift »Blech« Nr. Il (1961), Seite 847 bis 855 gegebenen Stand der Technik besieht die Aufgabe der Erfindung darin, Kreismesserscheren auch /um Besäumen oder Teilen von Blechquerschnitten von 20 bis 40 mm verwendbar auszubilden, wobei die in diesem Schnittbereich besiehenden Schwierigkeilen durch Abbiegen der Kanten, Aufhärtung und Rißbildung im Schnittbereich vermieden werden und die Durchmesser der Kreismesser sowie die Schneidkräfte noch in erträglichen Grenzen liegen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind die Schneidkanten der Kreismesser rechtwinklig ausgebildet, und mindestens die Achse eines der Kreismesser isi um einen Winkel ix von 2° bis 20° zur Blechoberfläche hin geneigt.

Alternativ dazu wird als weiteres Ausführungsbeispiel eine Schere gleicher Gattung vorgeschlagen, bei welcher die eine die Schneidkanten der Kreismesser bildende Seitenfläche unter einem Winkel <x von 2° bis 20° gegenüber der Senkrechten zur Blechoberfläche ausgebildet ist und die andere Seitenfläche mit der einen einen rechten Winkel bildet und beide Achsen der Kreismesser parallel zur Blechoberfläche angeordnet sind.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Neigungswinkel α für die Kreismesser eines Kreismesserpaares unterschiedlich groß.

Vorteil einer derartigen Ausbildung von Kreismesserscheren ist, daß diese auch in bisher üblichen Abmessungen für derartig große Blechquerschnitte von 20 bis 40 mm Dicke eingesetzt werden können, bei denen sich einwandfreie, rechtwinklige Schnittflächen ergeben, die Kantenaufhärtung in den geforderten Grenzen bleibt und eine Rißbildung vermieden wird. Dadurch kann ein fließender Materialdurchsatz auch bei diesen Blechabmessungen erhalten bleiben und auf ein Zwischenspeichern des Schneidgutes verzichtet werden.

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Außerdem hat sich gezeigt, daß man zum Schneiden mit erheblich geringeren Scherkräften bei gleichem Blechquerschnitt auskommt.

Durch die beiden vorbeschriebenen Einrichtungen wird infolge einer zusätzlichen Kraftkomponente ein Moment erzeugt, durch welches infolge der besonderen Stellung oder Ausbildung der Kreismesser von Ober- und Untermesser eine wesentlich geringere Abbiegung der Blechkanten und eine geringere Tiefe der aufgehärteten Zone erreicht wird. Außerdem wird mit dieser Einrichtung eine senkrecht zur Blechoberfläche verlaufende Schnittfläche erzeugt.

Dadurch kann der Anwendungsbereich der Kreismesserscheren, der sich bisher auf Blechdicken bis etwa 20 mm erstreckte, darüber hinaus mit vertretbarem Aufwand bis zu 40 mm Blechdicke erweitert werden, wobei der besondere Vorteil des kontinuierlichen Schneidvorganges hervorzuheben ist.

Durch die geringere Abbiegung, senkrechte Schnittflächen und kleinere Verformungszon- λ wird erreicht,

a) dickere Bleche als bisher bei noch zulässigen Kantenverformungen geschnitten werden können und dünnere Bleche ebenfalls bessere Schniuergebnisse 'iefern als bisher,

b) das Entstehen von Kanlenrissen weitgehend vermieden wird und damit auch dickere Bleche (d größer als 20 mm) rißfrei geschnitten werden können,

c) die Scherbogenbildung beim Querteilen, die stark durch den Saumschnitt beeinflußt werden, wesentlich zurückgeht.

Die Schneideinrichtung ist sowohl beim Längsbesäumen als auch beim Längsteilen von Blechen anwendbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen die Zeichnungen dar. Es zeigt

Fig. 1 eine Schneidkante gleicher Blechdicke beim herkömmlichen Schnitt,

Fig. 2 eine Schneidkante gleicher Blechdicke bei schräger Messerstellung,

Fi₀.3 die Messerstellung beim herkömmlichen Schnitt,

Fig.4 die Messerstellung bei schräger Messerstellung bei Doppelbesäumscheren,

Fig. 5 die schematische Darstellung der Kantenaufhärtung beim Besäumschnitt,

Fig. 6 Kraft- und Momentendarstellung beim herkömmlichen Schnitt,

F i g. 7 Kraft- und Momentendarstellung beim Schnitt mit schräger Messerstellung,

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die besondere Messerausbildung durch einen besonderen Messer^rchliff und

Fig. 9 und 10 weitere Abwandlungen der Messerstellungen eines Kreismesserpaares.

In Fig. 1 sind die sichtbaren Fehler, die durch Verformung (Abbiegung) der Blechkanten beim herkömmlichen Kreismesserschnitt bei richtig eingestellten Messerspalten entstehen, abgebildet. Dabei stehen die Seitenflächen 5 der Kreismesser parallel zur Normalen N, welche die Senkrechte auf der Blechoberfläche bildet. Die Blechkante wird zu einer Breite von i'_; und einer Tiefe von h\ plastisch abgebogen. Die Schnittkante steht nicht senkrecht zur Blechoberfläche. Ihre Unterkante springt gegenüber ihrur Oberkante um das Maß Si zurück.

Die Blechkante wird zusammengedrückt. Die Blechstärke an der Blechkante beträgt nicht mehr d, sondern

\- h\. Diese Fehler nehmen mit gröOerer Blechdicke zu. Außerdem haben diese sichtbaren P'ehler sekundäre Auswirkungen auf die Blechstrunktur.

So bewirkt die Abbiegung infolge plastischer Verformung eine Kaltverfestigung der Blechkantenzone. Die Tiefe der verfestigten Zone wird mit zunehmender Abbiegung größer (Darstellung des Härteverlaufes siehe F i g. 5). Bei alterungsanfälligcn Blechen tritt als Folge der plastischen Verformung eine Versprödung der Blechkantenzonen durch Alterung auf.

In Fig. 2 ist ein Blech glc'cher Dicke wie in Fig. I dargestellt, bei dem der Schnitt mit der crfindungsgcmäüen schrägen Messerstellung ausgeführt worden ist. Dabei ist die Länge der Abbiegung h<l\ und die Höhe der Abbiegung fi!<h\. Die Abflachung ;i.'«a/, während die untere Dickcnabwcichung u₂< < lh ist. Die Schnittkantenabweichung zwischen oberer und unterer Schnittkante, die in F i g. I als S₁ noch sehr groß ist. ist in Fig. 2S^ = O.

Aus dem Vergleich beider Schnittergebnisse bei gleichen dicken Blechen lassen sich, was auch die Vielzahl von Schneidversuchen bestätigte, bereits ausgenscheinlich die Vorteile der Schneideinrichtung mit geneigter Messerstellung erkennen.

Fig. 3 zeigt die Stellung der Kreismesserpaare 1, 2 und 3,4 zu dem Schneidgut A in der herkömmlichen Art bei Kreismessersaumscheren, daß heißt, die Seitenflächen 5 der Kreismesser (auch Stirnflächen) stehen parallel zur Normalen /V, daß heißt, der Senkrechten zur Schneidgutoberfläche, die eine horizontale F.bcne bildet.

F i g. 4 zeigt die Stellung der Kreismesserpaarc ta. 2a und 3a. 4a zu dem Schneidgut A in einer nach der Einrichtung vorgeschlagenen Lage. Dabei bilden die Seitenflächen 5 mindestens eines Kreismessers der Kreismesserpaare la. 2a und/oder 3a. 4a mi; der Normalen N zur Schneidgutoberfläche einen Winkel \. der zwischen 2° und 20° betragen kann, doch vorzugsweise zwischen 4° und 9" liegt.

Wie Fig. 9 mit den Kreismesserpaaren Ic, 2c und Fig. 10 mit den Kreismesserpaaren 1 d, 2dzeigt, gehört es ebenfalls zur Erfindung, daß, wie dargestellt, nur eines der Kreismesser eines Messerpaares unter dem Neigungswinkel λ zur Normalen N geneigt angeordnet ist, während das andere Kreismesser mit seinen Seitenflächen 5 parallel zur Normalen N steht. Die dargestellte Anordnung betrifft Kreismessersaumscheren als Längssäumscheren in gegenüberliegender Anordnung, die Anordnung könnte ebenso eine Längsteilschere oder eine einseitige Längsbesäumschere betreffen.

in Fig. 5 ist ein Diagramm dargestellt, welches die Kantenaufhärtung beim Besäumschnitt eines Bleches von 25 mm Dicke aus Stahl St 42.11 in der Kurve a beim herkömmlichen Schnitt und in der Kurve febeim Schnitt mit schräger Messerstellung an Kreismesserscheren wiedergibt.

Auf der Ordinate des Koordinatensystems ist die Vickershärte HV 5 kp/mm² und auf der Abszisse der Abstand a von der Schnittkante in mm aufgetragen.

In der Kurve a beim herkömmlichen Schnitt ist deutlich das langsamere Abfallen der Kantenaufhärtung von der Schnittkante gegenüber der Kurve b beim Schnitt mit schräger Messerstellung sichtbar. Die Kurve c stellt die Kantenaufhärtung beim Schnitt mit einer

Bogenmesser-, bezeihungsweise Tafelschere dar. Dl· Abstände tu. Ij und /) bis zum Meßpunkt von de Schnittkante, bei der keine Kantenaufhärtung mch gemessen wurde, verhalten sich etwa wie 6:3:2.

In Fi g. 6 und 7 sind die Kräfte und Momente, die zun Abbiegen der Kanten beitragen, im Augenblick de Einreißens nach Eindringen der Messerkanten um da Maß c (Moment, in dem Py = maxPi und Ps = max Pj ist dargestellt.

F i g. 6. Herkömmlicher Schnitt.

Moment Mi = PyfSut + ui) - PxfSst i ei)
F i g. 7. Schnitt bei schräger Messerstellung.
Moment M: = Ps(Sw: ■+ a.>) - Pw(Ssi -f ei)

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Fs gilt bei

Sw, = Sw₂ Ss, = Ss;

a.j = ai, C₂ = Ci

Ps = Py, Pw>P\

damit ergibt sich für die Momente:
M₂ < Mu

Gegenüber dem herkömmlichen Schnitt wirkt beirr Schnitt mit schräger Messerstcllung ein Gcgenmomcn MG = M\ — M₂ der Abbiegung der Blechkantc entgegen Es läßt sich auch schreiben:

Moment bei geradem Schnitt Mi = M\

Moment bei schräger Messerstcllung Mi = Mi - MG.

Damit ist die erkannte, überraschende Wirkung de¹ Schnittes bei geneigter Messerstellung an Kreismesser scheren auch von der theoretischen Seite her zi erklären. Als Schneideinrichtung kommen Kreismesser scheren mit schwenkbarer, beziehungsweise geneigter Messerhalterung in Betracht. Wie in Fig. 8 dargestellt kann der durch die Schrägstellung der Kreismesser erreichte Vorteil ebenso durch eine besondere Ausbil dung des Messerschliffs, das heißt, der Neigung df r die Schneidkante bildenden Begrenzungsflächen gegenüber der Seitenfläche Serrcicht werden.

Die Kreismesser \b, 2b eines Kreismesserpaare; stehen zur Normalen /V, das heißt, der Senkrechten au der Blechoberfläche mit den Seitenflächen S parallel Dafür ist jedoch die Messerfläche Si, welche mit dei Messerfläche Bi die Schneidkante k bildet unter derr Neigungswinke' λ schräg angeschliffen, so daß beirr Einschneiden der Schneidkante k in das Schneidgut / durch eine Keilwirkung eine dem Schneidvorgang überlagerte Kraftkomponente sich bildet, die eir Moment erzeugt. Der Neigungswinkel α kann zwischer 2° und 20° betragen, doch wird dieser vorzugsweise zwischen 4° und 9° betragen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Längsbesäumen oder Längsteilen von Blechen mit mehr als 20 mm Dicke, wobei mit Paaren von Kreismessern eine rechtwinklig zur Schneidguioberfläche geradlinig verlaufende Schnittfläche erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten der Kreismesser (Ic, 1c\ Xd, Id) rechtwinklig ausgebildet sind und mindestens die Achse eines der Kreismesser (Ic, 2c; Sd, 2d) um einen Winkel (et) von 2° bis 20° zur Blechoberfläche hin geneigt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine die Schneidkanten der Kreismesser bildende Seitenfläche (B S) unter einem Winkel (tx) von 2° bis 20° gegenüber der Senkrechten (N) zur Blechoberfläche ausgebildet ist und die andere Seilenfläche (B 2) mit der einen (B S) einen rechten Winkel bildet und beide Achsen der Kreismesser (iö, 2b) paraiiei zur Biechoberfiächc angeordnet sind.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (λ) für die Kreismessereines Kreismesserpaares unterschiedlich groß ist