DE19621536C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stahlprofilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 4.

Zur Herstellung von präzisen stabförmigen Führungselementen für transla­ torische Bewegungen wie z. B. Linearführungen für Werkzeugmaschinen wer­ den Spezialprofile aus Stahl als Vorprodukt verwendet. In der Regel werden diese Profile durch die Kombination von Warmformgebung (z. B. Warmwalzen) und anschließender Kaltformgebung (z. B. Kaltziehen) hergestellt.

Für die Endfertigung der Führungselemente, d. h. für das spätere Maschi­ nenelement ist von Bedeutung, daß bei Anwendung nicht aufkohlender Härte­ verfahren der Kohlenstoffgehalt der Randzonen der Profilfunktionsbereiche jenem der vorgegebenen Werkstoffzusammensetzung entspricht. Nur so kann eine optimale Härteannahme gewährleistet werden, die für die Lebensdauer der fertigen Führungselemente von ausschlaggebender Bedeutung ist.

Entsprechend dem vorliegenden Stand der Technik kann aufrund der geforder­ ten Entkohlungsfreiheit in den Funktionsbereichen des Profils bei der Warm­ formgebung allein auf die Technik der konduktiven oder induktiven Schneller­ wärmung zurückgegriffen werden, da mit Vollverbrennung arbeitende Gaser­ wärmöfen nicht akzeptable Entkohlungstiefen verursachen.

Trotz der Anwendung der elektrischen Schnellerwärmung wird die geforderte Entkohlungsfreiheit am Vorprodukt nicht erreicht. Sie muß im Rahmen der End­ fertigung z. B. beim Anwender bzw. Kunden durch den spanabhebenden Prozeß des Profilschleifens eingestellt werden. Dieser Arbeitsgang ist um so kosten- und zeitaufwendiger, je größer die entkohlte Randzone des Profils ist.

Zur Reduzierung der Stärke der selbst bei elektrischer Schnellerwärmung ent­ stehenden Entkohlungszone, kann entsprechend dem Stand der Technik am warmgeformten Profil eine kohlenstoffzuführende thermochemische Behand­ lung mittels der Technik der C-Pegel-Regelung durchgeführt werden. Solche Behandlungen erfordern kostenintensive Spezialanlagen und können darüber hinaus in der äußersten Randzone der Profile die Erscheinung der Korngren­ zenoxidation zeigen. Diese in der Regel dünne Zone muß spanabhebend abge­ tragen werden.

In der DE 40 01 524 C2 ist ein Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Profils und der Planheit von Metallbändern in mehrgerüstigen Walzstraßen beschrieben, wobei bei der Metallbandherstellung der Begriff des Profils eines Bandes im Wesentlichen dazu verwendet wird, die vom (idealen) Recht­ eckquerschnitt abweichende Ist-Kontur des Produkts zu beschreiben. Der Begriff "Profil" ist somit in der Bandtechnik hauptsächlich durch unvermeidbare Fertigungstoleranzen geprägt und kann keinen Hinweis auf die Begrifflichkeit eines Spezialprofils geben.

Auch der DE 38 23 767 A1 aus dem Bereich der Elektrobandherstellung ist keine Anleitung zum Her­ stellen von Profilen zu entnehmen.

Ferner wird in ADLINGTON, A.G.: Modem production process for copper and copper-alloy sheet and strip, IN: SHEET METAL INDUSTRIES FEBRUARY 1976, S. 79-84, 98 das Herstellen von Bändern oder Platten aus Kupfer oder Kupferlegierungen durch Warmwalzen oder Stranggießen und anschließendem Kaltwalzen beschrieben, wobei nach dem Warmwalzen ein rechteckiger Bandquerschnitt durch Fräsen derart abgetragen wird, daß wieder ein rechteckiger Bandquerschnitt entsteht. Von der Herstellung von Spezialprofilen ist an keiner Stelle dieser Literaturstelle die Rede.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, im Rahmen des vorge­ schlagenen Verfahrens bei der Herstellung der betrachteten Profilprodukt­ gruppe die Kombination von Warmformgebung, spanabhebender Formgebung und Kaltformgebung als Verfahrenskombination in der Weise zu kombinieren, daß die kosten- und zeitaufwendige Nachbearbeitung beim Anwender bzw. Kunden im wesentlichen entfällt, sowie eine entsprechende Vorrichtung bereit­ zustellen.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mittels dieser Verfahrenskombination können gegenüber dem heutigen Stand der Technik folgende Vorteile erreicht werden, nämlich die Anwendung der elektrischen Schnellerwärmung zur Minimierung der Entkohlung ist nicht län­ ger unabdingbar notwendig. Auch die Verwendung der in der Umformtechnik stärker verbreiteten Erwärmung mittels gasbefeuerter Öfen ist unproblema­ tisch. Durch die sich an die Warmformgebung anschließende zweite Stufe der vorgeschlagenen Verfahrenskombination der spanabhebenden Formgebung wurde die entkohlte Randzone des Profils entfernt und es entsteht eine völlige Entkohlungsfreiheit des Produkts ohne sonstige ungünstige Gefügezustände. Für die Endfertigung bedeutet dies, daß der kostenintensive Schleifprozeß im wesentlichen auf die Funktion der erforderlichen Konturglättung zurückgeführt werden kann. Darüber hinaus werden bei der spanabhebenden Formgebung speziell ausgebildete Formmesser angewendet, die eine Profilkontur erzeugen, die konform ist, mit der sich aus der Kalibrierung des Kaltformgebungsprozes­ ses (Kaltziehen) als notwendig ergebenden Querschnittsausbildung und -abfolge.

Außerdem ist die spanabhebende Formgebung in Verfolgung der erfindungs­ gemäßen Aufgabenstellung verfahrens- und anlagentechnisch so ausgestaltet, daß sie im Gegensatz zum konventionellen Fräsprozeß eine vielfach kürzere Bearbeitungsdauer der Profile zu erreichen gestattet. Damit wird die Voraus­ setzung für die anlagentechnische Kombination von spanabhebender Formge­ bung und Kaltformgebung auch unter betriebswirtschaftlichen Voraussetzun­ gen möglich. Im Gegensatz zu der dem Stand der Technik entsprechenden Kombination von Warmformgebung und Kaltformgebung ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren zudem der Vorteil, daß die in der Stufe der Warm­ formgebung erzeugten Profile durch die spanabhebende Formgebung maßlich eingeengt und über die Profillänge vergleichmäßigt werden. Das hat zur Folge, daß in der Stufe der Kaltformgebung durch höhere Prozeßgeschwindigkeiten deutliche betriebswirtschaftliche Vorteile erreicht werden können.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Stufe der Warm­ formgebung frei gewählt werden, sowohl warmgewalzte Vorprofile unter Be­ nutzung gaserwärmter Walzwerksöfen als auch stranggepreßte Vorprofile un­ ter Benutzung gasbefeuerter Erwärmöfen können in die Verfahrenskette einbe­ zogen werden.

Die Fertigungsstufe der spanabhebenden Formgebung ist entsprechend der vorliegenden Aufgabenstellung so ausgestaltet, daß folgende unverzichtbare Kriterien erfüllt werden:

• a) Dem spanabhebend zu bearbeitenden warmgeformten Profilstab ist trotz Vorrichtens eine gewisse Ungradheit und Vedrehung um die Längsachse zu eigen, die aus Kostengründen nicht unter ein bestimmtes Maß ge­ bracht werden können. Das zur Anwendung gelangende spanabhebende Verfahren muß so ausgestaltet sein, daß durch zwangsführende an­ lagentechnische Maschinenelemente der Profilstab im Bearbeitungs­ bereich prozeßsicher und definiert so zu den Bearbeitungswerkzeugen positioniert wird, daß eine verwendungsfähige Kontur entsteht.
• b) Zur Sicherstellung eines betriebswirtschaftlich notwendigen hohen Anlagendurchsatzes (Menge/Zeiteinheit) muß die Zerspannungsvor­ richtung Bearbeitungsgeschwindigkeiten erlauben, die um ein Viel­ faches oberhalb konventioneller Fräsoperationen liegen. Zudem ist eine hohe Durchsatzgeschwindigkeit unabdingbar notwendig, um den Verfahrensschritt der spanabhebenden Bearbeitung mit dem nach­ folgenden Verfahrensschritt der Kaltumformung auch anlagen­ technisch kombinieren, d. h. verketten zu können.
• c) Die geometrische Ausgestaltung der Bearbeitungswerkzeuge (Formmesser) muß derart sein, daß durch den Schritt der span­ abhebenden Fertigung eine Kontur erzeugt wird, die sich nahtlos in die Kalibrierungsabfolge "Warmformgebung/Kaltformgebung" einfügt. Kalibrierungstechnisch muß die durch die spanabhebende Fertigung erzeugte Profilkontur jener gleichkommen, die bei der konventionellen Verfahrensweise dem ersten oder weiterer Vorzüge (Verformungsschritte) der Kaltumformung (Kaltziehen) entspricht.

Die unter a) bis c) genannten Kriterien für die Fertigungsstufe der spanabhe­ benden Formgebung können entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die im Anspruch 4 angegebene Vorrichtung, die eine spezielle Hochlei­ stungsfräsanlage beinhaltet, realisiert werden, welche die Profilstäbe im Durchlauf spanabhebend definiert bearbeitet und anhand der Zeichnung näher erläutert ist.

Die Hochleistungsfräsanlage 1 besteht dabei aus einer Zuführ- und Positio­ niervorrichtung 2 für die warmvorgeformten Stahlprofile 3, einer ersten Profil­ meßvorrichtung 4, an die sich eine erste positionierbare Bearbeitungsstation 5 mit Zwangsführungen 6 und einer Konturfrässcheibe 7 mit Gegenhalter 8 an­ schließt. In Durchlaufrichtung A dahinter ist eine zweite Profilmeßvorrichtung 9 angeordnet, an die sich eine zweite positionierbare Bearbeitungsstation 10 mit einer zweiten Konturfrässcheibe 11, die die Gegenseite der zuerst gefrästen Seite des Stahlprofils 3 fräst, mit Zwangsführungen 12 und Gegenhalter 13 an­ schließt. Schließlich ist hinter dieser zweiten Bearbeitungsstation 10 noch eine Ausziehvorrichtung 14 angeordnet, an die sich die Stufe der Kaltformgebung durch Kaltziehen, die nicht dargestellt ist, anschließt.

Mittels der Hochleistungsfräsanlage 1 werden die Stahlprofile 3 im Durchlauf an den vorbestimmten Funktionsflächen mittels Formmessern entsprechend der vorgegebenen Querschnittsauslegung gefräst, so daß eine metallisch blanke und entkohlungsfreie Profiloberfläche entsteht. Die integrierten Profil­ meßvorrichtungen 4 und 9 haben die Aufgabe, den in die jeweilige Bearbei­ tungsstation 5, 10 einlaufenden Profilquerschnitt zu vermessen und die Bear­ beitungsstationen 5, 10 so anzustellen, daß die gewünschte Profilmaßlichkeit sichergestellt wird.

Aufgrund der erreichbaren Durchlaufgeschwindigkeit durch die Hochleistungs­ fräsanlage 1 können die Verfahrensschritte "spanabhebende Formgebung" und "Kaltformen" (Kaltziehen) anlagentechnisch miteinander verkettet werden, so daß weitere Handlingsoperationen entfallen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Stahlprofilen, insbesondere von präzi­ sen, stabförmigen Führungselementen für translatorische Bewegungen durch die Kombination von Warmformgebung und anschließender Kalt­ formgebung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Fertigungsstu­ fen Warmformgebung und Kaltformgebung eine spanabhebende form­ gebende Bearbeitungsstufe vorgesehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die span­ abhebende Bearbeitungsstufe ein Konturfräsen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die span­ abhebende Bearbeitungsstufe ein Formhobeln ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stufe Warmform­ gebung und Kaltformgebung eine Hochleistungsfräsanlage (1) mit zwei Bearbeitungsstationen (5, 10), die zwei gegenüber und hinter­ einander versetzt angeordnete Konturfrässcheiben (7, 11) mit Zwangs­ führungen (6, 12) und Gegenhalter (8, 13) beinhalten, integriert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Bearbeitungsstation (5) eine Zuführ- und Positioniervorrichtung (2) mit einer nachgeschalteten Profilmeßvorrichtung (4) angeordnet ist, wobei eine zweite Profilmeßvorrichtung (9) zwischen der ersten (5) und zweiten Bearbeitungsstation (10) und hinter der zweiten Bearbeitungs­ station (10) eine Ausziehvorrichtung (14) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stufe Warmformgebung und Kaltformgebung eine Formhobelanlage mit Spanntisch und Formhobeln angeordnet ist.