DE2701593C2

DE2701593C2 - Verfahren zum Maßwalzen von Rotationskörpern und Walzgerüst zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2701593C2
Application number: DE2701593A
Authority: DE
Inventors: Garrj 5140 Erkelenz Berstein; Hans J. Dipl.-Kaufm.Ing.(grad.) 5143 Wassenberg Naumann
Original assignee: Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Current assignee: Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date: 1977-01-15
Filing date: 1977-01-15
Publication date: 1986-07-10
Also published as: FR2377242A1; US4167106A; FR2377242B1; GB1562163A; JPS5389858A; DE2701593A1; IT1093089B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Maßwalzen von Rotationskörpern, bei dem ein vorgefertigter Werkstückrohling zwischen mindestens zwei Arbeitswalzen abrollend bearbeitet wird, die bis auf einen vorgegebenen, das Maß des Werkstückdurchmesset· bestimmenden, gegenseitigen Endabstand im wesentlichen radial zum Werkstück aufeinander zu bewegt und nach Erreichen dieses Endabstands, der durch Messen einer für diesen repräsentativen Größe ermittelt wird, wieder auseinander bewegt werden.
Möglichkeiten des Maßwalzens werden bereits 1965 in der Dissertation von Peter Kxohn (TH Braunschweig) mit dem Titel »Das Glattwalzen zylindrischer Werkstücke im Einstechverfahren« (S. 94 bis 107 u. Bilder 42 bis 44) beschrieben. Es werden hier ab Seile 94 unter Punkt 821 drei Möglichkeiten des Glattwalzens auf

ίο Maß genannt, sowie die Vorbedingungen und das erzielbare Ergebnis beschrieben. Die günstigsten Ergebnisse werden danach beim Glattwalzen mit Meßsteuerung erzielt (Bild 44). Hierbei bezieht sich die Meßsteuerung auf die Kontrolle der Walzkraft P_n- Erreicht P_w eine v-jrbestimmte Größe, so wird der Walzvorgang beendet.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß ein in einem gewünschten Rahmen wiederholbares Ergebnis nur über unterschiedliche Oberwalzzahlen erreicht werden kann.

Damit ist dieses Verfahren wegen der sich ständig ändernden Bearbeitungszeit pro Werkstück für den Einsatz in der Serienproduktion ungeeignet Darüber hinaus ist dieses Verfahren nicht in der Lage, bei wechselnden Betriebsbedingungen gleichbleibende Werkstückgenauigkeiten zu erzielen, da die räumliche Lage der Vorrichtungsteile und¹ deren elastisches Verhalten sich bei Temperaturänderungen ebenfalls ändert, was eine entsprechende Änderung des Werkstückfertigdurchmessers zur Folge hat Es ist weiterhin auch nicht immer möglich, durch Vergrößerung der Überwalzzahl die von Krön geforderte, für die Werkstücke einer Serie immer gleiche Kraft /V zu erreichen. Abhängig von der zufälligen Werkstoffstruktur eines Werkstückes und von der Ausgangstoleranz sowie dem Ausgangsübermaß kann die von Krön geforderte immer gleiche Kraft P_w häufig trotz sehr vieler Oberwalzungen nicht erreicht werden. Es stellt sich irgendein Fertigdurchmesser ein, dem eine Kraft Pw entspricht.

Nach einem anderen, in dieser Literaturstelle beschriebenen Walzverfahren, werden die Arbeitswalzen während des Walzvorganges aufeinander zu bewegt, bis ein vorgegebener Sollwert erreicht ist. Das Erreichen dieses Sollwertes erfolgt hierbei durch Berührung der Arbeitswalzen bzw. mit diesen verbundener Elemente mit einstellbaren Anschlägen.

Die Einstellung bzw. Ermittlung eines solchen Sollwertes bereitet Schwierigkeiten, da die Durchbiegung der Walzen, deren Lagerzapfen, Stauchung der Lagerteile sowie Verzerrungen des Walzgerüstes usw. sich zu einem schwer kalkulierbaren Fehler der Lage der WaI-ze.iballen im Arbeitsbereich summieren. Da eine direkte Messung an den Berührungsstellen zwischen Arbeitswalze und Werkstück nicht möglich ist, wird die Mes- sung am Ballenrand oder im Bereich der Lagerzapfen vorgenommen, so daß die Abweichungen vom Sollwert nicht eliminiert werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Maßwalzverfahren vorzuschlagen, mit dem eine verbesserte Form- und Maßgenauigkeit der gewalzten Rotationskörper bei gleichzeitig möglicher gröberer Ausgangstoleranz des Werkstückrohlings und bei wechselnden Betriebsbedingungen erreicht wird.

Nach der Erfindung ist diese Aufgabe, ausgehend von

b5 dem eingangs beschriebenen Verfahren, dadurch gelöst, daß die Bewegung der Arbeitswalzen aufeinander zu mit einer relativen Geschwindigkeit von nicht mehr als 0.1 mm pro Umdrehung des Werkstückes erfolgt und

27 Ol 593

daß das Erreichen des Endabstands der Arbeitswalzen durch Ermittlung des Abstandes zwischen den Oberflächen der Arbeitswalzen in deren Arbeitsbereich oder dessen unmittelbarer Umgebung in einer ausgewählten Meßebene festgestellt wird. Die Messung erfolgt also an den Oberflächen der Waizenballen im Arbeitsbereich oder dessen unmittelbarer Umgebung in einer ausgewählten Meßebene, wenngleich nicht an den Berührungsstellen mit dem Werkstück. Die Begrenzung der Geschwindigkeit, mit der die Walzen aufeinander zu bewegt werden, stellt sicher, daß während des Maßwalzvorganges keine Störungen in der Materialverdrängung auftreten, so daß nun das Walzen auf genaues Maß und exakte Rundheit möglich wird.

Mit der DE-OS 16 02 132 ist bereits eine WaJzeinrichtung bekannt geworden, bei der zum Zwecke der Walzspaltregelung zwischen den Oberflächen der Arbeitswalzen geneigt angeordnete Meßdüsen zur Abstandserfassung vorgesehen sind, deren Tast- oder Strahlrichtung in einer ganz bestimmten, festgelegten Position der Walzen in ihrer Verlängerung etwa durch die Drehachsen der Walzen geht. Das Einfahren in diese vorgegebene Position wird über entsprechend verstellbare Anschläge zwischen den Walzenlagerungen erreicht. Mit dieser Einrichtung zum Konstanthaken des Walzenabstandes ist es nur möglich, die Unlierschreitung oder Überschreitung einer vorher festgelegten Distanz der Walzen zueinander sowie das exakte Erreichen der vorgegebenen Position festzustellen. Die Ferne oder Nähe zur vorgegebenen Position kann quantitativ nicht erfaßt werden. Damit kann auch nicht eine Vorschubbewegung der Walzen überwacht werden, sondern es kann immer nur qualitativ ein Abstandsfehler festgestellt werden, der dann in der richtigen Richtung von der Verstelleinrichtung korrigiert wird, die bei Erreichen des Sollwertes wieder stillgesetzt wird. Dabei muß eine schnelle Lageänderung der Walzen im Falle eines Lagefehlers angestrebt werden. Da aber die Annäherung an die Sollposition nicht erfaßt werden kann, sondern nur deren tatsächliches Erreichen registriert wird, ist bei schneller Lageregelung ein Überfahren der Sollposition möglich und es kommt zu Schwingungserscheinungen in der Lageregelung. Wird aber eine solche Lageregelung gedämpft, so erfolgt bei einer Abweichung von der Sollposition das neuerliche Einfahren, in die Soliposition zu langsam, sa daß die Gefahr besteht, daß während des Korrekturvorganges Walzgutausschuß produziert wird. Bei dieser bekannten Walzeinrichtung bestehen also völlig andere Voraussetzungen als bei der Erfindung, bei welcher es entscheidend darauf ankommt, die den Walzvorgang bestimmende Vorschubbewegung der Walzen sicher und ohne Nachlauf zu beenden, sobald die Walzen den vorgegebenen Endaibstand zueinander erreichen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Auseinanderbewegen der Arbeitswalzen mit einer relativen Geschwindigkeit von nicht größer als 0,1 mm pro Umdrehung des Werkstückes erfolgt. Hierdurch kann bei Werkstoffen bestimmter Eigenschaften verhindert werden, daß infolge einer falschen Rückzugsgeschwindigkeit nachträglich noch ein Formund Maßfehler in das bereits gewalzte Werkstück hineingebracht wird. Es kann aber auch bei sehr kurzer Verweildauer der Walzen in der engsten Stellung die Rückwärtsbewegung der Walzen mil dieser Geschwindigkeit noch für das Erreichen der gewünschten Maß- und Formtoleranz sorgen.

Ferner wird nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß die Bewegungen der Arbeitswalzen mit wechselnder Geschwindigkeit erfolgen. Auch kann beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit der Walzen bis auf einen Minimalwert verzögert oder deren Rückbewegung beschleunigt sein. Hierdurch kann die notwendige Bearbeitungszeit beeinflußt werden, und es kann die Vorschubgeschwindigkeit der Walzen an die Werkstoffeigenschaften und an die Nähe zum Endstand angepaßt werden.

ίο Es ist außerdem zweckmäßig, daß die Arbeitswalzen nach Erreichen des Endabstandes für die Dauer mindestens einer Umdrehung des Werkstückes in diesem Endabstand verharren.

In der DE-OS 25 33 487 wird bei einem Verfahren zum Walzen eines ringförmigen Werkstückes bereits vorgeschlagen, die Walzen in einer Endstellung eine bestimmte Verweilzeit lang zu belassen und dann wieder zurückzufahren, wobei die Geschwindigkeit des Zurückfahrens mindestens einer Walze zunächst sehr Iangsam eingestellt wird. Eine konkrete Mindestverweilzeit und eine konkrete Maximalgeschwn*digkeit für den Rückzug, mit denen allein nur sichergestellt werden kann, daß ein gefordertes Arbeitsergebnis erreicht wird, sind jedoch dort nicht angegeben.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Walzgerüst mit zwei Arbeitswalzen, von denen mindestens eine auf die jeweils andere über einen Walzenantrieb zu bewegbar ist, und mit einer Schalteinrichtung zum Einleiten der Bewegungsumkehr des Walzenantriebs nach Erreichen des Endabstands der Arbeitswalzen eine Meßvorrichtung vorgesehen, deren Meßfühler an die Oberflächen der Arbeitswalzen anlegbar sind und die mit der Schalteinrichtung verbunden ist. Hierbei kann nach der Erfindung die Meßvorrichtung zusätzlich mit einem Geschwindigkeitsregler des Walzenantriebs gekoppelt sein.

Aus der DE-Z. »Technische Mitteilungen« 45 (1952) Heft 9/10, Seite 353, Bild 52 und zugehörigem Textteil, ist bereits ein Walzgerüst mit zwei Arbeitswalzen, von denen eine auf die andere über einen Walzenantrieb zu bewegbar ist, bekannt, das mit einer Schalteinrichtung zum Einleiten der Bewegungsumkehr des Walzenantriebs nach Erreichen des Endabstandes der Arbietswalzen ausgerüstet ist. Diese Einrichtung weist jedoch keinerlei Meß- oder Kontrolleinrichtungen auf, mit denen der erforderliche Endabstand der Arbeitswalzenoberflächen bzw. das Erreichen dieses Endabstandes direkt überprüfbar wäre. Bei der Schalteinrichtung handelt es sich lediglich um einen Endschalter, der von dem Schlitten der beweglichen Arbeitswalze betätigt wird. Da auch Geschwindigkeitsregler für den Walzenantrieb nicht vorhanden sind, kann das genaue Maßwalzen nach der Erfindung mit dieser bekannten Einrichtung nicht durchgeführt werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt

Fig. 1 ein Bearbeitungsschema mit einer Vorrichtung, die zwei Arbf itswalzen und eine Stützwalze aufweist,

F i g. 2 die Anordnung der Arbeitswälzen unter einem Winkel φ.

F i g. 3 eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung nach Fig. 1,

F i g. 4 ein Ausführ^.gsbeispiel mit einer Arbeitswalze und zwei Stützwalzen,

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Arbeitswalzen und einer Stützschiene.

27 Ol 593

In der Ausführungsform gemäß Fig. I, 3 und 5 liegt das Werkstück 1 auf einer Stützwalze 4 bzw. Stützschiene 4a auf und wird ferner durch eine feste Arbeitswalze 2 gehalten, an die es durch eine bewegliche Arbeitswalze 3 angedrückt wird. Der Antrieb kann mit einer oder mehreren der Walzen oder mit dem Werkstück 1 verbunden sein.

Es werden zwei Punkte B und C auf den Arbeitswalzen 2 und 3 ausgewählt, deren Abstand gemessen werden soll. Die Punkte B und Csind dadurch definiert, daß sie in einer ausgewählten Meßebene, die einen Abstand von der die Achsen der Arbeitswalzen 2 und 3 verbindenden Ebene hat, sowie auf der Oberfläche im axialen Arbeitsbereich der jeweiligen Arbeitswalze 3 bzw. 2 liegen sollen und daß deren Verbindungslinie eine bestimmte, unveränderliche Richtung hat.

Nach Einbringen des Werkstücks 1 werden die Taster 5 und 6 der Meßvorrichtung 7 bis an die Punkte B und C herangebracht. Es wird somit ein Abstand A gemessen, von dem bekannt ist, daß er um einen festen Betrag größer als der Abstand der Oberflächen der Arbeitswalzen 2 und 3 ist, und aus dem nach Anlegen an das Werkstück 1 der tatsächliche Durchmesser des Werkstücks 1 ermittelt werden kann.

In Fig.4 ist eine abgewandelte Vorrichtung dargestellt, mit zwei Stützwalzen 4b und 4c und nur einer zustellbaren Arbeitswalze 3. In diesem Falle wird die Meßvorrichtung 7 zwischen der Arbeitswalze 3 und einer der Stützwalzen 46 oder 4c angeordnet und ein dementsprechender Abstand A gemessen. Für diese Ausführungsform lassen sich die Punkte B und C als Schnittpunkte der Walzenoberflächen mit einer vorgegebenen Geraden definieren.

Die Ausführungsformen mit zwei Arbeitswalzen 2, 3 haben den Vorteil, daß hier die eingangs erwähnten, durch Biegung der Walzen usw. entstehenden Fehler weitgehend kompensiert werden können. Da die Zustellung der Arbeitswalzen 2,3 gegeneinander erfolgt, kann unter der Voraussetzung, daß der Mittelpunkt des Werkstücks 1 im Laufe der Bearbeitung sich nicht nennenswert von der Verbindungslinie der Achsen dieser Walzen entfernt, davon ausgegangen werden, daß auch der Druck des Werkstücks 1 auf die Stützwalze 4 sich nicht wesentlich ändert. Das heißt, der Einfluß dieser Fehler hängt von der Größe des Winkels q ab. dessen Scheitel im Werkstücksmittelpunkt liegt und dessen Schenkel durch die Mittelpunkte der Arbeitswalzen 2,3 gehen. Bei Werten von φ in der Nähe von 180⁼ kann dieser Fehler vernachiässigbar werden, da er sich im wesentlichen in Zustellrichtung auswirkt.

Die Größe möglicher Werte für den Winkel α bei unterschiedlichen Arbeitsbedingungen wird nach der Formel Q(^)-Ci (<f)<ß errechnet, worin Ci (φ) den Abstand zwischen den Mittelpunkten der Arbeitswalzen 2, 3 bei praktisch druckloser Berührung mit dem Werkstück 1 bedeutet. C? (φ) das gleiche bei Arbeitsdruck ist und β der maximal zulässige Fehler in der gegenseitigen Lage der Oberflächen der Arbeitswalzen 2 und 3 ist. Der Winkel φ darf dabei selbstverständlich nicht größer als 180^c werden.

Es wurde gefunden, daß in der o. a. Weise vorgenommene Messungen einen sehr genauen Rückschluß auf die tatsächliche Lage der Arbeitswalzen 2, 3 und damit auf den Durchmesser des Werkstücks 1 erlauben. Es kann daher bei ortsfest angeordneten oder iedigiich parallel zur Verbindungslinie der Taster 5, 6 verschiebbaren Meßvorrichtungen 7 eine direkte Eichung vorgenommen werden, wobei eine Nachjustierung der Lage der Meßvorrichtung 7 nur bei nennenswerter Abnutzung der Arbeitswalzen 2,3 erforderlich wird.

Bildet auch die Messung des tatsächlichen Walzenspaltes eine maßgebende Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens, so ist weiterhin erfindungswesentlich, die relative Vorschubgeschwindigkeit der Arbeitswalzen 2, 3 ein gewisses Maß nicht überschreiten zu lassen. Es wird daher vorgeschlagen, diese Geschwindigkeit nicht größer als 0,1 mm pro Umdrehung des Werkstücks 1 zu wählen.

Aber nicht nur die Vorschubgeschwindigkeit hat einen Einfluß auf das Ergebnis des Verfahrens. Es wurde beobachtet, daß es zweckmäßig ist, auch das Rückführen der Arbeitswalzen 2, 3 nach Erreichen des Sollwertes ihres Endabstands zunächst mit etwa der gleichen relativen Geschwindigkeit durchzuführen, bis eine Lösung der Arbeitswalzen 2, 3 vom Werkstück 1 eintritt. Es kann sogar zweckmäßig sein, diese Rückführung der Arbeitswalzen 2,3 erst einzuleiten, nachdem für minde-"='ens eine Werkstückumdrehung der Vorschub stillgesetzt wurde.

Die Erklärung hierfür wird darin gesehen, daß beim Walzen eine sowohl aus der elastischen, als auch aus der plastischen Deformation resultierende Materialwelle an den Berührungsflächen zwischen Arbeitswalzen 2, 3 und Werkstück 1 entsteht, die zur Erzielung einer größeren M^ßgenauigkeit des Werkstücks 1 in der letzten Phase des Walzens bei sich verringerndem Walzdruck abgebaut werden muß. Aus diesem Grunde kann es auch zweckmäßig sein, den Walzenvorschub zunehmend verzögert und die Rückführung der Arbeitswalzen 2, 3 mit zunehmender Beschleunigung vorzuneh-

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

27 Ol 593 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Maßwalzen von Rotationskörpern, bei dem ein vorgefertigter Werkstückrohling zwischen mindestens zwei Arbeitswalzen abrollend bearbeitet wird, die bis auf einen vorgegebenen, das Maß des Werkstückdurchmessers bestimmenden, gegenseitigen Endabstand im wesentlichen radial zum Werkstück aufeinander zu bewegt und nach Erreichen dieses Endabstands, der durch Messen einer für diesen repräsentativen Größe ermittelt wird, wieder auseinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Arbeitswalzen aufeinander zu mit einer relativen Geschwindigkeit von nicht mehr als 0,1 mm pro Umdrehung des Werkstückes erfolgt und daß das Erreichen des Endabstands der Arbeitswalzen durch Ermittlung des Abstandes zwischen den Oberflächen der Arbeitswalzen in deren Arbeitsbereich oder dessen unmittelbarer Umgebung in einer ausgewählten Meßebene festgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auseinanderbewegen der Arbeitswalzen mit einer relativen Geschwindigkeit von nicht größer als 0,1 mm pro Uif.drehung des Werkstückes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der Arbeitswalzen mit wechselnder Geschwindigkeit erfolgen.

4. Verfahrer, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß di° Bewegung der Arbeitswalzen aufeinander zu eine bis auf einen Minimalwert verzögerte ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auseinanderbewegen der Arbeitswalzen beschleunigt erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswalzen nach Erreichen des Endabstandes für die Dauer mindestens einer Umdrehung des Werkstücks in diesem Endabstand verharren.

7. Walzgerüst zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, mit zwei Arbeitswalzen, von denen mindestens eine auf die jeweils andere über einen Walzenantrieb zu bewegbar ist, und mit einer Schalteinrichtung zum Einleiten der Bewegungsumkehr des Walzenantriebs nach Erreichen des Endabstands der Arbeitswalzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßvorrichtung (7) vorgesehen ist, deren Meßfühler (5, 6) an die Oberflächen der Arbeitswalzen (2, 3) anlegbar sind und die mit der Schalteinrichtung verbunden ist.

8. Walzgerüst nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (7) zusätzlich mit einem Geschwindigkeitsregler des Walzenantriebs gekoppelt ist.