DE2829208C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Es ist bereits bekannt, flache metallische Werkstücke und insbesondere kontinuierliche Stahlgußstücke vorherrschend rechteckigen Querschnitts in Rohlinge gewünschter Abmessungen unter Zuhilfenahme von Teilwerkzeugen aufzuteilen, die im Querschnitt keilförmig ausgebildet sind. Das Teilwerkzeug kann benutzt werden, um in dem Werkstück Nuten auszubilden, die entweder vollständig durch das Werkstück verlaufen oder auch nur teilweise durch das Werkstück hindurchgeführt sind. Die Rohlinge können voneinander getrennt werden, indem das Werkstück beispielsweise mittels eines Gasbrenners in einer Ebene zerschnitten wird, die die Bodenflächen der gegenüberliegend angeordneten Nuten umfaßt, die durch die Nuterzeugungswerkzeuge hergestellt sind.

Derartige Verfahren können in Verbindung mit der Erzeugung von Brammen durch Strangguß zweckmäßig sein. Es wäre theoretisch nur notwendig, eine einzige Größe einer Bramme zu gießen, die dann weiter in eine große Zahl unterschiedlicher Produkte weiterverarbeitet werden kann. Die Produktionsflexibilität eines kontinuierlichen Gießverfahrens kann auf diese Weise wesentlich verbessert werden.

Normalerweise weisen große gegossene Werkstücke wie kontinuierliche Stahlgußwerkstücke eine Oberflächenschicht feinkristalliner Struktur auf, während das Innere des Werkstücks eine relativ grobe kristalline Struktur und gelegentlich auch eine poröse Struktur zeigt. Wenn herkömmliche Teilwerkzeuge zum Teilen derartiger Werkstücke benutzt werden, wie diese beispielsweise in der Literaturstelle "Stahl und Eisen" 70 (1950) Nr. 4, S. 150, 151 und 153, und in der US-PS 30 11 292 beschrieben sind, dann wird normalerweise die feinkristalline Oberflächenschicht des Werkstücks in der Weise durchdrungen, daß das grobkristalline und möglicherweise poröse Material des Werkstücks in der Nähe der Teilungsnut freigelegt wird. Infolgedessen sind die inneren Bereiche derartiger Stahlrohlinge anfällig für eine Oxidation, insbesondere deshalb, da sie normalerweise eine Temperatur zwischen 700°C und 1200°C aufweisen, wenn sie getrennt werden, und dies birgt außerdem die Gefahr einer Rissebildung in sich, wenn die Rohlinge nachfolgend einer Walzbearbeitung oder anderen Arbeitsgängen unterworfen werden, bei denen die Rohlinge einer plastischen Deformation ausgesetzt sind.

Ein weiterer Nachteil der Benutzung herkömmlicher Teilwerkzeuge zum Trennen metallischer Werkstücke in Rohlinge besteht in der hohen Abnutzung, der die Werkzeuge unterworfen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart zu verbessern, daß bei geringer Abnutzung der Teilungswerkzeuge Teilungsnuten geschaffen werden, die auch an ihrem Grund eine feinkristalline Struktur zeigen und das grobstrukturierte Innere des Werkstücks nicht freilegen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Werkstücke von der Oberfläche her derart deformiert werden, daß die durch das kontinierliche Gießverfahren erzeugte Oberflächenschicht auch am Grund der Teilungsnuten erhalten bleibt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Bramme, die in einem Walzenstuhl mit einer Teilungsnut versehen wird,

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Teil der Schnittansicht nach Fig. 1, wobei die Nutwalzen im Querschnitt dargestellt sind,

Fig. 3 eine Teilansicht zweier Nutwalzen,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 5 eine Schnittansicht einer der Walzen gemäß Fig. 4 in größeren Maßstab,

Fig. 6 ein bevorzugtes Verfahren der Benutzung der Erfindung zur Herstellung von mehr als einer Teilnut bei einem Werkstück.

In Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist eine heiße, im Stranggußverfahren hergestellte Bramme 11 dargestellt, deren Breite etwa zweimal so groß die Höhe ist, wobei diese Bramme durch einen Walzenstuhl herkömmlicher Bauart hindurchläuft. Zwei einander identischer horizontale Arbeitswalzen eines Walzenpaares 12 und 13, die übereinander angeordnet sind und Nuten oder Rillen erzeugende Umfangsflansche 14 und 15 besitzen, wirken zusammen, um Nuten oder Kerben zentral in die obere und untere Oberfläche der Bramme einzuwalzen, was die erste Stufe bei der Teilung der Bramme in zwei im Querschnitt etwa quadratische Barren darstellt. Zwei vertikale Walzen 16 und 17 tragen die Bramme an den Seiten und führen sie damit beim Durchlaufen des Walzenstuhles. Diese mit vertikaler Achse angeordneten Walzen tragen zur Verminderung der Breite der Bramme nicht bei.

Die Bramme 11 durchläuft den Walzenstuhl mehrfach, um zu gewährleisten, daß Kerben der notwendigen Tiefe eingewalzt werden. Nach jedem Durchlauf bis zum Schlußdurchlauf werden die Walzen des Walzenpaares 12 und 13 gegeneinander angestellt, um den Walzspalt zwischen den Umfangsflanschen 14 und 15 zu verringern. Fig. 1 und 2 zeigen die Tiefe der Nuten beim Enddurchlauf der Bramme durch den Walzenstuhl.

Nach diesem Durchlauf wird die Bramme durch Brennschneiden geteilt. Wegen der Tiefe der Nuten, die nunmehr in der Bramme vorhanden sind, geht nur ein geringer Anteil des Stahls als Dampf und Schlacke verloren, was vom Brennschneiden herrührt.

Die Umgangsflansche 14 und 15 sind aus Fig. 2 deutlicher erkennbar. Die Spitzen der Arbeitsprofile zwischen den Übergangspunkten C sind konvex gekrümmt mit einem Radius von etwa 16 mm. Auf beiden Seiten des spitzen Bereichs zwischen den Übergangspunkten C und den Endpunkten B sind die Profile konvex mit einem Radius von etwa 150 mm gekrümmt, wobei ein glatter Übergang zwischen den Radien am Übergangspunkt C erfolgt. Am Endpunkt B sind die Profile einem weiteren glatten Übergang auf geradlinig verjüngte Abschnitte ausgesetzt, die sich bis zu den Punkten A hin erstrecken. Diese Punkte A stellen die Wurzeln der Nutwalzelemente dar. Der geradlinig verlaufende Verjüngungsabschnitt verläuft unter einem Winkel von etwa 6° auf beiden Seiten des Flansches.

Die Nuten werden bis zu einer Tiefe von etwa 100 mm bei einer Bramme eingewalzt, die eine Dicke von 225 mm hat.

Die Walzen gemäß Fig. 3 stellen kombinierte Nutwalzen und Beschneidwalzen dar. Sie können auch benutzt werden, um breitere Brammen als in Fig. 1 und 2 dargestellt oder Platten zu teilen. In diesem Falle besitzt die Bramme die gleiche Dicke von 225 mm, jedoch eine Breite von 1000 mm. Nach der Längsteilung braucht jede Hälfte der Bramme nur noch in der Breite um 50% vermindert zu werden, um einen quadratischen Knüppel zu erhalten. Diese Reduktion wird durch Randauswalzung nach Wänden der Bramme auf eine Seite erreicht. Die Nutbildung und Schlitzung findet an einem Ende der Walzen statt und die Randauswalzung findet am anderen Ende der Walzen statt.

Die beiden Walzen des Walzenpaares 21 und 22 tragen jeweils Umfangsflansche 23 und 24, welche die gleiche Gestalt und Größe haben, wie die Umfangsflansche 14 und 15 gemäß Fig. 2. Diese Umfangsflansche 23 und 24 teilen ein geschlossenes Kaliber in zwei Abschnitte 25 und 26 von je etwa 550 mm Breite. Eine Bramme, die in das Kaliber eintritt, kann infolgedessen progressiv durch die Umfangsflansche in aufeinanderfolgenden Durchgängen zwischen den Walzen genutet werden, wenn der Walzspalt graduell geschlossen wird. Die Bramme wird innerhalb des Durchlaufes getragen und kann auf diese Weise vollständig getrennt werden.

Diese beiden miteinander zusammenwirkenden Walzen definieren auch Durchläufe 27 und 28, in denen jeweils eine Hälfte der geteilten Bramme einer Randwalzung unterworfen werden kann, nachdem sie um 90° gewendet ist. Die Walzen tragen erhabene flache Abschnitte 29 und 30, in denen die Hälften periodisch auf ihren längeren Seiten gewalzt werden, um ihre Gestalt zwischen aufeinanderfolgenden Randwalzdurchläufen zu steuern. Auf diese Weise kann jede Hälfte der geteilten Bramme zu einem Werkstück mit quadratischem Querschnitt von 225 mm ausgewalzt werden.

Durch Einwalzen der Nuten können innere Fehlstellen in der im Stranguß hergestellten Bramme in den Bereichen benachbart zu den Nuten geschlossen werden, so daß die auf diese Weise durch Teilung der Bramme gebildeten Barren im wesentlichen frei sind von Oberflächenrissen, und zwar auf allen vier Seiten und es wird kein Unterschied zwischen den Seiten während der nachfolgenden Behandlung offenbart.

Um das Verständnis der spezifischen Dimensionsbeziehungen zu erleichtern, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung Anwendung gefunden haben, zeigt Fig. 4 eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung von Nuten 40 zum Teilen in einem flachen Werkstück 41, dessen Dicke mit h₀ gekennzeichnet ist. Die Vorrichtung weist zwei Werkzeuge in Gestalt von Walzen eines Walzenpaares 44 auf, die gegen die jeweilige flache Oberfläche 42, 43 des Werkstücks gedrückt werden können. Die Walzen des Walzenpaares 44 besitzen Wellen 45, die durch nichtdargestellte Mittel angetrieben werden und auf den Walzenwellen sind Umfangsflansche 46 in Gestalt von flanschartigen Rollen befestigt, die die Nuten zum Teilen 40 in die flachen Oberflächen einwalzen.

Wie deutlicher aus Fig. 5 ersichtlich wird, weisen die Umfangsflansche 46 einen äußeren rippenförmigen Abschnitt 47 auf, der in einen inneren Ringabschnitt 49 bei der Linie 48 übergeht und der Ringabschnitt 49 liegt zwischen dem Abschnitt 47 und der zugeordneten Welle 45. Die radiale Ausdehnung des Ringabschnitts 49 ist so gewählt, daß der Abschnitt 47 in das Werkstück 41 bis zu der erforderlichen Tiefe eindringen kann. Im Querschnitt betrachtet ist der Abschnitt 47 durch einen etwas gekrümmten Flankenrand 50 und einen gekrümmten Endrand 51 gekennzeichnet. Die Fortsätze der Sehnen, die durch die Endpunkte B und die Übergangspunkte C der Flankenränder 50 gezogen sind, schließen einen Winkel ein, der in Fig. 5 mit α gekennzeichnet ist. Die Länge der Sehnen ist mit L bezeichnet. Außerdem ist der Abstand zwischen jenen Punkten, an denen die Flanschränder 50 in den Endrand übergehen, mit ε gekennzeichnet. Die Flanschränder 52 des Abschnitts 49 sind ebenfalls etwas gekrümmt und die Fortsätze der Sehnen durch die Endpunkte der Flanschränder 52 umschließen einen Winkel, der wenigstens gleich ist dem Winkel α. Der Krümmungswinkel des Endrandes 51 sollte den Wert überschreiten

Um die in der Beschreibungseinleitung erwähnte Aufgabe zu lösen, ist der Abschnitt 47 so ausgebildet, daß die Sehnen durch die Endpunkte der Flanschränder 50 einen Winkel α zwischen 20 und 60° einschließen, so daß ε zwischen 0,06 h₀ bis 0,20 h₀ wird und daß ε · tan (α/2) größer als 2,3 mm ist. Außerdem sollte der Abstand L zwischen den Endprodukten jedes Flanschrandes 50 wenigstens den folgenden Wert haben:

Der Krümmungsradius der Flanschränder soll nicht größer als 2,5 L gewählt werden. Außerdem sollte die Radialerstreckung der Umfangsflansche 46 gemessen von den zugeordneten Walzwellen bis zu Stellen, an denen die Flankenränder 50 in den Endrand 51 übergehen, genügend sein, um die Erzeugung einer Nut 40 einer solchen Tiefe zu gewährleisten, daß der Abstand zwischen dem Grund der gegenüberliegenden Nuten nicht mehr als 0,40 ε beträgt.

Die Werkzeuge, welche in den Fig. 1 bis 3 dargestellt sind, genügen diesen Bedingungen.

Die Nuten werden in dem Werkstück unter Zuhilfenahme der Flanschrollen durch Walzen des Werkstücks in mehreren Durchgängen ausgearbeitet, wobei die maximale Eindringtiefe der Walzen pro Durchlauf durch den Anstellwinkel im Walzspalt bestimmt wird. Das Ausmaß, in dem die Walzkörper in das Werkstück pro Durchlauf eindringen, wird jedoch dadurch begrenzt, daß eine nicht beabsichtigte Zerrung des Werkstücks im Bereich der Nuten verhindert werden muß.

Das Werkstück kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geteilt werden, ohne daß wesentliche seitliche Biegekräfte auf das Werkzeug ausgeübt werden, vorausgesetzt, daß die beiden gegenüberliegenden Nuten exakt zentral ausgerichtet sind, d. h. daß sie einen gleichen Abstand von den Seitenrändern des Werkstücks besitzen oder die Nuten werden innerhalb eines zentralen Bereiches des Werkstücks ausgebildet, deren seitliche Erstreckung 20% der Gesamterstreckung des Werkstücks 41 in der Seite entspricht. Wenn ein Werkstück 41 in eine ungleiche Zahl von Rohlingen, beispielsweise in drei Stücke geschnitten werden soll, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, dann kann ein solches seitliches nach außen biegen des Werkstücks größtenteils vermieden werden, wenn nur zwei Werkzeuge benutzt werden und die Durchläufe in der Folge a, b, c, d, e, f usw. vorgenommen werden, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist. In diesem Falle werden die beiden gegenüberliegenden Nutenpaare zum Teilen durch ein einziges Paar von Werkzeugen eingedrückt, wobei jedes Nutpaar in einer Zahl diskreter Durchläufe hergestellt wird, wobei in jedem folgenden Durchlauf ein anderes Nutpaar bearbeitet wird. Das Gesamteindringen pro Durchlauf sollte in diesem Falle nicht mehr als 30% der Gesamtdicke oder Höhe des Werkstückes bei einem ersten Durchlauf und nicht mehr als 30% des verbleibenden Abstands zwischen dem Boden der beiden gegenüberliegenden Nuten 40 bei den folgenden Durchgängen betragen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Ausbilden von Teilungsnuten in flachen, plastisch deformierbaren metallischen Werkstücken in Gestalt von Brammen durch Eindrücken von Werkzeugen in die gegenüberliegenden flachen Seiten des Werkstücks, wobei die Abschnitte der Werkzeuge, die die Teilungsnuten herstellen, jeweils die Gestalt einer Wulst haben, die im Querschnitt betrachtet im wesentlichen gerade oder etwas konvex gekrümmte Flankenränder besitzt, die mit einem spitzen Winkel konvergieren und an ihren dicht beieinanderliegenden Enden in einen geraden oder gekrümmten Endrand übergehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze der Flankenränder (50) oder der Sehne (L), die durch diese Endpunkte (B) und die Übergangspunkte (C) der Flankenränder (50) gezogen ist, einen Winkel (α) einschließen, der zwischen 20° und 60° liegt, daß der Abstand (ε) zwischen den Flankenrändern (50) an ihren Übergangspunkten (C) in den Endrand (51) zwischen 0,06 bis 0,20, vorzugsweise zwischen 0,07 bis 0,16 mal so groß ist wie die maximale Dicke (h₀) des Werkstücks, für welches die Vorrichtung dimensioniert ist, und daß den Wert von 2,3 mm überschreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jeder Sehne (L), die durch die Endpunkte (B) und die Übergangspunkte (C) jedes Flankenrandes (50) gezogen ist, wenigstens 0,2 und - vorzugsweise wenigstens beträgt und daß bei konvexer Krümmung der Flankenränder der Krümmungsradius eines jeden Flankenrandes (50) den Wert von 2,5 L überschreitet.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius des Endrandes (51) größer ist als

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge von Umfangsflanschen (14, 15; 23, 24; 46) eines Walzenpaares (12, 13; 21, 22; 44) gebildet werden, die gegen die gegenüberliegenden flachen Seiten einen Druck ausüben, um darin die Teilungsnuten auszubilden.

5. Vorrichtung zum Ausbilden von Teilungsnuten in der Oberfläche einer Bramme oder eines ähnlichen Werkstücks durch Einwalzen mit einer Walzrolle, die einen Umfangsflansch (14, 15; 23, 24; 46) aufweist, um die Nuten in das Werkstück einzudrücken, wobei dieser Flansch einen ausgeprägt konvexen Endrand (51) zwischen zwei mäßig konvexen Flankenrändern (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgeprägt konvexe Endrand (51) mit einem Radius gekrümmt ist, der zwischen einem Viertel und einem Zehntel der Tiefe der Nut (40) liegt, die im Werkstück ausgebildet werden soll, für das die Rolle dimensioniert ist, daß die mäßig konvexen Flankenränder (50) mit einem Radius gekrümmt sind, der zwischen der einfachen und doppelten Tiefe der Nut liegt, daß die Fortsätze der Flankenränder (50) der Sehnen (L), die durch die Endprodukte (B) und die Übergangspunkte (C) der Flankenränder (50) gezogen sind, den Winkel (α) einschließen, der zwischen 20° und 60° liegt, daß der Abstand (ε) zwischen den Flankenrändern (50) an ihren Übergangspunkten (C) in den Endrand (51) zwischen 0,06 bis 0,20 - vorzugsweise zwischen 0,07 bis 0,16 mal der maximalen Dicke (h₀) des Werkstücks liegt, für das die Vorrichtung dimensioniert ist, und daß den Wert von 2,3 mm überschreitet.