DE2842525C2

DE2842525C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer satinierten Oberfläche an einer balligen Walze mittels elektroerosiver Bearbeitung

Info

Publication number: DE2842525C2
Application number: DE2842525A
Authority: DE
Inventors: Terumasa Jinba; Yukio Kasugai Kato; Mitsugi Kawano; Kanihiko Owari-Asahi Sato; Takeo Fukuyama Uebayashi; Tetsuro Nagoya Urata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 1977-09-30
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1984-07-19
Also published as: US4242557A; JPS5854945B2; DE2842525A1; FR2404491B1; FR2404491A1; GB2006660B; JPS5451096A; GB2006660A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer satinierten Oberfläche an einer balligen Walze mittels elektroerosiver Bearbeitung, wobei wenigstens eine Elekuode entlang der Rotationsachse des rotierenden Werkstückes bewegt wird.

Inder Vergangenheit sind Walzwerkwalzen mit vielen unterschiedlichen Formen zur praktischen Anwendung gekommen, um unterschiedliche Dicken, Breiten »aid mechanische Eigenschaften von gewalzten oder gezoge-

ballige Walzen (narrow body crowned rolls) gemäß Fig. 4. Diese Walzen werden entweder alternativ oder mehrere Male nacheinander verwendet, und zwar in Abhängigkeit vom Produktprogramm des Walzwerkes. Somit kommt es bei einer mattierenden Vorrichtung, die die Oberfläche einer Walze aufrauht, häufig vor, daß mehrere Walzen mit unterschiedlichen Formen alternativ zu bearbeiten sind, wobei Auswechseln und/oder Einstellen der Elektroden erforderlich ist, um sie an die Gestalt einer zu bearbeitenden Walze anzupassen; dadurch erfahrt die Arbeitsleistung erhebliche Einbußen; Zeitverluste und Aufwendungen fur Arbeitskosten sind hoch.

Es sind verschiedene Verfahren benutzt worden, um die Oberfläche von balligen Walzen durch elektroerosive Bearbeitung aufzurauhen. Bei einem ersten Verfahren, auf das sich Fig. 5 bezieht, wird eine sich entlang der gesamten Walzeniänge erstreckende Elektrodenanordnung 12 verwendet, deren Form der der Walze 10 entspricht. Diese Elektrodenanordnung muß jeder unterschiedlichen Walzenform angepaßt werden. Wegen ihrer beträchtlichen Abmessungen wird diese Elektrodenanordnung vielfach unterteilt, um eine größere Arbeitsleistung zu erzielen. Dadurch werden die Kosten einer Elektrode vergrößert. Hinzu kommt, daß bekanntlich die Entladung am wirksamsten an den Kanten der Elektrode stattfindet, so daß ohne Querbewegung der Elekroden eine einheitliche elektroerosive Bearbeitung der gesamten Walzenoberfläche nicht zu erreichen ist. Vielmehr tritt ein streifen- oder schlierenförmiges Muster auf der Walzenoberfläche auf, wodurch die Walze fur die Verwendung in einem Walzwerk ungeeignet werden kann. Wenn aber die Elektrodenanordnung entlang der Walzenform bewegt wird, gelangen ihre Enden wechselseitig über den Bereich der Länge des Walzenkörpers hinaus mit dem Ergebnis, daß die Enden weniger verbraucht werden, so daß die Elektrodenform sich ändert und letztenendes die Form der Walze an ihren Enden eine Änderung erfährt im Vergleich zur ursprünglichen Form. Daraus ergibt sich, daß das erste Verfahren bei der praktischen Anwendung Schwierigkeiten bereitet und im Hinblick auf wirtschaftliche Erfordernisse und Qualität des Endproduktes nicht allen Ansprüchen genügt.

Beim zweiten Verfahren, das in Fig. 6 dargestellt ist, wird eine einzelne Elektrode 12, die keine Schlitz-Form aufweist, in Längsrichtung einer Walze 10 entlang der Oberfläche derselben vorbewegt Dieses zweite Verfahren erfordert eine längere Arbeitszeit als das erste, so daß es ungeeignet ist. Walzwerkwalzen mit großer Durchsatzleistung zu bearbeiten. Darüber hinaus müssen Elektroden verwendet werden, die an die Gestalt einer Walze angepaßt sind. Jedenfalls verursacht die Anwendung des zweiten Verfahrens auch einige Schwierig- s keiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen beim Aufbringen einer aufgerauhten Oberfläche an balligen Walzen mittels Elektroerosion zu beseitigen und ein Verfahren der einleitend bäschriebenen Art und eine zur Ausübung desselben geeignete Vorrichtung verfugbar zu machen, die das Aufbringen einer einheitlichen vorbestimmten Oberflächenrauhigkeit an balligen Walzen wirtschaftlich und zuverlässig ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen-Teil des Anspruches 1 angeführte Merkmale gelöst.

Die rechteckigen, durch Entladungen abbrennenden Elektroden bestehen vorteilhaft aus Kupfer, so daß die Entiadungsoberflächen der Elektroden, die ursprünglich flach bzw. eben sind, durch Abbrennen sich der Gestalt der äußeren Walzenfläche anpassen und das Auftreten von Arbeitsstreifen vermieden wird.

Die Lehre gemäß der Erfindung kann somit dahingehend zusammengefaßt werden, daß mehrere getrennte Elektrodenköpfe entlang der Rotationsachse der zu bearbeitenden balligen Walze angeordnet und eine oder mehrere rechteckige Elektroden in bestimmten Abständen an jedem der Elektrodenköpfe angebracht sind. Der Entladungsspalt der rechteckigen Elektrode wird durch einen Servomechanismus auf einen vorbestimmten Wert gesteuert Im Zuge der Querverstellung der Elektrodenköpfe brennt die ursprünglich ebene Entladungsoberfläche jeder Elektrode so ab, daß sie sich der Kontur der Walzenoberfläche anpaßt.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele, die zum Stand der Technik gehören, und Ausfuhrungsbeispiele, die die Erfindung betreffen, dargestellt Es zeigt

Fig. 1 die Schemadarstellung einer zylindrischen Walze für Walzwerke,

Fig. 2,3,4 Schemadarstellungen einer balligen, im Längsschnitt konvexen, einer abgestuften oder abgeflachten balligen und einer mit einer schmalen Abstufung versehenen balligen Walze, die mittels elektroerosiver Bearbeitung gemäß der Erfindung mit einem aufgerauhten Finish zu versehen sind,

Fig. 5,6 Schemadarstellungen zweier zum Stand der Technik gehörender Vorrichtungen zum Bearbeiten balliger Walzen,

Fig. 7 die Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 8,9 Ausführungsformen von Elektrodenhalter,* der Vorrichtung gemäß Fig. 7,

Fig. 10 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Walzen-Oberflächenrauhigkeit (Ar) und dem Ausmaß des Elektrodenabbrands bei der elektroerosiven Bearbeitungsmaschine gemäß der Erfindung.

Fig. 11 eine Schemadarstellung eines Anwendungsfalles.

Fig. 7 zeigt eine ballige Walze 10, die mit einem satinierten oder aufgerauhten Finish mittels elektroerosiver Bearbeitung zu versehen ist Diese Walze ist über an den Walzenenden angeordnete Wellen 2* in Lagern 28 und 28' gelagert. Ein Walzenantriebsmotor 34 ist mit der Walze 28 über eine Walzenantriebs-Übe.rtragungseinrichtung und ein Reduktionsgetriebe 32 verbunden. Die ballige Walze 10 wird mit einer bestimm- -to ten konstarten Geschwindigkeit rotiert.

Mehrere Elektrodenköpfe sind entlang der Rotationsachse 36 der balligen Walze 10 angeordnet. Wenngleich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier Elektrodenköpfe 38 vorhanden sind, ist die Erfindung nicht auf diese Anzahl beschränkt. Die Elektroköpfe 38 sind auf einer Querspindel 40 angeordnet, die sich parallel zur Achse 36 erstreckt. Die Elektrodenköpfe 38 werden quer nach rechts oder links durch die Rotation der Spindel 40 bewegt, wobei der Abstand zwischen den Elektrodenköpfen aufrechterhalten oleibt. Die Spindel 4? wird über ein Reduktivnsgetriebe 44 angetrieben, von einem Motor 42, der mit konstanter Geschwindigkeit läuft.

An jedem Elektrodenkopf sind zwei Elektroden 46 angebracht. Jede Elektrode 46 ist im Querschnitt rechteckig oder quadratisch und aus Kupfer hergestellt. Sie hat zunächst eine plane Elektrodenoberfläche, die sich von der Gestalt der Walze 10 unterscheidet. Selbstverständlich kann auch nur eine einzige Elektrode 4 an jedem Elektrodenkopf 38 angebracht sein. Die Anzahl der Elektroden 46 k&nn auch größer als zwei sein. Jede Elektrode 46 ist am Elektrodenkopf 38 mittels eines Elektrodenhalters 48 befestigt, der gemäß den Fig. 8 und 9 aufgebaut sein kann.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 wird die Elektrode 46 zwischen Elektroden-Vorschubrollen Λ eingesteckt und von diesen in der jeweiligen Lage gehalten. In ihrer Ausgangstage ist die Elektrode·» durch den Servomechanismus 58 in eine Position vorgeschoben, in welcher sie in Berührung mit der balligen Rolle 10 ist. Der Servomechanismus 58 ist am Elektrodenkopf 38 angebracht.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausrührungsbeispiel ist eine Feder54 innerhalb einer Ausnehmung 52 angeordnet, in der die Elektrode 46 angebracht ist. Bei dieser Ausgestaltung ist die Elektrode 46 am Elektrodenhalter 48 durch eine Feststellvorrichtung 56 derart befestigt, daß sie vorsteht und sich in Kontakt mit der balligen Walze 10 unter Einwirkung der Feder $4 befindet. Der Elektrodenhalter 48 wird durch ein Stellglied 6Θ einer Servoeinrichtung58 gesteuert. Das Stellglied« ist am Elektrodenkopf38 angebracht, um den Spalt zwischen Elektrode 46 und der balligen Walze 10 während der elektroerosiven Bearbeitung konstant zu halten.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Arbeitsweise zur elektroerosiven Bearbeitung unter Bezugnähme auf Fig. 7 beschrieben. Zunächst werden die vorderen Enden der Elektroden 46 jeweils gegen die ballige Walze 10 durch die Vorschubrollen gemäß Fig. 8 oder den Federmechanismus gemäß Fig. 9 so vorgeschoben, daß sie tintlang der Tangente 62 verlaufen. Dann werden die Elektroden 46 in ihrer Laee an

den Elektrodenhaltern 48 verriegelt, wobei der Spalt zwischen Walze und Elektroden mit einem isolierenden Öl, z. B. Kerosin, ausgefüllt wird. Die ballige Walze 10 wird mit konstanter Geschwindigkeit vom Antriebsmotor 34 rotiert; gleichzeitig werden die Elektrodenköpfe 38 durch Rotieren der Spindel 44 mit konstanter Geschwindigkeit durch den Motor 42 querverstellt. Der richtige Elektrodenspalt, der der gewünschten Oberflächenrauhigkeit der zu bearbeitenden Walze entspricht, wird durch die Servoeinrichtung 58 (Fig. 8 und 9) bewirkt, die mit den Eiektrodenköpfen 38 verbunden ist, wodurch die elektroerosive Bearbeitung zwecks Aufrauhen oder Satinieren bewirkt wird. Das gewünschte Ausmaß der Querverstellung jeder Elektrode 46 entspricht der Entfernung in Richtung der Elektrodenbreite bis zur benachbarten Elektrode.

Vor Beginn der Bearbeitung mittels elektrischer Entladung weisen die der Walze gegenüberliegenden Elektrodenoberflächen eine rechteckige oder quadratische plattenformige Gestalt auf, die nicht der Gestalt der Walze 10 entspricht. Demzufolge wird die Größe des Arbeitsstromes so gewählt, daß das Elektroden-Gewicht-Abbrand-Verhältnis innerhalb des Bereiches zwischen 10 und 70% liegt, und zwar in Abhängigkeit von den elektrischen Bedingungen bei der elektroerosiven Bearbeitung. Diese elektrischen Bedingungen und die Beziehung zwischen der Oberflächenrauhigkeit der bearbeiteten Walze und dem Elektrodenabbrand, in Gewicht ausdrückt, sind jeweils in der folgenden Tabelle I und der grafischen Darstellung gemäß Fig. 10 in Werten dargestellt, die als Ergebnis praktischer Anwendung gewonnen wurden.

Tabelle 1 Elektrodenabmessungen

Elektrodengröße: 1,0 mm (Dicke) * 50,0 mm (Breite) Elektrodenmaterial: Kupfer

R: Einzelangaben

Arbeitsstrom

(A)

Impulslänge
(μ5)

Ruhezeit (Sperrzeit)

Arbeitsbedingungen	50
30	50
26	32
19	30
18	28
16	10
U	8
9	7
7	2
6

130
30
8
8
8
8
8
8
8

4 4 4 4 4 4 4 4 4

Wie durch Versuche festgestellt wurde, ist es auch dann, wenn die rechteckigen Elektroden gemäß er Erfindung eine äußere Umfangsgestalt aufweisen, die nicht der Gestalt der Walze vor Beginn der Bearbeitung entspricht, möglich, ein einheitliches satiniertes bzw. aufgerauhtes Finish auf der gesamten Oberfläche der Walze ohne streifen- oder schlierenförmiges Muster durch elektroerosive Bearbeitung zu erzielen, sofern die drei folgenden Faktoren berücksichtigt werden: Querschnittsfläche und Breite der Elektrode sowie das Abbrandverhältnis bezüglich des Elektrodengewichtes.

Im folgenden wird ein Anwendungsfall erläutert, bei welchem eine ballige Walze 10, deren Balligkeit das Ausmaß von 0/100 mm hat, mit einem satinierten bzw. aufgerauhten Finish mit einer Oberflächenrauhigkeit von Rz = 18 μ mittels elektroerosiver Bearbeitung versehen wird, wobei die im folgenden unter a) bis 0
gebenen Bedingungen eingehalten werden gemäß Fig. 11, die das Prinzip der Erfindung erkennen läßt.

U) Walzenlänge (Z.)

(b) Walzendurchmesser (D)

(c) Anzahl der Walzenumdrehungen (/V)

(d) Geschwindigkeit, mit welcher der Elektrodenkopf querverschoben wird (/)

(e) Elektrodenabmessungen

(0 Elektrodenabbrand pro Flächeneinheit (a)

2000 mm

561 mm

3,4 U/min

2,4 mm/min

50 mm Breite χ 2 mm Dicke

0,7 mnrrVcm²

Wenn angenommen wird, daß die Elektrode^, die mittels Elektrodenhalter48 am Eiektrodenkopf38 befestigt ist, von der Mitte zum linken Ende der balligen Walze 10 bewegt worden ist und die Walze dabei einer elektroerosiven Bearbeitung unterzogen wird, beträgt zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Elektrode 46 zum linken Ende bewegt worden ist. die Gesamtzahl der Walzenumdrehungen

Air = (Z./2)x (N/f) = 1,000x44 = 1416U-

Demzufoige kann die Änderung bezüglich der Balligkeit (ε) pro Walzenumdrehung ausgedrückt werden durch

c = Länge des teilweisen Elektrodenabbrandes/M
= 25 μ/1416 =0.018 μ pro U.

Die Länge des Elektrodenabbrandes (/) pro Walzenumdrchung kann ausgedrückt werden durch I = (bearbeiteter Bereich χ a)/(Qucrschnittsbcreich der Elektrode χ M) - 87 μ pro U/min.

Daraus ergibt sich, daß die Elektrode 46 der Gestalt der Walze zu dem Zeitpunkt angepaßt ist. in welchem die ballige Walze 10 (eil) x 360° = 0,074° rotiert.

Wendeten die vorbeschriebene Ausfuhrungsform sich auf die elcktroerosive Bearbeitung von konvexen sinusförmiger) balligen Walzen bezieht, kann die aufrauhende Elektroerosions-Vorrichtung gemäß der Erfindung auch für alle anderen Arten von balligen Rollen einschließlich jener gemäß den Fig. 3 und 4 benutzt werden.

Aus den vorstehenden Erläuterungen geht somit hervor, daß bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung für die elektroerosive Bearbeitung von Werkstücken keinerlei Notwendigkeit besteht, die Elektroden selbst vorher so vorzubereiten, daß sie den Walzen unterschiedlicher Gestalt angepaßt sind, d.h., daß rechteckige Elektroden als solche benutzt werden können mit entsprechender Verringerung der Elektrodenkosten und der notwendigen Arbeitsschritte; darüber hinaus hat die Tatsache, daß mehrere Elektrodenköpfe verwendet werden und mehrere Elektroden unterteilt an jedem der Elektrodenköpfe angebracht sind; einen die Ausgestaltung der notwendigen Elektrodenanordnung vereinfachenden Effekt; es ist somit nur ein kleines Ausmaß der Querversteü'jng der Elektroden erforderlich mit entsprechend großer Abnahme der Beerbeitunsszcit; dadurch werden die Vorrichtungs- und Arbeitskosten verringert. Im Ergebnis wird eine vorteilhafte und außerordentlich praktische Vorrichtung zum Herstellen von aufgerauhten Walzen für Walzwerke mit hoher Produktionskapazität erzielt.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen einer satinierten Oberfläche an einer balligen Walze mittels elektroerosiver Bearbeitung, wobei wenigstens eine Elektrode entlang der Rotationsachse des rotierenden Werkstückes bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Rotationsachse des Werkstückes mehrere Elektroden mit ihrer zu Beginn der Bearbeitung ebenen Eatiadungsoberfläche parallel zur Tangente des jeweils gegenüberliegenden Walzenbereiches eingestellt und während der Bearbeitung über einen vorbestimmten Abstand entlang der Rotationsachse des Werkstückes verschoben werden, wobei der Arbeitsspalt jeder Elektrode durch voneinander unabhängige Servomechanismen geregelt wird, und daß ferner solche elektrischen Bedingungen eingestellt werden, die beim gegebenen Elektrodenmaterial ein Eiektrodenjewicht-Abbrandverhältnis im Bereich zwischen 10 und 70% ergeben und daß die Querschnittsfläche der Elektrode 50 bis 100 mm² und die Breite derselben 50 mm beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode durch den Antrieb zum Querverschieben der Elektroden entlang der Rotationsachse des Werkstückes wenigstens um eine Wegstrecke verschoben wird, die der Teilung zwischen zwei benachbarten Elektroden entspricht.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektrodenköpfe (M) voneinander getrennt und in vorbestimmten Abständen entlang der Rotationsachse des Werkstückes angeordnet sind und an jedem Elektrodenkopf (38) wenigstens eine rechteckige Elektrode (44) zurückziehbar und einstellbar angebracht ist, die zu Beginn der Bearbeitung eine ebene Entladungsoberfläche aufweist, die parallel zur Tangente des ihr gegenüberliegenden Walzenbereiches verläuft, und daß an jedem Elektrodenkopf (38) ein Servomechanismus vorgesehen ist, und daß weiterhin ein Antrieb vorgesehen isi, durch weichen jeder Eiekirodenkopf (3S) über einen vorbestimmten Abstand entlang der Rotationsachse des Werkstückes (10) verschiebbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei rechteckige Elektroden (44) an jedem Elektrodenkopf (38) angebracht sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (46) in an sich bekannter Weise Kupferelektroden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckige Elektrode (46) von Zustellrollen (50) am Elektrodenkopf (38) gehalten ist, die durch den Servomechanismus (58) betätigbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckige Elektrode (46) in einen im Elektrodenkopf (38) angebrachten Führungsschlitz eingesetzt ist uad unter der Einwirkung von im Führunjiichlitz (52) angeordneten Federmitteln (54) steht und Klemmittel (56) vorgesehen sind, um die Elektrode (46) am Elektrodenkopf (38) in einer Position festzulegen, in welcher die Elektrode (46) unter Vorspannung in Kontakt mit einer Oberfläche des Werkstückes (10) durch das Federmittel (54) steht.