DE2846400A1

DE2846400A1 - Verfahren zur elektroerosiven bearbeitung von walzenfoermigen werkstuecken

Info

Publication number: DE2846400A1
Application number: DE19782846400
Authority: DE
Inventors: Kobun Asakawa; Yukio Kato; Kunihiko Sato; Haruo Taguchi; Takeo Uebayashi; Tetsuro Urata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 1977-10-29
Filing date: 1978-10-25
Publication date: 1979-05-03
Also published as: GB2007574A; FR2407047B1; GB2007574B; DE2846400C2; JPS5463490A; US4247748A; JPS5912414B2; FR2407047A1

Description

Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung von walzenförmigen Werkstücken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung von walzenförmigen Werkstücken, insbesondere zur Herstellung eines satinierten oder aufgerauhten Finishs auf der äusseren Oberfläche eines derartigen Werkstückes mit einer vorbestimmten einheitlichen Rauhigkeit, wobei eine hohe Leistung angestrebt wird.

Die Dauer der Verwendbarkeit von aufgerauhten Walzen, die in Walzwerken verwendet werden, beträgt aufgrund des Verschleisses der aufgerauhten Walzenoberfläche im Ergebnis nur ein oder zwei Stunden, wobei diese Dauer selbstverständlich in Abhängigkeit von der Dicke, der Breite, der mechanischen Eigenschaften, der beim Walzen auftretenden Verstreckung des zu walzenden Materials, der Leistung und dem Betriebsverhalten des Walzwerkes usw. variiert. Jedenfalls besteht ein Bedarf für eine elektroerosive Bearbeitungsmaschine, die in der Lage ist, einen Walzensatz (zwei oder vier Walzen) eines Walzwerks wenigstens innerhalb von ein bis zwei Stunden zu satinieren bzw. aufzurauhen. Es ist vorteilhaft, dass eine einzige elektroerosive Bearbeitungsmaschine in der Lage ist, die in zwei oder mehr Walzwerken benutzten Walzen mit einem derartigen Finish zu versehen, so dass ihre Bearbeitungsleistung zu diesem Zweck noch grosser sein sollte.

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Es ist bereits ein Verfahren zum Satinieren bzw. Aufrauhen der Oberfläche von Walzen mittels elektroerosiver Behandlung vorgeschlagen worden, bei welchem gemäss der Darstellung der Fig. 1 eine Elektrodengruppe 12, die im wesentlichen die gleiche Gesamtlänge wie die auf Stützen 22 gelagerte Walze 10 aufweist, dieser gegenüberliegend angeordnet ist. Die Walze 10 wird von einem Antriebsmotor 18 über ein Getriebe oder dgl. 20 rotiert, wobei gleichzeitig die Elektrodengruppe 12 in Intervallen bzw. über Wegstrecken durch entsprechende Drehbewegung einer Spindel 26, die durch einen Motor 24 für den Elektrodenkopf angetrieben wird, bewegt wird. Dabei wird ein gewünschter Arbeitsspalt durch einen Servomechanismus 16 aufrechterhalten, um so die elektroerosive Bearbeitung zu bewirken.

Bei diesem Verfahren besteht die Elektrodengruppe 12 aus einer grossen Anzahl von isolierten Teilelektroden, die im wesentlichen entsprechend der Erstreckung der Walze 10 entlang deren Achse angeordnet sind, wobei jede der Elektroden 30, die isoliert und durch Isolatoren 28 voneinander getrennt sind, eine Querschnittsform aufweist, die einem Parallelogramm entspricht. Dies ergibt sich aus der Querschnitts-Darstellung der Fig. 2. Bei dieser Ausführungsform besteht, wie allgemein bekannt, die Neigung, dass die Entladung zwischen Walze und Elektrode auf die Endbereiche der Elektrode überspringt, die eine verringerte Querschnittsfläche im Hinblick auf Wirksamkeit und Leistung der Entladung aufweisen. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Bildung eines einheitlichen aufgerauhten Finish über die gesamte Oberfläche der

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Walze erschwert oder behindert wird. Demzufolge wird die Elektrodengruppe 12 von Zeit zu Zeit entlang der Walzenachse über einen vorbestimmten Abstand bewegt, der kürzer ist als die Länge eines Elektrodenstückes. Jedoch muss eine Gleichmässigkeit des aufgerauhten Finishs von Walzwerkwalzen erreicht werden, dass sogar ein streifenförmiges oder schlierenformiges Muster von so geringem Ausmass, dass es nicht einmal mit dem blossen Auge erkennbar ist, vermieden wird. Derartig geringe Ünregelmassigkeiten können bereits einen so schädlichen Effekt haben, dass eine solche Walze für die Benutzung im Walzwerk ungeeignet ist. Da die Prüfung bezüglich Eignung oder Nichteignung unter Verwendung eines Kreidetests oder dgl. gemacht wird, ist es in der Praxis nicht einfach, die richtige Zeit für das Bewegen der Elektrodengruppe 12 von Zeit zu Zeit zu bestimmten, um das Entstehen eines einheitlichen aufgerauhten Finishes unter allen Umständen und zu jeder Zeit zu gewährleisten. Hinzu kommt, dass aufgrund der Tatsache, dass die Elektrodengruppe 12, die im wesentlichen die gleiche Länge hat wie der Walzenkörper, entlang der Walzenachse bewegt wird, an jedem Ende das Elektrodenstück von der Walze wegbewegt wird mit der Folge, dass das wegbewegte oder überstehende Elektrodenstück keine Entladung bewirkt und die Elektrodenform, die im wesentlichen die gleiche Gestalt hat wie die gewünschte Kontur der fertigen Walze, eine Änderung erfährt. Dabei erfahren, wenn die bezüglich ihrer Form geänderte Elektrode in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird, bis der geänderte Bereich des Elektrodenstückes verbraucht ist und so bezüglich seiner Form den anderen, die richtige Form aufweisenden Bereichen entspricht, die

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anderen Bereiche oder der grössere Bereich des Elektrodenblockes keinerlei Entladungen.'

Dies hat zur Folge/ dass die Leistung der elektroerosiven Bearbeitung eine erhebliche Verringerung erfährt.

Bei einem anderen bekannten Verfahren, bei dem gemäss Fig. 3 das vordere Ende einer nicht unterteilten Einzelelektrode E'teilweise der Gestalt der äusseren kurvenförmigen Oberfläche einer Walze entspricht, wird die Elektrode 12' mit konstanter Geschwindigkeit in Längsrichtung der Walze 10 vorgeschoben. Das Elektrodenmaterial wird geändert, damit die Elektrode sich verzehrt. Auf diese Weise wird die elektroerosive Bearbeitung bewirkt. Jedoch ist aufgrund der Verwendung der einzelnen Elektrode 12' die Bearbeitungskapazität für die Bearbeitung von Werkstücken wie Walzwerkwalzen, die eine grosse Bearbeitungsoberfläche aufweisen und eine hohe Leistung erfordern, nicht ausreichend, so dass dieses Verfahren bislang nicht in die Praxis eingeführt worden ist.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung so auszugestalten, dass bezüglich der Bearbeitung eine Leistung und ein Wirkungsgrad gewährleistet sind, dass das elektroerosive Bearbeiten zwecks Satinieren bzw. Aufrauhen von Walzwerkwalzen innerhalb der Gebrauchsdauer durchgeführt werden kann, die die aufgerauhten Walzen während des Einsatzes im Walzwerk haben.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, bei einem Elektroerosiven Bearbeitungsverfahren eine Elektrodenanordnung und einen Elektroden-Quervorschub vorzusehen, bei welchem die Herstellung bzw. Vervollständigung der gewünschten elektroerosiven Bearbeitung von Walzen zur Erzielung einer vorbestimmten einheitlichen Rauhigkeit in kurzer Zeit gewährleistet ist. Die Erfindung lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass die Oberfläche eines Werkstückes in Walzenform in kurzer Zeit durch elektroerosive Bear-r beitung mit einem einheitlichen aufgerauhten Finish versehen werden soll. Zur Verhinderung des Auftretens irgendwelcher schlieren- oder streifenförmiger Muster auf der fertigen Oberfläche des Werkstückes werden mehrere Teilelektroden, die in bestimmten Abständen unterteilt und angeordnet sind, über eine Wegstrecke, die der Elektrodenteilung entspricht, querbewegt, wobei die vorherbestimmten Abstände zwischen den Elektroden aufrechterhalten werden. Zur Verbesserung der Arbeitsleistung bzw. des Wirkungsgrades können mehrere Reihen von Teilelektroden vorgesehen sein; aufgrund der verbesserten Arbeitsleistung bzw. des verbesserten Wirkungsgrades kann das erforderliche Aufrauhen durch elektroerosive Bearbeitung von zwei oder vier Walzen, die in einem Walzwerk zu verwenden sind, innerhalb der Laufzeit der im Walzwerk in Benutzung befindlichen Walzen durchgeführt werden.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:

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Fig. 1 die schematische Darstellung, anhand welcher ein zum Stand der Technik gehörendes Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung erläutert wird;

Fig. 2 eine Querschnitts-Darstellung einer Elektroden-Gruppe, die bei Anwendung des bekannten Verfahrens gemäss Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 3 eine schematische Darstellung, anhand welcher ein anderes bekanntes Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung erläutert wird;

Fig. 4 in Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Elektroden-Anordnung, die im Zusammenhang mit einem Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung gemäss der Erfindung verwendbar ist;

Fig. 5 die Vorderansicht des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 4, gesehen von der Elektroden-Seite;

Fig. 6 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Rauhigkeit Rz der bearbeiteten Oberfläche und der Bearbeitungszeit der Walzenoberfläche pro Elektrode während der elektroerosiven Bearbeitung zeigt;

Fig. 7 eine Schemadarstellung, anhand welcher die Anzahl der Bearbeitungsvorgänge an der Walze mit dem Ausmass der Elektrodenbewegung über eine Strecke, die gleich ist der Elektrodenteilung, erläutert wird;

Fig. 8 eine grafische Darstellung, anhand welcher das Ausmass der Bearbeitung(die Anzahl der Bearbeitungsvorgänge) an der Walze erläutert wird, die dann eintritt, wenn das Ausmass der Elektrodenbewegung grosser ist als die Elektrodenteilung.

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Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Ausgestaltung der Elektrodenanordnung, die beim elektroerosiven Bearbeitungsverfahren gemäss der Erfindung verwendbar ist. Dabei sind mehrere Reihen mehrfach unterteilter rechteckiger Elektroden - drei Reihen beim dargestellten Ausführungsbeispiel - entlang der Achse der Walze 10 angeordnet. Die Elektroden jeder Reihe sind in einem vorbestimmten Abstand 30 entlang der Walzenachse angeordnet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Breite jeder Elektrode mit 32 bezeichnet, so dass die Elektroden-Teilung jeder Reihe dem Abstand 34 entspricht.

Bei dieser Elektrodenanordnung wird in Übereinstimmung mit dem elektroerosiven Bearbeitungsverfahren gemäss der Erfindung die Walze 10 mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, wobei die Elektroden 12 über eine Wegstrecke, die gleich ist der Elektrodenteilung 34, entlang der Walzenachse querbewegt werden. Dabei wird die relative Position der Elektroden beibehalten, so dass Entladungen über den Arbeitsspalt verursacht werden, der durch die Elektroden 12 und die Walze 10 definiert bzw. begrenzt ist. Auf diese Weise wird die äussere Oberfläche der Walze 10 wirksam aufgerauht bzw. satiniert.

Im folgenden wird das elektroerosive Bearbeitungsverfahren gemäss der Erfindung in grösserem Detail unter Bezugnahme auf die konkreten Beispiele erläutert. Die grafische Darstellung gemäss Fig. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen Arbeitsleistung oder Rauhigkeit (Rz) der bearbeiteten Oberfläche pro Elektrode und die

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Bearbeitungszeit (min/m ) der Walzenoberfläche pro Elektrode. Da bei soll die elektroerosive Bearbeitung unter folgenden Bedingungen durchgeführt werden:

Walzendurchmesser (D) 560 mm

Walzenkörper-Länge (L) 1950 mm

Anzahl der Köpfe 5

Anzahl der Teilelektroden 80

Anzahl der Elektrodenreihen 4

Elektrodengrösse 1 mm (Dicke) χ 50 mm (Breite)

Oberflächenrauhigkeit der

bearbeiteten Walze (Rz) 18 Jl^

Da sich aus Fig. 6 die Arbeitszeit pro Elektrode (Ha) für die er-

forderliche Oberflächenrauhigkeit Rz = 18 ^L mit 200 min/m ergibt und der zu bearbeitende Oberflächenbereich (S) der Walze selbst

sich aus S = Tf DL mit 3,42 m ergibt, wobei ein Teil-Wirkungsgrad von 100% angenommen ist, ergibt sich die offensichtliche Arbeitszeit pro Walze aus

(200 min/m² χ 3,42 m²/Walze)/80 Teile
= 8,55 min/Walze

Die Ergebnisse von Versuchen haben gezeigt, dass der Teil-Wirkungsgrad sich mit einer Vergrösserung der Anzahl der Köpfe nicht verringert, jedoch mit einer Vergrösserung der Anzahl der Teilelektroden pro Kopf abnimmt und dass im Vergleich mit den vier Unterteilungen pro Kopf (vgl. Fig. 7) der Teil-Wirkungsgrad

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etwa 0,8 wird, und zwar entsprechend 80 Teilungen/5 Köpfen = 16 Teilen unter den vorgenannten Bedingungen.

Somit ergibt sich die praktische Arbeitszeit mit 8,55 min/Walze / 0,8 -^ 11 min/Walze

Dies stellt einen praktischen Arbeits-Wirkungsgrad bzw. eine praktische Arbeitungslexstung dar.

Im folgenden wird diese Leistung (min/Walze) in Bezug auf eine Elektrodenanordnung erörtert, in welcher die Elektroden in einer einzigen Reihe mit minimiertem Elektrodenabstand angeordnet sind. Bei einer Walzenkörper-Länge von 19 50 mm, wenn der Isolierabstand der Teilelektroden 35 beträgt, ergibt sich die Arbeitsleistung in gleicher Weise aus

(200 min/m² χ 3,42 m²/Walze)/35 Teilungen

Wenn angenommen wird, dass ein Satz von zwei Walzen in einem Walzwerk benötigt wird, ergibt sich der Arbeits-Wirkungsgrad aus

20 min/Walze χ 2 + OO-

In anderen Worten, 40 Minuten pro Gestell + die Zeit ^ , die für das Abnehmen und Aufsetzen der Walzen von einer bzw. auf eine elektroerosive Bearbeitungsmaschine erforderlich sind, wer-

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den benötigt. Während diese benötigte Zeit :>- selbstverständlich von der Art bzw. dem Verfahren abhängt/ die bzw. das beim Walzenwechsel angewendet wird, kann davon ausgegangen werden, dass bei Benutzung des üblichen fahrbaren Deckenkranes der durchschnittliche praktische Wert in der Grössenordnung von C36 = IO min/Walze beträgt. Daraus ergibt sich_r dass die Gesamt-Arbeitsleistung 60 min/Satz betragen wird. Dieser Wert entspricht einer Oberflächenrauhigkeit Rz = 18 AA rdie geringste Oberflächenrauhigkeit, die für in Walzwerken benutzte Walzen betnötigt wird, liegt in der Grössenanordnung von Rz = 10 yU .

Da jedoch gemäss der Darstellung in Fig. 6 die Arbeitszeit umgekehrt proportional mit einer Vergrösserung der Feinheit der bearbeiteten Oberflächenrauhigkeit zunimmt, wodurch in Anbetracht der Häufigkeit des Gebrauchs in Walzwerken die Arbeitskapazität unzureichend und die praktische Verwendung schwierig wird. Es kann gesagt werden, dass diese Tatsache den grossen Vorteil des elektroerosiven Bearbeitungsverfahrens gemäss der Erfindung beweist, bei welchem mehrere Reihen von Teilelektroden verwendet werden, um eine verbesserte Arbeitsleistung bzw. einen verbesserten Arbeitswirkungsgrad zu erreichen.

Andererseits ist es durch Bewegen jeder der Elektroden 12-1, 12-2, 12-3 und 12-4 über eine Wegstrecke gemäss der Elektrodenteilung 34 entlang der Walzenachse mit konstanter Geschwindigkeit möglich, eine einheitliche bearbeitete Oberfläche 36 zu schaffen, wie sie gestrichelt in Fig. 7 dargestellt ist. Mit anderen Worten be-

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deutet dies, dass die Anzahl der Bearbeitungsvorgänge durch die Elektroden konstant gehalten wird und somit das Ausmass der Bearbeitung in jeder Position einheitlich ist. So wird das Auftreten von irgendwelchen unnormalen schlierenförmigen oder streifenförmigen Mustern auf der Walzenoberfläche verhindert. Vielmehr wird dann, wenn das Ausmass der Elektrodenbewegung grosser oder kleiner als die Elektrodenteilung 34 gewählt wird, ein unnormales Muster durch ungleichmässige Bearbeitung verursacht. So differiert z. B. dann, wenn die Bewegung 38 der Elektroden 12-1, 12-2, 12-3, 12-4 gemäss der Darstellung in Fig. 8 grosser ist als die Elektrodenteilung, die Anzahl der Bearbeitungsvorgänge in den Grenzbereichen zwischen benachbarten Elektroden von denen anderer Bereiche und die bearbeitete Oberfläche in den Grenzbereichen steht gegenüber den anderen Bereichen, wie dies bei 40 dargestellt ist, vor, so dass im Ergebnis die aufgerauhte Walze für die Verwendung in Walzenwerken ungeeignet ist. Es ist somit zur Herstellung einer einheitlich aufgerauhten Walzenoberfläche absolut notwendig, beim Verfahren gemäss der Erfindung das Ausmass der Bewegung für die Elektroden so zu wählen, dass die Wegstrecke gleich ist der Elektrodenteilung.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass gemäss dem elektroerosiven Bearbeitungsverfahren gemäss der Erfindung aufgrund der Tatsache, dass jede Elektrode eine rechteckige Entladungs-Endoberfläche aufweist, nicht nur eine einheitliche Entladungs-Leistung für jede Elektrode, sondern darüber hinaus auch Einheitlichkeit bezüglich der gesamten aufgerauhten Oberfläche ge-

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währleistet ist. Hinzu kommt, dass aufgrund der Tatsache, dass die Elektroden in mehreren Reihen entlang der Walzenachse in vorbestimmten^ Abstand angeordnet sind, eine Arbeitsleistung gewährleistet ist, der der Häufigkeit der Verwendung von Walzen in Walzwerken entgegenkommt. Die Tatsache, dass die Bewegung der Elektroden von der Elektrodenteilung abhängt bzw. von dieser steuerbar ist, hat die Wirkung, dass die Anzahl der Bearbeitungsvorgänge über die gesamte Walzenoberfläche gleich ist, durch welche Tatsache die Einheitlichkeit der satinierten bzw. aufgerauhten Walzenoberfläche weiterhin verbessert wird.

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Claims

Patentansprüche

Ί.)Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung von Werkstücken in Walzenform, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstück in Walzenform mit konstanter Geschwindigkeit rotiert wird und gleichzeitig mehrere Elektroden, die entsprechend einer bestimmten Teilung geteilt und angeordnet sind, parallel zu einer Achse des Werkstücks mit vorbestimmter Geschwindigkeit entlang der Rotationsachse des Werkstückes bewegt werden, wobei das Ausmass der Bewegung jeder dieser Elektroden so gewählt wird, dass die Wegstrecke gleich der Teilung der Elektroden entlang der Walzenachse ist, und Entladungen über einen Arbeitsspalt, der sich zwischen den Elektroden einerseits und der äusseren Oberfläche des Werkstückes andererseits befindet, ausgelöst werden, um die äussere Oberfläche des Werkstückes zu satinieren bzw. aufzurauhen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden in mehreren Reihen parallel zur Walzenachse des walzenförmigen Werkstückes angeordnet sind und jede dieser Reihen mehrere Elektroden aufweist, die entsprechend der vorbestimmten Teilung unterteilt und angeordnet sind und die Reihen geteilter Elektroden mit konstanter Geschwindigkeit entlang der Rotationsachse des Werkstückes bewegt werden.

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