DE3100927A1

DE3100927A1 - Verfahren zur bearbeitung der oberflaeche einer walze fuer kaltwalzen, insbesondere einer dressierwalze und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE3100927A1
Application number: DE19813100927
Authority: DE
Inventors: Yukio Ibaraki Matsuda; Ikutaro Yamasaki
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1981-12-17
Also published as: GB2069906A; FR2476524B1; FR2476524A1

Description

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l/erfahren zur Bearbeitung der Oberfläche einer Ualze für Kaltwalzen, insbesondere einer Dressierwalze, und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein l/erfahren zur Bearbeitung der Oberfläche einer Walze, welche insbesondere zum Nachwalzen (Dressieren) beim Kaltwalzen verwendet wird,durch einen Bearbeitungsstrahl, beispielsweise ei nun Elektronenstrahl oder Laserstrahl und eine Vorrichtung hierfür.

Bei der Herstellung von kaltgewalzten Stahlblechen ist es häufig erforderlich, der Oberfläche des Stahlbleches ein Muster, beispielsweise in Gitterform oder in Wellenform,aufzuprägen, um die Bearbeitbarkeit und insbesondere die Beschichtbarkeit des Stahlbleches, beispielsweise durch eine Presse, zu verbessern. Hierzu wird das Muster durch Walzen mit Hilfe einer Dressierwalze auf die Oberfläche aufgebracht. Die Ldalzenoberf lache besitzt hierzu feine V/ertiefungen und Erhöhungen. Das Profil der Vertiefungen und Erhöhungen auf der Lüalzenoberflache uird dabei auf die Stahloberfläche übertragen. Das Aufrauhen des Stahlbleches bzw. das Einprägen eines Uellenmusters in die Stahlblechaberfläche kann kombiniert werden mit der Endbearbeitung der Stahlblechoberfläche. Der Aufrauhwirkung der Ldalzenaberfläche auf die Oberfläche des Endproduktes kommt daher eine erhebliche Bedeutung zu. Bei herkömmlichen Verfahren wird die Oberfläche der Lüalze beispielsweise mit Sandstrahlen aufgerauht. Es werden dabei die Partikel strahlförmig auf die Lüalzenoberf lache gerichtet, so daß Vertiefungen und Erhöhungen auf der iilalzenoberfläche beim Auftreffen der Partikel eingeformt werden. Auch ist es bekannt, die Ldalzenoberf lache mit Hilfe elektrischer Entladungsmaschinen aufzurauhen. Das Sandstrahlverfahren läßt sich mit geringem Aufwand anwenden, jedoch läßt sich hierbei keine gleichförmige Oberflächenaufrauhung gewinnen. Mit Hilfe elektrischer Entladungsmaschinen läßt sich zwar eine gleichförmige Oberflächenaufrauhung bis zu einem bestimmten Grad erzielen, jedoch sind derartige Vorrichtungen und Verfahren relativ aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Verwendung eines Bearbeitungsstrahls, beispielsweise eines Elektronen- oder Laserstrahls,eine aufgerauhte Idalzenaberfläche mit hoher Gleichförmigkeit der Aufrauhung zu erzielen.

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Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angeben.

Die Bearbeitung fester Werkstücke mit Hilfe eines Bearbeitungsstrahls, beispielsweise eines Elektronenstrahls ader Laserstrahls,ist an sich bekannt und wird im folgenden noch näher erläutert. Beim Auftreffen eines Elektronenstrahls auf einen fEsten Körper mit hoher Geschwindigkeit werden die Elektronen im Bereich einer dünnen Oberflächenschicht des festen Körper abgebremst und geben 99 % oder mehr ihrer Energie an die Oberflächenschicht in Form von Wärme ab. Wenn man daher den Elektronenstrahl mit Hilfe einer elektromagnetischen Linse fokussiert und auf die Oberfläche des festen Materials richtet, wird eine relativ große Energie auf einen äußerst kleinen Oberflächenbereich des Festkörpers konzentriert. An dieser Stelle wird das Festkörpermaterial bei hoher Temperatur verdampft und dabei die gewünschte Bearbeitung der Oberfläche erzielt. In der gleichen Weise läßt sich ein starker Laserstrahl mit Hilfe einer optischen Linse fokussieren und auf die Oberfläche des festen Materials richten. Hierbei wird ebenfalls eine hohe Energie auf einen äußerst geringen Oberflächenbereich des Festkörpers konzentriert, und das Festkörpermaterial verdampft ebenfalls bei hoher Temperatur, so daß hierbei ebenfalls die gewünschte Werkstücksbearbeitung erfolgt.

Mit der Erfindung uird die Oberfläche der Walze mit hoher Gleichförmigkeit bearbeitet. Dabei werden die Eigenschaften der Materialbearbeitung mit Hilfe eines Bearbeitungsstrahls, beispielsweise eines Elektronenstrahls Dder Laserstrahls, ausgenützt. Ferner kommt bei der Erfindung eine entsprechend ausgebildete Bearbeitungsvorrichtung zur Anwendung.

Die Oberfläche der Walze für das Kaltwalzwerk wird mit Hilfe einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Bearbeitungsstrahls aufgerauht. Diese Uorrichtung besitzt einen Bearbeitungstisch, eine Bearbeitungskammer auf dem Arbeitstisch und einen Bearbeitungsstrahlgenerator. Ein Werkstückträger ist in drei zueinander senkrechten Richtungen x, y und ζ verschiebbar auf dem Bearbeitungstisch angeordnet und trägt drehbar din zu bearbeitende Walze. Der Aufrauhvorgang wird in der Weise durchriuFührt, dnß rlnr BimrhnitunnBstrahl auf die Walzenobnrflache gnrichtnt wird, während der Werkstücksträger verschoben wird und die Walze in Drehung versetzt wird.

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Die beiliegenden Figuren dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung. In diesen sind Ausführungsbeispiele der Lrfindung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Bearbeitungsstrahls und zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung;

Fig. 2 A eine Draufsicht auf ein Bearbeitungsmuster, uie es durch die Erfindung erzielt werden kann;

Fig. 2 B eine vergrößerte Ansicht, des Musters der Fig. 2 A;

Fig. 3 A ein anderes Bearbeitungsmuster, das nach der Erindung erzielt werden kann;

Fig. 3 B eine vergrößerte Ansicht des Musters der Fig. 3 A; Fig. 3 C eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des Musters der Fig. 3 A;

Fig. k A eine Draufsicht eines anderen Bearbeitungsmusters nach der Erfindung;

Fig. 4 B eine vergrößerte Draufsicht des Musters der Fig. h A;

Fig. 5 A eine Draufsicht eines weiteren Bearbeitungsmusters nach der Erfindung;

Fig. 5 B eine vergrößerte Ansicht des Musters 5 A;

Fig. 6 A eine mikroskopische Darstellung der Walzenoberflache, die aufgerauht ist nach einem bekannten 5andstrahlverfahren;

Fig. 6 B eine mikroskopische Darstellung der aufgerauhten Walzenoberfläche, die mit Hilfe einer elektrischen Entladungsmaschine bearbeitet wurde;

Fig. S C eine mikroskopische Ansicht einer aufgerauhten Lüalzenaberflache, welche nach der Erfindung bearbeitet wurde;

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7 A είπε Meßkurve auf Einem AufzEichnungspapier eines Rauhigkeitsmeßgeräts, mit dem die aufgerauhte Oberfläche einer LJalze gemessen wurde, die nach dem Bandstrahlverfahren aufgerauht uar;

Fig. 7 B eine Meßkurve auf einem AufZEichnungspapiEr einss RauhigkeitsmeßgEräts für die Dberflächenrauhigkeit einer Walze, die mit Hilfe einer elektrischen Entlademaschine aufgerauht war und

Fig. 7 C eine Meßkurve auf einem Aufzeichnungspapier eines Rauhigkeitsmeßgeräts, das die Dberflächenrauhigkeit einer üJalze zeigt, die nach der Erfindung aufgsrauht uiurde.

Die StrahlbearbearbeitungsvDrrichtung nach der Erfindung besitzt eine BearbeitungskammEr 1, die auf einem Bearbeitungstisch T befestigt ist. Die Strahlbearbeitungsvorrichtung erzeugt einen BearbEitungsstrahl, beispielsueise εϊηεη Elektronenstrahl oder einen Laserstrahl. Mit diesem wird die Oberfläche einer Walze R eines Haltwalzwerks bearbeitet. Diese üJalze wird in der Bearbeitungskammer 1 gelagert.

Für den Fall, daß der BEarbEitungsstrahl Ein Elektronenstrahl ist, ujird in der Bearbeitungskammer 1 ein verringerter Druck von 1 χ 10 torr oder geringer mit Hilfe einer Vakuumpumpe 11 aufrechterhalten. Für den Fall, daß dar Bsarbeitungsstrahl ein Laserstrahl ist, ist es nicht notwendig, die Bearbeitungskammer 1 zu evakuieren.

In der Bearbsitungskammer 1 ist ein Werkstücksträger 2 für die Walze R, uielchs bearbeitet werden soll, vorgesehen. Der Werkstücksträger 2 besitzt eine Antriebseinrichtung 21 und 22 für eine Einstellbewegung in den beiden horizontalen Richtungen x, y und in der vertikalen Richtung z. Die Walze R kann mit ihrer Achse horizontal angeordnet werden und in DrehbewEgung versetzt werden. Die Bearbeitungskammer 1 ist außerdem mit einem Einlaß 12 ausgestattet, durch welchEn die Walze R mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Beschickungsvorrichtung in die Hammer eingebracht werden kann und aus der Hammer wiEdsr entfernt werden kann. Hierzu kann beispielsweise ein Förderwagen vorgesehen sein.

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Im oberen Teil der Bearbeitungskammer 1 ist ein Bearbeitungsstrahlgenerator 3 vorgesehen, der den Bearbeitungsstrahl,beispielsweise den Elektronenstrahl oder Laserstrahl,erzeugt. Der Bearbeitungsstrahlgeneratar 3 kann einen bekannten Aufbau aufweisen und besitzt eine Strahlenquelle, eine Einstellvorrichtung.) für die Strahlstärke, nine Einstellvorrichtung für din Strahlbünrii'liinc.), uinc Ablenkeinrichtung für den Strahl und dgl. Der Bearbeitungsstrahlqenerator 3 ist so angeordnet, daß der fokussierte Teil des Bearbeitungsstrahls 31 auf der zu bearbeitenden Oberfläche der Walze R, welche im üJerkstücksträger 2 gelagert ist, Heat. Die Bearbeitungskammer 1 ist mit einem Beobachtungssystem 4 ausgestattet, durcn das der Bearbeitungsvorgang überwacht werden kann.

Für den Fall, daß ein Laserstrahl verwendet wird, kann der Laserstrahlgenerator 3 getrennt von der Bearbeitungskammer 1 angeordnet sein, und der Laserstrahl, der auf die Walze R gerichtet wird, kann mit Hilfe eines optischen Systems,beispielsweise mit Hilfe einer GlasfriGur, ninem Reflektor 41 und dgl. gelenkt werden.

Während der Bearbeitung wird die Walze R, welche am Werkstücksträger 2 gelagert ist, auf ihrer gesamten Umfangsflache bearbeitet. Sie wird dabei in kleinen Schritten gedreht, und der LiJerkstücksträger wird in Längsrichtung der Walze R Schritt für Schritt bewegt, wobei jeweils die Bearbeitung um den ganzen Umfang der Walze erfolgt. Dabei ist es möglich, daß der Bearbeitungsstrahlgenerator 3 so eingestellt uiird, daß er innerhalb eines begrenzten Bereiches der Änderung der Werkstücksposition bzw. der Bearbeitungsstelle auf der Werkstücksfläche folgt. Außerdem kann die Stärke des Bearbeitungsstrahls zur Erzielung einer gewünschten Tiefenwirkung durch entsprechende Steuerung der Strahlquelle eingestellt werden.

Mit Hilfe der Erfindung läßt sich ein genaues gleichförmiges Muster innerhalb einer kurzen Zeit erzielen. Durch den Bnarbeitungsstrahl, der die Oberfläche des Werkstücks abtastet, läßt sich jedes gewünschte Muster einbrennen. Es wird dabei eine Fläche in der Größenordnung von 0,1 bis 500 mm durch den Strahl abgetastet, der auf einen Fleck von 100 μπι oder geringer gebündelt ist. Die Längsverschiebung und die seitliche Verschiebung in Arbeitsschritten P- und P^ sowie der Bearbeitungsdurchmesser D lassen sich einfach vorherbestimmen, und man kann beispielsweise kreisrunde Uertiefungen, wie sie in den Figuren 2 A und Z B gezeigt sind, erzielen.

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Außerdem lassen sich mit der Erfindung verschiedene Muster, wie beispielsweise parallele Vertiefungen mit einer bestimmten Breite B und einer bestimmten Tiefe d einformen, wie das in den Figuren 3 A, 3 B und 3 C gezeigt ist. Auch läßt sich ein Gittermuster, wie es in den Figuren k A und k B gezeigt ist, herstellen. Schließlich ist es möglich, ein rechteckiges Vertiefungsmuster mit sich ändernden Breiten der Vertiefungen, uiie es in den Figuren 5 A und 5 B gezeigt ist, herstellen.

Bei einem herkömmlichen Sandstrahlverfahren zeigt die bearbeitete Lüalzenoberflache eine Oberflächenstruktur und Rauhigkeit, wie sie in den Figuren 6 A und 7 A dargestellt ist. Beim herkömmlichen elektrischen Entladungsverfahren wird zwar der Anforderung an Gleichförmigkeit der Rauhigkeit bis zu einem bestimmten Grad Genüge getan, wie das in den Figuren 6 B und 7 B gezeigt ist, jedoch genügt die gleichmäßige Rauhigkeit noch nicht höhreren Anforderungen. Beim Verfahren nach dEr Erfindung ist es möglich, ein im wesentlichen gleichmäßiges Muster der Überfläche einzuprägen und damit eine gleichmäßige Rauhigkeit zu erzielen, uiie das auch aus den Figuren G C und 7 C zu ersehen ist.

Aufgrund der äußerst gleichmäßigen Rauhigkeit, welche durch die gleichförmige Bearbeitung der Lüalzenoberflache bei der Erfindung entsteht, ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Pressenbearbeitbarkeit und der Beschichtbarkeit des Ldalzstahlbleches. Ferner wird die Abriebsfestigkeit der Rolle selbst erhöht, so daß die physikalische Einheit der Rollen und die Anzahl der Rollen, welche in Bereitschaft gehalten werden müssen, verringert werden können. Bei der Erfindung können sowohl die mechanische Bearbeitung der \^lze als auch die Aufrauhung der Walzenoberfläche gleichzeitig durchgeführt werden.

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Claims

LIEBL, NÖTH, ZEITLER Patentanwälte 8000 München 22 · Steinsdorfstraße 21-22 Telefon 089 / 22 94 41 SUMITOMO METAL INDUSTRIES, LTD., 15, 5-chamE, Kitahama, Higashi-ku, Osaka-shi, Osaka, Japan Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche einer Walze für Kaltwalzen, insbesondere einer Dressierwalze, und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Patentansprüche:

1. ) V/erfahren zur Bearbeitung der Oberfläche einer LJalze für Kaltwalzen, insbesondere einer Dressieruialze, dadurch gekennzeichnet, daß die zu bearbeitende Walze in einer Behandlungskammer mit einem Bearbeitungsstrahlgeneratar auf einem in dieser Kammer in drei senkrechten Richtungen x, y und ζ auf einem Bearbeitungstisch bewegbaren Werkstückträger drehbar angeordnet wird, und daB zum Aufrauhen der üJalzenoberflache der Bearbeitungsstrahl auf diese gerichtet wird, wobei der Werkstückträger verschoben und die Walze in Drehung versetzt wird.

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2. l/erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bearbeitungsstrahl ein Elektronenstrahl verwendet wird.

3. Uerfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bearbeitungsstrahl ein Laserstrahl verwendet uird.

it. Vorrichtung zur Bearbeitung der Oberfläche einer Walze für Kaltwalzen, insbesondere einer Dressierwalze, zur Durchführung eines der Uerfahren nach einem der Ansprüche 1 bis k, gekennzeichnet durch eine Bearbeitungskammer (1) mit einem in- oder außerhalb angeordneten Bearbeitungsstrahlgenerator (3), der einen auf die zu bearbeitende Idalzenoberflache richtbaren Bearbeitungsstrahl (31) aussendet und einen in der Bearbeitungskammer (1) angeordneten Werkstückträger (2), der innerhalb der Bearbeitungskammer (1) in drei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen x, y, ζ bewegbar ist und auf welchem die Walze(R)drehbar gelagert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch if, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze R mit horizontaler Achse auf dem Werkstückträger (2) gelagert ist.