DE68910866T2

DE68910866T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen eines Mikro-Musters auf der Oberfläche einer Rolle, Metallbögen zum Pressarbeiten, durch die Rolle hergestellt und Verfahren zur Herstellung.

Info

Publication number: DE68910866T2
Application number: DE89303908T
Authority: DE
Inventors: Hideo Research Laboratorie Abe; Takaaki Research Laborato Hira; Takaaki Research Labora Iguchi; Kunio Research Laborator Isobe; Takanori Research Labor Tamari; Ikuo Research Laborator Yarita
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1988-04-22
Filing date: 1989-04-20
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2009-04-21
Also published as: BR8901935A; EP0338816A2; KR920000231B1; EP0338816A3; CA1321625C; DE68910866D1; EP0338816B1; JPH02175882A; JPH0651913B2; US4959275A; ES2048283T3; KR890016210A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung eines Mikromusters auf der Oberfläche einer Walzwerkswalze durch Bilden eines exakten Musters mit einer Anzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen in derselben Oberfläche, durch die Walzwerkswalze erhaltene, zur Preßbearbeitung und zur Lackierung vorgesehene Metallbleche, wie zum Beispiel die Außenverkleidungen von Automobilen, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Metallbleche.
In jüngerer Zeit besteht starke Nachfrage nach einem schönen Erscheinungsbild von Autokarosserien. In der Tat wirkt eine Autokarosserie, auf deren Oberfläche sich die Umgebung nur unscharf wiederspiegelt, für Autobesitzer immer weniger ansprechend. Das heißt, daß die Autobesitzer Autos verlangen, deren Karosserieoberfläche ein scharfes Spiegelbild der umgebenden Szenerie gibt. Die Reflexionsschärfe der Szenerie, die dergestalt von der Karosserieoberfläche reflektiert wird, wird durch einen DOI-Wert bewertet, indem der Reflexionsgrad eines durch einen Spalt austretenden Lichtstrahles gemessen wird, der auf die Oberfläche der Autokarosserie in einem vorbestimmten Winkel auftrifft. Je höher der so erhaltene Wert ist, desto höher ist die Schärfe der Reflexion auf der Karosserieoberfläche.
Zur Zeit wird ein Verfahren zur Bildung einer Anzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen auf der Oberfläche einer Walzwerkswalze durch Projizieren von Laserstrahlimpulsen direkt auf die Oberfläche der Walze und Übertragen eines Musters aus Vorsprüngen und Vertiefungen von der Walzenoberfläche auf die Oberfläche eines kaltgewalzten Stahlbleches unter Verwendung der Walze mit darin ausgebildeten Vorsprüngen und Vertiefungen in einem Kaltnachwalzvorgang nach dem Glühen des Stahlbleches eingesetzt.
Eine Kaltnachwalz-Walze mit mattierter Oberfläche, deren Oberfläche durch Ausbildung von Vorsprüngen und Verstiefungen durch Bearbeitung mit einem Strahlmittel aufgerauht wird, wird häufig für das Kaltnachwalzen verwendet, wodurch das Muster der Vorsprünge und Vertiefungen auf die Oberfläche des Stahlbleches übertragen wird, und die so erhaltenen Stahlbleche werden als Material für die Preßbearbeitung verwendet.
Das in der Walzenoberfläche durch die Verwendung des Laserstrahles ausgebildete Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen unterscheidet sich von dem durch einen herkömmlichen Strahlgutbearbeitungsvorgang ausgebildeten oder dem durch einen Elektro-Entladungsmattiervorgang gebildeten. Die gebildeten Vorsprünge und Vertiefungen haben eine gleichmäßige Größe und sind mit einem feststehenden Abstand über die gesamte Walzenoberfläche angeordnet. Daher haben gemäß diesem Verarbeitungsverfahren verarbeitete und lackierte Stahlbleche insofern einen Vorteil, als ihre Oberfläche eine höhere Reflexionsschärfe sowie eine hervorragende Beständigkeit gegen Formabrieb bei der Preßbearbeitung aufweist.
Der in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 55-94790 und 56-119687 und in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 58-25557 aufgezeigte Stand der Technik betrifft die vorstehend beschriebenen Verfahren oder Variationen dieser Verfahren.
Bei der herkömmlichen Laserstrahlbearbeitungstechnologie treten die folgenden Probleme auf.
(1) Da der Laserstrahl zur Herstellung der Vertiefungen direkt auf die Walzenoberfläche angelegt wird, muß ein Laserstrahloszillator eine hohe Leistung von 1 kW oder mehr zur effizienten Bearbeitung eines Werkstückes mit großflächiger Oberfläche, wie zum Beispiel einer Walzwerkswalze, abgeben. Es ist daher natürlich, einen CO&sub2;- Laser einzusetzen. Dieser CO&sub2;-Laser hat jedoch große Abmessungen und erfordert höhere Wartungskosten sowie einen höheren Arbeitsaufwand zur Wartung.
(2) Bei den auf diese Weise durch eine derartige Laserstrahlbearbeitungsausrüstung hergestellten Mustern aus Vorsprüngen und Vertiefungen ist es wahrscheinlich, daß die Vertiefungen jeweils ringartig werden oder eine ähnliche Form aufweisen, wobei geschmolzenes Metall um die Vertiefung abgelagert ist. Es ist daher unmöglich, ein Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen mit freien Formen zu bilden.
(3) Das durch Schmelzen des Metalles mit dem Laserstrahl geformte Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen ist im Vorsprung-Vertiefungsbereich aus Austenit zusammengesetzt. Eine mit auf diese Weise geformten Vorsprüngen und Vertiefungen versehene Walze hat bei der Benutzung im Walzbetrieb eine geringe Verschleißbeständigkeit.
(4) Der Durchmesser jeder Vertiefung des Musters aus Vorsprüngen und Vertiefungen wird durch den Durchmesser des durch einen Kondensor konvergierten Laserstrahles bestimmt. Dieser Durchmesser kann aufgrund einer langen (10,6 um) Wellenlänge des CO&sub2;-Laserstrahles nicht unter etwa 100 um gesenkt werden.
5. Um eine effiziente Bearbeitung eines großflächigen Gebietes sicherzustellen ist es erforderlich, einen Laserstrahl mit einer sehr hochfrequenten Impulswelle zu erzeugen. Im Falle des CO&sub2;-Gaslasers kann dies jedoch nicht durch elektrische Einrichtungen, wie etwa einen Q- Switch erreicht werden. Demgemäß wurde für diesen Zweck ein mechanischer Zerhacker verwendet. Dieses Verfahren weist jedoch das Problem auf, daß die hohe mechanische Geschwindigkeit des Zerhackers und der Walze und die Phasen derselben nicht notwendigerweise miteinander übereinstimmen und das erhaltene Muster unregelmäßig angeordnete Vorsprünge und Vertiefungen aufweist.
Als Mittel zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme wird ein zur Musterformung auf einer Walzenoberfläche für eine Tiefdruckmaschine verwendetes Photoätzverfahren übernommen.
Dieses Photoätzverfahren wird zur Herstellung einer Walzwerkswalze mit einer aufgerauhten Oberfläche mit einem gleichmäßigen Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen übernommen. Wie seit langem bekannt ist, beispielsweise wie in den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 41-14973 und 46-19535 aufgezeigt, haben unter Verwendung der Walze hergestellte Stahlplatten hervorragende Preßbearbeitungs- und Dekorationseigenschaften. Dieses Verfahren wurde aufgrund seiner geringen Effizienz bei der Walzenbearbeitung und der sehr hohen Kosten jedoch bisher noch nicht in vollem Umfang im praktischen Einsatz verwendet.
Wie allgemein bekannt ist, kann das Photoätzverfahren in die folgenden Schritte unterteilt werden:
(1) Aktivierung der Walzenoberfläche
(2) Auftragen von Resist (photosensitives, korrosionsbeständiges Mittel)
(3) Trocknen
(4) Film aufbringen
(5) Belichten
(6) Film entfernen
(7) Entwicklung
(8) Trocknen
(9) Ätzen
(10) Resist entfernen
(11) Nachbehandlung (waschen, neutralisieren etc.)
Dieses Photoätzverfahren kann zur Bildung eines Musters aus feinen Vorsprüngen und Vertiefungen auf einer Walzwerkswalze verwendet werden. Insbesondere bei der Bearbeitung einer großen Walze, wie etwa der Walzwerkswalze, erfordert das vorstehend beschriebene Verfahren jedoch nicht nur viele Mannstunden, sondern auch Bearbeitungsvorgange in einer Dunkelkammer, und da es darüber hinaus schwierig ist, automatische Betriebsabläufe einzusetzen, ist das Verfahren hinsichtlich der Herstellungskosten im Vergleich zu dem vorstehend genannten Strahlverfahren oder dem Laserstrahlbearbeitungsverfahren in höchstem Maße benachteiligt.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 62-11922 zeigt ein Verfahren zum Bedecken einer Blechoberfläche mit einem säurekorrosionsbeständigen Material, örtlichen Zerstören der beschichteten Oberfläche mit einem Laserstrahl und chemischen Ätzen der lokal unbedeckten Punkte auf. Dieses Verfahren ist jedoch noch nicht soweit ausgereift, als daß es als praktisch bedeutsames Verfahren eingesetzt werden könnte.
Nachfolgend werden mit Vorsprüngen und Vertiefungen versehene Stahlbleche beschrieben.
In der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62-11922 und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 62- 168602 ist ein Laserstrahl-Mattierungsverfahren aufgezeigt, bei dem Laserstrahlimpulse auf die Oberfläche einer Walze projiziert werden, um Vorsprünge und Vertiefungen mit feststehendem Abstand auf der Walzenoberfläche auszubilden. Gemäß diesem Verfahren werden, da regelmäßige Vorsprünge und Vertiefungen mit beliebiger Beabstandung auf einer blanken Walze ausgebildet werden können, unter Verwendung dieser Walze einem Kaltnachwalzvorgang unterzogene Stahlbleche abwechselnd und regelmäßig mit ebenen Abschnitten und Vorsprüngen und vertieften Abschnitten versehen. Es ist bekannt, daß in den ebenen Abschnitten keine unregelmäßige Reflexion stattfindet und eine höhere Reflexionsschärfe wird eher in den auf diese Weise kaltnachgewalzten Blechen all bei den mit vorstehend beschriebener, einem Strahlvorgang unterzogenen Walze gewalzten Blechen erzielt.
Die Reflexionsschärfe einer Stahlblechoberfläche vor der Lackierung wurde vorstehend erläutert. Nachfolgend wird die Reflexionsschärfe nach der Lackierung beschrieben.
Nach einer chemischen Umwandlungsbehandlung und galvanischer Lackierung werden die Stahlbleche einer Lackierung durch Tauchbeschichten oder Spritzlackieren unterzogen. Allgemein ergibt der Lackierungsvorgang ausgeglichene Vorsprünge und Vertiefungen auf der Stahlblechoberfläche, wodurch der DOI-Wert im Vergleich mit dem Stahlblech vor der Lackierung verbessert wird.
Bei vertikaler Lackierung, wie zum Beispiel Tauchbeschichtung, fließt die auf das Blech aufgebrachte Lakkierungsflüssigkeit schwerkraftbedingt an der Blechoberfläche nach unten. In diesem Fall fließt die Farbe gleichmäßig, wenn feststehende Wege vorhanden sind, entlang welchen die Farbe nach unten fließen kann. Ist jedoch irgendeine separate unabhängige Vertiefung vorhanden, wird der Fluß der Farbe dort unterbrochen, was zu einer ungleichmäßigen Schichtstärke der Beschichtung führt.
Wie vorstehend festgestellt, ist ein Stahlblech mit Vorsprüngen und Vertiefungen, das einen großen Anteil von flachen Bereichen auf der Oberfläche sowie feststehende Wege aufweist, die den gleichmäßigen Fluß der Lackierungsflüssigkeit erlauben, aufgrund seiner Reflexionsschärfe zur Verwendung geeignet. Ein durch die lasermattierte Walze hergestelltes Stahlblech weist wenigstens ersteres Merkmal auf, während ein durch eine strahlbearbeitete Walze hergestelltes Stahlblech nicht beide Merkmale aufweisen kann, was zu einem niedrigen DOI-Wert führt.
Nachfolgend wird die Preßbearbeitbarkeit beschrieben. Die Preßbearbeitung wird durchgeführt, indem zunächst die Ränder eines Bleches zwischen einem Stempel und einem Werkstückhalter gehalten werden, wobei das Blech mit einem bestimmten Werkstückhaltedruck gehalten wird, worauf das Blech in seinem Mittelbereich in eine vorbestimmte Form gepreßt wird. Normalerweise fließt unmittelbar nach dem Preßvorgang Material von der Werkstückhalteposition in den Preßstempelabschnitt. Diese Zuflußeigenschaft dient als die Schwierigkeit oder Leichtigkeit der Preßbearbeitung anzeigender Index. Beispielsweise tritt bei Material mit hohem Reibungswiderstand nur wenig Materialfluß vom Preßstempel auf, was zum Bruch des Materials führt.
Die Oberfläche des Stahlbleches ist beim Preßvorgang allgemein mit einem Schmieröl beschichtet. Es ist wichtig, eine hohe Wirksamkeit dieses Schmieröls zu erzielen, um den Bruch des Bleches zu verhindern.
Weiterhin tritt das Problem des Abriebes auf, wobei ein Teil der Stahlblechoberfläche vom Preßstempel abgerieben wird und an einem Werkzeug bei Vorliegen eines hohen Reibungswiderstandes anhaftet, wenn das Stahlmaterial mit dem Werkzeug in Berührung steht oder am Werkzeug gleitet.
Ein Stahlblech mit einem großen, in einer Ebene liegenden Oberflächenbereich hat eine überragende Reflexionsschärfe, jedoch nicht notwendigerweise eine zufriedenstellende Preßbearbeitungsfunktion.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ausbildung eines Mikromusters auf einer Walzenoberfläche und eine industriell einsetzbare Vorrichtung zu schaffen, die mit Sicherheit Walzen herstellen kann, die regelmäßig oder zufällig angeordnete Vorsprünge und Vertiefungen aufweisen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Stahlbleche mit hoher Reflexionsschärfe aufzuzeigen, die mit flachen Bereichen auf der Stahlblechoberfläche sowie mit Lackwegen für den gleichmäßigen Fluß der Lackierungsflüssigkeit versehen sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Metallbleche aufzuzeigen, die eine Schmierölzufuhr zum Zeitpunkt der Preßbearbeitung sicherstellen können und in effizienter Weise das Schmieröl ihren in Berührung mit dem Werkzeug stehenden Grenzflächen zuführen können und die weiterhin eine Vorsprünge-Vertiefungsstruktur mit Vertiefungen aufweisen, in denen vom Blech abgeriebenes Material festgehalten werden kann, so daß es nicht am Werkzeug anhaftet.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Walze mit einer derartigen Oberflächenstruktur aufzuzeigen, die Stahlbleche mit komplizierten Vorsprüngen und Vertiefungen auf der Oberfläche, wie vorstehend beschrieben, herstellen kann.
Demgemäß zeigt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines Mikromusters auf der Oberfläche einer Walzwerkswalze auf, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte umfaßt
(i) Bilden eines Filmes aus säurekorrosionsbeständigem Material auf der Oberfläche der Walzwerkswalze durch Auftragen einer eine säurekorrosionsbeständige Harzlösung und einen lichtabsorbierenden, ein Pigment oder Rußschwarz enthaltenden Wirkstoff umfassenden Lösung,
(ii) Bestrahlen des Materials in einem gewünschten Muster mit einem YAG-Laser in Verbindung mit einem Q- Switch, um dadurch das Harz zu entfernen und die Oberfläche der Walzwerkswalze in den bestrahlten Bereichen in Übereinstimmung mit dem gewünschten Muster freizulegen, wobei die Leistung des Lasers nicht ausreicht, die Oberfläche der Walze zu schmelzen,
(iii) Ätzen der freigelegten Bereiche mit einer Ätzlösung, und
(iv) Entfernen des verbleibenden Harzes durch Auflösen in einem Lösungsmittel.
Wenn die Stärke des auf der Walzenoberfläche auszubildenden Harzfilmes 1 bis 10 um beträgt, wird das Harz in einem exakten Muster durch einen Laser mit niedriger Ausgangsleistung verdampft und gleichzeitig kann das Harz beständig gegen den Ätzvorgang gemacht werden, wodurch dieser Vorgang bevorzugt ist.
Die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung zur vorzugsweisen Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung einer aufgerauhten Oberfläche der Walzwerkswalze, umfassend
(a) eine Einrichtung zum Haltern und Drehen der Walzwerkswalze,
(b) eine Einrichtung zum Beschichten der Walzwerkswalze mit dem säurekorossionsbeständigen Material,
(c) einen Laserplotter, umfassend einen Laseroszillator zum Bestrahlen der Beschichtung in impulsartiger Weise, ansprechend auf ein elektrisches Signal, und Einrichtungen zum Führen und Fokussieren des Lasers auf die Beschichtung,
(d) eine Einrichtung zum Auftragen einer Ätzlösung auf die Oberfläche der Walzwerkswalze,
(e) eine Einrichtung zum unabhängigen oder gleichzeitigen Bewegen des Laserplotters, der Beschichtungseinrichtung und der Ätzeinrichtung in axialer Richtung der Walzwerkswalze,
(f) eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Erstellung eines auf der Walzenoberfläche zu bildenden Musters, zum Reduzieren des Musters auf eine Vielzahl von Punkten, um eine Binärcodierung durchzuführen und eine Reihe von Plotdaten zu erstellen, und
(g) eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Impulsemissionszeit des Laserplotters, ansprechend auf die Plotdaten und ein von einer Einrichtung zum Erfassen des Drehwinkels der Walzwerkswalze ausgesendetes Signal.
Der Vorrichtung werden gemäß vorliegender Erfindung über die vorstehend beschriebene Anordnung hinaus weiter die folgenden Bestandteile hinzugefügt.
Das heißt, daß der Laseroszillator des Laserplotters ein YAG-Laser ist, ein erster optischer Modulator innerhalb des Laseroszillators angeordnet ist, um einen Q-Switch- Oszillator zu schaffen, ein zweiter optischer Modulator im Mittelbereich eines vom Oszillator zum Bearbeitungsteil außerhalb des Laseroszillators reichenden laseroptischen Pfades angeordnet ist, und eine Reihenanordnung von aus einem Spiegel und einer Linse zusammengesetzten optischen Einheiten zum Führen des Laserstrahles auf die Walzenoberfläche und Sammeln des Laserstrahles vorgesehen ist, wobei die Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Drehwinkels der bearbeiteten Walze eine mit einer Drehachse der Walzendreheinrichtung verbundene Drehcodiereinrichtung ist und die Steuereinrichtung einen optischen Modulatortreiber zum Ansteuern des oben erwähnten ersten optischen Modulators, ansprechend auf ein Taktsignal von der Drehcodiereinrichtung, und einen optischen Modulatortreiber zum Ansteuern des vorstehend beschriebenen zweiten optischen Modulators, ansprechend auf ein Signal umfaßt, das eine Taktgebung eines einem zur Bildung des vorstehend beschriebenen Bildes erforderlichen Punkt entsprechenden Teiles vom Taktsignal unter Bezug auf die geplotteten Daten abnimmt.
Darüberhinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Metallblech zur Verwendung in der Preßformung, das ein aus unabhängigen, beckenartigen Vertiefungen zusammengesetztes kleinstes Muster und ein aus zusammenhängenden, rillenartigen konkaven Abschnitten zusammengesetztes kleinstes Muster an seiner Oberfläche aufweist. Die unabhängigen beckenartigen Vertiefungen sind in großer Zahl angeordnete Vertiefungen, die ein Oberflächenmuster haben können, in dem eine zusammenhängende netzartige Vertiefung den Umfang jeder der Vertiefungen umschließt, und der Abschnitt, in dem die beckenartigen Vertiefungen angeordnet sind, und ein weiterer Abschnitt, in dem die netzartigen Vertiefungen angeordnet sind, können an verschiedenen Positionen angeordnet sein. Die Walze zur Verwendung bei der Preßformung eines derartigen, vorstehend beschriebenen Metallbleches hat voneinander getrennt oder gemeinsam angeordnet ein Oberflächenmuster, das aus unabhängigen trapezförmigen Vorsprüngen mit einer flachen oberen Fläche zusammengesetzt ist, und ein Oberflächenmuster, das als zusammenhängenden netzartigen Vorsprüngen mit einer flachen oberen Fläche zusammengesetzt ist.
Es ist möglich, das vorstehend beschriebene Metallblech zur Verwendung für Preßformvorgänge unter Verwendung einer Walze mit unabhängigen trapezförmigen Vorsprüngen und einer weiteren Walze mit zusammenhängenden netzartigen Vorsprüngen, entsprechend vorstehend beschriebenen Walzen, und durch einmaliges Kaltnachwalzen jedes der Metallbleche herzustellen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:

Fig. 1 ist eine perspektivische Gesamtansicht der Vorderseite einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Rückseite in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht zur Darstellung des Betriebes der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Vorderansicht zur Darstellung eines Beispieles eines Musters gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 5 ist ein dreidimensionales Rauhigkeitsdiagramm zur Darstellung der Form der Walzenoberfläche, wie sie durch das erfindungsgemäße Verfahren tatsächlich hergestellt wird.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 7 ist eine Ansicht zum Vergleich und zur Erläuterung der Arbeitsweisen gemäß vorliegender Erfindung und nach dem Stand der Technik.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines weiteren Beispiels der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 9 ist ein Muster unregelmäßiger Vorsprünge und Vertiefungen.
Fig. 10 ist ein Muster regelmäßiger Vorsprünge und Vertiefungen.
Fig. 11 ist eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Oberfläche eines Metallstahlblechs zur Preßbearbeitung gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung des Einflusses eines Kaltnachwalz-Abnahmegrades auf einen Übertragungsgrad.
Fig. 13 ist eine graphische Darstellung des Einflusses eines Kaltnachwalz-Abnahmegrades auf die mechanischen Eigenschaften.
Fig. 14 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Preßbearbeitungsvorganges.
Fig. 15 ist eine Ansicht zur Darstellung von Vorsprüngen und Vertiefungen auf der Oberfläche einer bevorzugten Ausführungsform gemäß vorliegender Erfindung.
Fig. 16 ist eine Ansicht von experimentell geformten Walzenoberflächen und dem Zustand der Vorsprünge und Vertiefungen in den durch die experimentell geformten Walzen erzeugten Materialoberflächen.
Fig. 17 ist ein Diagramm zur Darstellung der Schritte eines Walzenherstellungsvorganges.
Fig. 18 ist eine erläuternde Ansicht zur Darstellung eines Prüfverfahrens zur Bewertung eines Preßbearbeitungsvorganges.
Fig. 19 ist eine graphische Darstellung des Ergebnisses einer Gleitprüfung.
Fig. 20 ist eine graphische Darstellung des Ergebnisses einer Reflexionsschärfeprüfung.
Fig. 21 und Fig. 22 sind Teilschnittdarstellungen eines Stahlbleches und einer Walze zur Darstellung eines zweifachen Kaltnachwalzvorganges.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die effiziente Verdampfung und Entfernung eines auf einer Oberfläche einer Walzwerkswalze ausgebildeten Harzfilmes. Das heißt, daß der Harzfilm dort, wo der Laserstrahl aufgestrahlt wird, verdampft und entfernt wird, ohne daß geschmolzene Filmreste verbleiben, und weiter muß verhindert werden, daß Überschußwärme sich über die ausgebildeten feinen Löcher (Punkte) hinaus in deren Umgebung verbreitet, um so einen thermisch beeinflußten Bereich zu bilden und eine unscharfe Kontur der jeweiligen Punkte zu erzeugen.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebene Tatsache ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß als Laser ein YAG-Laser mit Q-Switch verwendet wird und ein optisches Absorptionsmittel mit dem verwendeten Harz gemischt wird, um den Absorptionsgrad des Laserstrahles zu erhöhen. Der Q-Switch ist die Einrichtung zur Erzeugung eines Impulses, bei dem die Strahlungszeit pro Impuls sehr kurz gehalten wird und die Spitzenleistung um einen der verkürzten Zeit entsprechenden Wert erhöht wird, wenn der Laser gepulst betrieben wird. Mit dieser Anordnung ist die Erwärmungszeit des bestrahlten Teiles sehr kurz und seine Wärmeleitzeit ist kurz, was dazu führt, daß die zugeführte optische Energie nicht durch Wärmeleitung verteilt wird, sondern lokal konzentriert wird. Dadurch ist es möglich, eine effiziente Verdampfung des Harzes zu erzielen und weiter die Ausdehnung des thermisch beeinflußten Teiles auf die Umgebung zu verringern. Im allgemeinen ist es erforderlich, daß der Laser eine bestimmte hohe Ausgangsleistung hat, da eine recht hohe Impulsfreguenz im Hinblick auf die Effizienz des Formungsvorganges erforderlich ist. Der in diesem Fall zu verwendende Laser ist somit vorzugsweise ein YAG- Laser der sogenannten kontinuierlichen Q-Switch-Erregungsbauart. Der vorstehend beschriebene Laser hat den Vorteil, daß ein hochfreguenter Impuls von mehreren 10 kHz mit hoher Ausgangsleistung von 5 bis 100 W erzielbar ist und weiter der Impuls durch einen Q-Switch ohne weiteres kurz gehalten werden kann. Darüber hinaus beträgt die Wellenlänge des YAG-Lasers 1,06 um, ein Zehntel der Wellenlänge eines CO&sub2;-Lasers, und der kleinste Punktdurchmesser, der durch einen Kondensor bemessen werden kann, kann auf etwa 10 um reduziert werden, was zu dem Ergebnis führt, daß ein feines Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen frei formbar ist. Vorausgesetzt, daß diese Wellenlänge nahe der des sichtbaren Lichts liegt und ihr Absorptionsgrad in einem normalen Harz niedrig ist, führt dies dazu, daß das Harz nicht bearbeitet werden kann. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache kann das gewünschte Ziel ohne weiteres erreicht werden, indem das Harz mit einem optisch absorbierenden Material gemischt wird und dies aufgetragen wird. In diesem Fall sind als optisch absorbierendes Material entweder Rußschwarz oder ein Pigment bevorzugt.
Gemäß den von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen ist im Fall der Verwendung eines mit vorstehend erwähnten optisch absorbierenden Materialien gemischten Harzes eine Filmstärke von etwa 1 bis 10 um bevorzugt, wenn ein YAG-Laser von etwa 100 W verwendet wird. Der Grund dafür liegt darin, daß durch den Laser in dem Harzfilm ein durchgehendes Loch in umgekehrt konischer Form gebildet wird, was dazu führt, daß eine zu starke Filmdicke die Ursache sein kann, daß ein Loch (Punkt) mit einem ausreichenden Durchmesser nicht gebildet werden kann, und andererseits wird, wenn ein Spritzverfahren verwendet wird, ein Film mit einer Stärke von weniger als 1 um kaum in gleichmäßiger Stärke ausgebildet.
Damit ein Trocknungs- und Einbrennschritt im Fall der Durchführung des Beschichtungsvorganges wegfallen kann, ist es bevorzugt, eine bei Normaltemperatur trocknende Beschichtung zu verwenden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden entweder Rußschwarz oder ein Pigment als absorbierendes Material dem oxidationshemmenden korrossionsbeständigen Harzfilm zugegeben, so daß es möglich ist, diesen Harzfilm mit dem YAG-Laserstrahl mit geringer Leistung zu verdampfen, und weiter ist es ebenso möglich, die Oberfläche der Walze exakt in Übereinstimmung mit dem Muster freizulegen. Somit ist es ebenso möglich, ein Muster völlig problemlos und exakt zu bilden.
Unter Bezug auf Fig. 3 wird nachfolgend das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung beschrieben. Dieses Verfahren setzt sich aus den drei folgenden Schritten zusammen.
Zunächst wird ein erster Schritt erläutert:
Die mit dem optisch absorbierenden Material gemischte Harzbeschichtung wird zunächst durch eine Spritzpistole 6 auf die Oberfläche der Walze aufgespritzt. Nach Verdunstung des Lösungsmittels auf der Oberfläche der Walze härtet das Harz aus, was zur Bildung eines dünnen Filmes 28 aus Harz auf der Walzenoberfläche führt. Wenn die Walze 1 gedreht wird und die Spritzpistole in axialer Richtung zur Walze bewegt wird, wird der dünne Film 28 durch die Bewegung der Spritzpistole 6 über den gesamten Umfang der Walze 1 ausgebildet.
Nachfolgend wird der zweite Schritt des Vorganges erläutert:
Auch in diesem Fall wird die Walze in Drehung gehalten und ein Laserstrahlkopf 10 wird in axialer Richtung zur Walze bewegt und ein Impulslaserstrahl 29 wird durch eine Linse 30 auf einen vorbestimmten Ort auf der Walzenoberfläche mit dem darauf ausgebildeten dünnen Film 28 konzentriert und anschließend aufgestrahlt. In dem Abschnitt, wo der Strahl aufgestrahlt wird, wird der dünne Film 28 durch diese Energie verdampft und die Oberfläche der Walze 1 freigelegt. Eine Reihe von kleinsten Löchern wird unter Drehung der Walze 1 und Bewegung des Laserstrahlkopfes 10 schraubenlinienförmig um den Umfang der Walze 1 gebildet.
Ein dritter Schritt des Vorganges gemäß vorliegender Erfindung wird nachfolgend beschrieben:
Durch das Aufsprühen von Ätzflüssigkeit 31 durch eine bewegliche Spritzpistole 11 wird ein nicht vom dünnen Film 28 bedeckter Abschnitt, das heißt nur der durch den Laserstrahl bestrahlte Abschnitt korrodiert und dabei eine Mulde ausgebildet.
In Fig. 3 ist ein kontinuierlicher Betriebsablauf vom ersten Schritt bis zum dritten Schritt, wie vorstehend beschrieben, gezeigt. Es können jedoch auch wahlweise unabhängige Betriebsvorgänge vorgesehen sein, solange die Reihenfolge der jeweiligen Betriebsabläufe nicht verändert wird.
Ein Beispiel für die Vorrichtung zur praktischen Ausführung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung wird unter Bezug auf Fig. 1 und 2 beschrieben. Fig. 1 ist eine perspektivische Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung und Fig. 2 zeigt eine perspektivische Rückansicht dieser Ausführungsform. Fig. 1 und Fig. 2 sind schematische Darstellungen zur Erläuterung des technischen Konzepts der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung. Dazugehörige Einrichtungen, die tatsächlich vorhanden sind, deren Beschreibung jedoch nicht erforderlich ist, sind in den Darstellungen weggelassen.
Eine Walzendreheinrichtung umfaßt Walzentragblöcke 2 und 3, ein Spannfutter 4 und eine Spindel 5 sowie einen im Tragblock 3 angeordneten Drehmotor. Die beiden Enden der Walzwerkswalze als Werkstück sind jeweils vom Spannfutter 4 bzw. der Spindel 5 gehalten. Die Walze wird von dem nicht dargestellten Motor in Umdrehung versetzt.
Als Beschichtungseinrichtung ist, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Spritzpistole 6 zum Aufspritzen der mit optisch absorbierendem Material gemischten Beschichtung auf die Walzenoberfläche an einem Seitenbereich der Walze 1 angeordnet. Der Spritzpistole 6 wird durch einen Schlauch 8 aus einem Harztank 7 Harzbeschichtung zugeführt.
Wie Fig. 1 zeigt, ist an der der Spritzpistole 6 gegenüberliegenden Seite der Walze ein Laserplotter 9 angeordnet. Dieser Laserplotter 9 besteht aus einem Q-Switch zur Erzeugung eines Impulsstrahles, ansprechend auf ein von einer weiter unten beschriebenen Steuereinrichtung 24 ausgesendetes elektrisches Signal, einem YAG-Laseroszillator 9a und einem Laserstrahlkopf 9b mit einer optischen Einheit, wie etwa einem Spiegel zur Führung des Laserstrahles auf die Walzenoberfläche und einer Linse zur Fokussierung des Laserstrahles auf die Walzenoberfläche, und ähnlichem.
Bei dem System bekannter Bauart wird ein mechanischer Zerhacker eingesetzt. Die Drehzahl und die Phase eines mit hoher Drehzahl umlaufenden mechanischen Zerhackers und die der Walze stimmen jedoch nicht unbedingt miteinander überein und das erzeugte Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen wird unregelmäßig angeordnet, wie Fig. 9 zeigt.
In Fig. 9 bezeichnet die durch einen Pfeil angezeigte Richtung die Drehrichtung der Walze und eine zu ersterer Richtung senkrechte Richtung bezeichnet die Axialrichtung der Walze. Das durch Walzbearbeitung mit diesem Muster erzeugte Stahlblech zeigt ein Streifenmuster in Drehrichtung der Walze, was nicht bevorzugt ist. Zur Lösung dieses Problemes ist es erforderlich, ein regelmäßiges Muster, wie in Fig. 20 gezeigt, zu erzeugen. Bei dem Verfahren unter Verwendung des mechanischen Zerhakkers ist für die mechanische Steuerung, zum Beispiel des Motors und ähnlicher Einrichtungen, eine sehr hohe Exaktheit erforderlich, was dazu führt, daß viele schwerwiegende technische Probleme auftreten.
Wie Fig. 2 zeigt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Spritzpistole 11 einer Ätzvorrichtung zum Aufspritzen von Ätzflüssigkeit benachbart zur Beschichtungseinrichtung vorgesehen. Die Ätzflüssigkeit wird von einem Tank 12 durch eine Leitung 13 zugeführt. Eine Spritzpistole 6, ein Laserplotter 9 und eine Spritzpistole 11 sind jeweils auf Verschiebetischen 14, 15 bzw. 16 befestigt. Die Verschiebetische 14, 15 und 16 sind einander ähnlich aufgebaut. Beispielsweise kann der Verschiebetisch 14 in axialer Richtung der Walze und in einer zur Axialrichtung senkrechten Richtung durch Drehung von Kugelumlaufspindeln 19 und 20, die durch die Umdrehung von Motoren 21 und 22 bewirkt wird, entlang den Führungsschienen 17 und 18 bewegt werden. Dieser Tisch kann in Längsrichtung insbesondere in einer Axialrichtung der Walze bewegt werden und die Einrichtung auf dem Verschiebetisch kann auf den gesamten Zylinderkörper der Walze 1 einwirken. Das in Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel ist so aufgebaut, daß der Laserplotter auf einer Seite der Walze und die Beschichtungseinrichtung und die Ätzeinrichtung an der gegenüberliegenden Seite jeweils auf eigenen Verschiebetischen angebracht sind. Diese Anordnung kann bei Bedarf gewählt werden, jeder Verschiebetisch kann aber auch gemeinsam verwendet werden. Es ist jedoch bevorzugt, die Spritzpistole 6 an der dem Laserplotter 9 gegenüberliegenden Seite anzuordnen, um den optische Einrichtungen aufweisenden Laserplotter 9 vor einem Sprühnebel der Ätzflüssigkeit zu schützen. Die von der Spritzpistole 6 bzw. 11 ausgespritzte Beschichtungs- bzw. Ätzflüssigkeit, die herabtropft, wird in einem Abfallflüssigkeitsbehälter 47 aufgefangen. Eine Bildverarbeitungseinrichtung 23 kann ein auf der Walzenoberfläche zu ätzendes Muster erzeugen, einen Binärcode des Musters erstellen und anschließend eine Reihe von Plotdaten erzeugen. Eine Steuereinrichtung 24 kann ein Impulssignal von einer Drehwinkel-Erfassungseinrichtung, die aus einer im Walzentragblock 3 eingebauten Drehcodiereinrichtung (nicht dargestellt) besteht, durch ein Kabel 25 empfangen, ein Signal durch ein Kabel 26 und ein Flachbandkabel 27 zum Laserresonator 9a übertragen, um, ansprechend auf das empfangene Impulssignal, einen Laserstrahl auf einen vorbestimmten Punkt auf der Oberfläche der Walze 1, der durch die vorstehend erwähnten Plotdaten bezeichnet ist, aufzustrahlen und anschließend ein vorbestimmtes Muster zu bilden.
Da die vorliegende Erfindung vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, weist sie eine geringere Anzahl von Schritten auf als vorstehend erwähntes Photoätzverfahren, und weiterhin können die Herstellungskosten wesentlich verringert werden. Darüber hinaus ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß sie die einfache und automatische Durchführung der vorstehend beschriebenen Reihe von Betriebsabläufen ermöglicht.
Da der dünne Film 28 nach Vollendigung des Ätzvorganges nicht erforderlich ist, ist es möglich, ihn ohne weiteres durch eine Behandlung wie etwa Waschen mit einem Lösungsmittel zu entfernen. Dieser Entfernungsschritt kann jedoch problemlos kontinuierlich durchgeführt werden, indem er in derselben Weise wie vorstehend beschrieben auf dem Verschiebetisch angeordnet wird.
Unter Bezug auf Fig. 4 und 5 wird ein Verfahren zur Ausbildung eines auf der Oberfläche der Walze 1 zu bildenden Musters aus Vorsprüngen und Vertiefungen beschrieben. Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer vergrößerten Vorderansicht eines Musters aus kleinsten Vorsprüngen und Vertiefungen, die auf der Walzenoberfläche aufgebaut sind, wobei ein weißer Hintergrund einen nicht mit Laser bestrahlten Teil darstellt, das heißt, einen nicht geätzten Teil. Ein durch schraffierte Linien kenntlich gemachter Teil entspricht einem mit Laser bestrahlten Teil, das heißt einem zu ätzenden Teil. Die vertikalen und horizontalen Linien in Fig. 4 sind nur der Bequemlichkeit halber gezogen und somit nicht tatsächlich vorhanden.
In Fig. 4 ist die Drehrichtung der Walze 1 in Richtung eines vertikalen Pfeiles 33 eingestellt und die Bewegungsrichtung des Verschiebetisches 15 in axialer Richtung der Walze in Richtung eines seitlichen Pfeiles 34. Wie vorstehend beschrieben, werden, da die durch den Laserplotter in dem dünnen Film ausgestanzten Löcher auf dem Umfang der Walze schraubenlinienförmig ausgebildet werden, die durch schraffierte Linien in Fig. 4 kenntlich gemachten Bereiche der Reihe nach von der linken vertikalen Reihe zur rechten vertikalen Reihe ausgebildet.
Bei der Bildung dieses Musters ist es erforderlich, eine sehr exakte Übereinstimmung zwischen einer Drehzahl der Walze und einer Ausstoßtaktgebung des Impulslasers herzustellen, um eine Positionsverschiebung eines geplotteten Punktes in den angrenzenden Reihen zu vermeiden. In der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung wird der Drehwinkel der Walze durch eine Drehcodiereinrichtung erfaßt und die Impulsstrahlausstoßzeitgebung wird durch elektrische Einrichtungen in Übereinstimmung mit der Erfassung bestimmt, so daß die vorliegende Erfindung realisierbar ist, ohne daß eine besondere Genauigkeit des Motors für die Walzendreheinrichtung erforderlich wäre.
Die vorliegende Erfindung ist als ein System aufgebaut, in dem die Leistung des Laseroszillators das Metall der Walzenoberfläche nicht direkt schmilzt, sondern nur das Harz mit niedrigem Schmelzpunkt verdampft, das auf der Walzenoberfläche ausgebildet ist, so daß für die vorliegende Erfindung kein Hochleistungslaser, wie etwa ein CO&sub2;-Laser, erforderlich ist. Hinsichtlich dieser Tatsache basiert die vorliegende Erfindung darauf, daß in diesem Fall ein Laser verwendet werden kann, der in der Lage ist, einen Impulsstrahl mit sehr hoher Frequenz mittels elektrischer Einrichtungen mit überlegener Zuverlässigkeit auszusenden, das heißt ein Q-Switch YAG-Laser.
Fig. 5 ist ein dreidimensionales Rauhigkeitsdiagramm, das ein Beispiel für das Profil einer aufgerauhten Walzenoberfläche darstellt, die durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung gebildet wurden. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das in Fig. 5 gezeigte Muster beschränkt, sondern es ist möglich, ein universelles Muster zu ätzen, wobei dessen Erscheinungsbild automatisch durch die Bildverarbeitungseinrichtung 23 gebildet wird und anschließend durch den Laserplotter automatisch auf die Walzenoberfläche kopiert werden kann.
Ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Schritte wie etwa Entwicklung, Trocknen und ähnliches wegfallen und im Vergleich zu dem Ablauf des herkömmlichen Photoätzverfahrens in einem automatischen Betriebsablauf durchgeführt werden, so daß ein Betriebsvorgang nach dem Stand der Technik, bei dem etwa acht Stunden für eine Walze erforderlich waren, in annähernd sechzig Minuten beendet ist. Unter Berücksichtigung der Massenproduktion und der Arbeitskraftersparnis ist dies ein überlegenes Merkmal. Zusätzlich ist es eines der Merkmale gemäß vorliegender Erfindung, daß die bei vorstehend beschriebenem Photoätzverfahren erforderliche Bearbeitung in einer Dunkelkammer wegfallen kann.
Nachfolgend wird eine in der Praxis einsetzbare Anordnung des vorstehend beschriebenen Laserplotters und seiner Steuereinrichtung beschrieben. Wie bereits vorstehend erwähnt, wird das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung in der Weise durchgeführt, daß kurze Lichtimpulse durch einen Q-Switch auf die Walze zur Bildung eines Muster nebeneinander aufgestrahlt werden. In diesem Fall ist die Herstellung einer höchst genauen Übereinstimmung zwischen der Walzendrehzahl und der Ausstoßzeitgebung des Impulslasers erforderlich.
Weiter liegt ein Problem des vorstehend beschriebenen Verfahrens darin, daß der Leistungswert hinsichtlich bestimmter Impulse unregelmäßig ist. Wie aus der Anordnung der Punkte in den jeweiligen Reihen in Fig. 4 ersichtlich ist, liegt der Grund dafür in der Tatsache, daß ein einen Punkt in einer Reihe aufweisender Abschnitt und ein keinen Punkt aufweisender Abschnitt miteinander vermischt sind. Da die Abtastgeschwindigkeit konstant gehalten wird, wird zwischen den Punkten ein unregelmäßiger Zeitintervall erzeugt. Da die Energie pro Impuls im Fall einer kontinuierlichen Q-Switch-Erregung vom Zeitabstand der Impulse abhängig ist, führt dies dazu, daß die Impulsenergie direkt nach einem keinen Punkt aufweisenden Abschnitt recht hoch wird und die Punktgrößen unregelmäßig werden, so daß die Exaktheit des ausgebildeten Musters verringert wird.
Unter Bezug auf Fig. 6 wird nachfolgend ein praktisches Beispiel der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung beschrieben.
Der Laseroszillator 35 ist im Fall eines Nd-YAG-Lasers ein YAG-Stab. Der Laseroszillator 35 wird durch Licht aus einer nicht dargestellten Entladungslampe angeregt. Ein bekannter Laserresonator ist aus diesen Elementen, einem totalreflektierenden Spiegel 36 und einem halbreflektierenden Spiegel 36a zusammengesetzt. Ein erster optischer Modulator 37 ist zwischen den Resonatorspiegeln 36 und 36a angeordnet und ein akustisch-optisches Element oder ähnliches wird normalerweise als dieser Modulator verwendet. Eine Q-Switch-Oszillation wird durch Ein- oder Ausschalten des ersten optischen Modulators 37 durchgeführt. Ein zweiter optischer Modulator 37a ist in einem optischen Weg eines Laserstrahles 30 aus dem Resonator angeordnet. Dieser Modulator ist dem vorstehend erwähnten ersten optischen Modulator 37 ähnlich. Der durch den zweiten optischen Modulator 37a geführte Laserstrahl 30 wird durch einen Spiegel 38 und ähnliches in geeigneter Weise auf seinen optischen Weg umgelenkt, von einem Kondensor 39 fokussiert und anschließend auf die das Werkstück bildende Walze 1 aufgestrahlt.
Nachfolgend wird ein Steuerverfahren für die optischen Modulatoren 37 und 37a beschrieben. Ein als Bezugssignal zur Zeitgebung für die Impulserzeugung dienendes Hochfrequenzimpulssignal wird von einer mit einer Drehwelle der Walze 1 verbundenen Drehcodiereinrichtung 40 erzeugt. Da dieser Impuls nicht durch die Drehzahl der Walze, sondern in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Walze erzeugt wird, ist dies ein Signal, das exakt von der Walzenumdrehung gefolgt ist. Dieses Bezugssignal wird durch eine Zähleinrichtung 41 nach Erfordernis beispielsweise auf einen Bruchteil einer ganzen Zahl reduziert und anschließend in die Anzahl der Punkte für jeden Umfang der Walze 1 umgewandelt. Dabei gilt, daß der Freiheitsgrad der Frequenz des von der Zähleinrichtung 41 reduzierten Signales um so höher ist, je höher die Hochfrequenz des Signales der Drehcodiereinrichtung 40 ist, was dazu führt, daß bevorzugt eine Drehcodiereinrichtung 40 mit einer möglichst hohen Auflösung vorgesehen wird. Ein Treiber 42 zum Ansteuern des optischen Modulators 37 wird direkt unter Verwendung eines von der Zähleinrichtung 41 erzeugten Signales gesteuert.
Der Treiber 42 kann eine Hochfrequenzspannung erzeugen, falls der optische Modulator 37 ein akustisch-optisches Element ist. Dieses Signal wird ansprechend auf das Signal aus der Zähleinrichtung 41 ein- oder ausgeschaltet, um den optischen Modulator ein- oder auszuschalten. Da der Treiber 42 unter Verwendung eines Eingangssignales von der Zähleinrichtung 41 gesteuert wird, kann der optische Modulator 37 das Einschalten des Lasers an allen Punktpositionen auf der Oberfläche des Werkstückes 1 bewirken. Der Treiber 42a zum Ansteuern des optischen Modulators 37a kann den optischen Modulator 37a, ansprechend auf ein Zeittaktsignal, ansteuern, das von der Zähleinrichtung 41 auf der Basis von Daten (binär codierten Daten) ausgesendet wird, die in Form des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Punkten zur Erzeugung eines im Bildspeicher 43 gespeicherten und ausgebildeten Bildes angeordnet sind. Das heißt, daß der optische Modulator 37a so aufgebaut ist, daß der Laser nur an der Position eines Bildelementes an einer solchen Punktposition eingeschaltet wird, die zur Bildung eines Bildes oder von Bildern auf der Oberfläche des Werkstückes 1 erforderlich ist. Im praktischen Betrieb werden die Daten aus dem Bildspeicher 43 ansprechend auf ein Signal vom Frequenzwandler 41 ausgelesen, worauf der optische Modulatortreiber 42a durch ein Signal gesteuert wird, das ein Produkt der ausgelesenen Daten und ersterer Daten selbst enthält.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben.
Zur Vereinfachung der Beschreibung sind in Fig. 7(a) und 7(b) ein Modulationsvorgang nach dem Stand der Technik und die Wellenform eines Laserimpulses gemäß dem Modulationsvorgang nach dem Stand der Technik dargestellt. In Fig. 7(c) sind der erfindungsgemäße Vorgang und eine durch den erfindungsgemäßen Vorgang erhaltene Wellenform abgebildet.
Fig. 7(a) zeigt einen Fall, in dem der optische Modulator 37 zwischen den Resonatorspiegeln 36 und 36a angeordnet ist, was ein sogenanntes Q-Switch-Oszillationsverfahren ist. In diesem Fall ist ein bestimmtes Bildelement vorhanden, wobei der Einfachheit halber für das Bildelement selbst keine Punkte erforderlich sind. Wird der Zeitintervall der Impulse unregelmäßig, so zeigt ein Impuls unmittelbar nach vorstehend erwähntem langen Intervall eine hohe Spitzenleistung, wie in Fig. 7(a) dargestellt, was zur Erzeugung einer Unregelmäßigkeit führt.
Wie Fig. 7(b) zeigt, wird in dem Fall, daß der optische Modulator 37a außerhalb der Resonanzspiegel 36 und 36a angeordnet ist, der Wert jedes Impulses regelmäßig angeordnet, auch wenn es zu einem unregelmäßigen Impulsabstand kommt. Der Spitzenleistungswert ist jedoch recht niedrig, was dazu führt, daß die Aufstrahlungszeit verlängert wird, wodurch, wie vorstehend beschrieben, eine Unregelmäßigkeit erzeugt wird.
Im Gegensatz dazu wird der Vorgang gemäß vorliegender Erfindung, wie in Fig. 7(c) dargestellt, in der Weise durchgeführt, daß der optische Modulator 37 den Laser bei allen Bildelementen einschaltet, was dazu führt, daß die Laserimpulswellenform unmittelbar nach dem Spiegel 36a zu der in Fig. 7(c) in gerader Linie dargestellten Wellenform wird, zu der eine punktierte Linie hinzugefügt ist, das heißt eine Wellenform mit gleichen Abständen, und die Spitzenleistungswerte sind in allen Impulsen einander gleich. Darüber hinaus werden nicht erforderliche Impulse durch den optischen Modulator 37a abgeschirmt, wodurch eine Reihe von Impulswellen mit unregelmäßigen Abständen und gleichen Spitzenleistungswerten, wie in Fig. 7(c) durch eine durchgezogene Linie dargestellt, erzielt werden kann. Fig. 7(d) zeigt schematisch eine Reihe von Punkten 44, die durch diesen Laserimpuls gebildet werden. Bei dem in Fig. 7(a) gezeigten Vorgang weisen Punkte 45 nach Freilassen eines bestimmten Abstandes bezüglich der Größe jedes Punktes 44 verschiedene Größen auf. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jedoch Punkte 46 gebildet, die die gleiche Größe wie die anderen Punkte 44 haben.
Mit vorstehend beschriebener Anordnung ist es möglich, eine exakte Steuerung einer Punktposition während eines Verfahrens zur Oberflächenbearbeitung der Walze mit einem Q-Switch und einem Impuls eines YAG-Lasers durchzuführen und dadurch die unregelmäßige Punktgröße zu eliminieren, so daß eine exakte Musterbildung erzielbar ist.
Als alternatives Verfahren gemäß vorliegender Erfindung kann, wie in Fig. 8 gezeigt, eine Anordnung in Betracht gezogen werden, bei der ein von einem Resonator 9a abgegebener Laserstrahl durch spektroskopische Spiegel 47a, 47b und 47c in mehrere Strahlen geteilt wird, jeder der geteilten Laserstrahlen unabhängig durch optische Modulatoren 37a, 37b und 37c ein- und ausgeschaltet wird und gleichzeitig der Strahl auf die Oberfläche der Walze 1 aufgestrahlt wird. Gemäß diesem Verfahren wird jeder der optischen Modulatoren 37a, 37b und 37c durch separate Daten gesteuert. Dieses Verfahren ist als Mittel zur Verbesserung der Bearbeitungsgeschwindigkeit wirksam.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die folgenden Betriebsabläufe erzeugen.
(a) Da der Laseroszillator nur einen dünnen Harzfilm verdampfen kann, ist es möglich, einen Hochfrequenzimpulsstrahl mit einer niedrigen Ausgangsleistung mit kurzer Wellenlänge anzuwenden. Ferner kann ein feineres Muster gebildet werden. Darüber hinaus wird kein mechanischer Zerhacker verwendet, was dazu führt, daß das Ein- und Ausschalten des Laserimpulses frei steuerbar ist und ein frei gewähltes Muster geformt werden kann.
(b) Da die Walzenumdrehung und die Impulsstrahl-Ausstoßzeitgebung elektrisch gekoppelt sind, ist es möglich, ein exaktes Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen herzustellen, ohne daß eine Musterverschiebung auftritt, wobei keine Abhängigkeit von der Exaktheit der Drehzahlsteuerung eines Motors oder ähnlichem besteht.
(c) Da das Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen durch ein Ätzverfahren gebildet wird, existiert keine durch Schmelzen erzeugte Austenitschicht an den gebildeten Vorsprüngen und Vertiefungen der Walze, so daß die mit Vorsprüngen und Vertiefungen versehene Walzwerkswalze überlegene Verschleißfestigkeitseigenschaften aufweist.
(d) Das Verfahren weist einfache Schritte auf, erfordert keine Bearbeitung in einer Dunkelkammer, wie etwa Photoätzvorgänge oder ähnliches, und ein automatischer Betriebsablauf kann verwirklicht werden, wobei die Herstellungskosten durch die Arbeitseinsparung geringer sind.
Gemäß vorliegender Erfindung kann eine Walzwerkswalze mit einem Muster aus verschiedenen feinen Vorsprüngen und Vertiefungen, die durch ein herkömmliches Strahlverfahren oder eine Laserbearbeitung nicht hergestellt werden könnte, effizient und kostengünstiger als durch ein Photoätzverfahren hergestellt werden. In diesem Fall skann eine exaktere und feinere Musterbildung mit dem Q- Switch und einem YAG-Laser durchgeführt werden. Demgemäß ist es möglich, unter Verwendung dieser Walzwerkswalze kostengünstig eine große Menge von Stahlblechen her zustellen, die überlegene Oberflächeneigenschaften für die Preßformung oder Dekorationseigenschaften aufweisen.
Nachfolgend werden die mit einem Oberflächenmuster durch Anwendung vorstehend beschriebener Walze versehenen Stahlbleche sowie ihr Herstellungsverfahren beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben erhält die herkömmliche Walze zur Verwendung in der Herstellung von Stahlblechen mit Mikromustern auf ihrer Oberfläche durch Strahlmittelbearbeitung oder eine Laserstrahlbearbeitung eine aufgerauhte Oberfläche. Eine Walze herkömmlicher Bauart kann die angestrebte Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht lösen. Angesichts dieser Tatsache wird eine Ätzbearbeitung angewandt, um sie für die vorstehend erwähnte Aufgabe einzusetzen. Dieses Ätzverfahren wird auf die Walzwerkswalze angewandt.
Wie in einem Verfahrensablauf in Fig. 17 dargestellt, wird auf die Walzenoberfläche ein Resist aufgetragen und diese damit beschichtet, ein Film, der beispielsweise ein gewünschtes Muster aufweist, wird aufgetragen, um die Oberfläche abzudecken, worauf die Walze belichtet und entwickelt wird, und daraufhin wird ein Ätzverfahren angewandt, oder ein Laserstrahl wird auf das Resist in einem gewünschten Muster zum Entfernen des Resists aufgestrahlt, worauf die Ätzbearbeitung durchgeführt wird, um ein Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen auf der Walze zu erzeugen, wie in Fig. 16 dargestellt. Diese Walze wird zur Durchführung einer Kaltnachwalzbearbeitung an einem kaltgewalzten Stahlblech verwendet. Das dadurch am Stahlblech erhaltene Muster aus Vorsprüngen und Vertiefungen ist ebenfalls in Fig. 16 dargestellt.
Die Überprüfung dieser Formen von Vorsprüngen und Vertiefungen der Walzenoberfläche zeigt offensichtlich, daß ein überragend exaktes Motiv mit Vorsprüngen mit flacher Oberseite gebildet wird, ungeachtet eines Vergleichs mit Fig. 5 der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62- 11922 und Fig. 1 der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-168602.
Auf die Oberfläche dieser Stahlbleche wurde Schmieröl aufgetragen und die Preßbearbeitungseigenschaften wurden bewertet. Das Bewertungsverfahren wurde in der Weise durchgeführt, daß, wie in Fig. 18 dargestellt, eine Schubkraft von 980,6 N (100 kgf) an ein Werkzeug 61 mit sphärischer Oberfläche und einer Spitze von 20 mmR von beiden Seiten einer Probe 60 zunächst angelegt wurde, worauf ein Gleitwiderstand durch ein Gleitprüfverfahren gemessen wurde, bei dem die Probe in einer senkrecht zur Druckkraft 62 gerichteten Richtung 63 herausgezogen wurde. Selbstverständlich ist, wie vorstehend beschrieben, eine Probe mit geringem Widerstand hinsichtlich der Preßbearbeitungseigenschaften überlegen.
Fig. 19 zeigt das Versuchsergebnis zum Gleitwiderstand. Wie Fig. 19 zeigt, ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß der Gleitwiderstand eines Stahlbleches mit beckenartigen Vertiefungen niedrig ist und zusätzlich ein im wesentlichen konstanter Gleitwiderstand auftritt, der in keinerlei Beziehung zu einer Oberflächenrauhigkeit Ra steht. Im Fall eines Musters mit rillenartigen Vertiefungen ist der Gleitwiderstand hingegen relativ hoch und dieser Gleitwiderstand nimmt mit zunehmendem Ra-Wert zu. Durch eine strahlbearbeitete Walze herkömmlicher Bauart oder durch eine mittels eines Lasermattierungsvorganges mit Vorsprüngen und Vertiefungen versehene Walze hergestellte Stahlbleche sind in der Figur als Vergleichsbeispiel dargestellt (nach dem Stand der Technik bearbeitetes Material). Diese sind in einem Mittelbereich des Stahlbleches mit Oberflächenvertiefungen wie den oben erwähnten becken- oder rillenartigen Vertiefungen angeordnet. Dieser Mechanismus kann wie folgt analysiert werden.
Wenn das Werkzeug und das Stahlblech relativ zueinander gleiten, wird das in den Vertiefungen gehaltene Schmieröl durch das Werkzeug druckbeaufschlagt und somit durch diesen Druck auf die Gleitfläche ausgetragen, um so eine Schmierwirkung zu entfalten.
Im Fall von rillenartigen Vertiefungen hingegen ist das Öl in diesen nicht eingeschlossen, so daß das Schmiermittel einfach gemeinsam mit dem Werkzeug entlang den rillenartigen Vertiefungen ausgetragen wird, wodurch keine Ölzufuhr zu den wichtigsten Teilen erfolgt. Demgemäß ist der Gleitwiderstand hoch und diese Bauart ist nicht für die Preßbearbeitung geeignet.
Was das Verhältnis des durch die strahlbearbeitete Walze in einem System herkömmlicher Bauart hergestellten Stahlbleches bezüglich dem Gleitwiderstand betrifft, so ist dies zu erklären, wenn die Vorsprünge und Vertiefungen in der Oberfläche eine zufällige Formgestaltung haben und die Struktur der Vorsprünge und Vertiefungen als eine solche betrachtet wird, bei der beckenartige Vertiefungen und rillenartige Vertiefungen gemischt vorhanden sind. Im Fall eines durch die lasermattierte Walze hergestellten Stahlbleches ist die Form seiner Vertiefungen scharfkantig und der Rand der Vertiefung ist geschnitten und aufgeworfen, so daß das Schmiermittel kaum ausgetragen wird, wenn Druck auftritt. Demgemäß zeigen Materialien herkömmlicher Bauart einen Gleitwiderstand, der im Mittelbereich des Stahlbleches mit rillenartigen Vertiefungen und beckenartigen Vertiefungen liegt.
Nachfolgend werden die Reflexionsschärfeeigenschaften beschrieben. Der DOI-Wert vor und nach Beschichten der Stahlbleche ist in Fig. 20 angegeben. Die Beschichtungsbedingung ist so eingestellt, daß nach der Bearbeitung eines Untergrundteiles ein galvanisches Verfahren angewendet wird, um eine vertikale Beschichtung einmal durchzuführen. Wie Fig. 20 zeigt, weist das Material mit einem hohen DOI-Wert vor dem Beschichtungsvorgang auch nach der Durchführung des Beschichtungsvorganges einen hohen DOI-Wert auf. Das Material mit einem hohen DOI- Wert vor dem Beschichtungsvorgang hat einen hohen Anteil von flachen Bereichen und eine niedrige Oberflächenrauhigkeit.
In Fig. 20 zeigt eine Überprüfung eines verbesserten DOI-Grenzwertes nach der Beschichtung gegenüber demselben DOI-Wert vor der Beschichtung, daß die Verbesserungsspanne des Stahlbleches mit rillenartigen Vertiefungen hoch ist und die Vorsprünge und Vertiefungen in der Oberfläche problemlos ausgeglichen werden können. Im Fall des durch eine strahlbearbeitete Walze hergestellten Stahlbleches sind die DOI-Werte vor und nach den Beschichtungsvorgängen niedrig und die Reflexionsschärfeeigenschaft ist verschlechtert. Im Fall des durch ein Lasermattierungsverfahren erhaltenen Stahlbleches ist die Verbesserungsspanne des DOI-Wertes durch den Beschichtungsvorgang niedrig.
Unter Berücksichtigung der wie vorstehend beschrieben durch die Grundlagenversuche erhaltenen Kenntnisse wird offensichtlich, daß das Muster mit beckenartigen Vertiefungen und zusammenhängenden rillenartigen Vertiefungen, die auf der Oberfläche des Stahlbleches angeordnet sind, für ein Stahlblech, das sowohl zufriedenstellende Preßbearbeitungseigenschaften als auch eine zufriedenstellende Reflexionsschärfe aufweist, überlegen ist. Als Form der Anordnung dieses Musters können zwei Fälle vorgesehen sein. Einer davon (Fall 1) zeigt ein Muster, in dem beckenartige Vertiefungen 51 und rillenartige Vertiefungen 52 wechselweise angeordnet sind, wie schematisch in Fig. 11 dargestellt. Bei der Durchführung eines Preßbearbeitungsvorganges wird das innerhalb der beckenartigen Vertiefungen 51 in Fig. 11 gehaltene Schmiermittel vom Werkzeug mit Druck beaufschlagt und auf einen flachen Teil 53 ausgetragen, wo das Werkzeug mit dem Material in Berührung steht, um so wirksame Schmiereigenschaften zu entfalten. Während des Beschichtungsvorganges hingegen können die rillenartigen Vertiefungen 52 einen Flußweg für die Beschichtung bilden, was zur Herstellung einer gleichmäßigen Beschichtung mit verbesserter Reflexionsschärfe führt.
In einem anderen Fall (Fall 2) erfolgt die Anordnung der beckenartigen Vertiefungen und der rillenartigen Vertiefungen an separaten Positionen auf dem Stahlblech in Abhängigkeit von der Form des preßgeformten Produkts.
Wenn das Stahlblech 54 preßgeformt wird, ist die wichtigste Stelle ein Teil 54a des Stahlbleches, der mit der in Fig. 14 gezeigten Preßform 57 in Berührung kommt. Eine Stelle, an der demgegenüber die Reflexionsschärfeeigenschaften erforderlich sind, ist ein Teil 54b des Stahlbleches, der einer Oberfläche des Oberstempels 55 entspricht. Dementsprechend wird, wenn die Form des ausgeformten Produktes bekannt ist, das beckenartige Muster am Stahlblechteil 54a und das rillenartige Muster am Stahlblechteil 54b ausgebildet.
Diese Stahlbleche werden durch Kaltnachwalzen mittels Walzen mit Vorsprüngen und Vertiefungen erhalten, die denjenigen der Stahlbleche entgegengesetzt sind. In diesem Fall kann ein gewünschtes Stahlblech durch einen in Fig. 16 dargestellten Kaltnachwalzvorgang durch Walzen hergestellt werden, die sowohl Vertiefungen des beckenartigen Typs als auch des rillenartigen Typs aufweisen. Andernfalls wird das Kaltnachwalzen mit einer Walze durchgeführt, die entweder beckenartige Vertiefungen oder rillenartige Vertiefungen aufweist, und anschließend mit einer weiteren Walze, die jeweils der ersteren Walze entgegengesetzte Vertiefungen aufweist.
Ein Verfahren zum Aufbringen eines bevorzugten Musters auf das Stahlblech während eines erneuten Kaltnachwalzvorganges wird nachfolgend beschrieben. Beispielsweise werden auf ein einmal mit einer Walze mit rechteckigen Vertiefungen mit einer Seitenlänge (a) kaltnachgewalztes Stahlblech rillenartige Vertiefungen übertragen, um so die Vorsprünge mit einer Seite (a) zu umschließen. In diesem Zustand ist die Preßwalzbearbeitbarkeit nicht immer mit hervorragend, auch wenn die Reflexionsschärfeeigenschaften überragend sind. Dementsprechend ist es erforderlich, nur die beckenartigen Vertiefungen getrennt durch den zweiten Kaltnachwalzvorgang an den Vorsprüngen mit einer Seite (a) zu bilden. Aufgrund dieser Tatsache wird die mit rillenartigen Vertiefungen (in anderen Worten den Vorsprüngen mit einer Seite (b)) versehene Walze angewendet, wobei es erforderlich ist, die folgende Gleichung (1) zu erfüllen. In dieser Gleichung bezeichnet l den Abstand der Vorsprünge und Vertiefungen in der zweiten Kaltnachwalzwalze.
l + b < a ..... (1)
In Fig. 21 ist schematisch eine räumliche Beziehung dieser Elemente dargestellt. In Fig. 21 bezeichnet Bezugszeichen 71 eine Schnittfläche des Oberflächenteiles des durch den ersten Kaltnachwalzvorgang erhaltenen Stahlbleches, bei dem ein Vorsprung 73 mit einer Seitenlänge (a) zusammen mit den rillenartigen Vertiefungen 72 ausgebildet wird. Das heißt, für den ersten Kaltnachwalzvorgang wird eine mit einer rechteckigen Vertiefung mit einer Seitenlänge (a) versehene Walze verwendet.
In dem Fall, daß dieses Stahlblech mit voneinander beabstandeten beckenartigen Vertiefungen 76 mit einem Abstand l und einer Breite (b) versehen wird, indem eine zweite Kaltnachwalzwalze 75 mit beckenartigen Vorsprüngen 74 mit einem Abstand l und einer Breite (b) verwendet wird, muß die oben erwähnte Gleichung (1) erfüllt sein.
Fig. 22 zeigt einen Fall, in dem das durch den ersten Kaltnachwalzvorgang erhaltene Stahlblech 71 beckenartige Vertiefungen 76, die zueinander in einem Abstand l angeordnet sind und eine Breite (b) aufweisen, hat. Wie Fig. 22 zeigt, sind die beabstandeten beckenartigen Vertiefungen 76 mit einem Abstand l und einer Seitenlänge (b) auf das Stahlblech 71 durch einen ersten Kaltnachwalzvorgang aufgebracht und anschließend kann auch eine Walze mit beabstandeten beckenartigen Vertiefungen 77 mit einer Seite (a) verwendet werden, um so die vorstehende Gleichung (1) durch den zweiten Kaltnachwalzvorgang zu erfüllen.
Nachfolgend wird eine geeignete Größe dieser kleinsten Oberflächenmuster beschrieben.
Um das Auftreten von Problemen, wie zum Beispiel Rissen während der Preßformbearbeitung zu verhindern, ist es erforderlich, Schmiermittel in den beckenartigen Vertiefungen zu halten. Um das Anhaften an der Form, wie vorstehend beschrieben, zu verhindern, ist es erforderlich, Vertiefungen vorzusehen, um die während des Preßbearbeitungsvorganges erzeugten Abriebstäube festzuhalten. Das in den in Fig. 11 dargestellten beckenartigen Vertiefungen 51 eingelagerte Schmieröl fließt nach außen auf den flachen Teil 53, um einen metallischen Kontakt zwischen dem flachen Teil 53 und dem Werkzeug zu verhindern. Während dieses Vorganges wird angenommen, daß die Mindestfilmstärke des Schmieröls, die an seiner Kontaktfläche erforderlich ist, etwa 1 um beträgt, und weiter wird angenommen, daß die Oberflächengebiete der beckenartigen Vertiefungen 52 und des flachen Teils 53 als Sa und Sb definiert sind, wobei eine Tiefe d (um) der beckenartigen Vertiefung 51 folgendermaßen ausgedrückt werden kann:
d ≥ (Sb/Sa)
Das heißt, daß, wenn die Fläche des flachen Abschnittes 53 größer ist als die der beckenartigen Vertiefungen 51, die Tiefe der beckenartigen Vertiefungen groß ist, während sie in dem Fall, in dem ersteres entgegengesetzt zu letzterem ist, flach sein kann. Vorausgesetzt, daß ein Wert von Sb/Sa zu hoch ist, wie vorstehend unter Bezug auf den Walzvorgang mit der lasermattierten Walze beschrieben, besteht die Gefahr, daß eine Situation auftritt, in der dem flachen Teil keine ausreichende Schmierölmenge zugeführt wird. Dieser Fall kann ausgedrückt werden als
(Sb/Sa) ≤ 5.
Eine Verringerung des Wertes (Sb/Sa) kann zu einer Erhöhung des Rückhalteraumes für Schmieröl in den beckenartigen Vertiefungen führen, was für die Durchführung der Preßformbearbeitung wirksam ist. Die Fläche der flachen Oberfläche 53 wiederum wird jedoch verringert und die Reflexionsschärfe verschlechtert. Vorausgesetzt, daß das Werkstück den Beschichtungsvorgang durchläuft, wird die Reflexionsschärfe nach der Beschichtung unter der Auswirkung von seitlichen Rillen stärker verbessert.
In diesem Fall wird angenommen, daß dies als weitreichendes Problem verstanden wird, und auch wenn die Beschichtung nicht aufgetragen wird, ist eine bessere Reflexionsschärfe sichergestellt. Gemäß diesem technischen Konzept ist ein Verhältnis von
(Sb/Sa) ≥ 0,5
geeignet. Somit ist das folgende Verhältnis von
0,5 ≤ (Sb/Sa) ≤ 5,0
geeignet. Hinsichtlich der Tiefe (d) kann, wie vorstehend beschrieben, ein Verhältnis von d ≥ (Sb/Sa) Anwendung finden. Wird jedoch angenommen, daß eine Festhaltefunktion für den durch den Formabrieb verursachten Eisenstaub berücksichtigt wird, so ist ein Verhältnis von d > 2,0 (um) bevorzugt.
Unter der Voraussetzung, daß die vorstehend genannten Beziehungen nur als Beispiel angegeben sind, und in dem Fall, in dem eine übermäßige Streckbearbeitung durchgeführt wird, wie zum Beispiel bei einer Badewanne, oder wenn bei einem Teil der Formabrieb ein größeres Problem bildet, wird ferner ein Verhältnis von d > 10,0 (um) erzeugt, und im Fall einer Umformung geringeren Umfangs ist der Wert (d) niedrig und ein Verhältnis von
(Sb/Sa) ≥ 10
wird erzeugt.
Betreffend die Form der beckenartigen Vertiefungen ist das in Fig. 11 gezeigte Muster natürlich nur ein Beispiel und so ist es nicht notwendig, dies auf eine rechteckige Form zu beschränken. Obgleich die ebene Oberfläche, wie vorstehend beschrieben, durch Verwendung der mittels eines Ätzverfahrens, das in Form eines Beispiels in Fig. 17 dargestellt ist, hergestellten Walze erzielt werden kann, ist deren Tiefe notwendigerweise in Abhängigkeit von den Kaltnachwalzbedingungen verschieden.
Nachfolgend wird der Einfluß des Kaltnachwalzabnahmegrades beschrieben. Mit Erhöhung des Kaltnachwalzabnahmegrades werden, wie in Fig. 12 dargestellt, die Vorsprünge und Vertiefungen der Walze in tiefer Ausbildung auf das Stahlblech übertragen, was dazu führt, daß eine vorbestimmte Form der Vorsprünge und Vertiefungen des Stahlbleches leicht erzielbar ist. Ist der Walzabnahmegrad gering, so ist auch der Übertragungsgrad niedrig und eine vorbestimmte Form kann möglicherweise nicht erzielt werden. Demgemäß ist es bevorzugt, einen Abnahmegrad von mehr als 0,3 % zu verwenden. Unter der Voraussetzung, daß, wie in Fig. 13 gezeigt, der Abnahmegrad erhöht wird, verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften des Stahlbleches selbst (eine Fließspannung Ys und eine Dehnung El), und auch die Preßbearbeitbarkeit wird verschlechtert. Das heißt, Ys wird erhöht und El wird verringert. Aus vorstehenden Gründen ist es bevorzugt, den Kaltnachwalzvorgang innerhalb des in Fig. 12 dargestellten Abnahmegradbereiches durchzuführen, das heißt, innerhalb eines Abnahmegradbereiches von 2,0%.
Nachfolgend werden die Eigenschaften des Stahlbleches gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf dessen Beispiel erläutert.
Ein Beispiel für ein Ergebnis der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Struktur von Vorsprüngen und Vertiefungen gemäß vorliegender Erfindung auf ein kohlenstoffarmes, aluminiumberuhigtes Stahlblech mit einer Stärke von 0,6 mm aufgebracht wird, ist in Fig. 15 dargestellt. Die dabei verwendete Walze ist eine blanke Kaltwalzwalze (3% Cr-Stahl), die durch vorstehend beschriebenen Ätzvorgang mit zu den in Fig. 15 gezeigten Vorsprüngen und Vertiefungen entgegengesetzten Vorsprüngen und Vertiefungen versehen ist. Ein Rz-Wert dieser Walze (der maximale Abstufungsunterschied von Vorsprüngen und Vertiefungen) beträgt 20 um. Als Ergebnis eines Walzvorganges mit einem Abnahmegrad von 0,6 bis 1,5% ist der Rz-Wert des Stahlbleches 4 bis 10 um. Eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften lag ebenfalls in einem Bereich, in dem kein Problem auftritt.
Die jeweiligen Ergebnisse einer Gleitprüfung und einer Beschichtungsprüfung unter Verwendung dieses Stahlblesches sind in Fig. 19 bzw. Fig. 20 dargestellt. Ein Gleitwiderstand zur Darstellung der Leistungsfähigkeit der Preßformungseigenschaften liegt im selben Niveau wie derjenige der beckenartigen Vertiefungen, wobei sich ein recht niedriger Gleitwiderstand bei einem vorläufigen Experiment zeigt. Auch hinsichtlich der Reflexionsschärfe konnte ein Ergebnis auf demselben Niveau wie bei rillenartigen Vertiefungen erzielt werden.
Das dünne Stahlblech gemäß vorliegender Erfindung hat eine Struktur von Vorsprüngen und Vertiefungen, die hinsichtlich der Reflexionsschärfe nach der Beschichtung überlegen ist und problemlos unter Verwendung der das Muster von Vorsprüngen und Vertiefungen durch einen Kaltnachwalzvorgang übertragenden Walzwerkswalze hergestellt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Bildung eines Mikromusters auf der Oberfläche einer Walzwerkswalze, dadurch gekennzeichnet daß das Verfahren die Schritte umfaßt:

(i) Bilden eines Filmes aus säurekorrosionsbeständigem Material auf der Oberfläche der Walzwerkswalze durch Auftragen einer eine säurekorrosionsbeständige Harzlösung und einen lichtabsorbierenden, ein Pigment oder Rußschwarz enthaltenden Wirkstoff umfassenden Lösung,

(ii) Bestrahlen des Materials in einem gewünschten Muster mit einem YAG-Laser in Verbindung mit einem Q- Switch, um dadurch das Harz zu entfernen und die Oberfläche der Walzwerkswalze in den bestrahlten Bereichen in Übereinstimmung mit dem gewünschten Muster freizulegen, wobei die Leistung des Lasers nicht ausreicht, um die Oberfläche der Walze zu schmelzen,

(iii) Ätzen der freigelegten Abschnitte mit einer Ätzlösung, und

(iv) Entfernen des verbleibenden Harzes durch Auflösen in einem Lösungsmittel.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Film eine Stärke von 1 bis 10 um hat.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, umfassend:

(a) eine Einrichtung zum Haltern und Drehen der Walzwerkswalze,

(b) eine Einrichtung zum Beschichten der Walzwerkswalze mit säurekorrosionsbeständigem Material,

c) einen Laserplotter, umfassend einen Laseroszillator zum Bestrahlen der Beschichtung in impulsartiger Weise, ansprechend auf ein elektrisches Signal, und Einrichtungen zum Führen und Fokussieren des Lasers auf die Beschichtung,

d) eine Einrichtung zum Auftragen einer Ätzlösung auf die Oberfläche der Walzwerkswalze,

e) Einrichtungen zum unabhängigen oder gleichzeitigen Bewegen des Laserplotters, der Beschichtungseinrichtung und der Ätzeinrichtung in axialer Richtung der Walzwerkswalze,

f) eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Erstellung eines auf der Walzenoberfläche auszubildenden Musters, zum Reduzieren des Musters auf eine Vielzahl von Punkten, um eine Binärcodierung durchzuführen und eine Reihe von Plotdaten zu erstellen, und

g) eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Impulsemissionszeit des Laserplotters, ansprechend auf die Plotdaten und ein von einer Einrichtung zum Erfassen des Drehwinkels der Walzwerkswalze ausgesendetes Signal.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Laserplotter mit einem YAG-Laseroszillator, einem zwischen zwei Resonanzspiegeln im Laseroszillator angeordneten ersten optischen Modulator und einem in der Mitte des Laserstrahlweges aus dem Laseroszillator angeordneten zweiten optischen Modulators versehen ist;

die Einrichtung zum Drehen der Walze mit einer eine Drehcodiereinrichtung umfassenden Einrichtung zum Erfassen des Drehwinkels der Walzwerkswalze versehen ist;

die Steuereinrichtung einen ersten optischen Modulatortreiber zum Ansteuern des ersten optischen Modulators, ansprechend auf ein Taktsignal von der Drehcodiereinrichtung, und einen zweiten optischen Modulatortreiber zum Ansteuern des zweiten optischen Modulators einschließt, ansprechend auf Teile des Taktsignals, die mit Bezug auf die Plotdaten entsprechend Punkten für das erforderliche Mikromuster vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Laserplotter mit mehreren zweiten optischen Modulatoren versehen ist und weiterhin mit einem Spektroskop versehen ist, das zwischen dem Laseroszillator und den zweiten optischen Modulatoren angeordnet ist und zum Teilen des Laserstrahles in mehrere Strahlen entsprechend der Anzahl der zweiten optischen Modulatoren eingerichtet ist.

6. Walzwerkswalze, hergestellt mittels eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Oberflächenmuster, das unabhängige trapezförmige Vorsprünge mit flacher Oberseite und/oder zusammenhängende netzartige Vorsprünge mit flacher Oberseite umfaßt.

7. Verfahren zur Erzeugung eines Metallbleches für die Preßformung, umfassend die Erzeugung von ersten und zweiten Walzwerkswalzen durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die jeweils eine Oberfläche aufweisen, die unabhängige trapezförmige Vorsprünge mit flacher Oberseite und zusammenhängende netzartige Vorsprünge mit flacher Oberseite umfaßt, sowie aufeinanderfolgendes Kaltnachwalzen des Metallbleches mit der ersten und der zweiten Walze.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Walzwerkswalze zusammenhängende netzartige Vorsprünge mit flacher Oberseite umfaßt, die einen Abstand aufweisen, der größer ist als die Summe einer Breite und eines Abstandes der unabhängigen trapezförmigen Vorsprünge auf der anderen Walzwerkswalze.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Metallblech mit einem Abnahmegrad von 0,3 bis 2% kaltnachgewalzt wird.

10. Metallblech, hergestellt durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, umfassend unabhängige beckenartige Vertiefungen, die an bestimmten Orten angeordnet sind, und zusammenhängende netzartige rillenartige Vertiefungen, die die Umfänge der beckenartigen Vertiefungen einschließen.

11. Metallblech, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, umfassend unabhängige beckenartige Vertiefungen, die in ersten Bereichen der Blechoberfläche angeordnet sind, und zusammenhängende netzartige rillenartige Vertiefungen, die in zweiten Bereichen der Blechoberfläche angeordnet sind.