DE69626622T2

DE69626622T2 - Methode zum oberflächenbearbeiten von heissgewalzten stahlmaterial

Info

Publication number: DE69626622T2
Application number: DE69626622T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Amagasa; Hayashi Kanji; Takeshi Hirabayashi; Tetsuo Ichikizaki; Shigeru Isoyama; Shigefumi Katsura; Motofumi Kuroda; Tadashi Nakagawa; Hideyuki Nikaido; Masuto Shimizu; Mitsuhiro Takagi; Tashiro Shozo; Atsushi Yuki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2016-07-24
Also published as: EP1213075A3; WO1997003778A1; DE69633751T2; KR970706095A; EP1213077B1; DE69633689T2; CN1066657C; EP1213075A2; CN1166803A; US5951220A; EP1213075B1; CA2200740C; CA2200740A1; US6192564B1; US6195859B1; EP0790093A1; DE69633689D1; KR100249543B1; EP1213077A2; DE69626622D1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Oberflächenbearbeiten warmgewalzter Stahlprodukte, insbesondere breiter warmgewalzter Langbleche, und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Oberflächenbearbeiten, welche vorteilhaft bei der Entfernung erhabener Abschnitte (Vorsprünge) und Grate sind, die in einem Verbindungsbereich durch einem Stumpfstoß halbfertiger Stahlprodukte, wie z. B. Vorbleche, Platten, Barren und Vorblöcke erzeugt werden.

STAND DER TECHNIK

Bezüglich der Technologien zur Durchführung einer Reparatur von Defekten, die auf der Oberfläche von warmgewalzten Stahlprodukten, wie z. B. Vorblechen, während des Warmwalzprozesses erzeugt werden, und für die Entfernung von Vorsprüngen, die unvermeidlich in dem Verbindungsabschnitt in dem Strangwarmwalzprozeß erzeugt werden, in welchen die Walzung durch Stumpfstoßverbindung des hinteren Endes des vorauslaufenden Stahlproduktes mit dem vorderen Ende des nachfolgenden Stahlproduktes erzeugt wird, wurden bereits viele Vorschläge in der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 57-137008, der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-160707, der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5-23706, der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5-104261, der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 57-91856, und der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 53-112593 usw. gemacht.
Diese Technologien haben jedoch die Nachteile, daß ein Bruchproblem bei einem warmgewalzten Stahlproduktes (hierin nachstehend einfach als Stahlprodukt bezeichnet) beim Planfräsen des Stahlproduktes entsteht, und daß keine Verbesserung im Fräswirkungsgrad erreicht werden kann, da die Lebensdauer der Schneidkante kurz ist und keine schnelle Aktion unternommen werden kann, wenn ein lokaler Verschleiß der Schneidkante auftritt. Ferner liegen Probleme dahingehend vor, daß es schwierig ist, eine vorbestimmte Toleranz beim Fräsen eines Stahlproduktes einzustellen, daß das Gerät durch den Kontakt der Schneidkanten, welche das Stahlprodukt von der Oberseite und Unterseite schneiden, beschädigt wird, daß durch das Bearbeiten erzeugte Späne nicht gut beseitigt werden können, und daß ein Flattern des Stahlproduktes während des Fräsprozesses auftritt.
Eine Aufgabe der vorstehenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, welche die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Probleme, welche bei Planfräsung von Stahlprodukten auftreten, lösen kann.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

1) Die vorliegende Erfindung stellt ein Planfräsverfahren für Stahlprodukte bereit, in welchem beim Fräsen der oberen und unteren Oberflächen eines Stahlproduktes durch die Rotation von Fräswerkzeugen, die das Stahlprodukts dazwischen in der halten, in der Dickenrichtung in dem Transportprozeß des einen Verbindungsabschnitt aufweisenden Stahlproduktes, der Schneidwiderstand, der durch die den Typ des Stahlprodukts, die Temperatur beim Fräsen, und die Frästiefe umfassenden Fräsbedingungen bestimmt wird, durch die Einstellung der Frästiefe gesteuert wird, und der Fräsvorgang ausgeführt wird, indem die auf das Stahlprodukt durch den Schneidwiderstand erzeugte Zugspannung niedriger als die Bruchfestigkeit des Verbindungsabschnittes gemacht wird, um den Bruch des Stahlproduktes zu verhindern (Anspruch 1)
2) In dem vorstehenden Punkt 1) werden ein plötzlicher Temperaturanstieg des Stahlproduktes auf der Eingangsseite des Fräswerkzeuges detektiert, das Stahlprodukt zwischen dem Fräswerkzeug auf der Basis des detektierten Signals gehalten und die Oberflächen des Verbindungsabschnittes einschließlich des benachbarten Abschnittes des Stahlproduktes gefräst (Anspruch 2).
3) In dem vorstehenden Punkt 1) genügt, wenn die Stahlproduktdurchlaufrichtung, und die Rotationsrichtung des Fräswerkzeugs auf der Fräsoberfläche entgegengesetzt sind, die Einstellung der einseitigen Frästiefe t der nachstehenden Gleichung (1) (Anspruch 3).
t ≤ σb·(b - 2w)·T/{2Sf·C·exp[A/(Tk + 273)]·b·VM/Vc + 2σb·(b - 2w)) (1)
wobei
t: die einseitige Frästiefe ist (mm)
Sf: ein Sicherheitsfaktor ist
σb: die Festigkeit des Verbindungsabschnittes des Stahlprodukts unter Berücksichtigung der Temperatur ist (N/mm²)
b: die Breite des Stahlproduktes (mm) ist
w: die einseitige unverbundene Länge in der Blechbreitenrichtung an dem Verbindungsabschnitt des Stahlproduktes ist (mm)
T: die Dicke des Stahlproduktes (mm) ist
C: eine Konstante ist, die durch den Typ des Stahlproduktes (N/mm²) festgelegt ist
A: eine Konstante ist, die durch den Typ des Stahlproduktes festgelegt (ºC)
Tk: die Temperatur des Stahlproduktes beim Fräsen ist (ºC)
VM: die Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlproduktes ist (mm/s)
Vc: die Umfangsgeschwindigkeit der Fräswerkzeugschneidkante ist (mm/s)
4) In dem vorstehenden Punkt 1) genügt, wenn die Stahlproduktdurchlaufrichtung und die Rotationsrichtung des Fräswerkzeugs auf der Fräsoberfläche zueinander gleich sind, die Einstellung der einseitigen Frästiefe t der nachstehenden Gleichung (2) (Anspruch 4).
t ≤ σb·(b - 2w)·T/{2Sf·C·exp[A/(Tk + 273)]·b·VM/Vc} (2)
wobei
t: die einseitige Frästiefe ist (mm)
Sf: ein Sicherheitsfaktor ist
σb: die Festigkeit des Verbindungsabschnittes des Stahlprodukts unter Berücksichtigung der Temperatur ist (N/mm²)
b: die Breite des Stahlproduktes (mm) ist
w: die einseitige unverbundene Länge in der Blechbreitenrichtung an dem Verbindungsabschnitt des Stahlproduktes ist (mm)
T: die Dicke des Stahlproduktes (mm) ist
C: eine Konstante ist, die durch den Typ des Stahlproduktes (N/mm²) festgelegt ist
A: eine Konstante ist, die durch den Typ des Stahlproduktes festgelegt (ºC)
Tk: die Temperatur des Stahlproduktes beim Fräsen ist (ºC)
VM: die Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlproduktes ist (mm/s)
Vc: die Umfangsgeschwindigkeit der Fräswerkzeugschneidkante ist (mm/s)
5) In dem vorstehenden Punkt 1) bestehen wenigstens die Schneidkanten eines Fräswerkzeuges aus einem Eisenmaterial und Kühlwasser wird auf die Schneidfläche oder - flanke des Fräswerkzeuges bei einem Druck gemäß der Rotationsgeschwindigkeit und dem Außendurchmesser gesprüht (Anspruch 5).
Die Erfindung wird nun im Rahmen eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine Seitenansicht ist, welche einen Zustand eines Planfräsvorgangs eines Stahlproduktes darstellt;
Fig. 2 eine Draufsicht auf Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Strangwalzanlage ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht ist, welche einen Zustand einer Kühlung an der Vorderkante einer Schneidkante einer Rotationstrommel darstellt;
Fig. 5 ein Diagramm ist, welches die Beziehung zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges und dem Druck des Kühlwassers darstellt;
Fig. 6 ein Diagramm ist, welches die Beziehung zwischen dem Außendurchmesser des Fräswerkzeuges und dem Druck des Kühlwassers darstellt;
Fig. 7 eine Ansicht ist, welche eine Gesamtkonfiguration einer Fräsvorrichtung darstellt.

BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Beim Warmwalzen wurde, wenn die Walzung kontinuierlich durch die Verbindung eines hinteren Endes eines vorauslaufenden Bleches mit dem vorderen Ende des nachfolgenden Bleches zwischen der Grobwalzung und der Fertigwalzung durchgeführt wird, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ein Verfahren zur Fertigbearbeitung der Blechoberfläche, in welchen der erhabene Abschnitt einschließlich seiner vorderen und hinteren Abschnitte durch Fräsen plangefräst wird, in der Praxis bereits eingesetzt. Derzeit ist jedoch die Frästiefe beim Fräsen dieselbe für alle Objekte und eine spezifische Berücksichtigung ist nicht gegeben. Daher tritt, wenn der Schneidwiderstand durch den Typ, die Temperatur usw. des Bleches verändert wird, ein Problem dahingehend auf, daß das Blech an dem eine niedrige Bruchfestigkeit aufweisenden Verbindungsabschnitt. Als Technologie zum Entfernen der erhabenen Abschnitte (Vorsprünge) an dem Blechverbindungsbereich wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem die Schweißstelle durch einen Detektor detektiert wird, eine Fräsvorrichtung durch das Detektionssignal aktiviert wird, und Schweißgrate entfernt werden, während das Blech durchläuft wie in der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 53-112593 (Method for Removing Weld Burrs of Sheet). Ferner wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem die Vorsprünge an dem Verbindungsabschnitt durch Schneidkanten einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung entfernt werden, welche vor einem Warmwalzgerüst angeordnet ist, wie in der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-160707 (Hot Rolling Equipment). Es ist jedoch sehr schwierig, das Problem des Bruches an dem Verbindungsabschnitt mittels dieser Verfahren zu überwinden.
Die vorliegende Erfindung löst das vorstehende Problem durch Anwendung der in 1) bis 4) beschriebenen Mittel. Insbesondere wird der durch die Schneidbedingungen (Stahltyp (chemische Zusammensetzung), Temperatur, Blechbreite, Blechdicke, Durchlaufgeschwindigkeit, Rotationsrichtung des Fräswerkzeugs, Umfangsgeschwindigkeit der Schneidkante, Schneidtiefe, usw.) für das Fräswerkzeug definierte Schneidwiderstand durch die Einstellung der Schneidtiefe gesteuert, und die auf dem Stahlprodukt durch den Schneidwiderstand erzeugte Zugspannung wird auf einen Wert kleiner als die Bruchfestigkeit des Verbindungsabschnittes verringert, um ein Brechen des Stahlproduktes zu verhindern. Das Nachfolgende ist eine spezifische Beschreibung dieses Punktes für den Fall eines Bleches als Beispiel.
Fig. 1 und 2 sind eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht, welche einen Zustand zeigen, in welchem die Oberfläche eines durchlaufenden Bleches durch Fräswerkzeuge gefräst wird.
In Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Fräswerkzeug mit Schneidkanten an seinen spitzen Enden, 2 bezeichnet ein Blech, 3 bezeichnet einen Positionssteuerzylinder für das Fräswerkzeug, 4 bezeichnet ein Thermometer, 5 bezeichnet einen Prozeßcomputer, 6 bezeichnet ein Steuerpult, und 7 bezeichnet einen Verbindungsabschnitt des Bleches 2. Ein Pfeil A zeigt die Durchlaufrichtung des Bleches 2, ein Pfeil B zeigt die Rotationsrichtung des Fräswerkzeuges 1, und ein Pfeil C zeigt die Richtung der Zugspannung, die auf das Blech 2 durch den Schneidwiderstand bewirkt wird. Das Bezugszeichen b bezeichnet die Breite des Bleches 2, T bezeichnet die Dicke des Bleches 2, t bezeichnet die Schnittiefe auf einer Seite, die durch das Fräswerkzeug 1 erzeugt wird, und w bezeichnet die nicht verbundene Länge an dem Rand in der Blechbreitenrichtung bei dem Verbindungsabschnitt 7.
Fig. 3 ist eine Ansicht, welche eine typische Anordnung einer Fräsvorrichtung mit den Fräswerkzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
In Fig. 3 wird das beispielsweise durch eine Grobwalzgerüst 8 gewalzte Vorblech durch eine Wickel/Abwickel-Vorrichtung 9 aufgewickelt, der Rand der entsprechenden Bleche S&sub1; und S&sub2; wird in eine vorbestimmte Form durch eine Schneidvorrichtung 10 (Trommelschere usw.) auf der Eingangsseite eines (nicht dargestellten) Zunderbrechers und einer Warmfertigwalzgerüstes 13 (F&sub1;, F&sub2;, F&sub3;, ...) geschnitten, während das Blech von der Wickel/Abwickel-Vorrichtung 9 abgewickelt wird, die hintere Kante des vorauslaufenden Bleches S&sub1; und die vordere Kante des nachfolgenden Bleches S&sub2; werden in eine gegenüberliegende Beziehung mit einem dazwischen vorgesehenen schmalen Spalt gebracht, und dann der benachbarte Bereich in der Dickenrichtung durch Klammern 11a und 11b gehalten wird, die auf einer beweglichen Verbindungsvorrichtung 11 montiert sind. In diesem Zustand werden die Bleche durch Pressen mittels einer Preßeinrichtung verbunden (die Klammern 11a und 11b können so verschoben werden, daß sie näher aneinander liegen) während sie beispielsweise durch eine Induktionseinrichtung zur Induktionserwärmung, die wenigstens an einer Position unmittelbar über und unmittelbar unter dem zu verbindenden Abschnitt angeordnet ist, induktionserwärmt werden, oder nachdem sie induktionserwärmt sind. Nachdem die durch diese Verbindungsoperation bewirkten erhabenen Abschnitte einschließlich ihrer vorderen und hinteren Bereiche durch eine Fräsvorrichtung 12 fertigbearbeitet sind, wird das Walzen durchgeführt.
In dem Falle, in welchem das Planfräsen zwischen dem Grobwalzgerüst 8 und dem Fertigwalzgerüst 13 durchgeführt wird, wirkt die auf das Blech durch den Schneidwiderstand erzeugte Zugspannung zwischen dem Fräswerkzeug 1 und dem abstromseitigen Fertigwalzgerüst 13, wenn die Rotationsrichtung des Fräswerkzeuges 1 die Richtung gemäß Darstellung in Fig. 1 und 2 (Gegenschnitt) ist, und die Zugspannung wirkt zwischen dem Fräswerkzeug 1 und der aufstromseitigen Spulen-Wickel/Abwickel- Vorrichtung 9, wenn die Rotationsrichtung des Fräswerkzeuges zu der vorstehenden umgekehrt ist (Gleichlaufschnitt).
Die Bleche werden üblicherweise durch einen Induktionserwärmungsprozeß verbunden, in welchen unverbundene Abschnitte in der Blechbreitenrichtung derzeit aus verschiedenen Gründen erzeugt werden, welche durch die Tatsache verursacht sind, daß die Erwärmung in der Blechbreitenrichtung nicht gleichmäßig ist. Daher weist der Verbindungsabschnitt 7 eine niedrigere Bruchfestigkeit als das Basismetall auf, da der Verbindungsabschnitt aufgrund der Erwärmung in der Verbindung heißer als das Basismetall ist (Basismetall: etwa 900ºC, Verbindungsabschnitt: etwa 1300ºC) und weil der Verbindungsabschnitt die nicht verbundenen Abschnitte aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden in Fig. 1 und 2 die Information über die Daten eines Bleches 2 (Stahltyp, Blechbreite b, Blechdicke T) in das Steuerpult 6 durch den Prozeßcomputer 5, in welchen diese Daten eingegeben sind, weitergegeben, ein Temperatursignal der durchlaufenden Bleche (S&sub1;, S&sub2;) von dem Thermometer 4, das auf der Vorrichtungseingangsseite eingebaut ist, an das Steuerpult 6 gegeben, und die Schnittiefe t auf einer Seite bei dem Steuerpult 6 auf der Basis des Signals ermittelt. Die Fräswerkzeugpositionssteuerzylinder 3 werden durch das Signal aus dem Steuerpult 6 aktiviert, und der Fräsvorgang mit der wie vorstehend beschrieben ermittelten Schnittiefe t wird unter Verwendung der Fräswerkzeuge 1 durchgeführt.
Wenn der seine vorderen und hinteren Bereiche mit umfassende Verbindungsabschnitt 7 plangefräst wird, wird der Verbindungsabschnitt 7 durch einen plötzlichen Anstieg in der Temperatur auf dem Thermometer 4 detektiert, und die Positionssteuerzylinder 3 des Fräswerkzeugs werden durch das Steuerpult 6 auf der Basis des Temperatursignals aktiviert, wodurch das Planfräsen dieses Abschnittes zuverlässig durchgeführt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist es wichtig, den Abstand zwischen dem Thermometer 4 und dem Fräswerkzeug 1 durch Berücksichtigen der Zeitverzögerung usw. korrekt zu ermitteln.
Das Planfräsen des seine vorderen und hinteren Bereiche umfassenden Verbindungsabschnittes 7 des Bleches 2 ist nicht nur für die Entfernung der Vorsprünge an dem Verbindungsabschnitt 7 und seiner benachbarten Bereiche wichtig, sondern auch für das Entfernen einer in der Schichtdickenrichtung an dem Verbindungsabschnitt erzeugten Fehlausrichtung, vom Klemmdefekten, neuen Zunders usw. Demzufolge ist es wichtig, so auf eine solche Tiefe zu fräsen, daß diese Defekte entfernt werden können.
Die Prozedur für die Ableitung einer experimentellen Gleichung zur Ermittlung der Schnittiefe in dem Falle eines Gegenschnitts wie in Fig. 2 dargestellt ist wie folgt:
Zuerst kann unter Verwendung der Festigkeit des Verbindungsabschnittes 7: σb (N/mm²), der unverbundenen Länge: w (mm), der Schnittiefe: t (mm), der Breite des Bleches 2: b (mm) und der Blechdicke: T (mm) die Bruchfestigkeit des Verbindungsabschnittes 7: fb (N) ausgedrückt werden als:
fb = σb·(b - 2w)·(T - 2t) (3)
wobei die vorstehenden fb und σb Werte sind, für welche die Temperatur berücksichtigt wird.
Andererseits ist die Beziehung zwischen dem Schneidwiderstand für jeden Stahltyp: k (N/mm²) und die Temperatur des Bleches während des Fräsens: tk (ºC) experimentell gegeben als:
k = C·exp[A/(Tk + 273)] (4)
wobei C (N/mm²) und A (ºC) Konstanten sind, die von dem Stahltyp des Bleches 2 bestimmt sind. Aus Gleichung (4) wird unter Verwendung der Durchlaufgeschwindigkeit des Bleches 2: VM (mm/s) und der Umfangsgeschwindigkeit der FräswerkzeugSchneidkante: Vc (mm/s) der Schneidwiderstand: fa (N) ausgedrückt als:
fa = k·b·t·VM/VC (5)
Unter Verwendung der Gleichungen (3), (4) und (5) und unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors: Sf (2-5, es ist besonders wichtig, die Verschlechterung in den Brucheigenschaften zu berücksichtigen, die durch den Einkerbungseffekt des nicht verbundenen Abschnittes bewirkt werden), kann die Schnittiefe: t (mm) so daß der Verbindungsabschnitt 7 durch das Fräsen gebrochen wird, wie folgt ermittelt werden:
2Sf·fa = fb (6)
Durch Einsetzen der Gleichungen (3), (4) und (5) in Gleichung (6) erhält man
2Sf·C·exp[A/(Tk + 273)]·b·t·Vm/Vc = σb·(b - 2w)·(T - 2t) (7)
Daher kann:
t = σb·(b - 2w)·T/{2Sf·C·exp[A/(Tk + 273)]·b·Vm/Vc + 2σb·(b - 2w)} (8)
abgeleitet werden. Im Falle eines Gleichlaufschnitts, in welchem die Rotationsrichtung des Fräswerkzeuges 1 zu der in Fig. 2 dargestellten Richtung umgekehrt ist, ist, da sich die auf das Blech 2 durch den Schneidwiderstand Fa wirkende Zugspannung auf der Eingangsseite des Fräswerkzeuges 1 befindet, die effektive Blechdicke gleich der Blechdicke: T (die Vorsprünge an dem Verbindungsabschnitt 7 werden vernachlässigt), so daß die vorstehend beschriebene Gleichung (3) ausgedrückt wird als:
fb = σb·(b - 2w)·T (9)
Daher ist:
2Sf·C·exp[A/(Tk + 273)]·b·t·Vm/Vc = σb·(b - 2w)·T (10)
Aus dieser Gleichung wird:
t = σb·(b - 2w)·T/{2Sf·C·exp[A/(Tk + 273)]·b·Vm/Vc} (11)
abgeleitet. Bei der Ableitung der vorstehenden Gleichung für die Berechnung der Schnittiefe t werden die erhabenen Abschnitte an dem Verbindungsabschnitt 7 in beiden Fällen eines Gegenschnitts und eines Gleichlaufschnitts vernachlässigt. Dieses erfolgt, weil unter den üblichen Prozeßbedingungen, obwohl der Verbindungsabschnitt 7 eine erheblich größere Schnittiefe hat, der Schneidwiderstand wegen der hohen Temperatur niedrig ist. Dieses ist aus dem Umstand ersichtlich, daß der Bruch an dem Verbindungsabschnitt 7 keinesfalls beim Fräsen des Verbindungsabschnittes 7 (der erhabenen Abschnitte) in dem tatsächlichen Prozeß erfolgt.
Für die Bleche verschiedenen Stahltyps einschließlich Stahl mit sehr niedrigem Kohlenstoffanteil und rostfreiem Stahl SUS 304 wurde die Planfräsung zwischen der Grobwalzung und der Fertigwalzung in dem Warmwalzprozeß durchgeführt, und die Schnittiefe t wurde so gesteuert, daß sie um einen Wert kleiner als der aus der Gleichung (8) in dem Falle eines Gegenschnittes und der aus der Gleichung (11)) berechnete Wert im Falle eines Gleichlaufschnittes war. Demzufolge tritt der Bruch des Verbindungsabschnittes in keinem Falle auf.
Das Nachstehende ist eine Beschreibung eines Falles, in welchem die Lebensdauer eines Fräswerkzeuges, das für die Planfräsung von Blechen verwendet wird, verlängert wird und eine stabile Planfräsvorgang durchgeführt wird, während ein Zusetzen usw. durch Verwendung der in dem vorstehenden Punkt 5) beschriebenen Einrichtung verhindert wird.
Die Oberflächenfertigbearbeitung von Barren oder warmgewalzten Platten wird durch Verwendung einer Schleifmaschine mit einem Schleifstein durchgeführt, wie es in der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 57-91856 offenbart ist. Eine derartige Schleifvorrichtung weist einen niedrigen Arbeitswirkungsgrad auf, wenn ein breites, langes Objekt wie z. B. eine Platte geschliffen wird. Insbesondere dann wenn die Bramme durch die Schleifmaschine bei dem direkten Walzen fertigbearbeitet wird, wird ein hoher Energieverlust erzeugt, da das fertigbearbeitete Produkt für eine lange Zeit steht und dessen Wärme sich in die Luft verteilt. Andererseits wurde bereits eine Fräswerkzeug-Schneidkante mit einer Trommellänge, welche den Gesamtbereich in der Plattenbreitendichtung überdeckt, als eine Einrichtung für die Verbesserung des Schneidwirkungsgrades verwendet. Wenn ein Nicht-Eisenmaterial, wie z. B. Keramik und Wolframkarbid für eine derartige Schneidkante verwendet wird, wird die Lebensdauer der Schneidkante stark durch Verschleiß verkürzt, was einen Kostenanstieg bewirkt. Andererseits wird, wenn eine Eisenschneidkante verwendet wird, das Problem mit der Schneidkante eines Nicht-Eisenmaterials, wie z. B. Keramik oder Wolframkarbid, eliminiert, aber Späne neigen zum Anhaften an der Schneidkante, so daß die Wärmeabgabe aus den Spänen an die Schneidkante einen Schmelzverlust bewirkt, und auch kein stabiler Betrieb für eine lange Zeitdauer durchgeführt werden kann, da leicht eine Zusetzung oder Versetzung der Schneidkante auftreten kann.
In der vorliegenden Erfindung wird daher, wenn ein Planfräsen eines Bleches unter Verwendung eines Eisenfräswerkzeuges durchgeführt wird, Kühlwasser auf die Schneidfläche oder Flanke des Fräswerkzeuges bei einem von der Rotationsgeschwindigkeit und dem Außendurchmesser abhängigen Druck aufgesprüht, wodurch die Lebensdauer des für das Planfräsen von Barren und Blechen, wie z. B. warmgewalzten Blechen (Hoops) verwendete Fräswerkzeug verlängert wird und ein stabiles Planfräsen zur Verhinderung eine Zusetzung erzielt werden kann.
Durch Aufsprühen von Kühlwasser auf die Schneidfläche oder Flanke der Schneidkante mit einem von der Rotationsgeschwindigkeit und dem Außendurchmesser des Fräswerkzeuges mit abhängigen hydraulischen Druck können durch das Fräsen an der Schneidkante anhaftende sehr heiße Späne sofort durch die Zentrifugalkraft entfernt werden, welche durch die Rotation des Fräswerkzeuges und den Druck des Wassers bewirkt wird, so daß der Wärmeeintrag von den Abscheidungen auf der Schneidkante stark verringert wird. Daher wird die Lebensdauer des Fräswerkzeuges merklich erhöht, und die durch die Abscheidungen bewirkte Zusetzung der Schneidkante eliminiert.
Die durch die Rotation des Fräswerkzeuges erzeugte Zentrifugalkraft Fw wird ausgedrückt als
Fw = m(V²/r) (12)
wobei:
m: die Masse der Späne ist
V: die Rotationsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges ist
r: die Hälfte des Außenseitendurchmessers des Fräswerkzeuges ist.
Ferner wird die Kühlwasserenergie FP ausgedrückt als
FP = 1/2·qv² = a(P&sub1;/P&sub2;)3/2 (13)
wobei:
q: die Wassermenge ist
v: die Auftreffgeschwindigkeit des Wassers ist
a: eine aus der Durchflußrate bei einem Bezugsdruck P1 vom Wasser ermittelte Konstante gemäß der Beschreibung des Düsenmodells.
P2: der Zuführungsdruck des Wassers ist.
Daher sollte, um die beim Fräsen unter Verwendung eines Fräswerkzeuges abgeschiedenen Späne zu entfernen, Kühlwasser so aufgesprüht werden, daß der Druck des Kühlwassers die nachstehende Gleichung erfüllt.
(FW + FB)/a > σB (14)
wobei:
A: die Querschnittsfläche der Chipabscheidung ist
σB: die Hochtemperaturzugfestigkeit des Bleches ist und
Das Nachstehende ist eine Beschreibung eines Falles, in welchem die Fräswerkzeuge 14a, 14b durch den Antrieb der Wellen 15a bzw. 15b gedreht werden, und Kühlwasser aus einer Düse 16 auf deren Schneidfläche gemäß Darstellung in Fig. 4 aufgesprüht wird.
Fig. 5 stellt das Ergebnis eines Experimentes dar, in welchem der Kühlwasserdruck so, daß der Schmelzverlust und die Zusetzung der Schneidkante nicht auftreten, bestimmt wird, wobei der Außendurchmesser des Fräswerkzeuges auf 800 mm festgelegt ist und dessen Umfangsgeschwindigkeit in dem Bereich von 20 bis 120 m/s verändert wird. In dieser Figur stellt die durchgezogene Linie den unteren Grenzwert des Kühlwasserdruckes dar, wenn die Durchflußrate Q ist, und die unterbrochene Linie stellt den unteren Grenzwert des Kühlwasserdruckes dar, wenn die Durchflußrate 2Q ist.
Daraus stellt man fest, daß die Zentrifugalkraft FW mit der Zunahme der Umfangsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges zunimmt, so daß der Schmelzverlust und die Zusetzung der Schneidkante selbst dann nicht auftreten, wenn die Kühlwasserleistung Fp durch eine Verringerung des Kühlwasserdruckes verringert wird.
D. h., es ist zu bevorzugen, daß der Kühlwasserdruck mit der Zunahme in der Umfangsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges abnimmt. Ferner zeigt diese Figur, daß der Kühlwasserdruck in dem Bereich von 3 bis 300 N/cm² für die Umfangsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges in den Bereich von 20 bis 120 m/s eingestellt sein sollte.
Fig. 6 stellt das Ergebnis eines Experimentes dar, in welchem der Kühlwasserdruck so, daß der Schmelzverlust und die Zusetzung der Schneidkante nicht auftreten, ermittelt wird, wobei die Umfangsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges auf 20 m/s fixiert ist und der Außendurchmesser in den Bereich von 200 bis 1000 mm variiert wird. In dieser Figur stellt die durchgezogene Linie den unteren Grenzwert des Kühlwasserdruckes dar, wenn die Durchflußrate Q ist, und die unterbrochene Linie zeigt den unteren Grenzwert des Kühlwasserdruckes an, wenn die Durchflußrate 2Q ist.
Daraus stellt man fest, daß, weil die Zentrifugalkraft Fw umgekehrt proportional zu dem Außendurchmesser des Fräswerkzeuges abnimmt, der Schmelzverlust und die Zusetzung der Schneidkante nicht durch die Zunahme im Kühlwasserdruck mit der Potenz von 3/2 (der Zunahme in der Kühlwasserenergie) FP erzeugt wird.
D. h., es ist zu bevorzugen, daß der Kühlwasserdruck mit der Zunahme im Durchmesser des Fräswerkzeuges zunimmt. Dieses zeigt an, daß das Kühlwasser abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit und dem Außendurchmesser des Fräswerkzeuges auf die Schneidfläche des Fräswerkzeuges gesprüht werden sollte.
Andererseits stellt man aus Fig. 5 und 6 fest, daß, wenn die Menge des Kühlwassers verdoppelt wird, der Kühlwasserdruck dafür, daß der Schmelzverlust und die Zusetzung der Schneidkante nicht auftritt, abnimmt. Dieses beruht möglicherweise darauf, daß die Menge des mit der Schneidkante pro Zeiteinheit korrigierenden Wassers durch die Zunahme in der Durchflußrate vergrößert wird.
Die Rotationsgeschwindigkeit des Fräswerkzeugs sollte bevorzugt 20 bis 120 m/s sein. Der Grund dafür besteht darin, daß wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Fräswerkzeugs kleiner als 20 m/s ist, die Geschwindigkeit verringert wird, und das Fräswerkzeug durch den Schneidwiderstand gestoppt wird, während, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges höher als 120 m/s ist, die Schwingungsfrequenz aufgrund der Anzahl von Umdrehungen gleich oder höher als die kritische Geschwindigkeit wird, so daß wenn die Maschine in Resonanz kommt, sie manchmal zerstört wird.
Der Außendurchmesser des Fräswerkzeuges sollte bevorzugt 600 bis 1000 mm sein. Der Grund dafür besteht darin, daß wenn der Außenseitendurchmesser kleiner als 600 mm ist, die Anzahl von Umdrehungen zum Erzielen der Umfangsgeschwindigkeit zunimmt, so daß die Schwingungsfrequenz die kritische Geschwindigkeit überschreitet, oder der Abfall in der Geschwindigkeit aufgrund des Schneidwiderstandes groß ist, so daß das Fräswerkzeug gestoppt wird, während, wenn der Außenseitendurchmesser größer als 1000 mm ist, obwohl der große Außendurchmesser im Hinblick auf Schwingungen wegen der Abnahme der Anzahl von Umdrehungen vorteilhaft ist, dadurch die Zentrifugalkraft abnimmt, so daß der Schmelzverlust und die Zusetzung der Schneidpunkte auftreten können, und die Motorleistung für den Antrieb zunimmt.
In der vorstehenden Erläuterung wurde der Fall beschrieben, in welchem Kühlwasser auf die Schneidfläche der Schneidkante aufgesprüht wird. Der Fall, in welchem Kühlwasser auf die Flanke des Fräswerkzeuges aufgesprüht wird, ist derselbe, so daß dessen Erläuterung weggelassen wird.
Fig. 4, welche vorstehend erwähnt wurde, stellt einen Fall dar, in welchem die Planfräsung eines Stahlproduktes unter Verwendung eines Eisenfräswerkzeuges unter Aufsprühen von Kühlwasser auf die Schneidfläche des Fräswerkzeuges durchgeführt wird. In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen 14a und 14b Fräswerkzeuge, 15a und 15b bezeichnen Hauptwellen, 16 bezeichnet eine Sprühdüse für Kühlwasser, 17 bezeichnet ein Lager zur drehbaren Lagerung des Fräswerkzeuges 14a, 14b, 18 bezeichnet einen Anstellzylinder, 19 bezeichnet ein Gehäuse, 20 bezeichnet eine Energieübertragungswelle, 21 bezeichnet ein Antriebsgestell und 22 bezeichnet einen elektrischen Motor. Fig. 7 stellt die Gesamtkonfiguration einer Anlage dar, in welcher das Fräswerkzeug eingebaut ist.
Eine Untersuchung wurde bezüglich des Zustandes des Schmelzverlustes und der Zusetzung der Schneidkante für den Fall durchgeführt, in welchem eine Planfräsung eines Barrens von 120 mm Dicke und 800 mm Breite durch Rotation eines Eisenfräswerkzeuges mit einem Durchmesser von 800 mm bei einer Geschwindigkeit von 65 m/s und unter Aufsprühen von Kühlwasser mit einer Durchflußrate von 500 l/min/m und mit einem Druck von 50 N/cm² auf die Schneidfläche durchgeführt wurde, und für das herkömmliche Verfahren, in welchem die Umfangsgeschwindigkeit des Fräswerkzeuges 20 m/s und der Druck des Kühlwassers 3 N/cm² war (die anderen Bedingungen waren dieselben wie die für die vorliegende Erfindung). Das Ergebnis war, daß der Schmelzverlust und die Zusetzung der Schneidkante in keinem Fall für über 72 Stunden in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auftrat, obwohl die Lebensdauer des Fräswerkzeuges etwa 30 Minuten in den herkömmlichen Verfahren war und bestätigte sich, daß die Lebensdauer des Fräswerkzeuges bis auf etwa 30 Tage verlängert werden kann.
Das Beispiel, in welchem Kühlwasser auf die Schneidfläche eines Fräswerkzeuges aufgesprüht wurde, ist wie folgt: Durch Verwenden einer Bramme mit derselben Größe wie vorstehend beschrieben wurde eine Untersuchung bezüglich des Zustandes des Schmelzverlustes und der Zusetzung der Schneidkante für den Fall durchgeführt, in welchem ein Planfräsen durch Rotation eines Eisenfräswerkzeuges mit einem Durchmesser von 800 mm bei einer Geschwindigkeit von 65 m/s und durch Aufsprühen von Kühlwasser mit einer Durchflußrate von 500 l/min/m und bei einem Druck von 50 N/cm² auf die Schneidfläche durchgeführt wurde, wobei dieser Fall der vorliegenden Erfindung entspricht, und für das herkömmliche Verfahren, in welchem das Planfräsen durch Drehen eines Fräswerkzeuges mit demselben Durchmesser bei einer Geschwindigkeit von 20 m/s unter Aufsprühen von Kühlwasser mit einer Durchflußrate von 500 l/min/m und einem Druck von 3 N/cm² ausgeführt wurde (die anderen Bedingungen waren dieselben wie diejenigen der vorliegenden Erfindung). Das Ergebnis war, daß die Lebensdauer des Fräswerkzeugs bis zu etwa 30 Tage auch in diesem Falle verlängert werden konnte.
In diesem Beispiel wurde eine Untersuchung für den Fall durchgeführt, in welchem das hintere Ende eines vorauslaufenden Bleches und das vordere Ende des nachfolgenden Bleches stumpf miteinander verbunden wurden, und die sich ergebenden Vorsprünge gefräst wurden. Auch in diesem Falle bestätigte sich, daß die Lebensdauer des Fräswerkzeuges merklich im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren verlängert werden kann.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die nachstehenden Effekte erwartet werden.
Wenn warmgewalzte Stahlprodukte mit Verbindungsabschnitten, insbesondere ein vorauslaufendes Blech und ein nachfolgendes Blech, usw. mittels eines Fräswerkzeuges plangefräst werden, wird der Schneidwiderstand durch die Einstellung der Schnittiefe gesteuert, und die durch den Schneidwiderstand auf das Blech bewirkte Zugspannung wird auf einen Wert niedriger als die Bruchfestigkeit des Verbindungsabschnittes verringert, wodurch der Bruch verhindert wird. Daher kann der Produktionswirkungsgrad in dem nachfolgenden Warmwalzprozeß verbessert werden (Ansprüche 1 bis 4).
2) Eine stabile Planfräsung kann für eine längere Zeit durchgeführt werden, so daß der Fräswirkungsgrad merklich verbessert werden kann (Anspruch 5).

Claims

1. Planfräsverfahren für warmgewalzte Stahlprodukte, wobei die oberen und unteren Oberflächen eines warmgewalzten Stahlproduktes (2) mit einem Verbindungsabschnitt (7) durch die Rotation von Fräswerkzeugen (1), die das Stahlprodukts dazwischen halten, in der Dickenrichtung während des Transportprozeß des warmgewalzten Stahlproduktes gefräst werden, und der Schneidwiderstand, der durch den Typ des warmgewalzten Stahlprodukts, die Temperatur beim Fräsen, und die Frästiefe (t) umfassenden Fräsbedingungen bestimmt wird, durch die Einstellung der Frästiefe (t) gesteuert wird, und der Fräsvorgang ausgeführt wird, wobei die in dem warmgewalzten Stahlprodukt durch den Schneidwiderstand erzeugte Spannung niedriger als die Bruchfestigkeit des Verbindungsabschnittes (7) gehalten wird, um den Bruch des warmgewalzten Stahlproduktes zu verhindern.

2. Planfräsverfahren für warmgewalzte Stahlprodukte nach Anspruch 1, wobei ein plötzlicher Temperaturanstieg des warmgewalzten Stahlproduktes (2) auf der Eingangsseite des Fräswerkzeuges (1) detektiert, das warmgewalzte Stahlprodukt (2) zwischen dem Fräswerkzeug (1) auf der Basis des detektierten Signals gehalten und die Oberflächen des Verbindungsabschnittes (7) einschließlich des benachbarten Abschnittes des warmgewalzten Stahlproduktes (2) gefräst werden.

3. Planfräsverfahren für warmgewalzte Stahlprodukte nach Anspruch 1, wobei, wenn die Durchlaufrichtung des warmgewalzten Stahlproduktes (2) und die Rotationsrichtung des Fräswerkzeugs auf der Fräsoberfläche entgegengesetzt sind, die Einstellung der einseitigen Frästiefe (t) der nachstehenden Gleichung (1) genügt:

t ≤ σb·(b - 2w)·T/{2Sf·C·exp[A/(Tk + 273)]·b·VM/Vc + 2σb·(b - 2w)}(1)

wobei:

t: die einseitige Frästiefe ist (mm)

Sf: ein Sicherheitsfaktor ist

σb: die Festigkeit des Verbindungsabschnittes des warmgewalzten Stahlprodukts unter Berücksichtigung der Temperatur ist (N/mm²)

b: die Breite des warmgewalzten Stahlproduktes (mm) ist

w: die einseitige unverbundene Länge in der Blechbreitenrichtung an dem Verbindungsabschnitt des warmgewalzten Stahlproduktes ist (mm)

T: die Dicke des warmgewalzten Stahlproduktes (mm) ist

C: eine Konstante ist, die durch den Typ des warmgewalzten Stahlproduktes (N/mm²) festgelegt ist

A: eine Konstante ist, die durch den Typ des warmgewalzten Stahlproduktes festgelegt (ºC) ist

Tk: die Temperatur des warmgewalzten Stahlproduktes beim Fräsen ist (ºC)

VM: die Durchlaufgeschwindigkeit des warmgewalzten Stahlproduktes ist (mm/s)

Vc: die Umfangsgeschwindigkeit der Fräswerkzeugschneidkante ist (mm/s)

4. Planfräsverfahren für warmgewalzte Stahlprodukte nach Anspruch 1, wobei, wenn die Durchlaufrichtung des warmgewalzten Stahlproduktes (2) und die Rotationsrichtung des Fräswerkzeugs auf der Fräsoberfläche gleich sind, die Einstellung der einseitigen Frästiefe (t) der nachstehenden Gleichung (1) genügt:

t ≤ σb·(b - 2w)·T/{2Sf·C·exp[A/(Tk + 273)]·b·VM/Vc} (2)