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Hintergrund
Technik
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Die Erfindung bezieht sich allgemein
auf plastische Metallbearbeitung und insbesondere auf Maschinenkonstruktionen,
beispielsweise Walzwerke, zum axialen Walzen symmetrischer Teile,
wie beispielsweise Räder
und Scheiben, und kann Anwendung finden zum Erzeugen derartiger
Teile aus wenig plastischen, schwer zu bearbeitenden Materialien, wie
beispielsweise Superlegierungen.
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Es sind eine Anzahl bekannter Walzwerke zum
Erzeugen axial symmetrischer Teile bekannt, die ein Bearbeitungswerkzeug
aufweisen, das gewöhnlich
als ein Paar drehbarer Walzen erscheint, die in rollende Köpfe eingepasst
sind, die in Bezug auf den in Bearbeitung befindlichen Barren durch
Wagen bewegbar sind, die ihrerseits entlang Bettwegen quer bewegbar
sind. Der Barren wird um seine eigene Achse in das Walzwerk eingepasst
(vergleiche USSR Erfinder-Zertifikat Nr. 275,039).
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Die vorgenannten Vorrichtungen werden zum
Erzeugen von Teilen, wie den Rädern
von Schienengut, verwendet, die relativ einfach in der Konstruktion
und aus Materialien sind, die innerhalb eines breiten Temperaturbereiches
plastisch sind, wie beispielsweise Kohlenstoff-Stähle.
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Eine weitere bekannte Vorrichtung
enthält eine
obere und eine untere Walze zum Formen der Wand von einem Teil,
wobei beide Walzen für
eine Rotation in einem bestimmten Sinn angetrieben und einander
gegenüberliegend
auf beiden Seiten von den Wänden
eines scheibenförmigen
Barrens angeordnet sind mit einer Möglichkeit einer synchronen Auf-und-Ab-und Radialbewegung,
die durch geeignete Antriebe erteilt wird, ferner einen drehbaren Dorn,
der auf einer stationären
festen vertikalen Achse gehaltert ist, eine drehbare und vertikal
bewegbare Seitenrolle, die gegenüber
dem drehbaren Dorn angeordnet ist und die den Barren zwischen der
Walze und dem Dorn abstützen
soll, eine obere und eine untere Randwalze, die einen vertikalen
Druck auf die Barrenfläche
ausübt
und mit einer Möglichkeit
für eine
radiale Bewegung gehaltert ist, radial bewegbare Führungsrollen,
die drehbar sind, während
sie mit der Stirnfläche
des Barrens in Kontakt kommen, und eine Anzahl drehbarer Stützwalzen
(vergleiche Japanische Patent-Veröffentlichung SHO-61-11696).
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Die vorgenannte Vorrichtung ist geeignet aufgrund
komplizierter kinematischer Merkmale des Werkzeuges und der Bereitstellung
von zahlreichen Walzen zum Erzeugen scheibenartiger Teile mit komplizierterer
Konfiguration und auch aus plastischen Materialien.
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Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen
können
jedoch nicht zum Erzeugen von Teilen, wie beispielsweise Gasturbinenscheiben,
aus schwer zu bearbeitenden Hochtemperaturmaterialien verwendet
werden, wie beispielsweise Nickel- und Titan-basis-Legierungen.
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Ein weiteres bekanntes Walzwerk gemäß dem Oberanspruch
von Anspruch 1 (vergleiche RU Patent Nr. 2,031,753) enthält im Bett
angebrachte Walzköpfe,
deren Anzahl ein Vielfaches von zwei ist, die mit Antrieben versehen
sind, die ihnen eine Dreh-, Vertikal- und Horizontalbewegung erteilen, wobei
jeder der Walzköpfe
seinen eigenen Wagen hat, der im Bett angebracht und unabhängig bewegbar
ist in einer wechselseitig senkrechten Richtung in einer horizontalen
Ebene, und einen Mechanismus zum Drehen des Walzkopfes in einer
horizontalen Ebene. Das angegebene Walzwerk enthält ferner einen Bearbeitungsofen,
in den der Barren eingebracht wird, nachdem er in einem Vorheizofen
vorgeheizt worden ist. Das Walzwerk enthält ferner zwei koaxiale Barrenhalteeinheiten
und einen mechanischen Aktuator, der ihm eine Drehung erteilt. Der
Bearbeitungsofen hat Öffnungen
für die
Walzen und einen Teil der Barrenhalteeinheit, um sie darin einzuführen. Die
Barrenhalteeinheit weist auch einen Dorn auf. Die erforderliche
Kontur des Teils wird geformt, wenn sich die Walzen von der Mitte
in Richtung auf den Umfang entlang einer vorbestimmten Bahn bewegen.
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Das Walzwerk gemäß diesem Patent ist zum Erzeugen
einer Anzahl von Teilen, die eine überwiegend einfache Form haben,
aus schwer zu bearbeitenden Legierungen geeignet. Im Hinblick auf
eine Beobachtung isothermer oder superplastischer Bedingungen sollte
die plastische Bearbeitung derartiger Barren in einem Bearbeitungsofen
ausgeführt werden.
Dies ist notwendig, um die Plastizität von dem Material zu vergrößern und
seine Streckfestigkeit zu verringern. Bei hohen Temperaturen zeigt
das Material eine geringe Streckfestigkeit.
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Eine unkontrollierte zusätzliche
Dehnung von Flächen
des bereits bearbeiteten Barrens tritt aufgrund einer zu geringen
Streckfestigkeit auf und auch aufgrund der Tatsache, dass unter
superplastischen Bedingungen die Abmessungen der Dehnungsmitte die
Flächen
der direkten Aktion der Walzen auf die in Bearbeitung befindliche
Barren wesentlich überschreiten.
Dies hat schließlich
einen Ausschuss zur Folge. Die Verwendung eines Dorns begrenzt bis
zu einem gewissen Grad eine unbeabsichtigte Verdünnung des Barrens; jedoch kann
ein Dorn nur bei der Erzeugung von Teilen mit einem relativ kleinen
Durchmesser verwendet werden, die nur eine kleine Differenz in der
Dicke zwischen den bereits gewalzten Barrenflächen und ihrer Fläche haben,
die gerade gewalzt werden. Anderenfalls werden die plastisch bearbeiteten
Barrenflächen
verdünnt
trotz der Verwendung eines Dorns, wobei dies an den starken Walzkräften liegt,
die ausgeübt
werden. Dies ist der Grund, warum das in Rede stehende Walzwerk nur
zur Erzeugung von scheibenartigen axial symmetrischen Teilen aus
schwer zu bearbeitenden Legierungen, die eine relativ einfache Konfiguration
und einen Durchmesser von etwa 500– 800 mm haben, mit großen im voraus
eingestellten Bearbeitungstoleranzen aus Angst der Verdünnung des
Steges während des
Walzprozesses anwendbar ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass heutige
Anforderungen, die kritischen Teilen auferlegt werden, die durch
plastische Bearbeitungstechniken erzeugt werden, nicht nur die Erzielung
einer genauen Form und Größe von einem
Teil, die den fertigen Teilen angenähert sind, sondern auch ihre
Mikrostruktur umfassen, die in einem starken Maß entscheidend für mechanische
und leistungsbezogene Charakteristiken von dem jeweiligen Teil sind.
Die im voraus festgesetzte spezifizierte Mikrostruktur von derartigen Teilen
muss während
ihrer plastischen Bearbeitung ausgebildet werden, und aus diesem
Grund muss eine Vorrichtung zu ihrer Erzeugung für veränderliche thermische und mechanische
Bedingungen des Bearbeitungsprozesses sorgen. Eine derartige Möglichkeit
ist in den bekannten Vorrichtungen mit dem oben angegebenen Charakter
nicht gegeben.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorgenannte Aufgabe wird durch
ein Walzwerk gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist das vorgeschlagene Walzwerk mit Mitteln zum Ausbilden
eines Temperaturgradienten zwischen den einzelnen Barrenabschnitten
versehen. Die vorgenannten Mittel können diverse Konstruktionen
haben, insbesondere können
sie als eine Anzahl von Heizeinrichtungen erscheinen, die in dem Walzwerk
vorgesehen und so gewählt
sind, um für den
erforderlichen Temperaturgradienten geeignet zu sein. Die Heizeinrichtungen
können
in Vertiefungen der Ofenwand sitzen und entlang konzentrischen Kreisen
koaxial mit dem in Bearbeitung befindlichen Barren angeordnet sind.
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Der vorgenannte Temperaturgradient
kann auch durch Wärmeabfuhr
von einzelnen Barrenzonen ausgebildet werden, wobei dies dadurch
möglich ist,
dass das Walzwerk mit einer Quelle von Kühlmittel versehen ist, wobei
die Quelle mit Kanälen
in den Walzen oder in den Barrenhalteeinheiten in Verbindung steht.
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Eine Steuerung dieser Mittel zum
Ausbilden eines Temperaturgradienten in dem in Bearbeitung befindlichen
Barren kann gegenüber
Signalen ausgeführt
werden, die durch Sensoren der Temperatur des in Bearbeitung befindlichen
Barrens oder durch Sensoren der mechanischen Last, die auf die Arbeitswalze
und den in Bearbeitung befindlichen Barren ausgeübt werden, oder sonst durch
die Barrenkontursensoren geliefert werden, wobei die Letzteren zweckmäßigerweise
als optoelektronische Sensoren auftreten.
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In einem Ausführungsbeispiel eines Walzwerkes,
das eine Steuerung der mechanischen Aktion auf den in Bearbeitung
befindlichen Barren enthält,
sind Mittel zum Einstellen der Rotation der Arbeitswalze oder des
in Bearbeitung befindlichen Barrens oder beides in der Lage, die
Rotation der Walze und/oder des Barrens umzukehren und sie beide
im Laufe des Barrenwalzens von dem Antrieb zu lösen. Die Antriebsmittel werden
durch Signale von entweder den Sensoren der Last, die auf die Arbeitswalze und
den Barren ausgeübt
wird, oder von den Barrenkontursensoren gesteuert. Das Walzwerk
kann mit einer zusätzlichen
Druckwalze ausgerüstet
sein, die mit einem Aktuator versehen ist, der ihr eine Translationsbewegung
parallel zur Drehachse des Barrens und in Längsrichtung des Barrenradius
erteilt, wobei der Aktuator durch Signale von Sensoren der auf die Arbeitsweise
und den Barren ausgeübten
Last oder von den Barrenkontursensoren gesteuert wird. Zusätzlich kann
die Arbeitswalze mit einem Mechanismus ausgerüstet sein, der die Walze in
eine Position verschieben kann, wo ihre Drehachse die Achse der Barrennrotation
nicht schneidet, wobei der Mechanismus durch Signale aus den Sensoren
der Last, die auf die Arbeitsweise und den in Bearbeitung befindli che
Barren ausgeübt
wird, oder von den Barrenkontursensoren gesteuert wird. Das Walzwerk
kann auch mit einem Mechanismus versehen sein, der den in Bearbeitung
befindliche Barren in Längsrichtung
zu einer eigenen Achse verschieben kann.
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Gemäß einem kombinierten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Walzwerkes
ist dieses mit Mitteln zum Ausbilden eines Temperaturgradienten
in dem in Bearbeitung befindlichen Barren versehen, gesteuert durch
Signale von entweder Barrentemperatursensoren oder Sensoren der
Last, die auf den Barren und die Arbeitswalze ausgeübt wird,
oder Sensoren der Barrenkontur, und auch mit Antriebsmitteln, die
die Drehung der Walze und/ oder des Barrens umkehren und beide von
dem Antrieb lösen
können,
und gesteuert durch Signale von den Barrenlastsensoren und von den
Barrenkontursensoren.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird durch
die folgenden Zeichnungen dargestellt, wobei:
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1 ein
allgemeines schematisches Diagramm von dem vorgeschlagenen Walzwerk
darstellt;
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2 eine
Barrenhalteeinheit mit Aktuatoren darstellt;
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3 die
Anordnung von Arbeitswalzen und einer Druckwalze zeigt;
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4 Aktuatoren
zeigt, die die Walze in den Ebenen senkrecht zur Achsenebene der
Barrenrotation drehen;
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5 eine
Vorrichtung zum Ausbilden eines spezifizierten Druckgradienten in
dem in Bearbeitung befindlichen Barren zeigt;
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6 eine
Vorrichtung zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten
in dem in Bearbeitung befindlichen Barren zeigt;
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7 eine
Anordnung von einer die Barrenkontur überwachenden Einheit darstellt;
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8 ein
schematisches Diagramm zeigt, das den Walzwerkbetrieb darstellt,
wenn eine komplex geformte Scheibe asymmetrisch in Bezug auf die
Ebene senkrecht zu ihrer Achse gewalzt wird; und
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9 ein
schematisches Diagramm zeigt, das den Walzwerkbetrieb darstellt,
wenn ein Teil des halbkugelförmigen
Typs gewalzt wird.
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Beschreibung
der Erfindung
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Das vorgeschlagene Walzwerk, das
wie oben beschrieben verbessert ist, gestattet die Nutzung der Eigenschaften
der oben beschriebenen schwer zu bearbeitenden Legierungen, die
mit dem Formprozess wechselseitig unverträglich sind. Die Unverträglichkeit
liegt darin, dass es bei niedrigen Arbeitstemperaturen praktisch
unmöglich
ist, ein Teil mit der erforderlichen Form zu erzeugen, aufgrund von
hohem Dehnungswiderstand, unangemessener Plastizität und einer
kleinen Dehnungsmitte, und umgekehrt sind bei hohen Arbeitstemperaturen
die hohen oder superplastischen Bedingungen, kleinen Streckspannungswerte
und eine große
Dehnungsmitte, die die Kontaktfläche
von Werkzeug-zu-Barren wesentlich überschreitet, Gründe von
unkontrollierter zusätzlicher
Dehnung von dem bereits geformten Barrenabschnitt. In beiden Fällen treten
Schwierigkeiten auf beim Formen von Teilen aus derartigen Legierungen
unter Verwendung der lokalen Dehnungstechnik.
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Aufgrund der Bereitstellung von neuartigen Konstruktionselementen
trägt das
vorgeschlagene Walzwerk gemäß der vorliegenden
Erfindung zu Änderungen
in den Werten von Kräften,
die durch das Werkzeug auf den Barren ausgeübt werden, und in dem Dehnungswiderstand
des Barrenmaterials und auch in den Dehnungsmitten bei, wodurch
ein im voraus festgesetztes Formen des Barrens erzielt wird. Zusätzlich wird
für eine
hohe Qualität
von erzeugten Teilen gesorgt aufgrund der Ausbildung von spezifizierten
Strukturen in dem Material der Teile.
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Die Walzwerkskonstruktion weist ferner
eine Vorrichtung auf zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten,
die die Temperatur über
der Querschnittsfläche
von dem Barren steuern kann, wodurch eine Steuerung der oben erwähnten Werte von
Beanspruchungen und der Dehnungsmitte in dem in Bearbeitung befindlichen
Barren herbeigeführt
wird. Die Vorrichtung macht es auch möglich, ein gesteuertes Temperaturmuster
in dem in Bearbeitung befindlichen Barren zu verwenden, um so eine spezifizierte
Mikrostruktur über
der Querschnittsfläche
des Barrens auszubilden.
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Es werden zwei Grundlösungen für die Konstruktionsanordnung
der Vorrichtung zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten
in dem in Bearbeitung befindlichen Barren vorgeschlagen, wobei die
eine auf einer Möglichkeit
zur ungleichförmigen
Erhitzung des in Bearbeitung befindlichen Barrens basiert, der aus
Superlegierungen hergestellt ist, bei der deren geringe thermische
Leitfähigkeit diese
Erhitzung fördert.
Es sind eine Anzahl von Varianten der Konstruktionsanordnung möglich. Die Vorrichtung
zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten in dem in
Bearbeitung befindlichen Barren kann funktional in den Arbeitsofen
integriert sein. In diesem Fall wird eine differenzierte Barrenerhitzung
in dem Ofen bereitgestellt durch eine Aktualisierung des Ofens,
indem dieser mit unabhängigen Heizeinrichtungen
variabler Leistung versehen wird, die entlang konzentrischen Kreisen
koaxial mit der Achse des Barrens, der gewalzt wird, angeordnet sein
können.
Jede der Heizeinrichtungen sitzt in einer Vertiefung der Ofenwand
und hat ihren eigenen Reflektor, der einen Wärmestrahlungsfluss auf eine
Fläche
fokussiert, die einer lokalen Erhitzung ausgesetzt ist.
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Eine andere Lösung der Konstruktionsanordnung
der Vorrichtung basiert auf einer Kühlung eines vorgewärmten Barrens.
In diesem Fall weist die Vorrichtung eine Kühlmittelquelle auf, die mit
den Barrenhalteeinheiten über
Rohrleitungen in Verbindung steht, und das Kühlmittel wird dem Arbeitsofen
zugeführt
und kühlt
den vorgewärmten
Barren von seiner Mitte in Richtung auf den Umfang, was sich als
sehr effizient für
den größten Teil
von Barren, die gewalzt werden, erwiesen hat. Die Kühlmittelquelle
kann auch mit den Walzköpfen
in Verbindung stehen. In einem derartigen Fall ist die Kühlung sehr
effizient aufgrund der Tatsache, dass die Vorrichtung bewegbar ist,
und somit für
eine Zwischenkühlung
des gewalzten Barrenabschnittes gesorgt wird, die sich unmittelbar
dahinter befindet, nachdem er gewalzt worden ist. Es sind eine Anzahl
von Kombinationen dieser Varianten möglich.
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Die Vorrichtung zum Ausbilden eines
spezifizierten Temperaturgradienten in dem in Bearbeitung befindlichen
Barren trägt
zur Ausbildung einer spezifizierten Mikrostruktur des Barrens bei
aufgrund der Temperaturverteilung über seiner Querschnittsfläche. So
ist es in Teilen, wie beispielsweise Scheiben von Gasturbinentriebwerken,
sinnvoll, eine feinkörnige
Mikrostruktur in der Nabe, eine "Halsband"-artige Mikrostruktur
in dem Steg und eine grobkörnige
in dem Rand der Scheibe auszubilden. Die Bereitstellung der Vorrichtung
macht es möglich,
den Abschnitt des gewalzten Barrens mit einer originalen feinkörnigen Mikrostruktur
auf die Rekristallisationstemperatur zu erwärmen, und den zentralen Abschnitt,
d.h. die Nabe, auf eine Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur
zu erwärmen.
Wenn daraufhin die Körner
etwas gewachsen sind, wird die Temperatur des gewalzten Barrens
auf diejenige gesenkt, bei der die Mikrostruktur des "Halsband"-Typs während des
Dehnungspro zesses ausgebildet wird. Als nächstes wird die Temperatur
wiederum geändert,
so dass die erhaltenen Mikrostrukturen in der Nabe und dem Steg
beibehalten werden, wogegen eine grobe Mikrostruktur in dem Scheibenrand
ausgebildet wird.
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Die Höhe der Beanspruchungen in dem
Barren können
gemäß der Erfindung
gesteuert werden, indem ein Muster des beanspruchten Zustandes und auch
Kräfte
und Drehmomente geändert
werden, die auf den Barren ausgeübt
werden. Genauer gesagt, die Bereitstellung von Lastsensoren macht
es möglich,
die Werte von Kräften
und Drehmomenten, die auf den Barren ausgeübt werden, zu messen, die dann
durch Betätigen
von Werkzeug- und Barrenaktuatoren geändert werden können. Es
wird eine Kraft auf jede Walze und somit den Barren ausgeübt, die sinnvoll
ist, gemessen und gesteuert zu werden entlang den drei folgenden
Dimensionen, nämlich
einer radialen (in Längsrichtung
zum Barrenradius), einer axialen (kolinear mit der Scheibenachse)
und einer tangentialen (entlang der Tangentenlinie zu einem Umfang,
gezogen durch die Mitte von dem Kontaktmuster). Die Werte der Kraft
und ihrer Komponenten werden gesteuert, indem entweder die Drehzahl
und Position der Walzen und des Barrens oder die Richtung der Kraftausübung, d.
h. der Kraftvektor, geändert
werden. Die letztere wird dadurch bereitgestellt, dass ein Mechanismus
zum Umkehren der Richtung der Werkzeug- und Barrenrotation geschaffen
wird. Zusätzlich
wird der beanspruchte Zustand gesteuert, indem eine geeignete Kombination
von Werkzeugen, die entweder positiv oder frei rotieren, und auch
ein zu bearbeitender Barren gewählt
werden, die dadurch bereitgestellt wird, dass in den Antriebsmechanismus
Mittel eingebaut werden, die die Rotation der Walzen und des Barrens
von positiv nach frei ändern können.
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Weiterhin kann das Walzwerk mit einem
Mechanismus zum Drehen des Werkzeuges in die Ebene senkrecht zur
Achse der Barrenrotation versehen sein, wodurch das Werkzeug in
eine Position gebracht wird, in der seine Drehachse fehlausgerichtet mit
der Drehachse des Barrens ist. Es ist aus der Theorie des Walzens
bekannt, dass es für
die Barrenreduktion mit Walzen wichtig ist, dass der Angriffswinkel
des Barrens an den Walzen nicht den Reibungswinkel überschreitet.
Wenn Barren mit einer hochprozentigen Reduktion gewalzt werden,
was der Fall ist, wenn sich die Barrenabschnitte in der Dicke stark
unterscheiden, wie in Scheiben von Gasturbinentriebwerken und auch
beim Walzen mit Schmiermittel, ist es schwierig, den oben genannten
theoretischen Vorschlag zu beobachten. Dies ist der Grund, warum
das Walzen mit einer positiven Rotation von Walzen und Barren bei
koordi nierten Drehzahlen ausgeführt
werden soll. Auf der anderen Seite kann eine Situation auftreten,
bei der die Kräfte
und Drehmomente, die aus den Walzwerkzeugen und der Barrenhalteeinheit
entstehen, ein resultierendes Drehmoment ausüben, das eine verdrehende Wirkung
auf die Barrenmitte relativ zu seinem Umfang ausübt, wobei dies an einer Unmöglichkeit
der vollständigen Koordination
von Drehzahlen der Walzen und des in Bearbeitung befindlichen Barrens
liegt. In diesem Fall macht es das Walzwerk gemäß der Erfindung möglich, ohne
Lösung
niedrig ansprechender Aktuatoren bzw. Stellglieder, einen Teil der
rotierenden Walzen und/oder des Barrens in eine freie Rotation für eine ausreichende
Zeitperiode zu bringen, um die Gründe der Deformation der geometrischen
Form des in Bearbeitung befindlichen Barrens im Falle seiner Verdrehung
und Verdünnung
zu eliminieren und die Stellglieder wieder in Eingriff zu bringen,
um die Effizienz des Walzprozesses zu vergrößern.
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Weiterhin ermöglicht die Umkehr des Werkzeuges
(d. h. Arbeitswalzen) und des Barrens, dass man nicht nur die Richtung
der Wirkung der Kräfte und
Drehmomente, die auf den in Bearbeitung befindlichen Barren ausgeübt werden, ändern kann, sondern
dass man auch sehr kompliziert geformte Elemente von den erzeugten
Teilen formen kann. Somit können
Scheibenrandflansche erhöht
werden durch Rückwärtsbewegung
der Walzen in Richtung auf die Scheibenmitte, und scheibenförmige Teile
mit radialer Anordnung des Wulstes auf ihren Stirnflächen können durch
Umkehrung von Walzen- und Barrenrotation gewalzt werden.
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Es sind auch verschiedene Betriebsbedingungen
des Walzwerkes möglich,
wodurch die Höhe der
effektiven Beanspruchungen und die Größe der Dehnungsmitte des Barrens
geändert
werden aufgrund von freier oder positiver Rotation der Walzen, ihrer
Umkehr oder Stillstand. Beispielsweise entstehen, worauf zuvor hingewiesen
worden ist, wenn der Barren von der Barrenhalteeinheit positiv gedreht wird
und die Walzen ebenfalls positiv gedreht werden, günstige Bedingungen
zu Beginn des Walzprozesses, obwohl zur gleichen Zeit Beanspruchungen und
Verdrehungsdehnung in dem Barrenabschnitt auftreten, der zwischen
den Werkzeugen angeordnet ist. Sollte also eine derartige Gefahr
auftreten, müssen
die Walzbedingungen mehrere Male im Laufe des Walzens von einem
Barren geändert
werden.
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Ein zusätzliches Lastausübungsmuster
und der Wert der ausgeübten
Last können
ebenfalls geändert
werden durch die Wirkung von der Druckrolle auf den in Bearbeitung
befindlichen Barren. Während des
Barrenformprozesses übt
die Rolle eine Kraft auf den Barren aus, die auf die Achse ihrer
Rotation gerichtet ist und somit den Gesamtwert der radialen Kraft
verringert, die eine Verdünnung
des Scheibensteges bewirkt. Zu diesem Zweck ist die Rolle mit einem
Aktuator bzw. Stellglied versehen, der ihr eine radiale Bewegung
erteilt, während
die Bereitstellung von einem weiteren Aktuator bzw. Stellglied,
das der Rolle eine Bewegung parallel zur Barrenachse erteilt, die
Formung von Teilen mit einem breiten gut entwickelten Rand möglich macht.
Somit bilden die Druckrolle und die Arbeitswalzen eine Walzvertiefung
mit einem geschlossenen System von Kräften.
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Als eine Regel bildet der Barrenkontursensor einen
Teil von einer optoelektronischen Einheit, die auch eine Quelle
für auf
die Barrenoberfläche
auffallendes Licht und einen Empfänger von reflektierten Lichtstrahlen
aufweist. Reflexionswinkel und Intensität von reflektierten Lichtstrahlen ändern sich
mit jeder Abweichung der Dicke des gewalzten Barrenabschnittes von
dem spezifizierten Wert. Die Betätigung des
Werkzeuges und der Barrenaktuatoren oder der Vorrichtung zum Ausbilden
eines spezifizierten Temperaturgradienten in dem in Bearbeitung
befindlichen Barren wird gemäß dem Wert
von einem Fehlersignal korrigiert, das aus einer Änderung
in der Barrenkontur resultiert. Wenn also beispielsweise der Steg
der erzeugten Scheibe empfindlich ist gegenüber einer Verformung aufgrund
von zufälligen
Störungen,
wird eine geeignete Korrektur in der Werkzeugposition für die Abmessungen
der Barrenkontur eingefügt,
damit sie innerhalb der Toleranzgrenzen bleibt. Sollte also gefunden
werden, dass der ausgewalzte Scheibensteg verdünnt worden ist, weil die Höhe der Dehnungsbeanspruchungen
in der involvierten Scheibenzone den Dehnungswiderstand des Materials überschreitet,
werden die entsprechenden Aktuatoren eingestellt, um den Dehnungswiderstand
des Barrenmaterials zu erhöhen,
beispielsweise durch eine intensivere Zufuhr von Kühlmittel
zu dem ausgewalzten Barrenabschnitt, oder wenn sich der Arbeitsvorgang
als unwirksam erweist oder aus irgendwelchen anderen Gründen begrenzt
ist, wird die Dehnungsrate verkleinert, indem die Werkzeug- und
Barrengeschwindigkeit verringert werden. Immer wenn eine derartige
Geschwindigkeitsverringerung unzweckmäßig ist, weil sie für einen
Produktivitätsabfall verantwortlich
ist, kann der Wert von einigen Walzkraftkomponenten geändert werden
durch Änderung der
Position der Walzen, insbesondere durch ihre zweckmäßige Drehung.
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Die Betätigung der Walzwerkaktuatoren beim
Walzen von Scheiben unter Verwendung von Lastsensoren basiert darauf,
dass jede wesentliche Abweichung in der Dehnung des in Bearbeitung
befindlichen Barrens eine Änderung
der Werte der Kräfte
und Drehmomente zur Folge hat, die auf das Werkzeug und den Barren
ausgeübt
werden. Wenn also eine der Walzen, die eine Superposition einnimmt, eine
höhere
Kraft auf den Barren ausübt,
dann dringt diese Walze in einem größeren Ausmaß ein als die gegenüberliegende
Walze. Der Prozess schreitet fort, bis die durch die Walzen ausgeübten Kräfte gleich
werden, obwohl die Walzen eine andere Position einnehmen, mit dem
Ergebnis, dass der in Bearbeitung befindliche Barren einer lokalen
Scherwirkung mit einem höheren
Barrendicken-Reduktionsverhältnis
als dem angegeben ausgesetzt wird. Ein Zustand, der das Einsetzen
eines derartigen Defektes verhindert, besteht darin, die Gleichheit
P1 = P2 für Walzen
des gleichen Typs bezüglich
Form und Größe beizubehalten,
oder die Gleichung p1f1 =
p2f2 für Walzen
unterschiedlichen Typs beizubehalten, wobei P1,
P2 Kräfte
auf die Walzen bezeichnen, p1, p2 durch die Walzen ausgeübten Druck bezeichnen und f1, f2 für die Kontaktfläche von
Walzen-zu-Barren stehen. Immer wenn eine Deformation des Steges
auftritt, d. h. die ähnlich
einer Scheibenform, resultiert sie aus dem Vorhandensein von unsymmetrischen
Drehmomenten P1R1 und
P2R2 für jedes
Walzenpaar, die eine Superposition annehmen, wobei R1,
R2 Radien bezeichnen, die von der Rotationsachse
zum Schwerpunkt der Kontaktfläche
von Werkzeug-zu-Barren verlaufen, und P1,
P2 die gesamten reduzierten Kräfte auf
die Walzen bezeichnen, die eine Superposition annehmen. Es liegt
an dieser Fehlanpassung der Barren- und Werkzeugdrehzahlen, dass
eine Verdrehung der gewalzten Barrenfläche und eine Verschlechterung
der Qualität
ihrer Oberfläche
auftreten kann. Dies ist von höheren
Drehmomenten auf die Walzen und die Barrenhalteeinheit begleitet.
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Eine Verletzung dieser Beziehungen
hat Fehlersignale zur Folge, die von den Lastsensoren geliefert
werden, gegenüber
denen eine geeignete Korrektur des Betriebs der Stellglieder vorgenommen wird.
Wenn also beispielsweise der Scheibensteg verdreht ist, wird diesem
entgegengewirkt, indem entweder das Moment auf die antreibende Welle
der Barrenhalteeinheit geändert
wird oder das Barrenmaterial verstärkt wird, indem die Vorrichtung
zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten in dem in
Bearbeitung befindlichen Barren betätigt wird. Der Zweck kann auch
erreicht werden, indem eine positive Rotation der Walzen oder des
Barrens für
ihre freie Rotation geändert
wird, d. h. Rotation aufgrund von Reibungskräften, die in der Zone des Werkzeug-zu-Barrenkontaktes
wirksam sind, indem entweder das Werkzeug oder der Barren von ihren Rotationsmechanismen
gelöst
wird.
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Die Bereitstellung von Lastsensoren
und Barrenkontursensoren liefert eine Möglichkeit, das erforderliche
Teil zu walzen und eine im voraus festgesetzte Form in einem geschlossenen
Ofen ohne visuelle Beobachtung des Prozesses zu erhalten. Diese
Konstruktionselemente können
in alternativen Ausführungsbeispielen
des vorgeschlagenen Walzwerkes und insbesondere gemeinsam zum Walzen von
kompliziert geformten Teilen verwendet werden. Zu Beginn des Walzprozesses
ist die Verwendung von Lastsensoren effizienter, weil sie es ermöglichen, den
Augenblick zu bestimmen, wann die Walzen mit dem Barren in Kontakt
kommen. Eine höhere
Messgenauigkeit wird während
des Walzprozesses durch die Barrenkontur-Messeinheit erhalten, die
auf einem kontaktlosen optoelektronischen Messsystem basiert. Eine
Steuerung des Walzwerkes mit Hilfe der vorgenannten Vorrichtungen,
Mechanismen und Einheiten kann durch einen Operator erfolgen, aber
auf effizientere Weise kann deren Steuerung unter Verwendung bekannter
Elemente von automatischen Systemen ausgeführt werden, die Regel- und Überwachungsinstrumente
und -einrichtungen, die vorgenannten Sensoren, Stellglieder, einen
Computer, Operationseinheiten mit Komparatoren, Rückführungskanälen usw.
enthalten.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung von einem Walzwerk, das vier geneigte
Walzen 1, 2, 3 und 4 aufweist,
die in entsprechenden Walzköpfen 5, 6, 7 und 8 angebracht
sind, die auf entsprechenden Schwenkplattformen 9, 10, 11 und 12 befestigt sind,
wobei die Letzteren ihrerseits auf entsprechenden oberen Wagen 13, 14, 15 und 16 angebracht sind,
die entlang Wegen (in 1 nicht
gezeigt) quer bewegbar sind, die auf unteren Wagen 17, 18, 19 und 20 ausgebildet
sind. Die Wagen sind ihrerseits entlang Bahnen bewegbar, die auf
Bettabschnitten ausgebildet sind, die mit den Bezugszahlen 21, 22, 23 und 24 versehen
sind. Das Walzwerk enthält
ferner Stellglieder bzw. Aktuatoren, die den Walzen eine Drehbewegung
erteilen, wobei die Aktuatoren als mit einem Getriebe versehene
Elektromotoren 25, 26, 27 und 28 erscheinen,
die durch Kupplungen 29, 30, 31 und 32 mit
den Walzköpfen
verbunden sind. Das Walzwerk enthält auch zwei koaxiale bewegbare Querstücke 33, 34 mit
Stützhülsen 35, 36,
wobei die Querstücke
in Bahnen 37, 38 angebracht sind und einen in
Bearbeitung befindlichen Barren 39 halten sollen, und Stellglieder
bzw. Aktuatoren, die als mit Getriebe versehene Elektromotoren 40, 41 erscheinen, die
den Stützhülsen über Kupplungen 42, 43 eine Drehbewegung
erteilen. Das Walzwerk enthält
ferner einen Arbeitsofen 44, der mit Öffnungen versehen ist zum Einführen des
drehbaren Abschnittes der Walzköpfe 5, 6, 7 und 8 mit
den Walzen 1, 2, 3 und 4 und den
Stützhülsen 45, 46.
Um den Wärmeverlust
des Arbeitsofens 44 zu verringern, sind die Öffnungen zum
Einführen
der Walzköpfe
mit bewegbaren Faltenbalgen 47, 48, 49 und 50 versehen.
Der Ofen nimmt ferner einen Teil der Vorrichtung zum Ausbilden eines
spezifizierten Temperaturgradienten in dem in Bearbeitung befindlichen
Barren auf (erste Variante}, die als Kanäle 51, 52 erscheinen,
die in den Stützhülsen ausgebildet
sind und über
Rohrleitungen 53, 54 und einen Verteilungshahn 55 mit
einer Kühlmittelquelle 56 in
Verbindung stehen. In dem Ofen und den Stützhülsen sind Maßnahmen
zur Aufnahme von Temperatursensoren (in 1 weggelassen) vorgesehen. Das Walzwerk
enthält
ferner Lastsensoren 57, 58, 59 und 60,
die axiale, radiale und tangentiale Komponenten der Walzkraft messen
können,
und auch Lastsensoren in der Form von Aufnehmern 61, 62 für axiale
Kraft und Drehmoment-Aufnehmer 63, 64, die in
der Barrenhalteeinheit vorgesehen sind.
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2 zeigt
die Barrenhalteeinheit mit Aktuatoren 65, 66,
die als hydraulische Zylinder erscheinen, die eine axiale Bewegung
für die
Barrenhalteeinheit durch Stangen 67, 68, Bügel 69, 70 und
Lagereinheiten 71, 72 mit den Stützhülsen der
Barrenhalteeinheit erteilen können. 2 zeigt ferner ein erstes
Ausführungsbeispiel
von der Vorrichtung zum Ausbilden eines Temperaturgradienten in
dem in Bearbeitung befindlichen Barren durch seine Kühlung auf
beiden Seiten mit dem Kühlmittel,
das von seiner Quelle 56 zugeführt wird.
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3 stellt
die Anordnung von den Arbeitswalzen 3, 4 und einer
Druckrolle 73 dar, wobei die Letztere in einem Rollenhalter 74 drehbar
ist, der seinerseits auf einer bewegbaren oberen Plattform 75 angebracht
ist, die entlang Bahnen 76 radial bewegbar ist, die auf
einer unteren Plattform 77 in ihrer Lage gehalten sind.
Die untere Plattform 77 ist ihrerseits in Bahnen 78 angebracht,
die auf einem Bettabschnitt 79 feststehend angebracht sind.
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4 stellt
in Bezug auf einen der Walzköpfe Stellglieder
bzw. Aktuatoren dar, die der geneigten Walze 4 in Ebenen
senkrecht zu der Barrenachse und der Rotationsebene eine Drehbewegung
erteilen. Aus 4 wird
deutlich, dass der obere Wagen 16 aus zwei Teilen aufgebaut
ist, die durch eine Gelenkverbindung 80 miteinander verbunden
sind, d. h. einem oberen drehbaren Teil 81 und einem unteren stationären Teil 82.
Der obere Wagen 16 haltert auch einen Aktuator, das heißt einen
Hydraulikzylinder 84, der darauf durch eine Gelenkverbindung 83 angebracht
und in der Lage ist, das obere Wagenteil 81 in Bezug auf
sein unteres Teil 82 durch eine Zylinderstange 85 zu
drehen, die mit dem oberen Wagenteil 81 über eine
Gelenkverbindung 86 verbunden ist.
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Das drehbare Wagenteil 81 haltert
die Plattform 12 mit dem Walzkopf 8. Ein Schneckenrad 89 ist über eine
Achse 88 fest mit der Plattform 12 verbunden,
und ein Schneckenzahnrad 90 ist mit dem feststehenden stationären Wagenteil
82 über
eine Kupplung 91 mit einem Motor 92 verbunden.
Das untere Teil 82 von dem oberen Wagen 16 ist
parallel zu der Barrenachse entlang Bahnen bewegbar, die auf dem unteren
Wagen 20 in ihrer Lage fest angebracht sind.
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5 stellt
die Vorrichtung zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten
in dem in Bearbeitung befindlichen Barren dar (zweite Variante),
die konstruktiv mit dem Ofen 44 integriert ist. Die Vorrichtung
weist Heizeinrichtungen 93 auf, die in dem Ofen 44 auf
konzentrischen Kreisen koaxial mit dem in Bearbeitung befindlichen
Barren angeordnet sind, wobei jede der Heizeinrichtungen in ihrer
eigenen Vertiefung sitzt, die in den Ofenwänden 94 und 95 ausgebildet
sind und die ihren eigenen Reflektor 96 haben. Die Heizeinrichtungen
sind gemäß ihrer Ausgangsleistung
so ausgewählt,
dass sie für
eine Gradientenheizung des in Bearbeitung befindlichen Barrens sorgen;
sie haben ihre eigenen elektrischen Anschlüsse 97, die über einen
Drahtleiter 98 mit einer Quelle für elektrische Energie verbunden
sind (die Quelle ist in 5 weggelassen).
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6 stellt
die Vorrichtung zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten
in dem in Bearbeitung befindlichen Barren dar (dritte Variante), die
als Kanäle 99 in
der Walze 1 erscheint und die ihre Auslässe auf der Walzenstirnfläche hat,
wobei die Kanäle über eine Öffnung 100 in
dem Walzenkopf 5 und entlang Leitungen 101 mit
dem Verteilungshahn 55 in Verbindung stehen.
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7 zeigt
die Anordnung der Barrenkontur-Überwachungseinheit,
die Barrenkontursensoren 102, 103, die auf der
Außenseite
des Ofens 44 angeordnet und in der Lage sind, fokussierte
Einfallsstrahlen durch transparente Flächen 104, 105 der
Ofenwand auf die Barrenoberfläche
zu emittieren und deren optische Achsen innerhalb der Abmessungsgrenzen
des Barrens zu drehen, und auch lineare Photodetektoren 106, 107 für die reflektierten
Strahlen enthält.
Die Photodetektoren 106, 107 dienen zur gleichen
Zeit als zusätzliche
Tempera tursensoren, die die Barrentemperatur messen können, und
sind über das
Regelsystem (in 7 weggelassen) mit
der Vorrichtung zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten
in dem in Bearbeitung befindlichen Barren verbunden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Beispiel 1
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Der Barren 39 aus einer
Legierung mit einer ultrafeinkörnigen
Mikrostruktur, Güte
EP962, vorgewärmt
zusammen mit seiner Zentrierachse, ist zwischen die Stützhülsen 35, 36 der
Barrenhalteeinheit in dem Arbeitsofen 44 eingesetzt und
wird dann durch Zusammenpressen seiner Nabe mit den Stützhülsen 35, 36 in
seiner Lage fixiert. Um eine maximale Kontaktfläche zwischen dem Barren 39 und
den Stützhülsen 35, 36 auszubilden,
pressen die Stützhülsen zunächst die
Nabe zusammen, indem eine Kraft darauf ausgeübt wird, die seine plastische
Dehnung zur Folge hat, woraufhin die ausgeübte Kraft auf Werte verringert
wird, die aber eine elastische Dehnung in der Nabe bewirken. Die
vorgenannten Kräfte
des Pressens und Dehnens des Barrens 39 werden durch die
entsprechenden Sensoren 61, 62 überwacht.
Als nächstes
erhält
der Barren 39 zusammen mit den Stützhülsen 35, 36 eine
Drehung von den entsprechenden Aktuatoren 40, 41.
Wenn das Walzwerk in der Anfangsstellung ist, werden die Arbeitswalzen 1, 2, 3, 4 mit
dem Barren 39 in Kontakt gebracht, bevor der Walzprozess
begonnen wird, wobei die Lastsensoren 57, 58, 59, 60 verwendet
werden, die ein entsprechendes Signal als Antwort auf die Kontaktkraft
von Walze-zu-Barren liefern. Zusätzlich
wird Gebrauch von Anzeigen gemacht, die von den Walzkopf-Positionsaufnehmern
(nicht gezeigt) zum Einstellen der Walzen 1, 2, 3, 4 in
einem erforderlichen Winkel und für einen im voraus festgesetzten
Durchmesser des Barrens 39 und auch Drehzahl-Aufnehmern
(nicht gezeigt) zum Koordinieren der Drehzahl des Barrens 39 mit
derjenigen von jeder Walze dargestellt sind. Gleichzeitig werden
die Barrenkontursensoren 102, 103 für eine Anfangsstellung der
Oberflächen
des in Bearbeitung befindlichen Barrens in einer Zone nahe dem Ort
des Walzen-zu-Barren-Kontaktes eingestellt. Als nächstes wird
die Vorrichtung zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten
in dem in Bearbeitung befindlichen Barren, wie sie in den 1 und 5 gezeigt
ist, eingeschaltet, mit dem Ergebnis, dass die Heizeinrichtungen 96 der
in 5 gezeigten Vorrichtung den Barrenabschnitt
unter dem Walzen auf die Dehnungstemperatur vorwärmen, während gekühlte Luft der Nabe entlang
den Kanälen 51, 52 in
den Stützhülsen 35, 36 zugeführt wird,
um so den Nabenabschnitt von dem Barren zu kühlen. Die Heiz- und Kühltemperaturen
des Barrens 39 werden, in einer ersten Annäherung, durch
Temperatursensoren (nicht gezeigt) kontrolliert, die in den Stützhülsen 35, 36 vorgesehen sind,
die in dem Ofen bzw. in der Kühlzone
angeordnet sind. Die Temperaturverteilung in dem Barren 39 wird
zusätzlich überwacht
und korrigiert mit der Hilfe von beispielsweise dem Detektor 106 von
der Barrenkontur-Überwachungseinheit,
die in 7 gezeigt ist, und die als
eine photometrische Regel erscheint, die, durch geeignete Signale,
auf die Intensität
und Verteilung der Strahlung von verschiedenen Punkten auf der Oberfläche von
dem vorgewärmten
Barren ansprechen kann. Wenn die Dehnungstemperatur von dem in Bearbeitung
befindlichen Barren und ein spezifizierter Temperaturgradient zwischen
dem zu walzenden Barrenabschnitt und der Nabe erreicht worden sind,
beginnt der Walzprozess durch Eindringen der Walzen 1, 2, 3, 4 in
den Barrenabschnitt, der gewalzt wird, und deren radiale Verschiebung
gemäß einem
Programm, das zum Ziel hat, eine im voraus festgesetzte Kontur des
in Bearbeitung befindlichen Barrens 39 zu formen. Sollte
irgendeine Abweichung von einer im voraus festgesetzten Kontur während des
Walzprozesses aufgrund der Wirkung verschiedener Faktoren auftreten
(wie beispielsweise Temperatur, elastische Dehnung von Werkzeugen,
inhomogene Anfangs-Mikrostruktur von dem Material, Änderungen
in den Walzkräften
und -drehmomenten oder aus anderen gelegentlichen oder systematischen Fehlern),
werden die Walzbedingungen neu eingestellt, wobei die Lastsensoren 57, 58, 59, 60 und/oder der
Barrenkontursensor 102, 103 verwendet werden, die
geeignete Signale an die entsprechenden Aktuatoren des Walzwerkes
liefern. Wenn beispielsweise derartige Abweichungen, die beim Walzen
einer Scheibe aufgetreten sind, eine abnormal vergrößerte Dicke
von dem Scheibensteg zur Folge haben oder die Scheibe gefährdet ist,
in der Walzzone lokal deformiert zu werden, muss der Betrieb der
Aktuatoren, die für
die Stellung der Walzen verantwortlich sind, korrigiert werden,
wobei einer der Aktuatoren in 4 so
gezeigt ist, dass er die Einheiten 89, 90, 91 und 92 aufweist.
Wenn der gewalzte Abschnitt von dem Barren 39 deformiert
wird, wird der Betrieb der Vorrichtung zum Ausbilden eines spezifizierten
Temperaturgradienten in dem in Bearbeitung befindlichen Barren und/oder
von den Aktuatoren 84, 85, die auf die Werkzeuge
ausgeübten
Kräfte
und Drehmomente modifizieren, und von den Aktuatoren 25, 26, 27 und 28 geändert, die
dies in Bezug auf den Barren tun. Wenn also der gewalzte Stegabschnitt
abnorm verdünnt
wird, wird das entstehende Fehlersignal verwendet, um diesen nachteiligen
Effekt auf verschiedenen Wegen zu eliminieren, das heißt, zunächst durch
eine erhöhte
Intensität
der Barrenkühlung,
wobei die in den Stützhülsen 35, 36 vorgesehenen
Kanäle 51, 52 verwendet
werden, und dann wird der Kanal 99 benutzt, der in den
Walzen 1, 2, 3, 4 vorgesehen
ist. Wenn diese Maßnahmen
unwirksam sind, wird ein Befehlssignal gelie fert, um die Kupplungen 29, 30, 31, 32 und 42, 43 von
den Aktuatoren der positiven Rotation des Barrens und einem Teil
der Walzen zu trennen bis hin zum Walzen mit nur einer Walze oder
dem Barren, die sich positiv drehen. Wenn schließlich die getroffenen Maßnahmen
nicht helfen, wird die Dehnungsrate, d. h. die Translationsgeschwindigkeit
des Werkzeuges verringert, oder die Werkzeugposition wird geändert, indem
es in den Ebenen senkrecht zur Achse seiner Rotation gedreht wird.
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Somit zeigt Beispiel 1 eine Kombination
von einer Anzahl von konstruktiven Ausführungsbeispielen der Vorrichtung
zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten in dem in
Bearbeitung befindlichen Barren, die in industriellen Anwendungen der
vorliegenden Erfindung am wirksamsten ist.
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Beispiel 2
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Es wird nun der Betrieb eines Walzwerkes unter
Bezugnahme auf das Walzen von dem gewünschten Teil aus einem Barren,
der aus einer Legierung mit einer feinkörnigen Mikrostruktur hergestellt
ist, mit der Güte
EP962 und der in 8 gezeigten Konfiguration,
im Hinblick darauf betrachtet, die erforderliche Konfiguration mit
einer spezifizierten Querschnitts-Mikrostruktur zu erhalten, die
sich von der feinkörnigen
Mikrostruktur in der Nabe, dem "Halsband"-Typ in dem Steg
bis zu der grobkörnigen Mikrostruktur
in dem Rand ändert.
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Das Walzwerk arbeitet wie in Beispiel
1, es wird aber den folgenden spezifischen Merkmalen angemessen
Rechnung getragen, die durch Erhalten der erforderlichen Konfiguration
und der spezifizierten Querschnitts-Mikrostruktur erforderlich sind.
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Wenn die Prozeduren mit dem Walzwerk, wie
sie in Beispiel 1 beschrieben und zum Starten des Walzprozesses
erforderlich sind, ausgeführt
worden sind, bewegen sich die Walzen vom Punkt A zum Punkt B, wie
es in dem Diagramm von 8a gezeigt
ist. Während
sich die Walzen über
die halbe Strecke zwischen den Punkten bewegen, wird die Temperatur
des gerade gewalzten Barrenabschnittes erhöht und diejenige der Nabe bleibt
unverändert,
indem die Vorrichtung zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten
verwendet wird. Die Temperatur des gerade gewalzten Barrenabschnittes wird
erhöht,
und die Legierung wird auf dieser Temperatur gehalten, bis die Korngröße in dem
Barrenabschnitt gleich 60–80
Mikron wird. Für
diese bestimmte Legierung liegt die Temperatur in dem Be reich von 1150
bis 1170°C
und die Haltezeit von 10 bis 20 Min. Daraufhin wird die Temperatur
des gerade gewalzten Barrenabschnittes unter Verwendung der Vorrichtung zum
Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten in dem in Bearbeitung
befindlichen Barren auf Werte nahe der Anfangstemperatur gesenkt,
was durch die Temperatursensoren in dem Barren überwacht wird. Anschließend geht
der Walzprozess weiter (von Punkt B zu Punkt C in 8B) bei einer konstanten Temperatur des
gewalzten Barrenabschnittes. Der Prozess des Formens des Randflansches der
Scheibe beginnt am Punkt C in dem Diagramm. Die Walze 1 empfängt Befehlssignale
für eine
Bewegung, die der Kontur des Randflansches an Punkten C, D, E, F
auf dem Barren folgen soll, wie es in 8 gezeigt
ist. Zur gleichen Zeit wird die Walze 2 auf der entsprechenden
Bahnlänge
verlangsamt, weil es in diesem Fall wichtig ist, dass die Relation
F1S1 = F2S2, d. h. die Gleichheit
der ausgeübten
Kräfte,
erfüllt
ist ( 8c, d).
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Weiterhin bewegt sich die Walze 1 in
der entgegengesetzten Richtung vom Punkt E radial zum Punkt E', um so den Randflansch
auf Kosten der Reduktion seiner Dicke zu erhöhen (Fig
8d). In diesem Fall wird die Walze 2 in Superposition
zu der oberen Walze angeordnet, um so ein Gleichgewicht ihrer Drehmomente
zu beobachten.
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Wenn der Randflansch geformt worden
ist, was von dem Barrenkontursensor beurteilt wird, kehren die Walzen
zurück
bis zum Punkt G und bewegen sich radial weiter zum Punkt H. Für ein letztes
Walzen des Scheibenrandabschnittes werden die Arbeitsbedingungen
für die
Vorrichtung zum Ausbilden eines spezifizierten Temperaturgradienten
geändert,
es wird nämlich
die Randerwärmungstemperatur
erhöht,
aber nicht über
die Temperatur hinaus, bei der die Mikrostruktur vergröbert wird
oder Korngrößenänderungen
auftreten. Gleichzeitig wird den Stützhülsen und auf den gewalzten
Scheibenabschnitt Kühlmittel
mit einer höheren
Rate zugeführt, um
eine Temperatur darin 30–50°C unter der
Temperatur der vollständigen
Lösung
der Gamma-Strich-Phase beizubehalten. An der letzten Stufe des Walzens,
wo die Scheibe auf die Größe von 85–90% ihres
fertigen Durchmessers ausgewalzt wird, wird die Druckrolle auf den
Scheibenrandabschnitt vorbewegt und der Letztere wird fertiggeformt
durch eine gemeinsame Bewegung der Druckrolle und der geneigten
Walzen. In diesem Fall wird der Rand gewalzt, wobei er verteilt
wird, d. h. in der Höhe
(Dicke) erhöht
wird, indem die Bewegungsgeschwindigkeiten von oder die Kräfte auf
die Druckrolle und die geneigten Walzen in geeigneter Weise gewählt werden.
Weiterhin wird, wenn ein hoher Rand geformt wird, der die Breite
von der Arbeitsfläche
der Druckrolle überschreitet,
die Rolle periodisch in Längsrichtung
der Scheibenachse von der unteren Walze
zur oberen verschoben, und umgekehrt, bis der Barrenkontursensor
ein Signal zur Beendigung des Walzprozesses liefert. In dies Fall
werden die Maßnahmen
zum Stoppen und Reversieren der Aktuatoren des Walzwerkes verwendet.
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Beispiel 3
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Es wird ein Betrieb des Walzwerkes
unter Bezugnahme auf das Walzen eines halbkugelförmigen Teils aus einem Barren
betrachtet, der aus einer Titanlegierung, Güte VT9, hergestellt ist (9).
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Der Barren des zu erzeugenden Teils,
der auf die Dehnungstemperatur (950°C) vorgewärmt ist, wird auf die Stützhülsen 35, 36 gesetzt
und festgeklemmt, woraufhin die Walzwerks-Aktuatoren (nicht gezeigt)
so angeordnet werden, dass die Walzen zum Barren vorgeschoben werden
und der letztere gewalzt wird.
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Ein besonderes Merkmal des Walzens
eines halbkugelförmigen
Teils beruht darin, dass, wenn die Walzen ihre Position ändern, während sie
gemäß einem
bestimmten Programm radialbewegt werden, Befehlssignale an die Aktuatoren
geliefert werden, die eine axiale Verschiebung der Stützhülsen bewirken,
die Teile und Einheiten 65, 66, 67, 68, 70 und 71 ( 2) für ihre gemeinsame (synchrone)
Verschiebung relativ zu der Anfangsposition für eine ausreichende Länge aufweisen,
um eine erforderliche Krümmung
des gewalzten Teils zu erhalten. 9a, b, c stellen
die verschiedenen Phasen bei der Erzeugung eines halbkugelförmigen Teils
dar, wobei die Symbole Delta-Eins und Delta-Zwei die Längen der Verschiebung
der Stützhülsen bezeichnen.
Die Formung des Teils wird während
des Walzens durch den Barrenkontursensor 102, 103 (7) überwacht
und korrigiert.
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Die vorliegende Erfindung kann Anwendung finden
in der Flugzeug-Triebwerksindustrie,
der Kraftwerksindustrie und anderen Branchen der mechanischen Ingenieurstechnik,
in denen Gebrauch gemacht wird von axial symmetrischen Teilen, die
aus Superlegieungen, Nickel- und Titanbasis-Legierungen und solchen
hergestellt sind, die auf intermetallischen Verbindungen basieren.