Verfahren zur Herstellung von Profilen durch spanloses Verformen Process for the production of profiles by non-cutting shaping
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Profilen durch spanloses Verformen von Material in einer Verformungsstation, insbesondere einer Walzstation, durch die das Material hindurchbewegt wird, wobei dem Material insbesondere unmittelbar vor der Verformungsstation, Wärmeenergie zugeführt wird.The invention relates to a method for producing profiles by non-cutting shaping of material in a shaping station, in particular a rolling station, through which the material is moved, thermal energy being supplied to the material, in particular directly in front of the shaping station.
Metallische Profile mit beliebiger Länge können durch spanlose Verformung durch Profilwalzen hergestellt werden. Dabei werden mehrere Walzgerütse vom Walzgut nacheinander durchlaufen, wobei die axialen Querschnitte der beiden zusammengehörigen Walzen jeweils eines Gerüsts, der Ober- und der Unterseite des durch das Gerüst hergestellten Querschnitteils des Profiles entsprechen, also etwa keilförmig bzw. V-nutförmig sind. Durch das Aufeinanderfolgen von mehreren solcher Walzenpaare können mittels mehreren Umformschritten komplexe Profile hergestellt werden. Besitzt der Querschnitt des gewünschten Profils kleine Krümmungsradien oder allzu scharfe Kanten, so treten bei den im Bezug auf die Krümmungsmittelpunkte außen liegenden Fasern des Walzgutes sehr große Dehnungen auf, die unter Umständen die Bruchdehnung überschreiten können, womit das Profil nach dem Walzprofilieren an solchen Stellen Risse aufweist und damit unbrauchbar wird. Das Problem wird noch verschärft, wenn weniger duktile Werkstoffe, wie etwa bestimmte Aluminiumlegierungen, Titan oder hochfeste Stähle gewalzt werden. Damit blieb bisnun das Walzprofilieren, das aufgrund seines Endloscharakters kostengünstig ist, auf duktile Werkstoffe und auf Querschnittsgeometrien mit nicht zu hohen Umformgraden beschränkt.Metallic profiles of any length can be produced by non-cutting deformation using profile rollers. The rolling stock passes through several rolling mills one after the other, the axial cross sections of the two rolls belonging together corresponding to one stand, the top and bottom of the cross-section part of the profile produced by the stand, that is to say approximately wedge-shaped or V-shaped. By sequencing several such pairs of rollers, complex profiles can be produced using several forming steps. If the cross-section of the desired profile has small radii of curvature or edges that are too sharp, the fibers of the rolling stock lying on the outside with respect to the centers of the curvature have very large stretches, which under certain circumstances can exceed the elongation at break, which means that the profile cracks at such points after roll profiling has and thus becomes unusable. The problem is exacerbated when less ductile materials such as certain aluminum alloys, titanium or high-strength steels are rolled. Until now, roll forming, which is inexpensive due to its endless character, has so far been restricted to ductile materials and cross-sectional geometries with not too high degrees of deformation.
Bekannt wurde nun bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erwärmen von elektrisch leitfähigem Material, wobei das Material durch wenigstens eine Bearbeitungsstation hindurchbewegt und durch einen zwischen zwei zugeordneten Kontaktelementen über das elektrisch leitfähige Material fließenden elektrischen Strom erwärmt wird (DE-Al 41 26 175). Um das elektrisch leitfähige Material mittels direkter Stromübertragung schnell, mit geringem Platzbedarf und mit hohem Wirkungsgrad zu erwärmen, fließt der elektrische Strom zwischen zwei benachbarten
Kontaktelementen quer zu einer Materialförderrichtung durch das Material. Die Kontaktelemente können dabei auch als Profilwalzen ausgebildet sein. Nachteilig bei einem solchen Verfahren ist die Beschränkung auf elektrisch leitfähiges Material und der Umstand, daß ein großer Flächenbereich des zu verformenden Materials erwärmt wird. Es bedarf daher einer hohen Energiezuführ, um lokal die erforderliche Erwärmung zu erzielen. Darüberhinaus ist die Wärmezufuhr an Stellen, wo dies nicht unbedingt erforderlich ist, um Materialrisse zu vermeiden, nicht unbedingt wünschenswert.A method and a device for heating electrically conductive material have already become known, the material being moved through at least one processing station and being heated by an electrical current flowing between two associated contact elements via the electrically conductive material (DE-Al 41 26 175). In order to heat the electrically conductive material quickly, with a small footprint and with high efficiency by means of direct power transmission, the electric current flows between two neighboring ones Contact elements transverse to a material conveying direction through the material. The contact elements can also be designed as profile rollers. A disadvantage of such a method is the restriction to electrically conductive material and the fact that a large surface area of the material to be deformed is heated. A high energy supply is therefore required to achieve the required heating locally. In addition, the heat supply in places where this is not absolutely necessary in order to avoid material cracks is not absolutely desirable.
Bekannt wurde weiters auch schon eine konduktive Erwärmung des zu verformenden Gutes (EP 314 667). Gebrauch gemacht wird hiebei von zwei Paaren von Kontaktrollen, die entlang des zu erwärmenden Gutes verschiebbar gelagert sind. In Förderrichtung des Gutes erfolgt ein direkter Stromdurchgang von einem Paar der Kontaktrollen über das Gut zum anderen Paar. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß der Platzbedarf durch die in Abstand voneinander angeordneten Kontaktrollenpaare groß ist. Außerdem ergibt sich während des Anfahrens der Anlage ein Ausschuß, der ca. die 1,5-fache Anlagenlänge beträgt.Furthermore, conductive heating of the material to be deformed has also become known (EP 314 667). Use is made of two pairs of contact rollers which are slidably mounted along the material to be heated. In the conveying direction of the goods, there is a direct current passage from one pair of contact rollers over the goods to the other pair. A disadvantage of this method is that the space required is large because of the contact roller pairs which are spaced apart from one another. In addition, there is a committee during the start-up of the plant, which is approximately 1.5 times the length of the plant.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Beschränkungen, welchen die vorerwähnten bekannten Verfahren unterworfen sind, zu beseitigen oder zumindest zu vermindern und die Verformung, insbes. durch Profilwalzen, auch auf Werkstoffe erstrecken zu können, die sich für die Kaltumformung weniger gut eignen und auf Profile mit besonders hohen Umformgraden zu erweitern. Erreicht wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art, wenn erfindungsgemäß die Wärmeenergie gebündelt, z.B. als Laserstrahl, zugeführt wird. Eine gebündelte Energiezufuhr ist dabei auch durch Verwendung eines Plasmastrahles oder von Mikrowellenstrahlen möglich.The invention is based on the object of eliminating or at least reducing the restrictions to which the above-mentioned known methods are subject and to be able to extend the deformation, in particular by profile rolling, to materials which are less suitable for cold forming and expand to profiles with particularly high degrees of deformation. This is achieved in a method of the type mentioned at the outset if, according to the invention, the thermal energy is concentrated, e.g. as a laser beam. A bundled supply of energy is also possible by using a plasma beam or microwave beams.
Die gegenständliche Erfindung macht sich den Umstand zunutze, daß im allgemeinen die Verformbarkeit von Metallen, und auch von vielen anderen Werkstoffen, wie etwa Thermoplasten und Glas bei erhöhter Temperatur verbessert wird, was sich daran zeigt, daß die für das Einsetzen der plastischen Verformung erforderliche Fließspannung mit steigender Temperatur sinkt, bei Stahl bei einer
Temperaturerhöhung um 500° um etwa 40 %. Weiters steigen auch die erreichbaren Dehnungen mit steigender Temperatur an. Damit kann nun durch Erwärmung des Walzgutes durch gebündelte Energiezufuhr kurz vor der Verformung beim Walzen vor dem Ergreifen des zu verformenden Gutes durch die Walzen an denjenigen Stellen, wo nach Verlassen des Walzenpaares Profilquerschnittsstellen mit kleinen Krümmungsradien entstanden sind, durch Erwärmung etwa mit einem mehr oder minder fokussierten Laserstrahl eine verbesserte Umformung erzielt werden, sodaß das Material nicht bricht, was im kalten Zustand bei dem gegebenen Material und dem gewünschten Profil sonst unvermeidbar wäre.The present invention takes advantage of the fact that generally the ductility of metals, and also of many other materials, such as thermoplastics and glass, is improved at elevated temperature, which is demonstrated by the fact that the yield stress required for the onset of plastic deformation decreases with increasing temperature, with steel at one Temperature increase by 500 ° by about 40%. Furthermore, the achievable strains increase with increasing temperature. Thus, by heating the rolling stock by bundling the energy shortly before the deformation during rolling, before the material to be deformed is gripped by the rollers at those points where profile cross-sectional areas with small radii of curvature have arisen after leaving the pair of rollers, heating with more or less focused laser beam an improved forming can be achieved so that the material does not break, which would otherwise be unavoidable in the cold state with the given material and the desired profile.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Wärme in gebündelter Form, insbesondere mittels des Laserstrahles, jenen Stellen des Materials zugeführt, an welchen auf die Erwärmung folgend, in der Verformungsstation ein scharfer Bug bzw. eine Abwinkelung unter einem spitzen Winkel hergestellt wird. Mittels des Lasers, der als mehr oder minder stark fokussierter Hochleistungshalblaser zugeführt wird, wird das zu verformende Material im Bereich des Brennflecks erwärmt, wobei dessen Größe so gewählt ist, daß sie den Bereich, in welchem bei der auf die Erwärmung folgenden Verformung nennenswerte Dehnungen auftreten, überdeckt.In a further embodiment of the invention, the heat is supplied in a bundled form, in particular by means of the laser beam, to those points of the material at which, following the heating, a sharp bend or an angle at an acute angle is produced in the deformation station. By means of the laser, which is supplied as a more or less highly focused high-power semi-laser, the material to be deformed is heated in the area of the focal spot, the size of which is selected so that it covers the area in which significant strains occur during the deformation following the heating , covered.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen werden, daß (in Bewegungsrichtung des Materials gesehen) vor der Auftreffstelle des Laserstrahles auf das zu verformende Material, ein absorptionserhöhender Belag, z.B. aus Graphit, auf das Material aufgebracht, insbesondere aufgesprüht, wird. Der Belag verhindert hiebei weitgehend Reflexionen des Laserstrahles. Die Stelle, an der der absorptionserhöhende Belag beim Aufbringen auf das zu verformende Material trifft, kann nahe - etwa in einer dem Durchmesser des Brennflecks des Laserstrahles entsprechenden Entfernung - von der Auftreffstelle des Laserstrahles gelegen sein. Das absorptionsverbessernde Material kann auch als Schmiermittel Verwendung finden.In a preferred embodiment of the method according to the invention it can be provided that (seen in the direction of movement of the material) an absorption-increasing coating, e.g., before the point of impact of the laser beam on the material to be deformed. made of graphite, applied to the material, in particular sprayed on. The covering largely prevents reflections of the laser beam. The point at which the absorption-increasing coating hits the material to be deformed during application can be located close to - approximately at a distance corresponding to the diameter of the focal spot of the laser beam - from the point of impact of the laser beam. The absorption-improving material can also be used as a lubricant.
Zweckmäßig ist es, wenn der Laserstrahl unter dem Brewster- Winkel, z.B. etwa 3,5° gegen das zu verformende Material gerichtet ist, um eine maximale Absorption der Energie des Laserstrahles zu erzielen. Der Winkel ist hiebei gegen die Ebene der
Materialbahn gemessen, sodaß der Laserstrahl das Material streift. Gegen die Vertikale auf die Materialbahn gemessen, kann der Brewster- Winkel zwischen 70° bis 87° liegen, je nach Art des Lasers.It is expedient if the laser beam is directed at the Brewster angle, for example approximately 3.5 °, against the material to be deformed in order to achieve maximum absorption of the energy of the laser beam. The angle is against the plane of the Material web measured so that the laser beam brushes the material. Measured against the vertical on the material web, the Brewster angle can be between 70 ° to 87 °, depending on the type of laser.
Um den Abkühleffekt, den das Verformungswerkzeug beim Auftreffen auf das zu verformende Material auf dieses ausübt, zu vermindern, kann in einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, daß der von der Oberfläche des zu verformenden Materials reflektierte Laserstrahl, der das Material verformenden Fläche des Verformungswerkzeuges, z.B. der Walze, zugeführt wird. Werden als Verformungswerkzeuge Walzen verwendet, kann die Bewegung der Walzen und des Materials derart erfolgen, daß die direkt erhitzte Stelle am Material und die von den reflektierten Strahlen erwärmte Stelle auf der Walze zur gleichen Zeit die Eintrittsstelle in den Walzspalt erreichen.In order to reduce the cooling effect that the deformation tool exerts on the material to be deformed when it hits it, it can be provided in a further embodiment of the method according to the invention that the laser beam reflected from the surface of the material to be deformed, the surface of the material deforming Deformation tool, e.g. the roller. If rollers are used as deformation tools, the rollers and the material can be moved such that the directly heated point on the material and the point on the roller heated by the reflected rays reach the entry point into the roll gap at the same time.
Zur Verminderung bzw. Verhinderung eines Wärmeabflusses von dem zu bearbeitenden Material über das Bearbeitungswerkzeug kann in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen werden, daß die Ableitung von Wärme beim Kontakt der erwärmten Materialstellen mit dem Verformungswerkzeug, insbesondere den Walzen, durch eine wärmeisolierende Oberflächenbeschichtung der Verformungswerkzeuge, z.B. eine Glas- oder Keramikoder Kunststoffbeschichtung, vermindert wird.In order to reduce or prevent heat flow from the material to be processed via the processing tool, it can be provided in an advantageous embodiment of the method according to the invention that the dissipation of heat when the heated material points come into contact with the forming tool, in particular the rollers, by means of a heat-insulating surface coating of the forming tools , e.g. a glass or ceramic or plastic coating is reduced.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Ableitung von Wärme beim Kontakt der erwärmten Materialstellen mit dem Verformungswerkzeug, insbesondere den Walzen, durch Zufuhr wärmeisolierender Flüssigkeiten oder Emulsionen an die Oberfläche der Verformungswerkzeuge vermindert wird.Another embodiment of the method according to the invention provides that the dissipation of heat upon contact of the heated material points with the shaping tool, in particular the rollers, is reduced by supplying heat-insulating liquids or emulsions to the surface of the shaping tools.
Wärmeenergie in gebündelter Form, z.B: als Laserstrahl, kann in einer speziellen Anwendung sowohl der Ober- als auch der Unterseite des zu verformenden Materials zugeführt werden.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß der Strahl eines Lasers in Teilstrahlen, z.B. mittels Strahlteiler unterteilt und die Teilstrahlen dem zu verformenden Material an verschiedenen Stellen zugeführt werden.Heat energy in a bundled form, for example: as a laser beam, can be supplied in a special application to both the top and the bottom of the material to be deformed. A further embodiment of the method according to the invention is characterized in that the beam from a laser is divided into partial beams, for example by means of beam splitters, and the partial beams are fed to the material to be deformed at different points.
Schließlich kann auch jeweils ein Teilstrahl dem zu verformenden Material vor einer von mehreren aufeinanderfolgenden Verformungsstationen, insbesondere Walzgerüsten, zugeführt werden.Finally, a partial jet can also be fed to the material to be deformed in front of one of several successive deformation stations, in particular roll stands.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von schematischen Ausfuhrungsbeispielen von Vorrichtungen erläutert, die zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind. Es zeigen,The invention is explained below using schematic exemplary embodiments of devices which are suitable for carrying out the method according to the invention. Show it,
Fig. 1 eine Seitenansicht einer solchen Vorrichtung,1 is a side view of such a device,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, betrachtet in Richtung des PfeilesFig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1, viewed in the direction of the arrow
P, undP, and
Fig. 3 vereinfacht eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausfuhrungsform.FIG. 3 simplifies an embodiment that has been modified compared to FIG. 1.
Bei den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Verformungswerkzeuge als Walzen ausgebildet. Gemäß den Fig. 1 und 2 ist die Walze 1 keilförmig profiliert, und die Walze 2 besitzt eine V-fÖrmige, rundumlaufende Nut. Durch das Zusammenwirken der beiden Walzen 1 und 2 wird das zu verformende Material 3 (Walzgut) V-förmig deformiert, wie dies in Fig. 2 ersichtlich ist. Ein mehr oder minder stark fokussierter Laser 4, der als Halbleiterhochleistungslaser ausgebildet ist, erwärmt das zu verformende Material 3 (Walzgut) im Bereich des Brennflecks 10 des Lasers 4. Die Größe des Brennflecks 10 wird so gewählt, daß sie den Bereich, in dem bei der nachfolgenden Verformung im Walzspalt zwischen den Walzen 1 und 2 eine nennenswerte Dehnung auftritt, überdeckt.In the exemplary embodiments shown in the drawings, the deformation tools are designed as rollers. 1 and 2, the roller 1 is wedge-shaped, and the roller 2 has a V-shaped, all-round groove. The interaction of the two rollers 1 and 2 causes the material 3 to be deformed (rolling stock) to be deformed in a V-shape, as can be seen in FIG. 2. A more or less highly focused laser 4, which is designed as a semiconductor high-power laser, heats the material to be deformed 3 (rolling stock) in the area of the focal spot 10 of the laser 4. The size of the focal spot 10 is chosen so that it covers the area in which of the subsequent deformation in the roll gap between rolls 1 and 2, a noteworthy elongation occurs.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, trifft der mehr oder minder gut fokussierte Laserstrahl 4 unter einem Winkel 5 (stechend) auf die untere Oberfläche des zu verformenden Materials 3 auf. Hiedurch kann der Brennfleck 10 in unmittelbarer Nähe des Walzeneinlaufs unter Berücksichtigung der in Fig. 1 gezeigten Außenkonturen des
Lasers 4 und des Randverlaufs des vom Laser abgegebenen Strahls angeordnet werden. Der Durchmesser des Brennflecks kann dabei etwa 500 μ betragen.As can be seen from FIG. 1, the more or less well focused laser beam 4 strikes the lower surface of the material 3 to be deformed at an angle 5 (piercing). This allows the focal spot 10 in the immediate vicinity of the roller inlet taking into account the outer contours of the Laser 4 and the edge profile of the beam emitted by the laser. The diameter of the focal spot can be approximately 500 μ.
Aus der Schnittdarstellung der Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Laserstrahl 4 in der Ebene parallel zu den Walzenachsen auf das in Form eines Materialbandes vorliegende, zu verformende Material 3 senkrecht auftrifft, wobei der Laserstrahl in einer abgeänderten Ausführungsform auch unter einem Winkel zum zu verformenden Material 3 hin geneigt sein kann (in Fig. 1 beträgt der Winkel 90°). Die Neigungen des Laserstrahles 4 zum zu verformenden Material 3 sowohl in der achsenparallelen wie auch in der achsensenkrechten Ebene ergeben einen gesamten Neigungswinkel, der gleich dem „Brewster"- Winkel (je nach Art des Lasers zwischen 70 und 87° liegend) ist. Trifft der Strahl unter dem Brewster- Winkel auf, so wird eine maximale Absorption der Energie und eine Minimalreflexion des Laserstrahles 4 erzielt. Die Neigung des Laserstrahls 4 in einer senkrecht zu den Walzenachsen verlaufenden Ebene (Fig. 1) bewirkt auch, daß der trotz Einstellung des Brewster- Winkels und damit maximaler Absorption immer noch vom zu verformenden Material reflektierte wesentliche Strahlanteil die untere Walze 2 trifft und diese erwärmt. Hiedurch wird eine Abkühlung des auf die Walze 2 auftreffenden Materials 3 verringert, unter Umständen kann dabei sogar die Erwärmung verbessert werden. Durch genaue Abstimmung der Geometrie von Walze und dem zu verformenden Material 3 kann sogar erreicht werden, daß die vom Laserstrahl 4 erhitzten Stellen auf dem zu verformenden Material 3, die erhitzte Stelle auf der Walze zur gleichen Zeit erreichen, zu der die Walzen 1 , 2 das zu verformende Material 3 ergreifen. Dadurch wird die Energie des Laserstrahls maximal zur Erwärmung genutzt. Die Neigung der Laserstrahlen 4 bezüglich des zu verformenden Gutes ermöglicht es, daß der vom Laserstrahl 4 überstrichene Bereich auf der Oberfläche des zu verformenden Materials vergrößert wird. Dies führt dazu, daß die maximale Intensität im Zentrum des Brennflecks 10 nicht so hoch ist wie bei optimaler Fokussierung. Damit wird ein Aufschmelzen des zu verformenden Materials 3 im Brennfleck des Laserstrahls vermieden, was aus Festigkeits- und Qualitätsgründen unerwünscht wäre.From the sectional view of FIG. 2 it can be seen that the laser beam 4 strikes the material 3 to be deformed in the form of a strip of material in the plane parallel to the roller axes, the laser beam in a modified embodiment also being at an angle to the material to be deformed Material 3 can be inclined (in Fig. 1, the angle is 90 °). The inclinations of the laser beam 4 to the material 3 to be deformed both in the plane parallel to the axis and in the plane perpendicular to the axis result in a total inclination angle which is equal to the “Brewster” angle (depending on the type of laser lying between 70 and 87 °) Beam at the Brewster angle, maximum energy absorption and minimum reflection of the laser beam 4. The inclination of the laser beam 4 in a plane perpendicular to the roller axes (FIG. 1) also has the effect that, despite the Brewster setting - The angle and thus the maximum absorption, which is still reflected by the material to be deformed, a significant portion of the beam hits and heats the lower roller 2. This reduces the cooling of the material 3 impinging on the roller 2, and under certain circumstances can even improve the heating Coordination of the geometry of the roller and the material 3 to be deformed can even be achieved n that the spots heated by the laser beam 4 on the material 3 to be deformed reach the heated spot on the roller at the same time that the rollers 1, 2 grip the material 3 to be deformed. As a result, the energy of the laser beam is used to a maximum for heating. The inclination of the laser beams 4 with respect to the material to be deformed enables the area swept by the laser beam 4 to be enlarged on the surface of the material to be deformed. This means that the maximum intensity in the center of the focal spot 10 is not as high as with optimal focusing. This prevents melting of the material 3 to be deformed in the focal spot of the laser beam, which would be undesirable for reasons of strength and quality.
Schließlich wird dadurch auch ein größerer Bereich des zu verformenden Materials durch den Laserstrahl 4 erwärmt, sodaß auch bei dickerem zu verformenden Material 3
(Walzgut), bei dem die Länge des gedehnten Bereiches der äußeren Faser vergrößert wird, der Bereich starker Umformungen günstig beeinflußt wird. Die Einstellung der beiden Neigungswinkel des Laserstrahles ermöglicht die Einstellung optimaler Absorption, die Einstellung der Größe des aufgewärmten Bereiches des zu verformenden Gutes und der maximalen Temperatur derart, daß ein Aufschmelzen des zu verformenden Materials 3 verhindert wird, die Verformung jedoch rißfrei durchgeführt wird.Finally, a larger area of the material to be deformed is thereby heated by the laser beam 4, so that even with thicker material 3 to be deformed (Rolling stock), in which the length of the stretched area of the outer fiber is increased, the area of strong deformations is favorably influenced. The setting of the two inclination angles of the laser beam enables the setting of optimal absorption, the setting of the size of the warmed-up area of the material to be deformed and the maximum temperature in such a way that melting of the material 3 to be deformed is prevented, but the deformation is carried out without cracks.
Die Walzen 1, 2 können mit einer schlecht wärmeleitenden Beschichtung versehen werden, um einen Wärmeabfluß zu behindern. Die Beschichtung 9 der Walzen 1 und 2 kann dabei aus Glas, aus keramischem Material oder aus Kunststoff bestehen. Auf das zu verformende Gut kann auch absorptionsverbesserndes Material aufgebracht werden, dies ehe das zu verformende Material den Brennfleck 10 des Laserstrahls erreicht. Das absorptionsverbessernde Material 11 kann dabei mittels einer Düse 8 auf das zu verformende Material 3 aufgesprüht werden. Als absorptionsverbesserndes Material kann etwa Graphit verwendet werden. Das absorptionsverbesserndes Material 11 kann auch als Schmiermittel beim Walzen des zu verformenden Materials verwendet werden.The rollers 1, 2 can be provided with a poorly heat-conducting coating in order to hinder the outflow of heat. The coating 9 of the rollers 1 and 2 can consist of glass, ceramic material or plastic. Absorption-improving material can also be applied to the material to be deformed, before the material to be deformed reaches the focal spot 10 of the laser beam. The absorption-improving material 11 can be sprayed onto the material 3 to be deformed by means of a nozzle 8. For example, graphite can be used as an absorption-improving material. The absorption-improving material 11 can also be used as a lubricant when rolling the material to be deformed.
Die Einwirkung des Laserstrahles 4 auf das zu verformende Material 3 ist keineswegs auf die Unterseite des zu verformenden Materials 3 beschränkt; vielmehr ist auch eine Einwirkung des Laserstrahles 4 auf die Oberseite des zu verformenden Materials 3 möglich. Die zuletzt erwähnte Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt und wird bevorzugt dann angewendet, wenn eine nach unten offene Krümmung durch Walzen hergestellt werden soll.The action of the laser beam 4 on the material 3 to be deformed is in no way limited to the underside of the material 3 to be deformed; rather, an action of the laser beam 4 on the top of the material 3 to be deformed is also possible. The last-mentioned arrangement is shown in FIG. 3 and is preferably used when a downwardly open curvature is to be produced by rolling.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Temperatursensor 6 für die Erfassung der maximalen Temperatur am zu verformenden Material vorgesehen. Dieser Temperatursensor oder besser gesagt, die Erfassung der maximalen Temperatur am zu verformenden Material 3, kann auch dazu benutzt werden, den Prozeß im Hinblick auf eine gleichmäßige Erwärmung zu steuern. Die Größe des erwärmten Bereiches kann durch eine Thermokamera 7 überprüft werden, was dazu verwendet werden kann, in Verbindung mit einer Bildverarbeitung den Prozess zu regeln. Es ist abschätzbar, daß für das
erfindungsgemäß laserunterstützte Verformen von Material insbesondere durch Walzen, ein 3 mm dickes Stahlblech mit einer Geschwindigkeit von 10 m/min einer Laserleistung von 7 - 8 kW bedarf, wobei CO2-Laser , Nd: YAG-Laser, Excimer-Laser sowie Diodenlaser eingesetzt werden können. Da jeder dieser Laser eine andere Wellenlänge abgibt und somit ein anderer Brewster- Winkel auftritt, müssen die beiden Strahlenneigungen entsprechend dem gewählten Laser angepaßt werden. Darüberhinaus können auch andere gebündelte Energieformen Verwendung finden, etwa Plasmastrahlen oder Mikrowellenstrahlen.1 and 2, a temperature sensor 6 is provided for detecting the maximum temperature on the material to be deformed. This temperature sensor, or rather the detection of the maximum temperature on the material 3 to be deformed, can also be used to control the process with regard to uniform heating. The size of the heated area can be checked by a thermal camera 7, which can be used to control the process in connection with image processing. It can be estimated that for the Laser-assisted shaping of material according to the invention, in particular by rolling, requires a 3 mm thick steel sheet at a speed of 10 m / min and a laser power of 7-8 kW, it being possible to use CO2 lasers, Nd: YAG lasers, excimer lasers and diode lasers , Since each of these lasers emits a different wavelength and thus a different Brewster angle occurs, the two beam inclinations must be adjusted according to the laser selected. In addition, other bundled forms of energy can be used, such as plasma rays or microwave rays.
Da zur Herstellung jedes Umformschritts ein eigenes Walzgerüst notwendig ist, was - wie schon erwähnt - dazu führt, daß oft mehr als ein Dutzend Walzgerüste aufeinanderfolgen, so ist für jedes derselben, dessen Walzen eine im kalten Zustand für das Walzgut nicht erträgliche Deformation erzeugen, ein eigener Laser notwendig, was aber bei nicht allzu komplexen Profilen dazu führt, daß nur bei wenigen Walzgerüsten Laser angeordnet werden müssen.Since a separate roll stand is necessary for the production of each forming step, which - as already mentioned - often results in more than a dozen roll stands in succession, there is one for each of them, the rolls of which produce a deformation that is intolerable to the rolling stock in the cold state Own laser necessary, but with not too complex profiles this means that lasers only have to be arranged with a few rolling stands.
Eine Variante des in den Fig. 1 - 3 gezeigten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Walzgerüst besteht darin, daß diesem Walzgerüst nur ein Teil eines von einem zentralen Hochleistungslaser gelieferten Strahles über Strahlteiler und Umlenkspiegeln sowie eine Fokussieroptik zugeführt wird.
A variant of the exemplary embodiment shown in FIGS. 1-3 for a rolling stand according to the invention consists in that only a part of a beam supplied by a central high-power laser is supplied to this rolling stand via beam splitters and deflecting mirrors, and focusing optics.