DE19534659A1

DE19534659A1 - Warmwalzwerkzeug

Info

Publication number: DE19534659A1
Application number: DE1995134659
Authority: DE
Inventors: Guido Dr Ing Elsen
Original assignee: ELSEN TOOLING IRELAND Ltd
Current assignee: ELSEN TOOLING IRELAND Ltd
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1997-03-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Warmwalzwerkzeug mit einem oder mehreren Kali bern, die an Ringen oder Scheiben angeordnet sind

Stand der Technik

Beim Walzen von Draht- oder Stabstahl benutzt man normalerweise abwech selnd Rund- und Ovalkaliber, deren Querschnitte naturgemäß immer kleiner werden. Diese Kaliber werden in die Außendurchmesser von Walzen oder Walzringen eingearbeitet. Daher bestehen die Kaliber im Prinzip aus dem glei chen Werkstoff wie die Walzen bzw. Ringe. Auf allen Kalibern wird solange ge walzt, bis ein kritischer Verschleiß aufgetreten ist. Dieser Verschleiß wird durch Nacharbeit der Kaliber immer wieder ausgeglichen. Beides wird so oft auf allen Walzen- oder Ringkalibern wiederholt, bis 10 bis 15 Prozent des Ausgangs durchmessers verloren sind. In diesem Stadium müssen Walzen wie Ringe durch neue ersetzt werden.

Walzen können wegen ihres großen Gewichts nur aus Eisenbasiswerkstoffen mit geringem Karbidgehalt hergestellt werden. Umgekehrt müssen Walzringe wegen ihres relativ geringen Gewichtes und weniger Kaliber nicht nur mit nied rigen Karbidgehalten, sondern auch aus höher karbidhaltigen Werkstoffen wie Hartstoffen bzw. Hartmetallen, hergestellt werden, um hohe Kaliberleistungen zu erzielen. Auch für diese Karbidwerkstoffe auf Eisen- oder Kobaltbasis gilt, daß sie im Prinzip mit dem Ringwerkstoff identisch sind, in den sie eingear beitet werden. Ein Kaliber, gleichgültig, ob in einer Walze oder in einem Ring, besteht also immer nur aus einem Werkstoff. Dieser homogene Werkstoff wird nicht gleichmäßig durch den Walzvorgang angegriffen. Vielmehr sind die Ver schleißraten zwischen den Flanken und Übergängen bzw. im Zentrum sehr verschieden.

Trifft zum Beispiel ein Walzgut mit ovalem Querschnitt auf das entsprechende Rundkaliber, so wird das Mittelteil des Rundkalibers sowohl durch Druck als auch durch Temperatur sehr hoch und sehr lange belastet. Der Breitungsvor gang des schmalen Ovals zum Ausfüllen des Rundkalibers setzt erst verspätet mit weniger Druckbelastung ein. Eine kürzere Kontaktzeit bedeutet auch nied rigere Temperaturbelastungen. Folglich wird die Kalibermitte sehr viel länger und stärker belastet als die Kaliberflanken. Entsprechend verschieden sind auch die Verschleißtiefen in den genannten Kalibersegmenten. Auch der Über gang von der Hoch- zur Tiefbelastung ist nicht harmonisch, sondern eher stu fenförmig. Er ist zusätzlich gekennzeichnet durch im Kaliber beidseitig um laufende Querrillen, die Rückschlüsse auf die Breitungsbewegung des Walz gutes im Kaliber erlauben. Beispielsweise verhalten sich die Verschleißraten von der Flanke über die Mitte zum Zentrum wie 1 : 2 : 8 und weisen auf die Schwächen eines Einkaliberwerkstoffes hin. Diese großen Verschleißunter schiede lassen sich bis heute nicht vermeiden. Angesichts dieser unterschiedli chen Abriebe in den einzelnen Segmenten wird die Toleranzgrenze für die Rundheit des Walzgutes viel zu früh erreicht. Diese Toleranzgrenze für die Rundheit erzwingt den frühen Kaliberaustausch, bevor die Toleranzgrenze für den maximalen Durchmesser einer bestimmten Abmessung erreicht wird.

Dies führt zwangsläufig zu häufigeren Stillstandzeiten des Walzwerkes. Man geht heute auch aus Toleranzgründen sogar so weit, daß Stab für Stab auto matisch "on-line" auf seine Unrundheit überprüft wird, um das Kaliber, wenn schon nicht bis zur maximalen Durchmessertoleranz, dann wenigstens bis zur maximalen Unrundheittoleranz zu benutzen.

Durch die JP 62-275512 A in Patent Abstr. of Japan Sect. M; Vol. 12 (1988) Nr. 157 (M-696), ist es vorbekannt, zwei Ringe aus einem Werkstoff zum Walzen von Winkelprofilen einzusetzen.

Die DD 35 859 beschreibt eine Kaliberwalze in Walzgerüsten zum Auswalzen von Draht und Feinstahl, wobei auf einem Walzengrundkörper liegender und für ein oder mehrere Kaliber bestimmter Walzenmantel, welcher aus einem Ring oder aus einzelnen Ringen besteht, der bzw. die am Umfang entsprechend der Kalibergröße mit einer Ringnut oder mehreren Ringnuten versehen ist bzw. sind und in diese eine dem maximalen Schweißvolumen angepaßte Hartme tallschicht aufgetragen ist, wobei bei mehreren Ringen alle Ringe abstandslos nebeneinanderliegend auf dem Walzengrundkörper aufgeklebt und durch be kannte Spannelemente, zum Beispiel Ringmutter und Muttersicherung, in axialer Richtung gesichert sind. Alle Kaliber haben nur einen Werkstoff: Hart metall.

Die DE 35 29 102 A1 beschreibt die Verspannung für einen Walzenmantel, um den Walzenkörper biegersteifer zu gestalten. Hierzu wird eine Walze für Warm gut vorgeschlagen, die durch mehrere Ringe gebildet ist und an beiden Enden durch Zapfenschilde begrenzt ist, wobei dies als Abstützung für die das ge samte Bauteil zusammenhaltende Spannbolzen und Spannelemente dienen. Die Zapfenschilde weisen Eindrehungen auf, deren Tiefe bis an eine gegebene Kurve gleicher Festigkeit heranreicht, wobei die so entstandenen, dem Walzenballen abgewendeten Scheiben als Widerlager für die Spannelemente dienen. Unser Patentinhalt bezieht sich weder auf einen Walzenmantel noch auf seine Verspannung.

Aus JP 57-32809 A in Patent Abstr. of Japan Sect. M; Vol. 6 (1982) Nr. 97 (M-134), ist ein spezielles Kaliberprofil für nicht angetriebene Walzen vorbekannt. Sie dienen nicht der Verformung, sondern der Korrektur der Flansche eines Doppel-T-Trägers (H-Profil). Diese Flansche werden seitlich angedrückt. Des halb sind zwei konische Außenringe durch einen Distanzring in der Mitte von einander getrennt. Dieses hat konstruktive Gründe, um ein Sonderprofil für eine einzige, nicht angetriebene Walze preiswerter zu gestalten. Diese Konstruktion hat keinen Einfluß auf den Walzvorgang. Darüber hinaus wird es nur auf dem Fertiggerüst angewendet, um die Kaliberkosten zu senken. Es dient nicht dazu, den Walzprozeß wirtschaftlicher zu gestalten. Unser Patentanspruch bezieht sich auf Verformungskaliber in angetriebenen Ringen.

Die JP 59-127909 A in Patent Abstr. of Japan Sect. M; Vol. 8 (1984) Nr. 253 (M-339) beschreibt einen aus zwei Ringen gebildetes Kaliber für das Walzen von Winkeleisen. Das Profil wird mit einer verschleißarmen Schicht aus dem gleichen Werkstoff versehen. Unser Patent beansprucht im Gegensatz mehrere Werkstoffe für ein Kaliber.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Warmwalzwerkzeug der voraus gesetzten Art dahingehend zu verbessern, daß die vorgeschriebene Toleranz grenze der Walzgut-Rundheit überhaupt nicht mehr erreicht wird. Bleibt die Profiltreue trotz ungleichen Verschleißangriffs erhalten, kann das Kaliber viel länger, nämlich bis zum Erreichen der maximalen Durchmessertoleranz benutzt werden.

Lösung

Die Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die unterschiedlichen Verschleißraten in den verschiedenen Kalibers Segmenten, also im Zentrum, im Übergang und an den Flankenteilen weitgehend einander angeglichen oder gleich gestaltet wer den, so daß das Kaliber vom Neuzustand bis zu seinem Austausch trotz Ver schleiß an allen Stellen des Kalibers immer den gleichen Radius oder an nähernd den gleichen Radius aufweist. Beispielsweise kann man die Ver schleißrate der Kalibermitte um den Faktor 4 herabsetzen und gleichzeitig die Verschleißrate der Flanken um den Faktor 4, diejenige der Übergänge um den Faktor 2 erhöhen, um einen gleichen oder annähernd gleichen Kaliberabrieb am ganzen Umfang des Kalibers zu erzielen. Aus dem ursprünglichen Radien- Verhältnis von 1 : 2 : 8 wird annähernd 2 : 2 : 2, so daß die vorgegebene Grenze der Rundheit überhaupt nicht mehr erreicht wird. Fällt sie weg, wird der Kaliberaus tausch erst viel später bei Erreichen der Durchmessertoleranzgrenze, statt finden. Dadurch werden die Rundheit von rundem Walzgut und seine Her stellungskosten entscheidend verbessert. Wenn die maximale Durchmesser toleranz einer Abmessung nahtlos oder überlappend übergeht in die minimale Toleranz der nächstgrößeren Abmessung, kann man sogar das Kaliber für zwei oder mehr Walzgutabmessungen bis zum nächstfälligen Kaliberaustausch aus nutzen.

Weitere erfinderische Ausgestaltungen

In den Patentansprüchen 2 und 3 sind vorteilhafte erfinderische Ausgestaltun gen beschrieben.

Kaliber, bestehend aus einem einteiligen Ring mit unterschiedlichen Werk stoffen bzw. Verschleißwiderständen oder aus mehreren Ringen oder Scheiben mit unterschiedlichen Verschleißeigenschaften haben alle walztechnische Vor teile. Bei der Herstellung einer Vielzahl von Kalibern, zum Beispiel für die ge samte Breite einer konventionellen Walze, kann es je nach Bedarf sinnvoll sein, sowohl lose Ringe wie fest miteinander verbundene Ringe zur Anwendung zu bringen.

Ist die Belastung eines Kalibers, bestehend aus mehreren Ringen oder Schei ben, sehr lang (bei einem "Stecker"), dann ist diese Aufteilung besonders inter essant.

Gemäß Patentanspruch 2 und 3 können die einzelnen Ringe z. B. mechanisch miteinander verbunden sein.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 konventionelle Walzen mit vielen Kalibern gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Verbundwalze mit Walzringen gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 einen zum Stand der Technik zählenden Walzring mit zwei Kalibern;

Fig. 4 ein Walzkaliber gemäß dem Stand der Technik nach kritischem Ver schleiß;

Fig. 5 ein Einteilkaliber, bestehend aus zwei Werkstoffen;

Fig. 6 ein Einteilkaliber, bestehend aus drei Werkstoffen;

Fig. 7 ein Dreiteilkaliber, bestehend aus zwei verschiedenen Werkstoffen;

Fig. 8 ein Fünfteilkaliber, bestehend aus drei verschiedenen Werkstoffen.

In Fig. 1 sind konventionelle Walzen 1, 2 mit vielen Kalibern 3 dargestellt, die in den Außendurchmesser der Walzen 1 bzw. 2 eingearbeitet sind.

Aus Fig. 2 ist eine sogenannte Verbundwalze 5 mit Walzringen 4 ersichtlich, die die Kaliber 6 bzw. 7 aufweisen.

Fig. 3 zeigt nochmals einen Walzring 4 mit den beiden Kalibern 6 und 7.

Trifft zum Beispiel ein Walzgut mit ovalem Querschnitt auf ein Rundkaliber ent sprechend Fig. 4 auf, so wird das Mittelteil 10 sowohl durch Druck als auch durch Temperatur sehr hoch und sehr lange belastet. Der Breitungsvorgang des schmaleren Ovals setzt erst später mit weniger Druckbelastungen ein. Eine kürzere Kontaktzeit bedeutet aber auch niedrigere Temperaturbelastungen. Folglich wird die Kalibermitte 10 sehr viel länger und stärker belastet als die Kaliberflankenteile 11 bzw. 12. Entsprechend groß oder klein sind auch die Verschleißtiefen in den genannten Kaliberteilen 10 bzw. 11 und 12. Auch der Übergang von der Hoch- zur Tiefbelastung ist nicht harmonisch, sondern eher stufenförmig. Er ist auch gekennzeichnet durch im Kaliber beidseitig um laufende Querrillen oder Rauhigkeitsbereich 8 und 9, die Rückschlüsse auf die Breitungsbewegung des Walzgutes im Kaliber erlauben. Ideal wäre es, wenn trotz des unterschiedlichen Verschleißes im Kaliber die Radien r1, r2 und r3 für das Mittelteil 10 und die Kaliberflankenteile 11 und 12 gleich oder zumin destens annähernd gleich bleiben würden. Je näher die Radien am Mittelteil, am Übergang und an den Kaliberflankenteilen 11 und 12 gleichgroß bleiben, desto länger kann das Kaliber genutzt werden.

Hierfür bieten die Ausführungsformen nach den Fig. 5 bis 8 Lösungen.

Bei der Ausführungsform eines einteiligen Kalibers nach Fig. 5 besteht das Mittelteil 10 des dort dargestellten Kalibers 13 aus einem Hochleistungswerk stoff, während die Kaliberflankenteile 11 und 12 jeweils aus dem gleichen Niedrigleistungswerkstoff bestehen. Dadurch kommt es zu einem gleichen oder annähernd gleichen Verschleiß im ganzen Kaliber, so daß die Radien r1, r2 und r3 (Fig. 5) während des Walzprozesses gleich oder doch annähernd gleich bleiben.

Bei der Ausführungsform eines einteiligen Kalibers nach Fig. 6 besteht das Mittelteil wiederum aus einem Hochleistungswerkstoff, während die Über gangsbereiche 14 und 15 zu den Kaliberflankenteilen 11 und 12 des Kalibers 16 aus einem Mittelleistungswerkstoff und die Kaliberflankenteile 11 und 12 aus einem Niedrigleistungswerkstoff bestehen.

Bei der Ausführungsform eines mehrteiligen Kalibers nach Fig. 7 besteht das Kaliber 17 aus drei Ringteilen, nämlich wiederum dem Mittelteil 10 und den bei den Kaliberflankenteilen 11 und 12. Das Mittelteil 10 ist wiederum aus Hoch leistungswerkstoff hergestellt, während die beiden Kaliberflankenteile 11 und 12 aus einem Niedrigleistungswerkstoff bestehen. Dadurch ergibt sich ein Dreiteilkaliber mit zwei unterschiedlichen Werkstoffen. Die ringförmigen Teile 10, 11 und 12 können z. B. durch seitliches Anpressen zu dem Dreiteilkaliber verbunden sein. Der Ringverbund kann starr oder für die Zeit einer Überbela stung elastisch sein.

In Fig. 8 ist ein Fünfteilkaliber 18 dargestellt. Das Mittelteil besteht wiederum aus einem Hochleistungswerkstoff, während die Übergangsbereiche 14 und 15 aus einem Mittelleistungswerkstoff und die Kaliberflankenteile 11 und 12 aus einem Niedrigleistungswerkstoff bestehen. Die ringförmigen Teile 10, 11, 12, 14 und 15 des Fünfteilkalibers 18 sind z. B. durch seitliches Gegeneinander pressen zu dem Kaliber verbunden. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 7 kann auch bei der Ausführungsform nach Fig. 8 das Zusammenpressen starr oder für die Zeit einer Überbeanspruchung elastisch sein. Die einzelnen Ka liberringe 10, 11, 12, 14 und 15 sind dadurch ebenfalls elastisch gegeneinander abgestützt und entfernen sich temporär für die Zeit der Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes voneinander. Dadurch werden Kaliberringbrüche vermieden.

Die Federelemente können in geeigneter Weise auf einen einstellbaren Grenz wert vorgespannt sein. Gehen die vorgegebenen überkritischen Spannungen zurück, rücken die Ringe oder Scheiben wieder in ihre Ausgangslage und bil den das Kaliber.

Die in der Zusammenfassung und in den Patentansprüchen sowie in der Be schreibung beschriebenen und aus der Zeichnung ersichtlichen Merkmale kön nen sowohl einzeln als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Ver wirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Walze
2 Walze
3 Kaliber
4 Walzring
5 Verbundwalze
6 Kaliber
7 Kaliber
8 Rauhigkeitsbereich, Querrille
9 Rauhigkeitsbereich, Querrille
10 Mittelteil
11 Kaliberflankenteil
12 Kaliberflankenteil
13 Kaliber
14 Übergangsbereich
15 Übergangsbereich
16 Kaliber
17 Kaliber
18 Fünfteilkaliber
19 Bund
20 Widerlager
21 Federelement

Literaturverzeichnis

JP 62-275512 A in Patent Abstr. of Japan Sect. M; Vol. 12 (1988) Nr. 157 (M-696)
DD 35 859
DE 35 29 102 A1
JP 57-32809 A in Patent Abstr. of Japan Sect. M; Vol. 6 (1982) Nr. 97 (M-1 34)
JP 59-127909 A in Patent Abstr. of Japan Sect. M; Vol. 8 (1984) Nr. 253 (M-339)

Claims

1. Warmwalzwerkzeug mit einem oder mehreren Kalibern, die an Ringen oder Scheiben angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kaliber (Fig. 13, 16, 17, 18) aus einem einteiligen Verbundwerkstoff mit mehreren unterschiedlichen Verschleißwiderständen besteht, die derart über das Kaliberprofil verteilt sind, daß die beim Walzen auftretenden unterschiedlichen Materialabriebe am gesamten Kaliberprofil gleich oder annähernd gleich großwerden (Fig. 5, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15).

2. Warmwalzwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaliber aus einem mehrteiligen Verbundwerkstoff mit mehreren Ringen oder Scheiben besteht, die mechanisch oder sonstwie auch bei Überbeanspruchung starr miteinander verbunden bleiben (Fig. 7, 8, 10, 11, 12, 14, 15).

3. Warmwalzwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaliber aus einem mehrteiligen Verbundwerkstoff mit mehreren Ringen oder Scheiben besteht, die mechanisch oder sonstwie nur bei Normalbeanspruchung starr miteinander verbunden bleiben, jedoch bei Überbeanspruchung elastisch nachgeben (Fig. 8).

4. Warmwalzwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaliber aus mehreren Ringen mit unterschiedlichen Werkstoffen (10, 11, 12, 14, 15) besteht, die in axialer Richtung federelastisch gegenein ander gepreßt sind (Fig. 8).