-
Die
Erfindung betrifft ein Kaltwalzverfahren zur Herstellung eines Profils
aus einem einstückigen Walzgut als Ausgangsmaterial mittels
der Umformung dienenden Umformbereichen von Walzen.
-
Unter
Kaltwalzverfahren wird in der Fachwelt ein mit Rollen beziehungsweise
Walzen arbeitendes Umformverfahren eines einstückigen Walzgutes
unterhalb seiner Rekristallisations-Temperatur verstanden.
-
Aus
Walzgut hergestellte Profile sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt. Bei materialintensiven Profilen, wie sie beispielsweise
C-förmige Montageschienen darstellen, liegt der überwiegende
Anteil der Herstellungskosten beim Material. Somit führen
Einsparungen beim Material zu einer wesentlichen Reduktion der Herstellungskosten.
-
Aus
statischen Gründen muss ein Profil nicht zwingend über
seinen Umfang eine konstante Dicke beziehungsweise Materialstärke
aufweisen. So kann in den weniger belasteten Abschnitten eines Profils die
Dicke partiell reduziert und somit Material eingespart werden.
-
Eine
partielle Dickenreduktion durch ein einstufiges Abwalzen im Kaltwalzverfahren
an einem bandförmigen Walzgut ist nicht sinnvoll, da aufgrund der
Reibung quer zur Walze und der Steifigkeit des flachen Walzgutes
die Materialreduktion nur in eine Streckung in Längserstreckung
beziehungsweise in Vorschubrichtung und eine Materialverfestigung
umgewandelt wird. Dies führt zu inneren Spannungen und
starken Verwertungen des Walzgutes.
-
Aus
der
EP 0 259 479 B1 ist
ein Kaltwalzverfahren bekannt, bei dem das Ausgangsmaterial in mehreren
Stationen zwischen rotierenden Dornelementen und rotierenden Druckwalzelementen,
die jeweils schräg zur Rotationsachse der Walzen ausgerichtete
Umformbereiche aufweist, in der Dicke reduziert und in Richtung
der Schräge verbreitert. Die Dickenreduzierung erfolgt
analog einem Tiefziehverfahren.
-
Nachteilig
an der bekannten Lösung ist, dass dieses Kaltwalzverfahren
nur bei Profilen mit einem trapezförmigen Querschnitt eine
Reduktion der erforderlichen Stationen in der Walzanlage zur Herstellung
des Profils ermöglicht. Durch die schräg gestellten
Umformbereiche weisen die Druckwalzelemente an ihren Umformbereichen
unterschiedliche Wirkdurchmesser auf, welche zu einem Abrieb und
somit zu unerwünschten Spuren im Profil führen.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Kaltwalzverfahren zu schaffen, bei dem
eine Verbesserung der Breitung des einstückigen Walzgutes
sowie eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gegeben
ist.
-
Die
Aufgabe ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
dargelegt.
-
Gemäss
der Erfindung umfasst das Kaltwalzverfahren zur Herstellung eines
Profils die Verfahrensschritte:
- – Biegen
des Ausgangsmaterials unter Anbringen zumindest eines entlang der
Walzrichtung verlaufenden abgebogenen Abschnitts, und
- – Umformen des Ausgangsmaterials in Breitenrichtung
des Ausgangsmaterials unter bereichsweisen Dickenreduzierung des
Ausgangsmaterials.
-
Mit
dem zumindest einen abgebogenen Abschnitt wird eine Biegung in dem
Ausgangsmaterial ausgeformt und somit eine weitere in Walzrichtung beziehungsweise
in Längsrichtung verlaufende Kante im Ausgangsmaterial
beziehungsweise im einstückigen Walzgut geschaffen, welche
gegenüber dem Abstand von dem zu erstellenden dickenreduzierten Bereich
bis zur freien, in Walz- beziehungsweise in Längsrichtung
verlaufenden Kante des einstückigen Walzgutes einen kleineren
Abstand aufweist. Dadurch wird bei der Dickenreduzierung mit dem
mehrstufigen Kaltwalzverfahren eine vergleichbar grössere
Breitung bei gleicher Anzahl von Stationen der Walzanlage erzeugt.
-
Anstelle
einer separaten Gegenwalze für jede einen Umformbereich
aufweisenden Walze bei jeder Walzstation kann das Gegenlager auch
von einem Tisch, der eine parallel zur Rotationsachse der Walzen
verlaufende Ebene aufspannt, oder von einer grossen Gegenrolle gebildet
sein, deren Rotationsachse und zumindest bereichsweise deren Mantelfläche
parallel zu den Rotationsachsen der Walzen mit den Umformbereichen
ausgerichtet ist. Weiter kann die Breitung des einstückigen
Walzgutes auch durch zwei gegenüberliegende Walzen mit
Umformbereichen erfolgen, deren Umformbereiche einander zugewandt
sind.
-
Vorteilhaft
werden entsprechend der Anzahl der erforderlichen Biegungen zum
Herstellen des gewünschten Profils eine gleiche Anzahl
von abgebogenen Abschnitten beziehungsweise von Biegungen an den
entsprechenden Positionen am Ausgangsmaterial vorgesehen und die
Reduktion der Dicke an den entsprechenden Seiten zwischen zwei Biegungen
oder zwischen einer Biegung und der freien Kante des Ausgangsmaterials
durchgeführt. Soll das umgeformte Profil mehrere dickenreduzierte
Abschnitte beziehungsweise Bereiche aufweisen, so werden diese Bereiche
vorteilhaft gleichzeitig ausgebildet. Alternativ erfolgt die Dickenreduktion
der einzelnen Bereiche nacheinander in mehreren Walzschritten.
-
Vorzugsweise
erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt das Biegen des Ausgangsmaterials
und anschliessend das Umformen des Ausgangsmaterials in Breitenrichtung
des Ausgangsmaterials. Somit wird die zumindest eine Biegung vor
der Breitung des Ausgangsmaterials vorgesehen. Das Ausgangsmaterial
wird beispielsweise mittels Profilierungswalzen zuerst in eine Form
umgebogen, die z. B. im Wesentlichen der endgültigen Form
des herzustellenden Profils entspricht, und anschliessend mittels
der Walzen mit den Umformbereichen in den gewünschten Abschnitten
des Ausgangsmaterials bereichsweise in der Dicke reduziert.
-
In
einer weiteren Ausführungsform des Kaltwalzverfahrens erfolgen
das Biegen des Ausgangsmaterials und das Umformen des Ausgangsmaterials in
Breitenrichtung des Ausgangsmaterials gleichzeitig. Dabei wird der
zumindest eine abgebogene Abschnitt beziehungsweise die Biegung
während der Breitung zumindest zu Beginn der Breitung des
Ausgangsmaterials ausgebildet, womit die Anzahl der erforderlichen
Stationen der Walzanlage zur Herstellung des Profils reduziert ist.
Das Biegen und Umformen erfolgt somit vorteilhaft zumindest in der
Anfangsphase eines mehrstufigen Kaltwalzverfahrens. Vorteilhaft
ist bei jeder Station der Walzanlage einer der Walze mit dem Umformbereich
gegenüberliegende Gegenwalze mit einem Auflagebereich und
zumindest einem Stützbereich vorgesehen, welche das Ausgangsmaterial
während der Bearbeitung in Position hält und das
Ausformen der zumindest einen Biegung in das Ausgangsmaterial unterstützt.
-
Bevorzugt
erfolgt das Umformen des Ausgangsmaterials in Breitenrichtung des
Ausgangsmaterials mittels seitlich versetzter Umformbereiche von in
Vorschubrichtung nacheinander folgenden Walzen. Durch die in Querrichtung
versetzt angeordneten, in das Ausgangsmaterial eindringenden Umformbereiche
der Walzen wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die
Verformung des Ausgangsmaterials auch in einem mehrstufigen Kaltwalzverfahren
nur in dessen Breitenrichtung erfolgt. Die Breitung des Ausgangsmaterials
kann einerseits nur einseitig oder beidseitig in einer Richtung
parallel zur Breitenrichtung des Ausgangsmaterials erfolgen.
-
Vorzugsweise
wird das Ausgangsmaterial von Walze zu Walze schrittweise zu dem
Profil gebogen, das die gewünschte Form aufweist. Dies
ermöglicht eine einfache Herstellung des Profils mit einer geringen
Anzahl von erforderlichen Stationen der Walzanlage ohne die Erzeugung
von massgeblichen Spannungen im Ausgangsmaterial.
-
Bevorzugt
wird in einem weiteren Verfahrensschritt vor der Weiterverarbeitung
des umgeformten und gebogenen Ausgangsmaterials zu einem Profil
der zumindest eine abgebogene Abschnitt zurückgebogen.
Die zumindest eine vor oder während der Dickenreduzierung
ausgeformte Biegung dient bei dieser Ausführung des mehrstufigen
Kaltwalzverfahrens lediglich als Hilfsbiegung und wird vor dem Umformen
des dickenreduzierten Ausgangsmaterials zu dem gewünschten
Profil wieder entfernt. Die Hilfsbiegung ermöglicht während
der Dickenreduzierung eine vorteilhafte Breitung des Ausgangsmaterials
und gewährleistet gleichzeitig eine grosse Flexibilität
in der Ausgestaltung des Querschnitts bei der Herstellung des Profils.
-
Vorteilhaft
dringen die Umformbereiche der Walzen gleich tief in das Ausgangsmaterial
ein. Dadurch entstehen in Breitenrichtung, d. h. quer zur Vorschubrichtung
beziehungsweise zur Walzrichtung, zwischen den in der Dicke reduzierten
und den in der Dicke nicht-reduzierten Abschnitten des Ausgangsmaterials
nur homogene, schräg verlaufende Dickenübergänge,
die zudem eine geringe Ausdehnung quer zur Vorschubrichtung aufweisen.
Des Weiteren weist der in der Dicke reduzierte Abschnitt des Ausgangsmaterials
eine vorteilhafte Oberflächenqualität auf.
-
Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen:
-
1A–C
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kaltwalzverfahrens
in drei Einzelschritten;
-
2 ein
mit dem nach den 1A–C hergestelltes
Profil in einer Perspektive; und
-
3A–D
ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kaltwalzverfahrens
in vier Einzelschritten.
-
Grundsätzlich
sind in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
In
den 1A bis 1C ist
ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kaltwalzverfahren
zur Herstellung eines in 2 gezeigten U-förmigen
Profils 16 aus einem einstückigen Walzgut als
Ausgangsmaterial 6 schematisch in drei Einzelschritten
dargestellt, bei dem das Ausgangsmaterial 6 zur bereichsweisen
Dickenreduktion mittels der Umformung dienenden, seitlich versetzten
Umformbereichen 28, 38, 48 von in Vorschubrichtung
nacheinander folgenden Walzen 26, 36, 46 als
Dickenreduzierwalzen in Breitenrichtung des Ausgangsmaterials 6 umgeformt wird.
-
Zuerst
wird das ebene Ausgangsmaterial 6 in einer ersten Station 21 einer
Walzanlage in einem Bereich 7 zwischen einer ersten, um
eine Rotationsachse 23 rotierende Gegenwalze 22 und
einer gegenüberliegenden ersten, um eine Rotationsachse 27 rotierende
Walze 26 mit einem Umformbereich 28, der eine
Breite A aufweist, in der Dicke reduziert und dabei über
ein gewisses Mass gebreitet. Die Breitung des Ausgangsmaterials 6 erfolgt
mittels des Umformbereiches 28 der Walze 26 in
einer Ebene parallel zu deren Rotationsachse 27 beziehungsweise
in der Walzgutebene in Richtung der Rotationsachse 27.
-
Die
erste Gegenwalze 22 weist einen parallel zu deren Rotationsachse 23 verlaufenden
Auflagebereich 24 und aussenseitig zwei einander zugeneigte,
in einem Winkel O zur Rotationsachse 23 verlaufende Stützbereiche 25 auf.
Die erste Walze 26 mit dem Umformbereich 28 weist
aussenseitig und beabstandet zu dem Umformbereich 28 zwei
parallel zu den Stützbereichen 25 verlaufende
Profilierungsbereiche 29 auf, die annähernd oder
im gleichen Winkel wie die Stützbereiche 25 der
ersten Gegenwalze 22 geneigt sind. In einer alternativen,
nicht dargestellten Ausführung der ersten Walze 26 verläuft
der Umformbereich der Walze bis in deren Profilierungsbereiche.
Dabei werden zwei in Walzrichtung beziehungsweise in Längsrichtung
des Ausgangsmaterials 6 verlaufende abgebogene Abschnitte 8 angebracht.
Gleichzeitig wird die Dickenreduzierung des Ausgangsmaterials 6 zwischen
diesen abgebogenen Abschnitten 8 in einer Anfangsphase
des mehrstufigen Kaltwalzverfahrens ausgeformt. Zwischen dem in
der Dicke zu reduzierenden Bereich 7 und einer freien Kante 9 des
Ausgangsmaterials 6 verlaufen somit Biegungen, welche eine
zusätzliche, zur freien Kante 9 beabstandete Kante
im Ausgangsmaterial 6 ausbilden.
-
In
einer weiteren, in 1B dargestellten Station 31 der
Walzanlage wird das vorprofilierte und bereichsweise in der Dicke
reduzierte Ausgangsmaterial 6 weiter umgeformt und der
dickenreduzierte Bereich 7 weiter verbreitert. Dies erfolgt
zwischen einer zweiten, um eine Rotationsachse 33 rotierende Gegenwalze 32 und
einer gegenüberliegenden ersten, um eine Rotationsachse 37 rotierende
Walze 36 mit einem Umformbereich 38, der eine
Breite B aufweist. Die Breite B des Umformbereichs 38 der
zweiten Walze 36 ist grösser als die Breite A
des Umformbereichs 28 der ersten Walze 26, wobei
der Umformbereich 38 in Bezug auf eine in Walzrichtung
verlaufende Symmetrieachse der Walzen 26 und 36 in
Bezug auf den Umformbereich 28 der ersten Walze 26 sich
zu beiden Seiten verbreitert. Die Breitung des Ausgangsmaterials 6 erfolgt
auch hier mittels des Umformbereiches 38 der Walze 36 in
der Walzgutebene in Richtung der Rotationsachse 37.
-
Die
zweite Gegenwalze 32 weist einen parallel zu deren Rotationsachse 33 verlaufenden
Auflagebereich 34, der in diesem Ausführungsbeispiel
die gleiche Breite M wie der Auflagebereich 24 der ersten Gegenwalze 22 aufweist,
und aussenseitig zwei einander zugeneigte, in einem Winkel P zur
Rotationsachse 33 verlaufende Stützbereiche 35 auf.
Die Stützbereiche 35 sind stärker als
die Stützbereiche 25 der ersten Gegenwalze 22 geneigt,
so dass der Winkel P grösser als der Winkel O ist. Die
zweite Walze 36 weist aussenseitig und beabstandet zu dem Umformbereich 38 zwei
parallel zu den Stützbereichen 35 der zweiten
Gegenwalze 32 verlaufende Profilierungsbereiche 39 auf,
die annähernd oder im gleichen Winkel wie die Stützbereiche 35 der
zweiten Gegenwalze 32 geneigt sind. Dabei werden die abgebogenen
Abschnitte 8 des Ausgangsmaterials 6, welche am
Ende die Seitenwände des U-förmigen Profils 16 ausbilden,
weiter zum dickenreduzierten Bereich 7 und somit zum Bodenabschnitt 18 geneigt.
-
In
einer letzten, in 1C dargestellten Station 41 der
Walzanlage wird das vorprofilierte und bereits bereichsweise in
der Dicke reduzierte Ausgangsmaterial 6 weiter umgeformt
und der dickenreduzierte Bereich 7 auf das endgültige
Mass verbreitert. Dies erfolgt zwischen einer dritten, um eine Rotationsachse 43 rotierenden
Gegenwalze 32 mit einem parallel zu deren Rotationsachse 43 verlaufenden
Auflagebereich 44 und einer gegenüberliegenden
dritten, um eine Rotationsachse 47 rotierende Walze 46 mit
einem Umformbereich 48, der eine Breite C aufweist. Die
Breite C des Umformbereichs 48 der dritten Walze 46 ist
grösser als die Breite B des Umformbereichs 38 der
zweiten Walze 36, wobei der Umformbereich 48 in
Bezug auf eine in Walzrichtung verlaufende Symmetrieachse der Walzen 26, 36 und 46 in
Bezug auf den Umformbereich 28 bzw. 38 der Walze 26 bzw. 36 sich
zu beiden Seiten verbreitert. Die Breitung des Ausgangsmaterials 6 erfolgt
auch hier mittels des Umformbereiches 48 der dritten Walze 46 in
der Walzgutebene in Richtung der Rotationsachse 47. Weiter
sind zwei einander gegenüberliegende Richtwalzen 52 vorgesehen,
deren Rotationsachsen 53 senkrecht zu der Rotationsachse 47 bzw. 43 der
dritten Walze 46 beziehungsweise der dritten Gegenwalze 42 ausgerichtet
sind und die das dickenreduzierte und vorgeformte Ausgangsmaterial 6 zu einem,
wie in 2 dargestellten, U-förmigen Profil 16 umformen.
-
Es
ist für den Fachmann selbstverständlich, dass
zur Durchführung des erfindungsgemässen Kaltwalzverfahrens
z. B. in Abhängigkeit der Ausgangsdicke oder Materialeigenschaften
des Ausgangsmaterial 6 sowie der endgültigen Profilform mehr
als drei Stationen einer Walzanlage zur Herstellung des Profils
erforderlich sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine
Breitung des Ausgangsmaterials 6 beschrieben, die beidseitig
in Breitenrichtung erfolgt. Die Breitung kann jedoch auch nur einseitig erfolgen,
was z. B. bei einem Ausgangsmaterial mit einer grossen Abmessung
in Breitenrichtung oder beim Einbringen mehrerer dickenreduzierter
Bereiche gleichzeitig in das Ausgangsmaterial vorteilhaft ist. Wesentlich
bei dem zuvor beschriebenen und in den 1A bis 1C schematisch
dargestellten Kaltwalzverfahren ist, dass die abgebogenen Abschnitte 8 in
der Anfangsphase, zu Beginn des Kaltwalzverfahrens oder während
der stufenweise Breitung des Ausgangsmaterials 6 von den
in Vorschubrichtung nacheinander folgenden Walzen 26 und 36 mit
den Umformbereichen 28 und 38 ausgeformt und im
Zusammenwirken mit den Gegenwalzen 22 und 32 das
Ausgangsmaterial 6 von Walze 26 zu Walze 36 schrittweise
zu der gewünschten Profilform umgeformt wird. In einer
nicht dargestellten Ausführung erfolgt in einzelnen Stationen
der Walzanlage eine Breitung des Ausgangsmaterials 6, ohne
dass der abgebogene Abschnitt 8 weiter verändert
wird.
-
Im
Unterschied zu dem zuvor beschrieben Kaltwalzverfahren wird bei
dem in den 3A bis 3D schematisch
dargestellten Kaltwalzverfahren vor der Dickenredzierung des einstückigen
Walzgutes als Ausgangsmaterial 56 dieses vorgängig
in zumindest einer Profilierungsstation 55 und somit ebenfalls
in einer Anfangsphase des Kaltwalzverfahrens in die gewünschte
Profilform umgebogen. In einer weiteren Station 61 der
Walzanlage wird dann das profilierte und mit zwei in Walzrichtung
beziehungsweise in Längsrichtung verlaufenden abgebogenen Abschnitten 58 versehene
Ausgangsmaterial 56 zwischen einer um eine Rotationsachse 63 rotierende Gegenwalze 62 und
einer um eine Rotationsachse 67 rotierende Walze 66 mit
einem Umformbereich 68 in einem Bereich 57 in
der Dicke reduziert. Die Dickenreduktion des Ausgangsmaterials 56 erfolgt
zwischen den beiden abgebogenen Abschnitten 58 beziehungsweise
der beiden Biegungen im Ausgangsmaterial 56. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel entspricht die Breite E des Umformbereichs 68 der
Walze 66 im Wesentlichen deren gesamten Breite.
-
In
den nachfolgenden Stationen 71 und 81 nimmt die
Breite des entsprechenden Umformbereichs 78 bzw. 88 der
Walze 76 bzw. 86 jeweils zu, bis die gewünschte
Breite des dickenreduzierten Bereichs 57 im profilierten
und dickenreduzierten Ausgangsmaterial 56 erreicht ist.
Während der Breitung wird das Ausgangsmaterial 56 in
den Stationen 71 und 81 jeweils von einer zylindrischen
Gegenwalze 72 bzw. 82 gestützt.
-
Sämtliche
Umformbereiche 68, 78 und 88 der Walzen 66, 76 und 86 breiten
das Ausgangsmaterial 56 in einer Ebene parallel zu der
Rotationsachse 67, 77 bzw. 87 der Walzen 66, 76 bzw. 86 beziehungsweise
in der Walzgutebene in Richtung der Rotationsachsen 67, 77 bzw. 87.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-