Werner Schwenzfeier Walzwerklechnik Ein Leitfaden fiir Studium und Praxis Unter Mitarbeit von August Herzog und Johann Hohenwarter SpriDger· Verlag Wien New York o. Prof. Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Werner Schwenzfeier DipJ.-Ing. Dr. mont. August Herzog Dipl.-Ing. Johann Hohenwarter Institut fiir Verfonnungskunde und Hii!tenmaschinen Montanuniversitat Leoben, Osterreich Das Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadUICh begriindeten Rechte. insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdruckes, der Entnahme von Abbildungen. der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ihnlichem Wege uod der Speicherung in Datenverarbeitungsa.nlagen, bleiben, 3uch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. © 1979 by Springer·Verlag/Wien Softcover reprint of the hardcover Is t Edition 1979 Mit 258 Abbildungen CIP-Kurztitelaufnahme del Deutschen Bibliothek Schwenzfeier, Werner: Walzwerktechnik. Ein Leitf. fUr Studium u. Praxis / Werner Schwenzfeier. Unter Mitarb. von August Herzog u. Johann Hohenwarter. - Wien, New York: Springer, 1979. ISBN-13: 978-3-21 1-81545-8 e-ISBN-13: 978-3-7091-7061-8 DOl: 10.1007/978-3-7091-7061-8 Vorwort Es ist fast schon Gewohnheit geworden, vorn "teehnischen Stand" zu sprechen oder ihn zu besehreiben. Weil die Technik aber nicht steht, sondern ganz im Gegenteil sich immer schneller entfaltet und entwickelt, muS eine Aufnahme schon sehr kurz belichtet sein, urn einen "Stand" vorzutauschen. Langeres Be obachten laSt Konturen und Wachsturnslinien erkennenr die tiber einige Zeit hinaus extrapolierbar sind. 1eh habe rnich darum bemtiht, im vorliegenden Buch einige in teressante Einzelheiten der Walzwerkteehnik zu beleuchten und auBerdern Entwicklungstendenzen und zukunftstrachtige Arbeits bereiche zu betrachten. Das ist unter anderern der Grund ftir die Kapitel tiber Scheren, Richten, Messen und Regeln. Mein Wunsch ist weiterhin, Begriffe aus der Theorie und der Walzwerkerei den Lesern nahezubringen, urn fachliehe Gesprache zwischen jtingeren und erfahreneren 1ngenieuren anzuregen und Hilfe zu gemeinsamer Arbeit zu geben. Mein Bueh richtet sieh daher in gleieher Weise an aIle, die mit Planung, dem Bau, der Ausstattung und dem Betrieb von Walzwerken verbunden sind. Ein vorwiegend die Walzwerktechnik betreffender Teil meiner Vorlesungen flir Studenten des Htittenwesens und des Masehinen baus wurde miteingebaut, so daB es gleichfalls den interes sierten Horern nlitzen mage. Es ist mir eine angenehme Pflieht, Herrn Dr.W.Schwabl fUr seine freundliche Anregung und dem Springer-Verlag flir aIle Hilfen bei der teehnischen Abwieklung zu danken. Mein Dank gilt weiterhin den Herren Dr.-mont.A.Herzog und Dip!. -Ing. J . Hohem.,arter flir wertvolle Diskussionen, Li teratur auszlige und die Aufbereitung des Bildmaterials, Herrn Dipl. Ing.F.Kawa fUr zahlreiche, klinstlerisch ausgeftihrte Bilder, den Damen M.Rauber und M.Schrotter flir sorgfaltiges und flei Biges Sehreiben, den Herren K.Scharf, W.Steeher und G.Weilguny flir zeichnerische und fotografisehe Arbeiten, sowie Herrn Dipl.-Ing.A.Winterstatter fUr aufmerksame Korrektur. Meiner Familie danke ieh herzlich flir ihr Verstandnis und ihren Zuspruch, wenn die Arbeit wenig Zeit flir Privates lieB. Leoben, 1m Marz 1979 Inhaltsverzeichnis 1. Grundlagen . . . 1.1. Spannungen 1.1.1. Vergleichsspannung 1.1~2. Spannungs-Dehnungsdiagramm 1.2. Form~nderungen 1.2.1. Vergleichsform~nderung 1.2.2. FormMnderungsgeschwindigkeit 1.3. Forrnanderungsvermogen . 10 1.4. Formanderungsfestigkeit 13 1.5. Formanderungswiderstand 16 1.6. Formanderungsarbeit . 19 1.7. Formanderungsleistung 20 1.8. FlieBbedingung 20 1.9. FlieBgesetz 21 1.10. Walzspalt 21 1.10.1. Vorg~nge 1m Walzspalt 22 1.10.2. Walzkraft und Drehmoment 26 1.11. Anstelldiagrarnm 28 1.12. Walzen mit Zugspannung, kontinuierliches Walzen 31 1.13. Bauschingereffekt 37 Schrifttwn 38 2. Elemente 40 2.1- Walzen 40 2.2. Walzenlager 46 2.3. EinbaustUcke 53 2.4. Uberlastsicherungen 54 2.5. Walzenstander 56 2.6. Walzgeriiste 61 2.7. Anstellungen 65 2.8. Antriebselemente 72 2.9. Walzwerkantriebe 74 Schrifttum 79 3. Einige Begriffe aus der Walzwerktechnik 81 3.1. Ausbringen 81 3.2. Durchsatz 82 3.3. Breitung 82 3.4. Kaliber • 84 VIII 3.5. Kalibrieren 86 3.6. Halbzeug 89 3.6.1. Vorb15cke 89 3. 6 • 2. Knijppe"l, R5hrenrund 94 3.6.3. vorbrammen, Platlnen 95 3.6.4. Luppen .•..• 99 3.7. Planheit 100 3.8. Walzspaltdeformatlon und -korrektur 101 3.9. Zeitausnutzung 104 Schrifttum . . . 106 4. Rundquerschnitte und Profile 108 4.1. Walzanlagen fUr schwere Profile 111 4.2. Walzanlagen fUr mittelschwere Profile 116 4.3. Feinstahl und Draht • 122 4.3.1. Endloswalzen 129 4.3.2. Walzgeschwindigkeit 134 4.3.3. Anlagenbeispiele 136 4.3.3.1. Offene StraBen 136 4.3.3.2. WalzstraBen fUr stabforrnige Rundprofile 137 4.3.3.3. WalzstraBen fUr beliebig profilierten Stab- stahl • • • • 138 4.3.3.4. DrahtstraBen 138 4.3.4. DrahtkUhlung 142 4.3.5. Walzdrahtfehler 146 4.4. Rohre . • . • • • 150 4.4.1. Luppenerzeugung 150 4.4.1.1. HohlstranggieBen 150 4.4.1.2. SchleudergieBen 151 4.4.1.3. Ausbohren . . 151 4. 4 . 1 • 4. Lochpressen . • 1 51 4.4.1.5. Schragwalzen 152 4.4.2. Zweite Fertlgungsstufe 154 4.4.2.1. Strangpressen . . . . 154 4.4.2.2. Abstrecken, StoBbankverfahren 155 4.4.2.3. Streckegalisieren, Elongieren 156 4.4.2.4. Pilgerschrittverfahren 158 4.4.2.5. Stopfenwalzen . • . . . 161 4.4.2.6. Walzen Uber Dornstangen (Rohrkontiverfahren). 162 4.4.3. Dritte Fertigungsstufe 163 ~.4.3.1. Streckreduzieren 163 IX 4.4.3.2. MaBwalzen 166 4.4.4. Rohrweiterverarbeitung 169 Schrifttum 172 5. Flachprodukte 174 5.1. Blech 174 5.1.1. Anlagenbeschreibung 175 5.1.2. Therrnomechanisches Behandeln 181 5.1.3. Fehler am Blech 182 :. • 2. Warmband • • • • • 185 5.2.1. Anlagentypen .. 185 5.2.2. Auswahlkriterien 191 5.2.3. Entwicklung, Grenzen 195 5.2.4. Produktfehler und Korrekturen 202 5.3. Kaltband .•. 203 5.3.1. Verfahren 203 5.3.2. Walzanlagen 210 Schrifttum 212 6. Richten . . 214 6.1. Biegerichten von flachem Walzgut 214 6.2. StreckbiegerichtGTI 224 Schrifttum 229 7. Scheren . . 231 7.1. Block- und Brarnmenscheren 236 7.2. Kntippelscheren .• 238 7.3. Durchlaufscheren .. 239 7.3.1. Scheibenscheren 241 7.4. Kurbelschwingscheren flir Warm- und Kaltband 242 7.5. Schlittenscheren .. 245 7.6. Tafelscheren, Wiegc- und Rollschnittbesaumscheren 246 7.7. Kreismesserscheren (Zirkularscheren) 247 Schrifttum 252 8. Beispiele zum Messen, Regeln und Steuern 253 8.1. Dickenrnessung 253 8.1.1. Berlihrend arbeitende DickenrneBgerate 253 8.1.2. StrahlenabsorptionsmeBgerate 254 8.1.3. Optische DickenrneBgerate 254 8.2. Breitenrnessung ..... 255 8.2.1. Berlihrende Verfahren . 255 8.2.2. Kontaktlose Verfahren 256 x 8.3. Langenrnessung 258 8.3.1. MeBrolle . . 258 8.3.2. Lichtschranken 258 8.3.3. Geschwindigkeitsintegration 259 8.3.4. Langenmessung aus Walzendrehzahlen 261 8.4. Planheitsmessung . . .. . . . . . 261 8.4.1. Messen mit geteilten MeBrollen 261 8.4.2. Kontaktlose Verfahren 262 8.5. Walzkraftmessung . . .. .. .. .. .. .. 263 8.5.1. KraftrneBzellen, KraftmeBdosen 263 8.5.2. Dehnungstransformator 266 8.5.3. Stauchungsaufnehmer fUr Anstellspindeln 267 8.5.4. Walzkraftrnessung in hydraulischen Anstellungen 268 8.6. Drehmomentmessung 268 8.7. Temperaturrnessung 269 8.7.1. Verh~ltnispyrometer 269 8.7.2. Gesamtstrahlungspyrometer 270 8.7.3. Teil- oder Bandstrahlungspyrometer 270 8.8. Regeln und Steuern .. .. .. .. .. .. .. 271 8.B.1. Regeln (feed-backward-control) 271 8.8.2. Steuern (feed-forward-control) 271 8.8.3. Kombinierte Systeme 272 8.8.4. Beispiele 273 Schrifttum 276 Verwendete Formeln und Zeichen 277 Sachverzeichnis . . . . . . . . 279 1. Grundlagen Von zahlreichen Vorzligen metallischer Werkstoffe ragt einer weit heraus : Metalle sind bildsarn zu formen. Durch plasti sches Formen lassen sich Gebrauchsgegenstande unterschied lichster Gestalt wirtschaftlich herstellen und in ihren Eigen schaften den gestellten Forderungen anpassen. Das GuBgeftige metallischer Korper in ihrer ersten Form, der Urform, ent spricht noeh nieht den erflillbaren Forderungen. Hahere Elasti zitat und Festigkeit, graEere Zahigkeit, gute Hornogenitat und bessere Oberflachen sind erst zu erreichen, wenn die GuBstruk tur verandert und im ganzen in ein Verformungsgeflige umgewan delt wurde. Wirtschaftlich ist es, schwere Blocke schnell zu gieBen und daraus leichte, dtinnwandige Endprodukte in groBer Zahl zu formen. Der groBte Teil aller spanlos umgeformten Er zeugnisse - nach Menge und Wert - wird gewalzt, wobei die Vielfalt der Walzverfahren eine verbindliche Definition des Begriffes Walzen sehr erschwert. Leicht faBbar und abzugren zen ist "das Walzen von flachem Walzgut zwischen zylindrisehen, sieh drehenden Werkzeugen, den Walzen", schwieriger schon "das Schragwalzen von Hohlkorpern (Rohren) zwischen zueinander geschrankt angeordneten, gleiehsinnig sich drehenden Walzen" und es erforderte bereits feingliedrige Semantik, sollten die Pilgerwalz- und andere Abrollwalzverfahren zwar vorn Durehlauf schrnieden und dem RohrstoBen getrennt, immerhin aber dem Wal zen zugeordnet werden. Zur bleibenden Formanderung muE erstens der zu verforrnende Gegenstand aus einem bildsamen Stoff bestehen und zweitens ein ausreichend groBes Spannungsfeld aufzubringen sein, das den gewahlten Werkstoff bleibend verformt. Die erste Pramisse ist von allen Festkorpern erflillbar und von den meisten rnetalli schen Werkstoffen innerhalb eines technisch beherrschbaren Be reiches erflillt. Die zweite Voraussetzung zu kennen und zu quantifizieren, ist Aufgabe der Erbauer und Betreiber von Ver formungsmaschinen. 1.1. Spannungen Meehanische Spannungen entstehen, wenn Krafte von auBen auf einen Karper einwirken, wobei die senkrecht auf eine Flache wirkenden Kraftkomponenten Normalspannungen, die in einer Flache wirkenden Kraftkomponenten Schubspannungen hervorrufen. 2 Norrnalspannungen, die eine K5rperoberfl~che in das KBrperinne re drlicken, heiRen Druckspannungen, die entgegengesetzt wir kenden Zugspannungen. Spannungen werden als Quotienten aus den vektoriellen Gr5Ben IIKraft" und "FIM.chel' berechnet, deren Zu ordnung zueinander "Tensor'! h'!iOt. Weil Krafte und FUichen 1m Raum durch je dre! Richtungskomponenten bestimmt sind, muB ein Spannungstensor neun Komponenten enthalten, von denen drei Normalspannungen und sechs Schubspannungen sind. :::\ ( :~:~ T (1.1 ) xz Tyz z) Die Indizes x, y, z bezeichnen die Richtungskomponenten, Doppelindizes die Richtungen von Kraften und Flachen. Von den sechs Schubspannungen sind jeweils zwei gleich, so daB es genUgt, einen Tensor durch dre1 Normal- und drei Schub spannungen zu beschreiben. T (1.2) Durch geeignete Wahl der Achsenlage gelingt es meist, die !uBeren Schubspannungen wegfallen zu lassen, so daB der be trachtete Tensor nur noah die Normalspannungskomponenten ent halt. C:, J (1.3) Die Indizes 1, 2, bezeichnen die Richtungen der Hauptnormal- spannungen. Je nach GroBe und Richtung seiner Komponenten wirkt ein Tensor vellig verschieden auf einen Korper. Drei gleichgroBe Druck spannungen beispielsweise, beschrieben als "Kugeltensor", bilden einen "hydrostatischen" Spannungszustand, in dem ein Kerper zwar reversibel komprimiert, nicht aber bleibend ver-