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Verfahren zum Heissverformen von Metallen Die Erfindung bezieht sich auf die Heissverformung von Metallen durch Auspressen (mit oder ohne Ver- wendung eines Dornes), Lochen oder Gesenkschmieden. Sie bezweckt eine Verlängerung der Lebensdauer der bei diesen Verfahren verwendeten Gesenke, Dorne und Stempel durch Verbesserung ihrer Schmierung und gleichzeitig, dadurch bedingt, eine Herabsetzung des zur Verformung eines gegebenen Metalls erforderlichen Druckes.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird unter Verwendung eines vor dem Pressvorgang festen Schmier- mittelsdurchgeführtundistdadurch gekennzeichnet, dass als Schmiermittel ausschliesslich ein beim Pressvorgang indie gasförmige Phase übergehendes und in dieser Phase die Schmierung bewirkendes organisches Schmiermittel Verwendung findet.
Das organische Material besteht vorzugsweise aus Polyäthylen oder Polyvinylchlorid, es kann aber auch jedes andere Material verwendet werden, das vollständig oder doch zum überwiegenden Teil unter den angegebenen Bedingungen in Gase übergeführt wird. Ganz allgemein lassen sich alle synthetischen Polymeren in dieser Weise umwandeln.
Es ist seit langem bekannt, bei der Herstellung von Stäben oder Röhren in Strangpressen zwischen dem kalten oder erhitzten Werkstoff und der Matrize und gegebenenfalls dem Dorn ein Schmiermittel unter Druckzu pressen, das fest, flüssig, breiig oder dampfförmig sein kann. Zu diesem Zweck wurden für höhere Temperaturen feuerflüssige Schlacken, Borax usw. und für niedrigere Werkstücktemperaturen Öl vorgeschlagen. Folien aus plastischem Material, z. B. PVC, wurden bereits als Gleitmittel beim Tiefziehen, also einem Kaltverformungsprozess, angewendet.
Auf Grund dieser bekannten Verfahren war jedoch nicht vorauszusehen, dass ein bei normalen Tem- peraturen festes organisches Material, auch wenn es bei der Kaltverformung die Gleitfähigkeit erhöht, unter'den Bedingungen der Heissverformung in der gasförmigen Phase eine ausgezeichnete Schmierwirkung auszuüben vermag. Dadurch wurde es erstmalig möglich, die Vorteile eines vor dem Pressvorgang festen Schmierstoffes, wie sie nachstehend näher erläutert werden, mit einer gegenüber den bisherigen Mitteln verbesserten Schmierwirkung zu vereinigen..
Ein anders derzeit verwendetes Schmiermittel besteht aus einer Mischung verschiedener Substanzen einschliesslich Graphit, kohlenstoffhältigen Stoffen und einer Sauerstoffquelle, wobei der Graphit den Hauptbestandteildarstellt. Dieses Schmiermittel verdampft teilweise bei der Betriebstemperatur und dem angewendeten Druck. Die Schmierwirkung wird in diesem Falle hauptsächlich durch den Graphit hervor-
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mittel zur Schmierung des Gesenkes oder Dornes verwendet wird und es wird angenommen, dass tatsächlich die gesamte oder doch praktisch die gesamte Schmierwirkung durch einen aus dem organischen Material bei den Betriebstemperaturen und-drucken erzeugten Gasfilm hervorgerufen wird.
Jedenfalls aber besteht das Resultat in einer verlängerten Lebensdauer des Gesenkes oder Dornes im Vergleich zu der Lebensdauer bei Verwendung der oben erwähnten graphithältigen Schmiermittel.
Das organische Material kann als Formmasse verwendet werden, die leicht derart vorgeformt werden kann, dass sie der Form einer bestimmten Pressdüse od. dgl. entspricht und daher bequem eingesetzt werden kann. Vorzugsweise wird das organische Material aber in Form eines Pulvers oder Granulats verwen-
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det, das an einen brennbaren Träger gebunden odur in einen solchen eingeschlossen ist, weil in diesem
Falle die Kosten für die vorherige Verformung des Materials vermieden werden können.
Die Erfindung kann vorteilhaft beim Auspressen von Rohren unter Verwendung eines durch die Press- düse hindurchgehenden Dornes angewendet werden. In diesem Falle kann der Dorn mit dem organischen
Material bedeckt oder überzogen und durch die aus diesem entwickelten Gase geschmiert werden. Die
Schmierung des Dornes kann aber auch durch Gase erfolgen, die von einem zwischen dem heissen Metall und der Düse eingebrachten festen organischen Material entwickelt werden, d. h., der Dorn selbst braucht nicht mit dem organischen Material bedeckt oder überzogen zu werden. Auch hier ist bei so geschmier- tem Dorn die Innenfläche des erzeugten Rohres von besserer Qualität als bei Anwendung bisher üblicher
Schmiermethoden.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, worin bedeuten : Fig. 1 eine schemati- sche Darstellung eines Teils einer Rohrpresse knapp vor Beginn des Auspressens ; Fig. 2 einen Schnitt durch einen Träger mit pulvorigem organischem Material ; Fig. 3 eine Draufsicht auf diesen Träger und die Fig. 4 und 5 Darstellungen eines Gesenkschmiedevorganges.
Inder in Fig. 1 dargestellten Presse stellt 1 den Presszylinder dar und 2 einen beweglichen Düsenträ- ger, mitdessen Hilfe Pressdüsen nacheinander zum Einrasten in die Austrittsöffnung des Zylinders gebracht werden können ; eine solche Pressdüse ist mit 3 bezeichnet. Die Presse ist für die Erzeugung von Stahlroh- ren bestimmt und enthält ferner einen Schaft 4 mit Pressscheibe 4a und Dorn 5, welche während des Aus- pressvorganges gemeinsam durch den Zylinder geführt werden. Die Presse ist in dem Stadium dargestellt, in dem ein ringförmiges Werkstück (Zaggel) 6 in den Zylinder eingebracht ist, unmittelbar vor der Druck- anwendung. Die Pressdüse 3 besitzt ein kegelstumpfförmiges Mundstück.
Bevor dieses in das Ende des Zy- linders 1 eingesetztwird, wirdesmiteinemFormstück 7 aus Polyäthylen belegt, das an dem kegelstumpfförmigen Teil der Düse anliegt und mit einem rohrförmigen Ansatzstück in die Düsenöffnung hineinragt.
Dieses Ansatzstück ist deshalb vorgesehen, weil der Träger 2 rasch gedreht wird, um die Düse in ihre Stellung zu bringen, und während dieser Bewegung wird das Formstück 7 durch die Reibung des Ansatzstückes im Inneren der Düse in dieser festgehalten.
Fig. 1 zeigt auch eine Papiermanschette 8 mit einem Belag von pulverförmigem organischem Material in ihrer Stellung auf dem Dorn 5. Diese Manschette wird vor der Einführung des bornes in den Zylinder über den Dorn gezogen. Das pulverförmige organische Material kann mittels einer Mischung von Trichlor- äthylen und Polystyrol oder mit Hilfe von Kaltleim mit dem Papier verbunden sein.
Wenn das heisse Werkstück 6 zuerst in Kontakt mit dem Formstück 7 gelangt, wird etwas Rauch ent- wickelt, doch findet keine wesentliche Gasentwicklung statt, bevor nicht das Werkstück dem Pressdruck ausgesetzt ist. Im Augenblick der Druckanwendung wird reichlich Gas entwickelt und dieses Gas dient zur Schmierungder Oberfläche während des ganzen Auspressvorganges, vorausgesetzt, dass das Polyäthylen oder
Polyvinylchlorid in ausreichenden Mengen vorhanden ist. Das Polyäthylen oder Polyvinylchlorid wird nicht vollständig in Gase umgewandelt ; überraschenderweise bleibt ein geringer teeriger Verbrennungsrückstand auf dem Stirnende des ausgepressten Rohres haften.
Beispielsweise wurde gefunden, dass beim Auspressen eines hohlen Werkstückes aus rostfreiem Stahl, unter Verwendung eines unbedeckten Domes, durch-eine Düse mit einem Eintrittswinkel von 270, welche aus 91a Wolfram enthaltendem Stahl bestand, ein Formstück 7 aus Polyvinylchlorid von 2 mm Dicke die vollständige Schmierung eines Werkstückes von 380 mm Länge und 164 mm Aussendurchmesser unter Erzeugung eines Rohres von 62 mm Aussendurchmesser und 50 mm Innendurchmesser bewirkte, wobei das Auspressverhältnis 18 : 1 und die Länge des Rohres über 6 m betrug. In diesem Falle wurde die Innenwand des Presszylinders in üblicher Weise durch eine Mischung von Öl und Graphit geschmiert.
Eine besonders zweckmässige Art der Verwendung eines organischen Materials in Pulver- oder Granulatform besteht in der Vermischung desselben mit einem Bindemittel und Einschliessen dieser Mischung zwischen zwei Papierblättern. Ein derartiges Element 9 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt ; es besteht aus zwei Wellpappestücken 10 von gewünschter Grösse und Gestalt mit der dazwischen befindlichen Mischung 11 aus organischem Material und Bindemittel. Für ein solches Element mit einem Aussendurchmesser von 170 mm und einem Innendurchmesser von 65 mm kann beispielsweise eine Mischung aus 60 g Polyäthylen, 3b g Polystyrol und 1/4 l Trichloräthylen verwendet werden, welche nach Einbringen zwischen die Papiere erhärtet.
Wenn das Element 9 in einer durch einen Drehträger fixierten Pressdüse verwendet werden soll, wird esin seine Lage gebracht, solange die Düse noch nicht mit dem Zylinder verbunden ist und es muss durch Reibung in seiner Lage gehalten werden. Zu diesem Zweck ist ein Ansatz 12 vorgesehen, der aus einem Rohr 13 und einem Flansch 14 besteht, der in die Mischung hineingedrückt wird, bevor diese erhärtet ist.
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Das Rohr 13 kann aus Blech, Pappe oder irgend einem andern geeigneten Material bestehen.
Das Element 9 kann leicht gehandhabt werden ; die Wellpappe wirkt als Wärmeisolator und verhindert eine vorzeitige Verbrennung oder Verflüchtigung des organischen Materials, wenn das Element in Berührung mit einer heissen Oberfläche gelangt.
Eine über den Dorn zu ziehende Manschette kann in ähnlicher Weise hergestellt werden.
Beidem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Gesenkschmiedeprozess werden flache Scheiben 15 verwendet, welche über die wirksamen Flächen der Gesenke 16 hinausragen, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Eine der Scheiben 15 wird in das untere Gesenk eingebracht, das heisse Metall 17 wird daraufgelegt und mit der zweiten Scheibe 15 bedeckt. unmittelbar bevor das obere Gesenk heruntergebracht wird.
Es hat sich gezeigt, dass bei einem Auspressvorgang die im Presszylinder vorhandene Luft zur Erzeugung der Gase durch chemische Umsetzung mit dem Polyvinylchlorid oder dem sonstigen Material ausreicht, doch kann, wenn nötig, auch zusätzlich Sauerstoff zugeführt werden. Beispielsweise kann der Formkörper 7 mit einer Schicht eines oxydierenden Mittels bedeckt oder es kann ein überschüssigen Sauerstoff enthaltender Stoff in die Mischung 11 eingearbeitet werden. Ein geeignetes Oxydationsmittel ist z. B. Mangandioxyd. Das Oxydationsmittel wird nicht vollständig in Gase übergeführt, was unvorteilhaft ist, so dass es nur in einer geringen Menge, z. B. höchstens zozo des organischen Materials, angewendet werden soll.
Die grossen, erfindungsgemäss erzielbaren Vorteile konnten durch Versuche deutlich gemacht werden, bei denen in einer Rohrpresse Rohre aus rostfreiem Stahl mit einem Gehalt von 18% Chrom, e Nickel und einer geringen Menge Titan unter Verwendung einer in üblicher Weise durch ein Gemisch aus Graphit und brennbaren Stoffen geschmierten Düse erzeugt wurden. Die durchschnittliche Lebensdauer dieser Düsen in der verwendeten Presse entsprach 35 Pressvorgängen. Die Oberflächenqualität des ausgepressten rostfreien Stahls war derart, dass 50-70% der Rohre geschliffen werden mussten, um Oberflächenschäden zu beheben.
Der während des Auspressens erforderliche durchschnittliche Druck betrug 59, 3 kg/mmZ, gemessen am Querschnitt des rohen Werkstückes.
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ter sonst gleichen Bedingungen, ersetzt, stieg die mittlere Lebensdauer auf 54 Pressvorgänge, die durchschnittliche Zahl der Rohre, welche ein Nachschleifen benötigen, sank unter 5e und der mittlere Ausprtssdruck auf 55, 2 kg/mm2.
Bei Auspressen eineshitzebeständigeren Stahles mit einem Gehalt von 18% Chrom, 11, 5% Nickel und 2, 2fro Molybdän bei einem Auspressverhältnis von 18 : 1 betrug die Lebensdauer der Düsen unter Verwendung
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Die normalerweise eine 1700-Tonnen-Presse erfordernde Pressarbeit konnte mit einer 1530-TonnenPresse geleistet werden. Umgekehrt kann mit einer 1700-Tonnen-Presse bei Verwendung des erfindungsgemässen Schmiermittels mit einem höheren Auspressverhältnis gearbeitet werden als es bisher möglich war, so dass der durch die Presse erzielbare Ausstoss erhöht werden kann. Diese Vorteile werden noch zusätzlich zu der Verlängerung der Lebensdauer der Werkzeugteile erzielt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Heissverformen von Metallen durch Auspressen, Lochen oder Gesenkschmieden unter Verwendung eines vor dem Pressvorgang festen Schmiermittels, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmiermittel ausschliesslich ein beim Pressvorgang in die gasförmige Phase übergehende und in dieser Phase die Schmierung bewirkendes organisches Schmiermittel Verwendung findet.