DE102007032804B3

DE102007032804B3 - Forging mandrel for hot-forging of tubular work-pieces made of metal has a mandrel body made from heat-resistant material and a mandrel rod

Info

Publication number: DE102007032804B3
Application number: DE102007032804A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Wiedenmaier; Rolf Dr. Kümmerling; Gerd Dr. Homberg; Pierre Lefebvre
Original assignee: V&M Deutschland GmbH
Current assignee: Vallourec Deutschland GmbH
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-07-11
Also published as: PL2176013T3; BRPI0812826A2; ATE485903T1; EP2176013B1; US20100251794A1; KR20100030628A; AR067462A1; AU2008274744A1; EA015221B1; UA96053C2; DE502008001670D1; JP2010532715A; ZA200908608B; AU2008274744A2; AU2008274744B2; ES2355125T3; CN101743077B; CA2693450A1; CN101743077A; EP2176013A1

Abstract

In a working area, a mandrel body (1) has a coating (5) firmly bonded on the mandrel body to reduce heat dissipation during forging into a mandrel body. The coating has less heat conductivity than the material of the mandrel body and a thickness of 50 mu m. It is also a layer of scale and is flame- and plasma-sprayed/extruded. This layer's heat conductivity is 50 percent less than the heat conductivity of the mandrel's material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schmiededorn zum Warmschmieden rohrförmiger Werkstücke aus Metall gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a forging mandrel for hot forging tubular workpieces Metal according to the generic term of claim 1.

Das Warmschmieden rohrförmiger Werkstücke, wie z. B. nahtloser Stahlrohre, ist aus der DE 10 2005 052 178 A1 bekannt.The hot forging tubular workpieces such. B. seamless steel tubes, is from the DE 10 2005 052 178 A1 known.

Bei diesem Verfahren wird ausgehend von einem auf Umformtemperatur erwärmten Block, in einem ersten Umformschritt durch Lochen ein dickwandiger Hohlblock erzeugt, der anschließend durch einen Radialschmiedeprozess unter Verwendung eines in den Hohlblock eingeschobenen Schmiededorns als Innenwerkzeug und mindestens zwei auf die Mantelfläche des Hohlblockes einwirkender Schmiedebacken einer Schmiedemaschine zu einem nahtlosen Rohr geschmiedet wird. Dabei wird der Hohlblock getaktet in der Phase des Leerhubes der Schmiedebacken gedreht und axial verschoben.at this method is based on a heated on forming temperature block in a first forming step by punching a thick-walled hollow block generated, which subsequently by a radial forging process using one in the Hollow block inserted forging mandrel as an internal tool and at least two on the lateral surface the hollow block acting forging jaws of a forging machine forged to a seamless pipe. This is the hollow block clocked in the phase of the idle stroke of the forging jaws turned and moved axially.

Der Schmiededorn wird während des Schmiedeprozesses beträchtlichen thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, was zu Verschleißerscheinungen an der Werkzeugoberfläche führt und die Standzeit des Schmiededorns herabsetzt. Beispielsweise können die Schmiedetemperaturen bis über 1300°C betragen.Of the Blackthorn will be during the forging process considerable thermal and mechanical stresses exposed, causing wear on the tool surface leads and the Service life of the blacksmith mandrel lowers. For example, the Forging temperatures to over 1300 ° C amount.

Um thermisch bedingte Verschleißerscheinungen zu minimieren ist es aus der DE 2825940 A1 bekannt, den Schmiededorn von der Innenseite her zu kühlen, um die Wärmeabfuhr von der Oberfläche des Dorns in den Dorn hinein zu beschleunigen.To minimize thermally caused wear it is from the DE 2825940 A1 known to cool the forging mandrel from the inside to accelerate the heat dissipation from the surface of the mandrel into the mandrel.

Um die Verschleißfestigkeit des Dorns zu erhöhen, wird weiterhin vorgeschlagen, den Dornkörper mit einem Außenmantel aus hochwarmfesten Werkstoff wie z. B. einer Nickel- oder Kobaltbasislegierung zu umgeben.Around the wear resistance to increase the thorn, is further proposed, the mandrel body with an outer sheath made of heat resistant material such. B. a nickel or cobalt base alloy to surround.

Dieser Schmiededorn ist mit mehreren Nachteilen behaftet. Zum einen ist dieser Schmiededorn sehr aufwändig und teuer in der Herstellung, zum anderen wird der Wärmeeintrag in den Dornwerkstoff nicht verringert, was bei hoher Temperaturbeanspruchung die Formstabilität des Schmiededorns verringert und damit zu einem frühzeitigen Ausfall führt.This Forge is subject to several disadvantages. For one thing is This forge is very expensive and expensive in the production, on the other hand, the heat input not reduced in the mandrel material, resulting in high temperature stress the dimensional stability of the blackthorn and thus to an early Failure leads.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schmiededorn zum Warmschmieden rohrförmiger Werkstücke aus Metall anzugeben, der kostengünstig herstellbar ist und eine hohe Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig großer Formstabilität auch bei hohen Schmiedetemperaturen aufweist.task The invention is a forging mandrel for hot forging tubular metal workpieces indicate the cost-effective can be produced and high wear resistance at the same time great dimensional stability even at having high forging temperatures.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.These Task is based on the generic term in conjunction with the characterizing Part of claim 1 solved. Advantageous continuations are the subject of dependent claims.

Nach der Lehre der Erfindung besteht der Dornwerkstoff aus einer warmfesten Legierung, wobei der Dornkörper mindestens im Arbeitsbereich mit einer die Wärmeableitung während des Schmiedens in den Dornkörper vermindernden und auf dem Dornkörper fest haftenden Schicht versehen ist und die Schicht mindestens eine Dicke von 50 μm aufweist.To According to the teaching of the invention, the mandrel material consists of a heat-resistant Alloy, wherein the mandrel body at least in the work area with a heat dissipation during the Forging into the spine body diminishing and on the spine body firmly adhering layer is provided and the layer at least one Thickness of 50 microns having.

Die wesentliche Neuerung dieser Erfindung ist, dass die den Dornkörper umgebende Schicht eine geringere Wärmeleitfähigkeit als der Dornkörper aufweist, wodurch der Wärmeeintrag in den Dornkörper deutlich vermindert und damit eine deutlich verbesserte Formstabilität auch bei hohen Schmiedetemperaturen erreicht wird.The essential innovation of this invention is that the surrounding the mandrel body Layer a lower thermal conductivity as the spine body has, whereby the heat input in the thorn body significantly reduced and thus a significantly improved dimensional stability even at high forging temperatures is reached.

Die Schicht weist dabei erfindungsgemäß eine Wärmeleitfähigkeit auf, die deutlich unter derjenigen des Dornkörperwerkstoffes liegt, vorteilhaft um mindestens 50%.The In this case, according to the invention, the layer has a thermal conductivity which is significantly lower that of the mandrel body material lies, advantageously by at least 50%.

Die Schicht auf dem Dornkörper kann dabei erfindungsgemäß vorteilhaft sehr kostengünstig durch Verzundern erzeugt werden oder aber durch Auftragen einer entsprechenden Schicht z. B. durch thermische Verfahren.The Layer on the mandrel body can be advantageous according to the invention very inexpensive be produced by scaling or by applying a corresponding layer z. B. by thermal processes.

Eine Verzunderung des Dornes ist dabei vorteilhaft bei Kohlenstoffstählen anzuwenden, während bei hochlegierten Dornwerkstoffen die Schicht vorteilhaft durch thermische Spritzverfahren, wie z. B. Flamm- oder Plasmaspritzen aufgebracht werden kann.A Scaling of the mandrel is advantageous in applying carbon steels, while in high-alloy mandrel materials, the layer advantageous thermal spraying methods, such. B. flame or plasma spraying can be applied.

Die thermisch aufgebrachten Schichten können dabei beispielsweise Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid oder Eisenoxid enthalten.The thermally applied layers can, for example, zirconium oxide, Contain alumina or iron oxide.

Wesentlich ist dabei, dass die Wärmeleitfähigkeit des Beschichtungsmaterials immer deutlich unter derjenigen des Dornwerkstoffs liegt.Essential is there that the thermal conductivity of the coating material always well below that of the mandrel material lies.

Damit diese Schicht eine erkennbare Wirkung im Hinblick auf einen deutlich verminderten Wärmeeintrag in den Dornkörper ausüben kann, ist es vorteilhaft die Schicht mit einer Mindestdicke von ca. 50 μm auszuführen.In order to This layer has a recognizable effect in terms of a clear reduced heat input in the thorn body exercise can, it is advantageous the layer with a minimum thickness of approx. 50 μm perform.

Der erfindungsgemäße Schmiededorn weist dabei nicht nur Vorteile im Hinblick auf eine verbesserte Formstabilität auch bei hohen Schmiedetemperaturen auf, sondern auch im Hinblick auf eine Verringerung des abrasiven Verschleißes. In Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass eine gewisse Schmierwirkung des Schichtmaterials beim Schmieden vorhanden ist, die den abrasiven Verschleiß reduziert.Of the forging mandrel according to the invention not only has advantages in terms of improved dimensional stability but also high forging temperatures, but also with regard to a Reduction of abrasive wear. In investigations has It turned out that a certain lubricating effect of the coating material when forging is present, which reduces the abrasive wear.

Wesentlich für die Auswahl eines geeigneten Werkstoffes für den Dornkörper ist, diesen auf den jeweils zu schmiedenden Werkstoff so abzustimmen, dass ein Verschweißen von Schmiededorn und Schmiedewerkstück vermieden wird.Essential for the Selection of a suitable material for the mandrel body is this on each tuned material to be forged so that welding of Blacksmith's horn and blacksmith's work piece is avoided.

Der erfindungsgemäße Schmiededorn weist dabei den vorteilhaften Effekt auf, dass die Schicht auf dem Dornkörper als Trennschicht wirkt, die einem Verschweißen unter Schmiededruck und Temperatur entgegenwirkt.Of the forging mandrel according to the invention has the advantageous effect that the layer on the mandrel body acts as a release layer, the welding under forging pressure and Temperature counteracts.

Da ein gewisser Wärmeeintrag in den Dornkörper nicht vollständig unterbunden werden kann, kann es zur Unterstützung der Formstabilität des Dorns darüber hinaus sinnvoll sein, den Dornkörper mit einer zusätzlichen Innenkühlung zu versehen.There a certain heat input in the thorn body not completely can be prevented, it can support the dimensional stability of the spine about that Be meaningful, the mandrel body with an additional internal cooling to provide.

Alternativ kann aber auch vorgesehen werden, in Stillstandsphasen den Dornkörper von außen zu kühlen, was sehr viel kostengünstiger zu realisieren ist, als eine Innenkühlung.alternative but can also be provided, in standstill phases the mandrel body of Outside to cool, which is much cheaper to realize, as an internal cooling.

Um den Wärmeeintrag in den Dornkörper während des Schmiedevorgangs auf ein Minimum zu beschränken, kann es darüber hinaus sinnvoll sein, den Dorn beim Schmieden im Werkstück zu verfahren, da bei diesem Vorgang immer andere Arbeitsbereiche der Schmiededornoberfläche in Eingriff gelangen und so der lokale Wärmeeintrag reduziert wird.Around the heat input in the thorn body while In addition to limiting the forging process to a minimum, it can go beyond that be useful to move the mandrel during forging in the workpiece, as in this Operation always other work areas of the forging mandrel surface engaged arrive and so the local heat input is reduced.

Der erfindungsgemäße Schmiededorn wird anhand einer Darstellung näher beschrieben.Of the forging mandrel according to the invention becomes closer by means of a representation described.

Der in der einzigen Figur dargestellte Schmiededorn, weist einen mit Fasen 3, 4 versehenen Dornkörper 1 auf, der an einer Haltestange 2 befestigt ist. Die Haltestange 2 wird benötigt, um den Schmiededorn in einem hier nicht dargestellten rohrförmigen Werkstück axial und drehbar verfahren zu können.The forge, shown in the single figure, has one with bevels 3 . 4 provided mandrel body 1 on, on a handrail 2 is attached. The handrail 2 is needed to be able to move the forging mandrel axially and rotatably in a tubular workpiece, not shown here.

Der Dornkörper 1 besteht aus einem warmfesten Stahl, der erfindungsgemäß mit einer im Arbeitsbereich die Wärmeeinleitung in den Dornkörper 1 vermindernden Schicht 5 versehen ist.The spine body 1 consists of a heat-resistant steel according to the invention with a heat input into the mandrel body in the working area 1 decreasing layer 5 is provided.

Die Schicht 5 weist dabei eine deutlich niedrigere Wärmeleitfähigkeit auf, als der Werkstoff des Dornkörpers 1, um den Wärmeeintrag zu reduzieren und damit die Formstabilität des Dornkörpers 1 auch bei hohen Schmiedetemperaturen zu gewährleisten.The layer 5 has a much lower thermal conductivity than the material of the mandrel body 1 to reduce the heat input and thus the dimensional stability of the mandrel body 1 to ensure even at high forging temperatures.

Der Dornkörper 1 ist im vorliegenden Fall als Massivkörper ausgebildet, es ist jedoch auch möglich, diesen mit einer Innenkühlung zu versehen, um den unvermeidbaren Wärmeeintrag in den Dornkörper 1 während des Schmiedens möglichst rasch abzuführen. Bezugszeichenliste Nr. Bezeichnung 1 Dornkörper 2 Haltestange 3, 4 Fase 5 Schicht The spine body 1 is formed in the present case as a solid body, but it is also possible to provide this with an internal cooling to the unavoidable heat input into the mandrel body 1 remove as quickly as possible during forging. LIST OF REFERENCE NUMBERS No. description 1 mandrel body 2 Handrail 3 . 4 chamfer 5 layer

Claims

A forging mandrel for hot forging of tubular metal workpieces, consisting of a mandrel body and a mandrel bar, in which the mandrel body is made of a heat-resistant material, characterized in that the mandrel body ( 1 ) at least in the working area with a heat dissipation during forging in the mandrel body and reducing on the mandrel body ( 1 ) firmly adhering layer ( 5 ), the layer ( 5 ) a lower thermal conductivity than the material of the mandrel body ( 1 ) and has at least a thickness of 50 microns.

Blacksmith mandrel according to claim 1, characterized in that the layer ( 5 ) is a scale layer.

Blacksmith mandrel according to claim 1, characterized in that the layer ( 5 ) is flame-sprayed.

Blacksmith mandrel according to claim 1, characterized in that the layer ( 5 ) is plasma sprayed.

A forging mandrel according to claim 4, characterized in that the thermal conductivity of the layer ( 5 ) is at least 50% less than the thermal conductivity of the mandrel material.

A forging mandrel according to any one of claims 1-5, characterized in that the mandrel body ( 1 ) is formed as provided with a one-sided opening hollow body and provided with an at least up to the working area extending internal cooling device.