DE10321566A1

DE10321566A1 - Process for the production of a hollow body as a semi-finished product for a crucible or a casting roll

Info

Publication number: DE10321566A1
Application number: DE10321566A
Authority: DE
Inventors: Hans-Günter Dr. Wobker; Fred Riechert
Original assignee: KM Europa Metal AG
Current assignee: Cunova GmbH
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02
Also published as: ES2268522T3; PT1477248E; DK1477248T3; EP1477248A2; EP1477248A3; ATE337116T1; EP1477248B1; DE502004001238D1

Abstract

The blank producing process involves casting a cylindrical block (1c) and forging and piercing it while it is radially supported, leaving a bottom. It is then spread by a mandrel and finally deformed by a drawing die (11) and a mandrel (10), producing the hollow body (12). All deforming stages take place under heat. With the block spread out, a bond (14) can be created on the hollow body.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Gießwalze gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for producing a cylindrical hollow body made of copper or a copper alloy as a semi-finished product for a crucible or a casting roll according to the characteristics in Preamble of claim 1.

Ein übliches Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Gießwalze setzt sich aus den Schritten Gießen-Lochen-Schmieden zusammen. Zunächst wird ein stranggegossener Block in Längsrichtung gestaucht. Damit der Block beim Stauchen nicht knickt, beträgt das maximale Verhältnis seiner Länge zu seinem Durchmesser etwa 3:1. Der gestauchte Block wird anschließend Hilfe eines Lochdorns über seine gesamte in Stauchrichtung gesehene Erstreckung gelocht.A common one Process for producing a cylindrical hollow body as Semi-finished products for a crucible or a casting roller is composed of the steps of casting-punching-forging. First of all a continuously cast block compressed in the longitudinal direction. So that the block does not buckle when compressed, the maximum ratio is its Length too its diameter is about 3: 1. The compressed block then becomes help a piercing pin over his entire extension seen in the direction of upsetting perforated.

Der gelochte Block wird daraufhin nochmals erwärmt und in dieser 2. Wärme durch Schmieden über einen Dorn aufgeweitet. Je nach den Gegebenheiten muss zum ordnungsgemäßen Aufweiten der gelochte Block in einer 3. Wärme gegebenenfalls nochmals temperiert werden.The perforated block is then heated again and in this 2nd heat Forge about a thorn widened. Depending on the circumstances, it must be properly expanded the perforated block in a 3rd heat if necessary be tempered again.

Der aufgeweitete Block wird danach in der Regel durch Freiformschmieden zu einem Hohlkörper mit oder ohne Flansch umgeformt, und zwar je nachdem, ob aus diesem Halbzeug letztlich ein Tiegel oder eine Gießwalze gefertigt werden soll. In diesem Zusammenhang kann es notwendig sein, den aufgeweiteten gelochten Block mehrmals hintereinander zu erwärmen.The The expanded block is then usually made by open-die forging to a hollow body formed with or without a flange, depending on whether from this In the end, a crucible or a casting roller is to be manufactured. In this context, it may be necessary to expand the to heat the perforated block several times in succession.

Im Hinblick auf den Sachverhalt, dass für ein ordnungsgemäßes Stauchen der gegossene Block nur eine Länge aufweisen darf, die etwa dem Dreifachen seines Durchmessers entspricht, um ein Knicken des Blocks zu vermeiden, resultieren aus dem dadurch bedingten Einsatz großer Blockabmessungen nur geringe Umformgrade. Folglich werden die erreichbaren Werkstoffeigenschaften beeinträchtigt.in the With regard to the fact that for a proper upsetting the cast block is only one length may have, which corresponds to approximately three times its diameter, to prevent the block from kinking, conditional use large Block dimensions only low degrees of deformation. Consequently, the attainable Material properties impaired.

Ein weiterer Nachteil besteht im bekannten Fall darin, dass während des Schmiedens durch die nur lokal wirkenden Schmiedekräfte eine inhomogene Umformung erzeugt wird. Hieraus resultieren Einbußen in den theoretisch erreichbaren Materialeigenschaften.On Another disadvantage in the known case is that during the Forging by the only locally acting forging forces inhomogeneous forming is generated. This results in losses in the theoretically achievable material properties.

Darüber hinaus besteht durch das mehrfache Nachwärmen beim Aufweien des gelochten Blocks und beim Langschmieden die Gefahr von Kornwachstum.Furthermore consists of repeated reheating when the perforated block is exposed and the risk of grain growth in long forging.

Insgesamt ist das bekannte Verfahren aufgrund der nur begrenzten Bearbeitungsgenauigkeit mit der Bereitstellung größerer Materialmengen verbunden, was dazu führt, dass das sogenannte E/A-Verhältnis (Eintrags/Austrags-Verhältnis) im Bereich über 4 liegt. Das wirtschaftliche Ausbringen wird demnach gesenkt.All in all is the known method due to the limited machining accuracy the provision of larger quantities of material connected which leads to that the so-called I / O ratio (Entry / discharge ratio) in the area above 4 lies. The economic output is therefore reduced.

Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Gießwalze zu schaffen, das ein wirtschaftlicheres Ausbringen bei verbesserten Materialeigenschaften gewährleistet.The Invention lies - starting out from the state of the art - the Object of the task, a method for producing a cylindrical hollow body made of copper or a copper alloy as a semi-finished product for one Crucible or a casting roller to create a more economical application with improved material properties guaranteed.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This Task is with in the characterizing part of the claim 1 specified features solved.

Aufgrund des Sachverhalts, dass nunmehr sowohl das Stauchen des gegossenen Blocks als auch das Lochen unter radialer Abstützung des Blocks durchgeführt werden, kann jetzt ein gegossener Block eingesetzt werden, der einen deutlich kleineren Durchmesser in Relation zu seiner Länge aufweist. Das Ausknicken des somit sehr schlanken Blocks kann beispielsweise in einer topfartigen Aufnahme mit einer inneren Matrize verhindert werden. Dadurch werden nicht nur höhere, sondern auch gleichmäßigere Umformgrade erreicht. Auch kann ein insgesamt kleinformatigerer Block zum Umformen bereit gestellt werden.by virtue of the fact that now both the upsetting of the cast Blocks as well as the punching are carried out with radial support of the block, can now be used a cast block that clearly has a smaller diameter in relation to its length. The buckling of the very slim block can, for example, in a pot-like Recording with an inner matrix can be prevented. This will not only higher, but also more uniform degrees of deformation reached. An overall smaller-sized block can also be used for forming to be provided.

Mit den Verfahrensschritten Aufweiten durch einen Aufweitdorn und Abstrecken über einen Ziehdorn wird nochmals eine zusätzliche Umformung im äußeren Bereich der Wandung des Blocks und letztlich des Hohlkörpers erreicht, wodurch das Erzeugen eines feinkörnigen Gefüges begünstigt wird.With the process steps of widening by means of an expanding mandrel and stretching over one Drawing mandrel becomes an additional one Forming in the outer area reached the wall of the block and ultimately the hollow body, whereby the Create a fine grain structure favored becomes.

Der so gefertigte Hohlkörper kann dann in üblicher Weise zu einem Tiegel oder einer Gießwalze weiter umgestaltet werden.The hollow bodies manufactured in this way can then be in the usual Be further transformed into a crucible or a casting roller.

Die Erfindung schafft mithin die Voraussetzungen dafür, dass der Gesamtumformgrad und die Homogenität der Umformung aufgrund der Verfahrensschritte Lochpressen des zylindrischen Blocks mit nachfolgendem Ziehpressen deutlich verbessert werden können. Durch die höhere Maßhaltigkeit sind auch deutlich kleinere Zugaben an Verlustmaterial verbunden. Die Wirtschaftlichkeit wird merklich heraufgesetzt.The Invention therefore creates the prerequisites for ensuring that the overall degree of deformation and homogeneity the forming due to the process steps punching the cylindrical Blocks with subsequent drawing presses can be significantly improved can. By the higher one dimensional stability there are also significantly smaller additions of lost material. The economy is increased significantly.

Es zählt ferner zum Stand der Technik, zylindrische Hohlkörper als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Gießwalze durch Runden und Längsnahtschweißen von Blechen zu fertigen. Gegenüber diesem Verfahren hat die Erfindung den zusätzlichen Vorteil, dass die Materialeigenschaften über den gesamten Umfang des Hohlkörpers homogen sind.It is also part of the prior art to manufacture cylindrical hollow bodies as semifinished products for a crucible or a casting roll by rounding and longitudinal seam welding of sheets. Opposite the This method has the additional advantage that the material properties are homogeneous over the entire circumference of the hollow body.

Generell kann durch die Kombination Aufweiten des Blocks und Abstrecken die Kristallorientierung des zu fertigenden Hohlkörpers so beeinflusst werden, dass eine Orientierung der Kornstruktur in Längs- oder Querrichtung entsteht. So kann die Kornorientierung und damit die Festigkeit über diesen Weg der Hauptbeanspruchungsrichtung angepasst werden. Demzufolge sind insbesondere bei aus Hohlkörpern hergestellten Gießwalzen bessere Standzeiten zu erwarten.As a general rule can be combined by expanding the block and stretching the Crystal orientation of the hollow body to be manufactured can be influenced that the grain structure is oriented in the longitudinal or transverse direction. So the grain orientation and thus the strength over this Be adapted to the main direction of stress. As a result, are especially in the case of hollow bodies produced casting rolls better service life to be expected.

Das wirtschaftliche Ausbringen wird erfindungsgemäß dann noch weiter verbessert, wenn gemäß Patentanspruch 2 alle Umformschritte in einer Wärme durchgeführt werden. Diese Verfahrensweise ist durch die gezielte Kombination Lochpressen mit Ziehpressen erreichbar. Der Bereitstellungsaufwand an Wärmeenergie wird auf diese Weise erheblich gesenkt.The economic output is then further improved according to the invention, if according to claim 2 all forming steps in one heat carried out become. This procedure is due to the targeted combination Hole presses reachable with drawing presses. The deployment effort Thermal energy is significantly reduced in this way.

Wenn entsprechend Patentanspruch 3 beim Abstrecken des aufgeweiteten Blocks ein Bund am Hohlkörper erzeugt wird, z.B. dadurch, dass beim Abstrecken der Block nicht komplett durch eine Ziehmatrize bewegt wird, so bietet ein solcher Bund eine ideale Voraussetzung für das Anschweißen eines Flansches, wenn aus dem hergestellten Hohlkörper letztlich ein Tiegel gefertigt werden soll.If according to claim 3 when stretching the expanded Blocks a bundle on the hollow body is generated, e.g. in that when the block is stretched it does not is completely moved by a drawing die, such offers Federal ideal for the welding of a flange, if ultimately from the hollow body produced a crucible is to be manufactured.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The The invention is explained in more detail below with reference to drawings. It demonstrate:

1 in der Seitenansicht einen gegossenen zylindrischen Block; 1 in the side view a cast cylindrical block;

2 im schematischen vertikalen Querschnitt eine Aufnahme mit Matrize für den Block der 1; 2 in the schematic vertical cross section, a recording with a die for the block of 1 ;

3 im schematischen vertikalen Querschnitt die Aufnahme mit Matrize beim Lochen des Blocks; 3 in the schematic vertical cross section, the recording with the die when punching the block;

4 im schematischen vertikalen Längsschnitt das Aufweiten des gelochten Blocks und 4 in the schematic vertical longitudinal section the expansion of the perforated block and

5 im schematischen vertikalen Längsschnitt das Abstrecken des aufgeweiteten Blocks. 5 in the schematic vertical longitudinal section the stretching of the expanded block.

Mit 1 ist in der 1 ein zylindrischer Block aus SF-Cu, CuAg, CuNi oder einer ausscheidungshärtenden Cu-Legierung bezeichnet. Der Block 1 ist stranggegossen. Das Verhältnis der Länge L zum Durchmesser D beträgt bis etwa 6:1.With 1 is in the 1 a cylindrical block made of SF-Cu, CuAg, CuNi or a precipitation hardening Cu alloy. The block 1 is continuously cast. The ratio of the length L to the diameter D is up to about 6: 1.

Der Block 1 gemäß 1 wird entsprechend der Darstellung der 2 in eine Matrize 2 eingesetzt, die sich in einer Aufnahme 3 befindet. Der Block 1 ist in unterbrochener Linienführung dargestellt. Durch einen Stauchvorgang in Richtung des Pfeils PF wird der Block 1 in seinen Abmaßen verändert. Am Ende des Stauchvorgangs hat der Block 1a die Länge L1 und den Durchmesser D1. Die Matrize 2 verhindert ein Knicken des Blocks 1 beim Stauchen.The block 1 according to 1 is according to the representation of the 2 into a die 2 used in one shot 3 located. The block 1 is shown in broken lines. The block is removed by an upsetting process in the direction of the arrow PF 1 changed in size. At the end of the upsetting process, the block has 1a the length L1 and the diameter D1. The die 2 prevents kinking of block 1 during upsetting.

Entsprechend der Darstellung der 3 wird in den gestauchten Block 1a ein Lochdorn 4 gemäß dem Pfeil PF1 zentrisch eingepresst und hierbei der Block 1a gelocht. Das Material des gelochten Blocks 1b steigt dann zwischen der Innenwand 5 der Matrize 2 und der Oberfläche 6 des Lochdorns 4 hohlzylindrisch aufwärts. Das Lochen in Richtung des Pfeils PF1 wird so durchgeführt, dass am gelochten Block 1b ein Boden 7 verbleibt.According to the representation of the 3 is in the compressed block 1a a piercing pin 4 Pressed in centrally according to arrow PF1 and the block 1a perforated. The material of the perforated block 1b then rises between the inner wall 5 the die 2 and the surface 6 of the piercing pin 4 hollow cylindrical upwards. Punching in the direction of arrow PF1 is carried out on the punched block 1b a floor 7 remains.

Der gelochte Block 1b wird danach entsprechend der Darstellung der 4 mittels eines Aufweitdorns 8, der in Richtung des Pfeils PF2 bewegt wird, aufgeweitet, wobei sich sein Innendurchmesser von ID auf ID1 und sein Außendurchmesser von AD auf AD1 vergrößern. Der aufzuweitende Block 1b stützt sich hierbei an einer Widerlagerplatte 9 ab.The punched block 1b is then according to the representation of the 4 by means of an expanding mandrel 8th , which is moved in the direction of arrow PF2, with its inside diameter increasing from ID to ID1 and its outside diameter increasing from AD to AD1. The block to be expanded 1b is supported on an abutment plate 9 from.

Nach dem Aufweiten des gelochten Blocks 1b wird der aufgeweitete Block 1c gemäß 5 mit Hilfe eines Ziehdorns 10 in Richtung des Pfeils PF3 durch eine Ziehmatrize 11 bewegt, wobei der aufgeweitete Block 1c zu einem Hohlkörper 12 mit Boden 7 abgestreckt wird.After expanding the perforated block 1b becomes the expanded block 1c according to 5 with the help of a mandrel 10 in the direction of arrow PF3 through a drawing die 11 moves, the expanded block 1c to a hollow body 12 with floor 7 is ironed.

Das Abstrecken kann so erfolgen, dass der aufgeweitete Block 1c nicht komplett durch die Ziehmatrize 11 bewegt wird, so dass dann am freien Ende 13 des Hohlkörpers 12 ein Bund 14 entsteht. Dieser Bund 14 kann zum Anschweißen eines Flansches genutzt werden.The stretching can be done so that the expanded block 1c not completely through the drawing die 11 is moved so that then at the free end 13 of the hollow body 12 A bunch 14 arises. This covenant 14 can be used to weld a flange.

Alle Umformvorgänge entsprechend den Darstellungen der 2 bis 5 werden in ein und derselben Wärme, das heißt der Wärme des gegossenen Blocks 1 durchgeführt.All forming processes according to the representations of 2 to 5 are in the same heat, that is, the heat of the cast block 1 carried out.

Im Anschluss an die Fertigstellung des Hohlkörpers 12 gemäß 5 wird dieser je nach den Anforderungen zu einem Tiegel oder einer Gießwalze weiter bearbeitet.Following the completion of the hollow body 12 according to 5 Depending on the requirements, this is further processed into a crucible or a casting roller.

1 1: Blockblock
1a 1a: gestauchter Blockswamped block
1b 1b: gelochter Blockperforated block
1c 1c: aufgeweiteter Blockwidened block
2 2: Matrizedie
3 3: Aufnahme f. 2 Recording f. 2
4 4: Lochdornpiercer
5 5: Innenwand v. 2 Interior wall v. 2
6 6: Oberfläche v. 4 Surface v. 4
7 7: Bodenground
8 8th: Aufweitdornmandrel
9 9: WiderlagerplatteAbutment plate
10 10: Ziehdornmandrel
11 11: Matrizedie
12 12: Hohlkörperhollow body
13 13: freies Ende v. 12 free end of 12
14 14: Bund an 13 Covenant 13
AD AD: Außendurchmesser v. 1b Outer diameter of 1b
AD1 AD1: Außendurchmesser v. 1c Outer diameter of 1c
D D: Durchmesser v. 1 Diameter of 1
D1 D1: Durchmesser v. 1a Diameter of 1a
ID ID: Innendurchmesser v. 1b Inner diameter of 1b
ID1 ID1: Innendurchmesser v. 1c Inner diameter of 1c
L L: Länge v. 1 Length of 1
L1 L1: Länge v. 1a Length of 1a
PF PF: Pfeilarrow
PF1 PF1: Pfeilarrow
PF2 PF2: Pfeilarrow
PF3 PF3: Pfeilarrow

Claims

Process for producing a cylindrical hollow body ( 12 ) made of copper or a copper alloy as a semi-finished product for a crucible or casting roll, in which a cylindrical block ( 1 ) cast this block ( 1 ) then compressed in the heated state in the longitudinal direction, then punched and finally using a mandrel ( 10 ) to the hollow body ( 12 ) is reshaped, characterized in that both upsetting and subsequent punching with radial support of the block ( 1 ) are carried out, with the perforated block ( 1b ) a floor ( 7 ) and that the punched block ( 1b ) in the inside diameter (ID) and outside diameter (AD) by means of a mandrel ( 8th ) expanded and ultimately the block thus expanded ( 1c ) over a thorn ( 10 ) by circumferential stretching to the hollow body ( 12 ) are reshaped.

Method according to claim 1, characterized in that all forming steps are carried out in one heat.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that when the expanded block is stretched ( 1c ) A bunch ( 14 ) on the hollow body ( 12 ) is produced.