AT518129B1

AT518129B1 - Method for producing hollow metallic workpieces

Info

Publication number: AT518129B1
Application number: ATA51067/2015A
Authority: AT
Original assignee: Gfm Gmbh
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2019-08-15
Also published as: MX2016016264A; EP3181250A1; ES2760949T3; EP3181250B1; AT518129A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen hohler metallischer Werkstücke aus einem Mantelrohr (5) mit einer profilierten Innenfläche (2) und einer der profilierten Innenfläche (2) folgenden Auskleidung (3) aus einer mit dem Werkstoff des Mantelrohrs (5) einen Verbund bildenden Werkstoffschicht beschrieben, wobei das Mantelrohr (5) über einen Dorn geschmiedet wird. Um vorteilhafte Herstellungsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass in das in Annäherung an die profilierte Innenfläche (2) vorgeformte Mantelrohr (5) die Werkstoffschicht der Auskleidung (3) eingebracht wird, bevor das vorgeformte Mantelrohr (5) mit der Werkstoffschicht der Auskleidung (3) über den die profilierte Innenfläche (2) des Werkstücks bestimmenden Dorn geschmiedet wird.The invention relates to a method for producing hollow metallic workpieces from a jacket tube (5) having a profiled inner surface (2) and a lining (3) following the profiled inner surface (2) from a material layer forming a composite with the material of the jacket tube (5) , wherein the jacket tube (5) is forged over a mandrel. In order to provide advantageous manufacturing conditions, it is proposed that the material layer of the lining (3) is introduced into the jacket tube (5) preformed in the vicinity of the profiled inner surface (2), before the preformed jacket tube (5) with the material layer of the lining (3 ) over which the profiled inner surface (2) of the workpiece defining mandrel is forged.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen hohler metallischer Werkstücke aus einem Mantelrohr mit einer profilierten Innenfläche und einer der profilierten Innenfläche folgenden Auskleidung aus einer mit dem Werkstoff des Mantelrohrs einen Verbund bildenden Werkstoffschicht, wobei das Mantelrohr über einen Dorn geschmiedet wird.Description: [0001] The invention relates to a method for producing hollow metallic workpieces from a jacket tube having a profiled inner surface and a lining following the profiled inner surface of a material layer forming a composite with the material of the jacket tube, wherein the jacket tube is forged over a mandrel ,

[0002] Um den Mantel eines Gehäuses für einen Bohrmotor mit einer gleichmäßig dicken Auskleidung für die gewendelte Innenfläche zur Aufnahme eines gewendelten Rotors versehen zu können, ist es bekannt (WO 1999/031389), von einem Mantelrohr auszugehen, das mit einer die gewendelte Innenfläche für die Auskleidung vorgebenden Form durch ein Walzen oder Schmieden über einen entsprechend geformten Dorn hergestellt wird, sodass die Auskleidung lediglich in einer vorgegeben Dicke auf die gewendelte Innenfläche des vorgefertigten Mantelrohrs aufgebracht werden muss, um das Gehäuse für den Bohrmotor zu erhalten. Nachteilig ist allerdings, dass durch das nachträgliche Aufbringen der Auskleidung aus einem elastomeren, thermoplastischen, keramischen oder metallischen Werkstoff auf die gewendelte Innenfläche des Mantelrohrs aus Stahl in Abhängigkeit von dem jeweils unter Berücksichtigung des Werkstoffs der Auskleidung gewählten Auftragsverfahren, wie galvanisches oder elektrolytisches Abscheiden, Gießen, Brennen, Plasmaspritzen oder Thermofixieren, die Haftung der Auskleidung am profilierten Mantelrohr häufig höheren Anforderungen nicht genügen kann. Außerdem muss für die Profilierung der Auskleidung mit einer vergleichsweise hohen Fertigungstoleranz gerechnet werden, was bei Auskleidungen aus einem elastomeren Werkstoff in Kauf genommen werden kann, bei metallischen Auskleidungen jedoch zu einer Nachbearbeitung führt, wenn höhere Ansprüche an die Fertigungstoleranzen gestellt werden.In order to provide the casing of a housing for a drill motor with a uniformly thick lining for the coiled inner surface for receiving a coiled rotor, it is known (WO 1999/031389) to start from a tubular casing having a coiled inner surface for the lining predetermining mold is made by rolling or forging over a correspondingly shaped mandrel, so that the liner must be applied only in a predetermined thickness on the coiled inner surface of the prefabricated casing tube to obtain the housing for the drilling motor. A disadvantage, however, is that by the subsequent application of the liner of an elastomeric, thermoplastic, ceramic or metallic material on the coiled inner surface of the jacket tube made of steel depending on the respectively selected taking into account the material of the lining application method, such as galvanic or electrolytic deposition, casting , Firing, plasma spraying or thermofixing, the adhesion of the lining to the profiled casing pipe often can not meet higher requirements. In addition, it must be expected for the profiling of the lining with a comparatively high manufacturing tolerance, which can be taken in linings made of an elastomeric material in purchasing, however, leads to a reworking in metallic liners, if higher demands are placed on the manufacturing tolerances.

[0003] Zur Herstellung eines zumindest zweilagigen, metallischen Verbundrohrs unter geringen Fertigungstoleranzen ist es außerdem bekannt (RU 2171164 C1), in ein eine Außenlage bildendes Mantelrohr eine Innenlage aus einem zumindest einlagig zu einem Rohrkörper gewundenen Blechstreifen einzubringen und das Mantelrohr mit der rohrförmigen Innenlage durch ein Kaltschmieden über einen Dorn zu einem Verbundkörper mit dem Vorteil zu verbinden, dass durch die Kaltverformung nicht nur die Festigkeit des Verbundes erhöht, sondern auch die Fertigungstoleranz klein gehalten werden kann. Wegen der zylindrischen Innenfläche des Verbundrohrs kann außerdem eine über die Rohrlänge gleichmäßige Dicke der metallischen Innenschicht sichergestellt werden, wie dies beispielsweise für Zylindergehäuse von Bedeutung ist. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht zur Herstellung von hohlen Werkstücken mit einer profilierten Innenfläche.For producing an at least two-layer metallic composite pipe with low manufacturing tolerances, it is also known (RU 2171164 C1), in an outer layer forming a jacket tube an inner layer of at least one layer wound to a tubular body metal strip and introduce the jacket tube with the tubular inner layer to combine a cold forging over a mandrel to a composite body with the advantage that not only increases the strength of the composite by cold working, but also the manufacturing tolerance can be kept small. Because of the cylindrical inner surface of the composite tube also over the tube length uniform thickness of the metallic inner layer can be ensured, as is important for example for cylinder housing. However, this method is not suitable for the production of hollow workpieces with a profiled inner surface.

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen hohler metallischer Werkstücke mit einer ausgeprägten Profilierung der Innenfläche so auszugestalten, dass neben einfachen Herstellungsbedingungen eine hohe Maßhaltigkeit sichergestellt werden kann.The invention is therefore based on the object, a method for producing hollow metallic workpieces with a pronounced profiling of the inner surface in such a way that in addition to simple manufacturing conditions, a high dimensional stability can be ensured.

[0005] Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass in das in Annäherung an die profilierte Innenfläche vorgeformte Mantelrohr die Werkstoffschicht der Auskleidung eingebracht wird, bevor das vorgeformte Mantelrohr mit der Werkstoffschicht der Auskleidung über den die profilierte Innenfläche des Werkstücks bestimmenden Dorn geschmiedet wird.Based on a method of the type described, the invention solves the problem set by the material layer of the lining is introduced into the preformed in approximation of the profiled inner surface of the casing jacket, before the preformed casing pipe with the material layer of the lining over the profiled Inner surface of the workpiece defining mandrel is forged.

[0006] Da zufolge dieser Maßnahmen ein Mantelrohr mit einer an die profilierte Innenfläche des Werkstücks angenäherten Profilform vorbereitet wird, in das eine die spätere Auskleidung ergebende Werkstoffschicht eingebracht wird, kann durch ein anschließendes gemeinsames Kaltschmieden des vorgeformten Mantelrohrs und der in das Mantelrohr eingebrachten Werkstoffschicht über einen entsprechend der profilierten Innenfläche des Werkstücks profilierten Dorn nicht nur eine metallurgisch vorteilhafte, innige Verbindung zwischen dem Mantelrohr und der Auskleidung erreicht, sondern auch eine hohe Formgenauigkeit für die profilierte Innenfläche des hohlen Werkstücks erzielt werden, ohne eine Nachbearbeitung dieser Innenfläche in Kauf nehmen zu müssen. Hinsichtlich der Profilierung ist somit lediglich das mögliche Schmieden über einen Dorn vorauszusetzen.Since, according to these measures, a jacket tube is prepared with an approximated to the profiled inner surface of the workpiece profile shape, in which a later lining resulting material layer is introduced, by a subsequent common cold forging the preformed jacket tube and introduced into the casing material layer over a profiled according to the profiled inner surface of the workpiece mandrel not only achieved a metallurgically advantageous, intimate connection between the casing tube and the lining, but also a high dimensional accuracy for the profiled inner surface of the hollow workpiece can be achieved without having to post-processing this inner surface to accept , With regard to the profiling, therefore, only the possible forging via a mandrel is to be assumed.

[0007] Damit auch bei sonst ungünstigen Werkstoffzusammensetzungen ein inniger Verbund zwischen dem Mantelrohr und der Werkstoffschicht der Auskleidung erzielt werden kann, kann das Mantelrohr und die Werkstoffschicht der Auskleidung zunächst durch eine Warmverformung über einen Dorn zu einem Verbundkörper verbunden werden, bevor der Verbundkörper durch ein Kaltschmieden über den die profilierte Innenfläche bestimmenden Dorn zum Werkstück geformt wird. Durch die Warmverformung des Mantelkörpers gemeinsam mit der in das Mantelrohr eingebrachten Werkstoffschicht der Auskleidung wird einerseits eine metallurgisch vorteilhafte Verbundwirkung zwischen den metallischen Werkstoffen des Mantelrohrs und der Auskleidung erreicht und anderseits ein zusätzlicher Schritt der Vorformung in Annäherung an die profilierte Innenfläche des herzustellenden Werkstücks ermöglicht. Dies bedeutet, dass durch die Kaltverformung größere örtliche Verlagerungen der Werkstoffschicht gegenüber der profilierten Innenfläche des Mantelrohrs unterbunden werden und durch die Kaltverformung lediglich die genaue profilierte Innenfläche des Werkstücks sicherzustellen ist.Thus, even with otherwise unfavorable material compositions, an intimate bond between the casing tube and the material layer of the lining can be achieved, the casing tube and the material layer of the lining can be first connected by a hot deformation through a mandrel to a composite body before the composite body by a Cold forging is formed over the profiled inner surface defining mandrel to the workpiece. The hot deformation of the jacket body together with the material layer of the lining introduced into the jacket tube on the one hand achieves a metallurgically advantageous bonding effect between the metallic materials of the jacket tube and the lining and, on the other hand, allows an additional step of preforming in approximation to the profiled inner surface of the workpiece to be produced. This means that the cold deformation of larger local displacements of the material layer relative to the profiled inner surface of the casing tube are prevented and is to ensure the cold worked only the exact profiled inner surface of the workpiece.

[0008] Die Werkstoff schicht der Auskleidung kann in unterschiedlicher Weise in das vorgeformte Mantelrohr eingebracht werden, da es lediglich auf eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Werkstoffschicht der Auskleidung über die vorprofilierte Innenfläche des Mantelrohrs ankommt. Die Werkstoffschicht der Auskleidung kann daher beispielsweise durch ein Sprühen, Spritzen oder Gießen und dgl. auf die vorgeformte Innenfläche des Mantelrohrs aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, diese Werkstoffschicht in Form einer federnd vorgespannten Drahtwendei in das Mantelrohr einzuführen, um nach dem Einführen der Drahtwendei ein Anlegen der Drahtwindungen an die vorgeformte Innenfläche des Mantelrohrs unter der federnden Vorspannung zu erreichen. Besonders einfache Herstellungsbedingungen ergeben sich allerdings, wenn die Werkstoffschicht der Auskleidung in Form eines vorgeformten Auskleidungsrohrs in das vorgeformte Mantelrohr eingebracht wird, weil in diesem Fall die Auskleidung als Auskleidungsrohr außerhalb des Mantelrohrs vorgefertigt werden kann und nach dem Einbringen des Auskleidungsrohrs in das Mantelrohr lediglich das Mantelrohr mit dem Auskleidungsrohr über einen Dorn unter einer hohen Maßgenauigkeit zu einem Verbundkörper geschmiedet zu werden braucht.The material layer of the liner can be introduced in different ways in the preformed jacket tube, since it only depends on a substantially uniform distribution of the material layer of the lining on the pre-profiled inner surface of the jacket tube. The material layer of the lining can therefore be applied for example by spraying, spraying or casting and the like. On the preformed inner surface of the jacket tube. But it is also possible to introduce this layer of material in the form of a spring-biased Drahtwendei in the jacket tube to achieve after insertion of Drahtwendei an application of the wire windings to the preformed inner surface of the jacket tube under the resilient bias. Particularly simple production conditions, however, arise when the material layer of the lining is introduced in the form of a preformed liner tube in the preformed jacket tube, because in this case the lining can be prefabricated as a liner tube outside the jacket tube and after the introduction of the liner tube into the jacket tube, only the jacket tube with the liner pipe needs to be forged over a mandrel with a high dimensional accuracy to a composite body.

[0009] Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen [0010] Fig. 1 ein erfindungsgemäßes, hohles Werkstück ausschnittsweise in einem Längsschnitt, [0011] Fig. 2 das Werkstück nach Fig. 1 in einem Schnitt nach der Linie ll-ll der Fig. 1, [0012] Fig. 3 ein vorgeformtes Mantelrohr zur Herstellung eines Werkstücks nach Fig. 1 in einem Längsschnitt, [0013] Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3, [0014] Fig. 5 ein vorgeformtes Auskleidungsrohr für ein Mantelrohr gemäß den Fig. 3 und 4 in einem Längsschnitt, [0015] Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie Vl-Vl der Fig. 5, [0016] Fig. 7 das Mantelrohr nach der Fig. 3 mit dem Auskleidungsrohr gemäß der Fig. 5 in einem Längsschnitt und [0017] Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie Vlll-Vlll der Fig. 7.Reference to the drawing, the inventive method is explained in detail. 1 shows a hollow workpiece according to the invention in a detail in a longitudinal section, [0011] FIG. 2 shows the workpiece according to FIG. 1 in a section along line II-II of FIG. 1, [0012] FIG 1 shows a longitudinal section through a preformed jacket tube for producing a workpiece according to FIG. 1; FIG. 4 shows a section along the line IV-IV of FIG. 3; FIG. 5 shows a preformed lining tube for a jacket tube according to FIGS. 3 and 4 in a longitudinal section, FIG. 6 is a section along the line VI-VI of FIG. 5, [0016] FIG. 7 shows the jacket tube according to FIG. 3 with the lining tube according to FIG. 5 in a longitudinal section and Fig. 8 is a section along the line VIII-VIII of Fig. 7.

[0018] Das Werkstück gemäß der schematischen Darstellung nach den Fig. 1 und 2, beispielsweise ein Gehäuse, weist einen Mantel 1 mit einer profilierten Innenfläche 2 sowie eine Auskleidung 3 auf, die der profilierten Innenfläche 2 des Mantels 1 folgt und somit eine der profilierten Innenfläche 2 des Mantels 1 entsprechende Innenfläche 4 des Werkstücks bildet. Zur Herstellung eines solchen Werkstücks kann gemäß der Fig. 4 von einem strichpunktiert angedeuteten metallischen Mantelrohr 5 ausgegangen werden, das in Annäherung an die profilierte Innenfläche 2 des Mantels 1 beispielsweise durch ein Warmschmieden vorgeformt wurde und dem nach eine an die profilierte Innenfläche 2 des Mantels 1 angenähert vorprofilierte Innenfläche 6 aufweist. Die für die Auskleidung 3 vorgesehene Werkstoffschicht wird in Form eines Auskleidungsrohrs 7 vorgefertigt, das gemäß den Fig. 5 und 6 eine ebenfalls an die in profilierte Innenfläche 2 des Mantels 1 angenäherte Vorform besitzt. Das vorgeformte Auskleidungsrohr 7 und das vorgeformte Mantelrohr 5 können somit entsprechend den Fig. 7 und 8 ineinandergesteckt werden, um anschließend gemeinsam durch ein Kaltschmieden über einen Dorn zum Verbundkörper des Werkstücks entsprechend den Fig. 1 und 2 umgeformt zu werden.The workpiece according to the schematic illustration of FIGS. 1 and 2, for example, a housing, has a jacket 1 with a profiled inner surface 2 and a lining 3, which follows the profiled inner surface 2 of the shell 1 and thus one of the profiled Inner surface 2 of the shell 1 corresponding inner surface 4 of the workpiece forms. To produce such a workpiece, it can be assumed, according to FIG. 4, of a metallic jacket tube 5 indicated by dot-dash lines, which has been preformed in approximation to the profiled inner surface 2 of the jacket 1, for example by hot forging, and according to a profiled inner surface 2 of the jacket 1 Has approximately pre-profiled inner surface 6. The material layer provided for the lining 3 is prefabricated in the form of a lining tube 7 which according to FIGS. 5 and 6 also has a preform approximated to the profiled inner surface 2 of the jacket 1. The preformed liner tube 7 and the preformed jacket tube 5 can thus be inserted into each other as shown in FIGS. 7 and 8, to be subsequently formed together by cold forging over a mandrel to the composite body of the workpiece according to FIGS. 1 and 2.

[0019] Da die Gefahr besteht, dass das Auskleidungsrohr 7 beim gemeinsamen Kaltschmieden zusammen mit dem Mantelrohr 5 eine örtliche Verlagerung gegenüber dem Mantelrohr 5 erfährt, ist es unter Umständen vorteilhaft, die Reibungsverhältnisse zwischen dem Mantelrohr 5 und dem eingeschobenen Auskleidungsrohr 7 zu vergrößern. Eine andere Möglichkeit besteht darin, vor der Kaltverformung eine Warmverformung zur innigen Verbindung des Mantelrohrs 5 und des Auskleidungsrohrs 7 zu einem Verbundkörper vorzusehen, um einer solchen örtlichen Verlagerung der Werkstoffschicht der Auskleidung gegenüber dem Mantelrohr vorzubeugen.Since there is a risk that the lining tube 7 undergoes a local displacement relative to the jacket tube 5 during common cold forging together with the jacket tube 5, it may be advantageous to increase the friction conditions between the jacket tube 5 and the inserted liner tube 7. Another possibility is to provide a thermoforming for the intimate connection of the jacket tube 5 and the lining tube 7 to a composite body prior to cold working to prevent such a local displacement of the material layer of the liner relative to the jacket tube.

[0020] Obwohl das Einbringen der Werkstoffschicht der Auskleidung 3 durch ein Auskleidungsrohr 7 besonders einfache Herstellungsbedingungen schafft, ist die Erfindung nicht auf ein solches Einbringen der Werkstoffschicht in das vorgeformte Mantelrohr 5 gebunden, es kommt ja lediglich darauf an, für das gemeinsame Schmieden des Mantelrohrs 5 und der Auskleidung 3 eine entsprechende Werkstoffschicht der Auskleidung 3 innerhalb des Mantelrohrs 5 vorzusehen, was beispielsweise durch ein Spritzen oder Gießen einer entsprechenden Werkstoffschicht auf die vorprofilierte Innenfläche 6 des Mantelrohrs 5 erreicht werden kann. Das Einbringen einer entsprechenden Werkstoffschicht der Auskleidung 3 kann somit auf jede Art vorgenommen werden, die ein anschließendes gemeinsames Schmieden des Mantelrohrs 5 und der eingebrachten Werkstoffschicht der Auskleidung 3 über einen profilierten Dorn erlaubt.Although the introduction of the material layer of the liner 3 by a lining tube 7 creates particularly simple manufacturing conditions, the invention is not bound to such introduction of the material layer in the preformed jacket tube 5, it depends only on it, for the common forging of the jacket tube 5 and the liner 3 to provide a corresponding material layer of the liner 3 within the jacket tube 5, which can be achieved for example by spraying or casting a corresponding material layer on the pre-profiled inner surface 6 of the jacket tube 5. The introduction of a corresponding material layer of the liner 3 can thus be made in any way that allows a subsequent common forging of the jacket tube 5 and the introduced material layer of the liner 3 via a profiled mandrel.

[0021] Ist beim gemeinsamen Schmieden des Mantelrohrs 5 und der eingebrachten Werkstoffschicht der Auskleidung 3 mit einem ungleichmäßigen Fließen des Werkstoffs im Bereich der Werkstoffschicht der Auskleidung 3 zu rechnen, so kann zur Einhaltung einer gleichmäßigen Dicke der Auskleidung 3 des fertigen Werkstücks dieses ungleichmäßige Werkstofffließen im Bereich der Auskleidung 3 durch das Einbringen der Werkstoffschicht mit entsprechenden Dickenunterschieden berücksichtigt werden, sodass nach dem für die Fertigstellung des Werkstücks erforderlichen Kaltschmieden eine einheitlich dicke Auskleidung 3 erreicht wird.Is to be expected in the common forging of the casing tube 5 and the introduced material layer of the lining 3 with an uneven flow of the material in the material layer of the lining 3, so can maintain a uniform thickness of the lining 3 of the finished workpiece this uneven material in the flow Area of the lining 3 are considered by introducing the material layer with corresponding thickness differences, so that after the cold forging required for the completion of the workpiece, a uniformly thick lining 3 is achieved.

Claims

claims

1. A method for producing hollow metallic workpieces from a jacket tube (5) with a profiled inner surface (2) and one of the profiled inner surface (2) following lining (3) of a with the material of the jacket tube (5) forming a composite material layer, wherein the casing tube (5) is forged over a mandrel, characterized in that the material layer of the lining (3) is introduced into the casing tube (5) preformed in approximation to the profiled inner surface (4) of the workpiece, before the preformed casing tube (5) with the material layer of the lining (3) is forged over the mandrel which determines the profiled inner surface (4) of the workpiece.

2. The method according to claim 1, characterized in that the jacket tube (5) and the material layer of the liner (3) are first connected by a hot deformation through a mandrel to a composite body before the composite body by a cold forging over the profiled inner surface (4th ) determining mandrel is formed to the workpiece.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the material layer of the liner (3) in the form of a preformed liner tube (7) in the preformed jacket tube (5) is introduced.