Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Metallen, bei welchem gleichzeitig eine Oberflächenabtragung und ein Warm- oder Heissziehen von Draht, Stangen, Stäben und ähnlichen Metallstrukturen von gleichbleibendem Querschnitt in grossen Längen stattfindet.
Bei vielen Kalt-Veredlungsverfahren ist vor der Verarbeitung des Werkstückes in einer Kalt-Veredlungsoperation eine Entfernung von unerwünschtem Metall von der Oberfläche erwünscht.
Die Tandemanordnung aus Führungs-Kalibrierring oder -Ziehstein, Schneidegerät und Fein- oder Finish-Kalibrierring oder -Ziehstein, wie sie in der USA-Patentschrift Nr. 3 157 093 beschrieben wird, hat einige erwünschte Eigenschaften. Jedoch hat man festgestellt, dass bei einer grossen Zahl von Metallen, vor allem bei heissgewalzten Kohlenstoff- und Legierungsstählen, Werkzeugstählen und/oder anderem kaltgehärteten Metallen, sich das durch das Schneidgerät entfernte Material an den Schneidkanten ansammelt, und diese Ansammlung anstelle des Schneidwerkzeugs den Schneidvorgang durchführt. Die Ansammlung besteht aus Werkstückmaterial, das durch die beim Abtragen der Späne geleistete Arbeit kaltgehärtet worden ist.
Es scheint, dass das angesammelte Material auf der Kante so mit der Schneidkante verschweisst wird, dass das Schneiden oder Hobeln von weicherem Werkstückmaterial durch dieses angesammelte Material erfolgt. Infolge dieser Materialansammlung auf der Schneidkante ist es schwierig, gleichbleibende Dimensionen beim Werkstück einzuhalten. Zusätzlich lösen sich von Zeit zu Zeit Stücke des angesammelten Materials vom Schneidwerkzeug und bleiben auf dem Werkstück aufgeschweisst zurück. Dies führt oft dazu, dass ein unerwünschtes Produkt mit schlechtem Oberflächenfinish und schlechten Abmessungseigenschaften erhalten werden, und zwar sowohl vor als auch nach der Behandlung im nachfolgenden Ziehstein.
Überdies können diese vom Schneidkantenauftrag abgelösten und auf dem Werkstück aufgeschweissten Stücke zu einem
Defekt oder-einem Bruch des nachfolgenden Ziehwerkzeugs führen. Diesem Problem ist die USA-Patentschrift Nr.
3 168 004 durch Wärmeanwendung begegnet, um so das Metall zu erweichen, was zur Vermeidung oder Geringhaltung der Kalthärtung führen sollte, welche sonst während des Abtragsvorganges im entfernten Material erfolgt. Jedoch verwendet das in der genannten US-Patentschrift angewandte Verfahren nur ein einziges Werkzeug, einen Schneider. Bei der praktischen Durchführung durch Ziehsteine vor oder nach dem Schneider durch das Schneidwerkzeug geführt. Überdies besteht das Werkstück normalerweise aus heissgewalztem Material mit nichtsymmetrischen Querschnitt (infolge der Toleranzen bei der Heissbearbeitung sind heissgewalzte Stücke normalerweise nicht mehr rund), was bedingt, dass zur Entfernung aller
Oberflächenmängel im heissgewalzten Metall ein Schnitt von nicht gleichmässiger Tiefe ausgeführt werden muss.
Alle diese
Faktoren, d.h. der Mangel an zusätzlicher Unterstützung des
Werkstücks, die nicht gleichmässige Schnittiefe und die ungleichmässigen Schneidkräfte lassen noch grosse Verbesserungsmöglichkeiten in bezug auf Stabilität des Verfahrens,
Lebensdauer des Schneidwerkzeugs und exzentrischem
Schneiden offen.
Es ist dementsprechend Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Metallen zu entwickeln, welches die Entfernung unerwünschter Ober flächenfehler von Drähten, Stäben, Stangen und dergleichen ermöglicht, und gleichzeitig die physikalischen und mechani schen Eigenschaften solcher Werkstücke verbessert. Im weiteren sollte ein solches Verfahren eine verbesserte Schnitt stabilität sowie einen verbesserten Oberflächenfinish mit geringeren Toleranzen und minimalem Abfall ermöglichen.
Zudem sollte die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs beträchtlich erhöht werden.
Diese und weitere Ziele und Vorteile können durch das erfindungsgemässe Verfahren erreicht werden.
Man hat festgestellt, dass erfindungsgemäss bearbeitete Werkstücke beträchtlich verbesserte Oberflächeneigenschaften sowie verbesserte mechanische und physikalische Eigenschaften aufweisen. Zusätzlich wird die Stabilität und die Gleichmässigkeit des Schneid- oder Hobelvorgangs beträchtlich verbessert, wobei praktisch kein exzentrisches Schneiden erfolgt, so dass bessere Toleranzen, verbesserte Lebensdauer des Werkzeugs und ein minimaler Abfall ermöglicht werden.
Im folgenden sollen nun anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erörtert werden.
Dabei zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung das erfindungsgemässe Verfahren; und
Fig. 2 schematisch eine Detaildarstellung der im Verfahren gemäss Fig. 1 verwendeten Werkzeuge.
Zwar wird in Fig. 1 das erfindungsgemässe Verfahren anhand einer Drahtbearbeitung dargestellt, es dürfte jedoch klar sein, dass auch andere metallische Werkstücke mit einem gleichbleibenden Querschnitt ebenso für die erfindungsgemässe Bearbeitung geeignet sind.
Ein Draht 10 von einer Spule oder dergleichen (in der Zeichnung nicht gezeigt) wird, falls gewünscht, zuerst durch einen Vorstrecker geführt und dann mit dem Schmiermittel beschichtet, z. B. durch Aufsprühen mit Hilfe einer Düse 14, welche mit einem Schmiermittel-Vorratsgefäss 16 verbunden ist.
Die besten Ergebnisse hat bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung zur Bearbeitung von Stahl ein Schmiermittel aus einer Graphit-Dispersion in Wasser oder einem anderen geeigneten Medium ergeben. Das Schmiermittel wird in genügender Menge zugeführt, um einen Belag auf dem Werkstück 10 auszubilden.
Nach der Austragung des Schmiermittels wird das Werkstück auf erhöhte Temperatur gebracht, wodurch unter gleichzeitiger Ausbildung eines feinen Graphit-Schmiermittelbelages auf dem Werkstück das Wasser oder das andere inerte flüssige Medium des Schmiermittels entfernt wird, und zudem die Temperatur des Werkstücks auf die Anfangsbearbeitungs Temperatur gebracht wird. Das Werkstück wird normalerweise auf eine Temperatur von über 121 C erhitzt, jedoch bei Stahlwerkstücken nicht über die kritische Temperatur des Metalles.
Es dürfte dem Fachmann klar sein, dass die in Fig. 1 gezeigte Reihenfolge von Schmierung und Erhitzung auch umgekehrt werden kann, so dass die Schmierung nach dem Erhitzen erfolgt, was ebenfalls zu einem heissen schmiermittelbeschichteten Werkstück führt.
Darauf wird der warme oder heisse, mit einem feinen Graphit-Überzug versehene Draht durch einen Führungs-Kalibrierring 22 geführt, welches ein herkömmliches Ziehwerkzeug aus einer Halterung und einer Nase 32 sein kann. Wie bereits oben ausgeführt, dient der Führungs-Kalibrierring oder -Ziehstein 22 nicht nur zur Lagerung des Werkstückes bei der nachfolgenden Bearbeitung, sondern auch zum Runden und Formen des warmen oder heissen Werkstückes und zur
Verleihung von erwünschten physikalischen Eigenschaften.
Das Runden und Formen des Werkstückes ist aus mindestens zwei Gründen von Vorteil.
Erstens, weil alle im Handel erhältlichen heissgewalzten Stäbe oder Drähte gewisse Unrundungen haben und weil die Fehlerstellen meistens an der Peripherie des Werkstückes auftreten, wird durch das Abrunden und die Formgebung die Abfallbildung gering gehalten und die Entfernung aller Fehler gewährleistet.
Wenn zum Beispiel ein Werkstück von ovalem oder elliptischem Querschnitt ohne vorhergehende Abrundung und
Formgebung bearbeitet werden müsste, müsste das Hobel oder Schneidwerkzeug so ausgebildet sein, dass es die nötige Metallmenge bis zur kleinen Halbachse der Ellipse entfernt, was zu einer übermässigen Entfernung von Metall von der grossen Halbachse des Werkstücks und somit zu einem übermässigen Abfall führen würde.
Zweitens hat man festgestellt, dass das Abrunden und die Formgebung eine verlängerte Lebensdauer des Schneid- oder Hobelwerkzeugs ermöglichen. Da das zugeführte Material die Lebensdauer des Werkzeugs beeinflusst, führt die Kontrolle der Schnittiefe zu einer gleichmässigen Abnützung über den ganzen Umfang des Schneid- oder Hobelwerkzeugs, was ein vorzeitiges Unbrauchbarwerden des Schneidwerkzeugs infolge ungleichmässiger Belastung praktisch verhindert.
Man hat festgestellt, dass die Führungsfunktion des Führungs-Kalibrierrings oder -Ziehsteins dafür verantwortlich sind, dass nach beendigter Rundung des Werkstücks die Oberflächenabtragung durch das Schneid- oder Hobelwerkzeug koaxial zum Werkstück erfolgt, was eine vollständige Oberflächenfehlereliminierung gewährleistet. Zusätzlich zu seiner Funktion als Führung dient der Führungs-Kalibrierring oder Ziehstein auch zur Entfernung von Knicken und scharfen Biegungen im Werkstück, wofür die Bearbeitung des Metallwerkstücks durch den Ziehstein und die durch den Ziehstein auf das Werkstück ausgeübte Spannung verantwortlich sind.
Der Führungs-Kalibrierring oder Ziehstein dient dank der darin erfolgenden Verformung des Werkstücks auch zur Verbesserung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften.
Nach dem Durchlaufen des Kalibrierrings oder Ziehsteins wird das warme oder heisse Werkstück durch ein Schneid- oder Hobelwerkzeug 24 geführt, das die Entfernung von unerwünschten Oberflächenfehlern wie z.B. Nähten, Überlappungen, Walzsplittern und Randentkohlung aus dem Werkstoff bewirkt.
Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, dass die Temperatur des Werkstücks über 121 "C liegt, jedoch unter der kritischen Metalltemperatur bei Stahlwerkstücken, und dass die Temperatur des zu entfernenden Metalls im Moment der Metallabtragung in der Nähe oder auf der Heissbearbeitungstemperatur liegt, damit die Ansammlung von kaltgehärtetem Metall auf der Schneidkante des Schneid- oder Hobelwerkzeugs verhindert oder gering gehalten wird. Die zusätzlich zur Erhöhung der Temperatur des zu entfernenden Metalles auf eine Temperatur in der Nähe des, oder vorzugsweise innerhalb des Heissbearbeitungsbereiches des Metalles, benötigte Wärme wird auf einfache Weise durch die bei der Entfernung von Oberflächenmetall geleistete Arbeit zugeführt.
Wie dies dem Fachmann klar sein dürfte, hängt die bei der Bearbeitung entstehende Hitze linear von der Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks durch das Schneidwerkzeug ab. Je nach der durch die Heizvorrichtungen 18 und 20 zugeführten Wärme haben sich Vorschubgeschwindigkeiten zwischen 3 m und 107 m pro Minute als ausreichend zur Erzeugung der für die gewünschte Temperaturerhöhung auf Bearbeitungstemperatur des Metalles erforderlichen Wärme erwiesen.
Die Geometrie des Schneid- oder Hobelwerkzeuges ist von grosser Bedeutung. Die besten Ergebnisse werden mit Hilfe eines Werkzeugs erzielt, welches einen Spanwinkel von + 20 bis - 200und einem Anstellwinkel von + 15 bis - 15 0erzielt.
Nach Passieren des Schneidwerkzeugs 24 wird das Werkstück 10 wiederum mit einer Graphit-Wasser Schmiermitteldispersion unter Verwendung des Sprühers 26 besprüht, so dass ein Graphit-Überzug auf der Werkstückoberfläche erhalten wird. Da das Werkstück auf erhöhter Temperatur ist, wird es wiederum mit feinem Graphit beschichtet, welches bei der nachfolgenden Bearbeitung als Schmiermittel dient. Die Aufbringung des Schmiermittels auf das Werkstück unmittelbar nach Passieren des Schneidwerkzeuges 24 dient zudem zur Kühlung des Werkstücks und zur praktisch vollständigen Verhinderung unerwünschter Oxidbildung auf der Oberfläche des Werkstückes, wie sie sonst infolge der hohen Temperatur nach der Bearbeitung eintreten würde.
Das Werkstück mit dem darauf befindlichen, dünnen Graphit-Überzug wird dann durch einen Fein- oder Finish Kalibrierring oder -Ziehstein durchgeführt, welcher zur Führung, Kalibrierung und Polierung des Werkstücks und zur Verleihung der Oberflächengüte oder des Finishs dient. Die Führungsfunktionen sind ähnlich wie diejenigen des Führungs Kalibrierrings. Dadurch lagern der Führungs- und der Finish Kalibrierring das Werkstück so, dass es koaxial zum Schneidwerkzeug gehalten wird, wodurch eine gleichmässige Schnittiefe und eine erhöhte Lebensdauer des Schneidwerkzeugs gewährleistet wird.
Der Finish-Kalibrierring ist ein Einschnürungs-Ziehwerkzeug und gibt dem Werkstück die endgültige Form. Der Finish-Kalibrierring dient auch zur Polierung des Werkstücks und trägt dazu bei, dass das warme Werkstück bei der Bearbeitung eine Verbesserung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Streckgrenze (bei 0,2% Dehnung) und Härte erfährt.
Die oben genannten Werkzeuge können auf passende Weise in einer geeigneten Halterung oder Einspannvorrichtung für die Befestigung an einem Drahtzugblock, einer Drehbank oder dergleichen befestigt werden. Es ist wichtig, dass zwischen (a) den Führungs-Ziehstein oder -Kalibrierring 22 und dem Schneidwerkzeug 24, und (b) dem Schneidwerkzeug 24 und dem Finish-Ziehstein oder -Kalibrierring 30 geeignete Abstände eingehalten werden. Wie dies dem Fachmann klar sein dürfte, hängen die exakten Abstände von der Qualität, der Grösse und der prozentualen Einschnürung des einzelnen Werkzeugs ab. Für die meisten Anwendungen ergibt ein Abstand von 5 bis 76 cm zwischen dem Führungs-Ziehstein und dem Schneidwerkzeug und ein Abstand von 5 bis 76 cm zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Finish-Ziehstein die besten Ergebnisse.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist auf verschiedene Metalle anwendbar, insbesondere auf kaltgehärtete Stähle, wie zum Beispiel heissgewalzte Kohlenstoffstähle, heissgewalzte Legierungsstähle, Werkzeugstähle und dergleichen. Man hat festgestellt, dass das erfindungsgemässe Verfahren ganz besonders zur Oberflächenveredlung von bleigehärtetem Draht geeignet ist, wobei eine beträchtlich verbesserte Oberflächenqualität erhalten wird.
Nachdem nun die Grundkonzepte der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung dargelegt worden sind, soll nun noch die praktische Durchführung der Erfindung anhand des folgenden Beispieles veranschaulicht werden.
Beispiel
Dieses Beispiel zeigt die Oberflächenbearbeitung von kaltgeschlagenem oder kaltgestauchtem C-1041-Stahldraht nach dem erfindungsgemässen Verfahren.
Eine Spule aus heissgewalztem Draht (Heat No. 60L424) wurde verwendet. Diese Spule hatte einen Durchmesser von
11,1 mm und entsprach der folgenden Zusammensetzung: C Mg P S Si Cr Ni 0,36% 1,5% 0,012% 0,21% 0,19% 0,10% 0,10%
Die Überprüfung dieser Spule ergab, dass sie eine maximale teilweise Entkohlung von 0,076 mm und unterbrochene Gräte von weniger als 0,010 mm aufwies und die folgenden mechanischen Eigenschaften hatte:
Zugfestigkeit Streckgrenze (bei 0,2% Dehnung)
7 350 kg/cm2 4 130 kg/m2
Diese Probe wurde vor der Durchführung zwischen zwei
Induktionszeitspulen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, mit einer
Wasser/Graphit-Schmiermitteldispersion beschichtet. Beim
Erwärmen verdampfte das Wasser und es blieb ein feiner
Graphit-Überzug auf dem Werkstück zurück.
Der mit Graphit beschichtete Draht wurde dann durch eine Tandemanordnung aus Führungs-Ziehstein oder Anfangsziehstein, einem Schneid werkzeug und einem Finish- oder Endziehstein (siehe Fig. 1) mit einem Vorschub von 36,5 m pro Minute durchgeführt, wobei die Temperatur 426 C + 14 qC betrug. Das Schneidwerkzeug hatte einen Spanwinkel von 5 "und einen Anstellwinkel von ebenfalls 5. Die Grösse der Ziehstein und des
Werkzeugs war wie folgt: Führungs-Ziehstein 10,29/10,31 mm Schneidwerkzeug 9,93/ 9,96 mm Endstein 9,50/ 9,53 mm Zugfestigkeit Streckgrenze (bei 0,2 'Ho Dehnung)
10 570 kg/cm2 8 960 kg/cm2
Zudem zeigte es sich, dass die erfindungsgemäss behandel ten Werkstücke eine verbesserte Formbarkeit aufwiesen.
Die
Formbarkeit kann dadurch bestimmt werden, dass eine Probe des behandelten Werkstückes unter Druckeinwirkung gebracht wird, wobei sich die Formbarkeit als Verhältnis von Anfangs höhe zu Endhöhe der Probe ausdrückt.
Obschon dies zwar nicht der oben beschriebenen Durchfüh rung des erfindungsgemässen Verfahrens entspricht, hat es sich gezeigt, dass es möglich und manchmal sogar erwünscht ist, das bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendete
Schneidwerkzeug in Verbindung mit dem Führungs-Ziehstein oder Kalibrierring oder dem Finish-Ziehstein oder Kalibrier ring allein einzusetzen sind. Nach diesem Konzept ist das
Ziehwerkzeug, durch welches das Werkstück durchgeführt wird, entweder vor oder nach dem Schneidwerkzeug angeord net und dient zur Bearbeitung des Werkstücks und zur Verbes serung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften sowie zur Führung des Werkstückes beim Voschub durch das
Schneidwerkzeug.
Ungeachtet dessen, ob das Ziehwerkzeug vor oder nach dem Schneidwerkzeug angeordnet ist, ist die Aufbringung von
Schmiermittel auf das Werkstück vor dem Durchlaufen des
Schneidwerkzeugs, wie dies in Fig. 1 gezeigt wird, von Vorteil.
Es dürfte klar sein, dass verschiedene Änderungen und
Modifikationen bei den Einzelheiten des Verfahrens möglich sind, ohne von der Idee und dem Umfang des hiermit beanspruchten Schutzrechtes abzuweichen.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Metallprofilen mit je einheitlichem Querschnitt, wobei das Profil auf eine Temperatur von mindestens 121 9C aufgewärmt wird, mit einem Schmiermittelüberzug versehen wird und zur Entfernung von Oberflächenmetall durch ein Schneidwerkzeug durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil durch mindestens einen dem Schneidwerkzeug vorgelagerten Führungs-Kalibrierring und/oder durch mindestens einen
Dehnung Querschnittsverminderung
27,5% 66%
Das fertige Produkt hatte die folgenden Eigenschaften:
: Gräte und Entkohlung keine Grösse des fertigen Produkts 9,53 + 0,000 mm -0,002 mm Härte 30 bis 32 Rc Mikrofinish weniger als 0,38 mm
Die vorliegende Spule liess sich auf normale Weise ziehen und das fertig veredelte Produkt war frei von Oberflächenfehlern, wie z. B. Spirallinienbildung, Rissbildung oder Fischschuppenbildung. Die mechanischen Eigenschaften waren wie folgt:
Dehnung Querschnittsverminderung
7% 42% hinter dem Schneidwerkzeug angeordneten Finish-Kalibrierring durchgeführt wird, wodurch das Profil bearbeitet und beim Durchlaufen des Schneidwerkzeuges gelagert wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel Graphit ist.
2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel eine Suspension von Graphit in Wasser ist.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil auf eine Temperatur zwischen 121 C und der kritischen Temperatur des betreffenden Metalles erhitzt wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil mit einer solchen Vorschubgeschwindigkeit durch das Schneidwerkzeug geführt wird, dass die Temperatur des zu entfernenden Metalles durch die dabei entstehende Wärme in den Heissbearbeitungsbereich des betreffenden Metalles erhöht wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 107 mm pro Minute bearbeitet wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet dass das Schneidwerkzeug einen Spanwinkel von + 20 bis -20"und einen Anstellwinkel von + 15 bis - l50aufweist.
7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kalibrierring im Abstand von 5 bis 76 cm vor dem Schneidwerkzeug angeordnet ist.
8. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kalibrierring in einem Abstand von 5 bis
76 cm nach dem Schneidwerkzeug angeordnet ist.
PATENTANSPRUCH II
Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I zur Oberflächenbearbeitung von kalthärtbarem Stahl.
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The present invention relates to a method for the surface treatment of metals, in which a surface removal and a hot or hot drawing of wire, rods, rods and similar metal structures of constant cross-section in great lengths take place at the same time.
In many cold finishing processes, it is desirable to remove unwanted metal from the surface prior to processing the workpiece in a cold finishing operation.
The tandem arrangement of guide sizing ring or die, cutter, and fine or finish sizing ring or die, as described in U.S. Patent No. 3,157,093, has some desirable properties. However, it has been found that with a large number of metals, especially hot rolled carbon and alloy steels, tool steels, and / or other work hardened metals, the material removed by the cutter will accumulate on the cutting edges and this accumulation, instead of the cutting tool, the cutting process performs. The accumulation consists of workpiece material that has been cold hardened from the work done in removing the chips.
It appears that the accumulated material on the edge is welded to the cutting edge in such a way that cutting or planing of softer workpiece material occurs through this accumulated material. As a result of this accumulation of material on the cutting edge, it is difficult to maintain constant dimensions for the workpiece. In addition, from time to time pieces of the accumulated material become detached from the cutting tool and remain welded onto the workpiece. This often results in an undesirable product with a poor surface finish and poor dimensional properties being obtained both before and after treatment in the subsequent drawing die.
In addition, these can be detached from the cutting edge application and welded onto the workpiece into one piece
Defect or breakage of the following drawing tool. U.S. Patent No.
3 168 004 countered by the application of heat in order to soften the metal, which should lead to the avoidance or minimization of the cold hardening, which otherwise takes place in the removed material during the removal process. However, the method used in the cited US patent specification uses only a single tool, a cutter. In the practical implementation by drawing dies before or after the cutter through the cutting tool. In addition, the workpiece is usually made of hot-rolled material with a non-symmetrical cross-section (due to the tolerances in hot machining, hot-rolled pieces are usually no longer round), which requires that all of them be removed
Surface defects in the hot-rolled metal a cut of a non-uniform depth must be made.
All these
Factors, i.e. the lack of additional support of the
Workpiece, the inconsistent depth of cut and the inconsistent cutting forces still leave great room for improvement in terms of the stability of the process,
Life of cutting tool and eccentric
Cutting open.
It is accordingly the object of the present invention to develop a method for the surface treatment of metals which allows the removal of undesirable surface defects from wires, rods, bars and the like, and at the same time improves the physical and mechanical properties of such workpieces. In addition, such a process should enable improved cutting stability and an improved surface finish with lower tolerances and minimal waste.
In addition, the service life of the cutting tool should be increased considerably.
These and other objectives and advantages can be achieved by the method according to the invention.
It has been found that workpieces machined according to the invention have considerably improved surface properties as well as improved mechanical and physical properties. In addition, the stability and smoothness of the cutting or planing process is considerably improved, with virtually no eccentric cutting occurring, so that better tolerances, improved tool life and minimal waste are possible.
Preferred embodiments of the present invention will now be discussed below with reference to the accompanying drawings.
1 shows the method according to the invention in a schematic representation; and
FIG. 2 schematically shows a detailed representation of the tools used in the method according to FIG. 1.
Although the method according to the invention is shown in FIG. 1 on the basis of wire processing, it should be clear that other metallic workpieces with a constant cross section are also suitable for the processing according to the invention.
A wire 10 from a spool or the like (not shown in the drawing) is, if desired, first passed through a pre-stretcher and then coated with the lubricant, e.g. B. by spraying with the aid of a nozzle 14 which is connected to a lubricant storage vessel 16.
In practicing the present invention for machining steel, the best results have been obtained from a lubricant composed of a graphite dispersion in water or other suitable medium. The lubricant is supplied in sufficient quantity to form a coating on the workpiece 10.
After the lubricant has been discharged, the workpiece is brought to an elevated temperature, whereby the water or the other inert liquid medium of the lubricant is removed while a fine graphite lubricant coating is formed on the workpiece, and the temperature of the workpiece is also brought to the initial machining temperature . The workpiece is normally heated to a temperature of over 121 C, but in the case of steel workpieces not above the critical temperature of the metal.
It should be clear to the person skilled in the art that the sequence of lubrication and heating shown in FIG. 1 can also be reversed so that lubrication takes place after heating, which also leads to a hot, lubricant-coated workpiece.
The warm or hot wire, provided with a fine graphite coating, is then passed through a guide calibration ring 22, which can be a conventional drawing tool made up of a holder and a nose 32. As already stated above, the guide calibration ring or drawing die 22 is used not only to support the workpiece during subsequent processing, but also to round and shape the warm or hot workpiece and for
Conveying desirable physical properties.
Rounding and shaping the workpiece is beneficial for at least two reasons.
Firstly, because all commercially available hot-rolled rods or wires have certain out-of-rounding and because the flaws mostly occur on the periphery of the workpiece, the rounding and shaping keep waste formation low and ensure the removal of all flaws.
For example, if a workpiece with an oval or elliptical cross-section without previous rounding and
Forming would have to be processed, the planer or cutting tool would have to be designed in such a way that it removes the necessary amount of metal up to the small semi-axis of the ellipse, which would lead to an excessive removal of metal from the large semi-axis of the workpiece and thus to excessive waste.
Second, it has been found that the rounding and shaping allows for an extended life of the cutting or planing tool. Since the supplied material affects the life of the tool, the control of the cutting depth leads to even wear over the entire circumference of the cutting or planing tool, which practically prevents the cutting tool from becoming unusable prematurely as a result of uneven loading.
It has been found that the guiding function of the guiding calibration ring or drawing die is responsible for ensuring that, after the workpiece has been rounded, the surface removal by the cutting or planing tool takes place coaxially with the workpiece, which ensures complete elimination of surface defects. In addition to its function as a guide, the guide calibration ring or drawing die also serves to remove kinks and sharp bends in the workpiece, for which the machining of the metal workpiece by the drawing die and the tension exerted on the workpiece by the drawing die are responsible.
Thanks to the deformation of the workpiece, the guide calibration ring or drawing die also serves to improve the mechanical and physical properties.
After passing through the calibration ring or drawing die, the warm or hot workpiece is passed through a cutting or planing tool 24, which enables the removal of undesired surface defects such as e.g. Causes seams, overlaps, mill splinters and edge decarburization from the material.
In practicing the present invention, it is important that the temperature of the workpiece be above 121 "C, but below the critical metal temperature for steel workpieces, and that the temperature of the metal to be removed at the time of metal removal is near or at the hot working temperature so that the accumulation of cold-hardened metal on the cutting edge of the cutting or planing tool is prevented or kept low. The additional heat required to increase the temperature of the metal to be removed to a temperature in the vicinity of, or preferably within the hot-working area of the metal easily fed by the work done in removing surface metal.
As should be clear to the person skilled in the art, the heat generated during machining depends linearly on the feed speed of the workpiece through the cutting tool. Depending on the heat supplied by the heating devices 18 and 20, feed speeds between 3 m and 107 m per minute have proven to be sufficient for generating the heat required for the desired temperature increase to the processing temperature of the metal.
The geometry of the cutting or planing tool is of great importance. The best results are achieved with the aid of a tool which achieves a rake angle of + 20 to - 200 and an incidence angle of + 15 to - 15 0.
After passing the cutting tool 24, the workpiece 10 is again sprayed with a graphite-water lubricant dispersion using the sprayer 26, so that a graphite coating is obtained on the workpiece surface. Since the workpiece is at an elevated temperature, it is coated in turn with fine graphite, which is used as a lubricant during subsequent machining. The application of the lubricant to the workpiece immediately after passing the cutting tool 24 also serves to cool the workpiece and virtually completely prevent undesired oxide formation on the surface of the workpiece, as would otherwise occur due to the high temperature after machining.
The workpiece with the thin graphite coating on it is then passed through a fine or finish calibration ring or drawing die, which is used to guide, calibrate and polish the workpiece and to impart the surface quality or the finish. The guide functions are similar to those of the guide calibration ring. As a result, the guide and finish calibration rings support the workpiece in such a way that it is held coaxially to the cutting tool, which ensures a uniform depth of cut and an increased service life of the cutting tool.
The finish calibration ring is a constriction pulling tool and gives the workpiece its final shape. The finish calibration ring is also used to polish the workpiece and helps the warm workpiece experience an improvement in mechanical and physical properties such as tensile strength, yield point (at 0.2% elongation) and hardness.
The above tools can be conveniently mounted in a suitable bracket or jig for attachment to a wire draw block, lathe, or the like. It is important that appropriate clearances are maintained between (a) the guide die or sizing ring 22 and the cutting tool 24, and (b) the cutting tool 24 and the finishing die or sizing ring 30. As this should be clear to the person skilled in the art, the exact distances depend on the quality, the size and the percentage constriction of the individual tool. For most applications, a distance of 5 to 76 cm between the guide die and the cutting tool and a distance of 5 to 76 cm between the cutting tool and the finishing die will give the best results.
The method according to the invention can be applied to various metals, in particular to cold-hardened steels such as, for example, hot-rolled carbon steels, hot-rolled alloy steels, tool steels and the like. It has been found that the method according to the invention is particularly suitable for the surface finishing of lead-hardened wire, with a considerably improved surface quality being obtained.
Now that the basic concepts of the present invention have been presented with reference to the accompanying drawings, the practical implementation of the invention will now be illustrated with the aid of the following example.
example
This example shows the surface treatment of cold-drawn or cold-headed C-1041 steel wire according to the method according to the invention.
A coil of hot rolled wire (Heat No. 60L424) was used. This coil had a diameter of
11.1 mm and corresponded to the following composition: C Mg P S Si Cr Ni 0.36% 1.5% 0.012% 0.21% 0.19% 0.10% 0.10%
Examination of this coil found that it had a maximum partial decarburization of 0.076mm and broken bones less than 0.010mm and had the following mechanical properties:
Tensile strength yield point (at 0.2% elongation)
7 350 kg / cm2 4 130 kg / m2
This sample was carried out between two
Induction time coils, as shown in Fig. 1, with a
Water / graphite lubricant dispersion coated. At the
Heating evaporated the water and it remained a fine one
Graphite coating back on the workpiece.
The wire coated with graphite was then passed through a tandem arrangement of guide die or initial die, a cutting tool and a finish or end die (see FIG. 1) at a feed rate of 36.5 m per minute, the temperature being 426 C + 14 qC. The cutting tool had a rake angle of 5 "and a setting angle of also 5. The size of the drawing die and the
Tool was as follows: Guide die 10.29 / 10.31 mm Cutting tool 9.93 / 9.96 mm End stone 9.50 / 9.53 mm Tensile strength Yield point (at 0.2 'Ho elongation)
10 570 kg / cm2 8 960 kg / cm2
In addition, it was found that the workpieces treated according to the invention had improved formability.
The
Formability can be determined by placing a sample of the treated workpiece under the action of pressure, the formability being expressed as the ratio of the initial height to the final height of the sample.
Although this does not correspond to the above-described implementation of the method according to the invention, it has been shown that it is possible and sometimes even desirable to use that used in the implementation of the present invention
The cutting tool must be used alone in conjunction with the guide die or calibration ring or the finish die or calibration ring. According to this concept, this is
Drawing tool, through which the workpiece is carried out, either before or after the cutting tool angeord net and is used to machine the workpiece and to improve the mechanical and physical properties and to guide the workpiece during advance through the
Cutting tool.
Regardless of whether the pulling tool is arranged before or after the cutting tool, the application of
Lubricant on the workpiece before going through the
Cutting tool, as shown in Fig. 1, advantageous.
It should be understood that various changes and
Modifications to the details of the process are possible without deviating from the idea and scope of the property right hereby claimed.
PATENT CLAIM 1
Method for the surface treatment of metal profiles each with a uniform cross-section, wherein the profile is heated to a temperature of at least 121 9C, provided with a lubricant coating and carried out for the removal of surface metal by a cutting tool, characterized in that the profile by at least one of the cutting tool upstream guide calibration ring and / or by at least one
Elongation reduction in cross-section
27.5% 66%
The finished product had the following characteristics:
: Bones and decarburization no size of the finished product 9.53 + 0.000 mm -0.002 mm hardness 30 to 32 Rc microfinish less than 0.38 mm
The present bobbin could be drawn in the normal way and the finished product was free from surface defects such as e.g. B. Spiral formation, cracking or fish scales. The mechanical properties were as follows:
Elongation reduction in cross-section
7% 42% behind the cutting tool is carried out the finish calibration ring, whereby the profile is machined and stored as it passes through the cutting tool.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the lubricant is graphite.
2. The method according to dependent claim 1, characterized in that the lubricant is a suspension of graphite in water.
3. The method according to claim 1, characterized in that the profile is heated to a temperature between 121 C and the critical temperature of the metal in question.
4. The method according to claim I, characterized in that the profile is passed through the cutting tool at such a feed rate that the temperature of the metal to be removed is increased by the heat generated in the hot-working area of the metal in question.
5. The method according to claim I and dependent claim 4, characterized in that the profile is processed at a speed of 3 to 107 mm per minute.
6. The method according to claim 1, characterized in that the cutting tool has a rake angle of + 20 to -20 "and an angle of incidence of + 15 to - 150.
7. The method according to claim I, characterized in that the first calibration ring is arranged at a distance of 5 to 76 cm in front of the cutting tool.
8. The method according to claim I, characterized in that the second calibration ring at a distance of 5 to
76 cm behind the cutting tool.
PATENT CLAIM II
Application of the method according to claim I for the surface treatment of cold-hardenable steel.
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