CH618114A5

CH618114A5 - Method and arrangement for producing a profiled metal billet

Info

Publication number: CH618114A5
Application number: CH1594876A
Authority: CH
Inventors: Joseph Winter; Eugene Shapiro; Warren F Smith
Original assignee: Olin Corp
Priority date: 1975-12-19
Filing date: 1976-12-17
Publication date: 1980-07-15
Also published as: CA1057235A; DE2647407A1; BE849551A; FR2335294A1; JPS5278190A; GB1532549A; SE7614257L; AU501959B2; DE2647407C2; FR2335294B1; IT1074748B; AU1751476A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Metallprofilstranges rechtwinkligen Querschnitts, welcher Abschnitte von zwei oder mehreren unterschiedlichen Dicken aufweist, die eine allgemein abgestufte Oberflächen-5 konfiguration bilden, auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie auf dessen Erzeugnis.

Für verschiedene Anwendungen, wie eine Herstellung eines Kupferstranges zur Ausbildung elektrischer Verbinder u. dgl., ist es notwendig, ein Profil mit mehreren Profildicken, io welches nachstehend «Mehrfachprofil» genannt wird, aus einem Metallstrang zu fertigen. Es werden dabei herkömmliche Methoden, wie ein kontinuierliches Fräsen, angewandt, um die gewünschten Änderungen des Strangquerschnittsprofils zu erzielen. Die bekannten Verfahren sind nachteiligerweise meist 15 zeitaufwendig und liefern eine hohe Ausschussrate.

Ferner ist es bekannt, eine Reduzierung eines Stranges zur Mehrfachprofilbildung mittels eines Walzvorganges zu erreichen. Walzverfahren sind jedoch nachteiligerweise auf bestimmte Walzprofilformen beschränkt, sie benötigen ausser-20 dem kostspielige und komplizierte Werkzeuge, und mit ihnen lassen sich auch keine von Strukturfehlern völlig freien Ergebnisse erzielen, die den üblichen Masstoleranzen genügen.

Hobelverfahren sind zur spanabhebenden Bearbeitung schon seit einiger Zeit bekannt, jedoch sind ihre Anwendun-25 gen im allgemeinen auf die Schlichtbehandlung von Werkstük-ken mit gleichförmigen Querschnitten beschränkt. Dabei wird der Querschnitt eines Werkstücks entlang der gesamten Breitoder Längsseitenflächen verkleinert. Ein solches Verfahren ist im US-Patent 3 055 102 von Shaw et al. beschrieben, wo mit 30 einem Hobelwerkzeug eine Stange oder Schiene bearbeitet werden soll, indem die Querschnittsfläche längs der gesamten Werkstücksoberfläche herabgesetzt wird.

Eine Anwendung des Hobelverfahrens nach der vorgenannten Patentschrift auf eine Herstellung von Mehrfachpro-35 fil-Produkten aus rechteckigen Strangmaterialien würde verschiedene Probleme aufwerfen. Speziell die Schnittkrafteinwirkung auf einen Bereich der Streifen-Breitseitenfläche würde zu erheblichen Schwierigkeiten bei der genauen Zentrierung des Werkstücks relativ zum Werkzeug führen. Wenn 40 die Werkstückausrichtung nicht sicher beherrscht wird, kann die Folge sein, dass das Werkstück verläuft, wodurch es zu einer welligen oder gar mit Rissen versehenen Oberfläche kommen kann. Es kann ferner davon ausgegangen werden, dass sich weitere Schwierigkeiten dadurch ergeben, dass Erschütte-45 rungen und Längsschwingungen beim Vorbeiführen des Stranges am Werkzeug auftreten, was sich am Endprodukt an einer aufgerauhten oder aufgerissenen Oberfläche feststellen lässt. Schliesslich kann ein ungleichförmiges Aufbringen von Reibungsspannungen zu unerwünschten Strangverwerfungen oder so -Wölbungen führen, welche eine Nachbehandlung erforderlich machen würden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Metallprofilstranges unter Anwendung einer spanabhebenden Arbeitsweise zu schaffen, 55 welche auch schon bei einem einzigen Durchgang der Spanabnahme voll wirksam sein soll, und ferner in der Ausbildung einer konstruktiv einfachen, funktionssicheren Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindungsgegenstände sind in den Ansprüchen 1 und 60 10 definiert.

Um unerwünschte Strangverlagerungen während der Spanabnahme auszuschliessen, können an der Einrichtung seitliche Strangstützführungen vorgesehen sein.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lässt sich die 65 Spanabnahme sowohl in einem Einzeldurchgang durch die Hobelvorrichtung als auch in mehreren Durchgängen erzielen. Weiterhin können auch die anfallenden Spanmengen einfacher wiederverwertet werden als bei herkömmlichen Fräsemetho-

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den, da die Abfälle in Form von langen aneinanderhängenden Spiralen anfallen, welche wesentlich müheloser gesammelt werden können als die unterschiedlich grossen und verschieden geformten Spanteilchen von Fräsabfällen. Weiterhin lassen sich mit dem Verfahren höhere Arbeitsgeschwindigkeiten erzielen. Auch kann das Hobeln auf ein bestimmtes Profilkaliber mit grösserer Einfachheit als mit herkömmlichen Fräsverfahren erreicht werden und mit weniger Arbeitsdurchgängen sowie in kürzerer Zeit als mit herkömmlichen Walzverfahren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Hobelvonich-tung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Hobelvorrichtung,

Fig. 3, 4 und 5 schematische Querschnittsdarstellungen von Mehrfachprofilformen der nach einem Verfahren mit den Merkmalen der Erfindung hergestellten Stränge.

Die in Fig. 1 dargestellte Hobelvorrichtung 10 umfasst einen Vierkanthobelstahl 11, dessen Schneidkante 12 auf der Oberseite eines Metallstreifens M angreift. Wie eingangs erwähnt, besitzt die Schneidkante 12 einen Formstahlzuschnitt, dessen Form als Schablone für die Endformgebung des Mehrfachprofilstrangproduktes dient. Die in Fig. 2 gezeigte Einzelheit verdeutlicht, dass die Schneidkante 12 einen bestimmten Rückenwinkel mit dem Streifen M einnimmt, dessen Grösse eine kontinuierliche Arbeitsmethode des beschriebenen Verfahrens erleichtert.

Gemäss Fig. 1 ist der Hobelstahl 11 an einem einstellbaren Werkzeughalter 15 eingespannt, und dieser Werkzeughalter ist Teil eines Werkzeugsupports 14, der an einem ebenfalls einstellbaren Maschinenbauteil 16 geführt ist. Der Aufbauteil 16 ist über eine Bodenplatte 17, in der eine tunnelförmige Ausnehmung zum Hindurchführen des Streifens M vorgesehen ist, auf einer flachen Stützfläche eines Maschinenbettes befestigt. Der Aufbauteil 16 ist mit einer horizontalen und einer vertikalen Einstellvorrichtung 18 und 19 versehen, welche jeweils spindelgetriebene Präzisionsgleit/ührungen umfassen. Die Ein-stellvorrichtungen 18 und 19 sind Feineinstellführungen, welche zudem noch mit einer Grobeinstelleinrichtung zusammenwirken, welche den innerhalb von Führungsbahnen 21 gleitend geführten Werkzeughalter 15 umfasst. Wenn nun eine geeignete Vertikalgrobeinstellung vorgenommen worden ist, kann der Werkzeughalter 15 in seiner Position festgelegt werden, indem eine Gewindeschraube 22 gegen den Hobelstahl gespannt wird, wobei eine nichtdargestellte Gegenplatte des Werkzeughalters 15 an die Führungsbahnen 21 fest angedrückt wird, wodurch der gesamte Werkzeughalter 15 festgelegt ist. Im Anschluss an eine derartige Grobeinstellung kann über die Einsteilvorrichtungen 18 und 19 eine Feineinstellung der Werkzeugausrichtung in horizontaler und vertikaler Richtung vorgenommen werden.

Wie vorstehend ausgeführt, ist durch die jeweilige Streckgrenze des Materialstranges und die gewünschte Profilform der Einstellwerte die Schnittiefe oder maximale Spanabnahme festgelegt. Zusätzlich zu den vorgenannten Einstellungen der Vertikal- und Horizontalposition des Hobelstahls ist eine weitere Einstellung beachtlich, die sich auf den Spanwinkel der Schneidkante bezieht. Der Spanwinkel kann definiert werden als der Winkel, welcher zwischen einer Ebene, in der die vordere vertikale Hobelstahl- oder Schneidklingenfläche liegt, und einer imaginären Vertikalebene, die lotrecht zur Bewegungsrichtung des Stranges steht, gebildet wird. In Fig. 2, in welcher der Hobelstahl 11 genauer gezeigt ist, ist ein Winkel a zwischen einer lotrecht zur Richtung des Streifens M liegenden, gestrichelt eingezeichneten Ebene 20 und einer geneigt verlaufenden Oberfläche 23, welche am unteren Abschnitt des Hobelstahls 11 neben dem Streifen M liegend ausgebildet ist.

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eingezeichnet. Es wurde gefunden, dass ein bestimmter kritischer Spanwinkel exisiert, dessen Überschreitung dazu führt, dass die Dicke des Strangendproduktes nicht mehr die gewünschte Genauigkeit aufweist. Häufig führt ein Überschrei-5 ten des kritischen Spanwinkels zu einer Verstellung der Hobel-stahlposition mit der Folge, dass eine zu grosse Materialmenge vom Strang abgetragen wird. Der ermittelte Spielraum für einen günstigen Spanwinkel für das beschriebene Verfahren bewegt sich im Bereich von 2 V2 bis 25° und vorzugsweise von 5 io bis 18°. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Hobelstahl 11 derart ausgebildet, dass die gewünschte Schneidkantenausformung unter Berücksichtigung des Spanwinkels am Bearbeitungsende des Hobelstahls an dessen Schneidkante 12 ausgebildet ist. Dabei verläuft die vertikale vordere Fläche des Hobelstahls, 15 welche mit der Schneidkante 12 zuammenfällt, unter einem Winkel, welcher innerhalb des vorstehend angegebenen Spanwinkelbereiches liegt.

Nachdem der Hobelstahl 11 entsprechend eingestellt wurde, erfolgt eine spanabhebende Bearbeitung des unter Gegenzug stehenden Stranges M, indem der Strang quer zur Schneidkante 11 gezogen wird, und zwar mit einer Vorschubkraft, welche gross genug ist, um den Zerspanungswiderstand am Werkzeugstahl zu überwinden. Der Gegenzug wird hierbei durch Steuerung der Abgabewalze des Materialbandes erzielt, indem die Drehzahl der Abgabewalze auf den Bandvorschub so abgestimmt wird, dass sich eine auf das Band wirkende Bremskraft ergibt. Wie vorstehend erwähnt, wird der Strang M zum Teil von der flachen Oberfläche getragen und geführt, auf welche auch der Werkzeugsupport 14 abgestützt ist. Ausserdem können weitere, nichtdargestellte Abstütz- und Leitmittel vorgesehen sein, welche eine seitliche Kantenführung des Stranges M vornehmen können, um während des Spanabnahmevorgangs ein seitliches Verlaufen der Bearbeitungsbereiche zu verhindern.

Es wurde eingangs bereits darauf hingewiesen, dass mit dem beschriebenen Verfahren die Strangbearbeitung sowohl in einem Durchgang als auch mit mehreren Durchgängen vorgenommen werden kann, so dass dann, wenn das Volumen des abspanenden Materials die maximal mögliche Spanabhebung pro Durchgang überschreitet, eine Unterteilung der Spanabnahme vorgenommen wird, so dass geringere Spanmengen in zwei oder mehreren Durchgängen abgenommen werden. Auf diese Weise wird die Werkstoffstreckgrenze des Stranges nicht überschritten und damit auch ein Strangbruch verhindert.

Mit der vorangegangenen Beschreibung wird auf eine spezielle Hobelvorrichtung Bezug genommen, auf die jedoch die Erfindung nicht begrenzt ist, so dass Abwandlungen an der beschriebenen Hobelvorrichtung vorgenommen werden können, ohne dass der Rahmen des beschriebenen Verfahrens verlassen wird. So könnte der Aufbau des Werkzeugsupports mit einer unterschiedlichen Form und Grösse ausgestaltet werden, auch könnte eine weitere Anzahl von EinStellvorrichtungen vorgesehen sein, die eine unterschiedliche Grösse besitzen. Ferner könnte der Werkzeugstahl mit einer Mehrzahl von 55 Schneidkanten versehen sein, welche entweder nebeneinander-oder bezüglich ihrer Schneidwirkung hintereinanderliegend ausgebildet sein können.

Nachstehend wird zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung anhand von Versuchergebnissen, welche bei der 60 Herstellung von Mehrfachprofilprodukten mit den in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigten Querschnittsform gemacht wurden, gezeigt, auf welchen Grundlagen die Prinzipien des beschriebenen Verfahrens beruhen. Damit wird jedoch von den beschriebenen Beispielen keine Begrenzung des Erfindungsrah-65 mens vorgenommen.

Beispiel 1

Materialproben der Legierung C.D.A. Alloy 260 der Härtegrade «weich» und «extrahiert» wurden gehobelt, um ein

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Produkt mit einer in Fig. 3 gezeigten Querschnittsform zu erhalten. Eine Vorrichtung mit einem HobelstahL der vorstehend beschriebenen Art sowie eine Strang- bzw. Bandführung zusammen mit Vor-und Rückspulwalzen zum Abgeben und Aufwickeln des Bandes wurden bei diesem Versuch eingesetzt. Dabei erfolgte eine Steuerung der Abgabewalze derart, dass auf den in die Hobelvorachtung eintretenden Strang bzw. auf das Band ein Bremszug ausgeübt werden konnte. Aufeinanderfolgend wurden immer grössere Spanmengen abgenommen, bis eine Werkstoffstreckung eintrat, und an diesem Streckpunkt erfolgt dann eine Messung des Spanvolumens. Die Materialproben bestanden aus flachen Bändern mit einer Streifenabmessung von 30,55 x 2,44 mm (1.203 x 0.096"). Die Querschnittsform gemäss Fig. 3 besitzt eine Oberflächenabnahme von etwa 29% und eine Volumenabnahme von etwa 26,5 %. Die schräge, aussparungsbegrenzende Randfläche ist i unter einem Winkel von 45° geneigt, und die Gesamttiefe der Spanausnehmung beträgt 1,066 mm (0.042"). Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der nachstehenden Tabelle I im einzelnen aufgelistet. Veränderungen in der maximalen Spanaushebungstiefe und damit auch beim Spanabnahmevolumen sind io den unterschiedlichen Streckgrenzwerten der geprüften Werkstoffe zuzuschreiben.

Tabelle I

Ergebnisse bei kontinuierlichem Hobeldurchlauf

Legierung 0,2%Streck-

(C.D.A.) grenze in kp/cm2 (ksi)

Max. Schnittiefe Max. Span- Anzahl der Spanaushubpro Durchgang aushub- Durchgänge Volumen in in mm volumen in % pro (in inch) Durchgang Durchgang

A B

260 260

1055 (15) 5343 (76)

0,1016 (0,004)

0,6858-0,889* (0,027-0,035)

2,5

17-22,1

14 2

1,9 13,3

* Der Strang riss bei einer Schnittiefe von 0,889 mm, jedoch wurde eine zufriedenstellende Spanabnahme bei einer Schnittiefe von 0,6858 mm erhalten.

Beispiel 2

Es war ein Mehrfachprofilstrangteil mit einer Querschnittsform, welche drei kegelstumpfförmige pyramidenartige Vorsprünge im Zentralbereich einer Stranghauptfläche aufweisen sollte, zu fertigen. Die Querschnittsform eines derartigen Strangproduktes ist in Fig. 4 dargestellt und wurde nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren auf folgende Weise hergestellt: Es wurde ein flacher rechtwinkliger Strang aus der Legierung C.D.A. Alloy 260 njit einer Breite von 15,7 mm (0.620") und einer Dicke voft 2,336 mm (0.092") und mit zufriedenstellenden Wölbungstoleranzen ausgewählt. Ferner wurde ein Formstahl erstellt, welcher eine Negativform der gewünschten Strangform mit den geeigneten Oberflächenkonturen und Schnittwinkeln besass. Nach dem Eindringen des Stahls in den Streifen bzw. Strang bis zur gewünschten Tiefe wurde dieser durch die Vorrichtung hindurchgezogen und dabei in zwei Durchgängen auf seine gewünschte Form gebracht. Bei jedem Durchgang konnte eine 19%ige Reduktion des Metallvolumens erhalten werden, so dass die Gesamtvolumenab-nahme nahezu 36% betrug. Die Minima der Dickenabmessung des erhaltenen Stranges betrugen 1,016 mm (0.040"), während die die Höhen der Vorsprünge umfassenden Maxima bei • 2,33 mm (0.092") verbleiben. Die Oberflächenabnahme betrug etwa 45 % der gesamten Strangoberfläche, und da die Vorsprünge lediglich an einer Strangfläche ausgeformt sein sollten, war entsprechend die Oberflächenabnahme auf die obere breite Streifenfläche begrenzt.

Beispiel 3

Es wurde eine weitere Profilform gemäss Fig. 5 erstellt, und zwar aus einem flachen Strang bzw. Band mit einer Breite m von 25,4 mm (1") und einer Dicke von 2,032 mm (0.080"), ferner mit vier 1,58 mm (Vi6") breiten rechtwinkligen Rillen mit einer Tiefe von 0,762 nun (0.030"). Bei diesem Strang wurden etwa 12% des Oberflächenbereiches entfernt. Auch bei diesem Beispiel fand das bei Beispiel 1 verwendete Hobel-35 verfahren Anwendung, es sollte lediglich eine Begrenzung der Spanabnahme auf einen Durchgang eingehalten werden. Bei diesem Versuch betrug die Gesamtvolumenabnahme etwa 9%.

Beispiel 4

Ein Strangmaterial mit einer Form ähnlich dem Material nach Beispiel 2 wurde unter Einsatz derselben Vorrichtung hergestellt, jedoch fand bei diesem Versuch als Ausgangsmaterial eine andere Legierung (C.D.A. Alloy 638), eine Kup-fer-Aluminium-Silizium-Kobalt-Legierung, Verwendung.

Auch erfolgte die Herstellung des Profilstranges bei diesem Beispiel in nur einem Durchgang; es wurde damit ein Produkt erzeugt, welches eine Zugkraft entwickelte, die der Streckgrenze der Legierung entsprach. Mit dieser Verfahrensweise konnte eine Materialabnahme von 38% bei einem einzigen Durchgang erzielt werden.

Die Schnittgeschwindigkeiten lagen bei diesen kontinuierlichen Versuchen in der Grössenordnung von 15 bis 60 m/min (50 bis 200 ft/min), wobei jedoch keine Geschwindigkeitskon-55 trolle erfolgte. Die gehobelte Oberfläche des jeweiligen Stranges gab ein gutes Flächenbild ab, und es konnten Dickenabweichungen von ±0,05 mm (0.002") gemessen werden, während Abweichungen in der Breite 0,127 mm (0.005") betrugen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

618 114 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Metallprofilstranges rechtwinkligen Querschnitts, welcher Abschnitte von zwei oder mehreren unterschiedlichen Dicken aufweist, die eine allgemein abgestufte Oberflächenkonfiguration bilden, gekennzeichnet durch ein Ziehen eines unter Gegenzug stehenden Strangmaterials durch eine Hobelvorrichtung, wobei auf mindestens einer Breitseitenfläche des Stranges ein Flächenabschnitt abgehobelt wird, der zwischen 5 und 50% der Gesamt-Breitseitenfläche misst und wobei das Volumen des abgehobelten Flächenabschnitt-Materials 10 bis 60% des Volumens beim Querschnitt des Ausgangsmaterials beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 10 bis 40% der Gesamt-Breitseitenfläche und 15 bis 50% des Volumens des Ausgangsmaterials abgehobelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Durchziehen des Stranges an der Hobelvorrich-tung eine grösstmögliche Spanabnahme pro Durchzug, welche sich nach der Werkstoff-Streckgrenze des Strangmaterials bestimmt, eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die grösstmögliche Spanabnahme pro Durchgang, bezogen auf die Werkstoff-Streckgrenze des Stranges, gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen der Hobelvorrichtung eine Einstellung der Schnittiefe und des Spanwinkels eines Hobelstahls umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

dass ein Spanwinkel in einem Bereich zwischen 2,5 und 25°, bezogen auf eine Vertikalebene, eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet.

dass der Spanwinkel in einem Bereich zwischen 5 und 18° eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das Abhobeln in mehr als einem Durchgang erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das Abhobeln in einem Durchgang erfolgt.

10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einer Hobelvorrichtung (10) mit einem einstellbaren Hobelstahl (11) besteht, wobei die Schneidkante (12) des Hobelstahls eine Profilkontur festlegt, welche der abzuhobelnden Mehrfach-Profiloberfläche des Stranges (M) entspricht, dass der Hobelstahl an einem Werkzeughalter (15) verstellbar abgestützt und dieser wiederum in einem Support (14) einstellbar gehalten ist, dass dieser Support an einem Aufbauteil (16) geführt ist, welcher über eine Bodenplatte (17) auf einer ebenen Stützfläche eines Maschinenbettes befestigt ist, wobei der Aufbauteil (16) horizontale und vertikale Einstellvonichtungen (18,19) aufweist und in der Bodenplatte (17) ein Kanal zum Durchlassen des Metallstranges vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hobelstahl (11) stangenförmig ausgebildet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellungsvorrichtung eine in vertikaler und horizontaler Richtung wirkende Feineinstellung zur Hobelstahlausrichtung auf den eintretenden Strang aufweist.

13. Profilstrang, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang im Mittelbereich einer Breitseitenfläche drei pyramidenstumpfför-mige Vorsprünge aufweist (Fig. 4).

14. Profilstrang, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strang im Mittelbereich einer Breitseitenfläche vier rechtwinklige Rillen aufweist.