DD271713A1

DD271713A1 - DEVICE FOR PRODUCING A DEFINED TEMPERATURE FIELD IMMEDIATELY BEFORE A FORMING

Info

Publication number: DD271713A1
Application number: DD31533288A
Authority: DD
Inventors: Klaus-Michael Petzold; Bernd Foelber; Joachim Schlegel; Roland Hellwig; Reinhard Wartenberg; Wolfhart Mueller
Original assignee: Rothenburg Draht Seilwerk
Priority date: 1988-05-04
Filing date: 1988-05-04
Publication date: 1989-09-13

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung eines definierten Temperaturfeldes unmittelbar vor einer Umformung von strangfoermigen Werkstoffen wie Draehte, Baender, Rohre, Stangen und Profile, wobei deren Grundwerkstoff mit einer Oberflaechenschicht versehen sein kann. Es soll eine gezielte Temperaturbeeinflussung erreicht werden, um beispielsweise eine Waermebehandlung von Oberflaechenschichten oder eine Zieherleichterung unbeschichteter oder metallisch beschichteter Werkstoffe oder eine Eigenschaftsbeeinflussung aufgebrachter Schmiermittel zu erreichen. Dazu werden Elemente so angeordnet, dass die bei der Umformung in Abhaengigkeit von den Umformparametern entstehende Umformwaerme zum Aufbau eines definierten und raeumlich begrenzten Temperaturfeldes unmittelbar vor der Umformzone genutzt werden kann. Diese Elemente koennen auch zusaetzlich durch aeussere Waermequellen beheizt sein.Device for generating a defined temperature field immediately before a transformation of extruded materials such as wire, Baender, tubes, rods and profiles, wherein the base material may be provided with a surface layer. It should be achieved a targeted temperature control, for example, to achieve a heat treatment of surface layers or a Zieherleichterung uncoated or metallically coated materials or a property influencing applied lubricant. For this purpose, elements are arranged in such a way that the forming heat generated during forming as a function of the forming parameters can be used to build up a defined and spatially limited temperature field immediately before the forming zone. These elements can also be additionally heated by external heat sources.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines definierten Temperaturfeldes unmittelbar vor der Umformung stranförmiger Werkstoffe wie Drähte, Bänder, Rohre, Stangen und Profile, wobei deren Grundwerkstoff mit einer Oberflächenschicht versehen sein kann.The invention relates to a device for generating a defined temperature field immediately before the transformation of stranded materials such as wires, strips, tubes, rods and profiles, wherein the base material may be provided with a surface layer.

Characteristic of the known technical solutions The transformation of strand-like materials for the purpose of achieving certain geometric dimensions and / or

physikalischer bzw. mechanisch-technologischer Eigenschaften findet in vielen technischen Gebieten Anwendung. Dabei kannes vorteilhaft sein, das strangförmige Gut vor der Umformung gezielt zu erwärmen. Zur Erzielung eines im Vergleich zurphysical or mechanical-technological properties is used in many technical fields. It may be advantageous to specifically heat the strand-like material before forming. To achieve one compared to

Surroundings elevated temperature field before forming devices are known, according to the principle of inductive

oder konduktiven Erwärmung arbeiten.or conductive heating work.

In inductive heating, the strand-like material is continuously passed through an induction coil. Here is the Heating depth regulated by the frequency of the applied AC voltage. In addition to the bad energetic Efficiency of this device is disadvantageous in that an accurate positioning of the strand-like material in the coil

erfolgen muß, um eine gleichmäßige Temporatureinwirkung über den Querschnitt zu erreichen. Diese exakte Positionierung isttechnisch aufwendig und schwer handhabbar bei Massenprodukten.must be done in order to achieve a uniform Temporatureinwirkung across the cross section. This exact positioning is technically complex and difficult to handle for mass products.

In the conductive electric heating is disadvantageous that the strand-like material heated over the entire cross-section

wird, obwohl auch Verfahren und Vorrichtungen bekannt sind, bei denen eine ungleichmäßige Temperaturverteilung über denAlthough methods and devices are known in which a non-uniform temperature distribution over the

Cross section can be generated. The problem with these devices and methods is often on the power transmission

die stiangförmigen Güter (EP 0057385; EP 0184093).the staked goods (EP 0057385, EP 0184093).

In addition, devices are known, the short-term heating of the strand-like material from the outer edge

durch indirekt geheizte Öfen oder durch direkte Wärmebeaufochlagung mittels Gasbrenner ermöglichen. Über den hohenerforderlichen Energieaufwand hinaus besitzen diese Vorrichtungen den Nachteil, daß sie hinsichtlich der Eindringtiefe und derby indirectly heated ovens or by direct heat accumulation by means of gas burners. In addition to the high energy consumption required these devices have the disadvantage that they are in terms of penetration depth and the

Uniformity over the cross-section of the strand-like material are difficult to control. For example, from DE OS 3306387 devices are known, which by external Hei uals heating of the solid Lubricate before forming to obtain a better lubricant application. A disadvantage of these devices that a targeted temperature influence of the Umformgutes before the forming zone

nicht erreicht wird.is not achieved.

Furthermore, it is known that also uses a previous cold forming for heating of strand-shaped goods

werden kann (DD WP147206; DD WP 219124). Bei den dazu eingesetzten Vorrichtungen ist es nachteilig, daß ebenfalls einegrößere Zeit von der Erwärmung bis zur weiteren Umformung auftritt, in der verschiedene ungewollte Oberflächenreaktionenunkontrolliert ablaufen können. Entscheidender Nachteil ist jedoch, daß es mit diesen Vorrichtungen nicht möglich ist, einehöhere Temperatur an der Oberfläche des strangförmigen Gutes als im Kern zu erreichen. Schwierig ist dabei zu sichern, daß dercan be (DD WP147206; DD WP 219124). In the devices used for this purpose, it is disadvantageous that also a greater time from the heating to further transformation occurs, in which various unwanted surface reactions can run uncontrolled. The decisive disadvantage, however, is that it is not possible with these devices to achieve a higher temperature at the surface of the strand-like material than in the core. It is difficult to ensure that the

Base material largely does not change its properties.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, Voraussetzungen zu schaffen, die mit geringem technischen Aufwand vor einer Umformung beispielsweise eine Wärmebehandlung von Oberflächenschichten oder eine Zieherleichterung unbeschichteter oder metallisch beschichteter Werkstoffe oder eine Eigenschaftsbeeinflussung aufgebrachter Schmiermittel ermöglichen.The invention has the goal to create conditions that allow, with little technical effort before forming, for example, a heat treatment of surface layers or a Zieherleichterung uncoated or metallically coated materials or a property influencing applied lubricant.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine gezielte Temperaturbeeinflussung vor der Umformung von strangförmlgen Gütern ermöglicht.The invention has for its object to provide a device that allows targeted temperature control prior to the transformation of strandförmlgen goods.

Dia Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die aus einem oder mehreren Elementen, wie ebenen oderDia object is achieved by a device consisting of one or more elements, such as planar or

gekrümmten Platten, Sieben, Netzen oder Rohren, bestehen und die keine unmittelbare Berührung zum sich in Längsrichtung bewegenden strangfömiigen Gut haben. Diese Elemente sind vor der Umformzone so angeordnet, daß sie ein definiertes Temperatiirfftid unmittelbar vor der Umformzone unter Ausnutzung eines Teils der bei der Umformung entstehenden Wärme aufbauen und räumlich begrenzen. In Abhängigkeit von den Umformparametern, wie Umformgeschwindigkeit, Formänderungsfestigkeit des Umformgutes und Umformgrad wird dieses definierte Temperaturfeld durch die Elemente geregelt.curved plates, screens, nets or pipes, and which have no direct contact with the longitudinally moving extruded material. These elements are arranged in front of the forming zone so that they build up a defined Temperatiirfftid immediately before the forming zone by utilizing a portion of the heat generated during the forming and spatially limit. Depending on the Umformparametern, such as forming speed, deformation resistance of the Umformgutes and degree of deformation of this defined temperature field is controlled by the elements.

Bei einer Ausführungsform dieser Vorrichtung sind die Elemente so gestaltet und angeordnet, daß zusätzlich ein Wärmefluß über das eich vor der Umformzone befindliche und das strangförmige Gut umgebende feste, flüssige odergasförmige Medium, wie Schmier- oder Kühlmittel, erzeugt und zum Aufbau des definierten Temperaturfeldes ausgenutzt wird.In one embodiment of this device, the elements are so designed and arranged that in addition a heat flow over the eich located in front of the forming and the strand-like material surrounding solid, liquid or gas medium, such as lubricant or coolant, generated and exploited to build the defined temperature field ,

Weiterhin kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein direkter Wärmefluß über die vor der Umformzone angeordneten Elemente erzeugt und zur Bildung des definierten Temperaturfeldes genutzt werden, wobei die Elemente zusätzlich durch Süßere Wärmequellen beheizt sein können. Die Elemente können auch zur weiteren Ausnutzung der bei der Umformung entstehenden Umformwärme direkt mit dem Umformwerkzeug wärmeleitend verbunden sein.Furthermore, with the device according to the invention, a direct heat flow can be generated via the elements arranged in front of the forming zone and used to form the defined temperature field, wherein the elements can additionally be heated by sweeter heat sources. The elements can also be connected in a heat-conducting manner directly to the forming tool for further utilization of the forming heat produced during the forming process.

Überraschend hat sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung oin Teil der bei der Umformung entstehenden Umformwärme gezielt zu einer definierten Temperaturerhöhung unmittelbar vor der Umformzone ausgenutzt werden kann.Surprisingly, it has been shown that by means of the device according to the invention, part of the forming heat produced during the forming can be utilized in a targeted manner to a defined temperature increase immediately before the forming zone.

AusführungsbeispleleAusführungsbeisplele

1. Ein feuerzinkter unlegierter Stahldraht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,7% soll in einer Naßziehmaschine eine faltumformung von 1,5mm an 0,5 mm 0 in mehreren Stufen erfahren, wobei jede Umformstufe eine Querschnittsabnahme von dtw.i 18% aufweisen und ein Ausgleich der Zinkschicht in radial·^ und axialer Richtung erreicht werden soll.1. A hot-dip zinc-coated steel wire with a carbon content of 0.7% is to be subjected to a 1.5 mm 0.5 mm O fold forming in a wet-drawing machine, with each forming stage having a dtw.i 18% reduction in area and a balance the zinc layer is to be achieved in the radial and axial directions.

Dazu werden vordem Umformwerkzeug zwei Platten aus Stahl mit einer Dicke von 10mm angeordnet. Die Platten stehen im rechten Winkel zur Achse des Ziehsteines und des Drahtes. Der Abstand der Platten vom Umformwerkzeug beträgt das 1,0- bis 1,4fache des zu ziehenden Drahtdurchmessers. Die Platten berühren nicht das strangförmige Gut. Der Abstand der Platten richtet sich nach der Ziehgeschwindigkeit und der In der Zinkschicht zu erreichenden Temperatur und wird in einem Bereich bis zu 3,0mm plus Drahtdurchmesser eingestellt.For this purpose, two steel plates with a thickness of 10 mm are arranged in front of the forming tool. The plates are at right angles to the axis of the die and the wire. The distance of the plates from the forming tool is 1.0 to 1.4 times the wire diameter to be drawn. The plates do not touch the strand-like material. The spacing of the plates depends on the pull rate and the temperature to be reached in the zinc layer and is set in a range up to 3.0 mm plus wire diameter.

Durch die Anordnung dieser Platten wird ein Temperaturfeld unmittelbar vor der Umformzone erzeugt und räumlich begrenzt, so daß nur in der Oberflächenschicht aus Zink eine Temperaturerhöhung unter ausschließlicher Nutzung eines TeUs der bei der Umformung entstehenden Wärmemenge entsteht.Due to the arrangement of these plates, a temperature field is generated immediately before the forming zone and limited in space, so that only in the surface layer of zinc, a temperature increase with the exclusive use of a TeUs of the heat generated during forming heat.

2. Zur Verbesserung des dekorativen Aussehens von feueraluminieren Stahldrähten sollen diese Drähte im Fertigdrahtdurchmesserbereich von 1,0-4,0mm nach der Alumlniumbeschlchtung einer Kaltumformung in einer Stufe unterzogen werden.2. To improve the decorative appearance of hot-dip aluminized steel wires, these wires in the finished wire diameter range of 1.0-4.0 mm after the alumina coating are to be subjected to one-stage cold working.

Um die Oberflächenqualität des l'ertigdrahtes zu verbessern, wird der Draht in der Oberflächenschicht aus Aluminium unmittelbar vor der Kaltumformung in den Temperaturbereich hoher Bildsamkeit erwärmt.In order to improve the surface quality of the finished wire, the wire in the surface layer of aluminum is heated in the high-temperature temperature range immediately before cold working.

Dazu wird eine Vorrichtung verwendet, bei der vor dem Umformwerkzeug ein Stahlrohr angeordnet wird. Das Umformwerkzeug ist ein Hartmetallziehstein. Die Längsachse des Ziehsteins und die Zylinderachse des davor befindlichen Rohres bilden eine Achse, in der auch der umzuformende Draht geführt wird.For this purpose, a device is used in which a steel tube is arranged in front of the forming tool. The forming tool is a tungsten carbide tipped. The longitudinal axis of the die and the cylinder axis of the pipe in front form an axis in which the wire to be formed is also guided.

Das Stahlrohr besitzt eine Länge von 120mm, einen Außendurchmesser von SOmm und eine Wandstärke von 10mm. Der Abstand der Stirnsteite des Rohres von der gegenüberliegenden Stirnseite der Fassung des Hartmetallziehsteins beträgt 8 mm.The steel pipe has a length of 120mm, an outer diameter of SOmm and a wall thickness of 10mm. The distance of the front end of the tube from the opposite end of the socket of the tungsten carbide toe is 8 mm.

Zwischen diesen Stirnseiten befinden sich 4 gleichmäßig über den Umfang verteilte wärmeleitende Verbindungen zwischen dem Umformwerkzeug und dem Stahlrohr mit den äußeren Abmessungen von 10mm χ 10mm. Die Verbindungen sind ebenfalls aus Stahl.Between these end faces are 4 evenly distributed over the circumference thermally conductive connections between the forming tool and the steel pipe with the outer dimensions of 10mm χ 10mm. The connections are also made of steel.

An der Einleufseite des Drahtes ist um das Stahlrohr eine Induktionsspule über eine Länge von 30mm angebracht, mit der das Stahlrohr von außen erwärmt, werden kann.On the one-side of the wire around the steel tube, an induction coil over a length of 30mm is attached, with which the steel pipe can be heated from the outside.

Falls die Gefahr einer wesentlichen Druckerhöhung in der Vorrichtung durch eingeschlepptes Schmiermittel besteht, wird das Stahlrohr mit druckentlastenden radialen Bohrungen versehen.If there is a risk of significant pressure increase in the device by entrained lubricant, the steel tube is provided with pressure-relieving radial bores.

Durch die Anordnung des Stahlrohres in der beschriebenen Weise vor das Umformwerkzeug wird unmittelbar vor der Umformzone ein definiertos Temperaturfeld eingestellt und räumlich begrenzt. In der äußeren Randschicht des Drahtes aus Aluminium erfolgt die geforderte Temperaturerhöhung, wobei die entgegen der Bewegungsrichtung des Drahtes zurückfließende Wärmemenge genutzt wird.By arranging the steel pipe in the manner described before the forming tool a defined temperature field is set and spatially limited immediately before the forming zone. In the outer edge layer of the wire made of aluminum, the required increase in temperature takes place, wherein the back against the direction of movement of the wire amount of heat is used.

Über dio wärmeleitenden Verbindungen zwischen den Stirnseiten des Stahlrohres und des Ziehsteins erfolgt ein Wärmefluß zur Temperaturerhöhung in das aufgebaute Temperaturfeld.About dio thermally conductive connections between the end faces of the steel tube and the drawing die, a heat flow to increase the temperature in the built-up temperature field.

Eine weitere Temperaturerhöhung kann über die Erwärmung des Stahlrohres mittels der an der Einlaufseite angeordneten Induktionsspule erfolgen. Diese zusätzliche Erwärmung kann insbesondere in der Phase des Anfahrens der Vorrichtung bzw. zur Verbesserung der Steuerbar keit des Temperaturfeldes unmittelbar vor der Umformzone vorgesehen werden.A further increase in temperature can take place via the heating of the steel pipe by means of the induction coil arranged on the inlet side. This additional heating can be provided in particular in the phase of starting the device or to improve the controllable speed of the temperature field immediately before the forming zone.

3. Zur Herstellung von vermessingtem Stahldraht wird auf einen patentierten Draht aus einem unlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,75% bei einem Durchmesser von 1,2 mm durch galvanische Verfahren eine Kupferschicht und darüber eine Zinkschicht aufgebracht. Durch eine anschließende DiffusionsglQhung erfolgt in der Oberflächenschicht die Ausbildung von Messing. Durch nachfolgende Kaltumformung mittels bekannter Naßziehmar ;hinen erfolgt in 21 Umformstufen die Fertigstellung des vermessingten Stahldrahtes mit einem Enddurchmesser von 0,32 mm. Um eine gezielte Beeinflussung der Phasenausbildung in der Messingschicht, die für die nachfolgende Umformung und/oder die Hafteigenschaften des Stahldrahtes im Gummi günstig let, zu erreichen, soll unmittelbar vor der Umformzone die Oberfläche des Stahldrahtes durch Ausnutzung der bei der Umformung entlshenden Umformwärme definiert erhöht werden. Dazu wird vor Jeder Umformstufe eine Vorrichtung entsprechend Fig. 1 angeordnet. Die Vorrichtung besteht aus einem Wärrvtleit· und -erzeugungselement (β), welche wärmeleitend mit der Ziehsteinfassung {3), die den Ziehsteinkern (4) umgibt, verbunden ist. Die Ziehirtelnfassung (3} liegt im Ziehsteinhalter (2V Dazwischen ist eine thermische Isolierschicht (5) angeordnet. Das Wärmleit- und -erzeugungselement (6) ist so ausgebildet, daß ein örtlich begrenzter Raum für das Schmiermittel (8) entsteht. Des weiteren enthält das Wärmeleit- und -erzeugungselement (6) Druckentlastungsöffnungen (9). Gleichfalls im Wärmelelt- und •erzeugungselement (6) befindet sich die elektrische Heizung (7).3. For the production of brass-plated steel wire, a copper layer is applied to a patented unalloyed steel wire with a carbon content of approximately 0.75% at a diameter of 1.2 mm and a zinc layer by means of electroplating. Subsequent diffusion annealing causes the formation of brass in the surface layer. By subsequent cold forming by means of known Naßziehmar; Hinen takes place in 21 forming stages, the completion of brassed steel wire with a final diameter of 0.32 mm. In order to achieve a targeted influence on the phase formation in the brass layer, which is favorable for subsequent shaping and / or adhesive properties of the steel wire in the rubber, the surface of the steel wire should be increased in a defined manner by utilizing the forming heat released during forming immediately before the forming zone , For this purpose, a device according to FIG. 1 is arranged before each forming stage. The device consists of a heat conducting and generating element (β), which is thermally conductively connected to the drawing block {3), which surrounds the drawing core (4). 2V A thermal insulating layer 5 is interposed therebetween, and the heat conducting and generating element 6 is formed so as to provide a space for the lubricant 8 Heat conducting and generating element (6) Pressure relief openings (9) Likewise in the heat melting and • generating element (6) is the electric heater (7).

Der vermeesingte Stahldraht (1) wird im Ziehsteinkern (4) umgeformt. Die im Ziehsteinkern (4) entstehende Umformwärme wird Ober die Ziehsteinfaseung (3) an das Wärmeleit- und -erzeugungselement (6) abgeleitet. Ein weiterer Wärmefluß erfolgt aus dem Ziehsteinkern (4) Ober das Schmiermittel (8) in das Wärmeleit- und -erzeugungselement (6). Dadurch erfolgt eine Temperaturerhöhung in der Oberfläche des Stahldrahtes (1) unmittelbar vor der Umformzone unter Ausnutzung der bei der Umformung entstehend*n Wärme. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Vorrichtung ist der Ziehsteinhalter (2) von der Ziehsteinfassung (3) durch eine thermische Isolierschicht (5) getrennt. Durch Wahl der Umformbedingungen wie insbesondere Umformgrad und Ziehgeschwindigkeit kann die Temperatur in der Oberfläche des Drahtes vor der Umformung eingestellt werden. Mit der im Wärmeleit- und -erzeugungselement (6) angeordneten Heizung (7) kann die Oberflächentemperatur des Drahtes (1) zusätzlich erhöht werden, was sich insbesondere in der Anfahrphase gunstig auswirkt. Die Druckentlastungsöffnungen (9) sichern, daß steh der hydrostatische Druck vor der Umformzone nicht wesentlich erhöht und verhindern damit ein Verstopfen der Vorrichtung.The excess steel wire (1) is formed in the die core (4). The forming heat generated in the die core (4) is discharged to the heat conduction and production element (6) via the drawing stone facer (3). Another heat flow takes place from the die core (4) above the lubricant (8) in the Wärmeleit- and -erzeugungselement (6). As a result, an increase in temperature takes place in the surface of the steel wire (1) immediately before the forming zone, taking advantage of the heat generated during the forming process. To improve the efficiency of the device, the die holder (2) is separated from the die holder (3) by a thermal insulation layer (5). By selecting the forming conditions, in particular the degree of deformation and the drawing speed, the temperature in the surface of the wire can be adjusted before forming. With the in the Wärmeleit- and-generating element (6) arranged heater (7), the surface temperature of the wire (1) can be additionally increased, which has a favorable effect, especially in the start-up phase. The pressure relief openings (9) ensure that the hydrostatic pressure before the forming zone is not significantly increased and thus prevent clogging of the device.

Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Phasenausbildung in der Oberfläche der Messingsschicht durch gezielte Einstellung der Temperatur vor der Umformung unter ökonomischer Ausnutzung der entstehenden Umformwärme beeinflußt werden.With this device according to the invention, the phase formation in the surface of the brass layer can be influenced by targeted adjustment of the temperature before forming under economic utilization of the resulting forming heat.

Claims

1. A device for generating a defined temperature field immediately before forming strangfö rmigar materials, characterized in that it consists of one or more elements, such as flat or curved plates, screens, nets or pipes, in front of the forming without direct contact to be in Longitudinally moving strand-like material arranged geometrically so designed and designed in terms of their heat conduction properties that just before the forming targeted a temperature field using a portion of the heat generated in the deformation amount of heat generated by the elements heat flow contrary to the direction of the strand-like material and is spatially limited and that they represent a control element for controlling the temperature field, depending on the Umformparametern, such as deformation rate, degree of deformation and deformation resistance of the Umformgutes.

2. Device according to claim 1, characterized in that the elements are connected directly thermally conductive with the forming tool.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the arranged in front of the forming zone elements are heated by external heat sources.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the elements for automatic, temperature-dependent control consist of combinations of materials with different thermal conductivities.