DE102006033316A1

DE102006033316A1 - Verfahren zur Herstellung einer Stranggießkokille sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102006033316A1
Application number: DE200610033316
Authority: DE
Inventors: Hans-Günter Dr. Wobker
Original assignee: KME Germany GmbH
Current assignee: KME Special Products GmbH and Co KG
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung einer Stranggießkokille sieht vor, dass in einem ersten Schritt ein Blech aus einem Kupferwerkstoff bereitgestellt wird, welches einen Zuschnitt besitzt, der einer Abwicklung zumindest eines Teils der herzustellenden Stranggießkokille entspricht. Das Blech wesit eine Wandstärke von 30 mm bis 80 mm auf und wird einer Biegeumformung unterworfen, wobei das Blech zu der gewünschten Geometrie unter Beibehaltung seiner Wandstärke umgeformt wird. Dadurch kann die Kokillenplatte mit relativ geringem Aufwand endformnah hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Stranggießkokille sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Kupferplatten für dünnwandige Trichter- und Beam-Blank-Kokillen werden heute aus gewalzten Kupferbrammen oder geschmiedeten Platten herausgefräst. Für Trichterkokillen mit Trichtertiefen von 50 mm bis 70 mm und Wandstärken von 30 mm ergeben sich dabei Mindestdicken für die Walzbramme bzw. das Schmiedestück von über 160 mm. Für Beam-Blank-Einsätze werden Vormaterialdicken von 150 mm bis 400 mm verwendet, um die benötigten Geometrien aus dem Vollen herauszuarbeiten. Aufgrund der großen Brammendicke entsteht dabei ein erheblicher Zerspanungsaufwand. Bereits die Herstellung der Walzbrammen setzt ein Vormaterial (Grammen oder Rundblöcke) in sehr großen Abmessungen voraus. All dies führt zu erheblichen Kosten bei der Herstellung von Kokillenplatten, insbesondere wenn diese besonders dünnwandig ausgeführt sein sollen.
Darüber hinaus hat das Fräsen einer Platte aus einem Vollmaterial den Nachteil, dass der zur Einstellung guter Materialeigenschaften notwendige hohe Umformgrad nicht immer sicher über den gesamten Materialquerschnitt erreicht werden kann, woraus bei der heutigen Fertigungsweise eine unverhältnismäßig hohe Ausschussquote resultiert.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum endformnahen Herstellen von dünnwandigen Kokillen, insbesondere Kokillenplatten, aufzuzeigen, bei welchem der Fertigungs- und Materialaufwand reduziert werden kann und bei welchem die geforderten Materialeigenschaften besser eingestellt werden können. Ferner soll eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufgezeigt werden.
Der verfahrensmäßige Teil wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es wird vorgeschlagen, dass die Stranggießkokille nicht aus dem Vollen gefräst wird, sondern vielmehr durch Biegeumformung eines Blechs hergestellt wird. Dazu wird in einem ersten Schritt ein Blech aus einem geeigneten Kupferwerkstoff bereitgestellt. Das Blech weist einen Zuschnitt auf, der eine weitestgehende Abwicklung zumindest eines Teils einer herzustellenden Stranggießkokille, insbesondere einer Kokillenbreitseitenwand, entspricht. Das Blech weist eine Wandstärke von 30 mm bis 80 mm auf und wird durch eine Biegeumformung zu der gewünschten Geometrie umgeformt, wobei die Wandstärke des Blechs beibehalten wird. Durch diese Vorgehensweise kann der bislang notwendige Materialaufwand zur Herstellung von Kokillen um über 50% reduziert werden. Im Unterschied zum reinen Druck- oder Zugdruckumformungen erfolgt beim Biegen eines Blechs keine Reduzierung der Wandstärke, so dass es zu keiner Schwächung des Blechs kommt. Dadurch können besonders dünne Bleche verwendet werden, durch welche bereits eine ausgesprochen endformnahe Herstellung der Kokillenplatte realisierbar ist.
Das Einformen der gewünschten Geometrie erfolgt vorteilhafterweise zunächst durch freies Biegen und anschließend durch Biegen im Gesenk. Diese beiden Verfahrensschritte werden bei der Umformung des Blechs nacheinander ausgeführt, wobei es bei einer Kokillenbreitseitenwand primär zur Erzeugung des trichterförmigen Erweiterungsbereichs dient bzw. bei einem Beam-Blank-Profil ein mehrfaches Biegen verlangt, um die Beam-Blank-Geometrie zu erhalten. Das Nachdrücken des vorgeformten Blechs in einem Gesenk schließt sich vorzugsweise direkt an das freie Biegen an. Dabei wird die Form des Blechs weitgehend an die Werkzeugkontur, welche die Geometrie der zu erzeugenden Kokille darstellt, angepasst. Insbesondere bei einer Beam-Blank-Kokille sind relativ kleine Biegeradien erforderlich, wobei ein geringfügiges Überbiegen notwendig ist, um ein Rückfedern des Materials auszugleichen und um eine möglichst konturgenaue Endform des Blechs zu erzielen.
Als wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zu erwähnen, dass es bei der Verfahrenskombination des freien Biegens und des anschließenden Biegens im Gesenk bei Kokillenplatten zu einer lokalen Umformung des eingesetzten Blechs im trichterförmigen Erweiterungsbereich und insbesondere in den Übergangszonen des trichterförmigen Erweiterungsbereichs kommt. Für die lokal begrenzte Umformung werden nur relativ geringe Umformkräfte benötigt. Im trichterförmigen Erweiterungsbereich und in den sich daran anschließenden Übergangszonen erfolgt, durch das Biegen eine zusätzlich Kaltumformung, wodurch die Festigkeit des Kupferwerkstoffs in diesen besonders beanspruchten Zonen gesteigert wird. Daraus können wiederum Standzeitvorteile gegenüber aus dem Vollen gefrästen Kokillenplatten resultieren.
Durch die lokal begrenzte Biegeumformung besitzt insbesondere eine Kokillenbreitseitenwand Bereiche, die keiner Biegeumformung unterliegen. Diese Teilbereiche können bereits vor der Biegeumformung spanend oder auch spanlos bearbeitet werden und Konturelemente aufweisen, wie beispielsweise Befestigungsinseln an der späteren Rückseite der Kokillenplatte.
Als Werkstoff für das Blech können sowohl ausscheidungshärtende als auch nicht-ausscheidungshärtende Kupferwerkstoffe zum Einsatz kommen. Bei nicht-ausscheidungshärtenden Kupferwerkstoffen wird vorgeschlagen, die Biegeumformung nach einem Kaltwalzen des Blechs durchzuführen. Alternativ können auch ausschließlich warm umgeformte Ausgangswerkstoffe zum Einsatz kommen.
Bei ausscheidungshärtenden Kupferwerkstoffen wird hingegen vorgeschlagen, die Biegeumformung nach einem Lösungsglühen und anschließendem Kaltwalzen des Blechs durchzuführen. In diesem Zustand weisen die Kupferwerkstoffe eine vergleichsweise niedrige Festigkeit auf bzw. besitzen besonders homogene Eigenschaften. Beide Aspekte stellen günstige Voraussetzung für die endformnahe Biegeumformung des Blechs dar. Alternativ können auch lösungsgeglühte und ausgehärtete Bleche verwendet werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil, der sich aus dem beanspruchten Verfahren ergibt ist, dass der Umformgrad bei der Herstellung der Kokillenplatten bei Anwendung des vorgeschlagenen Ablaufs auf den doppelten Wert ansteigt. Aus der Verdoppelung des Umformgrads bei der Herstellung ergeben sich Vorteile, die sich in einer Reduzierung der Ausschussquote wiederspiegeln. Insbesondere entsteht ein feinkörnigeres Gefüge, welches sich günstig auf das Einsatzverhalten der Kokillenplatten auswirkt.
Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zur endformnahen Herstellung von dünnwandigen Kokillenplatten. Grundsätzlich erfolgt nach der Biegeumformung noch eine Endbearbeitung, die der Kokillenplatte die Endkontur verleiht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft auf einer Vorrichtung durchführbar, welche die Merkmale des Patentanspruchs 8 aufweist. Die Umformung des Blechs erfolgt mittels eines Obergesenks und eines Untergesenks, zwischen welche das Blech eingelegt wird. Das Obergesenk und das Untergesenk besitzen eine aufeinander abgestimmte Geometrie, welche einer zu fertigenden Kokillenbreitseitenwand entspricht. Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass wenigstens eines der Gesenke aus scheibenweise aneinander gereihten Formsegmenten gebildet ist, wobei die Formsegmente mit jeweils einer ihrer Außenflächen die gewünschte Werkzeugkontur bilden. Diese segmentierte Bauweise des Obergesenks und Untergesenks ermöglicht es, dass zur Anpassung der Gesenke an unterschiedliche Geometrien der Kokillenbreitseitenwand nur einzelne Formsegmente, nicht aber das ganze Gesenk ausgetauscht werden müssen. Hierdurch kann die Flexibilität des Verfahrens zur endformnahen Herstellung von dünnwandigen Kokillenplatten erheblich gesteigert werden, wobei gleichzeitig die Werkzeugkosten reduziert werden.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel ist in der Figur dargestellt. Die Figur zeigt die mögliche Geometrie eines Untergesenks 1 zur Herstellung einer Kokillenbreitseitenwand. Deutlich zu erkennen ist die im Wesentlichen ebene Grundfläche des Untergesenks 1, wobei eine konkave Aussparung 2 zur Ausformung des vorgesehenen trichterförmigen Erweiterungsbereichs ausgebildet ist. Das Besondere an diesem Untergesenk 1 ist, dass es aus einzelnen streifenförmigen Formsegmenten 3, 4, 5, 6 zusammengesetzt ist, die nur in der dargestellten Anordnung die gewünschte Werkzeugkontur bilden. Jedes der Formsegmente 3-6 hat eine bestimmte Position innerhalb des Untergesenks 1, damit insbesondere die konkave Ausbauchung in der Werkzeugkontur abgebildet werden kann. Der wesentliche Vorteil eines derart aufgebauten Gesenks ist, dass durch einfachen Austauschs eines Teils der Formsegmente 3-6, insbesondere derjenigen im Bereich der trichterförmigen Erweiterung neue Werkzeugkonturen realisiert werden können, ohne dass das gesamte Gesenk ausgetauscht werden müsste.

1: Untergesenk
2: Aussparung
3: Formsegment
4: Formsegment
5: Formsegment
6: Formsegment

Claims

Stranggießkokillenherstellungsverfahren bei welchem in einem ersten Schritt ein Blech aus eine Kupferwerkstoff bereitgestellt wird, mit einem Zuschnitt, der einer Abwicklung zumindest eines Teils einer herzustellenden Stranggießkokille entspricht, wobei das Blech eine Wandstärke von 30 mm bis 80 mm aufweist und wobei in einem weiteren Schritt eine Biegeumformung des Blechs zu der gewünschten Geometrie unter Beibehaltung der Wandstärke des Blechs erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeumformung zunächst durch freies Biegen und anschließend durch Biegen im Gesenk erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech zu einer Kokillenbreitseitenwand umgeformt wird, weiche einen durch. Biegeumformung ausgestellten, trichterförmigen Erweiterungsbereich aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech in die Form/Kontur der Gießfläche einer Beam-Blank-Kokille gebogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das das Blech einen nicht für eine Biegeumformung vorgesehen Teilbereich aufweist, wobei dieser Teilbereich des Blechs vor der Biegeumformung spanend oder spanlos hergestellte Konturelemente aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech aus einer nicht-auscheidungshärtenden Kupferlegierung besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech aus einer auscheidungshärtenden Kupferlegierung besteht.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem an die Kontur einer Kokillenbreitseitenwand angepassten Obergesenk und einem Untergesenk (1), zur Biegeumformung eines Blechs aus einem Kupferwerkstoff zu einer Kokillenbreitseitenwand, wobei wenigstens eines der Gesenke (1) aus scheibenweise aneinander gereihten Formsegmente (3-6) gebildet ist, wobei die Formsegmente (3-6) mit jeweils einer ihrer Außenflächen die gewünschte Werkzeugkontur bilden.