DE102013213251B4

DE102013213251B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von zunderbehaftetemUmformgut mit einem Schmierstoff

Info

Publication number: DE102013213251B4
Application number: DE102013213251.4A
Authority: DE
Inventors: Harri Weinhold
Original assignee: Ecoform Umformtechnik GmbH
Current assignee: Ecoform Umformtechnik GmbH
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2033-07-06
Also published as: US20160303628A1; WO2015000951A2; DE102013213251A1; RU2016103741A; RU2667190C2; WO2015000951A3; EP3016755A2; EP3016755B1; CN105431239A; CN105431239B

Abstract

Verfahren zum Beschichten von zunderbehaftetem metallischem strangförmigem Umformgut mit einem Schmierstoff für die Umformung in einem nachgeordneten Ziehprozess, indem das zunderbehaftete Umformgut vor dem nachgeordneten Ziehprozess mit einem Festschmierstoff umhüllt und mit einem Umformgrad ε von > 3% umgeformt und danach durch mindestens eine Staukammer zur Vermischung der infolge der Umformung aus der Zunderschicht entstandenen Zunderteilchen mit dem auf dem Umformgut nach dieser Umformung vorhandenen Schmierstoff gezogen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie und betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von zunderbehaftetem metallischem strangförmigem Umformgut mit einem Schmierstoff für die Umformung in einem nachgeordneten Ziehprozess.
Bei der Umformung von zunderbehaftetem metallischem strangförmigem Umformgut spielt der vorherige Reinigungsvorgang des üblicherweise als Walzdraht bezeichneten Umformgutes eine bedeutende Rolle. Es ist allgemein bekannt, dass Walzdraht mit Oxid-, Hydroxid- und Zunderschichten oder ähnlichem bedeckt ist. Diese, vor allem vom Warmumformprozess herrührenden Oberflächenschichten müssen vor dem Ziehen sorgfältig entfernt werden, da ihr Vorhandensein nicht nur einen wesentlich höheren Verschleiß der Ziehwerkzeuge und eine bedeutende Reduzierung der möglichen Ziehgeschwindigkeit bewirken, sondern auch eine starke Qualitätsverminderung des zu ziehenden Drahtes nach sich ziehen. In vielen Fällen ist ein Umformprozess unter solchen Bedingungen auch gar nicht möglich.
Für die Entfernung derartiger Oberflächenschichten ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, die sich im Wesentlichen in zwei Gruppen einteilen lassen, und zwar den chemischen und den mechanischen Reinigungsverfahren.
Bei der Gruppe der chemischen Reinigungsverfahren wird im Kern ein Nassbeizen des Drahtes durchgeführt, wobei jedoch eine Reihe zusätzlicher Operationen erforderlich ist, wie beispielsweise Neutralisieren, Spülen, Trocknen usw. Derartige Verfahrensschritte und die dazugehörigen Einrichtungen sind sehr kostenaufwändig. Darüber hinaus belasten die dafür erforderlichen Medien, wie Säuren und Laugen, in nicht unbeträchtlichem Maße die Umwelt.
Die mechanischen Reinigungsverfahren lassen sich beim Drahtziehen üblicherweise in drei in Ziehrichtung aufeinander folgende Reinigungsbereiche unterteilen.
Im ersten Reinigungsbereich wird der Walzdraht durch eine gewundene Strecke von jeweils zwei im Winkel von 90° versetzten Walzenanordnungen zwangsgeführt, wodurch der Draht sowohl wechselseitig als auch in zwei um 90° gedrehten Ebenen gebogen wird und somit die spröden Zunderschichten mehr oder weniger von der Metalloberfläche abplatzen. Danach ist in jedem Falle ein zweiter Reinigungsbereich erforderlich, nämlich das Bürsten mit Drahtbürstensystemen. Abschließend wird der Walzdraht in einem dritten Reinigungsbereich zur Entfernung der noch anhaftenden Oxidstaubrückstände mit Druckluftstrahlen oder Hochdruck-Wasserstrahl-Beaufschlagung behandelt.
Nachteilig bei den mechanischen Reinigungsverfahren sind der sehr große technologische Aufwand und der Umstand, dass infolge der mechanischen Beanspruchung des Umformgutes eine Schädigung der Oberfläche und des Gefüges sowie eine Versprödung des Umformgutes eintreten.
Bekannt ist auch ein Verfahren bei dem zum Entfernen von Zunder- und Rostschichten das behaftete Umformgut zunächst in einer Schmierstoffkammer mit einer geschlossenen Schicht eines Schmierstoffs umhüllt und einer querschnittsvermindernden Umformung unterworfen wird ( DE 10 2004 015 975 B3 ). Diese Umformung führt dazu, dass sich die Zunderschicht vom Umformgut ablöst und in kleine Schichtteile zerbricht, welche von der Schmierstoffumhüllung aufgenommen werden. Das so behandelte Umformgut wird unmittelbar nach dem Austritt aus der Schmierstoffkammer mit rotierenden Plastbürsten sowie mit einem Druckluftgebläse einer Feinreinigung unterworfen. Danach liegt ein völlig von Zunder gereinigter Draht zur Weiterverarbeitung in einem nachgeordneten Ziehprozess vor.
Beispielsweise ist in der DE 1 018 829 eine Vorrichtung für einen derartigen nachgeordneten Draht-Ziehprozess dargestellt. Die Vorrichtung enthält innerhalb eines Gehäuses einen Ziehwerkzeugeinsatz und davor eine sogenannte Verdichtungsdüse und ein Druckrohr. Mittels der sogenannten Verdichtungsdüse und dem Druckrohr soll eine bekannte pulverförmige Seife als Schmiermittel zu einer homogenen Masse verfestigt bzw. verdichtet und auf den Draht gepresst werden. Dabei soll auf Grund der dort zwischen dem Draht und der Seife bestehenden Relativbewegung bzw. der dadurch bedingten Erwärmung die von dem Draht in das Druckrohr mitgekommene Seife in einen annähernd flüssigen bzw. plastischen Zustand überführt werden. Bei Anwendung dieser Vorrichtung durchläuft der Draht vor der Vorrichtung eine lose Schmiermittel-Pulverschüttung. Aus dieser Schüttung wird das Schmiermittel selbsttätig mit dem umzuformenden Draht über die sogenannte Verdichtungsdüse und dem Druckrohr dem Ziehwerkzeug zugeführt. Die auf diese Weise der Vorrichtung zugeführte Schmiermittelmenge unterliegt einer ganzen Reihe von Unwägbarkeiten, die sich u. a. begründen auf die sich während des Ziehprozesses ständig verändernde Struktur des Schmiermittelpulvers, die Abhängigkeit von der Drahtoberfläche, die Ziehgeschwindigkeit und die auftretende Tunnelbildung in der Schmiermittelschüttung. Deshalb ist es mit einer derartigen Konstellation nicht möglich, von Anfang an und zu jedem Zeitpunkt des Ziehprozesses den erforderlichen stabilen Schmiermitteldruck unmittelbar vor dem Ziehwerkzeug aufzubauen und einen störungsfreien Ziehprozess durchzuführen. Keinesfalls ist es mit dieser Vorrichtung möglich, zunderbehafteten Draht mit einem stabilen Schmiermittelfilm zu beschichten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit denen das Beschichten von zunderbehaftetem metallischem strangförmigem Umformgut mit einem Festschmierstoff für die Umformung in einem nachgeordneten Ziehprozess unter Vermeidung des Entfernens von auf metallischem Umformgut vorhandenen Zunderschichten oder Feststoffschichten, die Zunder enthalten, möglich ist. Gleichzeitig sollen die Voraussetzungen für eine wesentliche Verbesserung der Stabilität des nachgeordneten Ziehprozesses und der Qualität der hergestellten Produkte geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüche 1 und 7 aufgezeigten Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Unteransprüchen enthalten.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das zunderbehaftete Umformgut vor dem nachgeordneten Ziehprozess mit einem Festschmierstoff umhüllt und mit einem Umformgrad ε von > 3% umgeformt und danach durch mindestens eine Staukammer zur Vermischung der infolge der Umformung aus der Zunderschicht entstandenen Zunderteilchen mit dem auf dem Umformgut nach dieser Umformung vorhandenen Schmierstoff gezogen.
Zur Umhüllung mit dem Festschmierstoff und zur Umformung mit einem Umformgrad ε von > 3% wird das Umformgut in vorteilhafter Weise durch eine schmiermittelgefüllte Kammer gezogen, in der der Festschierstoff unter Druck gesetzt wird. Bei der Umformung wird infolge der am Umformgut stattfindenden Oberflächenvergrößerung die spröde Zunderschicht von der Umformgutoberfläche gelöst und in kleine Zunderteilchen zerbrochen.
Bei der Bemessung des Umformgrades ist unter Berücksichtigung unterschiedlicher Werkstoffqualitäten der Betrag des Umformgrades ε so hoch zu wählen, dass er ausreicht, um ein vollständiges Loslösen der Zunderschicht von der metallischen Matrix der Oberfläche des Umformgutes infolge der Oberflächenvergrößerung zu bewirken. Jedoch darf der Umformgrad ε nicht zu hoch gewählt werden, um die auf diese Art und Weise losgelöste Zunderschicht unvorteilhaft wieder an die Oberfläche des Umformgutes zu pressen.
Zur Vermischung der entstandenen Zunderteilchen mit dem auf dem Umformgut vorhandenen Schmierstoff wird das Umformgut anschließend durch eine Staukammer mit in Durchzugsrichtung zylindrisch oder konisch verlaufendem Innendurchmesser gezogen.
Das Umformgut weist beim Austritt aus der Staukammer eine Beschichtung auf, die nicht entfernt werden muss, sondern vielmehr als hochleistungsfähiger Schmierstofffilm für einen nachgeordneten Ziehprozess verwendbar ist. Dieser Schmierstofffilm besteht aus dem in der Druckkammer eingesetzten Festschmierstoff und darin eingebetteten Zunderteilchen. Die Zunderstaubteilchen verbessern in überraschender Weise ganz entscheidend die Druck- und Temperaturstabilität des Schmierstofffilms und schaffen die Voraussetzungen für eine wesentliche Verbesserung der Stabilität des nachgeordneten Ziehprozesses und der Qualität der hergestellten Produkte.
Erfindungsgemäß wird der in der Staukammer im Schmierstoff-Zunderteilchen-Gemisch herrschende Druck reguliert.
Zweckmäßigerweise wird eine Staukammer mit einer am Auslauf vorhandenen, die Dicke des auf dem auslaufenden Umformgut gewünschten Schmierstoff-Zunderteilchen-Films bestimmenden Öffnung verwendet. Für die Bestimmung der Dicke des auf dem auslaufenden Umformgut gewünschten Schmierstoff-Zunderteilchen-Films kann auch ein Ziehstein verwendet werden.
Zur Durchführung des Verfahrens beinhaltet die Erfindung eine an einer Ziehmaschine angeordnete Vorrichtung, enthaltend eine Einrichtung zur Umhüllung eines zunderbehafteten Umformgutes mit einem Festschmierstoff unter Druckeinwirkung und einen oder mehrere nachgeordneten Ziehsteine für eine Umformung des umhüllten Umformgutes mit einem Umformgrad ε von > 3% sowie eine nachgeordnete Staukammer zur Vermischung der infolge der Umformung aus der Zunderschicht entstandenen Zunderteilchen mit dem auf dem Umformgut nach dieser Umformung vorhandenen Schmierstoff.
Die Einrichtung zur Umhüllung des zunderbehafteten Umformgutes mit einem Festschmierstoff und zur Umformung mit einem Umformgrad ε von > 3% ist erfindungsgemäß eine schmiermittelgefüllte Druckkammer.
Die Staukammer zur Vermischung der infolge der Umformung aus der Zunderschicht entstandenen Zunderteilchen mit dem auf dem Umformgut nach der Umformung vorhandenen Schmierstoff weist erfindungsgemäß einen in Durchzugsrichtung zylindrisch oder konisch verlaufendem Innendurchmesser auf, wobei der Innendurchmesser der zylindrisch verlaufenden Staukammer > 0,02 mm größer bemessen ist, als der Durchmesser des Umformgutes.
Die Staukammer weist an ihrem Ende eine die Dicke des auf dem auslaufenden Umformgut gewünschten Schmierstoff-Zunderteilchen-Films bestimmende Öffnung auf. Diese Öffnung kann zweckmäßigerweise durch einen Ziehstein mit entsprechenden Abmessungen realisiert sein.
Erfindungsgemäß kann an der Staukammer eine Einrichtung zur Regulierung des in der Staukammer herrschenden Schmierstoffdrucks angeordnet sein.
Die Erfindung beinhaltet in ihrem Kern eine Kombination technischer Maßnahmen zur Reinigungsvorbehandlung von zunderbehaftetem Umformgut mit technischen Maßnahmen zur Beschichtung von derartigem Umformgut für eine nachgeordnete Umformung. Mit der Kombination werden vorteilhafte synergetische Effekte erreicht, indem bei zunderbehaftetem Umformgut völlig auf einen separaten Reinigungsprozess zum Entfernen des Zunders verzichtet werden kann und gleichzeitig eine Schmierstoffbeschichtung erzielt wird, die infolge ihrer hohen Druck- und Temperaturbeständigkeit besonders leistungsfähige Umformprozesse ermöglicht.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
Die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung zum Beschichten eines zunderbehafteten Umformgutes 1 enthält eine (nur teilweise dargestellte) Druckkammer 2, welche mit einem Festschmierstoff 3 gefüllt ist, der unter einem Druck P steht. Die Vorrichtung ist an einer in der Zeichnung nicht dargestellten Ziehmaschine vor den der Umformung dienenden Ziehstufen angeordnet. Das Umformgut 1 wird in der Ziehrichtung Z durch die Vorrichtung gezogen. Am Ausgang der Druckkammer 2 ist ein Ziehstein 4 angeordnet, mit das Umformgut 1 mit einem Umformgrad ε = 5% umgeformt wird. Dabei wird der auf dem Umformgut 1 befindliche Zunderbelag 5 in kleine Zunderteilchen zerkleinert und von der metallischen Matrix des Umformgutes gelöst. Die Zunderteilchen werden zusammen mit dem Schmierstoff auf dem Umformgut 1 zusammen in das nachfolgend angeordnete Staukammerelement 6 transportiert, das einen zylindrisch verlaufenden Durchzugskanal 7 aufweist, dessen Innendurchmesser 0,04 mm größer ist, als der Innendurchmesser des Umformgutes. Im Durchzugskanal 7 des Staukammerelementes 6 kommt es zu einer intensiven Vermischung der Zunderteilchen mit dem Schmierstoff.
Am Ausgang des Durchzugskanals 7 ist noch ein Ziehstein 8 angeordnet, der mit seiner Austrittsöffnung zur Festlegung der Beschichtungsdicke des Schmierstoff-Zunderteilchen-Films auf dem Umformgut 1 dient.
Das Umformgut 1 weist beim seinem Austritt aus dem Ziehstein 8 eine Beschichtung 9 auf, die nicht entfernt werden muss, sondern vielmehr als hochleistungsfähiger Schmierstofffilm für einen nachgeordneten Ziehprozess verwendbar ist. Dieser Schmierstofffilm besteht aus dem in der Druckkammer eingesetzten Festschmierstoff und darin eingebetteten Zunderteilchen. Die Zunderteilchen verbessern in überraschender Weise ganz entscheidend die Druck- und Temperaturstabilität des Schmierstofffilms und schaffen die Voraussetzungen für eine wesentliche Verbesserung der Stabilität des nachgeordneten Umformprozesses und der Qualität der hergestellten Produkte.

Claims

Verfahren zum Beschichten von zunderbehaftetem metallischem strangförmigem Umformgut mit einem Schmierstoff für die Umformung in einem nachgeordneten Ziehprozess, indem das zunderbehaftete Umformgut vor dem nachgeordneten Ziehprozess mit einem Festschmierstoff umhüllt und mit einem Umformgrad ε von > 3% umgeformt und danach durch mindestens eine Staukammer zur Vermischung der infolge der Umformung aus der Zunderschicht entstandenen Zunderteilchen mit dem auf dem Umformgut nach dieser Umformung vorhandenen Schmierstoff gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zunderbehaftete Umformgut zur Umhüllung mit dem Festschmierstoff und zur Umformung mit einem Umformgrad ε von > 3% durch eine schmiermittelgefüllte Druckkammer gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformgut zur Vermischung der infolge der Umformung aus der Zunderschicht entstandenen Zunderteilchen mit dem auf dem Umformgut vorhandenen Schmierstoff durch eine Staukammer mit in Durchzugsrichtung zylindrisch oder konisch verlaufendem Innendurchmesser gezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Staukammer mit einer am Auslauf vorhandenen, die Dicke des auf dem auslaufenden Umformgut gewünschten Schmierstoff-Zunderteilchen-Films bestimmenden Öffnung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Staukammer mit einem am Auslauf vorhandenen, die Dicke des auf dem auslaufenden Umformgut gewünschten Schmierstoff-Zunderteilchen-Films bestimmenden Ziehstein verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Staukammer im Schmierstoff-Zunderteilchen-Gemisch herrschende Druck reguliert wird.
Vorrichtung zum Beschichten von zunderbehaftetem metallischem strangförmigem Umformgut mit einem Schmierstoff für die Umformung in einem nachgeordneten Ziehprozess, enthaltend an einer Ziehmaschine eine Einrichtung zur Umhüllung eines zunderbehafteten Umformgutes mit einem Festschmierstoff unter Druckeinwirkung und einen oder mehrere nachgeordnete Ziehsteine für eine Umformung des umhüllten Umformgutes mit einem Umformgrad ε von > 3% sowie eine nachgeordnete Staukammer zur Vermischung der infolge der Umformung aus der Zunderschicht entstandenen Zunderteilchen mit dem auf dem Umformgut nach dieser Umformung vorhandenen Schmierstoff.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Umhüllung des zunderbehafteten Umformgutes mit einem Festschmierstoff und zur Umformung mit einem Umformgrad ε von > 3% eine schmiermittegefüllte Druckkammer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Staukammer zur Vermischung der infolge der Umformung aus der Zunderschicht entstandenen Zunderteilchen mit dem auf dem Umformgut nach der Umformung vorhandenen Schmierstoff einen in Durchzugsrichtung zylindrisch oder konisch verlaufendem Innendurchmesser aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der zylindrisch verlaufenden Staukammer > 0,02 mm größer bemessen ist, als der Durchmesser des Umformgutes.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Staukammer an ihrem Ende eine die Dicke des auf dem auslaufenden Umformgut gewünschten Schmierstoff-Zunderteilchen-Films bestimmende Öffnung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Staukammer an Ende einen die Dicke des auf dem auslaufenden Umformgut gewünschten Schmierstoff-Zunderteilchen-Films bestimmenden Ziehstein aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Staukammer eine Einrichtung zur Regulierung des in der Staukammer herrschenden Schmierstoffdrucks angeordnet ist.