DE102018116813B3 - METHOD AND DEVICE FOR HOT FORMING METALLIC PREPARED PRODUCTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Warmumformung vorgewärmter länglicher metallischer Vorprodukte, indem ein vorgewärmtes Vorprodukt mehrfach durch mindestens ein Umformwerkzeug geführt und das Vorprodukt anschließend einer Oberflächennacherwärmung zugeführt wird, dergestalt, dass vor oder hinter dem Umformwerkzeug eine Einrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Wärme positioniert wird, das Vorprodukt nach einem ersten Umformvorgang in die Einrichtung, respektive durch die Einrichtung hindurchgeführt wird, die Bewegungsrichtung des Vorprodukts umgekehrt und ein weiterer Umformvorgang mit bedarfsweise anschließender Oberflächennachwärmung in der weiteren Einrichtung herbeigeführt wird.The invention relates to a method for hot working preheated elongated metallic precursors by a preheated precursor repeatedly passed through at least one forming tool and the precursor is then supplied to a surface reheating, such that before or after the forming a means for the controlled generation of heat is positioned Pre-product after a first forming process in the device, respectively, is passed through the device, the direction of movement of the precursor reversed and another forming process with, if necessary, subsequent surface heating in the other device is brought about.
Description
Die Erfindung betritt ein Verfahren zur Warmumformung vorgewärmter länglicher metallischer Vorprodukte.The invention is directed to a process for hot working preheated elongate metallic precursors.
Unter dem Begriff „Warmumformung“ versteht der Fachmann ein zyklisches oder kontinuierliches Verringern der Dicke, respektive des Durchmessers, von Vorprodukten, und zwar so lange, bis selbige eine vorgebbare Enddicke erreicht haben. Hier bieten sich Warmwalzanlagen oder Warmschmiedeeinrichtungen an.By the term "hot working" the skilled person understands a cyclic or continuous reduction of the thickness, respectively the diameter, of precursors until they reach a definable final thickness. Hot rolling plants or hot forging facilities are ideal here.
Allgemein bekannt ist, dass bei Schmiedepressen Blöcke, Knüppel- oder Stangenmaterial in Rund-, Quadrat, respektive Vielecken geschmiedet wird. Hierfür muss das Material in einem separaten Ofen auf eine vorgebbare Temperatur (z.B. 500 - 1300° C) erwärmt werden. Von einem Manipulator wird das vorgewärmte Material übernommen und schrittweise durch die Schmiedepresse geschoben, wobei nach jedem Schritt die Presse zufährt und die Dicke des Durchmessers des Vorprodukts reduziert.It is generally known that in forging presses blocks, billet or bar stock is forged in round, square, or polygons. For this, the material must be heated in a separate oven to a predeterminable temperature (e.g., 500 - 1300 ° C). From a manipulator, the preheated material is taken and pushed gradually through the forging press, with the press moves after each step and reduces the thickness of the diameter of the precursor.
Bei diesem Prozess verliert das Vorprodukt durch Abstrahlung Wärme, welche an die Umgebung und an das Schmiedewerkzeug abgegeben wird. Durch das Schmieden wird zwar Umformungsenergie in Form von Wärme wieder in das Material eingebracht, wobei dennoch Temperaturverluste an der Oberfläche gegeben sind.In this process, the precursor loses heat by radiation, which is released to the environment and the forging tool. Although forging transforming energy in the form of heat is reintroduced into the material, while still causing temperature losses at the surface.
Hierbei entsteht eine Situation, bei der das Vormaterial im Kern wärmer wird als an der Oberfläche. Auch über die Länge des Materials wird keine gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht.This creates a situation in which the starting material is warmer at the core than at the surface. Even over the length of the material no uniform temperature distribution is achieved.
Diese Temperaturinhomogenität führt zu inhomogenen Korngrößen und zu unterschiedlichen Ausscheidungszuständen, wodurch die geforderten Produkteigenschaften nicht mehr erreicht werden. Letztendlich wird das Material im Verlauf des Bearbeitungsvorgangs zu kalt und muss in einem Ofen nachgewärmt werden.This temperature inhomogeneity leads to inhomogeneous particle sizes and to different precipitation states, whereby the required product properties are no longer achieved. Eventually, the material becomes too cold during the machining process and must be reheated in an oven.
Je dünner und länger das Material ist bzw. wird, umso gravierender ist der Einfluss der Oberfläche, über die die Wärme abgeführt wird.The thinner and longer the material is or becomes, the more serious is the influence of the surface over which the heat is dissipated.
Die
Verfahrensgemäß wird in einer Steuerkette, unter Berücksichtigung der Einlauftemperatur, der Durchlaufgeschwindigkeit und der gewünschten Auslauftemperatur des Erwärmungsgutes, ein Sollwert gebildet und mit einem Istwert, der aus der am Induktor liegenden Generatorspannung über einen Übertrager entsteht, in einem Regelkreis verglichen, wobei die Regelabweichung den Arbeitspunkt eines Spannungskonstanthalters so einstellt, dass die vorgegebene Auslauftemperatur konstant gehalten wird.According to the method, in a timing chain, taking into account the inlet temperature, the flow rate and the desired outlet temperature of the material to be heated, a desired value is formed and compared with an actual value resulting from the generator voltage lying on the inductor via a transformer in a control loop, wherein the control deviation the operating point a voltage stabilizer so that the predetermined outlet temperature is kept constant.
Der
Ziel des Erfindungsgegenstandes ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Warmumformung länglicher metallischer Vorprodukte bereitzustellen, mit welchem die vorab aufgezeigten Fertigungsprobleme im Wesentlichen vermeidbar sind.The aim of the subject invention is to provide a method and apparatus for hot working elongated metallic precursors, with which the above-identified manufacturing problems are substantially avoidable.
Insbesondere soll ein gleichmäßiges Gefüge über den gesamten Querschnitt und die Länge des metallischen Vorprodukts durch Temperaturvergleichmäßigung herbeigeführt werden.In particular, a uniform structure over the entire cross section and the length of the metallic precursor should be brought about by temperature uniformity.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Warmumformung vorgewärmter länglicher metallischer Vorprodukte, indem ein vorgewärmtes Vorprodukt mehrfach durch mindestens ein Umformwerkzeug geführt und das Vorprodukt anschließend einer Oberflächennachwärmung zugeführt wird, dergestalt, dass vor oder hinter dem Umformwerkzeug eine Einrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Wärme positioniert wird, das Vorprodukt nach einem ersten Umformvorgang in die Einrichtung, respektive durch die Einrichtung hindurchgeführt wird, die Bewegungsrichtung des Vorprodukts umgekehrt und ein weiterer Umformvorgang mit bedarfsweise anschließender Oberflächennachwärmung in einer weiteren Einrichtung herbeigeführt wird.This object is achieved by a method for hot working preheated elongated metallic precursors by a preheated precursor repeatedly passed through at least one forming tool and the precursor is then supplied to a surface reheating, such that before or after the forming a means for the controlled generation of heat is positioned , the precursor is passed after a first forming process in the device, respectively by the device, the direction of movement of the precursor vice versa and another forming process with, if necessary, subsequent surface heating in a further device is brought about.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen. Advantageous developments of the method according to the invention can be found in the associated subclaims.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zur Warmumformung vorgewärmter länglicher metallischer Vorprodukte, bestehend aus mindestens einem Umformwerkzeug, Manipulatoren zur Handhabung und Führung der Vorprodukte sowie mindestens einer, in Durchlaufrichtung der Vorprodukte gesehen, neben dem Umformwerkzeug positionierten Einrichtung zur kontrollierten Erzeugung von Wärme, wobei die Vorprodukte mehrfach alternierend in, respektive durch das Umformwerkzeug sowie die jeweilige Einrichtung führbar sind.The object is also achieved by a device for hot working preheated elongated metallic precursors, consisting of at least one forming tool, manipulators for handling and guiding the precursors and at least one, seen in the direction of passage of the precursors, positioned next to the forming tool for the controlled generation of heat, said the precursors are repeatedly alternating in, respectively, by the forming tool and the respective device are feasible.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den zugehörigen gegenständlichen Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous developments of the device according to the invention can be found in the associated subject subclaims.
Vorteilhafterweise werden die vorgewärmten Vorprodukte so lange reversierend in, respektive durch das jeweilige Umformwerkzeug sowie die jeweilige Einrichtung geführt, bis das Vorprodukt an Enddicke gebracht ist.Advantageously, the preheated precursors are so long reversing in, respectively guided by the respective forming tool and the respective device until the precursor is brought to final thickness.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, kann das erfindungsgemäße Verfahren optimal in einem, durch ein Schmiedewerkzeug gebildeten Umformwerkzeug realisiert werden.According to a further aspect of the invention, the method according to the invention can be optimally realized in a forming tool formed by a forging tool.
Unter dem Begriff des Schmiedens versteht der Fachmann eine Druckumformung von Metallen oder Legierungen zwischen zwei Werkzeugen unter örtlicher Änderung ihrer Querschnittsform. Im Detail unterschieden wird hierbei das
Vorschmieden
Fertigschmieden.The term forging is understood by those skilled in the art to mean pressure forming of metals or alloys between two tools to locally change their cross-sectional shape. In detail, this is the distinction
Vorschmieden
Finish forging.
Durch Vorschmieden wird das zum Einsatz gelangende Vormaterial in eine dem späteren Halbzeug oder Werkstück möglichst angenäherte, wenn auch rohe Form gebracht.By Vorschmieden the starting material used is brought into a semi-finished product or workpiece as approximate as possible, albeit raw form.
Beim Fertigschmieden werden in der Regel vorgeschmiedete Vormaterialien, bspw. durch einen Abschlussvorgang so bearbeitet, dass die gewünschten Gefügeparameter eingestellt werden.In the case of ready forging, as a rule pre-forged materials, for example, are processed by a finishing process in such a way that the desired microstructural parameters are set.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt bevorzugt bei metallischen Werkstoffen, vor allem bei Werkstoffen mit Aushärtemechanismen, insbesondere bei Werkstoffen mit Aushärtemechanismen im Temperaturbereich von 350 bis 1100°C, zum Einsatz.The inventive method is preferably used in metallic materials, especially in materials with curing mechanisms, especially for materials with curing mechanisms in the temperature range of 350 to 1100 ° C, are used.
Das Verfahren kann vorteilhafterweise für Werkstoffe mit kleinem Temperaturfenster für die Warmformgebung von ΔT < 400°C, insbesondere < 200°C, respektive < 100°C, verwendet werden.The method can advantageously be used for materials with a small temperature window for the hot forming of ΔT <400 ° C, in particular <200 ° C, respectively <100 ° C.
Einrichtungen zur kontrollierten Erzeugung von Oberflächenwärme können beispielsweise durch Heizstrahler oder dergleichen gebildet werden.Devices for the controlled generation of surface heat can be formed for example by radiant heaters or the like.
Es bietet sich jedoch hier an, dass die jeweilige Einrichtung vorteilhafterweise durch einen Induktionsofen, beispielsweise in Halbschalenausführung, gebildet wird. Geschlossene Induktionsöfen sind jedoch ebenfalls denkbar.However, it makes sense here that the respective device advantageously by an induction furnace, for example in half-shell design, is formed. However, closed induction furnaces are also conceivable.
Metallische Vorprodukte werden aus unterschiedlichen metallischen Legierungen für unterschiedliche Einsatzfälle erzeugt. Hier ist vielfach das Problem gegeben, dass bestimmte Legierungen sich entweder gar nicht oder nur sehr aufwändig warmumformen, insbesondere warmschmieden, lassen.Metallic precursors are produced from different metallic alloys for different applications. Here is often the problem that certain alloys either not or only very expensive hot forming, in particular warm forging, let.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll bevorzugt für metallische Vorprodukte aus Stangenmaterial angewendet werden. Hier werden zunächst alle bekannten Legierungen (z.B. Kupfer, Aluminium, Titan, Stahl oder dergleichen) angesprochen.The process of the invention should preferably be used for metallic precursors made of rod material. Here, all known alloys (e.g., copper, aluminum, titanium, steel, or the like) are first addressed.
Vorzugsweise kommen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren metallische Vorprodukte in Form von Knüppeln, Blöcken oder Stangen aus Ni-Legierungen zum Einsatz, wobei ein Ni-Gehalt oberhalb von 25 Gew.-%, insbesondere oberhalb von 30 Gew.-% gegeben sein soll.In the process according to the invention, metallic precursors in the form of billets, blocks or bars of Ni alloys are preferably used, with a Ni content above 25 wt.%, In particular above 30 wt.%, Being present.
Alternativ können die vorstehenden Vormaterialien auch aus Co-Legierungen mit Co-Gehalten oberhalb von 25 Gew.-%, insbesondere oberhalb von 30 Gew.-%, bestehen.Alternatively, the above materials may also consist of Co alloys with Co contents above 25% by weight, especially above 30% by weight.
Von Vorteil kann sein, wenn den Ni- oder Co-Legierungen mindestens eines der Legierungselemente Mo, Nb, Ti, C, N, Al, W oder Cr zugesetzt wird. It can be advantageous if at least one of the alloying elements Mo, Nb, Ti, C, N, Al, W or Cr is added to the Ni or Co alloys.
Speziell soll das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auf Nickellegierungen, wie zum Beispiel
- - Waspaloy
- - Alloy 80A
- - Alloy 718
- - Alloy 780
- - Waspaloy
- - Alloy 80A
- - Alloy 718
- - Alloy 780
Weitere Ni- oder Co-Legierungen sind der Anlage zu entnehmen.Further Ni or Co alloys can be found in the annex.
Soll ein Induktionsofen als Einrichtung zur kontrollierten Wärmeerzeugung zum Einsatz gelangen, bietet sich hier an, bei den vorab angesprochenen Legierungen auf Halbschaleninduktionsöfen zurückzugreifen.If an induction furnace is to be used as a device for controlled heat generation, it makes sense here to resort to half-shell induction furnaces in the alloys mentioned above.
Bei derartigen Einrichtungen kann die Temperaturmessung/-regelung der jeweiligen Einrichtung z.B. außerhalb der jeweiligen Einrichtung erfolgen.In such devices, the temperature measurement / control of the respective device may be e.g. outside the respective institution.
Bei der so genannten Induktionsofenschmiedung wird das vorgewärmte und (teil-)umgeformte Vorprodukt in mindestens einen offenen Ofen (Induktionsofen) hineingeschmiedet. Hierbei wird das Vorprodukt beim Eintauchen in den Ofen ausschließlich an der Oberfläche nachgewärmt. Da dieses bei jedem Schmiedestich erfolgt, ist nur eine sehr geringe Nachwärmung erforderlich und auch nur oberflächennah. Hierfür ist die induktive Erwärmung prädestiniert.In so-called induction furnace forging, the preheated and (partially) formed precursor is forged into at least one open furnace (induction furnace). Here, the precursor is reheated on immersion in the oven exclusively on the surface. Since this is done at each forging, only a very small reheating is required and only near the surface. Induction heating is predestined for this purpose.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, respektive der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sind folgende Vorteile verbunden:
- - direkte Materialnachwärmung (keine Ofenraumnachwärmung),
- - höhere Prozessstabilität (Fertigungssicherheit),
- - höheres Materialausbringen durch mehr nutzbares Gefüge (geringeres Abschälen),
- - homogenes Gefüge über den gesamten Querschnitt und Länge,
- - Reduzierung der Anzahl von Rücklagen (mehr Ofenkapazität),
- - Reduzierung des Schmiedeaufwandes,
- - geringerer Energieverbrauch durch Materialdirektnachwärmung,
- - geringerer Temperaturverlust über die Länge des Vorproduktes,
- - Verkürzung der Gesamtschmiede- und Nachwärmzeit.
- direct material reheating (no furnace room reheating),
- - higher process stability (manufacturing reliability),
- higher material output due to more usable structure (less peeling),
- homogeneous structure over the entire cross-section and length,
- - reduction of the number of reserves (more furnace capacity),
- - reduction of forging costs,
- - lower energy consumption due to direct material reheating,
- lower temperature loss over the length of the precursor,
- - Shortening of the total forging and reheating time.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
-
1 Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Induktionsofenschmiedung; -
2 Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen alternativen Induktionsofenschmiedung; -
3 Prinzipskizze eines geschlossenen Induktionsofens. -
4 Prinzipskizze eines Halbschaleninduktionsofens;
-
1 Schematic diagram of an induction furnace forging according to the invention; -
2 Schematic diagram of an alternative induction furnace forging according to the invention; -
3 Schematic diagram of a closed induction furnace. -
4 Schematic diagram of a half-shell induction furnace;
Hierdurch wird ein gleichmäßiges Temperaturprofil über den gesamten Querschnitt und die gesamte Länge des Vormaterials
Lediglich angedeutet ist ein so genannter Vorwärmofen
Im vorliegenden Beispiel (Alloy
Auf dem Weg vom Vorwärmeofen
Durch die gleichmäßige Temperatur ist es möglich, ein Halbzeug oder ein Werkstück mit geringer Änderung der Korngröße über den Querschnitt und Länge zu fertigen, das weniger als
Alternativ zu einer Schmiedepresse kann auch mindestens eine Warmwalzanlage mit vor- und nachgeschalteten Induktionsöfen zum Einsatz gelangen.As an alternative to a forging press, at least one hot rolling mill with upstream and downstream induction furnaces can also be used.
Wie bereits vorab dargelegt, gibt es verschiedene Legierungen für Vorprodukte
Einige dieser Legierungen sind in Tabelle 1 (Anlage) in allgemeiner Form aufgelistet:Some of these alloys are listed in Table 1 (Appendix) in general form:
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Umformwerkzeugforming tool
- 22
- Vorproduktprecursor
- 33
- EinrichtungFacility
- 44
- Manipulatormanipulator
- 55
- Oberflächesurface
- 66
- Vorwärmeofenpreheating
- 77
- Oberwerkzeugupper tool
- 88th
- Unterwerkzeuglower tool
- 99
- SpuleKitchen sink
- 1010
- Halbschalehalf shell
- 1111
- Spulenelementcoil element
Tabelle 1
Claims (16)
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