DE1533023A1

DE1533023A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schmiedemetallbarren

Info

Publication number: DE1533023A1
Application number: DE19661533023
Authority: DE
Inventors: O'brien Paul Rowan
Original assignee: Reynolds Metals Co
Current assignee: Reynolds Metals Co
Priority date: 1965-06-15
Filing date: 1966-06-15
Publication date: 1970-01-15
Also published as: US3364559A; GB1156691A

Description

PATENTANWÄLTE 8902 augsburg-goggingen. den 10. Juni 1966

v. Eidiendorff-Straße 10 DR. ING. E. LIEBAU UnserZeichen Dr.Lb/R Az 1a U 6299

DiPL ing. G. LIE B A U ^{(Bei Rudtontwort bitte Qn9eben)}

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Reynolds Metals Company, 6601, West Broad Street, Henrico County, Richmond Post Office, Virginia/USA

"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Schmiedemetallbarren¹·

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Schmiedemetallbarren, d.h. von Metallstücken, die dicker als Blech und im Verhältnis zu ihrer Breite oder Dicke lang sind, wie z.B. Quadratbarren oder Knüppel und Rundstangen.

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Bei verschiedenen herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Metallbarren werden zunächst verhältnismäßig große Gußblöcke oder -knüppel aus der Metallschmelze hergestellt und dann auf geeignete Weise (z.B. durch Walzen oder Strangpressen) bearbeitet und verfornit, u^rn ihre physikalischen Eigenschaften zu verbessern, worauf sie gedehnt und zum Erhalt der gewünschten Form behandelt werden. Die Herstellung großer Gußknüppel durch intermittierendes Formgiessen ist jedoch gewöhnlich zwangsläufig langsam und führt häufig zum Erhalt unbrauchbarer Barren. Sogar bei den kontinuierlichen Gußverfahren muß man besonders sorgfältig vorgehen, um die infolge von Spalt- oder RißbiLdung, Absonderung, Schj&m/izung, Kaltschließung, grober Körnung und dgl. entstehenden Gußfehler zu vermeiden. Darüber hinaus erfordert die Herstellung verhältnismäßig großer Barren nach dem Stranggußverfahren umfangreiche und kostspielige Anlagen, wobei diese Verfahrensweise aus praktischen Gründen gewohnlich nur "halbkontinuierlich" ist, da das Gußstück periodisch abgeschnitten und für die nachfolgenden Arbeitsgänge entfernt werden muß. Das Walzen der Barren ist normalerweise ein nichtkontinuierlicher Vorgang und erfordert solide und teuere Einrichtungen wie z.B. Brechwerke zum Warmwalzen der Barren zum Erhalt von Brammen. Außerdem ist die Wiedererwärmung der Blöcke auf Valztemperaturen zeitraubend und kostspielig, wobei

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das nachfolgende Kaltwalzen auch periodische Enthärtung des Metalls erfordert. Die Gußblöcke können selbstverständlich durch Strangpressen statt durch Walzen hergestellt werden; das Strangpressen ist jedoch ein langsamer Vorgang und gestattet nur eine beschränkte Bearbeitung des Werkstückes und führt darüber hinaus häufig zum Erhalt ungleichmäßiger Werkstücke und erfordert komplizierte und teuere Anlagen, wobei die Arbeitsweise in Bezug auf viele Metalle nicht mehr kontinuierlich ist.

Es sind ferner andere Verfahren wie z.B. die "Properzi"-Verfahren bekannt, nach welchen Barren mit verhältnismäßig kleinem Querschnitt kontinuierlich aus der Metallschmelze hergestellt und in demselben kontinuierlichen Arbeitsgang zum Erhalt von Barren gewalzt oder gezogen werden. Bei diesem Verfahren findet jedoch häufig eine unannehmbare Segregation statt, so daß ihre praktische Verwendbarkeit nur auf gewisse Legierungen beschränkt ist. Darüber hinaus sind diese Verfahren sehr langsam. Außerdem sind die physikalischen Eigenschaften der nach diesen Verfahren hergestellten Barren beschränkt, da die mit dem Brechen eines verhältnismäßig großen Gußknüppels verbundene Vorarbeit entfällt. Daher kann häufig das Produkt —- wenn hohe elektrische Leitfähigkeit gewünscht wird — nicht entspannt werden (um die Gitterspannungen herabzusetzen und folglich die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen), ohne daß die physikalischen Eigenschaften

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wieder auf unannehmbare Werte herabgesetzt werden.

Andererseits sind gewisse Verfahren zur Konsolidierung von Metallteilchon zum Erhalt von Schmiedemetallband oder -blechmaterial — z.B. durch Walzen der Metallteilchen — bekannt, die eine Minimalgröße übersteigen. Solche Verfahren sind jedoch nicht immer zum Walzen verhältnismäßig dicker Barren geeignet, da sich das durch den Walzendruck erfolgte Zusammenpressen und Schweißen nachteilig auf die sich in der Nähe der Oberflächen befindenden Dereiche der Barren beschränken kann, so daß die mittleren Bereiche solcher verhältnismäßig dicker Barren zum Erhalt der erforderlichen metalllurgischen und physikalischen Eigenschaften ungenügend bearbeitet sind, wie z.B. zum Erhalt von Festigkeit, Härte und elektrischer Leitfähigkeit, wobei sie darüber hinaus auch nicht verstreute Oxydbeläge und sogar Leerräume zwischen den ungenügend verschweißten Stellen aufweisen können.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung hochwertiger Metallbarren auf einfache, flexible und leicht regelbare Weise geschaffen, wobei sowohl die Nachteile der Herstellung der Barren aus Gußmetallknüppeln beseitigt werden als auch die bestehenden Beschränkungen in Bezug auf die Drke der durch die Konsolidierung

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von Metallteilchen herstellbaren Stangen entfallen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Metall unmittelbar in ein längliches Formteil mit einer Anzahl sich nach außen erstreckender Längsrippen vorgeformt wird, die nachträglich zusammengepresst und nach innen verformt werden.

Erfindungsgemäß entfallen viele der Zwischenarbeitsgänge, die bisher zur Herstellung von Metallbarren als notwendig erachtet worden sind, wobei erfindungsgemäß der Aufwand an Einrichtungen und deren Gro(3e, sowie Personal, Kraft und Zeit, die normalerweise erforderlich waren, wesentlich herabgesetzt ist. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß ein verhältnismäßig hoher Bearbeitungsgrad erreicht, wodurch die physikalischen Eigenschaften des Endprodukts verbessert werden. Wird eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit gewünscht, dann ermöglicht dieser hohe Arbeitsgrad die Entspannung des Produkts und somit eine Herabsetzung der Gitterspannungen ohne die Gefahr, daü wichtige physikalische Eigenschaften verloren gehen könnten. Außerdem wird durch die Verwendung von Teilchen für die Herstellung von Metallegierungsbarren die Legierungssegregation auf ein Minimum herabgesetzt, so daß das erfindungsgemäße System für einen weiten Legierungsbereich Anwendung findet. Weitere Vorteile der direkten Verwandlung von Metall teilchen in kontinuierliche Metallbahnen sind in der

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Technik z.B. aus der U.S.-Patentschrift 3 O76 706 bekannt, die sich insbesondere auf tonerdiges bzw. aluminiumhaltiges Metall bezieht.

Das erfindungsgemäße System wird nun anhand einiger Beispiele zum Erhalt eines aluminiumhaltigen Metallbarrens aus aluminiumhaltigen Gußteilchen beschrieben. Verschiedene bekannte Einzelheiten dieser Beispiele — wie z.B. bezüglich der Beschreibung der Teilchen und der Verfahrensbedingungen für ihre Konsolidierung können der oben erwähnten U.3.-Patentschrift 3 O76 706 entnommen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber selbstverständlich auch zur Herstellung von Metallbarren aus nach anderen geeigneten Methoden erhaltenen Teilchen sowie aus Teilchen aus anderen Metallen verwendet werden, wie z.B. Blei, Zink, Nickel, Kupfer, Lisen, Magnesium, Beryllium und verschiedener Legierung derselben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer weiteren Einzelheiten, Ziele und Vorteile wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in welchen einige bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen beispielsweise dargestellt sind; darin zeigen:

Fig. 1 eine halbschematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gesamtsystems;

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Fig. 2 eine halbschematische Schnittansicht einer erfindungsgemäß zugeordneten Agglomerieranlage;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht des Einstiches der in Fig. 2 dargestellten Aggloraerieranlage;

Fig. k eine vergrößerte senkrechte Teilansicht entlang der Linie IV-IV der Fig. 2, wobei einige Teile im Aufriß dargestellt sind;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer in Fig. k dargestellten Einzelheit;

Fig. 6 eine der in Fig. 3 dargestellten ähnliche Ansicht einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 7 eine CJuerschnittsansicht der in Zusammenhang mit der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsfortn verwendeten Beschneidevorrichtung;

Fig. δ eine der in Fig. 6 dargestellte!ähnliche Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 9 eine halbschematische Schnittansicht einer erfinduugsgemäß zugeordneten Beschneidestation;

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i'i{;, 10 cine v< rgröß« rte eilaiisicht des iiiristiches der in Ji;;. 9 dar ge stell ten tangential angeordneten Deuchneidoanlage;

Tig. 11 eine Teilansicht entlang der Linie XI-XI der Fig. 9 und 10;

Fig. 12 bis 22 holbsclioniatische Teilnnr-jicliton hintereinander angeordneter l/alzgerüste '. r eri'induti;;s;;eniäßen hintereinander t. ι doiuartig angeordneten Ütainpf- Vjzw. ~> Umchvorrichtungen; und

Fig. 23 bis 28 den in Fig. 12 - 22 gezeigten ;;j:jiliche Ansichten einer \>reiteren crfindungs,gemäßen Ausführungsiorm.

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DAS GESAMTSYSTEM

Als Ausgangsmaterial für die vorliegende Erfindung geeignete aluininiumhaltige Teilchen können auf verschiedene Weise gebildet werden, wie z.U. nach dem Schleudergußverfahren, nach welchem die aluininiumhaltige Motallschtnelze kontinuierlich durch den Oberteil eines zylindrischen Tiegels eingegossen wird, der sich um uine senkrechte Achse dreht und Seitenöffnungen aufweist, durch welche die Metallschmelze infolge der Schleuderkraft in Form von Metallteilchen aus dem Tiegel radial nach außen geschleudert wird. Die Teilchen verfestigen sich zumindest teilweise in der Luft und können entweder ganz luftgekühlt oder wassergekühlt werden. Im wesentlichen sollen alle Teilchen die Siebgröße 200 übersteigen.

Der Grundriß des erfindungsgemäßen Gesaratsystems ist in Fig. 1 gezeigt. Die aus einer Alurainiumlegierung bestehenden Gußteilchen 100 werden in geschlossenem Aufgabekarren oder Trichterwagen 10U für Schüttgüter auf Schienen 102 transportiert und durch Aufgabetrichter in die Sainmeleinheit 106 abgeladen, die einen Schneckenförderer oder eine Transportschnecke hat. Durch Drehen der Transportschnecke werden die Teilchen 100 an einen pneumatischen Förderer 107 abgegeben, der die Teilchen 100 durch elektrostatische Reiniger und einen Luftfilter

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1OS in drei parallelgeschaltete Vorratsbehälter 110 für die Körner oder Teilchen briii^t, die eine Kapazitiit von 200 000 Pfund haben. Dann werden die Teilchen 100 durch den pneumatischen Förderer 112 zum Oberteil eines 60 Fuß hohen senkrechten Ofens 11'+ zum Erhitzen der Teilchen geführt, in welchem sie auf eine Temperatur zwischen etwa hijO F und ihrer anfänglichen Schmelztemperatur vorgewärmt werden, die praktisch etwa 1000 F - 1200 F beträgt, wobei die Teilchen vorzugsweise auf eine Temperatur nahe dieser anfänglichen Schmelztemperatur erhitzt werden. (Werden andere als die aluminiumhalt igen Metalle verwendet, dann

wie

kann —, an sich bekannt, die Vorwärmung entfallen). Nachdem die erhitzten Teilchen 100 das untere Ende des Ofens 114 verlassen haben, werden sie durch den Förderkanal pneumatisch dem oberen Teil der tangential angeordneten Agglomerieranlage 11b zugeführt, die nachfolgend näher beschrieben wird. Innerhalb der Anlage 11d werden die Teilchen 100 zum Erhalt eines Stranges oder ununterbrochenen, kontinuierlichen, im wesentlichen selbstunterhaltenden sternförmigen Formteils 120 zusammengedrängt oder -geballt, das aus dem Boden der Anlage 113 austritt und sich nach unten bewegt und in das Führungsrohr 123 eintritt, das um 90° gewölbt ist und das Teil 120 in eine horizontale Lage bringt. Dann wird das Formteil 120 durch die tangential angeordnete Beschneidestation 124 — die nachfolgend näher beschrieben wird —- mit Hilfe

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hinter der Station 12k angeordneter Spann- bzw. Klemrnrollen 126 gezogen. Innerhalb der Station 124 vorgesehene Schneiden schneiden die ungenügend agglomerierten Metallteile -von den Enden der Schenkel des Formteils 120 zum Erhalt des abgerauhten und zu- bzw. abgerichteten Formteils 120A ab. (Das Abrauhen kann wahlweise auch vermittels ortsfester Schneiden erfolgen, die dor Agglomerieranlage 11 >ϊ unmittelbar benachbart sind, oder aber der Beschneideschritt kann überhaupt weggelassen werden). Das aus den Hollen 126 austretende Forsnteil 120A nimmt die Form einer nach unten gebogenen Kehre 12»' an, bevor es zwischen die Leerlaufführungsrollen 130 eintritt. (Veranschaulichungshalber ist eine horizontale Kehre dargestellt). Dann tritt das Formteil 120A in die tandemartige Knickanlage 132 der abgeänderten Bauart Properzi Nr. 7 oder Kockswerk, die durch den Getriebekasten 13^ von einem 500 PS-Elektromotor 135 angetrieben und mit einem Schmierölbehälter 138 sowie einem Rollölbehälter 1U0 versehen ist. (Das Knick- oder Brechwerk kann wahlweise durch kleinere, gleichlaufende Einzelmotore angetrieben werden, die mit den Antriebswellen der einzelnen Walzgerüste unmittelbar verbunden sein können). Das Werk 132 und seine Arbeitsweise werden nachfolgend näher beschrieben. Das Formteil 120A wird durch das Werk 132 in eine ununterbrochene, verdichtete, geschmiedete NachlaOstange 1^2

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mit einem Durchmesser von 3/<i Zoll verwandelt. Das fliegende Scherwerkzeug "\kk schert periodisch die Stange ik2 in geeignete Stücke, die durch den Führungstrog 1^6 geführt und von einem der beiden Korbaufspulglieder 14> auf die Spule 150 gespult werden. Die fertigen Spulen werden durch hydraulische Schubzylinder 152 auf die Rollbalkenförderer 15^+ geschoben, welche die Spulen 150 auf den schrägen Freifallförderer 156 bringen, der wiederum die Spulen 150 in den mit Fördermitteln versehenen, elektrisch,mit Öl oder Gas beheizten Ofen 15ö befördert. Die Nachlai3stange 1·'(2 wird während etwa 35 min. im Ofen 15& bei einer Temperatur von etwa 350 - ^50 F einem Entspannungsglühen unterworfen. Nach ihrem Austritt aus dem Ofen 15 i> werden die Spulen 150 von einem endlosen Förderband 16O zum Versand- und Lagerbereich 102 transportiert und dann vom Förderband 16O entfernt. Die Stange 142 kann dann an eine andere Stelle gesandt werden, an welcher sie zum Erhalt von Draht einem Ziehvorgang unterworfen wird. (Wahlweise kann die Stange 1^2 zum Erhalt von Draht unmittelbar nach ihrem Austritt aus dem Knickwerk 132 bearbeitet werden, so daß das Enderzeugnis aus Metallteilchen in einem einzigen kontinuierlichen Arbeitsgang hergestellt wird).

Obwohl das System in Bezug auf die Herstellung einer aluminiumhaltigen Nachlaßstange mit einem Durchmesser

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von 3/'^j Zoll beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, daß auch Stangen anderer Art, Form, Größe und aus anderen Materialien ohne weiteres herstellbar sind.

DIE AGGLOMERIERANLAGE

Die in Fig. 2-7 und insbesondere in Fig. 2 gezeigte Agglomerieranlage 11 ο weist eine Grundplatte 200 auf, die den Rahmen 202 aus tragfähiger Gußbronze stützt. Im Rahmen 202 sind sechs Walzenspindeln 20*1 angeordnet, wovon jede auf einer gehärteten und geschliffenen Rolle 208 aus Werkzeugstahl hoher Festigkeit befestigt ist. Jede Rolle 208 hat eine Agglomerier- oder Druckoberfläche 210, die vorzugsweise mit Atlaspapier poliert ist, obwohl sie auch nur geschliffen sein kann. Jede Druckfläche 210 ist durch zwei Kegelstumpfteile begrenzt, wovon jedes einen Kegelwinkel von 60 aufweist und eine gemeinsame Basis mit einem Durchmesser von o-\/k Zoll (Fig. 3) hat. Die Druckflächen 210 begrenzen einen sternförmigen Einstich 212, dessen sich nach außen erstreckende Schenkel 2\k etwa 0,100 Zoll dick sind. An jeder Walzenspindel 20^ ist ein Kegelrad 216 befestigt, das mit dem Kegelrad 218 kämmt, welches über die Welle 220 und ein Keilwellenverbindungsstück mit der Welle 22h eines synchron laufenden elektrischen Regelmotors 226 verbunden ist. Da die Motore 226 zueinander elektrisch synchroni-

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siert sind, treiben sie alle Rollen 2CKJ mit gleicher Geschwindigkeit in der Richtung 22^, so daß die Druckflächen 210 oberhalb des Einstiches 212 konvergieren und sich nach unten bewegen.

Wie in Fig. h gezeigt, ist der Aufgabetrichter 242 — der isoliert und elektrisch erhitzt sein kann — durch eine (nicht gezeigte) geeignete Konstruktion gestützt, so daß seine einen Durchmesser von 1-1/4 Zoll aufweisende Öffnung 244 etwa 2-ΐ/υ Zoll oberhalb des Einstiches angeordnet ist und mit ihm fluchtet. Sechs dreieckige Messer 252 mit spitzen Enden 254 sind je eines auf jeder Rolle gleitbar angebracht und innerhalb der Öffnungen entsprechender Form im Aufgabetrichter 242 angeordnet und an Tragarmen 256 angebracht, die am Aufgabetrichter befestigt sind. Durch Anziehen der Stellschraube 258 des Tragarms 256 werden die Messerspitzen 254 eingestellt, so daß sie wunschgemäß in das Innere des Aufgabetrichters 242 hineinragen können. Die Böden der ..alzoii bsw, Rollen 206 sind in Trögen 260 eingetaucht, die ein flüssiges Kühlmittel 262 — wie z.B. Wasser enthalten —, wobei die Dichtungen 264 am Oberteil der Tröge 260 angebracht sind und in satter Anlage an den Rollenoberflächen anliegen. (Es können wahlweise auch Düsen an der Grundplatte 200 vorgesehen werden, um einen Kühlstrahl gegen die Druckflächen 210 am Boden der Hollen 20Li zu richten).

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Dei der weiteren Ausführungsform der in Fig. 6 gezeigten Agglomerieranlage 1 K. sind die Druckflächen 232 nicht ganz konisch, sondern bei 2"}k nach innen in Richtung auf die benachbarten Holle gekrümmt, so daß sie die Enden der Schenkel 21h des sternförmigen Einstiches 212 begrenzen und die Klemmflächen 236 bilden. Die Klemmflächen 236 benachbarter Rollen sind nur etwa 0,03 Zoll voneinander in Abstand angeordnet. Wird diese Alternativausführungsform verwendet, dann sind ortsfeste Schneiden oder Spaltmesser unmittelbar hinter den Enden der Schenkel 214 des sternförmigen Einstiches 212 angebracht , wobei die horizontal gekrümmten Führungsflächen 239 mit den gekrümmten Abschnitten 23^ der Druckflächen 232 benachbarter Rollen fluchten und die Schneideflächen 2^0 dazwischen angeordnet sind. Die Schneiden 23o können durch geeignete (nicht dargestellte) Sprühdüsen gekühlt werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Agglomerieranlage 11' (Fig. S) sind die Druckflächen 232 bei 23k — ähnlich wie die in Fig. 6 gezeigten — zum Erhalt der Klemmflächen 236 nach innen gekrümmt. Die Klemmflächen 236 benachbarter Rollen sind nicht in Abstand voneinander sondern nebeneinander angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind keine nachträglichen Schneiden oder Beschneidemesser erforderlich.

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Es ist ersichtlich, daß Anzahl, Form und Größe der Rollen bei dieser tangential angeordneten Agglomerieranlage geändert werden können und daß verschiedene Kraftquellen und Getriebe zum Antreiben der Hollen innerhalb des Erfindungsgedankens verwendet werden können.

In Bezug auf die Arbeitsweise der Agglomerieranlage 113 sei festgestellt, daß die vorgewärmten Teilchen im Aufgabetrichter 242 bei einer Temperatur zwischen 450 F und ihrer anfänglichen Schmelztemperatur und vorzugsweise nahe dieser Temperatur erhitzt werden. Die Walzengeschwindigkeit beträgt zwischen 3° und 100 Flächenfulj/min und vorzugsweise 250 - 500 Flächenfuß/ min. Diese Geschwindigkeit soll den Gegebenheiten, wie z.B. Teilchengroße, Beschaffenheit der Teilchen (Metall und Legierung) und Vorwärmtemperatur entsprechend zur Erzielung höherer Leistung so hoch wie möglich sein. Konvergieren die Rollen nach innen unterhalb der Austrittsöffnung 244 des Aufgabetrichters, dann strömen

ICH;
die Teilchen/infolge der Schwerkraft nach unten durch den Aufgäbetrichter 242 und verlassen ihn durch^vdie Öffnung 244 direkt oberhalb der Krümmung der konvergierenden Walzenflächen 210 der Agglomerieranlage. Die Messer 252 sind zum Erhalt eines optimalen Strömungsbildes bei gegebenen Bedingungen verstellbar angeordnet.

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Agglomerierung, Stampfen und Schweissen der Teilchen beginnt unverzüglich, wobei die Teilchen 100 durch die konvergierenden Druckflächen 210 zum Erhalt der Endform des sternförmigen Einstiches 212 fest gedrückt werden. Währenddessen sind die Teilchen 100 infolge der dünnen Schenkel 21^ und des verhältnismäßig großen Perimeters des Einstiches 212 sich fortschreitend verstärkenden Knetkräften unterworfen. Die zusammengeballten Teilchen 100 treten vom Einstich 212 nach unten in Form eines kontinuierlichen und im wesentlichen selbstunterhaltenden sternförmigen Formteils 120 aus, das die Form des Einstiches 212 hat. Das Formteil 120 besteht aus einem mittleren durch und durch kompakten und verschweißten Abschnitt 120A und einem äußeren Abschnitt 120B, an den Enden der Schenkel, der infolge der seitlichen Ausdehnung nicht entsprechend kompakt und verschweißt ist. Die Druckflächen 210 werden vom Kühlmittel 262 gekühlt, während die Dichtungen 26k den Austritt des Kühlmittels aus den Trögen 260 verhindern und ermöglichen das Kühlmittel unter Druck zu setzen.

Bei der in Fig. 6 gezeigten weiteren Ausführungsform der Agglomerieranlage IIS dienen ferner die gekrümmten Abschnitte 2jk der Druckflächen 232 dazu, die Teil-

ί
chen 100 nach innen zur Mitte des Einstiches 212 zu

treiben, während nur ein dünner Materialstreifen zwi-

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sehen den benachbarten Kletnmoberf lachen 236 durchgehen kann, wodurch der Einstich 212 richtig gefüllt werden kann. Dadurch wird ein kontinuierliches, sternförmiges, selbstunterhaltendes Formteil 121 gebildet, das aus einem Mittelabschnitt 121A und einem viel dünneren Außenabschnitt 121B an den Schenkelenden besteht. Die Schneidflächen 24o der ortsfesten Schneiden 233 trennen den Abschnitt 121D unverzüglich vom Abschnitt 121A ab, worauf der abgeschnittene Abschnitt I21D zum Giossen neuer Teilchen 100 verwendet wird.

Bei der in Fig. ' gezeigten weiteren .»usführungsforin der Agglomerieranlage 11· drücken die gekrümmten Abschnitte 23^ der Druckflächen 232 die Teilchen 100 kräf-

tig nach innen in Richtung auf den Mittelpunkt des Einstiches 212. Man erhält nur einen durch und durch kompakten und geschweißten Abschnitt 122, wobei weder nachfolgendes Beschneiden erforderlich ist, noch Bruchstücke bzw. Abfall anfällt.

Es ist ersichtlich, daß bei den Ausführungsformen der Agglomerieranlage nach Fig. 3» 6 und 6 das seitliche Ausbreiten fortschreitend herabgesetzt wird: die Ausführungsform nach Fig. 3 führt zum Erhalt einer wesentlichen Menge Schrott 120B, die Ausführungsform nach Fig. 6 führt zum Erhalt einer kleineren Menge Schrott 121B und durch

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die Ausführungsform nach Fig. 3 erhält man überhaupt keinen Schrott. Obwohl diese Herabsetzung bzw. Beseitigung des seitlichen Ausbreitens offensichtlich erwünscht ist, führt sie zu zusätzlichen Spannungen der gekrümmten Abschnitte 234 der Druckflächen 232 und schließlich der Walzen 203, ihrer Spindeln/, des Rahmens 202, der Antriebsvorrichtung 216, 218, 220 usw. Daher erfordert die Anlage nach Fig. 6 — und noch mehr die nach Fig. 8 — massivere Einrichtungen. Darüber hinaus müssen die Walzen 20S einen größeren Durchmesser haben, damit die Teilchen 100 zum Erhalt der Form des Einstiches 212 stufenweise fortschreitend besser gepresst werden.

DIE TANGENTIAL ANGEORDNETE BESCHNEIDEVORRICHTUNG · '

Die in Fig. 9-11 gezeigte tangential angeordnete Beschneidestation oder -anlage 12^ erfüllt im wesentlichen dieselbe Funktion wie die ortsfesten Schneiden 23<? der in Fig. 6 gezeigten wahlweise verwendbaren Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, d.h. sie dient zum Beschneiden des Außenabschnitts des vorgeformten sternförmigen Formteile. Sechs Walzgerüste 300 sind an einem (nicht dargestellten) geeigneten Stützrahmen in gleichen Winkeln um eine horizontale Achse verstellbar

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angeordnet. In jedem Walzgerüst 300 ist eine Spindel drehbar angeordnet, die an zwei Stirnrädergetriebegliedern 3O4 und einer dazwischen angeordneten gehärteten und geschliffenen Deschneidewalze J06 aus Stahl hoher Festigkeit befestigt i.^t. Jode Walze 306 hat eine Führungsoberflache 3O0, deren größerer Teil von zwei Kegelstumpf teilen mit je 60 Kegclwinkel und einer gemeinsamen Basis mit einem Maxiriialdurchmes.ser von ·> Zoll begrenzt ist (FLg. 10). Die Führungsflächen 30 ; sind nach innen in Richtung auf die benachbarte Walze 'JOS gekrümmt und enden in scharfon Schneidkanten 310. Die benachbarten Schneidkanten 310 der benachbarten Walzen Λ" berühren sich in der Ebene der Achsen der Spindeln 'J02 und bilden somit einen geschlossenen Führungseinstieh 312 mit sich nach außen erstreckenden Schenkeln 31^· Der Führungseinstich 312 ist derart bemessen, daß er dem durch und durch kompakten und geschweißten Abschnitt 120A des Formteils 120 entspricht. Die in Abstand angeordneten Stirnräder 316, die auf der Welle 31o jedes der sechs im Gleichlauf laufenden Regelmotore 320 befestigt sind, kämmen mit den Stirnrädern 30^ und liegen in satter Anlage mit den Seitenflächen der Beschneidewalzen 306, so daß die Motore 320 die Deschneidewalzen 306 mit gleicher Geschwindigkeit in Richtung 322 drehen, wobei die Schneidkanten 310 über dem eintretenden horizontalen Teil 120 konvergieren. Die Motore 320 und die

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Walzgerüste 300 sind an dem (nicht gezeigten) Stützrahmen verstellbar angebracht, so daß die Beschneidewalzen 306 nach ihnen in Richtung auf den Mittelpunkt des Einstiches 312 als Ausgleich für das von den Walzen 306 entfernte Metall bewegt werden können, während die Schneidkanten 310 gespitzt wurden.

Es ist ersichtlich, daß Anzahl, Form und Größe der Walzen der tangential angeordneten Beschneidestation 124 entsprechend den tangential angeordneten Druckwalzen der Agglomerieranlage variieren kann und das verschiedene Kraftquellen und Getriebe innerhalb des Schutzutnfangs der Erfindung verwendbar sind.

Im Arbeitszustand der Beschneidestation 124 wird Teil 120 in den Einstich 312 eingeführt, wobei die Walzen 306 mit einer Oberflächengeschwindigkeit arbeiten, die der Geschwindigkeit des Formteils 120 entspricht. Die Schneidkanten 310 konvergieren über den Schenkeln des Teils 120 nahe der Grenzfläche zwischen dem durch und durch kompakt gemachten Schweißabschnitt 120A und dem ungenügend kompakten Schweißabschnitt 120B und schneiden den letzteren vom erstgenannten zum Erhalt von Schrott, der als Material zum Gießen neuer Teilchen 100 verwendet wird. Durch diese Beschneidung werden alle Grate oder andere Unebenheiten von den Enden der Schenkel des Abschnitts 120A entfernt, so daß eine glatte Oberfläche

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erhalten wird. Die Walzen 3O6 können durch (nicht gezeigte) geeignete Kiihlbäder oder -spriihdüsen gekühlt werden.

DIE STAMPF- ODER STAUCHANLAGE

Die Stampf- oder Stauchanlago 132 (Fig. 12-22) weist eine Anzahl hintereinander angeordneter tandemarti{;er Walzen- bzw. Schneidgerüste auf, die an einem geeigneten Gestell angebracht sind, wobei ihre Einstiche an einer gemeinsamen horizontalen Achse angeordnet sind. Das verstellbare Getriebe 13^ ermöglicht, dai3 die drei Walzen jedes Gerüstes mit verschiedenen vorbestimmten Geschwindigkeiten angetrieben werden. Jedes Gerüst kann (wie oben erwähnt) wahlweise einzeln angetrieben werden, so daß die Einstellung in Bezug auf verschiedene Querschnitte der Metallabschnitte 120A (bzw. 121A bzw. 122) oder in Bezug auf den Prozentsatz der Reduzierung des iuerschnittbereichs erleichtert Atfird.

Nach dem Eintritt in die Stampf- oder Stauchanlage 132 bewegt sich der Abschnitt 120A (bzw. 121A bzw. 122) zunächst zwischen drei Leerlaufführungsrollen 400, die den Abschnitt in Bezug auf die Walzen des nächsten Gerüstes durch Drehen ausrichten. Der Querschnittsbereich des ankommenden Abschnitts beträgt bei diesem Ausführungs-

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beispiel etwa 0,475 ^uadratzoll, wobei dieser (Querschnitt innerhalb des Schutzurafangs der Erfindung beträchtlich variieren kann. Während veranschaulichungshalber eine Geschwindigkeit von 100 Fuß/min, verwendet wird, kann die Geschwindigkeit selbstverständlich auch beträchtlich variieren und soll auf die für das betreffende Ausgangsmaterial bzw. Metall cd er die betreffende Legierung maximal zulässige Geschwindigkeit erhöht werden. Jedes der hintereinanderfolgenden Walzgerüste stampft oder staucht, knetet und bearbeitet das Werkstück zum Erhalt verschiedener Querschnitte (Fig. 13-22). Das Werkstück dreht sich während seiner Bewegung durch die Brechanlage 132 nicht. Die Walzen jedes Walzgerüstes können in Bezug auf die Walzen der vorhergehenden und nachfolgenden Walzgerüste entgegengesetzt (in einem Winkel von 6o ) angeordnet sein, wie aus den betreffenden Zeichnungsfiguren ersichtlich ist.

Die Walzen 402 des Gerüstes Nr. 1 stampfen nach innen und stauchen wechselweise die Schenkel des sternförmigen Abschnitts 120A (bzw. 121A bzw. 122) zum Erhalt des

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Formteils kok. Die Walzen/des Gerüstes Nr. 2 stampfen nach innen und stauchen die übrigen Schenkel des Formteils kok zum Erhalt einer Stange ^08 mit einem kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 0,775 Zoll. Die Walzen ^10 des Gerüstes Nr. 3 staucherjöie Rundstange

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kOo zum Erhalt eines deltaförmigen Querschnitts 412. Die Walzen k^k des Gerüstes Nr. k stauchen die Deltastange 4i 2 zum Erhalt einer Hundstange 4i6 mit einem Durchmesser von 0.775 Zoll. Die Walzen 4 1 Ö dos Gerüstes Nr. 5 stauchen dio .iundstange Ίΐ6 zum Erhalt einer Deltastango 420, die in Bezug auf die zuvor gebildete Dcltastange 'U2 um 60 versetzt ist. Die Walzen 422 des Gerüstes Nr. 6 stauchen die Deltastange 420 zum Erhalt einer Uundstange h2.'\ inLt einein Durchmesser von 0,775 Zoll. Es ist ersichtlich, daß sich während der Arbeitsgänge der Gerüste Nr. 1-6 der Querschnitt des Werkstückes nicht ändert. Somit wurde es im wesentlichen nicht langer und im wesentlichen bestand die ganze Arbeit der Walzen in einem weiteren Zusammenballen oder -drängen, Stampfen und Kneten des Metalls, wobei sich das Werkstück mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit bewegt. Es ist ferner ersichtlich, daß dank der Form der Walzeinstiche das zusammengedrückte Metall verhindert wird, sich mit sich selbst zu "überlappen".

Nach Gerüst Nr. 6 wird das Werkstück von jedem nachfolgenden Gerüst nicht nur bearbeitet, sondern auch gedehnt. Die Walzen 426 des Gerüstes Nr. 7 reduzieren die Rundstange 424 zum Erhalt der Rundstange 42o mit einem Durchmesser von 0,625 Zoll (einem Querschnittbereich von O,3O6 Quadratzoll). Die Walzen 430 des Gerüstes Nr. ο

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reduzieren die Rundstange 42j zum Erhalt der Rundstangc U32 mit einem Durchmesser von O.5OO Zoll (einem Bereich von 0,196 Quadratzoll). Die Walzen h'}h des Gerüstes Nr.9 reduzieren die rtundstange k"}2 zum Erhalt der Hundstange ki6 mit einem Durchmesser von 0,375 Zoll (einem Bereich von 0,110 Quadratzoll).

Schließlich durchquert die Stange '436 mit einem Durchmesser von 3/ö Zoll die letzten Walzen hj'o zum Erhalt Jb der Stange ik2 als Endprodukt mit einem Durchmesser von j/S Zoll mit einer endgültigen Geschwindigkeit des Werkstückes von ^50 Pufl/min. Diese Endgeschwindigkeit wird offensichtlich proportionell erhöht, wenn die Geschwindigkeit des ankommenden Abschnitts 120A (bzw. 121Λ bzw. 122) erhöht wird. Tritt z.B. der Abschnitt 120A (bzw. 121A bzw. 122) in die Stampf- oder Stauchanlage 132 mit einer Geschwindigkeit von 300 Fuß/min,, dann

tritt die Stange 142 mit einer Geschwindigkeit von etwa %

135Ο Fuß/min, aus.

Es ist ersichtlich, daß Anzahl und Bauart der Walzgerüste der Stampf- oder Stauchanlage 132 innerhalb des Schutzunifangs der Erfindung geändert werden können. Die sich nach außen erstreckenden Schenkel des Abschnitts 120A (bzw. 121A bzw, 122) müssen nicht an einem einzelnen Gerüst vollständig gestaucht werden, sondern können

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an einem oder mehreren Gerüsten teilweiso gestaucht und dann an einem nachfolgenden Gerüst endgültig gestaucht werden. Wie in Fig. 23 - 2 gezeigt, können die oben beschriebenen Gerüste Nr. 1 und 2 durch die hintereinander angeordneten tandemartigen Walzgerüste Nr. IA, TIi, 1C, 2A, 2Π und 2C ersetzt werden, welche die entsprechenden ivalzen kkO, 4^2, hhh, hk6, hko und Upo aufweisen. Es können ferner manche Walzgerüste wahlweise weggelassen v/erden, wie z.B. \^Tr. 3. ^. 5 und 6. Außerdem kann mit Hilfe geeigneter Ausbildung der Walzeneinstiche das vorgeformte längliche Formteil mit den dünnen, sich nach außen erstreckenden Schenkeln einen anderen Querschnitt als den sternförmigen Querschnitt aufweisen, so daß als Endprodukt ein Barren erhalten werden kann, der keine Rundstange darstellt. Darüber hinaus müssen die sich nach außen erstreckenden Schenkel nicht gleich dick sein, sondern ihre Dicke kann als Funktion des Radius variiren.

Wie in der eingangs erwähnten U.S. - Patentschrift 3 076 706 erwähnt, liegen verschiedene Abwandlungen der Erfindung nahe; so z.B. können die Teilchen verschiedener Legierungen in die tangential angeordnete Agglomerieranlage 132 zur Erzielung verschiedener Kern- und Hülleneffekte eingeführt werden. Darüber hinaus können ein oder mehrere massive Metalldrähte in die Anlage 132 bzw. in die Mitte des Einstiches 212 eingeführt werden, so daß die Teilchen 100 zusammengeballt und miteinander sowie mit dem Draht verschweißt werden und als Endprodukt

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eine aus einem Stück bestehende Bitnetallstange erhalten wird, deren Kern aus dem Metall des Drahtes besteht und von einer aus den Teilchen gebildeten Hülle aus Massivtnetall entsprechender Dicke umgeben und mit der Hülle innig verbunden ist. Das Kernmetall kann z.B. aus Stahl, Aluminium oder Kupfer mit hohem Dehnungsvermögen bestehen. Das Kernmetall muß selbstverständlich ein Dehnungsvermögen oder eine Zerreißfestigkeit aufweisen, die etwa jener des Metalls der Teilchen entspricht, da sich das Metall der aus den Teilchen bestehenden integral verbundenen Hülle während ihrer Bewegung durch die Reduzierkanüle zusammen bewegen müssen.

Während die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführurvgsbeispiele beschrieben und dargestellt wurde, kann sie verschiedene Abänderungen innerhalb des Schutz-' umfangs der beigefügten Patentansprüche erfahren.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

. Verfahren zur Herstellung von Schtniedometallbarren bzw. von Schweißmetallstangen, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall zum Erhalt eines langen

wobei vorgeformten Formteils verformt wird,/das Formteil größtenteils aus mehreren verhältnismäßig dünnen, sich nach außen erstreckenden Längsrippen besteht, worauf diese Ripsen gestampft bzw. zusammengedruckt und zum Erhalt eines kompakten Barrens nach innen verformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das vorgeformte lange Formteil erhalten wird, indem Metallteilchen zum Erhalt eines kompakten Stückes zusammengeballt und zum ürhalt eines im wesentlichen gleichmäßig dichten Barrens nach innen verformt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen nacheinander zusammengedrückt oder gestampft und verformt werden.

k. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Rippen den geraden Zahlen

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entsprechend vorgesehen ist und daß die Rippen von aus symmetrisch angeordneten Rippen bestehenden Gruppen zusammengedrückt und hintereinander verformt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das lange bzw. länglich geformte Formteil einen im wesentlichen sternförmigen Querschnitt aufweist. - Jk

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Metallteilchen zwischen mehreren drehbaren Rollen bzw. Walzen bewegen, die derart angeordnet sind, daß benachbarte Abschnitte ihrer Arbeitsflächen einen sternförmigen Einstich begrenzen bzw· bilden, der sich nach außen erstreckende, verhältnismäßig dünne Schenkel aufweist, wobei die Teilchen zum Erhalt des langen vorgeformten Formteils mit

einem dem Querschnitt des Einstiches entsprechenden ν

Querschnitt zum Erhalt eines kompakten Stückes zusammengeballt oder -gedrängt und dann gestampft bzw. gestaucht und zum Erhalt eines Metallschweißstückes νerformt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeformte lang· bzw. gedehnte Formstück

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durch mehrere hintereinander angeordnete Walzgerüste geführt wird, damit die Rippen zusammengedrückt und nach innen verformt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch jedes der hintereinander angeordneten Valzgerüste die Rippen einer aus symmetrisch angeordneten Rippen bestehenden Gruppe zusammengedrückt und nach innen verformt werden, indem das Metall der Rippen zum Erhalt eines langen bzw. länglichen Forinteiis konvexer Form gestampft bzw. gestaucht, geknetet und bearbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das lange bzw. längliche Formstück konvexer Form zur Vergrößerung seiner Länge und zur Herabsetzung seines Querschnittsbereichs verformt wird.

10· Verfahren nach einem der Ansprüche 6-9» dadurch gekennzeichnet , daß die Teilchen zum Erhalt eines vorgeformten kompakten langen bzw. länglichen oder gedehnten Formteils mit einen durch und durch kompakten Mittelabschnitt bzw. Schweißabschnitt und einem weniger koapakten Abschnitt an den Rippenenden zusammengedrängt bzw. -(«ballt werden und daß die an den Rippenenden befindlichen Außenabechnitte von

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den Rippenenden weggeschnitten werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenabschnitt dünner als der Mittelabschnitt ist.

12« Verfahren nach einem der Ansprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen vorgewärmte aluminiumhaltige bzw. tonerdige Teilchen sind, wobei die Korngröße aller Teilchen im wesentlichen die Siebgröße 200 übersteigt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die alutniniumhaltigen bzw. tonerdigen Metallteilchen auf eine Temperatur zwischen U50 F und der anfänglichen Schmelztemperatur des alutniniumhaltigen oder tonerdigen Metalls vorgewärmt werden und sich verfestigen, während sie sich in einem freien Flußzustand befinden.

\k. SchmiedeBietall- bzw. Schweißmetallbarren mit im wesentlichen .gleichmäßiger Dichte, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, g-ekennzeichnet durch eine Anzahl

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drehbarer Walzen (208), die einen im allgemeinen sternförmigen Einstich (212) begrenzen bzw. bilden, und durch Mittel zur Zuführung vorgewärmter Metallteilchen, die in den Einstich (212) eingeführt werden, wobei sich die zu den Drehachsen jeder Walze (208) senkrecht verlaufenden Ebenen in einer gemeinsamen Schnittlinie im Mittelpunkt des Einstiches (212) überschneiden und jede Walze (203) eine um ihren Kreisumfang befindliche Druckoberfläche (210) zum Erhalt des kompakten Formteils aufweist und der Maximaldurchmesser der Walzen (208) sich in einer der besagten Ebenen befindet, und der Walzendurchmesser in dem Maße kontinuierlich abnimmt, in welchem sich der Abstand von dieser Ebene vergrößert, während die benachbarten Druckoberflächen (210) Schenkel (21^) des sternförmigen Formteils (12O) begrenzen bzw. bilden, die im wesentlichen eine gleichmäßige Dicke aufweisen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15» gekennzeichnet durch einen Aufgabetrichter (2^2) mit einer Auslaßöffnung (2kk), welche die besagte gemeinsame Linie umgibt und zur Zuführung des Materials (1OO) dient, das im besagten Einstich (212) zum Erhalt eines kompakten Stückes zusammengeballt wird.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß an benachbarten Walzen die den besagten Achsen am nächsten liegenden Abschnitte benachbarter Druckoberflächen im wesentlichen zusammenlaufen, um das Ende der einzelnen Schenkel (214) zu begrenzen bzw. bilden.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 - 17» gekennzeichnet durch eine Stampf- bzw. Stauchanlage (132), in welcher das lange bzw. längliche, durch die Walzen gebildete Formteil, das eine konkave Form aufiveist, zum Erhalt eines langen bzw. länglichen For teils, das eine konvexe Form aufweist, verformt wi rd.

19· Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Beschneide- bzw. Abgratvorrichtung (λ2k) zum Beschneiden der äußersten Teile des konvexen Formteils.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19» gekennzeichnet durch eine fliegende Schereinrichtung {ikk) zum Abtrennen bzw. Abschneiden des langen bzw. länglichen konvexen Formteils sowie durch eine Aufspuleinrichtung (1^8) zum Aufspulen des langen konvexen Teils zum Erhalt einzelner Spulen (150).

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