DE19810342C2 - Verfahren zur hydrodynamischen Ziehumformung von Schichtverbunddraht sowie Mehrfach-Ziehanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydrodynamischen Ziehumformung von Schichtverbunddraht sowie eine Mehrfach- Ziehanlage zur Durchführung des Verfahrens.

Die Verarbeitung von Verbunddrähten durch Ziehen mit Hart­ metallziehsteinen unter Einsatz spezieller Ziehhilfsmittel insbesondere bei schwer umformbaren Werkstoffen ist an sich bekannt.

Beispielsweise wurde in der WO 96/14946 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen oder Beschichten von strangförmigem metallischem Umformgut vorgeschlagen, wobei dort feste, halb­ feste und flüssige Schmierstoffe eingesetzt werden, mit denen auf dem Umformgut eine Schmierstoffschicht erzeugt wird.

Gemäß dortiger Lösung ist eine Druckkammer vorgesehen, welche eine Zuführung für Schmierstoff aufweist. Beim Ziehen des strangförmigen metallischen Umformgutes durch die Druckkammer wird der Schmierstoff auf die Oberfläche des Umformgutes auf­ gepreßt, wobei mehrere Umformstufen ohne weitere Zwischenbe­ schichtungen durchlaufen werden können. Konkret wird nach WO 96/14946 bei einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s der durch die Druckkammer bewegte Stahldraht bei etwa 40°C unter einem Druck von 150 MPa stehenden Schmierstoff mit einem homogenen, dünnen und festhaftenden Schmierstofffilm beschichtet. Dieser derart beschichtete Stahldraht wird dann zu einer als Ziehstein ausgebildeten Auslaufdüse geführt und hierbei derart aufge­ prägt, daß es möglich sein soll, den Stahldraht ohne zusätz­ lichen Schmierstoff weiteren Umformungen zu unterziehen.

Für den Fall einer produktionsbedingten Unterbrechung des Durchlaufs des Umformgutes durch die bekannte Druckkammer, was z. B. durch Drahtabriß oder durch andere bekannte Probleme erfolgen kann, wird für das Wiederanfahren eine kurzzeitige Umkehr der zwischen Umformgut und Umformwerkzeug während des Umformprozesses vorhandenen Relativbewegung und/oder eine Absenkung des auf den Schmierstoff in der Druckkammer erzeugten Druckes vorgenommen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß das aus der WO 96/14946 A1 be­ schriebene Verfahren dann keine qualitativ hochwertige Umfor­ mung zuläßt, wenn es gilt, Schichtverbunddrähte mit einem Kernwerkstoff hoher Festigkeit und einem extrem weichen Mantelwerkstoff zu bearbeiten.

Beim gemeinsamen Ziehen eines solches Verbunddrahtes wird insbesondere beim Anfahren oder Wiederanfahren das weiche Mantelmaterial vom Kern abgestreift und es kommt zum Fressen des Materials im Ziehstein. Im Falle des Wiederanfahrens bei mehrstufigen Ziehanlagen baut sich beim sogenannten hydro­ dynamischen Ziehen der Ziehmitteldruck nach dem Stillsetzen der Anlage ab. In diesem Falle besteht die latente Gefahr, daß der Ziehstein infolge der Drahtentspannung die restlich vorhandene Ziehmittelschicht durchdringt, so daß beim erneuten Anfahren sich der Drahtwerkstoff auf der Werkzeugoberfläche, d. h. dem Ziehstein ansetzt mit den bereits beschriebenen nachteiligen Folgen des Fressens oder eines Drahtabrisses.

Aus der US 3,641,795 ist ein Verfahren zum Umformen beschich­ teter Drähte mit einem harten Kern und einer weichen Außen­ schicht offenbart, wobei dort das notwendige Schmiermittel einem Prepacking in einer separaten Kammer unterzogen wird. Diese Druckkammer verfügt über eine Füllöffnung, über welche Schmiermittel eingebracht wird. Das Schmiermittel wird dann mit einem sogenannten Vibrationsdraht verteilt und verdichtet. Im Anschluß erfolgt eine weitere Verdichtung mittels einer Hydraulikeinheit. Nach dem so erfolgten Prepacking wird dann eine Durchgangsbohrung in das verdichtete Schmiermittel, welches sich im Inneren der Kammer befindet, eingebracht und die so präparierte Vorrichtung wird in die Ziehanlage inte­ griert.

Die EP 0 013 012 A1 wiederum offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen fester oder halbfester Schmierstoffe auf ein metallisches Umformgut, das für die Kaltumformung vorgesehen ist. Gemäß dortiger Lehre wird durch Druck- und/oder Wärmeeinwirkung ein bei Raumtemperatur halbfester oder fester Schmierstoff verflüssigt. Ein solches Verflüssigen des Schmierstoffs wirkt jedoch dem Einhalten hydrodynamischer Druckverhältnisse beim Ziehvorgang entgegen und es bestehen Probleme dann, wenn die Anlage nach Produktionsunterbrechungen erneut angefahren werden muß.

Es ist daher ausgehend vom Bekannten Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur hydrodynamischen Ziehum­ formung von Schichtverbunddraht mittels schmiermittelbeauf­ schlagten Mehrfach-Ziehanlagen anzugeben, das bei Verbund­ drähten mit extrem hartem Kernwerkstoff sowie weichem Mantelmaterial ein sicheres Anfahren und Wiederanfahren der Anlagen ohne Gefahr eines Drahtabrisses oder verminderter Ziehqualität gestattet, sowie eine Mehrfach-Ziehanlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Ver­ fahren in seiner Definition gemäß Patentanspruch 1 sowie mit einer Mehrfach-Ziehanlage nach den Merkmalen des Patentan­ spruchs 4, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt demnach darin, beim Anfahren oder Wiederanfahren der Mehrfach-Ziehanlage unmittelbar vor jedem Ziehstein der entsprechenden Ziehstufe mittels einer lokalen Druckkammer einen Schmier- oder Zieh­ mitteldruck aufzubauen, so daß das Umformgut den Ziehprozeß mit dem gewünschten Erfolg durchlaufen kann. Während des eigent­ lichen Ziehbetriebes werden die für das Anfahren oder Wieder­ anfahren geschaffenen Bedingungen für Druck und Temperatur des Schmiermittels durch an sich bekannte hydrodynamische Effekte in der Wechselwirkung Umformgut, Schmiermittel und Ziehstein sowie freigesetzte Wärmeenergie beim Umformen und Kühlung des Ziehsteins aufrechterhalten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der zugehörigen Ziehanlage werden bereits bei Beginn des Ziehvorgangs quasi hydrostatische Druckverhältnisse für das Schmiermittel geschaffen, so daß das beim Stand der Technik auftretende nachteilige Zurückfahren des Umformgutes entfallen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gestaltet sich das Verfahren zur Ziehumformung wie folgt.

Vor dem Anfahren oder Wiederanfahren einer an sich bekannten Mehrfach-Ziehanlage wird unmittelbar vor dem Ziehstein jeder Ziehstufe mittels einer vom Schichtverbunddraht durchlaufenen, beheizten Druckkammer auf das dort zugeführte Zieh- und Schmiermittel und den Schichtverbunddraht ein hydrostatischer Startdruck im Ziehspalt aufgebaut, so daß insbesondere die erwähnten Schichtverbunddrähte mit hochfestem Kern und weichem Mantelwerkstoff qualitativ hochwertig umformbar sind. Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Schichtverbunddraht mit einem hochfesten Stahlkern sowie einer Aluminiumhülle, wobei der Hüllenanteil 40 bis 70 Volumen-% beträgt, sicher umgeformt werden konnte. Weiterhin wird verfahrensgemäß während des fortgesetzten kontinuierlichen Ziehens in an sich bekannter Weise durch Mitnahme von Schmiermittel für sich im Ziehspalt aufbauende hydrodynamische Druckverhältnisse Sorge getragen.

Der Startdruck für jede Ziehstufe wird durch eine Hydraulik­ regelung voreingestellt und überwacht, wobei das Vorheizen der Druckkammern ebenfalls regelungstechnisch kontrolliert wird. Beim Erreichen eines wählbaren Druck/Temperaturbereiches aller Stufen wird dann ein Freigabesignal erzeugt, welches den Beginn des Ziehvorgangs auslöst.

Während des Ziehvorgangs werden die Druck- und Temperaturver­ hältnisse in jeder Druckkammer laufend überwacht, wobei mit einsetzender Erwärmung der Ziehsteine durch den Ziehvorgang die Fremdheizung der Druckkammer deaktivierbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird in die Druckkammer jeder Ziehstufe ein Start- oder Wiederanfahrdruck im Bereich von 100 bis 130 bar eingestellt.

Bei der Mehrfach-Ziehanlage umfaßt jede Ziehstufe mindestens einen Vor- und Ziehstein, wobei am Vorstein eine an sich bekannte Schmiermittelaufgabe angeordnet ist.

Zwischen Vor- und Ziehstein ist eine mit diesen eine bauliche Einheit bildende beheizte Druckkammer vorgesehen. Die Druck­ kammer umfaßt eine Drahtdurchgangsbohrung sowie einen seit­ lichen Schmiermittelkanal zur Aufnahme der Startschmiermittel­ menge.

Weiterhin ist eine, vorzugsweise hydraulisch betätigbare Druckerzeugungseinrichtung so an der Druckkammer angeordnet, daß über eine weitere Schmiermittelaufgabe das dem Schmier­ mittelkanal zugeführte Schmiermittel mit einem vorgegebenen Druck in die Durchgangsbohrung bzw. den entsprechenden Druck­ kammerraum preßbar ist und im Zusammenwirken mit der in der Druckkammer vorgesehenen Heizeinrichtung sich ein teigig­ pastöser Zustand des Schmiermittels einstellt.

Durch einen im seitlichen Schmiermittelkanal mindestens teil­ weise geführten Druckstößel, welcher von einem Hydraulikzy­ linder betätigbar ist, wird der gewünschte Schmiermitteldruck im Schmiermittelkanal bzw. im Druckkammerraum aufrechterhalten. Die Bewegung oder Lage des Stößels wird mit geeigneter Sensorik erfaßt und dient dem mittelbaren Feststellen der Druckverhält­ nisse in der Druckkammer.

Die Druckkammer wird gemäß einem Grundgedanken der Erfindung zwischen Vor- und Ziehstein einer üblichen Doppelsteinanord­ nung, eingefügt und ist insgesamt kleinbauend. Zur Bildung der baulichen Einheit besitzen die Aufnahmen von Vor- und Ziehstein sowie die Druckkammer in Ziehrichtung verlaufende Paßbohrungen, die entsprechende Befestigungsmittel, beispielsweise Spann­ bolzen, führen.

Weiterhin weist die Druckkammer vorzugsweise seitliche Bohrun­ gen oder Aussparungen zum Aufnehmen von elektrischen Heizele­ menten sowie mindestens eines Temperatursensors auf, um die definierten Temperaturverhältnisse beim Anfahren oder Wieder­ anfahren der Anlage in jeder Ziehstufe überwachen und ein­ stellen zu können.

Eine Druck/Temperatur-Regeleinrichtung überwacht die Druck- und Temperaturverhältnisse aller Druckkammern der Ziehstufen und gibt den Beginn sowie das Wiederanfahren der Ziehanlage frei. Weiterhin kann mit dieser Regeleinrichtung nach extern vorgeb­ baren Parametern eine an sich bekannte Ziehsteinkühlung ge­ steuert werden.

Aus dem oben Genannten wird deutlich, daß die vor jeder Ziehstufe eine bauliche Einheit mit Vor- und Ziehstein bildende Druckkammer nur dann mit einem äußeren Druck beaufschlagt wird, wenn ein Anfahren oder Wiederanfahren erforderlich ist. Die für das Anfahren oder Wiederanfahren zuzuführende Schmiermittel­ menge, welche über den seitlichen Schmiermittelkanal in die Druckkammer gelangt, ist gering, so daß das Vorsehen volumi­ nöser Vorratsgefäße für die zusätzliche Schmiermittelzuführung entfallen kann.

Letztendlich dient die Druck/Temperatur-Regeleinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch der laufenden Überwachung des Ziehvorgangs, da Druckabfälle in der Druckkammer beim kontinuierlichen Betrieb der Ziehanlage auf Unregelmäßigkeiten des Ziehvorgangs oder des Umformgutes schließen lassen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1a und 1b je eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf die Baueinheit Ziehstufe, umfassend Vorstein- und Ziehsteinaufnahme sowie Druckkammer, und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Druckkammer.

Die Ziehstufen 1 nach Fig. 1a und 1b umfassen je eine Vor­ steinaufnahme 2, eine Druckkammer 3 und eine Ziehsteinaufnahme 4 mit einem nicht dargestellten Ziehstein. Ein an sich bekann­ ter, mit unterbrochenen Linien dargestellter Schmiermittel­ kasten 5 dient der Aufnahme von Schmiermittel, welches beim laufenden Ziehvorgang für hydrodynamische Druckverhältnisse im und um den Ziehspalt Sorge trägt.

Der umzuformende Verbunddraht 6 gelangt nun über den Schmier­ mittelkasten 5, die Vorsteinaufnahme 2 in die Druckkammer 3 und anschließend zum in der Ziehsteinaufnahme 4 vorhandenen Ziehstein, um dort der eigentlichen Umformung Stufe für Stufe unterworfen zu werden.

Wie aus der Draufsicht nach Fig. 1b ersichtlich, weist die Druckkammer 3 einen seitlich angeordneten Hydraulikzylinder 12 auf, welcher im Zusammenwirken mit den in Fig. 2 gezeigten Elementen eine Druckerzeugungseinrichtung 9 bildet. Sensoren 17 überwachen die Position eines in der Fig. 1b nicht gezeigten Druckstößels, um die Druckverhältnisse in der Druckkammer 3 mittelbar zu erfassen. Weiterhin ist an der Ziehsteinaufnahme 4 eine an sich bekannte Ziehsteinkühlung 16 vorgesehen.

Die Elemente Vorsteinaufnahme 2, Druckkammer 3, Ziehsteinauf­ nahme 4 sowie Druckerzeugungseinrichtung 9 bilden eine von einer Grundplatte 18 getragene Baueinheit.

Der Aufbau der Druckkammer sei nun anhand der Schnittdarstel­ lung nach Fig. 2 näher erläutert. Die Druckkammer 3 umfaßt einen seitlichen Schmiermittelkanal 8, welcher zur Draht­ durchgangsbohrung 7 der Druckkammer 3 führt. Eine trichter­ artige Schmiermittelaufgabe 11 dient dem Zuführen von Schmier­ mittel für den Fall des Startens bzw. Anfahrens oder Wieder­ anfahrens der Ziehanlage.

Ein Druckstößel 10 befindet sich in der Druckerzeugungsein­ richtung 9 und wird von dem Hydraulikzylinder 12 betätigt, d. h. in Richtung Drahtdurchgangsbohrung 7 der Druckkammer 3 ver­ schoben. Der Stößel 10 ist mindestens teilweise im seitlichen Schmiermittelkanal 8 geführt und baut die Druckverhältnisse in der Druckkammer, d. h. im Druckkammerraum der Drahtdurchgangs­ bohrung 7 auf.

Weiterhin besitzt die Druckkammer 3 Bohrungen 13 zur Aufnahme von vorzugsweise elektrischen Heizelementen sowie eine Bohrung 14, die dem Befestigen eines Temperatursensors dient.

Paßbohrungen 15 dienen der Aufnahme nicht gezeigter Spann­ schrauben, um eine feste, dichte Preßverbindung zwischen Druckkammer 3 und benachbarter Vorsteinaufnahme 2 bzw. Ziehsteinaufnahme 4 zu gewährleisten.

Eine nicht dargestellte Druck/Temperatur-Regeleinrichtung erfaßt im Zusammenwirken mit den Sensoren 17 sowie dem in der Bohrung 14 befindlichen Temperatursensor laufend die Druck- und Temperaturverhältnisse der Druckkammern aller Ziehstufen und gibt beim Erreichen vorgegebener Werte den Beginn sowie das Wiederanfahren der Ziehanlage frei. Gleichfalls ist die er­ wähnte Regeleinrichtung in der Lage, eine an sich bekannte Ziehsteinkühlung zu steuern.

Mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gelingt es, in mehrstufigen Ziehanlagen Schichtverbunddrähte mit hoch­ festem Kern, jedoch weichem Hüllmaterial sicher umzuformen, ohne daß unerwünschte Abrisse oder ein Fressen des Umformgutes in den Ziehsteinen auftritt. Die in jeder Ziehstufe vorzu­ sehenden Druckkammern besitzen einen äußerst einfachen Aufbau und können in Verbindung mit an sich bekannten Vor- und Zieh­ steinaufnahmen eine nur jeweils geringen Bauraum umfassende Einheit bilden, so daß ein Nachrüsten in vorhandene Anlagen problemlos möglich ist.

Bezugszeichenaufstellung

1

Ziehstufe

2

Vorsteinaufnahme

3

Druckkammer

4

Ziehsteinaufnahme

5

Schmiermittelkasten

6

Verbunddraht

7

Drahtdurchgangsbohrung in der Druckkammer

8

seitlicher Schmiermittelkanal

9

Druckerzeugungseinrichtung

10

Druckstößel

11

Schmiermittelaufgabe für Druckkammer

12

Hydraulikzylinder

13

Bohrungen für elektrische Heizelemente

14

Bohrungen für Temperatursensor

15

Paßbohrungen

16

Ziehsteinkühlung

17

Sensoren

18

Grundplatte

Claims (6)

1. Verfahren zur hydrodynamischen Ziehumformung von Schicht­ verbunddraht, bei dem der Schichtverbunddraht in jeder Zieh­ stufe einer Mehrfach-Ziehanlage zunächst einen Schmiermittel­ kasten und danach eine beheizte Druckkammer, die zwischen einem Vor- und einem Ziehstein angeordnet ist und mit diesen eine bauliche Einheit bildet, durchläuft,
wobei vor jedem Anfahren oder Wiederanfahren der Mehrfach- Ziehanlage unmittelbar vor dem Ziehstein jeder Ziehstufe der Druckkammer Zieh- und Schmiermittel zugeführt und mittels der beheizten Druckkammer auf das dort zugeführte Zieh- und Schmiermittel und den Schichtverbunddraht ein hydrostatischer Start- oder Wiederanfahrdruck im jeweiligen Ziehspalt aufgebaut wird,
wobei weiter der Start- oder Wiederanfahrdruck für jede Druck­ kammer durch eine Hydraulikregelung voreingestellt und über­ wacht wird sowie ein Vorheizen der Druckkammern auf eine vorgegebene Temperatur erfolgt und beim Erreichen eines wähl­ baren Druck/Temperaturbereiches in den Druckkammern aller Ziehstufen die Freigabe des Ziehvorgangs vorgenommen wird, wodurch Schichtverbunddrähte mit hochfestem Kern und weichem Mantelwerkstoff qualitativ hochwertig umformbar sind,
und wobei nach dem Anfahren und Wiederanfahren während des fortgesetzten kontinuierlichen Ziehens ohne Druckbeaufschlagung von zugeführtem Zieh- und Schmiermittel in den Druckkammern in an sich bekannter Weise durch Mitnahme von Schmiermittel aus dem Schmiermittelkasten im Ziehspalt hydrodynamische Druckver­ hältnisse aufrechterhalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ziehvorgangs Druck- und Temperatur in jeder Druck­ kammer laufend überwacht werden, wobei mit einsetzender Erwärmung des oder der Ziehsteine durch den Ziehvorgang die Fremd­ heizung deaktiviert wird.

3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Start- oder Wiederanfahrdruck in den Druckkammern jeder Ziehstufe im Bereich von 100 bis 130 bar eingestellt wird.

4. Mehrfach-Ziehanlage zur hydrodynamischen Ziehumformung von Schichtverbunddraht zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei jede Ziehstufe einen Vor- und einen Ziehstein umfaßt und am Vorstein jeweils ein Schmiermittelkasten (5) angeordnet ist, zwischen Vor- und Ziehstein jeder Ziehstufe eine mit diesen eine bauliche Einheit bildende beheizte Druck­ kammer (3) vorgesehen ist, die Druckkammer (3) eine Draht­ durchgangsbohrung (7) sowie einen seitlichen, zur Drahtdurch­ gangsbohrung (7) führenden Schmiermittelkanal (8), dem über eine Schmiermittelaufgabe (11) Zieh- und Schmiermittel zuführbar sind, aufweist,
weiterhin eine hydraulisch betätigbare Druckerzeugungsein­ richtung (9) mit einem mindestens teilweise im seitlichen Schmiermittelkanal (8) geführten Druckstößel (10), welcher von einem Hydraulikzylinder (12) betätigbar ist, so an der Druck­ kammer (3) angeordnet ist, daß das über die Schmiermittelauf­ gabe (11) dem Schmiermittelkanal (8) zugeführte Zieh- und Schmiermittel mit vorgebbarem Druck in die Drahtdurchgangs­ bohrung (7) preßbar ist und im Zusammenwirken mit der in der Druckkammer (3) vorgesehenen Heizeinrichtung auf das Zieh- und Schmiermittel und den Schichtverbunddraht ein hydrostatischer Start- oder Wiederanfahrdruck im jeweiligen Ziehspalt vor jedem Anfahren oder Wiederanfahren der Mehrfach-Ziehanlage aufbaubar ist,
zum Überwachen der Bewegung oder Lage des Druckstößels (10) zum mittelbaren Feststellen der Druckverhältnisse und der Tempe­ ratur Sensoren vorgesehen sind,
und wobei eine Druck/Temperatur-Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche die Druck- und Temperaturverhältnisse aller Druckkammern in den Ziehstufen überwacht und beim Erreichen vorgegebener Werte den Beginn sowie das Wiederanfahren der Mehrfach-Ziehanlage freigibt und entsprechend vorgebbarer Parameter eine an sich bekannte Ziehsteinkühlung steuert.

5. Ziehanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (3) seitliche Bohrungen oder Aussparungen (13) zur Aufnahme von elektrischen Heizelementen sowie eine Bohrung (14) für einen Temperatursensor aufweist.

6. Ziehanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der baulichen Einheit die Aufnahmen (2, 4) von Vor- und Ziehstein sowie die Druckkammer (3) in Ziehrichtung ver­ laufende Paßbohrungen (15) zur Führung von Spann- und Befesti­ gungsbolzen umfassen.