DE2125250A1

DE2125250A1 - Aluminium roll cladded bearing steel prodn - with automatic feed steel temp control

Info

Publication number: DE2125250A1
Application number: DE19712125250
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing 7107 Neckarsulm Rabenau. f nedrich Wilhelm
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1971-05-21
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1972-11-30

Abstract

The composite bearing plates are produced by hot roll cladding of an inductively protective gas atmos. preheated precleaned roughened bond surface steel strip with room temp. fed Al strip. The steel temp. is controlled by reference to the quotient of the steel infeed speed into the roll and the exit feed of the compound strip from the rolls. The constant cladding temp. perits the prodn. of uniformly thin cladded steel.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen bandförmiger Verbundwerkstoffe durch Walzplattieren Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen bandförmiger Verbundwerkstoffe, vorzugsweise für Gleitlager, durch Walzplattieren eines plattierseitig gereinigten und aufgerauhten, induktiv unter Schutzgas erhitzten Stahlbandes mit einem vornehmlich bei Raumtemperatur zugeführten Leichtmetalll)and, vorzugsweise bestehend aus einer Aluminiumlagerlegierung, wobei das Leichtmetallband weitgehend erst unter dem Walzspalt von dem Stahlband erwärmt wird. Method and device for the production of strip-shaped composite materials by roll cladding The invention relates to a method and an apparatus for Manufacture of strip-shaped composite materials, preferably for plain bearings, by roll cladding one that has been cleaned and roughened on the cladding side and inductively heated under protective gas Steel strip with a light metal, which is mainly supplied at room temperature, preferably consisting of an aluminum bearing alloy, the light metal strip is largely heated by the steel strip under the roll gap.

Als Grundwerkstoff für Gleitlager hat sich schon seit Jahren legiertes Aluminium durch sein geringes spezifisches Gewicht, seine hohe Wärmeleitfähigkeit, seinen günstigen E-Modul und die gute Bearbeitbarkeit besonders bewährt. Durch gezielte Zusätze anderer Elemente gelang es, verschiedene hochwertige Aluminiumlagerlegierungen mit hohen Notlaufeigenschaften herzustellen. Weiterhin wurde eine bedeutende Steigerung der Tragfähigkeit und eine wesentliche Verbesserung der Warmfestigkeit erreicht, als es gelang, Leichtmetall-Gleitlager mit einem Stahlrücken zu versehen. Die Entwicklung derartiger Gleitlager wurde ferner begünsitigt durch diirnie druckfeste Lagerlaufschichten, kleine Masse, geringes CXewicht und Eignung zur Massenfertigung ohne Minderung der Präzision.Alloyed has been the base material for plain bearings for years Aluminum due to its low specific weight, its high thermal conductivity, its favorable modulus of elasticity and good machinability have particularly proven its worth. Through targeted Additions of other elements succeeded in making various high-quality aluminum bearing alloys with high emergency running properties. There was also a significant increase the load-bearing capacity and a significant improvement in the high-temperature strength is achieved, when it was possible to provide light metal plain bearings with a steel back. The development Such plain bearings were also favored by their pressure-resistant bearing running layers, small mass, low CX weight and suitability for mass production without reducing the Precision.

Diese Vorteil fanden besonderen Anklang im Kolbenmaschinenbau, insbesondere bei brennkraftinaschinen, zur Lagerung der Kurbelwelle und als Plenellager. Aber auch im übrigen maschinenbau werden diese aus einem Stahl-Lechtmetall-Verbundwerkstoff gefertigten Gleitlager mehr und @@ehr eingesetzt.These advantages found particular approval in piston engine construction, in particular in internal combustion engines, for bearing the crankshaft and as plenum bearings. but In the rest of mechanical engineering, too, these are made from a steel-light metal composite manufactured plain bearings are used more and more.

Die Herstellung des Stahl-Leichtmetall-Verbundwerkstoffes erfolgt gewöhnlich durch Walzplattieren, wobei nach 4er Drr-OS 1 527 597 je nach den Eigenschaften des auf das Stahlband aufzuplattierenden Leichtmetallbandes das Stahlband unmittelbar vor Eintritt in den Walzenspalt induktiv auf eine solche Temperatur aufgeheizt wird, dass im Augenblick der Berührung mit dem bis unmittelbar vor den Walzenspalt mit Raumtemperatur zugeführten Leichtmetallballd die plattierseitige Oberfläche des Leicht -metallbandes eine Kontakttemperatur bis zur Höhe des Solt dus -Punktes des Leichtmetalls erreicht. Die genaue Dosierung der induktiv auf das Stahlband aufgebrachten Wärme, die unter dem Walzenspalt einerseits durch die Verformungswärme der zu plattierenden Werkstoffe erhöht, andererseits durch Strahlungsverluste und Wärmeableitung an die Walzen erniedrigt wird, spielt beim Walzplattieren von Stahl mit Leichtmetall eine entscheidende Rolle, da durch die Temperatur des Stahls sowohl die Güte der Plattierbindung als auch der jeweilige Verformungsgrad des Stahls und in weit höherem Masse der des Leichtinetalls bestimmt werden.The production of the steel-light metal composite material takes place usually by roll cladding, according to 4er Drr-OS 1 527 597 depending on the properties of the light metal strip to be plated onto the steel strip, the steel strip directly is inductively heated to such a temperature before entering the nip, that at the moment of contact with the up immediately in front of the nip with Light metal ball supplied at room temperature, the cladding-side surface of the Light metal strip a contact temperature up to the level of the Solt dus point of the Light metal achieved. The exact dosage of the inductively applied to the steel strip Heat generated under the nip on the one hand by the deformation heat of the to be clad Materials increased, on the other hand by radiation losses and heat dissipation to the Rolling is decreased, plays one role in roll cladding of steel with light metal decisive role, as both the quality of the clad bond due to the temperature of the steel as well as the respective degree of deformation of the steel and, to a far greater extent, the of the light metal can be determined.

Der Verformungsgrad der zu plattierenden Werkstoffe ist von dem jeweiligen Formänderungswiderstand der einzelnen Werkstoffe abhängig.The degree of deformation of the materials to be clad depends on the respective Deformation resistance of the individual materials depends.

Der Formänderungswiderstand nimmt mit steigender Temperatur in der Weise ab, dass der des Leichtmetalls vergleichsweise sehr viel schneller als der des Stahls sinkt. So werden beispielsweise unter Berücksichtigung einer Gesamtverformung von 40% bei im kalten Zustand plattiertem Stahl-Leichtmetall-Verbundwerkstoff der Stahl um 39% und das Leichtme tall um 41% verformt, während bei einem bei 2000C plattierten Verbund werkstoff der gleichen Zusammensetzung und Gesamtverformung der Stahl um 20% und das Leichtmetall um 60% verformt werden Bei einem bei 500°C plattierten Verbundwerkstoff obiger Zusammensetzung und Gesamtverformung werden der Stahl um 2% und das Leichtmetall um 75% verformt.The deformation resistance increases with increasing temperature in the Refuse that that of the light metal is comparatively much faster than that of the of steel is sinking. For example, taking into account an overall deformation of 40% in the case of steel-light metal composite material clad in the cold state Steel is deformed by 39% and light metal by 41%, while one at 2000C Clad composite of the same composition and overall deformation the steel by 20% and the light metal by 60% are deformed at a temperature of 500 ° C clad composite material of the above composition and total deformation the steel is deformed by 2% and the light metal by 75%.

Daraus ergibt sich, dass der Formänderungswiderstand vergleichsweise stark durch die beim Walzplattieren herrschenden Temperaturen beeinflusst wird, Diese Tatsache erfordert cine genaue Teinperaturrege -lung des Stahlbandes, wenn der vorbestimmte Verformungsgrad der zu plattierenden Werkstoffe n engen Toleranzen eingehalten und die konstruktiven, herstellungstechnischen und wirtschaftlichen Vorteile der aus dem Verbundwerkstoff hergestellten Gleitlager erzielt werden sollen.It follows that the deformation resistance is comparatively strongly due to the temperatures prevailing during roll cladding influenced This fact requires precise temperature regulation of the steel belt, when the predetermined degree of deformation of the materials to be clad n tight tolerances adhered to and the constructive, manufacturing and economic Advantages of the plain bearings produced from the composite material are to be achieved.

So kann durch eine genaue Temperaturregelung das auf den Stahl aufplattierte I.eichtmetall so dünnschichtig wie möglich gehalten werden, so dass nicht nur der Verbrauch an Leichtmetall gesenkt, sondern auch eine höhere l3elastbarkeit des gefertigten Gleitlagers erreicht werden.Precise temperature control enables the clad on the steel I. light metal should be kept as thin as possible so that not only the Reduced consumption of light metal, but also a higher load capacity of the manufactured Slide bearing can be achieved.

Im allgemeinen werden die Temperaturen des Stahlbandes beim Walzplattieren so hoch wie möglich gewählt, um eine maximale Güte der Plattierverbindung mit dem aufzuplattierenden Leichtmetall und eine möglichst geringe Stahlverformung zu erhalten, die nur in engen Toleranzen von dem vorbestimmten Verformungsgrad abweicht. Soweit es das aufzuplattierende Leichtmetall zulässt, wird der Stahl bis zum Curiepunkt von 730°C erhitzt.In general, the temperatures of the steel strip during roll cladding are used chosen as high as possible in order to maximize the quality of the cladding connection with the to obtain the light metal to be cladded and the least possible steel deformation, which deviates from the predetermined degree of deformation only within narrow tolerances. So far if the light metal to be plated allows, the steel becomes up to the Curie point heated from 730 ° C.

Demgegenüber muss jedoch bei der Verwendung von leichtmetallen mit niedrig schmelzenden hertenogen eingelagerten Elementen wie Zinn und Blei enthaltenden Aluminiumlagerlegiorungen bei Temperaturen plattiert werden, bei denen im Walzenspalt während der Plattierung die Schmelzpunkte der niedrig schmelzenden Komponenten des Leiciltmetalls nicht überschritten werden, da sonst die Gefahr des n "Ausschwitzens" der nie drig schmelzenden Elemente besteht. Die maximalen Temperaturen im Leichtmetall treten kurzfristig nur an den Kontaktberührunasfläehen im Walzenspalt auf und werden unmittelbar danach durch Wärmeleitung an den übrigen Querschnitt des kalt zugeführten Leichtmetallbandes abgeführt.In contrast, however, when using light metals with low-melting elements containing hertenogenous elements such as tin and lead Aluminum bearing alloys are plated at temperatures at which in the nip during plating, the melting points of the low melting point components of the Leiciltmetalls are not exceeded, otherwise there is a risk of "exuding" consists of never-melting elements. The maximum temperatures in the light metal occur for a short time only at the contact contact areas in the nip and will immediately thereafter by conduction to the remaining cross section of the cold supplied Light metal band discharged.

Die Plattiertemperatur im Walzenspalt ist zwar bei der induktiven Erwärmung des Stahlbandes mit der der Induktionsspuie zugeführten Stromst;ri:e regelbar, jedoch absolut abhängig von einer Reihe von Faktoren wie Verformungswärme, Querschnittsabnahme, Dicke des Stahl und Leicht -metallbandes, Aussentemperatur oder dergl. Faktoren. Die wahre Plattiertemperatur im Walzenspalt ist deshalb nie exakt rrlessbar, auch nicht mit in das plattierte Band eingewalzten Thermoelernenten, deren Thermospannung durch das bei der induktiven Erwärmung des Stahlbandes er -zeugte Feld beeinflusst wird. Ausserdem liefert die Trägheit der anzeigenden Messinstrumente ungenaue und nicht kontinuierlich registrierbare Messwerte. The plating temperature in the roll gap is inductive Heating of the steel strip with the current fed to the induction coil; ri: e adjustable, but absolutely dependent on a number of factors such as deformation heat, reduction in cross-section, Thickness of the steel and light metal strip, outside temperature or similar factors. The true plating temperature in the nip can therefore never be exactly measured, too not with thermal elements rolled into the clad strip, their thermal voltage influenced by the field generated by the inductive heating of the steel strip will. Furthermore, the inertia of the indicating meters provides inaccurate and accurate Measured values that cannot be recorded continuously.

In der Praxis misst man deshalb wegen der genannten Schwierigkeiten die Temperatur des aus dem Walzenspalt auslaufenden plattierten Bandes erst hinter dem Walzenspalt mittels Stich- oder Rollenpyrometern.In practice, therefore, measurements are made because of the difficulties mentioned the temperature of the clad strip exiting the nip is only behind the nip by means of stitch or roller pyrometers.

Dabei wird jedoch nur eine sich nachher einstellende Mischtemperatur gemessen, die von der wahren Plattiertemperatur beim Kontakt des Stahls mit dem Leichtmetall im Walzenspalt stark abweicht.However, there is only a subsequent mixed temperature measured that of the true plating temperature when the steel came into contact with the The light metal in the nip is very different.

Wie der vorstehend beschriebene Stand der Technik zeigt gibt es bisher keine Möglichkeit, die Plattiertemperatur beim Kontakt des Stahls mit dem Leichtmetall unmittelbar im Walzenspalt exakt zu messen und zu regeln, um dadurch den Verformungsgrad des Stahls und somit auch den Verformungsanteil von Stahl und Leichtmetall in engen Toleranzen einzuhalten.As the prior art described above shows, there has been hitherto no possibility of the plating temperature when the steel comes into contact with the light metal to measure and regulate exactly directly in the nip in order to thereby determine the degree of deformation of the steel and thus also the deformation proportion of steel and light metal in tight Adhere to tolerances.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Temperatur des Stahlbandes so zu æteuern, dass sowohl eine gleichmässige und für das Leichtlnetallband maximal noch zulässige Plattiertemperatur als auch eine konstante Verformung des Stahls innerhalb enger Toleranzen bei konstanter Gesamtverformung von Stahl und Leichtmetall gewährleistet ist.The object of the invention is now the temperature of the steel strip so to control that both a uniform and maximum for the light metal strip permissible plating temperature as well as constant deformation of the steel within tight tolerances with constant overall deformation of steel and light metal is guaranteed.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass der sich aus der Geschwindigkeit des Stahlbandes auf der Emlaufseite und der Geschwindigkeit des plattierten Bandes auf cler Auslaufseite der Walzen ergebende kontinuierlich gemessene Quotient, der sich mit der Verformung des Stahls ändert.The solution to this problem is that of the speed of the steel belt on the infeed side and the speed of of the plated strip on the exit side of the rollers is continuously measured Quotient that changes with the deformation of the steel.

zur Steuerung des Temperatursollwertes durch Äliderung des Induktionsstromes benutzt wird. Überschreitet oder unterschreitet der Istwert den 0 Temperatursollwertund ändert sich dementsprechend der Verformungs grad und damit der Quotient aus Einlauf- und Auslaufgeschwindigkeit, so wird der Induktionsstrom geschwächt oder verstärkt. Das bedeutet, dass mit zunehmendem Quotienten, d.h. mit zunehmendem Verformungsgrad des Stahls die Beheizung des Stahlbandes erhöht bzw. bei. abnehmendem Quotienten, d, h, mit abnehmendem Verformungsgrad des Stahls erniedrigt werden muss, weil durch diese Massnahme der Verformungsanteil des Leichtmetalls in weit stärkerem Masse als der des Stahls beeinflusstwird und der Gesamt-Verformungsgrad durch bekannte Enddic kenr egelung über den Walzenspalt konstant gehalten wird.for controlling the temperature setpoint by reducing the induction current is used. If the actual value exceeds or falls below the 0 temperature setpoint and the degree of deformation changes accordingly and thus the quotient of the inlet and run-out speed, the induction current is weakened or increased. This means that with increasing quotient, i.e. with increasing degree of deformation of the steel increases the heating of the steel strip or at. decreasing quotient, d, h, must be decreased with decreasing degree of deformation of the steel, because by this measure the deformation proportion of the light metal to a far greater extent than that of steel is influenced and the total degree of deformation is known by known Final thickness control is kept constant across the nip.

Die Vorrichtung zur Durchfübrung des Verfahrens besteht aus einem an sich bekannten Quotienten-Fernregler, durch dessen oberen und unteren Begrenzungskontakt Spannungsimpuls e auf ein Mitt elfr equenz -Spannungs -r egelungsger ät mit motorischer Sollwertverstellung ausgelöst werden.The device for performing the method consists of one well-known quotient remote controller, through its upper and lower limit contact Voltage impulses to a mid-frequency voltage control device with motorized Setpoint adjustment can be triggered.

Durch ein elektronisches Impulsrelais wird durch einstellbare Impuls-und Pausenzeiten sowie durch Vorwahl der günstigsten Uber- und Unterspannungen ein Minimum der Abweichung und Frequenzen bei der Plattiertemperatur erreicht, so dass der Verformungsgrad des Stahls in engen Grenzen konstant gehalten werden RannJ zumal auch die verstellbaren Minimal- und n'laximalkontalcte d.es Quotientenreglers eng an den Sollwert eingestellt werden können.By means of an electronic pulse relay, adjustable pulse and Break times as well as preselecting the cheapest overvoltage and undervoltage are a minimum the deviation and frequencies achieved at the plating temperature, so that the degree of deformation of steel are kept constant within narrow limits, especially since the adjustable ones are also kept constant The minimum and n'laximalcontalcte of the quotient controller are set close to the setpoint can be.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is illustrated below using an exemplary embodiment explained in more detail.

Es soll ein Verbundwerkstoff für die Herstellung von Gleitlagern durch Walzplattieren, der aus einer 1, 00 ~ 0, 05 mm dicken Stahlschicht und aus einer 0, 60 - 0> 05 mm dicken Al-Sn20-Cu-Schicht besteht, erzeugt werden Bei einem Gesamtverformungsgrad von 40 % erfolgt die Walzplattierung bei o 2 0.It is intended to be a composite material for the manufacture of plain bearings Roll cladding, the one from a 1.00 ~ 0.05 mm thick steel layer and from a 0.60 - 0> 05 mm thick Al-Sn20-Cu layer, can be produced at a total degree of deformation of 40%, roll cladding takes place at o 2 0.

Als bekannt, da experimentell ermittelt, wird vorausgesetzt, daß durch die vorgegebene Temperatur und die Dickenverhältnisse der Schicht des Verbundwerkstoffs vor und nach der Plattierung der Formänderungswiderstand des leichtmetalls 60 kp/mm² und der des Stahls 108 kp/mm² betragen und demzufolge ein Verformungsgrad von 58 % für Leichtmetall und 20 % für Stahl zu erwarten ist.As known, since determined experimentally, it is assumed that by the specified temperature and the thickness ratios of the layer of the composite material before and after plating, the deformation resistance of the light metal 60 kp / mm² and that of the steel are 108 kgf / mm² and consequently a degree of deformation of 58 % for light metal and 20% for steel is to be expected.

Daraus ergibt sich eine Ausgangsdicke des Leichtmetallbandes von 1, 42 mm und des Stahlbandes von 1, 25 mm, Bei einer Einlaufgeschwindigkeit des Stahlbandes in den Walzenspalt von 6, 0 m/min. und einer Auslaufgeschwindigkeit von 6 x 1, 25 = 7, 5 in/min.. ergibt sich der Geschwindigkeitsquotient zu 1> 2, Dieser Wert wird im Quotienten-Fernregler durch Kontakteinstellung auf 1, 23 bis 1, 27 begrenzt.This results in an initial thickness of the light metal strip of 1, 42 mm and the steel belt of 1.25 mm, at an infeed speed of the steel belt into the nip of 6.0 m / min. and a discharge speed of 6 x 1.25 = 7.5 in / min .. the speed quotient results in 1> 2. This value is limited to 1, 23 to 1, 27 in the quotient remote control by contact setting.

Die zur Erwärmung des 1.-25 mm dicken Stahlbandes bei der vorgegebenen Stahlbreite und Durchlaufgeschwindigkeit erforderliche Induktionsleistung von 14 KÄV wird durch ein Mittelfrequenz-Spannungsregelgerät mit motorischer Sollwertverstellung derart konstant gehalten, daß bei Unter- und Überschreiten der Grenzwerte 1,23 bzw. 1,27 am Geschwindigkeitsquotientenmesser ein Kontakt zur motorischen Einstellung des Sollwertes der Induktionsleistung über ein elektronisches Impuls gerät ausgelöst wird, Dieses Impuisgerät gibt solange Impulse, bis der Sollwert der Verformung wieder erreicht wird. Durch die Steuerung der Impuls- und Pausenzeiten kann die Einspielung auf die Sollwerte für die Temperatur und damit für den Grad der Verformung ohne große e Amplitudenausschläge sehr weich erfolgen, so daß eine hohe Konstanz der Plattiertemperatur und der Maßhaltigkeit und damit Qualität des hergestellten Verbundwerkstoffs gewährleistet ist,The one for heating the 1.-25 mm thick steel strip at the specified Steel width and throughput speed required induction power of 14 KÄV is controlled by a medium-frequency voltage regulator with motorized setpoint adjustment kept constant in such a way that if the limit values are undershot or exceeded, 1.23 resp. 1.27 on the speed quotient meter, a contact for motorized adjustment of the setpoint of the induction power triggered by an electronic pulse device This impulse device continues to emit impulses until the deformation setpoint is reached is achieved. By controlling the impulse and pause times, the recording on the setpoints for the temperature and thus for the degree of deformation without large e amplitude excursions take place very gently, so that a high degree of constancy of the Plating temperature and the dimensional accuracy and thus quality of the composite material produced is guaranteed,

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1 Process for producing band-shaped Composite materials, preferably for plain bearings, by roll plating one of them on the clad side cleaned and roughened steel jandes heated inductively under protective gas a light metal strip fed primarily at room temperature, preferably consisting of an aluminum bearing alloy, with the light metal band largely is only heated under the nip, characterized in that the temperature setpoint of the bar building is activated automatically by regulating the induction power by means of the from the entry speed of the steel strip into the roller gap and the exit speed of the composite material resulting from the rolling gap Ge speed quotients is controlled.

2) Vorricitung for performing the method according to claim 1 core characterized by a known per se with a remote control and an upper and lower limit contact equipped ratio meter with a medium-frequency voltage regulator is connected with motorized setpoint determination.

3) Device according to claim 2, characterized in that the Spannünpulse via an electronic pulse relay through adjustable pulse and pause times as well as by preselecting the most favorable over- and undervoltage.