DE2659592A1

DE2659592A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines metallstreifens mit unterschiedlichen staerken durch einen ziehvorgang unter verwendung hydrodynamischer schmierung

Info

Publication number: DE2659592A1
Application number: DE19762659592
Authority: DE
Inventors: Eugene Shapiro; Warren F Smith; Joseph Winter
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1975-12-31
Filing date: 1976-12-30
Publication date: 1977-07-14
Also published as: BE850035A; AU2097376A; GB1542648A; JPS5285053A; FR2336989A1; AU504658B2; FR2336989B1; CH625448A5; SE7614698L; CA1064426A

Description

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OLIN CORPORATION, New Haven, Connecticut O65O4 / V. St. A.

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Metallstreifens mit unterschiedlichen Stärken durch einen Ziehvorgang unter Verwendung hydrodynamischer Schmierung.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Metallstreifens mit unterschiedlichen Stärken und hoher Genauigkeit durch einen Ziehvorgang unter Verwendung hydrodynamischer Schmierung.

In vielen Anwendungsfällen, etwa bei der Herstellung von Kupferstreifen zur Ausbildung von elektrischen Verbindern u.dgl. ist es notwendig, einen Metallstreifen mit Abschnitten unterschiedlicher Stärke vorzusehen. Bisher wurden zur Herstellung der Abschnitte unterschiedlicher Stärke herkömmliche Verfahren verwendet wie Fräsen oder Hobeln. Derartige Verfahren

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haben den Nachteil, daß sie viel Abfall erzeugen und im Falle des Fräsens besonders zeitraubend sind.

Ein anderes int Stand der Technik bekanntes Verfahren ist das Reduzieren der Stärke einzelner Abschnitte durch einen Rollvorgang. Rollverfahren weisen bei normaler Produktion eine Genauigkeit von etwa 10% auf und sind nicht gut genug diejenigen Toleranzen einzuhalten, bei denen strukturelle Fehler wie Wölbungen, Kantenwelligkeiten, Ausbeulungen oder Längsrisse vermieden werden.

Zusätzlich zu den oben erläuterten Herstellungsverfahren sind Ziehverfahren untersucht worden, bei denen entsprechend konturierte Matrizen verwendet wurden. Im allgemeinen zieht die Herstellung eines Produktes mit unterschiedlichen Stärken durch einen Ziehvorgang Komplikationen nach sich, die durch den üblichen Metallfluß verursacht werden. Bei einem normalen Ziehvorgang verursacht eine Dickenverringerung in einem Querschnitt eine Zunahme der Querschnittslänge, so daß, falls die Dicke einer vorgegebenen Form über die Breite variiert, der Ziehvorgang zu unterschiedlichen Längenveränderungen führt, was einen ungleichmässigen Metallfluß und Spannungen nach sich zieht, was zu Ausbeulungen, Verdrehungen, Rissen und Brüchen im Werkstück führt. Obwohl eine große Anzahl von Ziehtechniken einschließlich der Verwendung des hydrody-

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namischen Prinzips bekannt sind, kann keines die obenerwähnten Nachteile oder Schwierigkeiten beseitigen, die sich beim Ziehen eines komplexen Querschnittes mit unterschiedlichen Stärken ergeben.

Erfindungsgemäß" ist gefunden worden, daß ein Ziehvorgang zur Herstellung eines Metallstreifens mit unterschiedlichen Stärkeabschnitten hoher Genauigkeit vorgesehen werden kann, indem ein vorgeformter Streifen durch eine Matrize gezogen wird, die die gewünschte Querschnittsgestalt bestimmt, wobei ein direkter Oberflächenkontakt zwischen dem Streifen und der Matritze verhindert wird und die Breitendimension des Streifens unverändert ist und das Verhältnis der Streifenoberfläche zu der Streifenquerschnittsfläche sich um mindestens 30% ändert. Der hierbei verwendete Ziehvorgang macht von einer hydrodynamischen Schmierung Gebrauch und ermöglicht eine Querschnittsverringerung des Streifens in einem Arbeitsschritt im Bereich von 39 bis 55 %.

Eine bei dem Ziehvorgang nach der vorliegenden Erfindung verwendete Vorrichtung wird ebenfalls beschrieben, wobei diese Vorrichtung einen Behälter aufweist, der eine bestimmte Menge des Schmiermittels aufnimmt und kleine Öffnungen in seinen Seitenwandungen besitzt, die den Eintritt und den Austritt des streifenförmigen Werkstückes ermöglichen; eine Matrizenanordnung ist neben dem Behälter und in Verbindung mit einer

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der Öffnungen angeordnet, und die Matrizenanordnung weist einen hydrodynamischen Abschnitt und einen sich daran anschließenden Verringerungsabschnitt auf.

Das bei dem Ziehvorgang nach der vorliegenden Erfindung verwendete Streifenmaterial ist im allgemeinen auf eine Form vorgeformt, die der Form des fertigen Artikels angenähert ist. Dieses Vorformen kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden, so beispielsweise durch Fräsen oder Hobeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt die Vorteile, daß nur wenig oder überhaupt kein Abfall erzeugt wird und daß die zur Herstellung von Produkten mit unterschiedlichen Stärken notwendige Energie und Zeit stark verringert wird. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren verringerten Reibungskräfte machen es möglich, daß eine größere Querschnittsverringerung vorgenommen wird, ohne daß die Gefahr einer Verzerrung oder eines Bruches des Streifens entsteht, was bei einem herkömmlichen Ziehvorgang ohne weiteres auftritt. Die einen Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung bildende Matrizenanordnung kann leicht und schnell an andere Größen oder Formen eines gewünschten Produktes angepaßt werden, indem untereinander austauschbare Komponenten ersetzt werden. Die auf diese Weise hergestellten Produkte besitzen eine

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im unerwai teten Maße verbesserte Abmessungsgenauigkext und sind auch frei von strukturellen Fehlern wie Streifenkrümmungen, Ausbeulungen oder Brüchen.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Metallstreifen vielfacher Stärke angegeben, wobei das Verfahren Produkte erzeugt, die eine verbesserte Abmessungsgenauigkeit besitzen und frei von strukturellen Fehlern sind.

Das erfindungsgemässe Verfahren erzeugt wenig oder überhaupt keinen Abfall und ermöglicht eine größere Querschnittsverringerung innerhalb einer verringerten Bearbeitungszeit.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird ein Ziehvorgang vorgesehen, der ohne direkten Oberflächenkontakt zwischen dem Streifen und der Matrize arbeitet.

Durch die vorliegende Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung vorgesehen, die zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet ist, wobei die Vorrichtung schnell und ohne Schwierigkeiten an unterschiedliche Größen oder Formen des herzustellenden Produktes anpaßbar ist.

Es wird weiterhin ein Verfahren vorgesehen, bei dem eine

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Querschnittsverringerung in einem Arbeitsschritt bewerkstelligt wird.

Die vorliegende Erfindung wird im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Streifens mit Abschnitten unterschiedlicher Stärke, der durch die erfindungsgemässe Ziehvorrichtung hindurchtritt,

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, in der die erfindungsgemässe Vorrichtung veranschaulicht wird,

Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung,

Fig. 4 und 5 zeigen schematische Querschnitts von Streifen mit Abschnitten unterschiedlicher Stärke, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden.

Es wird im Nachfolgenden das Verfahren und die Vorrichtung zum Herstellen eines Metallstreif ens mit Abschnitten unter-, schiedlicher Stärke mit geringen Toleranzen beschrieben,

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bei dem (der) ein Ziehvorgang mit hydrodynamischer Schmierung verwendet wird und ein direkter Oberflächenkontakt zwischen dem Streifen und der Ziehmatrize verhindert wird.

Bei dem Verfahren wird ein zunächst vorgeformter· Streifen durch eine Matrize von entsprechender Gestalt gezogen, wobei abgesehen von dem fehlenden Oberflächenkontakt die Breite des Streifens unverändert ist und das Verhältnis der Streifenoberfläche zu dem Streifenquerschnitt um mindestens 3O%, vorzugsweise um 30 bis 50% verändert wird. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet eine hydrodynamische Schmierung, was eine Verringerung des Querschnittes in einem Arbeitsschritt im Bereich von 39 bis 55% der Dicke ermöglicht.

Wie eingangs erwähnt wurde, haben die Versuche zur Herstellung von Produkten mit Abschnitten unterschiedlicher Stärke wenig Erfolg gehabt, da der durch die unterschiedlichen Dicken verursachte unterschiedliche Metallfluß zum Ausbeulen, Verdrehen und zu Rissen im Werkstück geführt hat. Demzufolge konnten Querschnitte mit unterschiedlichen Stärken durch einen Ziehvorgang nur in verhältnismässig geringer Zahl hergestellt werden und man war dabei im allgemeinen auf einfache geometrische Formen wie Keile, Trapezoide u.dgl. beschränkt. Die US-Patentschrift 627 558 und die GB-Patentschrift 563 820 zeigen derartige Formen, die

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offensichtlich durch Ziehen hergestellt wurden. Wenn die Herstellung eines dünnen Streifens mit Abschnitten unterschiedlicher Stärke, d.h. mit mindestens zwei unterschiedlichen Stärken versucht wurde, die eine treppenförmige Oberfläche oder Formen ähnlicher Kompliziertheit ausbildeten, wurden die vorgenannten Schwierigkeiten angetroffen und man kam zu dem Ergebnis, daß ein Ziehvorgang für solche Anwendungsfälle wirtschaftlich untragbar war. Ein besonderer Grund hierfür lag in den beachtlichen Verhältnissen von Oberfläche zu Querschnitt, die bei der Herstellung von Streifen derartiger Gestalt auftraten und dies insbesondere für Produkte, die gegenwärtig in der elektronischen Industrie Anwendung finden. Wenn Streifen mit derartig großen Verhältnissen von Oberfläche zu Querschnittsfläche gezogen werden, sind die Reibungskräfte, die eine Funktion des Oberflächenkontaktes mit der Matrize sind,überaus hoch und machen eine Ziehkraft notwendig, die möglicherweise die Fähigkeit des Streifens zum Zusammenhalt übersteigt. Insbesondere bei der vorliegenden Erfindung wird das Verhältnis der Oberfläche zu der Querschnittsfläche sehr groß, da der Streifen eine Verringerung der Breitendimension erfährt, während die Änderung der Querschnittsfläche des Streifens im Bereich von bis zu 55 % liegt. Die sich ergebende Verdünnung des Streifens durch den Ziehvorgang verringert ganz offensichtlich die Fähigkeit des Streifens der Ziehkraft zu wider-

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stehen, die notwendig ist, um die Reibung zu überwinden, welche sich aus dem nahezu ständigen Oberflächenkontakt ergibt. Ganz offensichtlich wurde weder dieses Problem erkannt, noch eine Lösung in Bezug auf die hier vorliegende Gestalt durch die beiden obenerwähnten Patentschriften angegeben.

Es wurde unerwarteterweise gefunden, daß ein vorgeformter Streifen einem Ziehvorgang unterworfen werden kann, bei dem die QuerschnittsVerringerungen im Bereich von 39-55% in einem Arbeitsschritt liegen, ohne daß entweder ein unmittelbarer Oberflächenkontakt zwischen dem Streifen und der Matrize vorhanden ist oder daß eine Änderung der Breite des Streifens erzeugt wird. Das letztgenannte Merkmal wird als besonders bedeutsam angesehen, da konventionelle Ziehvorgänge im allgemeinen zu einer Änderung der Breitendimension des Werkstückes führen, d.h. entweder zu einer Verringerung oder zu einer Ausweitung infolge des Metallflusses. Im Fall, daß die Verringerung der Breite gleichmässig und im Verhältnis zu der Dickenverringerung durchgeführt wird, bleibt das vorgenannte Verhältnis von Oberfläche zu Querschnittsfläche im wesentlichen konstant und die Zugkräfte werden demzufolge im Verhältnis zu der Stärke des Streifens bei der verringerten Dicke verringert. Im Gegensatz dazu muß betont werden, daß die vorliegende Erfindung zu einer Zunahme des Verhältnisses von Oberfläche zu Querschnitts-

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fläche führt, da eine gleichmässige Streifenverringerung durchgeführt wird, bei de* die Breite durch das Ziehen unverändert bleibt. Die Funktionsfähigkeit des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird teilweise der Tatsache zugeschrieben, daß cine hydrodynamische Schmierung an der Ziehmatrize vorgesehen wird, und zwar insbesondere angesichts der Tatsache, daß das Wesen der vorgenommenen ungleichmässigen Verringerung dazu neigt, das Werkstück einer größeren Belastung auszusetzen. Ein weiteres Merkmal, das zur Funktionstüchtigkeit der vorliegenden Erfindung beiträgt, besteht in der Ausgestaltung der Ziehmatrize, die in dem Reduzierabschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung angeordnet ist. Die Oberflächen dieser Matrize, die die Abschnitte unterschiedlicher Stärke bestimmen, sind um individuell bestimmte Winkel geneigt, die dazu dienen, einen gleichmässigen Prozentsatz der Verringerung der Streifenhöhe über den gesamten Abschnitt des Streifens in einem beliebigen Querebenenabschnitt' vorzusehen, der innerhalb der Deformationszone beobachtet wird. Diese Merkmale werden im Nachfolgenden genauer erläutert.

Wie bereits erwähnt wurde, sieht das erfindungsgemässe Verfahren die Verwendung einer hydrodynamisehen Schmierung vor. Das wesentliche Merkmal der hydrodynamischen Schmierung, das sie von der beim konventionellen Ziehen verwendeten

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Schmierung mit einem dünnen Film unterscheidet, ist daß der Schmierfilm ausreichend dick ist, um einen Kontakt zwischen dem sich verformenden Metall und der Ziehmatrize zu verhindern.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird anhand der Fig. 1 erläutert, die schematisch einen Metallstreifen Io mit unterschiedlichen Stärken zeigt, der durch die Ziehvorrichtung 11 hindurchtritt. Der Streifen tritt zunächst durch einen Behälter 12 hindurch, der eine Schmiermittelmenge 13 aufnimmt, die ausreicht, um den Streifen vollständig abzudecken. Der Durchtritt durch den Behälter 12 wird durch die Öffnungen 14 bzw. 15 ermöglicht, die auf den Eingang zu dem hydrodynamischen Abschnitt 17 ausgerichtet sind. Der Streifen tritt dann in den hydrodynamischen Abschnitt ein und trägt auf seiner Oberfläche das Schmiermittel 13, das er beim Hindurchtreten durch den Behälter 12 aufgenommen hat.

Der hydrodynamische Abschnitt 17 weist eine einstellbare Einlaßdüse auf, die eine Querschnittsfläche von solcher Größe definiert, daß der schmiermittel-überzogene Streifen eintreten kann. Indem der Streifen Io durch den hydrodynamischen Abschnitt 17 hindurchtritt, wird das durch das sich bewegende Werkstück aufgenommene Schmiermittel komprimiert

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und es übt einen beachtlichen Druck auf den Streifen aus. Der sich in dem Reduzierabschnitt 18 entwickelnde Schmiermitteldruck muß ausreichend sein, um die gewünschte Formänderung zu verursachen, die durch die Gestalt der Matrize bestimmt wird, ohne daß ein Oberflächenkontakt zwischen der Matrize und dem Streifen ermöglicht wird. Die Bestim mung des Schmiermitteldruckes wird durch verschiedene Faktoren beherrscht, so durch die Schmiermittelviskosität, durch die Länge der Einlaßdüse, durch die Ziehgeschwindigkeit, durch das Spiel zwischen dem Streifen und der Düse und durch die Strömungsgeschwindigkeit des Schmiermittels durch den Reduzierabschnitt. Diese Faktoren können variiert werden, um den notwendigen Druck zur Erzeugung der gewünschten Querschnittsreduzierung des Streifens zu erzeugen, wie dies im Nachfolgenden näher erläutert wird.

Der sich unter dem Schmiermitteldruck bewegende Streifen tritt aus dem hydrodynamischen Abschnitt 17 in den Reduzierabschnitt 18 ein, wo er zu dem fertigen Produkt verformt wird. Der Reduzierabschnitt 18 weist eine Ziehmatrize auf, die die Form mit den unterschiedlichen Stärken definiert. Wie bereits ausgeführt wurde, wird das Ziehen ohne einen Oberflächenkontakt zwischen der Matrize und dem Streifen Io bewerkstelligt, aber auch ohne eine Änderung der Breite des Streifens Io infolge des Reduzierabschnittes 18. Das aus dem Reduzierabschnitt 18 heraustretende Produkt mit mehrfachen Stärken

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kann in seiner Querschnittsgestalt durch den Austausch von unterschiedlich gestalteten Matrizenkomponenten leicht verändert werden. Infolge der großen Verringerung der Reibungskräfte beim Ziehen, was durch die Verwendung der hydrodynamischen Schmierung bewerkstelligt wird, wird der Ziehvorgang in kürzerer Zeit und mit einer größeren Reduzierung pro Arbeitsschritt durchgeführt.

Die hydrodynamische Schmierung erzeugt einen Schmiermitteldruck, der ausreicht, um ein Ziehen des Streifens durchzuführen, ohne daß ein Oberflächenkontakt zwischen dem Streifen und der Matrize erfolgt. Verschiedene Faktoren beherrschen die Bestim mung des richtigen Schmiermitteldruckes und werden im Nachfolgenden näher erläutert.

Der erste dieser Faktoren ist die Schmiermittelviskosität. Die Schmiermittelviskosität hängt von der Art des gewählten Schmiermittels ab. Die bei dem erfindungsgemässen Verfahren verwendbaren Schmiermittel umfassen konventionelle Ziehöle und Ziehseifen. Es ist jedoch herausgefunden worden, daß Ziehseifen günstiger sind, da sie eine wesentlich höhere Viskosität besitzen. Die größere Viskosität überwindet gewisse spezifische Schwierigkeiten, zu denen ein Schmiermittelleck und der Aufbau eines ausreichenden Druckes gehören.

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Somit wird die Fabrikation einfacher, da die Dichteigenschaften der Bauteile weniger kritisch sind. Andere Faktoren, die durch die Viskosität des Schmiermittels beeinflußt werden sind die Länge der Einlaßdüse und das Spiel zwischen dem Streifen und der Düse. Wenn ein Schmiermittel verwendet wird, das eine höhere Viskosität besitzt, kann die Düsenlänge verringert werden und das Spiel 19, das in Fig. 1 angedeutet ist, kann größer sein. Ein Vorteil des letzterwähnten Umstandes ist darin zu sehen, daß die Toleranzanforderungen an den eintretenden Streifen nicht so streng sein müssen, da das Spiel größer ist.

Andere Faktoren, die den Schmiermitteldruck beeinflussen, so etwa die Ziehgeschwindigkeit und die Strömungsgeschwindigkeit des Schmiermittels durch den Reduzierabschnitt stehen mit dem optimalen Druck in positiver Beziehung. Eine erhöhte Ziehgeschwindigkeit zieht eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Schmiermittels nach sich und beide erhöhen den auf den eintretenden Streifen ausgeübten Druck.

Wie bereits ausgeführt wurde, liegt ein anderes Merkmal des erfindungsgemassen Verfahrens in der Gestaltung des Reduzierabschnittes. Es wurde festgestellt, daß gewisse Dimensionskriterien wichtig sind, um ein geradliniges Heraustreten des Streifens ohne Beulen sicherzustellen. Diese

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Kriterien sind die folgenden:

1. Es muß das gleiche Materialvolunien aus der Matrize austreten wie in die Matrize eintritt.

2. Es muß der gleiche Prozentsatz an Höhenreduzierung über den gesamten Querschnitt des Streifens vorhanden sein und die Reduzierungen müssen gleichmässig in jedem Ouerebenen-Abschnitt durch die Deformationszone erfolgen. Dies bedeutet, daß wenn ein Querschnitt an einem beliebigen Punkt längs der Deformationszone beobachtet würde, der Prozentsatz der Verringerung über den ganzen Abschnitt des Streifens einschließlich aller Abschnitte unterschiedlicher Stärke gleich sein sollte. Entsprechend dieser Forderung müssen die die Veränderung der Stärke bestimmenden Oberflächen der Matrize geringfügig unterschiedliche Winkel zueinander als auch zu der Längsrichtung des streifenförmigen Werkstückes haben. Dieser besondere Aspekt der vorliegenden Erfindung wird durch die Erläuterung des Beispiels 1 weiter unten genauer dargelegt werden.

3. Es soll sich keine Veränderung der Breite des streifenförmigen Werkstückes infolge des Ziehvorganges ergeben. Wie bereits ausgeführt wurde, verlangt diese Forderung, daß die durch die vorliegende Erfindung bewerkstelligte

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Reduzierung nicht gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Werkstückes vorgenommen wird und zwar mit dem Resultat, daß das Verhältnis der Oberfläche zur Querschnittsfläche sich um mindestens 3o%, vorzugsweise zwischen 3o und 5o% verändert. Diese Veränderung unterscheidet die Herstellung der erfindungsgemässen Produkte von bekannten Verfahren und Produkten. Die Tatsache, daß im wesentlichen die gleiche Oberflächenkomponente während des ganzen Ziehvorganges aufrechterhalten wird, stellt einen der überraschenden Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, da die Reibungskomponente des Verfahrens nicht proportional verringert wird, wie dies bei konventionellen Ziehverfahren der Fall ist, bei denen alle Dimensionen des Werkstückes gleichzeitig proportional verringert werden. Insbesondere machen die bedeutenden Verringerungen der Streifenquerschnittsfläche das erfolgreiche Durchführen des vorliegenden Verfahrens sogar noch überraschender, da der wesentlich verdünnte Streifen viel weniger in der Lage ist, mit dem ständig hohen Reibungsniveau auszukommen, das durch die praktisch unveränderte Oberflächengröße ausgeübt wird.

Zusätzlich dazu, daß die obengenannten Kriterien die besonderen Unterschiede und Eigenschaften des durch das genannte Verfahren erzeugten Produktes definieren, bieten sie Anhaltspunkte zum Bestimmen der Ziehwinkel der verschiedenen An-

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derungen, die ebenfalls ein bedeutendes Merkmal der vorliegenden Erfindung darstellen. Der so gebildete Streifen hat keine strukturellen Fehler und zeigt gleichmässig enge Toleranzen.

Um die durch die vorliegende Erfindung erzielten Vorteile aufzuzeigen, wurden die folgenden Beispiele durchgeführt, bei denen ein Streifenprodukt mit unterschiedlichen Stärken erzeugt wurde. Eine "typische" Form, die für experimentelle Zwecke ausgewählt wurde und die in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt große Stärkenunterschiede (O,813 mm und 0,457 mm / O,O32 " und 0,018"), einen unsymmetrischen mittleren Kanal und Winkel von 90 bzw. 45 auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Kanals. Die folgenden Beispiele werden zum Zwecke der Erläuterung vorgelegt und sollen nicht als eine Einengung des Erfindungsgedankens angesehen werden.

Beispiel I
Reduzierung in einem Arbeitsschritt

Bei dieser Testreihe wurde ein flacher rechteckiger Streifen (30,56 mm χ 2,44 mm / 1,203" χ O,096") durch Fräsen auf eine Form gebracht, die in der Fig. 3 gezeigt ist. Der hydrodynamische Abschnitt der Matrizenanordnung bestand aus einer

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parallelen Einlaßdüse von 25,4 mm (I") Länge, mit einem Spiel zwischen dem Streifen und der Düse von 0,254 mm (0,010"). Der Reduzierabschnitt wies eine Ziehmatrize auf, die einen Ziehwinkel von 10° für den d ickenAbschnitt des Streifens und einen Ziehwinkel von 1 16 Minuten für den dünnen Abschnitt aufwies. Die beiden Abschnitte waren miteinander durch eine 0,127 mm (0,005") dicke flache Kupferblechdichtung verbunden, die das Schmiermittel daran hinderte, unter Druck auszutreten. Es wurden unterschiedliche Austrittsstärken vorgesehen, indem die Breiten- und Höhendimensionen eingestellt wurden, und zwar durch Verwendung von Scheiben und Unterlegplatten unterschiedlicher Dicke. Die getesteten drei verschiedenen Austrittsstärken waren wie folgt:

Reduzierung	Stärke Dicker Abschnitt	083 mm (0.082")	Stärke Dünner Abschnitt	168 mm (0,046")
20	2,	702 mm (O,O67")	1,	965 mm (0,038")
27 .	1,	219 mm (0,048")	0,	686 mm (0,027")
39	1,	0,

Der Ziehvorgang wurde bei den oben aufgeführten drei Stärken in einem einzigen Arbeitsschritt durchgeführt, um die Durchführbarkeit eines solchen Verfahrens zu ermitteln. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle I weiter unten aufgeführt.

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TABELLE I

ZIEHEN IN EINEM ARBEITSSCHRITT BEI ZUNEHMENDEN REDUZIERUNGEN

Durchschnittliche Durchschnittliche Durchschnittliche Eintrittsstärken Austrittsstärken Volumenreduzierung in mm (Zoll) in mm (Zoll) in %

Dicker Abschnitt	Dünner Abschnitt	Dicker Abschnitt	Dünner Abschnitt
2,400 (O.O945)	1,448 (O.0570)	1,994 (0.0785)	1, HO (O.0437)
2,400 (O.O945)	1,448 (O.O57O)	1,760 (O.O693)	1,036 (O.O4O8)
2,029 (0.0799)	1,133 (0.0446)	1, 242 (0.0489)	O, 724 (0.0285)

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27

39

Aus den in der Tabelle I angegebenen Daten ist ersichtlich, daß die Reduzierung bei den jeweiligen Stärken sowohl vorhersehbar als auch gleichmässig war und es wurden Querschnittsverringerungen von bis zu 39% in einem Arbeitsschritt durchgeführt .

Weitere Experimente unter Berücksichtigung der nach theoretischen Erwägungen nicht vorhandenen Reibung und unter Kompensierung der Werkstückverhärtung haben gezeigt, daß eine 55%ige Reduzierung erzielbar ist. Es wurde anhand der obigen Resultate festgestellt, daß die maximale Reduzierung in einem einzigen Arbeitsschritt zwischen 39% und 55% bezogen auf das Volumen liegt.

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Beispiel II Wiederholtes Ziehen

Ein Ausgangsmaterial ähnlich dem in Beispiel I verwendeten wurde wiederholten Reduzierungen von 18%, 12% und 30% unterworfen, wobei Messungen der Stärke und der Breitenänderungen vorgenommen wurden. Die Ergebnisse dieser Experimente sind in der Tabelle II zusammengestellt.

TABELLE II

ABMESSUNGS- UND STÄRKEVARIATIONEN VON GEZOGENEN STREIFEN DICKE in mm (Zoll)

Zieh schritt	Dicker Abschnitt	Dünner Abschnitt	Breite mm (Zoll)	Redu zie rung pro Schritt	Gesamt- Reduzie- rung
+	2,438 +0,05 (Ο.Ο96Ο+Ο.ΟΟ2)	1,372 +0,254 (O.0540+0.O1O)	30,632 (1.206)	-	-
1	1,981 +0,003 (Ο.Ο78 +0.0001)	1,072 +0 (O.0422+0)	29,997 (1.181)	18%	18%
2	1,727 +0,008 (O.O680+0.0003)	1,072 +0,008 (O.O375+O.OOO3)	29,972 (1.180)	12%	30%
3	1,199 +0,015 (O.O472+0.O006)	0,668 +0 (O,O263+O)	29,921 (1,178)	3O%	51%

+) Konturgefrästes Ausgangsmaterial

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Aus den Zahlen der Tabelle II ergibt sich, daß die Variationen in der Stärke des gezogenen Produktes geringer sind als diejenigen des Ausgangsmaterials. Insbesondere waren die Variationen geringer als + O,025 mm ( Ο,ΟΟΙ"), was sehr viel weniger ist als die übliche Toleranz bei normalen gewalzten Streifen, bei denen die Toleranz bei dieser Stärke bei etwa 0,O5 mm (0,002") liegt.

Beispiel III
Besondere Teile mit mehrfachen Stärken

Eine Anzahl von besonderen Teilen mit unterschiedlichen mehrfachen Stärken wurde hergestellt, um das Ziehverfahren nach der vorliegenden Erfindung weiter zu illustrieren. Den Teilen wurde im allgemeinen eine Vorform erteilt, indem ein Hobelverfahren angewandt wurde, das in der eingangs erwähnten früher angemeldeten Erfindung beschrieben ist. Die meisten Teile wiesen zwei grundlegende unterschiedliche Stärken auf mit Ausnahme der Teile 2 und 5, deren Form in den Fig. und 5 dargestellt sind. Das Ziehen wurde bis zu einer 30%igen Verringerung der Querschnittsfläche des Streifens durchgeführt. An den Teilen wurde sowohl vor als auch nach dem Ziehen Messungen vorgenommen, um die Querschnitts umfange

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und die Flächen festzuhalten, wobei hiervon Verhältniszahlen bestimmt wurden (S_T/A), die einen Vergleich von

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Oberfläche zu Querschnittsfläche darstellten. Die Messungen zu Beginn und am Ende der Versuchsreihe sind in der Tabelle III aufgeführt.

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Aus der Tabelle III ist ersichtlich, daß die Änderungen des Verhältnisses von Oberfläche zu Querschnittsfläche, wie dies durch A S₁. /A in % ausgedrückt wird innerhalb des vorgenannten Bereiches von 3O bis 5O % liegt. Diese Änderung ist bedeutsam und unterstreicht, daß es möglich ist, annehmbare Streifenprodukte nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallstreifen mit Abschnitten unterschiedlicher Stärke durch ein hydrodynamisches Ziehen vor und die Vorrichtung weist eine Matrizenanordnung aus einzelnen Bauteilen auf, die ohne weiteres an Größen- oder Formänderungen des erwünschten Produktes anpaßbar ist.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemässe Vorrichtung schematisch dargestellt. Der Behälter 12, der eine gewisse Menge Schmiermittel 13 enthält , ist in Ausrichtung auf den hydrodynamischen Abschnitt 17 gezeigt, so daß der Streifen durch die Öffnungen 14 und 15 hindurchtreten und in die Einlaßdüse mit dem hydrodynamischen Abschnitt 17 eintreten kann. In einer anderen Ausführungsform kann der hydrodynamische Abschnitt 17 entfernbar am Reduzierabschnitt 18 befestigt sein, es ist jedoch durchaus möglich, daß beide Abschnitte .

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-Steine einheitliche Struktur bilden können. Die Verbindung zwischen dem hydrodynamischen Abschnitt 17 und dem Reduzierabschnitt 18 wird durch eine Dichtung 2o abgedichtet, die aus einer 0,127 mm (O,OO5") starken flachen Kupferblechdichtung bestehen kann. Sowohl der hydrodynamische Abschnitt 17, als auch der Reduzierabschnitt 18 bestehen aus einem ersten und einem zweiten formgestaltenden Element. Im hydrodynamischen Abschnitt 17 ist das erste Düsenelement 21 das Basiselement der Düse und das zweite Düsenelement 22 ist das Abdeckelement, das am ersteren befestigt ist. In ähnlicher Weise besteht der Reduzierabschnitt 18 aus einem ersten Matrizenelement 23, das als Basiselement der Matrize dient und das zweite Matrizenelement 24 ist daran befestigt.

Zusätzlich zu den ersten und zweiten formgestaltenden Elementen, die die Matrizenanordnung ausmachen, sind Teile zum Einstellen der Höhe und der Breite der von diesen Elementen definierten Querschnittsfläche vorgesehen. In Fig. 2 ist in einer auseinandergezogenen perspektivischen Detailansicht die Matrizenanordnung der Fig. 1 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß bestimmte Bauteile zwischen den ersten Elementen 21 und 23 und den zweiten Elementen 22 und 24 der jeweiligen Abschnitte 17 und 18 verwendet sind. Das die Höheneinstellung bedingende Element besteht aus paarweise angeordneten Scheiben,

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die im hydrodynamischen Abschnitt 17 mit 25 und im Reduzierabschnitt 18 mit 27 bezeichnet sind. Die Scheiben 25 haben normalerweise im hydrodynamischen Abschnitt 17 parallele Oberflächen, da eine Reduzierung des Streifens dort nicht vorgenommen wird. Die Scheiben 27 sind jedoch leicht keilförmig ausgeführt, damit sie der Neigung der Elemente 23 und 24 des Reduzierabschnittes 18 entsprechen. Die Scheiben 25 und 27 können unterschiedliche Dicke haben, um eine entsprechende Einstellung der Höhe zu erreichen.

Die Einstellung der Breite wird erreicht durch paarweise vorgesehene Einsätze, die in dem hydrodynamischen Abschnitt 17 mit 26 und in dem Reduzierabschnitt 18 mit 28 bezeichnet wird. Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Einsätze seitlich zwischen den Scheiben 27 und dem ersten formgebenden Element 23 eingesetzt sind.

Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht sind beide Abschnitte der Matrizenanordnung miteinander durch Schrauben 29 verbunden, die durch Bohrungen 3o hindurchgeführt sind, die an dieser Stelle speziell vorgesehen sind, um sie in den ersten formgebenden Elementen zu verankern. Beide Scheiben 25 und 27 sind mit speziell erweiterten einstellbaren Bohrungen 31 versehen, die eine seitliche Bewegung derselben erlau-

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ben, wenn die Schrauben eingesetzt, aber nicht festgezogen sind, so daß eine Einstellung der Breite möglich ist, wie dies durch die verwendeten unterschiedlichen Einsätze bestimmt wird.

Die beiden Abschnitte der Matrizenanordnung der Fig. 1 und 2 sind aneinander mit Hilfe von Schrauben 32 befestigt, die durch Bohrungen 33 hindurchtreten, die in dem formgebenden Element 23 vorgesehen sind, und diese Schrauben sind in Gewindebohrungen 34 verankert, die in dem formgebenden Element 21 ausgebildet sind. Entsprechende Bohrungen für den Hindurchtritt der Schrauben sind in der Dichtung 2o vorgesehen.

Die obige Beschreibung der Vorrichtung und die dazugehörigen Figuren sollen nur eine Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, da unterschiedliche Formen, Grossen und andere Anordnungen der Teile verwendet werden können. Auch kann die Vorrichtung aus verschiedenen Materialien hergestellt sein. Die durch die vorliegende Erfindung hergestellten Erzeugnisse haben eine besondere Oberflächentextur, die diesen Erzeugnissen eine matte und deswegen nicht reflektierende, aber gleichmassige Oberfläche geben. Die Oberflächentextur ergibt s Lch aus der Verwendung der hydrodyna-

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mischen Schmierung, da der Einschluß des hochviskosen Schmiermittels dazu führt, daß kleinste Vertiefungen erzeugt werden. Das Erzeugnis hat demzufolge keine Ähnlichkeit mit den geglätteten Oberflächen, die sich bei herkömmlichen Arbeitsverfahren ergeben.

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Claims

Patentansprüche

( 1.JVerfahren zum Herstellen eines Metallstreifens unterschiedlicher Stärke mit rechteckigem Querschnitt, der Abschnitte von wenigstens zwei unterschiedlichen Stärken besitzt, die eine stufige Oberflächenausbildung in wenigstens einer der beiden breiten Oberflächen des Streifens definieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgeformter Streifen durch eine Matrize gezogen wird, die den rechteckigen Querschnitt definiert, wobei ein direkter Oberflächenkontakt zwischen dem Streifen und der Matrize verhindert wird und die Breite des Streifens unverändert ist und das Verhältnis der Streifenoberfläche zu der Streifenquerschnittsfläche um mindestens 30% geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Streifen einen Aufbau mit mehrfachen Stärken besitzt, der dem Aufbau der Matrize entspricht.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen eine Reduzierung erfährt, die auf den breiten Oberflächen vorgenommen wird.

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4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Verhältnisses der Streifenoberfläche zu der Streifenquerschnittsfläche eine Zunahme darstellt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis sich zwischen 3O und 5O% ändert.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Ziehvorgang eine hydrodynamische Schmierung verwendet wird, wobei in einem Arbeitsschritt Querschnittsreduzierungen im Bereich von 39 bis 55% erreicht werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen durch einen FräsVorgang vorgeformt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen durch einen Hobelvorgang vorgeformt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau mit den mehrfachen Stärken drei Pyramidenstumpf vorsprünge in dem mittleren Bereich der einen breiten Oberfläche des Streifens aufweist. ..

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10. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau mit den mehrfachen Stärken vier rechteckige Nuten aufweist, die in dem mittleren Abschnitt einer breiten Seite des Streifens vorgesehen sind.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau mit den mehrfachen Stärken eine stufenartige Stärkenreduzierung ist, die zwei Ebenen in den breiten Seiten des Streifens definiert, wobei diese Reduzierungen an parallelen Punkten einer jeden Oberfläche vorgenommen ist.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau mit den mehrfachen Stärken einen unsymmetrischen mittleren Kanal aufweist, der in einer breiten Seite des Streifens vorgesehen ist, wobei der Kanal Seitenflächen mit einer Neigung von 9O bzw. 45° aufweist.

13. Verfahren zum Herstellen eines Metallstreifens mit mehrfachen Stärken, dadurch gekennzeichnet, daß ein Streifenmaterial von rechteckigem Querschnitt derart geformt wird, daß Abschnitte von wenigstens zwei unterschiedlichen Dicken gebildet werden, die eine stufenartige Oberfläche in wenigstens einer der breiten Seiten des Streifenmaterials defi-

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nieren und daß der geformte Streifen durch eine Matrize gezogen wird, die eine hydrodynamische Schmierung verwendet, wodurch die stufige Oberflächenausgestaltung einer Dickenreduzierung auf die endgültige Abmessung unterworfen wird, wobei das Ziehen ohne direkten Oberflächenkontakt zwischen dem Streifen und der Matrize durchgeführt wird und die Breite des Streifens unverändert bleibt und das Verhältnis der Streifenoberfläche zu dem Streifenquerschnitt um mindestens 3O% verändert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen durch einen Hobelvorgang geformt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Verhältnisses eine Zunahme darstellt.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 13-15, dadurch gekennzeichnet, daß Querschnittsreduzierungen von 39 - 55% in einem Arbeitsschritt durchgeführt werden.

17.' Vorrichtung zur Herstellung eines Metallstreifens mit mehrfachen Stärken von rechteckigem Querschnitt mit Abschnitten von wenigstens zwei unterschiedlichen Dicken, die eine stufige Oberfläche darstellen, durch hydrodyna-

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misches Ziehen, gekennzeichnet durch

A) einen Behälter, der eine Schmiermittelmenge enthält und eine Öffnung in den Seitenwandungen für den Durchtritt des Metallstreifens besitzt;

B) eine Matrizenanordnung, die neben dem Behälter in Verbindung mit einer der Öffnungen angeordnet ist, wobei die Matrizenanordnung einen Querschnitt mit mehrfachen Stärken definiert und daran angeschlossen einen hydrodynamischen Abschnitt und einen Reduktionsabschnitt aufweist, wobei der Reduktionsabschnitt derart ausgestaltet ist, daß die Streifenreduktion auf die Breitseite des Streifens beschränkt ist und eine gleichmässige prozentuale Reduktion des Streifens vorgenommen wird bezüglich der unterschiedlichen Dicken an einem beliebigen Punkt, der in einer gegebenenen Querebene angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt der Matrizenanordnung aus einem ersten formgebenden Element, einem zweiten formgebenden Element und Mitteln zum Einstellen der Höhe und der Breite des Querschnittsbereiches besteht, der durch diese Elemente definiert wird.

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19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtungen paarweise angeordnete Scheiben von unterschiedlicher Dicke aufweisen, die zwischen den formgebenden Elementen angeordnet sind, um deren Höhe zu bestimmen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtungen paarweise vorgesehene Einsätze von unterschiedlicher Dicke umfassen, die seitlich zwischen den Scheiben und den ersten formgebenden Elementen angeordnet sind, um die Breite einzustellen.

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 17-2o, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrodynamische Abschnitt eine einstellbare Einlaßdüse aufweist, die eine Querschnittsfläche von ausreichender Größe definiert, um den Durchtritt eines Schmiermittel überzogenen Metallstreifens ermöglichen.

22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 17-21, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktionsabschnitt eine einstellbare Ziehmatrize umfaßt, die ein Querschnitt mit mehrfachen Stärken definiert.

23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 17-22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem hydrodynamischen

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Abschnitt und dem Reduktionsabschnitt lösbar ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung durch eine Dichtung zwischen den entsprechenden Oberflächen der Matrize und der Düse abgedichtet ist.

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