DE3110043A1

DE3110043A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung konischer staebe

Info

Publication number: DE3110043A1
Application number: DE19813110043
Authority: DE
Inventors: Shozo Aichi Abeyama; Toshio Nagoya Aichi Endo; Tetsuo Nagoya Aichi Kato; Masashi Aichi Mizuno; Hiroyasu Chiryu Aichi Nagasaka; Makoto Nagoya Aichi Saito
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1980-03-17
Filing date: 1981-03-16
Publication date: 1982-01-21
Also published as: DE3110043C2; FR2477914A1; FR2477914B1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung konischer Stäbe. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung konischer Stäbe und Stangen aus einem vorbestimmten metallischen Werkstoff, wobei das Verfahren sehr wirtschaftlich ist und beispielsweise die Materialverluste herabgesetzt und die Produktivität verbessert werden.

In letzter Zeit wurden Schraubenfedern die für Wagen und Eisenbahnwaggons verwendet werden, allmählich verändert, um den Fahrkomfort für die Fahrgäste zu verbessern, und zwar ging von Schraubenfedern mit konstantem Durchmesser zu konischen Schraubenfedern über, die aus konischen Stählen hergestellt werden, und die nichtlineare Federcharakteristiken aufweisen. Die konischen Stäbe, die für die konischen Schraubenfedern verwendet werden, weisen einen Abschnitt a mit größerem Durchmesser in der Mitte auf und Abschnitte b mit sich kontinuierlich verringerndem Durchmesser an jeder Seite, wie es Fig. 1 zeigt. Bei einem Beispiel ist das Verhältnis zwischen dem Abschnitt a mit größerem Durchmesser und dem Abschnitt b, dessen Durchmesser sich fortschreitend verändert, b:a:b=1:1:1, und die gesamte Länge L, d. h. a + 2b,bestimmt die Materiallänge für eine Schraubenfeder. Ein Stab, der einen Abschnitt a mit größerem Durchmesser in der Mitte und Abschnitte b mit abnehmenden Durchmessern auf jeder Seite aufweist, wird als Ausgangsmaterial in Produktionsanlagen für konische Schraubenfedern verwendet. Bei einer Schraubenfeder, die aus einem konischen Stab dieser Art hergestellt ist, ist die Längenänderung als Funktion der Last nichtlinear (A), wie es in Fig. 2 gezeigt ist, während bei einer üblichen Schraubenfeder, die aus einem Stab mit konstantem Durch-

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messer hergestellt ist, sich die Länge linear mit der Last ändert (B). Die Differenz (A) und (B) in Abhängigkeit der Federlänge von der Last bringt Unterschiede im Fahrkomfort mit sich. Die konische Schraubenfeder mit

^r nichtlinearer Charakteristik erhöht ganz erheblich den

Fahrkomfort verschiedenster Wagen.

Die konischen Stäbe als Ausgangsmaterial für konische Schraubenfedern wurden üblicherweise hauptsächlich durch eine mechanische Bearbeitung von Rundeisen oder Stangen aus gewünschtem Material hergestellt. Eine mechanische Bearbeitung des metallischen Werkstoffes führt natürlich zu einem ganz erheblichen Materialverlust und nimmt zusätzlich noch sehr viel Zeit in Anspruch, und dadurch wird die Produktivität vermindert.

Von einigen Herstellern wird ein Warmschmiedeverfahren verwendet, welches als Drehgesenkschmieden bezeichnet g wird, wobei ein Schmiedegesenk verwendet wird, welches

zur Herstellung dieser konischen Stäbe geeignet ist. Mit diesem Verfahren werden zwar die Materialverluste vermindert, jedoch sind die Bearbeitungszeiten unverändert lang.

Alle üblichen Herstellungsverfahren der konischen Stäbe oder Stangen führen nur zu einer sehr geringen Produktivität.

Es ist ein Ziel der Erfindung, von den bisherigen Verfahren grundsätzlich abzuweichen und ein einfaches Verfahren zur Herstellung einer konischen Stange oder eines konischen Stabes zu schaffen.

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Weiterhin ist es ein Ziel der Erfindung, ein praktisches Verfahren zu schaffen, welches zu einer hohen Produktivität führt und den Materialverlust praktisch ausschaltet, wobei mit diesem Verfahren eine konische Stange erzeugt werden kann, die einen in axialer Richtung sich verändernden Durchmesser hat, und zwar aus einem vorbestimmten metallischen Werkstoff.

Erfindungsgemäß wird dem ausgewählten metallischen Material durch Erhitzen örtlich ein Temperaturgradient in axialer Richtung erteilt, und das erhitzte metallische Material mit der örtlichen Temperatur verteilt und in axialer Richtung durch Ziehen gestreckt. Der metallische Werkstoff, der gezogen wird, wird zu einem konischen Stab, der einen örtlich sich verändernden Durchmesser in axialer Richtung hat, und zwar entsprechend der durch die Erhitzung erteilten Temperaturverteilung. Durch dieses neuartige Verfahren kann ein konischer Stab gewünschter Form in sehr kurzer Zeit hergestellt werden, wobei der Materialverlust außerordentlich gering ist. Dieses Verfahren ermöglicht es auch, die Wirtschaftlichkeit der Arbeitsvorgänge außerordentlich zu verbessern.

Ein metallischer Rohling kann erfindungsgemäß in eine gewünschte konische Form lediglich dadurch gebracht werden, daß den Teilen, die konisch werden sollen, eine bestimmte Temper aturvert ei lung durch Erhitzen erteilt wird, ehe die axiale Zugkraft ausgeübt wird. Durch dieses Verfahren kann ein konischer Stab in kürzester Zeit hergestellt werden, und es sind keine zeitraubenden Be- oder Verarbeitungsvorgänge, wie beispielsweise mechanische Bearbeitungen, erforderlich. Ferner kann man auf ein Warmschmieden, welches eine lange Zeit erforderlich macht, verzichten. Durch das

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Verfahren werden die Herstellungskosten konischer Stäbe infolge der Vereinfachung und der Zeitverkürzung herabgesetzt. Wenn das oben beschriebene Verfahren auf eine Materiallänge angewendet wird, die für eine Schraubenfeder erforderlich ist, und wenn man diese Materiallänge stufenweise vorwärtsbewegt, und zwar um eine vorbestimmte Länge, kann eine große Anzahl aufeinanderfolgender konischer Stäbe hergestellt werden. Durch Schneiden dieses langen Materials können zahlreiche konische Stäbe von vorbestimmter Länge hergestellt werden.

Es wurde gefunden, daß die Verformungsgeschwindigkeit, d. h. die Verformungsgeschwindigkeit der Querschnittsfläche des metallischen Werkstoffes pro Zeiteinheit beim Strecken oder Verformen von außerordentlicher Bedeutung ist. Es ist ferner von Bedeutung, daß die Verformung der Querschnittsflächen zum Abschnitt mit minimalem Durchmesser innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten werden muß. Eine vorteilhafte Herstellung der gewünschten konischen Stäbe kann unter Beachtung dieser Prinzipien durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß wird die Verformungsgeschwindigkeit, in der metallische Werkstoffe einer axialen Zugkraft unterworfen wird, während zur Herstellung einer konischen Stange in diesem Werkstoff ein axialer Temperaturgradient aufrechterhalten wird, im Bereich von 0,5 %/sek bis 1000 %/sek gehalten. Praktisch gezeigt, daß ein metallischer Werkstoff in wirksamer Weise in die gewünschte konische Form durch dieses Verfahren gebracht werden kann, ohne daß ein Brechen des Materials durch örtliche Einschnürungen befürchtet werden muß.

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Es wurde ferner gefunden, daß die Art und Weise des Ziehens des metallischen Werkstückes, insbesondere die zeitliche Verteilung des Ziehens von Bedeutung ist, wenn das Material derart gestreckt wird, daß die Verformungsgeschwindigkeit im Abschnitt mit minimalem Durchmesser innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten wird. Durch diese zeitliche Verteilung des Ziehens wird ein guter konischer Stab mit einem großen Reduktionsverhältnis hergestellt. Bei dem Reduktionsverhältnis handelt es sich um das Verhältnis des Abschnittes mit maximalem Querschnitt zum Abschnitt mit minimalem Querschnitt. Die Ausbildung eines zylindrischen, nicht konischen Abschnittes mit einem konstantem Durchmesser im Bereich des minimalen Durchmessers kann ebenfalls auf diese Weise durchgeführt werden.

Der Grundgedanke der zeitlichen Verteilung des Ziehens führt zu folgenden Merkmalen. Wenn ein metallischer Werkstoff unter dem Einfluß des axialen Temperaturgradienten durch eine Zugkraft mit einer Verformungsgeschwindigkeit im Bereich von 0,5 %/sek bis 1000 %/sek im Abschnitt mit minimalem Durchmesser gezogen wird, um einen konischen Stab mit in axialer Richtung sich veränderndem Durchmesser zu ziehen, muß die Ziehgeschwindigkeit von einem hohen Wert zu einem niedrigen Wert graduell verändert werden, und die Ziehgeschwindigkeit kann ferner durch Unterteilung des Ziehvorganges in mehrere Stufen schritt- oder stufenweise verändert werden. Diese zeitliche Aufteilung des Ziehvorganges ermöglicht,eine gewünschte konische Form herzustellen, ohne daß ein Brechen des Materials durch örtliche Einschnürungen auftreten kann. Gleichzeitig wird ein zylindrischer Abschnitt mit einem konstanten Durchmesser im Bereich des minimalen Durchmessers ausgebildet.

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Wenn man in geeigneter Weise das zeitlich verteilte Ziehen einstellt, kann ein gewünschter Konus mit genau , ι vorbestimmtem Durchmesser präzise hergestellt werden.

Das Verfahren ermöglicht die Herstellung eines präzisen konischen Stabes in einem Ziehvorgang, ohne daß irgendeine Nachbearbeitung erforderlich ist, und hierdurch wird die Herstellungszeit verkürzt, und damit werden auch die Herstellungskosten vermindert. ;

Ausfphrungsbeispiele der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbei- ^! spiels eines konischen Stabes oder einer konischen Stange, die zur Herstellung einer Schrauben- i feder verwendet werden, !

._. Fig. 2 eine grafische Darstellung, welche vergleichs

weise die Merkmale einer gewöhnlichen Schraubenfeder und einer konischen Schraubenfeder veranschaulicht,

Fig. 3 a und 3b grafische Darstellungen verschiedener Temperaturverteilungen in axialer Richtung in einem metallischen Werkstoff und c ist eine sehe- < matische Darstellung des Zustandes des metall!- , sehen Werkstoffes nach dem Ziehen,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung, die vorzugsweise verwendet wird, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen,

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Fig. 5 eine schematische Darstellunh einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung, die vorzugsweise verwendet wird, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen,

Fig. 6 eine Schnittansicht der Fig. 5, genommen längs der Linie 6-6 dieser Figur,

Fig. 7 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Solltemperaturgradientenverteilung und der tatsächlich gemessenen Temperaturverteilung,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird,

Fig. 9,11 und 13 grafische Darstellungen einer Temperaturverteilung an einem Prüfling gemäß den Beispielen 1,2 und 3 vor dem Ziehen,

Fig.10,12 und 14 eine grafische Darstellung der Durchmes-Serverteilung an einem Prüfling gemäß den Beispielen 1, 2 und 3 nach dem Ziehen,

Fig.15 eine grafische Darstellung der im Beispiel 4 beobachteten Ziehung zwischen der Deformationsoder Verformungsrate im Abschnitt minimalen Querschnittes der Stange und dem maximal verminderten Verhältnis bei gleichförmiger Deformation,

Fig.16 a und b grafische Darstellungen des im Beispiel 6 erzielten Ergebnisses der fortschreitend verminderten Zuggeschwindigkeit und eine Darstellung dieser verminderten Geschwindigkeit,

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Fig. 17 a und b eine grafische Darstellung des im Beispiel 7erzielten Ergebnisses einer zweistufigen Zugausübung und eine Darstellung des Musters des zweistufigen Ziehens und

Fig. 18 a und b eine grafische Darstellung des in Beispiel 8 erzielten Ergebnisses eines dreistufigen Ziehens und eine grafische Darstellung der Verteilung dieses dreistufigen Ziehens.

Metallische Werkstoffe, die zur Herstellung von konischen Stangen oder Stäben gemäß der Erfindung verwendet werden,liegen in üblicher Weise in der Form von Drähten, Rundeisen oder Stäben vor. Hauptsächlich bestehen diese Werkstoffe aus Stahl, jedoch werden andere Nichteisen-Metalle nicht ausgeschlossen. Vorzugsweise wird als Material für konische Schraubenfedern ein Stahldraht, Stahlrundeisen oder Stahlstabmaterial verwendet, welches Kohlenstoff mit einem Gewichtsverhältnis von 0,35 % bis 1,10 % enthält und ferner, falls gewünscht, Silicium nicht über 2,5 Gewichts-%, Mangan nicht über 1,5 Gewichts-%, Kupfer nicht über 3,0 Gewichts-%, Nickel nicht über 3,0 Gewichts-%, Chrom nicht über 5,0 Gewichts-%, Molybdän nicht über 1,0 Gewichts-%, Vanadium nicht über 1,0 Gewichts-%, Bor nicht über 0,05 Gewichts-%, Aluminium nicht über 0,1 Gewichts-% und Titan, Niob, Zirkonium, Tantal, Wolfram, Hafnium jeweils nicht über 0,5 Gewichts-% und der Rest ist Eisen.

Der Kohlenstoffgehalt des vorerwähnten Stahlrundeisens als bevorzugtes Material für konische Stäbe sollte im Bereich von 0,35 bis 1,10 % eingestellt werden. In dem Fall, in dem der Kohlenstoffgehalt niedriger als 0,35 % liegt, kann eine Härtung nach einer Wärmebehandlung nach der Herstellung

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der Schraubenfeder schwer durchgeführt werden, und dies beeinträchtigt die erforderlichen Eigenschaften einer Feder. Wenn im Gegensatz dazu der Kohlenstoffgehalt größer als 1,10 % ist, wird die Menge des proeutektischen Cementits sehr groß, und dies beeinträchtigt die Lebensdauer einer Feder durch Ermüdungserscheinungen. Unter den wahlweise zugefügten Bestandteilen ist Silicium wirksam, um die Beständigkeit gegen einen Belastbarkeitsabfall zu verbessern. Mangan ist vorteilhaft, um die Härtbarkeit zu verbessern. Kupfer ist wirksam, um die Witterungsbeständigkeit zu verbessern und um eine Entkohlung während der Wärmebehandlung zu verhindern. Nickel verbessert die Härtbarkeit und die Festigkeit, und zwar insbesondere die Zähigkeit. Chrom und Molybdän verbessern die Härtbarkeit und die Beständigkeit gegen eine Temperaturenthärtung. Vanadium verbessert die Festigkeit durch ein Feinen von Kristallteilchen. Bor verbessert durch Zusatz in Spurenmengen die Härtbarkeit. Aluminium verbessert die Ermüdungslebensdauer und dient zum Feinen von Kristallteilchen und vermindert die übergangstemperatur vom zähen zum spröden Zustand. Titan, Niob, Zirkonium, Tantal, Wolfram und Hafnium bringen den Vorteil mit sich, daß sie feine Karbide bilden, um den Widerstand gegen eine Temperenthärtung zu erhöhen. Alle diese Zusätze können getrennt oder in Kombination innerhalb des vorbestimmten Bestandteilverhältnisses zugesetzt werden. Andere unvermeidliche Elemente als Spurenmengen von Verunreinigungen können bei der Herstellung der Stahlrundeisen Vorhanden sein, wie beispielsweise Phosphor, Schwefel, Arsen, Zinn, Antimon, Zink, Selen usw., und alle diese Bestandteile sind nicht schädlich.

Bezüglich des Temperaturgradienten, der dem Stahlrundeisen oder dem Stahldraht oder dem Stahlstab als Metallischer Werkstoff erteilt wird, sei bemerkt, daß dessen Verteilung

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auf verschiedene Weise durchgeführt werden sollte, und zwar entsprechend der materialistischen Qualitäten und der Abmessungen des Werkstoffes, der Erhitzungstemperatur, den Ziehbedingungen und der Form des gewünschten Konus usw. Diese Temperaturgradientverteilung kann speziell für jeden Fall bestimmt werden, jedoch nicht wahllos und einheitlich gleich. Ganz allgemein kann gesagt werden, daß ein Abschnitt eines Stahlrundeisens oder Drahtes oder Stabes, der unter einer höheren Temperatur steht, bei dem anschließenden Ziehen dünner wird und daß ein Abschnitt, der unter einer geringeren Temperatur steht, weniger dünn wird. Zur Ausbildung eines kontinuierlichen Konus, bei dem sich der Durchmesser fortlaufend vermindert oder vergrößert, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird vorzugsweise eine Temperaturgradientenverteilung verwendet, wie sie beispielsweise in Fig. 3a oder 3b dargestellt ist. Wenn eine Temperaturgradientenverteilung in Flügelform verwendet wird, wie es in den Fig. 3a und 3b dargestellt ist, so wird dabei der Mittelabschnitt des metallischen Werkstoffes in axialer Richtung auf eine hohe Temperatur \ gebracht und die von diesem Mittelabschnitt weiter entfernten Teile, nämlich die konischen Teile c und d, befinden sich auf einer geringeren Temperatur, und sie weisen aufeinander zu, wie es in 3c dargestellt ist. Ein kontinuierlich gezogenes Stahlrundeisen oder ein kontinuierlich gezogener Stahldraht oder Stahlstab mit aufeinander zu weisenden konischen Abschnitten c und d mit vorbestimmten Abständen in der axialen Richtung kann dann an der Stelle des minimalen Durchmessers e zwischen den konischen Abschnitten c und d geschnitten werden, um mehrere konische Drähte, Rundeisen oder Stäbe mit vorbestimmten Längen herzustellen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, und zwar in wirtschaftlicher und kontinuierlicher Weise.

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Zur Erzielung der Temperaturgradientenerhitzung wird bevorzugt die maximale Heiζtemperatür innerhalb eines Bereiches von 600° C bis 1000° C gehalten. Bei einer Temperatur unterhalb 600 C wird die Bruchdehnung des Werkstoffes zu niedrig. Beispielsweise wird im Falle des erwähnten Stahlrundeisens die Bruchdehnung geringer als 40%. Der Werkstoff kann brechen, ehe er endgültig die gewünschte konische Stabform annimmt, und zwar durch eine örtliche Querschnittsverminderung. Im Gegenteil hierzu wird bei einer Temperatur über 1000° C die Oxidation und die Entkohlung der Werkstoffoberfläche schnell zunehmen, wodurch ganz erheblich die Lebensdauer der Feder als Endprodukt durch Ermüdung vermindert wird, und dies ist eine unerwünschte Erscheinung.

Zur Erzeugung der Temperaturgradientenerhitzung können alle bekannten Verfahren verwendet werden, wie beispielsweise ein direktes Erhitzen oder Erwärmen, eine Hochfrequenz-Induktionserwärmung, eine Erhitzung mittels Gasflamme, eine Infrarotstrahlenerhitzung und eine indirekte Erhitzung mittels eines elektrischen Ofens. Irgendeines dieser Verfahren kann den Umständen entsprechend gewählt werden. Bei einer speziellen Durchführung der Temperaturgradientenerhitzung bei einem metallischen Werkstoff durch Auswahl eines der vorstehenden Verfahren werden beispielsweise die beiden folgenden bevorzugt.

T. Erhitzen des metallischen Werkstoffes in direkter Weise derart, daß die gewünschte Temperaturgradientenverteilung in axialer Richtung erreicht wird.

2. Nach dem Erhitzen oder während des Erhitzens des metallischen Werkstoffes auf eine vorbestimmte hohe Temperatur wird dieser Werkstoff durch Einstellung der Tempera-

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tür derart abgekühlt/ daß die vorbestimmte oder gewünschte Gradientenverteilung in axialer Richtung erzielt wird.

Insbesondere kann die Erhitzung oder Kühlung pro Abschnitt des metallischen Werkstoffes in axialer Richtung entsprechend der Form des gewünschten Konus verändert werden, beispielsweise durch eine Unterteilung der gesamten Länge des Konus vom Mittelabschnitt zu den Endabschnitten auf jeder Seite hin, wobei dieser Konus in verschiedene Abschnitte unterteilt wird, wobei jedem Abschnitt eine einstellbare Menge von Kühlluft zugeführt wird, die entsprechend der Form des Konus erforderlich ist. Man kann ferner den Durchmesser oder die Wicklungsschritte in elektrischen Spulen verändern, die bei einer Hochfrequenz-Induktionserhitzung verwendet werden, und zwar in axialer Richtung des metallischen Werkstückes entsprechend der Form des Konus. Weiterhin kann man stellenweise die Zuspeisung des Brenngases verändern, um die Erwärmung gemäß des Ortes in axialer Richtung des Werkstoffes entsprechend der Form des Konus zu verändern. Im Falle einer elektrischen Widerstandsheizung kann die Speisespannung mehrerer einer Reihe von Heizelementen pro örtlicher Stellung gemäß der Form des Konus eingestellt werden.

Ein metallischer Werkstoff, der die vorbestimmte Temperaturgradientenverteilung aufweist, wird Zugspannungen in axialer Richtung ausgesetzt, während die Temperaturgradientenerhitzung aufrechterhalten wird, damit dieser Werkstoff die gewünschte konische Rundeisenform erhält, und zwar durch eine graduelle Änderung des Durchmessers entsprechend der Verteilung des Temperaturgradienten. Ganz allgemein gesagt wird ein unter hoher Temperatur stehender

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Abschnitt einen geringeren Durchmesser erhalten und ein Abschnitt, der unter einer niedrigeren Temperatur steht, erhält einen Durchmesser, der weniger klein ist.

Die Zugkraft wird auf den metallischen Werkstoff, der unter dem Einfluß der Temperaturgradientenerhitzung steht, entsprechend der Qualität, der Form und der gewünschten Form des Konus so aufgebracht, daß eine gewünschte Verformungs- oder Deformationsgeschwindigkeit des Materials erreicht wird. Es wurde gefunden, daß diese Verformungsoder Deformationsgeschwindigkeit des Materials unter allen Umständen eingestellt und gesteuert werden muß, um in erfolgreicher Weise konische Stäbe von gewünschter Form herzustellen, während das Material unter der Einwirkung der Temperaturgradienten-Erhitzung gezogen wird. Ferner wurde gefunden, daß die Einstellung oder Steuerung der Verformungsoder Deformationsgeschwindigkeit im Abschnitt des minimalen Durchmessers (des maximalen gleichförmig querschnittsverminderten Abschnittes) des konischen Stabes innerhalb eines Bereiches von vorbestimmten Werten durchgeführt wird.

Erfindungsgemäß sollten konische Stäbe im Abschnitt des minimalen Durchmessers, d. h. in dem Abschnitt, der auf die höchste Temperatur erhitzt ist, Zugkräften im Bereich einer Verformungs- oder Deformationsgeschwindigkeit von

6 0,5 %/sek bis 1000 %/sek.

Bei diesen Ziehverformungsbedingungen werden gewünschte konische Stäbe leicht und in wirkungsvoller Weise erzeugt, ohne daß die Gefahr eines Materialbruchs auftritt. In diesem Fall sollte eine Deformationsgeschwindigkeit von 0,5 %/sek als unterste Grenze betrachtet werden, da die Temperaturgradientenverteilung in axialer Richtung als

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nicht vorhanden wirkt bei einer Geschwindigkeit, die . kleiner ist als dieser Grenzwert von 0,5 %/sek. Wenn

im Gegensatz hierzu die Verformungs- oder Deformationsgeschwindigkeit den Wert von 1000 %/sek erreicht und wenn eine große Erwärmung zum Zeitpunkt der plastischen Deformation des Materials erzielt wird, so führt dies zu örtlichen Querschnittsverminderungen, und dies kann zum Bruch des Werkstoffes führen. Diese Grenze muß deshalb als obere Grenze betrachtet werden. Als Deformations- oder Verformungsgeschwindigkeit (£ ) ist die Deformation pro Zeiteinheit am Abschnitt minimalen Durchmessers gemeint, und insbesondere die Größe der Querschnittsflächenveränderung, die im allgemeinen durch die folgende Formel bestimmt werden kann:

i (A - A) χ 100

Axt

wobei A die ursprüngliche Querschnittsfläche des ο -

metallischen Werkstoffes in cm ist, A die Querschnittsfläche des konischen Stabes, d. h. des metallischen Werkstoffes nach der

Ziehverformung im Abschnitt minimalen Durch-

2
messers in cm ,

Dauer der Ziehverformung.

Erfindungsgemäß 1st es eine Aufgabe, wie der metallische Werkstoff innerhalb des vorbestimmten Bereiches der Verformungsgeschwindigkeit (£ ) gezogen werden soll. Insbesondere wird einmal die Ziehgeschwindigkeit von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert allmählich verändert und zum anderen wird die Zugkraft in verschiedene Stufen unterteilt, um die Zugkraft schrittweise zu vermindern und

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um das Material schrittweise zu ziehen. Diese beiden Verfahren sind die bevorzugten Ziehverfahren. Jedes dieser beiden Verfahren ermöglicht eine leichte Herstellung eines konischen Stabes mit einem großen Reduktionsoder Querschnittsverminderungsverhältnis, wobei es sich hierbei um das Verhältnis der Querschnittsflächen am Abschnitt maximalen Durchmessers und am Abschnitt minimalen Durchmessers handelt, wobei eine ausreichende Länge eines zylindrischen Abschnittes mit konstantem Durchmesser im Bereich des minimalen Durchmessers vorhanden ist, und wobei dieser Abschnitt gleichzeitig mit dem konischen Abschnitt erzeugt wird.

Wenn ein metallischer Werkstoff, der einer vorbestimmten Temperaturgradientenerhitzung unterzogen wird, mit einer konstanten Geschwindigkeit des Einspannkopfes gezogen wird, so wird ein querschnittsverengter Abschnitt in einer relativ frühen Ziehstufe erzeugt, wobei ein Konusabschnitt ohne parallelen Abschnitt erzeugt wird oder ein paralleler Abschnitt mit einem Konusabschnitt, wobei diese Teile ein relativ geringes Reduktionsverhältnis aufweisen. Ein guter konischer Stab mit einer ι großen Reduktionsverhältnis kann durch dieses Ziehen mit e iner konstanten Geschwindigkeit nicht erzielt werden.

Diese Schwierigkeiten wurden überwunden, und es werden ausgezeichnete konische Stäbe mit einem großen Reduktionsverhältnis erzeugt, und zwar dadurch, daß das im Vorstehenden erwähnte Ziehverfahren angewendet wird. Theoretische Gründe für die gleichzeitige Erzeugung des konischen Abschnittes mit einem großen Reduktionsverhältnis und des zylindrischen oder parallelen Abschnittes sind die folgenden:

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Es sei zuerst der Fall betrachtet, bei dem die Ziehkraft bei ihrer Aufbringung in verschiedene Stufen unterteilt ist, um diese stufenweise und intermittierend aufzubringen, während die Geschwindigkeit vermindert wird. Die Verformung des metallischen Werkstoffes unter einer hohen Temperatur wird,abgeglichen zwischen einer Verfestigung durch Strecken mittels Deformation und einem Erweichen durch Restauration,gehalten.Wenn das Ziehen unmittelbar vor Beginn der ersten QuerSchnittsverminderung unterbrochen wird, wobei es sich hier um die Grenze der gleichförmigen Verformung des Materials handelt, und wenn der Werkstoff für einige Sekunden gelassen wird, so wird der einer Deformation ausgesetzte Werkstoff in dieser Zwischenzeit durch die noch vorhandene hohe Temperatur getempert. Die Duktilität des Materials wird durch die. Verminderung oder Ausschaltung des durch die Deformation · bewirkten Übergangs verbessert. Durch eine Wiederholung dieses Verfahrens erreicht der Werkstoff ein größeres Reduktionsverhältnis, verglichen mit dem Fall, in dem eine konstante Zugspannung in einer Stufe angewendet wird. Während der Anfangsziehstufe mit einer relativ hohen Geschwindigkeit bildet sich im Material unter dem Einfluß ! des Temperaturgradienten hauptsächlich der konische Ab- , schnitt aus, während in einer späteren Stufe mit verringerter Geschwindigkeit der mittlere Teil des Materials, der unter dem Einfluß hoher Temperatur steht, eine Deformation durchmacht, und dies führt zum parallelen oder zy- ; lindrischen Abschnitt mit konstantem minimalem Durchmesser. Es ist erforderlich, die Ziehgeschwindigkeit zum letzten Abschnitt des Verfahrens hin zu verringern, da der deformierbare Abschnitt des Materials allmählich durch die Temperaturerniedrigung des Materials, begrenzter wird. Diese notwendige Verringerung der Spannkopfgeschwindigkeit ver-

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ringert auch die Deformations- oder Verformungsgeschwindigkeit (i).

Auch im Fall einer allmählichen Verringerung der Spannkopfgeschwindigkeit von einem hohen Wert zu einem niedrigen Wert, um in kleinen Schritten die Verformungsgeschwindigkeit zu verringern, wird die Verfestigung durch Recken, durch Erweichung, durch Restauration überwunden, wodurch das Material durch die verbleibende Temperatur einem Selbstanlaß- oder Selbsttempereffekt unterzogen wird. In diesem Fall ist das erzielte Reduktionsverhältnis viel größer als das, welches beim Ziehen mit konstanter Geschwindigkeit erreicht wird. Wenn beim erfindungsgemäßen Ziehen die Geschwindigkeit schritt- oder stufenweise oder gradual oder allmählich verringert wird, ist das letzte mit geringster Geschwindigkeit durchgeführte Ziel für die Herstellung des parallelen oder zylindrischen Abschnittes mit konstantem Durchmesser von Bedeutung.

Wenn konische Stäbe, deren bevorzugte Form in Fig. 3c dargestellt ist und die Paare von entgegengesetzt konisch verlaufenden Abschnitte c und d aufweisen, aus einem kontinuierlichen langen Rundeisen oder Stab durch kontinuierliche und wiederholte Verformungsvorgänge hergestellt werden, weist ein derartiges langes Rundeisen oder ein derartiger langer Stab mehrere konische Abschnitte auf, zwischen denen vorbestimmte gleiche Abstände vorhanden sind, und diese können nach einer erforderlichen Nachbehandlung und/ oder nach erforderlichen Nachbearbeitungsverfahren an vorbestimmte Stellen einer nach dem anderen abgeschnitten werden, so daß fertige konische Stäbe oder Stangen konstanter Länge erzeugt werden.

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Mit diesem Verfahren ist es ebenfalls möglich, eine oder zwei konische Stäbe aus einem relativ kurzen Material begrenzter Länge herzustellen, anstatt ein Material großer Länge zu verwenden. Der im Material ausgebildete konische Abschnitt kann verschiedene Formen haben. Der Abschnitt kann linear sein und eine kontinuierliche Durchmesserzunähme oder -abnähme aufweisen, wie es in Fig. 3c dargestellt ist, oder er kann eine oder zwei Stufen im Abschnitt c bzw. d aufweisen, oder er kann nach außen konvex oder nach innen konkav gekrümmt sein. Je nach Form, die der konische Abschnitt aufweist, sind verschiedene Abänderungen möglich, um beispielsweise lediglich einen konischen Abschnitt herzustellen, oder um einen Abschnitt großen Durchmessers in der Mitte mit zwei Abschnitten geringeren Durchmessers auf jeder Seite, und zwar entgegengesetzt zu der Ausführungsform, die in Fig. 3c dargestellt ist. Diese Formen sind zusätzlich zu den Formen mit großem Durchmesserabschnitt an jedem Ende, wie es in Fig. 3c gezeigt ist, möglich.

Vor Durchführung der vorstehend erwähnten Verfahren wird vorzugsweise die im folgenden beschriebene Vorrichtung verwendet.

Die Vorrichtung weist eine Zieheinrichtung auf, mit der ein metallischer Werkstoff in Form eines Stabes, Rundeisens oder Drahtes, an zwei Stellen in axialer Richtung eingespannt und gezogen wird, um den Abstand zwischen diesen beiden Einspannstellen zu vergrößern. Es sind Heizeinrichtungen an mehreren Stellen zwischen den beiden Einspannstellen vorgesehen, um den metallischen Werkstoff an jeder Stelle so zu erhitzen, daß eine gewünschte Temperaturgradientenverteilung im Werkstoff erzielt wird. Während

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der metallische Werkstoff der Temperaturgradientenerhitzung unterzogen wird, wird er in jeder Richtung durch die Zieheinrichtung gezogen, um einen konischen Stab herzustellen, der in axialer Richtung einen sich verändernden Durchmesser aufweist. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Vorrichtung ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Mit 1 ist ein Rundeisen bezeichnet. Das Rundeisen 1 ist an jedem Ende in einen Spannkopf 2 eingespannt und wird durch nicht dargestellte Einrichtungen, wie beispielsweise hydraulische Arbeitszylinder, derart gezogen, daß der Abstand zwischen den Spannbacken 2 vergrößert wird. Dies bedeutet, daß der Stab 1 in zwei mit D bezeichneten Richtungen gezogen wird, so daß er zwischen den Spannbacken 2 gestreckt wird. Längs der axialen Erstreckung des Stabes 2 sind Hochfrequenzheizeinrichtungen vorgesehen. Es handelt sich hierbei um η -Hochfrequenzheizer H₁ bis H , wobei die Anzahl der Spulenwicklung gleich ist. Diese Hochfrequenzheizer sind in axialer Richtung des Stabes derart angeordnet, daß jeder Erhitzer eine Heizzone an jeder entsprechenden Stelle des Stabes 1 in axialer Richtung bildet. Jade der Heizspulen H.. bis H_n wird unabhängig in gesteuerter Weise mit Hochfrequenzstrom über eine Steuerung 3 gespeist. Durch Veränderung der Strommenge, die jeder Spule H₁ bis H_n zugeführt wird, wird die Dichte des Induktionsstromes, der an jeder entsprechenden Stelle des Stabes 1 strömt, verändert. Dies bedeutet, daß die Erhitzung des Stabes 1 gemäß der entsprechenden Stelle verändert wird. Die Vorrichtung weist ferner mehrere Wärmemeßinstrumente oder Temperaturfühler

T, bis T auf. Jeder ist einer Heizzone des Stabes 1 zu-I η

geordnet, um die tatsächliche Temperatur der entsprechenden erhitzten Zone zu messen. Um die Heiztemperatur in jeder

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Heizzone einzustellen, wird die von den Meßgeräten T.. bis T abgenommene Temperatur der Steuerung 3 zugeführt, um den Strom, der zu jeder Spule H₁ bis H_n strömt, unabhängig voneinander zu steuern.

In dieser Vorrichtung wird der Stab 1, dem ein Temperaturgradient in jeder Heizzone erteilt wird, während er in jeder Richtung D durch die Spannbacken 2 gezogen wird, einer unterschiedlichen Hochfrequenzerhitzung unterzogen, und zwar an verschiedenen Stellen in axialer Richtung. Der Stab 1 weist unterschiedliche Dehnungs- oder Verformungsgeschwindigkeiten auf, obwohl eine gleichförmige Zugspannung aufgebracht wird, wobei die verschiedenen Dehnungsgeschwindigkeiten in entsprechenden Stellungen in axialer I Richtung des Stabes 1 entsprechen. Dies ist der Fall, weil eine konische Form hergestellt werden soll. Bei dieser ! Vorrichtung wird der Strom,der.den verschiedenen Spulen i H₁ bis H_n zugeführt wird, gesteuert, und die tatsächliche' Tamperatur in jeder Heizzone, die durch die Spulen H₁ bis H erzeugt wird, wird durch die Meßgeräte T₁ bis T gemessen, und wird dann zur Steuerung zurückgeführt, um die Temperatur, die die Spulen H₁ bis H erzeugen, auf einen gewünschten Wert zu bringen. Demzufolge kann die von jeder Spule"H* bis H erzeugte Temperatur beliebig eingestellt werden, um in wünschenswerter Weise die Form des Konus zu verändern. Die Heiztemperatur und demzufolge die Form des Konus können mit dieser Vorrichtung ganz genau gesteuert bzw. eingestellt werden. ,

Bei dieser Vorrichtung sind mehrere Spulen mit gleicher : Windungszahl parallel geschaltet und werden unabhängig hinsichtlich der Stromstärke gespeist. Es können Abänderun gen vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Anzahl der

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Windungen einer jeden Spule verändert werden. Weiterhin können die Spulen in Serie geschaltet werden, wobei die Windungsanzahl verändert wird oder der Durchmesser einer jeden Spule. Es kann so dafür Vorsorge getragen werden, daß eine bestimmte Stromstärke jeder Spule zugeführt wird, so daß in jeder Heizzone des metallischen Materials eine unterschiedliche Stromdichte vorherrscht. Um die in Fig. dargestellte Wärmeverteilung zu erhalten, sollte die Anzahl der Spulenwicklungen in den Spulen, die im mittleren Abschnitt des metallischen Werkstoffs angeordnet 1st, größer sein als die der Spulen, die weiter von diesem Mittelabschnitt entfernt angeordnet sind. In gleicher Weise kann der Durchmesser der Spulen beim Induktionsheizer, der im Mittelabschnitt angeordnet ist, kleiner sein als der Durchmesser der Spulen, die weiter vom Mittelabschnitt entfernt angeordnet sind.

Bei der Vorrichtung können andere Heizeinrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise mehrere Brenner, die an verschiedenen Stellen anstelle der Induktionsheizspule vorgesehen sind.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen konischen Stangen kann auch eine direkte Widerstandserhitzung durchgeführt werden. Ein elektrischer Strom wird dem Rurideisen an zwei Stellen in axialer Richtung zugeführt und mehrere Kühlzonen werden in axialer Richtung des Materials angeordnet, um stellenweise eine gesteuerte Kühlung an jeder Stelle des Materials durchführen zu können. Das vom Strom durchflossene erhitzte Material wird in jeder Richtung gezogen und wird in bestimmter Weise oder in einem bestimmten Muster gekühlt, um Kühlzonen mit verschiedenen Temperaturgradienten zu schaffen. Das Material kann dadurch zu einem

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konischen Stab geformt werden, der in axialer Richtung einen veränderlichen Durchmesser aufweist.

Bei diesem Verfahren und bei dieser Vorrichtung wird die Erhitzung mittels der Widerstandserhitzung an geeigneten Stellen zwischen den zwei Speisepunkten des Materials gemessen, um die Erhitzung mittels dieser Messung steuern zu können. Die Heiζtemperatur an den Meßstellen wird so gesteuert, daß die ciewünschte Erwärmung öder Erhitzung erzielt wird. Dieses Verfahren bringt mehrere Vorteile mit sich, und zwar wird die Produktionsrate erhöht und die Verfahrenszeit wird abgekürzt, und es werden konische Stäbe in gewünschter Form erzeugt. Weiterhin ist die Herstellung sehr einfach.

Es sei nunmehr auf die Fig. 5 und 6 Bezug genommen. Mit 11 ist ein Rundeisen bezeichnet, und jedes Ende dieses Rundeisens ist mittels einer Spannbacke 12, 22 eingespannt. Das Rundeisen wird mittels einer nicht dargestellten Ziehvorrichtung, wie beispielsweise mittels eines hydraulischen Arbeitszylinders, gezogen. Die Ziehrichtung ist durch die Pfeile D angedeutet und durch das Ziehen wird die Länge des Rundeisens vergrößert. Die Spannbacken 12 und 22 dienen gleichzeitig als Stromanschlüsse für die Widerstandsheizung. Der Strom fließt durch eine Stromsteuerung 15, so daß dessen Stärke eingestellt werden kann und dann über die Spannbacken 12, 22 durch das Rundeisen 11, um dieses direkt zu erwärmen. In Längsrichtung des Rundeisens 11 sind n-Luftkühler angeordnet, die einen C-förmigen Querschnitt haben. Es sind C₁ bis C Luftkühler vorgesehen, welche Kühlzonen an bestimmten Stellen des Stabes 11 bilden, die gekühlt werden sollen. Jedem Luftkühler C. bis C wird Kühlgas,

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wie beispielsweise Luft, von einer Gasspeiseeinrichtung 14, beispielsweise einem Kompressor, über Kanäle P- bis P zugeführt, und dabei wird die Strömung durch Steuerungen S₁ bis S gesteuert. Dadurch wird jede Stelle des Rundeisens 11, der ein Kühler zugeordnet ist, durch die Luftkühler C₁ bis C_R gekühlt.

Es sind Temperaturfühler vorgesehen, und diese weisen eine Linse 16 auf, welche die Oberflächentemperatur des Stabes 11 überträgt, und ferner ist ein Fühler 17 vorgesehen, der die Oberflächentemperatur des Stabes 11 mißt, wobei ein derartiger Temperaturfühler gegenüber einem Kühler C_m vorgesehen ist, der im Mittelabschnitt der Stange 11 zwischen den beiden Spannbacken 12 und 22 angeordnet ist. Der Temperaturfühler sammelt die abgestrahlte Energie von der Oberfläche des Stabes 11, um ein Signal zu erzeugen, welches dieser Temperatur entspricht. Das Signal vom Temperaturfühler 16, 17, welches der Oberflächentemperatur der Stange 11 entspricht, wird einem Wandler 19 zugeführt und wird in ein elektrisches Signal umgeformt, und dieses vird dem Stromregler 15 sowie dem Kühlungssteuersystem 18 zugeführt. Im Stromregler wird der dem Stab 11 zugeführte Strom entsprechend dem Temperatursignal eingestellt, so daß die gewünschte Erhitzungstemperatur an der Meßstelle erzielt wird. Dem Kühlungssteuersystem 18 wird ein Steuersignal durch das elektrische Signal aus dem Wandler 19 erzeugt, und dieses Signal wird Motoren M₁ bis M zugeführt, um die Kühlung in gewünschter und entsprechender Weise zu steuern. Strömungssteuerungen S₁ bis S werden von jedem Motor M₁ bis M gesteuert, um die Luftmenge V₁ bis V zu steuern, die jedem Luftkühler C₁ bis C zugeführt wird. Der Stab 11 wird an

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gewünschten axialen Stellen auf eine vorbestimmte Temperatur abgegrenzt, so daß der Stab 11 ein vorbestimmtes Heizmuster annimmt und eine vorbestimmte Temperaturgradientenverteilung. !

Es sei angenommen, daß eine ungerade Anzahl n-Luftkühler C₁ bis C vorgesehen ist. Die Temperatur des Mittelabschnittes m des Stabes 11 wird durch die Stromsteuerung eingestellt. Diese Einstellung erfolgt durch eine sogenannte PID-Steuerung der Strommenge, die dem Stab 11 zu-

geführt wird, und zwar entsprechend dem Eingangswert aus dem Wandler 19, der mit dem Temperaturfühler 16, 17 verbunden ist, welcher die Oberflächentemperatur an der Mitte des Stabes 11 mißt. Der Erhitzungs- oder Erwärmungszustand desStabes 11 wird durch die Heizsteuerung im Mittelabschnitt bestimmt, und die Aufheizung durch den Strom bewirkt einen Spitzenwert in der Mitte des Stabes 11. Diese | Methode der direkten Widerstandserhitzung ist in dem Fall bevorzugt, in dem eine hügelartige Temperaturverteilung im Mittelabschnitt erwünscht ist, wie es Fig. 3a zeigt. Die Temperatursteuerung ist nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Eine Feststellung der Oberflächentemperatur an; anderen Stellen als in der Mitte des Stabes 11 kann manchmal verwendet werden. Wenn die Temperaturverteilung im Stab 11I geändert werden soll, wird auch die Fühlstelle der Ober- \ flächentemperatur verändert. Es ist ebenfalls möglich, die Oberflächentemperatur an mehreren Stellen des Stabes 11 festzustellen, um die Heizung gemäß einem vorbestimmten ' gewünschten Wert zu steuern.

Bei der Heizungssteuerung, die auf dem höchsten TemperaturT wert in der Mitte m des Stabes 11 beruht, wird die Temperatursteuerung, d. h. eine Stromsteuerung plus Kühlluft-

■ -.33 -

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Steuerung, normalerweise nicht durchgeführt. Lediglich wenn die Temperatur X an der Stelle m wesentlich über-

schritten wird, wird Kühlluft durch den Kanal P in den

Luftkühler C eingeblasen. In einigen Fällen kann es je nach Verteilung des Temperaturgradienten vorteilhaft sein, die Heizungssteuerung an der Stelle m durch Verwendung der Strontheizung und der Luftkühlung durchzuführen, und dies führt zu Heizungssteuerungen an anderen Stellen des Stabes 11.

Die Temperatur an anderen Stellen als an der Stelle m wird durch Kühlung eingestellt, wenn die Temperatur an der Stelle m den gewünschten Temperaturwert τ"~ erreicht hat, da die Stelle m die am höchsten erhitzte Stelle ist. Es ist natürlich auch möglich, mit der Temperatursteuerung an anderen Stellen dadurch zu beginnen, daß die Heiζtempera tür durch Luftkühlung bei Beginn der Erhitzung gesteuert wird. Die Kühlungssteuerung wird durch Steuerung der Strömungsmengen V- bis V des Kühlgases durchgeführt, welche den Luftkühlungen C₁ bis C zugeführt wird, und diese Steuerung erfolgt durch die Motoren M₁ bis M . welche

I Xl

die Öffnung von Schiebern oder Schlitten in den Steuerungen S₁ bis S_n einstellen. Die Strömungsmenge des Kühlgases kann gemäß jeder Temperaturgradientenverteilung durch Experimente od. dgl. vorherbestimmt oder eingestellt werden.

Die Temperatur der Stange 11 kann auf zweierlei Weise gesteuert werden. Die eine Steuerung umfaßt die Heizungssteuerung, d. h. die Steuerung des Stromes, der eine Widerstandserhitzung bewirkt, wobei dann eine gemessene Oberflächentemperatur der Stange 11 verwendet wird, um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Das andere Verfahren umfaßt die Kühlungssteuerung, wobei mehrere Luftkühler C₁

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bis C ,die in axialer Reihe angeordnet sind, gesteuert werden, und zwar derart, daß deren Kühlkapazität gesteuert wird, in dem vorbestimmte Kühlgasmengen diesen Kühlern zugeführt wird. Eine derartige parallele Steuerung der Erhitzung und Kühlung ermöglicht eine Ausbildung eines Temperaturgradienten, wie er in Fig. 3a dargestellt ist.

Wenn ein Stab 11 einen derartigen Temperaturgradienten erhalten hat und wenn er in beiden Richtungen zwischen zwei Spannbacken 12 und 22 gezogen wird, so wird ein konischer Stab mit konischen Abschnitten d, c hergestellt, wie er in Fig. 3c gezeigt ist, und zwar wegen der stellenweise verschiedenen Streckungsgeschwindigkeit des Materials.

Die Temperatur des Stabes 11 an der Meßstelle m, welche die Bezugsstelle für die Heizsteuerung ist, kann genau auf den gewünschten Wert T eingestellt werden. Die Temperatur an anderen Stellen kann Abweichungen von der gewünschten Temperatur aufweisen. Die Temperatur dort wird auf zweierlei Weise gesteuert. Es erfolgt beispielsweise eine Kühlung durch Luftkühler C₁ bis C , bei denen die Kühlgasmenge durch Versuche od. dgl. eingestellt wird, und es erfolgt an diesen Stellen eine direkte Widerstandserhitzung. Um diese Temperaturunterschiede auszuschalten, kann die Strömungsmenge des Kühlgases in die Luftkühler C- bis C auch durch Temperaturdaten gesteuert werden, die durch den Temperaturfühler 16, 17 gemessen werden. Es ist sehr vorteilhaft, beim Stab 11 gleichzeitig die Kühlung und die Heizung zu steuern. Es tritt hierbei jedoch ein praktisches Problem auf. Die Widerstandserhitzung benötigt lediglich einige Sekunden, während die Kühlungsgeschwindigkeit der Gaskühlung etwas langsamer ist. Die Temperaturdaten, die bei einem Konusherstellungsverfahren

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erhalten werden, weichesein Erhitzen und ein Ziehen umfaßt, werden verwendet, um die Kühler beim unmittelbar darauffolgenden Konusherstellungsverfahren gemäß der Erfindung zu steuern. Eine Wiederholung der gleichen Verfahren ermöglicht, daß schließlich die gewünschte Temperaturgradientenverteilung erreicht wird. Bei dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten Beispiel wird mittels des Temperaturfühlers 16, 17 aus diesem Grund die Temperatur an mehreren Stellen in axialer Richtung des Stabes 11 festgestellt, und ein Steuersignal vom Kühlungssteuersystem 18 wird nach jeder Beendigung eines Konusherstellungszyklus erzeugt und wird von den Luftkühlern C₁ bis C als Wert aufgenommen, mit dem die Strömungsmenge des Kühlgases bei der nächsten Konusherstellung gesteuert wird. Dies bedeutet, daß die Bestimmung der Kühlgasströmung für jede Erhitzung und für jeden Temperaturanstieg des Stabes 11 für einen Konusherstellungszyklus durchgeführt wird, wobei jedoch der bestimmte Wert keinesfalls während einer Erhitzung und während eines Temperaturanstiegs geändert wird. Die Steuerung der Kühlgasströmungsmenge wird lediglich intermittierend oder schrittweise durchgeführt.

Die Bestimmung der Kühlgasströmungsmenge zu jedem Luftkühler C₁ bis C wird insbesondere auf folgende Weise durchgeführt. Es sei angenommen, daß i-Stellen des Stabes gekühlt werden. Es sei ferner angenommen, daß die Temperatur des Stabes 11 an der Stelle i tJ"¹ beträgt. Die Temperatur an den Stellen i - 1 und i + 1 beträgt Tⁿ~, und T. ,.. Eine Abweichung der Temperatur an diesen Stellen T?~ , T^₁ und T?"^ von der vorbestimmten Temperatur an diesen Stellen T., T. ₁ und T.₊₁ haben den Wert

er¹' e;:! «■* <s;;?

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- 34-

Diese Beziehung ist in Fig. 7 grafisch dargestellt, wobei die gestrichelte Linie die gewünschte Temperaturverteilung! *> anzeigt und die voll ausgezogene Linie die Temperatur

verteilung im vorhergehenden Steuerzyklus.

Der eingestellte Wert U. des Motors M, zur Bestimmung der Kühlgasströmungsmenge für den nächsten Steuerzyklus des Luftkühlers C. wird gemäß der folgenden Gleichung im Steuer system 18 bestimmt: .

Uⁿ = uⁿ~¹ + k P ⁿ~¹' + k¹ { Pⁿ"¹ + ρ^η~^Ύ \ U₁-U₁ +ke_± +Jc ( ^ ^{+ e}

Hierbei bedeutet U₁" einen Einstellwert für den Motor M₁ im vorhergehenden Kühlzyklus und k und k¹ sind Konstanten der Steuerung.

Wenn die Oberflächentemperatur an jeder Stelle des Stabes 11, die einem Luftkühler C. bis C entspricht, gemessen wird, kann der Einstellwert für den Motor M₁ zur Bestimmung der ; Strömungsmenge des Kühlgases in der vorbeschriebenen Weise

berechnet werden, und dies macht es möglich, daß die weitere Kühlungssteuerung sehr gut der gewünschten Temperaturverteilung beim nächsten Herstellungszyklus angepaßt werden kann. Anstelle wiederholter Berechnungen aus Daten^ tatsächlicher Messungen der Oberflächentemperatur an jeder Stelle des Stabes 11 durchzuführen, ist es auch möglich, an mehreren Stellen die tatsächliche Temperatur zu messen, um die Temperaturverteilung im allgemeinen abzuleiten und um die Kühlung für jeden Kühler C. bis C zu bestimmen, und zwar auf Grund eines Vergleiches zwischen der gemessenen Temperaturverteilung und der gewünschten Temperaturverteilung.

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Jilmnn nan bei dieser Kühlungssteuerung einmal die gewünschte Teraperaturverteilung oder die gewünschte Gradientenverteilungerreicht, wird keine Änderung mehr vorgenommen, sondern die Kühlung wird zur Wiederholung der Herstellungszyklen festgelegt. Die konischen Stäbe haben dann die gewünschte Konusform, und diese können dann nacheinander auf diese Weise hergestellt werden.

Bin weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Widerstandsheizung ist in Fig. 8 dargestellt. Die Abmessungen des hergestellten Konus werden in einen Rechner eingegeben, und dies erfolgt zusätzlich zu Üblichen Steuerungen der Konusform, basierend auf der Oberflächentemperatur des Stabes 11, und dadurch ist es möglich, eine genaue Fühlungssteuerung entsprechend der gewünschten Konusform durchzuführen. Es werden die gleichen Bezugszeichen wie vorher verwendet. Lediglich die vom vorhergehenden AusfUhrungsbeispiel abweichenden Teile sollen hier beschrieben werden. 1-3 ist ein Temperaturfühler mit einer Linse und einem Fühler wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel, und jedem Luftkühler C₁ bis C_n, die in axialer Richtung des Stabes 11 angeordnet sind, werden vorbestimmte Mengen Kühlgas zugeführt, und es erfolgt eine Steuerung mittels eines Befehls von einem Kühlungssteuersystem.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Vorrichtung wird der Konus eines Gegenstandes, der in einem Konusherstellungszyklus hergestellt wurde, gemessen, und zwar mittels einer Meßvorrichtung 20, und der Meßwert wird in einen Temperaturverteilungseinsteller 21 eingegeben, und hier wird eine Einstellung oder Abänderung der gewünschten Temperaturverteilung durchgeführt. Insbesondere wird ein Vergleich zwischen der gewünschten Temperaturverteilung, die in einen Einsteller 21 eingegeben wird, und der gemessenen Temperatur-

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Verteilung durchgeführt, um die Temperaturverteilung, difi bisher für die Kühlungssteuerung maßgebend war, zu ändern. Die Beziehung zwischen dem gemessenen Konus und der Temperaturverteilung wird hierdurch verbessert. Die Beziehung zwischen der erzielten Temperaturverteilung und der Temperaturverteilung ist nicht von Bedeutung, und deshalb hat der Einsteller 21 seine Bedeutung. Die eingestellte Temperaturvorteilunsinformation vom Temperaturverteilungseinstaller 21 wird in das Kühlungssteuersystem 18 eingegeben, um die Strömungsgasmenge zu jedem Luftkühler C₁ bis C für den nächsten Herstellungsvorgang zu steuern. Die Steuerung beruht auf der Temperaturverteilung, die vom Wandler 19 entsprechend der korrekten Temperaturverteilung abgegeben wird.

Durch Eingabe der Dimensionsmeßdaten des tatsächlich hergestellten Konus zum Korrigieren des Konusmusters wird ein Referenzwert für die Kühlungssteuerung des nächsten Herstellungsverfahrens erhalten, und die gegenseitige Beziehung zwischen der tatsächlichen Konusform und der Temperaturverteilung wird insgesamt verbessert. Konische Stäbe, deren Konusform fast genau der gewünschten Konusform entspricht, können auf diese Weise hergestellt werden, und eine Wiederholung von Korrekturschritten der Temperaturverteilung in verschiedene Zyklen ermöglicht die Herstellung von konischen Stäben, die genau die gewünschte Konusform aufweisen. Wenn man einmal die Übereinstimmung durch Wiederholen der Temperaturverteilungskorrektur auf Grund der Abmessungsdaten erreicht hat, wird eine einfache Wiederholung einer Konusherstellung oder eine Wiederholung einer Konusherstellung unter Verwendung einer Wärmesteuerung sowie einer Kühlungssteuerung, basierend auf dem endgültig korrigierten Temperaturverteilungsmuster, leicht durchführbar, und dies führt dazu, daß eine weitere

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Temperatürverteilungskorrektur nicht erforderlich ist, und damit ist es auch nicht mehr erforderlich, dimensionale Messungen durchzuführen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt. Es können verschiedene Abänderungen durchgeführt werden, die im Rahmen der Erfindung liegen.

Der metallische Werkstoff, der zu konischen Stangen geführt wird, ist üblicherweise Rundeisen oder Draht. Es kann aber auch eine Stange oder ein hohles Rohr verwendet werden. Andere Querschnittsformen des Materials, wie rechteckiger Querschnitt, quadratischer Querschnitt usw. sind möglich, und es können aber auch Nichteisenmetall neben dem üblicherweise verwendeten Stab verwendet werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten konischen Stäbe weisen neben der Verwendung al -. koni sehe Schraubenf edern noch andere Verwendungszweck!; auf. Sie können beispielsweise für Antennen verwendet werden, für Skistöcke, falls das Material hohl ist, als Lampenständer usw.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, auf die die Erfindung nicht beschränkt ist, sollen im folgenden erläutert werden.

Beispiel 1

Teststücke (Rundstäbe)A und B aus SAE 9254- Stahl, deren Durchmesser 6,35 mm und deren Länge 170 mm betrugen, wurden bei Zimmertemperaturen an jedem Ende mittels Wasser gekühlter Spannbacken eingespannt, wobei zwischen diesen ein

- 40 130063/0719

erhitzbarer Bereich von etwa 100 mm verblieb. Mittels direkter Widerstandserhitzung wurden beide Stücke derart.. erhitzt, daß deren Mittelabschnitt eine Temperatur von 850° C - 5° C annahm. Die Temperaturverteilung zu dieser Zeit ist in Fig. 9 dargestellt. Der Prüfling A, der eine derartige Temperaturverteilung aufwies, wurde einer Zug-, kraft mit einer mittleren Verformungsgeschwindigkeit von ■ 10 %/sek unter einer Ziehgeschwindigkeit von 50 mm/sek unterworfen. Der Prüfling B, der die gleiche Temperaturverteilung aufwies, wurde einer Zugkraft mit einer mittleren Verformungsgeschwindigkeit von 100 %/sek bei einer Ziehgeschwindigkeit von 1OO mm/sek unterworfen. Die Ergebnisse der Konusherstellung an beiden Prüflingen sind in Fig. 10 dargestellt.

Aus der grafischen Darstellung ist zu erkennen, daß beide Prüflinge A und B,die erhitzt wurden, um einen Temperaturgradienten auszubilden, durch das axiale Ziehen von etwa 100 mm auf etwa 13o mm gestreckt wurden. Es entsteht ein Konus mit einem Abschnitt mitminimalem Durchmesser im wesentlichen in der Mitte, wobei der Durchmesser zu jedem Ende der beiden Prüflinge hin kontinuierlich zunahm. Der Durchmesser in der Mitte beider Prüflinge A und B betrug einmal 4,83 mm,wassinem Reduktionsverhältnis von 42,1 % entspricht und zum anderen 4,70 mm, was einem Reduktionsverhältnis von 45,2 % entspricht.

Für Vergleichszwecke wurde ein anderer Prüfling (Rundeisen) C aus dem gleichen Stahlmaterial derart erhitzt, daß er eine gleichförmige Temperatur in axialer Richtung aufweist, und dieser Stab wurde axial mit einer mittleren Verformungsgeschwindigkeit von 100 %/sek und mit einer Ziehgeschwindigkeit von 100 mm/sek gezogen, wie es Fig. 9 zeigt. Wie

1: 0 0 6 - i/0719 - ⁴⁴ -

Pig. 10 zeigt, befindet sich der Abschnitt mit minimalem Durchmesser nicht in der Mitte des Stückes, und die Durchmesser stimmen nicht kontinuierlich ab, und es trat eine Örtliche Einschnürung auf»

Beispiel 2

Ein Stabteststück D aus JIS SUP 7-Stahl mit einem Durch messer von 9,50 mm und einer Länge von 700 mm wurde bei Raumtemperatur an jedem Ende in eine wassergekühlte Spannbacke eingespannt und wurde durch Strom erhitzt, wobei der erhitzte Bereich etwa 500 mm betrug. Es wurde ein Temperaturgradient erzielt, wobei die Temperatur in der Mitte 850° C betrug und an jedem Ende etwa 620° C. Die erzielte Temperaturverteilung ist in Fig. 11 gezeigt. Das Teststück 8 wurde mit einer mittleren Deformationsgeschwindigkeit voll 50 %/sek und mit einer Ziehgeschwindigkeit von 250 mn/eek gezogen, und der zwischen den Spannbacken liegende Abschnitt des Prüflings D wurde um 150 mm, d.h. von 500 ram auf 650 mm gestreckt. .3s wurde ein Konus hergestellt, dessen Abschnitt minimalen Durchmessers in der Mitte lag, wobei zu jedem Ende hin der Durchmesser graduell oder allmählich zunimmt. Der Durchmesser im Mittelabschnitt betrug 7,1 mm und das Reduktionsverhältnis betrug 44,1 %.

Ein Teststück E, ein Stahlstab aus JIS SUP 7, mit einem Durchmesser von 9,50 mm und einer Länge von 900 mm, wurde bei Zimmertemperatur in wassergekühlte Spannbacken eingespannt, und es wurde eine Hochfrequenz-Induktionserhitzung durchgeführt. Die Spule hatte unterschiedliche Durchmesser, um eine Temperaturgradientenverteilung längs der erhitzbaren Strecke von etwa 500 mm zu erzielen. Die Temperatur

-Ti-130083/0719

im Mittelabschnitt betrug 900° C - 5° C und an jedem Ende 650° C. Diese Temperaturverteilung ist in Fig. 11 gezeigt. Danach wurde eine Zugkraft auf das Stück E in axialer Richtung ausgeübt. Die mittlere Verformungsgeschwindigkeit betrug 60 %/sek und die Ziehgeschwindigkeit 300 mm/sek. Die Länge des Stückes E zwischen den Spannbacken wurde von 500 mm auf 700 mm verlängert und der hergestellte Konus hatte einen Abschnitt mit minimalem Durchmesser in der Mitte Und einen kontinuierlich abnehmenden Durchmesser. Der Durchmesser des Stückes E im Mittelabschnitt betrug 6,45 mm und das Reduktionsverhältnis betrug 53,0 %.

Beispiel 3

Ein Teststahlstab F aus SAE 9254-Stahl, dessen Durchmesser 6,35 mm und dessen Länge 450 mm betrug, wurde unmittelbar nach einer Warmbehandlung mit hoher Temperatur in Wasser gekühlte Spannbacken eingespannt und wurde durch Gasbrennen derart erhitzt, daß sich eine Temperaturgradientenverteilung ergab, wobei die Temperatur in der Mitte 870° C betrug und etwa 650° C an jedem Ende, wobei die Temperatur zwischen diesen Punkten graduell abnahm. Die Temperaturverteilung ist in Fig. 13 dargestellt. Danach wurde eine axiale Zugkraft mit einer Verformungsrate von 50 %/sek und einer Zuggeschwindigkeit von 150 mm/sek aufgebracht, und der zwischen den Spannbacken liegende Abschnitt wurde von 300 mm auf 390 mm gedehnt. Bei dem hergestellten Konus lag der Abschnitt mit minimalem Durchmesser im wesentlichen in der Mitte und die Durchmesser nahmen kontinuierlich zur Mitte hin ab. Der Durchmesser im Mittelabschnitt des Stabes F betrug 4,55 mm und das Reduktionsverhältnis betrug 48,9 %.

:-? 0 0 6 3 / 0 7 1 9 - 43 -

Belspiel 4

Ein Teststab aus Stahl, welcher folgende Bestandteile enthielt: C : 0,61 t, Si ί 2,05 *, Mn : 0,81 % und Cr : 0,11 % wurde durch Walzen und Ziehen hergestellt und hatte einen Durchmesser von 6,35 mm. Dieser Stab wurde an jedem Ende mittels einer wassergekühlten Spannbacke eingespannt. Dieser Stab wurde durch direkten Stromfluß erhitzt und gleichzeitig wurden mehrere Luftkühler verwendet, wobei diese Luftkühler mit unterschiedlichen Luftmengen gespeist wurden und in axialer Richtung angeordnet waren. Es wurde eine hügelartige Temperaturverteilung auf der zwischen den Spannbacken liegenden Strecke von 200 mm erzielt, wobei im Mittelabschnitt eine Temperatürspitze von 850° C erreicht wurde.

Der Stahlstab, der diese Temperaturverteilung aufwies, wurde hinterher durch Ziehen verformt, und dabei wurde die Verformungsgeschwindigkeit fc, im mittleren Abschnitt mit minimalem Durchmesser verändert. Das maximal erzielte Querschnittsverminderungsverhä tnis bei gleichförmiger Deformation bei jeder Verformungsgeschwindigkeit ist in Tabelle I dargestellt.. Das maximale Reduktionsverhältnis unter gleichförmiger Deformation in % zeigt hier die Größe der Deformation unmittelbar vor Auftreten einer Einschnürung vor einem Bruch an. Dieses Verhältnis ist (A_Q - A) χ 100/A_Q (Querschnittsfläche des Materials minus Querschnittsfläche des Abschnittes mit minimalem Durchmesser χ 100 und dividiert durch die Querschnittsfläche des Materials. Die Daten in Tabelle I sind in Fig. 15 als Grafik dargestellt.

13 0063/0719

- Af -

Der Tabelle I und der Fig. 15 ist zu entnehmen, daß das maximale Querschnittsverminderungsverhältnis bei gleich-' förmiger Deformation (MR-Verhältnis) im Bereich der Verformungsgeschwindigkeit von 0,5 bis 1OOO %/sek groß ist und auch der größtmöglichste Wert liegt in diesem Bereich. Wenn man die Deformation durch Ziehen innerhalb eines derartigen Bereiches durchführt, kann der gewünschte Konus leichter hergestellt werden und das Verfahren wird wirtschaftlicher.

Tabelle I -

Nr. Verformungsgeschwin- MR-Verhältnis

digkeit £ (%/sek) (%)

4,3 8,2 25,1 36,2 46,5 43,1 31,8 16,5

1	0,14
2	0,52
3	1,02
4	4,55
5	39,2
6	107
7	510
8 1	725
Beispiel	5

Ein Stahlteststück in Form eines Rundeisens, welches die verschiedenen Bestandteile aufwies, die in Tabelle II aufgeführt sind, wurden durch Weichglühen und Ziehen hergestellt und es wurde durch das in Beispiel 4 beschriebene Verfahren erhitzt. Die maximale Heiztemperatur ist in Tabelle III dargestellt. Die Erhitzung wurde durchgeführt,

130063/0719 - 45 -

bis eine vorbestimmte Temperaturverteilung erreicht wurde und danach wurde dieses Prüfstück durch das Verfahren durch Ziehen deformiert, wie es im Beispiel 4 beschrieben wurde, und zwar mit einer Verformungsgeschwindigkeit, die in Tabelle III aufgeführt ist. Die Ergebnisse des MR-Verhältnisses sind ebenfalls in Tabelle III aufgeführt. In jedem Falle des Stahlmaterials wurde ein ausgezeichnetes MR-Verhältnis erreicht.

130063/0719

- 46 Tabelle II

Nr. Chemische Bestandteile (%)

CSi Mn Cr andere

9	1,07	0,	28	0,52	0	,96	0,	19 V
10	0,51	0,	25	0,77	0	,9Ί	o,	92 V
11	0,54	0,	29	0,71	4	,92	0,	98 Mo, 0,42 V
12	0,37	1,	12	0,31	0	,01	-
13	0,58	2,	45	0,77	0	,02	- - .
14	0,62	0,	71	1,98	0	,03	0,	85 Cu..
15	0,55	0,	85	1,15	1	,55	2,	98 Ni, 0,35 Mo
16	0,36	0,	35	0,82	0	,91	o,	0029 B
17	0,61	0,	31	0,89	0	,21	0,	095 A1
18	0,58	1/	20	0,75	1	,02	o,	46 Ti
19	0,42	0,	31	0,55	0	,49	0,	49 W
20	0,92	0,	33	1,12	0	,55	o,	38 Nb
21	0,49	0,	38	1,51	0	,73	0,	44 Zr
22	0,51	0,	39	1,49	0	,75	0,	49 Ta
23	0,62	0,	35	1,20	1	,00	0,	33 H_f
24	0,51	0,	11	0,95

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Tabelle III

Material

Durchmesser (nun)

Strecke,die erhitzt werden soll (mm)

Maximale Heiζtemperatur Verformungsgeschwindlg-
keit im
Abschnitt
minimalen
Durchmessers (%/sek)

MR-Verhält-1 nis

9	10,0
10	12,7
11	12,7
12	6,35
13	12,0
14	10,0
15	6,35
16	10,0
17	12,0
18	10,0
19	6,35
20	6,35
21	6,35
22	6,35
23	6,35
24	6,35

800

1000

20Q

1350

800

200

80p

1000

800

200

2Q0

200

830 870 980 930 850 850 770 85Ο 830 770 770 940 980 980 850 900 23,5
30,1
35,5
20,3

215
95,2
18,5
73,5

153
55,2
39,0
83,2

650

353
95,2
77,5

42,1 39,1 35,9 25,2 38,8 41,1 33,2 47,2 37,5 29,0 33,1 40,6 25,1 30,7 22,2 42,5

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- 4g -

Beispiel 6

. . . - ' i ■ * Ein Stahlstab mit folgenden Bestandteilen C : 0,61 %,

"* Si : 1,94 % und Mn : 0,81 %, der einen Durchmesser von

^J 6,35 mm aufwies, wurde durch Walzen und Ziehen herge

stellt und wurde an jedem Ende mit einer wassergekühlten Spannbacke eingespannt und wurde durch direkte Widerstandserhitzung erhitzt und dabei waren mehrere Kühleinrichtungen vorgesehen _r denen unterschiedliche Luftmengen zugeführt wurden, und diese Kühleinrichtungen waren in axialer Richtung des Stahlstabes derart angeordnet, daß sich eine hügelartige Temperaturverteilung ergab. Diese Temperaturverteilung erstreckte sich über die heizbare Strecke zwischen den Spannbacken, die eine Länge von 200 mm hatten, wobei der Spitzenwert in dieser Temperaturverteilung 850° C betrug.

Nach der Erhitzung des Stahles zur Erzielung der Temperaturgradientenverteilung erfolgte eine Verformung durch Ziehen mit allmählich abnehmender Ziehgeschwindigkeit von einem hohen auf einen niedrigen Wert, wie es in ,Fig. 16b dargestellt ist, Die Veränderung der Verformungsgeschwindigkeit von der Anfangsgeschwindigkeit zur Endgeschwindigkeit ist in Fig. 16a dargestellt. ₍

Wie Fig. 16a zeigt, kann das MR-Verhälthis durch eine allmähliche Abnahme der Verformungsgeschwindigkeit großgemacht werden. Die Verformung durch Ziehen im Bereich eines derartigen großen MR-Verhältnisses macht die Herstellung des gewünschten Konus sehr leicht, und die Herstellung wird wirtschaftlicher. Der Figur ist zu entnehmen, daß, je größer die Veränderung von der Anfangsgeschwindigkeit zur Endgeschwindigkeit wird, umso größer wird das erhaltene MR-Verhältnis.

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In dem Fall, in dent das Ziehen bei einer konstanten Verformungsgeschwindigkeit von 100 %/sek durchgeführt wurde, betrug das erhaltene MR-Verhältnis lediglich ,etwa 26:-*. . \..λ . .. ..//■■ ' "Ϊ --■■ - ^: --- :■■,;;■! ■-"/;■·"- '

Bei diesem Beispiel wies Jeder_; konische ^tabt der graduell sich ändernder Geschwindigkeit hergestellt wurde, einen parallelen oder zylindrischen Abschnitt mit einem konstanten Durchmesser auf.

Beispiel 7 ~ ■.' ■ -. . ■·■-..;." '- - ■'-. -_'':-;'

Ein Prüfling, der die Temperaturverteilung, wie: im spiel 6 beschrieben, aufwies, wurde einem zweistufigen Ziehen unterzogen, wie es die Fig. 17a und 17b zeigen.

Bei diesem zweistufigen Ziehverfahreh wurde ein Test durchgeführt, indem eine erste Stufe mit 100 %/sek Verformungsgeschwindigkeit 5 Sekunden lang eingestellt wurde. Dann folgte eine zweite Stufe mit 50, 40 und 30 %/sek Verformungsgeschwindigkeit. Diese Stufen wurden dann nacheinander durchgeführt. Die erhaltenen■MR-Verhältnisse sind in Pig. 17a als offene Kreise dargestellt.

Bei einem anderen zweistufigen Verfahren wurde ein Test durchgeführt mit einer ersten Stufe mit einer Verformungsgeschwindigkeit von 70 %/sek, wobei diese 5 Sekunden lang aufrechterhalten wurde, und in der zweiten Stufe wurde die Verformungsgeschwindigkeit auf 50, 40 und 30 %/sek eingestellt. Die erhaltenen MR-Verhältnisse sind in Fig. 17a als schwarz ausgemalte Kreise dargestellt.

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Bei einem einstufigen Ziehen am gleichen Stück mit einer Verformungsrate von 100 %/sek und 70 %/sek, wobei diese Verfahren für Vergleichszwecke durchgeführt wurden, betrugen die erhaltenen MR-Verhältnisse 26 % bzw. 22 %.

Es ist zu erkennen, daß das zweistufige Ziehen wirksam das MR-Verhältnis verbessert und daß ferner, je höher die Verformungsgeschwindigkeit in der ersten Stufe ist, umso größer das MR-Verhältnis wird.

Beispiel 8

Ein Teststahlstab erhielt, wie in Beispiel 6 beschrieben, eine vorbestimmte Temperaturverteilung und wurde einem dreistufigen Ziehen unterzogen, und die Ergebnisse sind in den Fig. 8a und 8b dargestellt. .

Die Untersuchung wurde auf zweierlei Weise durchgeführt:

Erste Weise

In der ersten Stufe Verformungsgeschwindigkeit

Haltezeit
In der zweiten Stufe Verformungsgeschwindigkeit

Haltezeit
In der dritten Stufe Verformungsgeschwindigkeit

Die zweite Weise unterschied sich von der ersten Weise lediglich in der Verformungsgeschwindigkeit in der dritten Stufe, die 10 %/sek betrug.

Die Ergebnisse sind in Fig. 8a dargestellt. Die offenen Kreise sind die Daten der ersten Verfahrensweise und die

100	%/sek
3	sek
80,	70, 60
und	50 %/sek
2	sek
30	%/sek

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schwarz ausgezogenen Kreise sind die Daten des zweiten
Versuches.

Der Fig. 8a ist zu entnehmen, daß durch das dreistufige Ziehen das MR-Verhältnis wesentlich verbessert wird und daß dieses Verhältnis größer ist, wenn die Verforraungsgeschwindigkeit in der dritten Stufe größer ist.

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Claims

MÜLLER-BORB · DBÜFEL · SCBM>Ii · BEERTEL

PATENTANWÄLTE

311Q043

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1S27- 197S) DR. PAUL DEUFEL. DIPL-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. D1PL.-CHEM. WERNER HERTEL, D1PL.-PHYS.

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIRES AGREES PRES U¹OFFlCE EUROPEEN DES BREVETS

Hl/Gei.-D 1719

16. März 1981

DAIDO TOKUSHUKO KABUSHIKIKAISHA, 66, Aza-Kuridashi,

Hoshizaki-cho, Minami-ku, Nagoya-shi Aichi-ken / Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung konischer Stäbe

Patentansprüche

( 1. Verfahren zur Herstellung eines konischen Stabes aus metal-—lischem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß auf den metallischen Werkstoff in axialer Richtung eine Zugkraft ausgeübt wird, während diesem ein Temperaturgradient in axialer Richtung erteilt wird, so daß der geformte Stab einen konischen Abschnitt aufweist, der einen in axialer Richtung sich verändernden Durchmesser hat, und zwar entsprechend der Verteilung des Temperaturgradienten.

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MÜNCHEN 86. SIEBERTSTR. A ■ POB 860720 · KABEL: MUEBOPAT · TEL. (0 89) 4740OS · TELECOPIER XEROX 400 - TELEX 5-24265

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Zugkraft auf den metallischen Werkstoff ausgeübt wird,' nachdem dieser Werkstoff derart erhitzt ist, daß dieser in axialer Richtung die Temperaturgradientenverteilung aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Werkstoff, der auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt ist, in einstellbarer Weise derart gekühlt wird, daß in axialer Richtung vor Anlegung der Ziehkräfte die Temperaturgradientenverteilung erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der metallische Werkstoff, der zur Erzielung der Temperaturgradientenverteilung erhitzt ist, einer Zugkraft mit vorbestimmter Verformungsgeschwindigkeit ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Abschnitt einen Durchmesser aufweist,:der sich in axialer Richtung des Werkstoffs kontinuierlich verändert.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturverteilung berg- oder hügelartig ist, daß die Temperatur im axialen Mittelabschnitt des metallischen Werkstoffs höher ist und allmählich vom Mittelabschnitt fortschreitend abnimmt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Werkstück ein kontinuierliches Rundeisen oder ein kontinuierlicher Stab ist, daß die Erhitzung zur Erzielung der Temperaturverteilung wiederholt am kontinuierlichen Stab mit einem vorbestimmten Intervall durchgeführt wird, während sich der Stab unter der Einwirkung der Zugkraft befindet.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Stab erhitzt ist, um die gewünschte Temperaturverteilung in axialer Richtung zu erhalten, die maximale Heiζtemperatur im Bereich von 600° bis 1OOO°C liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung zur Erzielung der Temperaturverteilung im metallischen Werkstoff in axialer Riehtung durchgeführt wird, ehe die axiale Zugkraft aufgebracht wird, um diesen Stab in axialer Richtung tritt- oder stufenweise und wiederholt zu verformen und daß das konisch geformte metallische Material im Abschnitt mit minimalem Durchmesser geschnitten wird, um kontinuierlich konische Stäbe zu erhalten, die an jedem Ende einen Konus haben.

10. Verfahren zur Herstellung eines konischen Stabes aus einem metallischen Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß Zugkräfte in axialer Richtung auf dieses Werkstück ausgeübt werden, während dieses erhitzt wird, um eine Temperatur-Verteilung in axialer Richtung zu erzielen, wobei ein konischer Abschnitt entsteht, der einen axial sich verändernden Durchmesser hat, welcher dem Muster des Temperaturgradienten entspricht und daß eine Ziehverformung mit einer Verformungsgeschwindigkeit im Bereich von 0,5%/sek bis 1000 %/sek im Abschnitt minimalen Durchmessers durchgeführt wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines konischen Stabes aus einem metallischen Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Ziehkraft in axialer Richtung aufgebracht wird, wenn die Verformungsgeschwindigkeit des metallischen Werkstückes im Abschnitt mit minimalem Durchmesser im Bereich von 0,5 %/sek bis 1000 %/sek gehalten wird, und zwar nachdem

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der metallische Werkstoff derart erhitzt wurde, daß dieser eine vorbestimmte Temperaturgradientenverteilung aufweist, wobei die Ziehgeschwindigkeit des metallischen Werkstoffs graduell von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert verändert wird.

12. Verfahren zur Herstellung eines konischen Stabes aus einem metallischen Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Zugkraft in axialer Richtung aufrechterhalten wird, während die Verformungsgeschwindigkeit des metallischen Werkstückes im Abschnitt mit minimalen Querschnitt im Bereich von 0,5 %/sek bis 1000 %/sek gehalten wird, und zwar nachdem der metallische Werkstoff derart erhitzt wurde, daß er eine vorbestimmte Temperaturgradientenverteilung aufwies, wobei die Ziehgeschwindigkeit des metallischen Werkstoffs tritt- und stufenweise dadurch vermindert wird, daß das Ziehen auf verschiedene Stufen verteilt wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines konischen Stabes aus einem metallischen Werkstoff in Form eines Rundeisens, dadurch gekennzeichnet, daß das Rundeisen direkt durch Durchführung des elektrischen Stromes zwischen zwei Punkten am Rundeisen durchgeführt wird, daß eine vorbestimmte Temperaturgradientenverteilung zwischen den zwei Punkten dadurch erzielt wird, daß einzeln die Kühlung zu jeder einer Anzahl von Kühlzonen zwischen den zwei Punkten gesteuert wird, ehe eine Zugkraft zwischen diesen zwei Punkten angelegt wird,, so daß ein konischer Abschnitt gebildet wird, der einen Durchmesser aufweist, der sich in axialer Richtung verändert, wobei die Oberflächentemperatur an irgendeiner Stelle des Stabes gemessen wird, um den Stromfluß zu steuern, und zwar basierend auf den Daten dieser Messung und um die

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Erhitzungstemperatur an der Meßstelle derart zu steuern, daß diese einer vorbestimmten Temperatur entspricht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Oberflächentemperatur im Mittelpunkt zwischen den zwei Punkten am metallischen Werkstück durchgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentemperatur zusätzlich zur Steuerung der direkten Widerstandsheizung an mehreren Stellen zwischen den zwei Punkten am metallischen Werkstück durchgeführt wird, um die so erhaltenen Temperaturwerte zum Steuern der Kühlung einer jeden Kühlzone bei der nächsten Konusherstellung zu verwenden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächlichen Abmessungen eines durch Erhitzen und Ziehen mittels Zugkräfte hergestellten konischen Abschnittes gemessen wird, um dadurch die gewünschte Temperaturverteilung einzustellen und daß die eingestellte Temperaturverteilung verwendet wird, um die Kühlung in jeder Kühlzone beim nächsten Konusherstellungsverfahren zu steuern, wobei diese Steuerung auf diesen Temperaturdaten beruht.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Ziehvorrichtung, in der der metallische Werkstoff an zwei Punkten eingespannt wird, wobei dieser Werkstoff mittels einer Zugkraft in einer Richtung gezogen wird, welche den Abstand zwischen diesen beiden Punkten vergrößert,

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eine elektrische Stromquelle, mittels welcher eine vorbestimmte Stromstärke den beiden Punkten zugeführt wird, um direkt den metallischen Werkstoff zu erhitzen,

mehrere Kühleinrichtungen, die zwischen den Einspannstellen angeordnet sind und deren Kühlkapazität einstellbar ist,

einen Temperaturfühler,mit dem die Oberflächentemperatur des metallischen Werkstoffs an wenigstens einer Stelle zwischen den zwei Einspannpunkten gemessen werden kann und

eine. Heiztemperatursteuerung, um die Erhitzung durch den Stromfluß,basierend auf einem Eingangssignal,aus dem Temperaturfühler zu steuern.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Kühlungssteuerung, mit der die Kühlungskapazität einer jeden der Kühleinrichtungen, basierend auf einem Eingangssignal, aus dem Temperaturfühler gesteuert Wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Abmessungsmeßeinrichtung zum Messen der tatsächlichen Abmessungen eines durch Erhitzen und Ziehen hergestellten konischen Abschnittes, eine Einstelleinrichtung, um die gewünschte Temperaturgradientenverteilung, basierend auf den Abmessungsdaten aus dieser Meßeinrichtung, einzustellen, wobei gemäß der Temperaturgradientenverteilung,die in der Einstellungsvorrichtung eingestellt ist, die Kühlungskapazität einer jeden Kühleinrichtung gesteuert wird, und zwar unter Verwendung eines Eingangssignals aus dem Temperaturfühler in der Kühlungssteuerung.

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20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zieheinrichtung sowohl als mechanische Ziehvorrichtung für den eingespannten metallischen Werkstoff dient, als auch als Kontakt zur Zuführung des elektrischen Stromes zu diesem Werkstück, um dieses direkt zu erhitzen.

21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Ziehvorrichtung, in die der metallische Werkstoff an zwei Punkten eingespannt wird und mit der der Werkstoff in einer Richtung gezogen wird, in der der Abstand zwischen diesen beiden Punkten vergrößert wird und

mehrere Heizeinrichtungen, um den metallischen Werkstoff derart zu erhitzen, daß dieser eine vorbestimmte Temperaturgradientenerteilung erhält, wobei das metallische Material, welches diese Temperaturverteilung aufweist, von der Ziehvorrichtung gezogen wird, um einen konischen Stab zu erzeugen, der einen konischen Abschnitt mit in axialer Richtung sich verändernden Durchmesser aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu einem Temperaturfühler zur Messung der Temperatur des Werkstückes, das durch die Heizeinrichtungen erhitzt ist, eine Heizungssteuerung vorgesehen ist, um in einstellbarer Weise die Heiztemperatur in jeder Heizzone zu steuern, und zwar basierend auf der tatsächlichen Temperatur des metallischen Werkstückes, die durch die Temperaturfühler gemessen wird.

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23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen Hochfrequenz-Induktionsheizungen sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Induktionsheizungen aus mehreren Spulen bestehen, bei denen sich die Anzahl der Spulenwicklungen verändert und die in axialer Richtung des Werkstückes angeordnet sind und in Serie geschaltet sind, die von einem Strom mit vorbestimmter Größe durchflossen werden.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Induktionsheizungen aus mehreren Spulen mit unterschiedlichen Durchmessern bestehen, die in axialer Richtung des Werkstoffes angeordnet sind und die in Serie geschaltet sind und durch die hindurch ein Strom mit vorbestimmter Stärker fließt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Induktionsheizung aus mehreren Spulen besteht, daß jeder unabhängig ein elektrischer Strom zugeführt wird, daß diese Spulen in axialer Richtung des metallischen Werkstückes angeordnet sind, daß ein vorbestimmter Temperaturgradient dadurch eingestellt wird, daß die Stromdichte, die durch jeden Teil des metallischen Materials strömt, dadurch verändert wird, daß die Stromstärke, die jeder Spule zugeführt wird, verändert wird.

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