DE3114177A1

DE3114177A1 - Arbeitswerkzeug zur spanlosen warmverformung von stahl oder anderen schwermetallen und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3114177A1
Application number: DE19813114177
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. 4100 Duisburg Wessel
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1981-04-03
Filing date: 1981-04-03
Publication date: 1982-10-28
Also published as: IT8219994A0; US4466265A; FR2502998A1; FR2502998B1; GB2096033A; DE3114177C2; GB2096033B; IT1150629B; CA1195475A; DD201984A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Arbeitswerkzeuges zur spanlosen Warmverformung von Stahl und anderen Schwermetall en, welches nach Art eines Verbundkörpers aus mehreren metallischen Formteilen zusammengesetzt ist, von denen der eine Formteil den Grundkörper und der andere Formteil einen damit verbundenen verschleißfesten Körper darstellt, welcher auf pul vernieten urgischem Wege durch Pressen eines hochlegierten Stahlpulvers oder eines Nickel- oder Kobalt-Legierungspulvar erzeugt worden ist, und betrifft ferner die Ausbildung des Arbeitswerkzeuges selbst.

Metallische Verbundkörper, die aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, welche untrennbar fest miteinander verbunden sind, sind in vielen Ausführungen bekannt. Sie werden im allgemeinen durch Beschichten eines Grund- oder Tragkörpers mit einem dem jeweiligen Verwendungszweck angepassten Werkstoff hergestellt, z.B. durch Galvanisieren, Verschweißen, Plattieren oder durch Aufsintern eines Metall pulvers auf einen metallischen Formkörper (z.B. DE-AS 17 58 162).

In der Pulvermetallurgie ist ferner ein Verbundkörper bekannt, der durch Tränken eines porösen Pulverskeletts mit einer verflüssigten Komponente z.B. aus Kufper, hergestellt wird.

Mit den bekannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich, beliebig geformte oder kompliziert ausgebildete Verbundkörper herzustellen, deren Oberfläche in einem großen Bereich oder in mehreren Bereichen (Zonen) aus einem anderen Werkstoff besteht als der übrige Körper. Ein derartiger Verbundkörper ist z.B. ein Werkzeug zum spanlosen Verformen von Stahl, dessen dem Verschleiß ausgesetzten Zonen aus einem besonders abriebfesten Werkstoff bestehen. Eine derartige Verschleißzone würde insbesondere bei Warmarbeitswerkzeugen große Vorteile bieten. Solche Werkzeuge sind beispielsweise Blockführungen ("Führungslineale") für Schragwalzwerke zum Herstellen von nahtlosen Stahlrohren.

Formteile, welche auf pul ve metallurgischem Wege aus einem hochlegierten Stahl pulver oder aus Nickel- oder Kobalt-Legierungspulver hergestellt sind, weisen einen hohan Widerstand gegen Verschleiß auf. Insbesondere bei der Warmumformung von Stahl. So ist es beispielsweise aus der Zeitschrift "Powder Metallurgy", 3.Europ.PMSymposium 1971, Conferenz Supplement Part 1, -4-

-4-

S 193 - 208, bekannt, eine Matrize zum Strangpressen von Stahl, welche einem sehr starken Verschleiß ausgesetzt ist, aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Ring aus Chrom/Nickel-Stahlpulver und einem geschmiedeten Haltering herzustellen. Die Verbindung erfolgt hierbei durch Einschrumpfen des Ringes in den Haltering. Bei anderen großen und/oder kompliziert geformten Warmarbeitswerkzeugen würde es außerordentlich schwierig und teuer sein, das gesamte Werkzeug auf pulvermetallurgischen Wege aus einem geeigneten Stahl!egierungspulver herzustellen. Daher ist für Blockführungen versucht worden das Werkzeug nach Art eines Verbundkörpers aus mehreren Teilen, d.h. aus dem Grundkörper und einem pulvermetallurgisch erzeugten Verschleißkörper zusammenzusetzen. Grundkörper und Verschleißkörper wurden hierfür mechanisch bearbeitet und durch Schrauben miteinander verbunden. Das An- oder Einpassen der Formkörper erfordert im allgemeinen einen großen Bearbeitungsaufwand.

.Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Warmarbeitswerkzeuges zu schaffen, mit welchem es ermöglicht wird, die erwähnten technischen und wirtschaftlichen Schwierigkeiten zu vermeiden. Ferner erstreckt sich die Aufgabe darauf, das Arbeitswerkzeug seinem Verwendungszweck entsprechend in vorteilhafter Weise auszubilden. Gelöst wird die Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche.

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkzeug bietet gegenüber den konventionellen Werkzeugen, z.B. den Blockführungen in Schrägwalzwerken oder Lochdornspitzen für das Walzen von nahtlosen Stahlrohren, wesentliche Vorteile. Bisher wurden die Werkzeuge wegen ihrer komplizierten ■Form ganz aus hochwertigem hochlegiertem Werkstoff gegossen. Schon nach einem Verschleiß von weniger als 10% ihres Gewichtes mußten die Werkzeuge verschrottet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird demgegenüber nur die Verschleißzone als ein besonderes Formteil aus einem hochwertigen Pulverwerkstoff mit günstigem Verschleißwiderstand hergestellt. Dieses Formteil kann in einfacher Weise in die Gießform eingesetzt werden, in der mit der eingefüllten Stahlschmelze der verhältnismäßig komplizierte Grundbzw. Tragkörper erzeugt wird,, der sich dabei mit dem verschleißfesten Kör-

31H177

per fest und unlösbar verbindet. An die Festigkeit des Gußwerkstoffes werden im allgemeinen keine besondere Anforderung gestellt, jedoch kann es zweckmäßig sein, daß der Gußwerkstoff etwa die gleiche Zusammensetzung aufweist wie das Metallpulver. Gegenüber dem Zusammenbau von bearbeiteten Formteilen zu einem Verbundkörper hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß bei dem pulvermetallurgisch hergestellten verschleißfesten Körper verhältnismäßig große Formtoleranzen der von dem Gußwerkstoff beaufschlagten Flächen zulässig sind. Eine Nachbearbeitung des pulvermetallurgisch hergestellten Formkörpers ist somit nicht erforderlich.

Damit über die Verbindung zwischen dem pulvermetallurgisch hergestellten und dem gegossenen Formkörper auch große Kräfte übertragen werden können, wie es beispielsweise bei Lochdornspitzen der Fall ist, kann die Verbindung in einfacher Weise formschlüssig ausgeführt werden. Dies erfolgt dadurch, daß in die spätere Verbindungsfläche des pulvermetallurgischen Fomiteiies Nuten, Zapfen oder Vertiefungen, die jeweils auch Hinterschneidungen aufweisen können, eingepreßt werden.

In vielen Fällen empfiehlt es sich, das verschleißfeste Formteil pulvermetallurgisch in der Weise herzustellen, daß es durchgehend porös ist, um die Möglichkeit zu schaffen, daß für das Warmverformen eines Stahl blocks ein Kühl-, Schmier- oder Trennmittel verwendet werden kann, mit welchem die Poren getränkt sind. Damit wird erreicht, daß die Verschleißfläche gekühlt wird und Anschweißungen vermieden werden.

Zum Kühlen oder Schmieren des Warmarbeitswerkzeuges dienende Medien (flüssig oder gasförmig), wie Wasserdampf oder wässrige Salzlösungen können mit dem erfindungsgemäßen Warmarbeitswerkzeug auch während des Verformungsvorganges durch eine oder mehrere rohrförmige Zuleitungen, die in den Verschleißkörper eingepreßt und dann später mit dem Gußwerkstoff umgössen werden, dem Werkzeug zugeführt werden. Als Schmiermittel kann auch ein dünnflüssiges Silikat (Glas) dienen.

Die Poren des pulvermetallurgisch hergestellten Formteiles können auch ganz oder teilweise mit einem Hartstoff (Oxide, Nitride) gefüllt sein. Damit wird erreicht, daß der Verschleißwiderstand des pulvermetallurgisch erzeug- -6-

-6-ten Formkörper fur manche Anwendungsfälle wesentlich erhöht wird.

In den Zeichnungen sind als Ausführungsbeispiele zwei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Warmarbeitswerkzeuge zur Verwendung in Schrägwalzwerken für die Herstellung von nahtlosen Rohren dargestellt, und zwar zeigen:

Abbildungen 1 und 2 eine Blockführung ("Führungslineal") im Längs- bzw. Querschnitt und

Abbildungen 3 und 4 eine Lochdornspitze, ebenfalls im Längs- bzw. Querschnitt.

Die Blockführung gemäß den Abb. 1 und 2 weist den verschleißfesten Formkörper 1 und den damit unlösbar verbundenen Grundkörper 2 auf. Der Formkörper 1 wird durch Pressen eines Chrom/Nickel-Stahlpulvers mit einem Zusatz von Gew.% Korund in einer isostatischen Presse erzeugt, welcher in Länge und Breite kleiner ist als der Grundkörper 2. Die Verschleißfläche erhält dabei die schalenförmige Ausbildung. Außerdem werden dabei die seitlichen Vorsprünge 3 angepreßt, die zur Verklammerung in den Grundkörper dienen sollen. Nach dem Pressen wird der poröse Formkörper gesintert. Er wird dann in die nicht dargestellte Gießform eingesetzt, welche mit einer unlegierten Stahlschmelze gefüllt wird. Nach dem Erstarren bildet letztere den Grundkörper 2. Es entsteht ein unlösbarer Verbund zwischen dem pulvermetallurgischen Formkörper und dem gegossenen Grundkörper.

Die Lochdornspitze gemäß den Abb. 3 und 4 ist ebenfalls ein Verbundkörper, welcher aus dem porösen, in einer isostatischen Presse aus einem Chrom/-Nickel-Stahlpulver erzeugten Formteil 4 und dem damit untrennbar verbundenen, durch Gießen gebildeten Grundkörper 5 besteht. Wie in Abb. 4 dargestellt, ist der Querschnitt des Grundkörpers 5 kreuzförmig ausgebildet, um ein Drehmoment um die Längsachse der nicht dargestellten Dornstange aufnehmen zu können. Zur Verbindung der Dornstange mit der Lochdornspitze dient die beim Gießen erzeugte Ausnehmung 7. Zum Zuführen eines Kühl- oder Schmiermittels in den porösen verschleißfesten Formteil 4 während des Verformungsvorganges dient eine als Rohrabschnitt ausgebildete Zuleitung 6, welche einerseits in die Ausnehmung 7 und andererseits in den Formteil 4 -7-

31H177

mündet. Dieser Rohrabschnitt wird beim Pressen des Formteiles 4 mit diesem verbunden und dann in der Gießform mit der Stahlschmelze umgössen.

Zusammenfassung

Leerseite

Claims

31H177 Fall 21 456 Mannesmann Aktiengesellschaft, Mannesmannufer 2, 4000 Düsseldorf 1 Arbeitswerkzeug zur spanlosen Warmverformung von Stahl oder anderenSchwermetall en und Verfahren zu dessen Herstellung Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Arbeitswerkzeuges zur spanlosen Warmver-

rmung von Stahl und anderen Schwermetall en, welches nach Art eines Verbundkörpers aus mehreren metallischen Formteilen zusammengesetzt ist, von denen der eine Formteil den Grundkörper und der andere Formteil einen damit verbundenen verschleißfesten Formkörper darstellt, welcher auf pulvermetallurgischem Wege durch Pressen eines hochlegierten Stahlpulvers oder eines Nickel- oder Kobalt-Legierungspulver erzeugt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Formkörper in eine Gießform eingesetzt wird, in welche eine Stahlschmelze eingegossen wird, welche nach ihrem Erstarren den Grundkörper bildet, der mit dem verschleißfesten Formkörper unlösbar verbunden ist.

2. Verfahren zum Herstellen des verschleißfesten Formteiles für den Zweck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem hochlegierten Stahlpulver oder dem Nickel- oder Kobalt-Legierungspulver vor dem Pressen-zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit pulverförmige Hartstoffe, wie Korund und/oder Chromnitrid und/oder Eisen- oder Wolframkarbid und/oder ein BoHd zugesetzt werden.

I'

3. Warmarbeitswerkzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Formkörper (1, 4) eine durchgehende Porösität aufweist.

4. Warmarbeitswerkzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren des verschleißfesten Formkörpers (1,4) mit einem als Schmier- oder Trennmittel dienenden Medium, z.B. einem geschmolzenen Salz (Karbonat, Borat oder dergleichen) getränkt sind.

5. Warmarbeitswerkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Formkörper (1, 4) zur formschlüssigen Verbindung mit dem Grundkörper (2, 5) nutenförmige Vertiefungen, zapfenförmige Vorsprünge oder dergleichen aufweist.

6. Warmarbeitswerkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grundkörper (2, 5) eine rohrförmige Zuleitung (6) für ein gasförmiges oder flüssiges Medium eingebettet ist, welches in den verschleißfesten Formkörper (1, 4) mündet.

7. Warmarbeitswerkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißfeste Formkörper aus mehreren Schichten besteht, welche jeweils unterschiedliche Korngrößen und/oder Zusammensetzungen des Legierungspulvers und/oder nichtmetallische Zusätze in unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen.