DE3615004A1 - Verfahren zur umformung von abgelaengten rohrstuecken zu gebogenen kokillenrohren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung von abgelängten Rohrstücken zu gebogenen Kokillenrohren für Kreis­ bogenstranggußmaschinen mit Hilfe eines in das Rohrstück einge­ führten gekrümmten Dornes oder mit Hilfe eines Stopfens in Kombi­ nation mit einer oder mehreren außen liegenden gekrümmten Werk­ zeugflächen sowie einer das Kokillenrohr formenden Matrize.

Zur Herstellung von Durchlaufkokillen für Stranggußmaschinen ist es bereits bekannt (DE-PS 18 09 633) in ein gerades Rohrstück ein die Innenendmaße und/oder -form der herzustellenden Kokille auf­ weisenden Dorn einzudrücken und anschließend dieses so aufgedornte Rohrstück durch eine Matrize hindurchzuführen. In diesem Zusammen­ hang hat man auch bereits (DE-PS 21 54 226) die Matrize um eine senk­ recht zur Durchlaufrichtung des Dornes verlaufende Achse schwenk­ bar angeordnet, wobei das Verschwenken der Matrize beim Durchdrücken des aufgedornten Rohrstückes selbsttätig erfolgt.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (EP-PS 00 60 820) wird zur Herstellung gebogener Kokillenrohre das Rohrstück zwischen einem eingeschobenen Stopfen und der Matrize entlang einer gekrümmten Werkzeugfläche gezogen, wobei Stopfen und Matrize gemeinsam gegen­ über der Werkzeugfläche verstellbar sind.

Im Bestreben, die Wirtschaftlichkeit vorhandener Gießanlagen zu ver­ bessern, ist man immer mehr zu größeren Gußformen übergegangen. Um Stillstandzeiten durch notwendiges Auswechseln der Kokillen zu ver­ ringern, ist es erforderlich, die Standzeit der Kokillen zu erhöhen. Hierzu wiederum ist es notwendig, die Härte der eingesetzten Kokillen­ werkstoffe zu steigern und die Formgenaugikeit der eingesetzten Ko­ killen zu verbessern. Die Forderung der Verarbeitung von Werkstoffen, insbesondere Kupferwerkstoffen, erhöhter Härte bei verbesserter Formgenauigkeit der Kokillen bedeutet für den Kokillenhersteller die Anwendung größerer Verformungs- oder Umformungskräfte, als sie bis­ her bei den eingangs beschriebenen Verfahren notwendig waren. Dies ist ein Grund dafür, weshalb z. B. die bekannte selbsttätige Zu­ stellung der Matrize in Richtung des gekrümmten Dornes zu ungleich­ mäßiger Materialabnahme sowie zur Ungleichwandigkeit des Kokillen­ rohres führen kann. Das Ziehen des Rohrstückes über eine außen an­ liegende gekrümmte Werkzeugfläche führt hier auch nicht weiter, ins­ besondere können hiermit nicht die geforderten Maßgenauigkeiten der Innenflächen des Kokillenrohres erreicht werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auch bei größeren Rohrquerschnitten, größeren Wanddicken sowie härteren Kokillenwerk­ stoffen auf bekannte Herstellungsverfahren mit ihren Vorzügen zu­ rückgreifen zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Ma­ trize in Abhängigkeit vom Krümmungsradius des Dornes oder der Werk­ zeugflächen während der Relativbewegung zwischen Rohrstück und Ma­ trize beim Umformvorgang fortlaufend in die jeweilige Arbeitsstellung zur Dorn- oder Werkzeugfläche eingeregelt wird. Diese Maßnahme führt trotz höherer Umformungskräfte, z. B. beim Aufformen eines aufgedorn­ ten Rohrstückes auf den Kalibrierdorn, zu einer gleichmäßigen Ma­ terialabnahme im Verfahrensablauf und damit zu einer gleichmäßigen Wanddicke, die frei von inneren mechanischen Spannungen ist. Diese durch die Erfindung erzielbaren Eigenschaften führen zu einer wesent­ lichen Verlängerung der Standzeiten. Dies gilt insbesondere dann, wenn in Durchführung der Erfindung die Matrize in Abhängigkeit vom Krümmungsradius des Dornes oder der Werkzeugflächen während der Re­ lativbewegung zwischen Rohrstück und Matrize beim Umformvorgang fortlaufend jeweils in die Normalstellung zur Dorn- oder Werkzeug­ fläche eingeregelt wird.

Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung durch die fortlaufende Ein­ regelung der Matrize in die jeweilige Arbeitsstellung eine gezielte Einstellung der Matrize beim Umformvorgang, z. B. zum Wandstärken­ ausgleich nicht gleichwandiger Rohrstücke, die als Vormaterial der Umformeinrichtung zugeliefert werden. Beliebige Winkeleinstellungen etwa zur Dornmittelachse sind möglich.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dann, wenn, wie bereits angedeutet, in das Rohrstück ein die Innen­ endmaße und/oder -form des herzustellenden Kokillenrohres aufweisen­ der gekrümmter Dorn eingebracht und das aufgedornte Rohrstück durch eine schwenkbar gelagerte Matrize auf den Dorn aufgeformt wird. Da­ durch, daß zu jedem Zeitpunkt der Relativbewegung zwischen aufge­ dorntem Rohrstück und Matrize letztere normal zum Krümmungsradius des Dornes steht, ist eine gleichmäßige Verformung der Rohrwandung sichergestellt. Denn der Umformungsvorgang beim "Aufbügeln" des Rohrstückes auf den Dorn wird zu jedem Zeitpunkt aktiv beeinflußt.

Wesentlich für das Umformverfahren nach der Erfindung ist die Rela­ tivbewegung zwischen dem Rohrstück, insbesondere dem aufgedornten Rohrstück, und der Matrize. Deshalb ist es dem Grunde nach für den Umformvorgang unerheblich, ob das Rohrstück durch die Matrize hin­ durchgedrückt oder durch diese hindurchgezogen wird. Befindet sich zur Verbesserung der Maßgenauigkeit des formgebenden Innenraumes ein die Innenendmaße und/oder -form der Kokille aufweisender Dorn im Rohrstück, dann kann es oft zweckmäßig sein, die Matrize in Achs­ richtung des Dornes über das aufgedornte Rohrstück zu führen.

Durch die Erfindung ergibt sich aber noch ein weiterer Vorteil. Die als Ausgangsmaterial eingesetzten, z. B. gezogenen Rohre, die dann zu Rohrstücken abgelängt werden, weisen im allgemeinen eine bestimmte Toleranz bezüglich Exzentrizität bzw. Wanddicke auf. Durch die er­ findungsgemäß gezielte Einstellung der Matrize beim Kalibrieren des Kokillenrohres ist es möglich, diese vom sog. Vorrohr herrührenden Ungleichmäßigkeiten zu beseitigen.

Die Matrize selbst ist in einem sog. Matrizenhalter geführt. In Durch­ führung der Erfindung erfolgt daher die fortlaufende Einregelung in die Normalstellung zur Dornoberfläche durch Krafteinwirkung auf den Matrizenhalter, der dreh- oder schwenkbar gelagert ist und die Matrize in relativ zum Matrizenhalter stabiler Lage enthält. Vorteilhaft wird man hierbei, insbesondere wegen der hohen Umformungskräfte, den Ma­ trizenhalter auf hydraulischem Wege in die jeweilige Arbeitsstellung, beispielsweise in die Normalstellung zum Krümmungsradius des Dornes oder der Werkzeugflächen einstellen.

Neben einer hohen Qualitätserwartung ist für die Erfindung auch die Wirtschaftlichkeit des Umformverfahrens wesentlich. Aus diesem Grunde ist in Weiterführung des Erfindungsgedankens vorgesehen, daß die Ein­ stellbewegung der Matrize in die jeweilige Arbeitsstellung zur Ober­ fläche des Dornes oder der Werkzeugflächen über eine frei programmier­ bare Steuerung erfolgt. Je nach Rohrabmessungen, Wanddicken, Werkstoff­ eigenschaften, Krümmungsradien u. dergl., d. h. auftragsbedingten Parametern, läuft die Einstellung in die Arbeitsstellung zum jeweiligen Krümmungsradius selbsttätig nach vorbestimmtem Programm ab.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zur Durchführung der Erfindung ist die, wenn die Einstellbewegung der Matrize in die Normalstellung oder in jede andere Arbeitsstellung, die beliebige Einstellwinkel zwischen Matrize und Dornoberfläche oder Werkzeugflächen einschließt, durch eine selbsttätige Regelung in Abhängigkeit einer Kraftmessung zwischen dem Matrizenhalter und dem Maschinenrahmen erfolgt.

Die Erfindung sei an Hand der in den Fig. 1 bis 4 als Ausführungsbei­ spiel dargestellten Umformung eines Rohrstückes mittels eingeschobenem Dorn näher erläutert.

Diesem Zweck dient als Vormaterial das z. B. aus einem stranggepreßten Rundrohr durch Rohrziehen hergestellte blank gezogene gerade Kupferrohr 1 mit einer Brinellhärte von beispielsweise HB 55-75. Dieses Rohr ist unter Berücksichtigung einer Bearbeitungszugabe auf die gewünschte Ko­ killenlänge zugeschnitten. Anschließend wird, wie aus der Fig. 1 er­ sichtlich, der nach den Innenmaßen der herzustellenden Kokille ge­ fertigte z. B. hartverchromte Dorn 2, der entsprechend der Krümmung der Kreisbogen-Stranggußmaschine verformt ist, in das Rohr 1 eingepreßt (auf­ gedornt), wie es die Fig. 2 veranschaulicht.

Abweichend hiervon kann das Kupferrohr 1 selbstverständlich auch bereits entsprechend der Dornform vorgebogen sein, um das Einführen des Dornes zu erleichtern, ebenso kann zu dem gleichen Zweck ein ausreichendes Spiel zwischen Dornoberfläche und Rohrinnenfläche gewählt werden. Das Kupfer­ rohr 1 wird man zweckmäßigerweise an dem Ende 3 ankuppen, d. h. das Rohrende nach innen umbördeln, um für den eingeschobenen Dorn für die nachfolgende Umformung ein Widerlager zu schaffen. Das Widerlager kann aber auch durch einen quer durch das Kupferrohrende reichenden Bolzen geschaffen werden oder lediglich durch ein Anspitzen des Rohrendes 3.

Das aufgedornte Kupferrohr 1 wird dann, wie aus der Fig. 3 ersichtlich, der Umformungseinrichtung 4 zugeführt, die im wesentlichen aus dem Maschinenrahmen 5 sowie dem am Maschinenrahmen 5 mittels der schema­ tisch angedeuteten Dreh- oder Schwenkvorrichtung 6 gelagerten Matrizen­ halter 7 besteht, der die Matrize 8 enthält. Mit 9 sind sich gegen den Maschinenrahmen 5 abstützende Hydraulikzylinder bezeichnet, die bei Be­ tätigung einer entsprechenden Steuerung den Matrizenhalter 7, wie durch Pfeile angedeutet, gegenüber dem Maschinenrahmen 5 verschwenken.

Auf diese Weise ist es, wie die Fig. 4 zeigt, möglich, zu jedem Zeit­ punkt des Hindurchführens (Ziehen oder Drücken) des aufgedornten Kupfer­ rohres 1 durch die Matrize 8 z. B. die Idealstellung, d. h. die Nor­ malstellung der Matrize zur Dornoberfläche, einzustellen. Der laufende Um­ formvorgang des dichten Aufpressens oder -bügelns des Kupferrohres 1 auf den Dorn 2 kann damit aktiv im Sinne einer gleichmäßigen Wanddicke sowie im Sinne einer gleichmäßigen Spannungsverteilung und Verbesserung der Kokillenstandzeit beeinflußt werden. Diese Möglichkeit kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn man zu größeren Abmessungen und zu härteren Kokillen­ werkstoffen übergeht.

Das gemeinsame Hindurchdrücken von Kupferrohr 1 und Dorn 2 durch die entsprechend der Dornkrümmung im Ausführungsbeispiel in die Normal­ stellung, d. h. jeweils senkrecht zur Dornoberfläche, eingeregelte Matrize 8 liefert wegen der hier erfolgenden Kaltumformung eine unbe­ dingte Maßhaltigkeit der so hergestellten Kokille 1′, die Brinellhärte wird gleichzeitig von der ursprünglichen auf HB 80-110 erhöht.

Wie in den Fig. 3 und 4 weiterhin angedeutet, kann die Regelung der jeweiligen Stellung der Matrize 8 zur Dornoberfläche mit Hilfe von Kraftmeßeinrichtungen 10 erfolgen, die an unterschiedlichen Stellen des Matrizenhalters 7 zwischen Matrizenhalter 7 und Maschinenrahmen 5 angeordnet sind. Die Differenzen der auftretenden gemessenen Kräfte werden in der Datenverarbeitung 11, beispielsweise über an sich bekannte Mikroprozessoren, ausgewertet und in Steuerbefehle zur Einregelung der Matrize in die Normalstellung umgesetzt. Damit kann der Umformprozeß selbsttätig aufgrund auftragsgemäßer Daten optimiert werden und zwar für die unterschiedlichsten Abmessungen, Querschnitte, Wandstärken etc., für die unterschiedlichsten Formen und Werkstoffqualitäten.

Claims (11)

1. Verfahren zur Umformung von abgelängten Rohrstücken aus Kupfer oder Kupferlegierungen zu gebogenen Kokillenrohren für Kreisbogenstrang­ gußmaschinen mit Hilfe eines in das Rohrstück eingeführten gekrümmten Dornes oder mit Hilfe eines Stopfens in Kombination mit einer oder mehreren außen liegenden gekrümmten Werkzeugflächen sowie einer das Kokillenrohr formenden Matrize, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize in Abhängigkeit vom Krümmungsradius des Dornes oder der Werk­ zeugflächen während der Relativbewegung zwischen Rohrstück und Matrize beim Umformvorgang fortlaufend in die jeweilige Arbeitsstellung zur Dorn- oder Werkzeugfläche eingeregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize in Abhängigkeit vom Krümmungsradius des Dornes oder der Werkzeug­ flächen während der Relativbewegung zwischen Rohrstück und Matrize beim Umformvorgang fortlaufend jeweils in die Normalstellung zur Dorn- oder Werkzeugfläche eingeregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Rohrstück ein die Innenendmaße und/oder -form des herzustellenden Ko­ killenrohres aufweisender gekrümmter Dorn eingebracht und das aufge­ dornte Rohrstück durch eine schwenkbar gelagerte Matrize auf den Dorn aufgeformt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohrstück durch die Matrize hindurchgedrückt oder hindurchgezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Matrize in Achsrichtung des Dornes über das aufge­ dornte Rohrstück geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die fortlaufende Einregelung der Matrize in die je­ weilige Arbeitsstellung durch Krafteinwirkung auf den Matrizenhalter erfolgt, der dreh- oder schwenkbar gelagert ist und die Matrize in relativ zum Matrizenhalter stabiler Lage enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrizen­ halter auf hydraulischem Wege in die jeweilige Arbeitsstellung einge­ stellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrizen­ halter auf mechanischem Wege in die jeweilige Arbeitsstellung einge­ stellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstellbewegung der Matrize in die jeweilige Arbeits­ stellung über eine frei programmierbare Steuerung erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einstellbewegung der Matrize in die jeweilige Ar­ beitsstellung durch eine selbsttätige-Regelung in Abhängigkeit einer Kraftmessung zwischen Matrizenhalter und Maschinenrahmen erfolgt.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine dreh- oder schwenk­ bar gelagerte Matrize mit in Abhängigkeit von Steuersignalen hydrau­ lisch bewirkter Einstellbewegungsmöglichkeit.