DE4112614A1 - Dorn zur kalt- und/oder warmumformung von metallischem gut und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Dorn zur kalt- und/oder warmumformung von metallischem gut und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Formgebung,
insbesondere der Kalt- und/oder Warmumformung, von metalli
schem Gut. Besonders zweckmäßig ist ihre Anwendung bei der
Herstellung von Metallrohren auf Schrägwalzwerken. Nach DE-PS
30 48 691 sind Dorne bekannt, deren Oberfläche aus einer Grund
schicht (z. B. Fe3O4) und einer Deckschicht (z. B. Fe oder
Fe2O3 und andere Oxide) besteht. Diese werden mittels Auf
spritzen von Metall und/oder Metalloxiden auf die Oberfläche
herkömmlicher Dorne hergestellt. Nachteilig wirkt sich aber
hier aus, daß einerseits die Herstellung der Dorne durch
viele notwendige Arbeitsgänge (z. B. Aufspritzen, Sandstrah
ler, Schleifen, Aufbringen einer Verbindungsschicht) sehr
aufwendig wird und andererseits diese so hergestellten Dorne
infolge geringer Verschleißfestigkeit nur eine kurze Lebens
dauer aufweisen.
Weiterhin sind nach SU-PS 2 04 253 Dorne mit besserer Ver
schleißfestigkeit bekannt, die auf herkömmlichen pulvermetal
lurgischem Wege hergestellt werden und ein Cu - getränktes
Wolfram-Arbeitsteil enthalten. Hier ist von Nachteil, daß
einerseits die Herstellung bedingt durch die einzelnen
pulvermetallurgischen Prozesse relativ aufwendig und anderer
seits der Dorn durch die dazu verwendeten Metalle sehr teuer
ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kosten
günstigen Dorn anzugeben, der eine hohe Verschleißfestigkeit
und somit eine hohe Lebensdauer aufweist, und ein wenig
aufwendiges und einfaches Verfahren zu seiner Herstellung
vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Dorn, wie er in
den Ansprüchen 1 bis 9 dargestellt ist, gelöst. Vorteilhaf
terweise können einerseits beim Laserauftragsschweißen durch
Verwendung legierter Pulver und andererseits durch vorhe
riges mechanisches zumischen reaktiver Bestandteile in das
Pulver, in der Beschichtung der Arbeits- und Hochtemperatur
flächen selbstproduzierende Trennstoffe und/oder rei
bungsmindernde Arbeit- und Hochtemperaturflächen erzeugt
werden. Eine zweckmäßige Zusammensetzung entsprechender
Zusätze ist in Anspruch 4 wiedergegeben.
Es ist vorteilhaft, daß die erfindungsgemäßen Dorne auch ohne
zusätzliche Kühlung verwendet werden können und daß die Warm
härte der Verschleiß- und Antifriktionsschutzschichtbereiche
mindestens um den Faktor 1,5 höher gegenüber konventionellen
liegt.
Erfindungsgemäß werden diese Dorne nach einem Verfahren, wie
es in den Ansprüchen 10 und 11 dargestellt ist, hergestellt.
Bei dieser Verfahrensweise ist vorteilhaft, daß nur für die
Beschichtung der ausgewählten Arbeits- und Hochtemperaturflä
chen ein spezieller Werkstoff eingesetzt werden muß, was den
Einsatz teurer Werkstoffe für den gesamten Dorn nicht erfor
derlich macht. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß das hier
vorgeschlagene Verfahren für Neubauteile sowie auch für zu
regenerierende Bauteile Verwendung finden kann. Eine Verwen
dungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Dorne ist im Anspruch
12 beschrieben.
Die Erfindung soll am nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden.
In Fig. 1 ist ein Lochdorn 1 eines Schrägwalzwerkes mit einer
Gesamtdornlänge Lo dargestellt.
Fig. 2 zeigt das Prinzip des Laserauftragsschweißens, welches
bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Dornes angewendet
wurde.
Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Lochdorn 1 be
steht aus dem Werkstoff 28 CrMoV 11.25 und weist eine Härte
von 42 HRC und eine Streckgrenze von 790 MPa bei 650°C auf.
Der Lochdorn 1 besteht aus der Dornspitze L2, den Arbeits- und
Hochtemperaturflächen L3 und L4 und der Vertiefung L5,
die hier eine Ringnut darstellt. Das Gewindestück L6 verbin
det den Lochdorn 1 mit einer Dornstange und leitet das Kühl
wasser bis zu den Wasseraustrittsöffnungen 2 an der Dornspit
ze L2. Die Arbeits- und Hochtemperaturflächen L3 und L4
zeichnen sich dadurch aus, daß sie mit einer hochwarmfesten
Stellit-Legierung, die gleichzeitig Schmiereigenschaften be
sitzt, in den Verschleiß- und Antifriktionsschutzschichtbe
reichen L1′ und L1′′ beschichtet wurden. Dazu wurden die
Dornaußenkontur in dem Bereich L1′ um 0,8 mm und in dem
Bereich L1′′ um 1 mm abgedreht und die zu beschichtenden
Flächen gleichzeitig gereinigt. Die Beschichtung erfolgte mit
Spurlegung bei einem Steigungswinkel β1 = 40° im Bereich L1′
und β2 = 65° im Bereich L1′′ zur Dornachse mit einem jeweili
gen Spurabstand von 2,9 mm. Die Außenkontur des Lochdornes 1
in der Arbeits- und Hochtemperaturfläche L3 ist sphärischer
Gestalt und wird durch den Radius R1 bestimmt, in der
Vertiefung L5 ebenfalls sphärischer Gestalt aber mit dem
Radius R2 und in der Arbeits- und Hochtemperaturfläche L4
konischer Gestalt bis zu dem maximalen Nenndurchmesser DN.
Die Beschichtungslängen betrugen bei L1′ 50 mm bei L1′′ 45 mm
und die Länge der unbeschichteten Vertiefung L5
betrug 30 mm.
Die Herstellung der Lochdorne 1 erfolgte mit einem Verfahren
gem. Fig. 2. Dabei wurde mit einer Laserleistung NL = 1,9 kW,
einem Strahldurchmesser DS = 28 mm, einer ZnSe-Linse 3 mit
einer Brennweite f = 200 mm, außerhalb des Fokusses d1 mit
einer Defokussierung a = 25 mm gearbeitet. In die sich ein
stellende Wirkfläche mit dem Durchmesser dw wird der Pulver
massestrom vm = 11, g/s mit einem Pulverdüsenwinkel α = 33°
durch die Pulverforderdüse 4 mit einem Durchmesser dp = 2 mm
geleitet. Die Vorschubgeschwindigkeit vs wurde mit 150 mm/min
eingestellt. Als Finish-Behandlung wurde eine Elek
troerosivbearbeitung mit formgebundener Elektrode und eine
Wärmebehandlung bei 630°C in einem gesteuerten Ofen mit
oxidierender Atmosphäre durchgeführt. Vorteil der so herge
stellten Lochdorne ist, daß der Umformungsprozeß, hier im
Ausführungsbeispiel der allgemein bekannte Bohrprozeß bei
Schrägwalzwerken nach Mannesmann, durch den vorgeschlagenen
Lochdorn mit seiner Lochdorngeometrie, -werkstoff,
-beschichtung, -beschichtungswerkstoff, und dem sich letztlich
beim Bohrprozeß einstellenden Temperaturprofil bzw. -belas
tungen axial und radial optimal unterstützt wird, so daß
Qualität und Quantität der hergestellten Rohre bei minimalen
Walzwerkbelastungen bei dem jeweiligen Rohrwerkstoff und
Rohrabmaßen gesichert werden und die Werkzeuge und Maschinen
bauteile, einschließlich des Lochdornes, des Rohrwalzwerkes
einem minimalen Verschleiß unterliegen.
Claims (12)
1. Dorn zur Kalt- und/oder Warmumformung von metallischem
Gut, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (1) im Bereich der
Arbeits- und Hochtemperaturflächen (L3, L4) mit Verschleiß- und
Antifriktionsschutzschichten (L1′, L1′′) hoher Warmhärte,
die mit einer oder mehreren ringförmigen, den Durchmesser
reduzierenden und federnden unbeschichteten Vertiefungen
(L5) alternieren, versehen ist.
2. Dorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich
die unbeschichteten Vertiefungen (L5) in sphärischen
und/oder konischen und/oder zylindrischen Arbeits- und
Hochtemperaturflächen (L3, L4) befinden.
3. Dorn nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gesamtbreite der Vertiefungen (L5) mindestens bei 10%
und höchstens bei 50% der Arbeitslänge des Dornes (1) und
die maximale Tiefe der Vertiefungen (L5) zwischen 0,5 und 3%
des Dorndurchmessers (DN), jedoch nicht weniger als 0,5 mm
und nicht mehr als 6 mm betragen.
4. Dorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Förderung selbstproduzierender Trennstoffe die Oberfläche in
dem Verschleiß- und Antifriktionsschutzschichtbereich (L1′,
L1′′) = 50% Masseanteile Oxide und/oder Nitride und/oder
Boride und/oder gegebenenfalls in Kombination damit, minde
stens 0,1% Masseanteile, höchstens aber 30% Masseanteile
reaktive Elemente enthält.
5. Dorn nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die reaktiven Elemente in den Oberflächen der Verschleiß- und
Antifriktionsschutzschichtbereiche (L1′, L1′′) Mo, Ti und/oder
Ce sind.
6. Dorn nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spurlegung in den Verschleiß- und Antifriktionsschutz
schichtbereichen (L1′, L1′) dem Drall der Umformrichtung ange
paßt ist.
7. Dorn nach Anspruch 1, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß
im Fall der Verwendung des Dornes (1) als Lochdorn die Spur
legung der Schicht der Verschleiß- und Antifrikionsschutz
schichtbereiche (L1′, L1′′) dem Drall der Relativbewegung
Dorn - Rohr gleichsinnig angepaßt ist.
8. Dorn nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schichtdicke der Beschichtung in den Verschleiß- und
Antifriktionsschutzschichtbereichen (L1′, L1′′) des Dornes
(1) mit größeren Dornabmessungen bzw. Zonen höherer Druckbe
lastung größer ist.
9. Dorn nach Anspruch 1, 4 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schichtdicken im Bereich von 0,02 mm bis 4 mm liegen.
10. Verfahren zur Herstellung der Dorne nach Anspruch 1 bis 9
durch Pulverauftragsschweißen in den Verschleiß- und Anti
friktionsschutzschichtbereichen (L1′, L1′′) mittels Laser
strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Laserbe
schichtung eine Finish-Behandlung erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Finish-Behandlung als Elektroerosivbehandlung durchge
führt wird.
12. Verwendung der Dorne von Anspruch 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß sie als Lochdorne zum Lochen und Strecken
von Rundstäben und/oder Hohlblöcken aus Stahl auf Schrägwalz
werken durch Warmumformung eingesetzt werden.
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