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Vorwärmen von Stahlknüppeln od. dgl. auf Warmformgebungstemperatur
Die Erfindung bezieht sich auf das Vorwärmen von Stahlknüppeln oder -rohlingen für
die Warmverarbeitung durch Strangpressen oder Schmieden.
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Das Pressen von Stahlsträngen durch Matrizen ist bereits durchgeführt
worden, erfordert aber eine besondere Technik und ist trotzdem mit Schwierigkeiten
verbunden. So ist beispielsweise das Vorwärmen der Knüppel oder Rohlinge gewöhnlich
in üblichen Öfen mit verhältnismäßig geringem Durchsatz ausgeführt worden. Der hierbei
entstehende starke Zunder hat Schleifmitteleigenschaft, verursacht raschen Verschleiß
der Matrizen und vermindert außerdem die Produktionsausbeute. Der Zunder wird durch
die üblichen Entzunderungsmaßnahmen nicht vollständig entfernt und der auf den Knüppeln
verbleibende Zunderrest beeinträchtigt die Oberflächengüte des gepreßten Stranges
und beschädigt außerdem die Matrizen. Hinzu kommt, daß die für das Strangpressen
erforderliche Kraft sehr hoch wird. Versuche haben gezeigt, daß Knüppel aus rostfreiem
Stahl, die in den üblichen Verfahren und Einrichtungen vorgewärmt waren, d. h. bei
langer Vorwärmzeit von beispielsweise mehreren Stunden, nach dem Einlegen in die
Presse gelegentlich sich nicht durchpressen ließen, obgleich auf die richtige Temperatur
vorgewärmt.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Vorwärmen von Stahlknüppeln
oder -rohlingen angewendet, das die erwähnten Schwierigkeiten vermeidet und sich
durch weitere wesentliche Vorteile auszeichnet. Die Erfindung dient auch zum
Vorwärmen
von Knüppeln für das übliche Schmieden und ist auf der Tatsache aufgebaut, daß
üb-
licher Stahl, während er seine Zugfestigkeit bei Temperaturen in der Nähe
der für das Schmieden oder Strangpressen erforderlichen Temperatur im wesentlichen
-verliert, doch noch eine ausreichende Festigkeit bei diesen Temperaturen zurückbehält,
um beträchtlichen Beanspruchungen zu widerstehen. Versuche haben gezeigt, daß beispielsweise
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt eine kurzzeitige Zugfestigkeit von ungefähr
175 kg/cm2 bei etwa io95° C und ungefähr io5 kg/cm2 bei i26o° C hat. Von
dieser Tatsache wird erfindungsgemäß Gebrauch gemacht, um ein Verfahren zum Handhaben
der Knüppel oder Rohlinge während des Vorwärmens für die nachfolgende Verarbeitung
durch Schmieden oder Strangpressen zu schaffen. Erfindungsgemäß wird die Vorwärmung
mit einer Geschwindigkeit -durchgeführt, die bedeutend größer als die bisher für
möglich erachtete ist. Man ist hierdurch in der Lage, die kurzzeitig vorhandene
Festigkeit bei hohen Temperaturen voll auszunutzen.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein Stahlkopfbolzen an
das eine Ende eines Knüppels oder Rohlings angeschweißt, und der Knüppel, an diesem
angeschweißten Bolzen hängend, durch einen Ofen, vorzugsweise Tunnelofen, bei kontinuierlicher
Betriebweise hindurchgeführt, wobei der Knüppel schnell auf Preß- oder Schmiedetemperatur
vorgewärmt wird. Nach dem der hängende Knüppel vorgewärmt worden ist, wird er beim
Austritt aus dem Ofen einer Entzunderungsbehandlung unterworfen und in ein Salzbad
getaucht, das auf die gewünschte Knüppelendtemperatur erhitzt ist. Nach kurzer Zeit
wird der Knüppel aus dem Bad genommen, der Kopfbolzen abgetrennt und der Knüppel
alsdann sofort in die Presse gegeben.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt, und zwar ist Fig. i eine schematische Ansicht, die das Anschweißen
eines Kopfbolzens an einem Knüppelende veranschaulicht; Fig. 2 ist eine Teilansicht
des Heizofens, durch den ein Knüppel zum Vorwärmen hindurchgeführt wird; Fig. 3
ist ein Querschnitt durch e den Vorwärmofen; Fig. q. ist ein Querschnitt durch eine
nach dem Wassersprühverfahren arbeitende Entzunderungsanlage; Fig. 5 ist ein Längsschnitt
durch das Salzbad; Fig. 6 veranschaulicht schematisch das Abtrennen des Zapfens;
Fig. 7 zeigt in Vorderansicht den Knüppel mit Förderhaken .und einen Schild zur
Abschirmung des Aufhängebolzens; Fig.8 ist eine Kurvendarstellung zur Veranschaulichtung
des Temperaturverlaufs bei der Vorwärmung von Knüppeln aus rostfreiem Stahl und
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bei Durchführung .des Verfahrens .gemäß der
Erfindung. Ein Knüppel_oderRohling io von der gewünschten Zusammensetzung sowie
geeigneter Größe und Form für das in Aussicht genommene Strangpressen trägt einen
Kopfbolzen ii aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Dieser Kopfbolzen ist an
das eine- Ende des Rohlings senkrecht zu dessen Endfläce durch Brennschweißen angeschweißt
(Fig. i). Der Rohling wird für gewöhnlich ein zylindrischer Körper von mehreren
Zoll Durchmesser und einer Länge vom Zwei- oder Dreifachen seines Durchmessers sein
und über ioo kg wiegen. Der Schaft des Kopfbolzens hat einen solchen Durchmesser,
daß eine ausreichende 0u erschnittsfläche vorhanden ist, um den aufgehängten Rohling
ohne wesentliche Längsdehnung zu tragen, wenn dieser auf die maximale, für das Schmieden
oder Pressen erforderliche Temperatur erhitzt ist.
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Das Anschweißen des Zapfens kann durch eine bekannte handelsübliche
Vorrichtung 12 bewirkt werden, die diesem Zweck angepaßt ist. Diese Vorrichtung
wirkt in der Weise, daß zuerst ein elektrischer Lichtbogen zwischen dem Kopfbolzen
und dem Rohling erzeugt und dann, nachdem ein kleiner Metallsumpf an der Endfläche
des Rohlings geschmolzen ist, der Zapfen kräftig in die geschmolzene Metallmenge
eingestoßen und darin bis zu deren Erstarren festgehalten wird. Eine solche Schweißung
hat nach dem Erkalten eine größere Festigkeit als - der eigentliche Bolzen. Auch
bei höheren Temperaturen, wie beispielsweise bei 126o° C, ist die Festigkeit der
Schweißstelle annähernd gleich der ;des Kopfbolzens. Es kann auch eine Mehrzahl
von Kopfbolzen benutzt werden, was von dem zu tragenden Gewicht abhängt.
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Wenn der Kopfbolzen am Rohling angeschweißt ist, wird dieser an einem
Förderhaken 13 aufgehängt, der von einem nicht dargestellten Förderkarren herabhängt.
Dieser Haken ist gegabelt, um den Schaft des Bolzens ii aufzunehmen und dessen Kopf
zu unterfassen. Der Förderkarren, von dem der Förderhaken herabhängt, läuft über
einen Tunnelofen 1q., der in -seiner Decke einen Längsschlitz hat, durch den hindurch
der Schaft des Förderhakens greift. Der Rohling wird somit beim Durchführen durch
den. Ofen von Brennern 15 schnell erwärmt, die in den im Abstand voneinander liegenden
Seitenwandungen des Ofens angebracht sind.« Wenn auch nur ein Rohling gezeichnet
ist, so ist es doch vorteilhaft, die Rohlinge in dichter Reihenfolge durch den Ofen
hindurchzuführen.
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Anstatt eines mit einem Kopf versehenen Bolzens und eines gegabelten
Hakens kann auch ein glatter Zapfen verwendet werden, der durch Greifbacken. erfaßtwird,
die an dem Förderkarren hängen.
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Die Heizleistung der Brenner, die Fördergeschwindigkeit der- Knüppel
oder Rohlinge und die Ofenlänge sind so aufeinander abgestimmt, daß die Rohlinge
schnell auf eine Temperatur von annähernd 126o° C erhitzt werden. Die gesamte Erhitzungszeit
soll nicht mehr als etwa 2,4 Minuten je Zentimeter-Durchmesser des Knüppels oder
Rohlings betragen, vorzugsweise weniger, d. h. etwa
1,2 bis 2 Minuten
je Zentimeter-Durchmesser. Bei der Schnelligkeit der Vorwärmung werden die Kopfbolzen,
die die angegebene Last während etwa 30 Minuten zu tragen vermögen und die
Knüppel oder Rohlinge sicher halten. Die Vorwärmung von Rohlingen gemäß der Erfindung
ist graphisch in Fig. 8 für rostfreien Stahl und für Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
dargestellt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, wird der Kohlenstoffstahl schneller
erwärmt, aber infolge des Kurvenabfalles bald von dem Rohling aus rostfreiem Stahl
überholt. In beiden Fällen verläuft die Vorwärmekurve steil und glatt. Die dargestellte
Vorwärmungsgeschwindigkeit übertrifft bei weitem die maximale Geschwindigkeit, die
bisher für rostfreien Stahl als durchführbar erachtet wurde. Durch diese schnelle
Vorwärmung entsteht auf dem Rohling nur eine dünne Zunderschicht, die leicht und
flockig ist. Ein solcher Zunder kann leicht und vollständig entfernt werden, so
daß die Matrizenabnutzung bedeutend verringert und eine gute Oberfläche am fertig
gepreßten oder geschmiedeten Teil erreicht wird.
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Um einen Festigkeitsverlust an dem den Rohling tragenden Bolzen zu
verringern, wenn beide während ihres Durchganges durch den Ofen erhitzt werden,
wird ein zylindrisches Schild 16 aus wärmeisolierendem Material verwendet, das den
Bolzen umgibt und auf der Endfläche des Rohlings aufruht (Fig.7). Mit einem solchen
Schild wird das Aufsteigen der heißen Ofengase in der mittleren Zone des Schildes
bewirkt, während in der Randzone ein nach unten gerichteter Strom kalter Luft erhalten
wird, so daß der Tragbolzen eine Temperatur erhält, die etwas niedriger als die
des Rohlings ist.
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Außerdem dient das Schild als Wärmestrahlungsschranke und die Schweißstelle
als Konvektionsschranke. Die vereinigte Wirkung wird noch durch die Kühlwirkung
des Haltens unterstützt, der den Bolzen um einige ioo° unterhalb der Temperatur
des Rohlings hält.
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Die Rohlinge können bei ihrem Durchgang durch den Ofen gedreht werden,
in dem - wenn dies erwünscht ist - die Förderhaken gedreht werden, an denen die
Rohlinge aufgehängt sind, um eine größere Gleichförmigkeit in der Vorwärmung zu
erzielen.
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Nachdem die Rohlinge auf eine Schmiedetemperatur von etwa io65 bis
126o° C vorgewärmt worden sind und den Ausgang des Ofens erreicht haben, werden
sie einer Entzunderung unterworfen, indem sie in einen Behälter 17 (Fig. q.) abgesenkt
werden, der mit einer Vielzahl von Düsen 18 versehen ist, aus denen Wasserstrahlen
mit hoher Geschwindigkeit austreten. Infolge der leichten und flockigen Beschaffenheit
des Zunders, die aus der schnellen Vorwärmung der Rohlinge herrührt, wird der Zunder
durch dieses Besprühen so schnell beseitigt, daß keine wesentliche Abkühlung des
Rohlings eintritt.
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Die vorgewärmten Rohlinge werden darauf in einen länglichen Behälter
ig eingetaucht, der ein Bad aus geschmolzenem Salz, beispielsweise Bariumchlorid,
enthält, das auf eine Temperatur von annähernd der gewünschten Endtemperatur der
Rohlinge erhitzt wird. Die Rohlinge werden durch dieses Bad hindurchgezogen. Das
Salzbad dient mehreren Zwecken. An erster Stelle übt es eine entzundernde Wirkung
aus, so daß auch das Entzundern durch Wassersprühen gegebenenfalls wegfallen kann.
Das Salzbad gleicht auch die Temperatur in den verschiedenen Teilen des Rohlings
aus. Schließlich bildet es auf der Oberfläche des Rohlings einen Film oder eine
Schicht, die während des Schmiedens oder Strangpressens wie ein Schmiermittel wirkt.
Nach Erreichen ,des Ausgangsendes des Salzbades ig wird der Rohling angehoben und
über eine Rutsche 2o geführt, die den Rohling zu der Strangpresse od. dgl. führt.
Alsdann wird der Tragbolzen ii mittels Scheren 21 abgeschnitten. Der Rohling wird
auf diese Weise unmittelbar an die Strangpresse zur Warmverarbeitung abgegeben.
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Außer den angegebenen Vorteilen des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist die Verringerung des Kraftbedarfes zu erwähnen, der von den Strangpressen beim
Verarbeiten von gemäß der Erfindung vorgewärmten Rohlingen erfordert wird. So kann
die Arbeitsgeschwindigkeit einer gegebenen Strangpresse um mehr als io bis i5o/o
erhöht werden.
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Bei Benutzung eines geeigneten Förderkarrens können die Rohlinge in
einem Zug durch den Ofen sowie durch die Entzunderungsanlage und das Salzbad hindurch
ohne Abnahme vom Förderhaken 13 befördert werden, so daß der gesamte Vorwärmungskreislauf
beschleunigt und die Benutzung von Förderkörben vermieden wird, welche teuer sind
und nur eine begrenzte Lebensdauer haben.
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In den Einzelheiten der Bauart der beschriebenen Vorrichtung können
verschiedene Abänderungen getroffen werden, ohne von dem Merkmal der Erfindung abzuweichen.