EP1071525B1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten und umformen von strangförmigem metallischem umformgut mittels ziehen - Google Patents

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EP1071525B1
EP1071525B1 EP99920759A EP99920759A EP1071525B1 EP 1071525 B1 EP1071525 B1 EP 1071525B1 EP 99920759 A EP99920759 A EP 99920759A EP 99920759 A EP99920759 A EP 99920759A EP 1071525 B1 EP1071525 B1 EP 1071525B1
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EP
European Patent Office
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lubricant
pressure
chamber
pressure chamber
low
Prior art date
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EP99920759A
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English (en)
French (fr)
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EP1071525A1 (de
Inventor
Harri Weinhold
Armin HÜBNER
Bernhard Kurze
Gerd Zschorn
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Ecoform Umformtechnik GmbH
Original Assignee
Ecoform Umformtechnik GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C9/00—Cooling, heating or lubricating drawing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C3/00—Profiling tools for metal drawing; Combinations of dies and mandrels
    • B21C3/02—Dies; Selection of material therefor; Cleaning thereof
    • B21C3/12—Die holders; Rotating dies
    • B21C3/14—Die holders combined with devices for guiding the drawing material or combined with devices for cooling heating, or lubricating

Definitions

  • the invention relates to the field of metallurgy and relates to a method and an apparatus for coating and Forming of strand-like metallic material to be formed by drawing using lubricants in solid to liquid Status.
  • a method and an apparatus for applying are known solid or semi-solid lubricants for cold forming metallic materials, in which the material to be formed into a closed chamber is introduced, in which one under the Exposure to pressure and / or temperature liquefied There is lubricant (DD 147 209).
  • the chamber is as heatable Pressure chamber executed and with a loading and Pressure generating device for the lubricant connected.
  • For the passage of the material to be coated has Pressure chamber an inlet and an outlet nozzle.
  • a lubricant pressure is generated hydrostatically.
  • the wire passes through these devices before entering the Drawing die a pressure chamber in which there is a liquid Lubricant.
  • the lubricant pressure is controlled by a pump generated.
  • the seal is on the inlet side of the pressure chamber another drawing die used as a sealing nozzle (J. Schiermeyer, Dissertation TU Clausthal 1979; US 3,413,832).
  • the structure of the device should be in the main drawing nozzle hydrodynamic lubrication conditions are generated.
  • Drawing die upstream of a more or less long inlet part either a tube, a profiled funnel or a Drawing die can be (L. Gogecki, T. Prajsnar, wire trade journal 1972, 12, pp. 768-771; J. Schiermeyer, thesis TU Clausthal 1979).
  • the inside diameter of the inlet part is slightly larger than the diameter of the incoming Wire.
  • Such devices are called hydrodynamic Called pressure nozzles.
  • the increased lubricant pressure is hereby automatically by the moving and lubricant transporting wire generated (hydrodynamic pressure build-up). This results in very high lubricant pressures of around 300 MPa generated. This procedure has the disadvantage that as a result of high pressures of the lubricant out of control from the tools is pushed out and often also damage or even the tools are destroyed.
  • a disadvantage of this procedure is that the external generation of high lubricant pressure with a very high equipment costs, and that on the other hand in this device, too, lubricant is often uncontrolled emerges from the inlet nozzle against the direction of drawing, especially when the lubricant changes into the paste-like Status. Leakage of the lubricant is especially then the case when pulling wire rod, which is often out of round and / or if the device is in the range of high lubricant pressures is working.
  • the invention is based, based on the task aforementioned generic state of the art a method and device for coating and forming strand-like to develop metallic metal by pulling with which high-performance forming with significantly reduced apparatus expenditure is possible, while the Sealing problems eliminated and one or more technological Parameters in the forming and coating process depending on respective material to be further improved.
  • This task is accomplished with a coating and coating process Forming of strand-like metallic material by means of Pull, in which the material to be formed in a double chamber arrangement, the from a low-pressure lubricant chamber and one on it subsequent lubricant high-pressure chamber, with Lubricant is coated and formed, being in the Lubricant high pressure chamber through this in this chamber incoming material with lubricant High pressure lubricant is generated, according to the invention solved that the lubricant low pressure chamber lubricants in solid to paste-like state by means of an external Lubricant supply are supplied and by means of this Lubricant supply to the lubricant in the low-pressure lubricant chamber a low pressure is applied.
  • Another one Characteristic is that the forming by means of one each Output of the low-pressure lubricant chamber and the high-pressure lubricant chamber located working die becomes.
  • the high pressure lubricant is in the high pressure lubricant chamber over the arriving there, with fixed to liquid lubricant coated material to be formed, wherein in such a lubricant pressure-lubricant temperature combination is set that the Lubricant in this chamber in the solid to liquid state is present.
  • lubricant pressure in the high pressure lubricant chamber by changing the forming and Process parameters affect how especially by changing the lubricant pressure and the Lubricant temperature in the low-pressure lubricant chamber, the Drawing speed, drawing die geometry and degree of deformation.
  • the Thickness of the lubricant film measured on the formed material and / or the lubricant pressure in at least one of the Pressure chambers measured.
  • the measured values obtained become Control or regulation of the pulling speed, the Lubricant pressure and / or the lubricant temperature used.
  • the lubricant low pressure chamber is useful with the help an extruder and / or a gear pump continuously and filled with lubricant through only one feed opening. It is advantageous with these devices at the same time the required lubricant pressure in the Lubricant low pressure chamber created.
  • a high-pressure lubricant chamber is used Lubricant pressure regulated from 80 MPa to 500 MPa.
  • Lubricant pressure is a lubricant pressure in the range of 0.2 MPa up to a maximum of half the value in the lubricant high-pressure chamber generated lubricant pressure generated.
  • the process can also be carried out several times in a one-step process can be applied in a multi-stage process. It is useful after an interruption in the forming process, a brief one Reversal of the between formed material and double chamber arrangement during to carry out the existing relative movement of the forming process and / or the pressure existing in the lubricant chambers lower.
  • the invention includes a Device which contains a double chamber arrangement which consists of a low pressure lubricant chamber and one on it subsequent lubricant high-pressure chamber with which the material to be formed is coated and formed, the Lubricant high pressure chamber in the outlet with one Working die is equipped.
  • the device is characterized in that the lubricant low pressure chamber one inlet nozzle and one in the outlet Has working die, which is also the inlet nozzle for forms the connected high-pressure lubricant chamber.
  • a lubricant feeder for feeding solid to pasty lubricant and to produce a Lubricant pressure in the low-pressure lubricant chamber connected.
  • a Device for measuring the thickness of the formed Formed lubricant film and / or at least one of the pressure chambers is a sensor for the Lubricant pressure can be arranged, the measured value outputs with Devices for controlling or regulating the Pulling speed, lubricant pressure and / or Lubricant temperature are connected.
  • the Lubricant low pressure chamber an extruder and / or Gear pump for supplying the lubricant and generating the Lubricant pressure connected.
  • the double chamber arrangement can be used to control the Temperature and pressure conditions with cooling devices and / or heating.
  • a major advantage results from the surprising Wise effect of a relatively large lubricant mass flow from the low pressure chamber to the high pressure chamber simultaneous reshaping with that between the chambers arranged working die.
  • the large lubricant mass flow is the basis for the construction of the high pressure chamber desired high lubricant pressure.
  • the double chamber system according to the invention also allows in the low pressure lubricant chamber with such low Lubricant pressures to work that even for this chamber significant sealing problems occur even if the in lubricant in the chamber in a paste-like state is present.
  • the device shown is with a double chamber arrangement constructed, through which the material to be formed 1 in the with Arrows marked direction is pulled through.
  • the Dual chamber assembly contains a low pressure lubricant chamber 2 and one downstream in the direction of pull Lubricant high pressure chamber 3.
  • the lubricant low pressure chamber 2 is at its entrance for that Formed material 1 equipped with an inlet nozzle 4, the Nozzle diameter is 0.1 mm larger than the diameter of the incoming material 1.
  • a working die 5 for forming the the forming material 1 leaving the low-pressure lubricant chamber 2 arranged, which is also the entrance to the lubricant high-pressure chamber 3 forms.
  • the lubricant low pressure chamber 2 is with a Lubricant feed 7 for feeding solid to paste-like Lubricant 8 connected.
  • the lubricant supply 7 consists of an extruder. With this one is in the chamber Lubricant pressure generated in the range of about 40 MPa.
  • Lubricant 8 can, for example, be solid lubricant Calcium stearate base can be used.
  • the high pressure lubricant chamber 3 is for receiving solid to liquid lubricant 9 designed. There is a to the chamber Sensor 10 connected to the lubricant pressure is determined in the chamber. The measured value output of the Transducer 10 is provided with a device 11 for control or regulation of the pulling speed, the lubricant pressure in the low pressure lubricant chamber 2 and / or the Lubricant temperature in the low-pressure lubricant chamber 2 connected. Used to influence the lubricant temperature one arranged on the low-pressure lubricant chamber 2 Heating device 12. In addition, in the area of Working die 5 on the outer wall of the device Heat sink 13 arranged, which is used to cool the double chamber can be and which also enables thermostatting.
  • a steel wire Quality D43 can be coated and formed.
  • the wire comes with a drawing speed of 2 m / s in the device with the Working die 5 with a cross-sectional decrease of 10% and in Working die 6 with a cross-section decrease of 15% reshaped.

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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten und Umformen von strangförmigem metallischem Umformgut mittels Ziehen unter Anwendung von Schmierstoffen im festen bis flüssigen Zustand.
Stand der Technik
Bei der Umformung metallischer Werkstoffe durch Ziehen werden feste, halbfeste und flüssige Schmierstoffe eingesetzt, mit denen auf dem Umformgut eine Schmierstoffschicht erzeugt wird.
Bekannt sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen fester oder halbfester Schmierstoffe für die Kaltumformung metallischer Werkstoffe, bei denen das Umformgut in eine geschlossene Kammer eingebracht wird, in der sich ein unter der Einwirkung von Druck und/oder Temperatur verflüssigter Schmierstoff befindet (DD 147 209). Die Kammer ist als heizbare Druckkammer ausgeführt und mit einer Beschickungs- und Druckerzeugungseinrichtung für den Schmierstoff verbunden. Für den Durchlauf des zu beschichtenden Umformgutes besitzt die Druckkammer eine Einlauf- und eine Auslaufdüse.
Dieses Verfahren und diese Vorrichtung, die lediglich zum Aufbringen von Schmierstoff und nicht zur gleichzeitigen Umformung in der Auslaufdüse geeignet sind, haben den Nachteil, daß der eingesetzte Schmierstoff in seinem verflüssigten Zustand eine niedrige Viskosität aufweist. Dadurch wird die Variationsbreite im Hinblick auf die Schichtdicke eingeengt, und ein derart beschichtetes metallisches Umformgut kann aufgrund der erzielbaren sehr dünnen Schmierstoffschichten zwischen den beiden Reibpartnern Umformwerkzeug/Umformgut nur eine oder nur wenige Umformstufen mit dieser Beschichtung durchlaufen. Außerdem ist die Abdichtung der Einlaufdüse und der Auslaufdüse problematisch, ebenfalls bedingt durch die geringe Viskosität des Schmierstoffs.
Weiterhin sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen hydrostatisch ein Schmierstoffdruck erzeugt wird. Bei einer dieser Vorrichtungen durchläuft der Draht vor dem Eintritt in den Ziehstein eine Druckkammer, in der sich ein flüssiger Schmierstoff befindet. Der Schmierstoffdruck wird über eine Pumpe erzeugt. Zur Abdichtung wird an der Einlaufseite der Druckkammer ein weiterer Ziehstein als Abdichtdüse verwendet (J. Schiermeyer, Dissertation TU Clausthal 1979; US 3 413 832). Durch diesen Aufbau der Vorrichtung sollen in der Hauptziehdüse hydrodynamische Schmierungsbedingungen erzeugt werden.
Schwierigkeiten bereitet bei diesem Stand der Technik die Abdichtung der Druckkammer durch die Abdichtdüse, da im Falle der Realisierung kleinerer Formänderungen mit dieser eine zusätzliche Schmierung erfolgen muß. Nachteilig ist auch, daß der Vorrichtung ein bereits mit einem Schmierstoff behafteter Draht vorgelegt werden muß. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das mit dieser Vorrichtung umgeformte Umformgut in der Regel nicht für weitere nachfolgende Umformstufen ohne eine erneute Beschichtung mit einem Schmierstoff verwendbar ist.
Eine andere Möglichkeit, den Schmierstoff mit hohem Druck in die Umformzone des Ziehsteins einzuleiten besteht darin, dem Ziehstein ein mehr oder weniger langes Einlaufteil vorzuschalten, das entweder ein Rohr, ein profilierter Trichter oder auch ein Ziehstein sein kann (L. Gogecki, T. Prajsnar, Draht-Fachzeitschrift 1972, 12, S. 768-771; J. Schiermeyer, Dissertation TU Clausthal 1979). Der Innendurchmesser des Einlaufteils ist dabei geringfügig größer als der Durchmesser des einlaufenden Drahtes. Derartige Vorrichtungen werden als hydrodynamische Druckdüsen bezeichnet. Der erhöhte Schmierstoffdruck wird hierbei selbsttätig durch den sich bewegenden und Schmierstoff transportierenden Draht erzeugt (hydrodynamischer Druckaufbau). Hierdurch werden sehr hohe Schmierstoffdrücke von etwa 300 MPa erzeugt. Diese Verfahrensweise hat den Nachteil, daß infolge der hohen Drücke der Schmierstoff unkontrolliert aus den Werkzeugen herausgedrückt wird und häufig auch eine Beschädigung oder sogar eine Zerstörung der Werkzeuge eintritt.
Es sind auch bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen und/oder Beschichten von strangförmigem Umformgut bekannt, bei denen eine Druckkammer verwendet wird, die eine Einlaufdüse und eine Auslaufdüse für das Umformgut und eine besondere Zuführung für festen bis pastenartigen Schmierstoff aufweist (WO 96/14946). Dabei wird auf den in der Druckkammer befindlichen Schmierstoff extern mit Hilfe einer besonderen Apparatur ein sehr hoher Druck im Bereich von mehreren 100 MPa aufgebracht, wobei eine aus Schmierstoffdruck und Schmierstofftemperatur angewandte Kombination angewandt werden soll, bei der eine Verflüssigung des in der Druckkammer vorhandenen festen bis pastenartigen Schmierstoffs vermieden wird. Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist jedoch, daß die externe Erzeugung des hohen Schmierstoffdrucks mit einem sehr hohen apparativen Aufwand verbunden ist, und daß andererseits auch bei dieser Vorrichtung häufig Schmierstoff unkontrolliert entgegen der Ziehrichtung aus der Einlaufdüse austritt, insbesondere beim Übergang des Schmierstoffs in den pastenartigen Zustand. Das Austreten des Schmierstoffs ist besonders auch dann der Fall, wenn Walzdraht gezogen wird, der oftmals unrund ist und/oder wenn die Vorrichtung im Bereich hoher Schmierstoffdrücke arbeitet.
Es ist weiterhin ein Verfahren zum Beschichten und Umformen von strangförmigem metallischem Umformgut mittels Ziehen unter Anwendung von Schmierstoffen im flüssigen Zustand bekannt, bei dem das Umformgut durch eine Doppelkammeranordnung, die aus einer Schmierstoff-Niederdruckkammer und einer daran anschließenden Schmierstoff-Hochdruckkammer besteht, mit Schmierstoff beschichtet und mittels eines am Ausgang der Hochdruckkammer vorhandenen Arbeitsziehsteines umgeformt wird (GB-A-1 176 172). In der Schmierstoff-Hochdruckkammer wird über das in diese Kammer einlaufende, mit Schmierstoff im flüssigen Zustand beschichtete Umformgut ein Schmierstoff-Hochdruck erzeugt. Außerdem wird bei diesem Verfahren zur Verminderung der Viskosität des eingesetzten flüssigen Schmiermittels eine Erwärmung des Schmiermittels außerhalb der Vorrichtung durchgeführt, um die Fließeigenschaften des Schmiermittels zu verbessern. Innerhalb der Vorrichtung wird dann das flüssige Schmiermittel gekühlt, um die Viskosität des Schmiermittels wieder zu erhöhen und damit einem Austreten des Schmiermittels aus der Hochdruckkammer entgegen zu wirken.
Die vorbeschriebene Lösung, die als gattungsbildender Stand der Technik in Bezug auf die vorliegende Erfindung angesehen werden kann, hat eine Reihe von Nachteilen. Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, dass nur ausschließlich mit flüssigen Schmiermitteln gearbeitet werden kann. Auf der Grundlage flüssiger Schmiermittel ist mit dieser technischen Lösung eine hochleistungsfähige Umformung nicht möglich. Die Verwendung flüssiger Schmiermittel bringt hier erhebliche Probleme hinsichtlich der Abdichtung der Vorrichtung gegenüber einem Schmiermitttelaustritt mit sich. Außerdem sind die wünschenswert hohen Drücke in der Hochdruckkammer nur durch zusätzliches Hochdruckeinpumpen von Schmierstoff möglich, was jedoch einen nicht unerheblichen apparativen Aufwand erfordert.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem vorgenannten gattungsbildenden Stand der Technik ein Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten und Umformen von strangförmigem metallischem Umformgut mittels Ziehen zu entwickeln, mit denen eine hochleistungsfähige Umformung bei entscheidend verringertem apparativen Aufwand möglich ist, wobei gleichzeitig die Abdichtprobleme beseitigt und ein oder mehrere technologische Parameter im Umform- und Beschichtungsprozeß in Abhängigkeit vom jeweiligen Umformgut weiter verbessert werden sollen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Beschichten und Umformen von strangförmigem metallischem Umformgut mittels Ziehen, bei dem das Umformgut in einer Doppelkammeranordnung, die aus einer Schmierstoff-Niederdruckkammer und einer daran anschließenden Schmierstoff-Hochdruckkammer besteht, mit Schmierstoff beschichtet und umgeformt wird, wobei in der Schmierstoff-Hochdruckkammer über das in diese Kammer einlaufende, mit Schmierstoff behaftete Umformgut ein Schmierstoff-Hochdruck erzeugt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmierstoff-Niederdruckkammer Schmierstoffe in festem bis pastenartigem Zustand mittels einer externen Schmierstoffzuführung zugeführt werden und dabei mittels dieser Schmierstoffzuführung auf den Schmierstoff in der Schmierstoff-Niederdruckkammer ein Niederdruck aufgebracht wird. Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß die Umformung mittels je eines am Ausgang der Schmierstoff-Niederdruckkammer und der Schmierstoff-Hochdruckkammer befindlichen Arbeitsziehsteines durchgeführt wird. Der Schmierstoffhochdruck wird in der Schmierstoff-Hochdruckkammer über das dort einlaufende, mit festem bis flüssigem Schmierstoff beschichtete Umformgut erzeugt, wobei in der Schmierstoff-Hochdruckkammer eine solche Schmierstoffdruck-Schmierstofftemperatur-Kombination eingestellt wird, daß der Schmierstoff in dieser Kammer im festen bis flüssigen Zustand vorliegt.
Erfindungsgemäß wird der Schmierstoffdruck in der Schmierstoff-Hochdruckkammer durch Veränderung der Umform- und Verfahrensparameter beeinflußt, wie insbesondere durch Veränderung des Schmierstoffdruckes und der Schmierstofftemperatur in der Schmierstoff-Niederdruckkammer, der Ziehgeschwindigkeit, der Ziehsteingeometrie und des Umformgrades.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird die Dicke des Schmierstoffilms auf dem umgeformten Umformgut gemessen und/oder wird der Schmierstoffdruck in zumindest einer der Druckkammern gemessen. Die erhaltenen Meßwerte werden zur Steuerung oder Regelung der Ziehgeschwindigkeit, des Schmierstoffdrucks und/oder der Schmierstofftemperatur herangezogen.
Die Schmierstoff-Niederdruckkammer wird zweckmäßig mit Hilfe eines Extruders und/oder einer Zahnradpumpe kontinuierlich und über nur eine einzige Zuführungsöffnung mit Schmierstoff gefüllt. Dabei wird mit diesen Einrichtungen in vorteilhafter Weise gleichzeitig auch der erforderliche Schmierstoffdruck in der Schmierstoff-Niederdruckkammer erzeugt.
Erfindungsgemäß wird in der Schmierstoff-Hochdruckkammer ein Schmierstoffdruck von 80 MPa bis 500 MPa eingeregelt. In der Schmierstoff-Niederdruckkammer wird in Abhängigkeit von dem für die Schmierstoff-Hochdruckkammer gewünschten Schmierstoffdruck ein Schmierstoffdruck im Bereich von 0,2 MPa bis zu maximal dem halben Wert des in der Schmierstoff-Hochdruckkammer einzustellenden Schmierstoffdrucks erzeugt.
Das Verfahren kann in einem einstufigen Prozeß aber auch mehrmals in einem mehrstufigen Prozeß angewandt werden. Zweckmäßig ist es, nach einer Unterbrechung des Umformprozesses eine kurzzeitige Umkehr der zwischen Umformgut und Doppelkammeranordnung während des Umformprozesses vorhandenen Relativbewegung vorzunehmen und/oder den in der Schmierstoffkammern bestehenden Druck abzusenken.
Zur Durchführung des Verfahrens beinhaltet die Erfindung eine Vorrichtung, die eine Doppelkammeranordnung enthält, welche aus einer Schmierstoff-Niederdruckkammer und einer daran anschließenden Schmierstoff-Hochdruckkammer besteht, mit denen das Umformgut beschichtet und umgeformt wird, wobei die Schmierstoff-Hochdruckkammer im Auslauf mit einem Arbeitsziehstein ausgerüstet ist. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoff-Niederdruckkammer eine Einlaufdüse und im Auslauf einen Arbeitsziehstein aufweist, der gleichzeitig die Einlaufdüse für die angeschlossene Schmierstoff-Hochdruckkammer bildet. Nach einem weiteren Merkmal ist an die Schmierstoff-Niederdruckkammer eine Schmierstoffzuführung zum Zuführen von festem bis pastenförmigem Schmierstoff und zum Erzeugen eines Schmierstoffdrucks in der Schmierstoff-Niederdruckkammer angeschlossen. An der Doppelkammeranordnung sind Einrichtungen vorhanden, mit denen in der Schmierstoff-Hochdruckkammer eine solche Schmierstoffdruck-Schmierstofftemperatur-Kombination einstellbar ist, daß in der Schmierstoff-Hochdruckkammer der Schmierstoff im festen bis flüssigen Zustand vorliegt.
Erfindungsgemäß können am Ausgang der Vorrichtung eine Einrichtung zur Messung der Dicke des auf dem umgeformten Umformgut vorliegenden Schmierstoffilms und/oder an zumindest einer der Druckkammern ein Meßwertaufnehmer für den Schmierstoffdruck angeordnet sein, wobei die Meßwertausgänge mit Einrichtungen zur Steuerung oder Regelung der Ziehgeschwindigkeit, des Schmierstoffdrucks und/oder der Schmierstofftemperatur verbunden sind.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind an die Schmierstoff-Niederdruckkammer ein Extruder und/oder eine Zahnradpumpe zum Zuführen des Schmierstoffs und zum Erzeugen des Schmierstoffdrucks angeschlossen.
Die Doppelkammeranordnung kann zur Steuerung/Regelung der Temperatur- und Druckverhältnisse mit Einrichtungen zur Kühlung und/oder Erwärmung ausgestattet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine Reihe von Vorteilen aus:
Ein wesentlicher Vorteil resultiert aus dem in überraschender Weise eintretenden Effekt eines relativ großen Schmierstoff-Massestroms aus der Niederdruckkammer in die Hochdruckkammer bei gleichzeitiger Umformung mit dem zwischen den Kammern angeordneten Arbeitsziehstein. Der große Schmierstoff-Massestrom ist die Grundlage für den Aufbau des für die Hochdruckkammer angestrebten hohen Schmierstoffdrucks.
Eine wesentliche Weiterentwicklung des Standes der Technik besteht auch in der mit der Erfindung realisierten kontinuierlichen Schmierstoffzuführung, die aufgrund des in überraschender Weise anwendbaren Doppelkammerprinzips Niederdruckkammer/Hochdruckkammer erst möglich wird, und die gegenüber der bekannten diskontinuierlichen Schmierstoffzufuhr (WO 96/14946) zu erheblichen Vorteilen führt. So wird mit der erfindungsgemäßen Schmierstoffzuführung die Steuerung und Regelung des gesamten Beschichtungsprozesses und der Anlage wesentlich vereinfacht und der Aufwand für das erforderliche Gerätesystem und den Betrieb der Anlage entscheidend verringert. Beispielsweise verringert sich der Energieverbrauch auf etwa 10%. Mit der kontinuierlichen Schmierstoffzuführung ist auch eine bessere Konstanthaltung der Schmierstoffdrücke in den Druckkammern möglich. Daraus ergeben sich eine stabilere Prozeßführung im Beschichtungs- und Umformprozeß und eine Verbesserung der Produktqualität. Durch die mögliche exaktere Prozeßführung ergeben sich günstige Bedingungen, die gesamte technologische Wirkungsbreite der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch bei hohen Anforderungen auszunutzen.
Durch die Einführung des erfindungsgemäßen Doppelkammersystems besteht die Möglichkeit der Ausnutzung des flüssigen Zustandes von an sich festen Schmierstoffen in der Schmierstoff-Hochdruckkammer, da diese Kammer infolge des im Einlauf und im Auslauf jeweils vorhandenen Arbeitsziehsteins keinerlei Dichtprobleme mehr bereitet, wie dies beim Stand der Technik (WO 96/14946) unter Umständen der Fall sein kann. Durch die mit den Arbeitsziehsteinen gedichtete Schmierstoff-Hochdruckkammer besteht auch die Möglichkeit, dickere Festschmierstoffilme als beim Stand der Technik (DD 147 209) aufzubringen. Durch die Ausnutzung des flüssigen Zustandes fester Schmierstoffe ergibt sich außerdem eine qualitativ hochwertigere Beschichtung des Umformgutes, bedingt durch die im flüssigen Zustand bessere Schmierstoffilm-Haftung und Filmbildung. Dies ist besonders beim Umformen von hochlegierten Werkstoffen und bei Sonderwerkstoffen von großer Bedeutung.
Das erfindungsgemäße Doppelkammersystem gestattet es außerdem, in der Schmierstoff-Niederdruckkammer mit so niedrigen Schmierstoffdrücken zu arbeiten, daß auch für diese Kammer keine nennenswerten Abdichtprobleme auftreten, selbst dann, wenn der in der Kammer befindliche Schmierstoff im pastenartigen Zustand vorliegt.
Nachfolgend ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die dargestellte Vorrichtung ist mit einer Doppelkammeranordnung aufgebaut, durch die das umzuformende Umformgut 1 in der mit den Pfeilen gekennzeichneten Richtung hindurchgezogen wird. Die Doppelkammeranordnung enthält eine Schmierstoff-Niederdruckkammer 2 und eine in Ziehrichtung nachgeordnete Schmierstoff-Hochdruckkammer 3.
Die Schmierstoff-Niederdruckkammer 2 ist an ihrem Eingang für das Umformgut 1 mit einer Einlaufdüse 4 ausgestattet, deren Düsendurchmesser 0,1 mm größer ist, als der Durchmesser des einlaufenden Umformgutes 1. Im Auslauf der Schmierstoff-Niederdruckkammer 2 ist ein Arbeitsziehstein 5 zur Umformung des die Schmierstoff-Niederdruckkammer 2 verlassenden Umformgutes 1 angeordnet, der gleichzeitig den Eingang zur Schmierstoff-Hochdruckkammer 3 bildet. Am Ausgang der Schmierstoff-Hochdruckkammer 3 befindet sich ein weiterer Arbeitsziehstein 6.
Die Schmierstoff-Niederdruckkammer 2 ist mit einer Schmierstoffzuführung 7 zum Zuführen von festem bis pastenartigem Schmierstoff 8 verbunden. Die Schmierstoffzuführung 7 besteht aus einem Extruder. Mit diesem wird in der Kammer ein Schmierstoffdruck im Bereich von etwa 40 MPa erzeugt. Als Schmierstoff 8 kann beispielsweise Festschmierstoff auf Calciumstearatbasis verwendet werden.
Die Schmierstoff-Hochdruckkammer 3 ist zur Aufnahme von festem bis flüssigem Schmierstoff 9 konzipiert. An die Kammer ist ein Meßwertaufnehmer 10 angeschlossen, mit dem der Schmierstoffdruck in der Kammer ermittelt wird. Der Meßwertausgang des Meßwertaufnehmers 10 ist mit einer Einrichtung 11 zur Steuerung oder Regelung der Ziehgeschwindigkeit, des Schmierstoffdrucks in der Schmierstoff-Niederdruckkammer 2 und/oder der Schmierstofftemperatur in der Schmierstoff-Niederdruckkammer 2 verbunden. Zur Beeinflussung der Schmierstofftemperatur dient eine an der Schmierstoff-Niederdruckkammer 2 angeordnete Heizeinrichtung 12. Außerdem ist im Bereich des Arbeitsziehsteins 5 an der Außenwandung der Vorrichtung ein Kühlkörper 13 angeordnet, der zum Kühlen der Doppelkammer genutzt werden kann und der auch eine Thermostatierung ermöglicht.
Zum Füllen der Schmierstoff-Hochdruckkammer 3 mit Schmierstoff und zum Erzeugen eines hohen Schmierstoffdrucks sind an dieser Kammer keine entsprechenden Einrichtungen vorgesehen. Vielmehr wird die in der Schmierstoff-Hochdruckkammer 3 benötigte Schmierstoffmenge selbsttätig aus der Schmierstoff-Niederdruckkammer 2 in die Schmierstoff-Hochdruckkammer 3 zusammen mit dem einlaufenden Umformgut 1 gefördert. Gleichzeitig wird in der Schmierstoff-Hochdruckkammer 3 auf diese Weise der gewünschte hohe Schmierstoffdruck in einer Größenordnung von 250 MPa aufgebaut.
Mit dieser Vorrichtung kann beispielsweise ein Stahldraht der Qualität D43 beschichtet und umgeformt werden. Der Draht wird mit einer Ziehgeschwindigkeit von 2 m/s in der Vorrichtung mit dem Arbeitsziehstein 5 mit einer Querschnittabnahme von 10 % und im Arbeitsziehstein 6 mit einer Querschnittabnahme von 15 % umgeformt.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Beschichten und Umformen von strangförmigem metallischem Umformgut (1) mittels Ziehen, bei dem das Umformgut (1) in einer Doppelkammeranordnung, die aus einer Schmierstoff-Niederdruckkammer (2) und einer daran anschließenden Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) besteht, mit Schmierstoff beschichtet und umgeformt wird, wobei in der Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) über das in diese Kammer einlaufende, mit Schmierstoff (8) behaftete Umformgut (1) ein Schmierstoff-Hochdruck erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der SchmierstoffNiederdruckkammer (2) Schmierstoffe (8) in festem bis pastenartigem Zustand mittels einer externen Schmierstoffzuführung (7) zugeführt werden und dabei mittels dieser Schmierstoffzuführung (7) auf den Schmierstoff (8) in der Schmierstoff-Niederdruckkammer (2) ein Niederdruck aufgebracht wird, daß die Umformung mittels je eines am Ausgang der Schmierstoff-Niederdruckkammer (2) und der Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) befindlichen Arbeitsziehsteines (5,6) durchgeführt wird und daß der Schmierstoffhochdruck in der Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) über das dort einlaufende, mit festem bis flüssigem Schmierstoff (8) beschichtete Umformgut (1) erzeugt wird, wobei in der Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) eine solche Schmierstoffdruck-Schmierstofftemperatur-Kombination eingestellt wird, daß der Schmierstoff (9) in dieser Kammer im festen bis flüssigen Zustand vorliegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmierstoffdruck in der Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) durch die Veränderung der Umform- und Verfahrensparameter beeinflußt wird, wie insbesondere durch Veränderung des Schmierstoffdruckes und der Schmierstofftemperatur in der Schmierstoff-Niederdruckkammer (2), der Ziehgeschwindigkeit, der Ziehsteingeometrie und des Umformgrades.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Schmierstoffilms auf dem umgeformten Umformgut (1) gemessen und/oder der Schmierstoffdruck in zumindest einer der Druckkammern (2;3) gemessen und die Meßwerte zur Steuerung oder Regelung der Ziehgeschwindigkeit, des Schmierstoffdrucks und/oder der Schmierstofftemperatur herangezogen werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierstoff-Niederdruckkammer (2) mit Hilfe eines Extruders und/oder einer Zahnradpumpe kontinuierlich und über nur eine einzige Zuführungsöffnung mit Schmierstoff (8) gefüllt und der erforderliche Schmierstoffdruck erzeugt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schmierstoff-Hochdruckkammer ein Schmierstoffdruck von 80 MPa bis 500 MPa eingeregelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem für die Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) gewünschten Schmierstoffdruck in der Schmierstoff-Niederdruckkammer (2) ein Schmierstoffdruck im Bereich von 0,2 MPa bis zu maximal dem halben Wert des in der Hochdruckkammer einzustellenden Schmierstoffdrucks erzeugt wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend eine Doppelkammeranordnung, die aus einer Schmierstoff-Niederdruckkammer (2) und einer daran anschließenden Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) besteht, mit denen das Umformgut (1) beschichtet und umgeformt wird, wobei die Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) im Auslauf mit einem Arbeitsziehstein (6) ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoff-Niederdruckkammer (2) eine Einlaufdüse (4) und im Auslauf einen Arbeitsziehstein (5) aufweist, der gleichzeitig die Einlaufdüse für die angeschlossene Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) bildet, daß an die Schmierstoff-Niederdruckkammer (2) eine Schmierstoffzuführung (7) zum Zuführen von festem bis pastenförmigem Schmierstoff (8) und zum Erzeugen eines Schmierstoffdrucks in der Schmierstoff-Niederdruckkammer (2)angeschlossen ist, und daß an der Doppelkammeranordnung Einrichtungen (12,13) vorhanden sind, mit denen in der Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) eine solche Schmierstoffdruck-Schmierstofftemperatur-Kombination einstellbar ist, daß in der Schmierstoff-Hochdruckkammer (3) der Schmierstoff (9) im festen bis flüssigen Zustand vorliegt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Doppelkammeranordnung eine Einrichtung zur Messung der Dicke des auf dem umgeformten Umformgut (1) vorliegenden Schmierstoffilms und/oder an zumindest einer der Druckkammern (2;3) ein Meßwertaufnehmer (10) für den Schmierstoffdruck angeordnet ist, wobei die Meßwertausgänge mit Einrichtungen (11) zur Steuerung oder Regelung der Ziehgeschwindigkeit, des Schmierstoffdrucks und/oder der Schmierstofftemperatur verbunden sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Schmierstoff-Niederdruckkammer (2) ein Extruder und/oder eine Zahnradpumpe zum Zuführen des Schmierstoffs (8) und zum Erzeugen des Schmierstoffdrucks angeschlossen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelkammeranordnung zur Steuerung/Regelung der Temperaturund Druckverhältnisse mit Einrichtungen (12;13) zur Kühlung und/oder Erwärmung ausgestattet ist.
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