EP1477248B1 - Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Giesswalze - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Giesswalze Download PDF

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EP1477248B1
EP1477248B1 EP04007496A EP04007496A EP1477248B1 EP 1477248 B1 EP1477248 B1 EP 1477248B1 EP 04007496 A EP04007496 A EP 04007496A EP 04007496 A EP04007496 A EP 04007496A EP 1477248 B1 EP1477248 B1 EP 1477248B1
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EP
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hollow body
mandrel
crucible
semi
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Fred Riechert
Hans-Günter Dr. Wobker
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K21/00Making hollow articles not covered by a single preceding sub-group
    • B21K21/06Shaping thick-walled hollow articles, e.g. projectiles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08Upsetting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
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    • B21J5/06Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/10Piercing billets

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cylindrical hollow body of copper or a copper alloy as a semi-finished product for a crucible or a casting roll according to the features in the preamble of patent claim 1.
  • a common method for producing a cylindrical hollow body as a semi-finished product for a crucible or a casting roll is composed of the steps casting-punch-forging. First, a continuously cast block is compressed in the longitudinal direction. So that the block does not buckle when upsetting, the maximum ratio of its length to its diameter is about 3: 1. The compressed block is then punched using a piercing pin over its entire extension seen in compression direction.
  • the perforated block is then heated again and expanded in this second heat by forging over a spike.
  • the perforated block in a third heat may need to be tempered again for proper expansion.
  • the expanded block is then usually formed by open-die forging to a hollow body with or without a flange, depending on whether from this semi-finished ultimately a crucible or a casting roll is to be made. In this connection, it may be necessary to heat the expanded perforated block several times in succession.
  • the invention is - based on the prior art - the object of the invention to provide a method for producing a cylindrical hollow body of copper or a copper alloy as a semifinished product for a crucible or a casting roll, which ensures a more economical application with improved material properties.
  • the hollow body produced in this way can then be remodeled in a conventional manner to form a crucible or a casting roll.
  • the invention thus creates the conditions for the fact that the overall degree of deformation and the homogeneity of the deformation can be significantly improved due to the process steps of hole pressing the cylindrical block with subsequent drawing presses.
  • the higher dimensional accuracy also significantly smaller additions to loss material are connected.
  • the economy is noticeably increased.
  • cylindrical hollow body as a semi-finished product for a crucible or a casting roll by rounding and longitudinal seam welding of sheets.
  • the invention has the additional advantage that the material properties over the entire circumference of the hollow body are homogeneous.
  • the crystal orientation of the hollow body to be produced can be influenced by the combination widening of the block and stripping so that an orientation of the grain structure in the longitudinal or transverse direction is formed.
  • the grain orientation and thus the strength can be adjusted over this way the main direction of stress.
  • better service lives are to be expected, especially in the case of casting rolls produced from hollow bodies.
  • a collar is produced on the hollow body, e.g. Because the block is not moved completely by a drawing die during stripping, such a collar offers an ideal prerequisite for welding on a flange if a crucible is to be manufactured from the produced hollow body.
  • the block 1 denotes a cylindrical block of SF-Cu, CuAg, CuNi or a precipitation-hardening Cu alloy in FIG.
  • the block 1 is continuously poured.
  • the ratio of the length L to the diameter D is up to about 6: 1.
  • the block 1 according to FIG. 1 is inserted into a die 2, which is located in a receptacle 3, as shown in FIG.
  • the block 1 is shown in broken lines.
  • the block 1 is changed in its dimensions.
  • the block 1a has the length L1 and the diameter D1.
  • the die 2 prevents buckling of the block 1 during upsetting.
  • a piercing mandrel 4 is centrally pressed according to the arrow PF1 in the compressed block 1 a and in this case the block 1 a perforated.
  • the material of the perforated block 1 b then rises between the inner wall 5 of the die 2 and the surface 6 of the piercer 4 hollow cylindrical upwards.
  • the punching in the direction of the arrow PF1 is performed so that a bottom 7 remains on the perforated block 1b.
  • the perforated block 1b is then widened as shown in FIG. 4 by means of an expanding mandrel 8, which is moved in the direction of the arrow PF2, its inside diameter increasing from ID to ID1 and its outside diameter from AD to AD1.
  • the aufbende block 1b is supported here on an abutment plate 9 from.
  • the expanded block 1 c is moved by means of a drawing mandrel 10 in the direction of the arrow PF3 by a drawing die 11, wherein the flared block 1 c is stripped to a hollow body 12 with bottom 7.
  • the stretching can be done so that the expanded block 1 c is not completely moved by the drawing die 11, so that then at the free end 13 of the hollow body 12, a collar 14 is formed.
  • This collar 14 can be used to weld a flange.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Gießwalze gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein übliches Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Gießwalze setzt sich aus den Schritten Gießen-Lochen-Schmieden zusammen. Zunächst wird ein stranggegossener Block in Längsrichtung gestaucht. Damit der Block beim Stauchen nicht knickt, beträgt das maximale Verhältnis seiner Länge zu seinem Durchmesser etwa 3:1. Der gestauchte Block wird anschließend Hilfe eines Lochdorns über seine gesamte in Stauchrichtung gesehene Erstreckung gelocht.
  • Der gelochte Block wird daraufhin nochmals erwärmt und in dieser 2. Wärme durch Schmieden über einen Dorn aufgeweitet. Je nach den Gegebenheiten muss zum ordnungsgemäßen Aufweiten der gelochte Block in einer 3. Wärme gegebenenfalls nochmals temperiert werden.
  • Der aufgeweitete Block wird danach in der Regel durch Freiformschmieden zu einem Hohlkörper mit oder ohne Flansch umgeformt, und zwar je nachdem, ob aus diesem Halbzeug letztlich ein Tiegel oder eine Gießwalze gefertigt werden soll. In diesem Zusammenhang kann es notwendig sein, den aufgeweiteten gelochten Block mehrmals hintereinander zu erwärmen.
  • Im Hinblick auf den Sachverhalt, dass für ein ordnungsgemäßes Stauchen der gegossene Block nur eine Länge aufweisen darf, die etwa dem Dreifachen seines Durchmessers entspricht, um ein Knicken des Blocks zu vermeiden, resultieren aus dem dadurch bedingten Einsatz großer Blockabmessungen nur geringe Umformgrade. Folglich werden die erreichbaren Werkstoffeigenschaften beeinträchtigt.
  • Ein weiterer Nachteil besteht im bekannten Fall darin, dass während des Schmiedens durch die nur lokal wirkenden Schmiedekräfte eine inhomogene Umformung erzeugt wird. Hieraus resultieren Einbußen in den theoretisch erreichbaren Materialeigenschaften.
  • Darüber hinaus besteht durch das mehrfache Nachwärmen beim Aufweiten des gelochten Blocks und beim Langschmieden die Gefahr von Kornwachstum.
  • Insgesamt ist das bekannte Verfahren aufgrund der nur begrenzten Bearbeitungsgenauigkeit mit der Bereitstellung größerer Materialmengen verbunden, was dazu führt, dass das sogenannte E/A-Verhältnis (Eintrags/Austrags-Verhältnis) im Bereich über 4 liegt. Das wirtschaftliche Ausbringen wird demnach gesenkt.
  • Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Gießwalze zu schaffen, das ein wirtschaftlicheres Ausbringen bei verbesserten Materialeigenschaften gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Aufgrund des Sachverhalts, dass nunmehr sowohl das Stauchen des gegossenen Blocks als auch das Lochen unter radialer Abstützung des Blocks durchgeführt werden, kann jetzt ein gegossener Block eingesetzt werden, der einen deutlich kleineren Durchmesser in Relation zu seiner Länge aufweist. Das Ausknicken des somit sehr schlanken Blocks kann beispielsweise in einer topfartigen Aufnahme mit einer inneren Matrize verhindert werden. Dadurch werden nicht nur höhere, sondern auch gleichmäßigere Umformgrade erreicht. Auch kann ein insgesamt kleinformatigerer Block zum Umformen bereit gestellt werden.
  • Mit den Verfahrensschritten Aufweiten durch einen Aufweitdorn und Abstrecken über einen Ziehdorn wird nochmals eine zusätzliche Umformung im äußeren Bereich der Wandung des Blocks und letztlich des Hohlkörpers erreicht, wodurch das Erzeugen eines feinkörnigen Gefüges begünstigt wird.
  • Der so gefertigte Hohlkörper kann dann in üblicher Weise zu einem Tiegel oder einer Gießwalze weiter umgestaltet werden.
  • Die Erfindung schafft mithin die Voraussetzungen dafür, dass der Gesamtumformgrad und die Homogenität der Umformung aufgrund der Verfahrensschritte Lochpressen des zylindrischen Blocks mit nachfolgendem Ziehpressen deutlich verbessert werden können. Durch die höhere Maßhaltigkeit sind auch deutlich kleinere Zugaben an Verlustmaterial verbunden. Die Wirtschaftlichkeit wird merklich heraufgesetzt.
  • Es zählt ferner zum Stand der Technik, zylindrische Hohlkörper als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Gießwalze durch Runden und Längsnahtschweißen von Blechen zu fertigen. Gegenüber diesem Verfahren hat die Erfindung den zusätzlichen Vorteil, dass die Materialeigenschaften über den gesamten Umfang des Hohlkörpers homogen sind.
  • Generell kann durch die Kombination Aufweiten des Blocks und Abstrecken die Kristallorientierung des zu fertigenden Hohlkörpers so beeinflusst werden, dass eine Orientierung der Kornstruktur in Längs- oder Querrichtung entsteht. So kann die Kornorientierung und damit die Festigkeit über diesen Weg der Hauptbeanspruchungsrichtung angepasst werden. Demzufolge sind insbesondere bei aus Hohlkörpern hergestellten Gießwalzen bessere Standzeiten zu erwarten.
  • Das wirtschaftliche Ausbringen wird erfindungsgemäß dann noch weiter verbessert, wenn gemäß Patentanspruch 2 alle Umformschritte in einer Wärme durchgeführt werden. Diese Verfahrensweise ist durch die gezielte Kombination Lochpressen mit Ziehpressen erreichbar. Der Bereitstellungsaufwand an Wärmeenergie wird auf diese Weise erheblich gesenkt.
  • Wenn entsprechend Patentanspruch 3 beim Abstrecken des aufgeweiteten Blocks ein Bund am Hohlkörper erzeugt wird, z.B. dadurch, dass beim Abstrecken der Block nicht komplett durch eine Ziehmatrize bewegt wird, so bietet ein solcher Bund eine ideale Voraussetzung für das Anschweißen eines Flansches, wenn aus dem hergestellten Hohlkörper letztlich ein Tiegel gefertigt werden soll.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • Figur 1
    in der Seitenansicht einen gegossenen zylindrischen Block;
    Figur 2
    im schematischen vertikalen Querschnitt eine Aufnahme mit Matrize für den Block der Figur 1;
    Figur 3
    im schematischen vertikalen Querschnitt die Aufnahme mit Matrize beim Lochen des Blocks;
    Figur 4
    im schematischen vertikalen Längsschnitt das Aufweiten des gelochten Blocks und
    Figur 5
    im schematischen vertikalen Längsschnitt das Abstrecken des aufgeweiteten Blocks.
  • Mit 1 ist in der Figur 1 ein zylindrischer Block aus SF-Cu, CuAg, CuNi oder einer ausscheidungshärtenden Cu-Legierung bezeichnet. Der Block 1 ist stranggegossen. Das Verhältnis der Länge L zum Durchmesser D beträgt bis etwa 6 : 1.
  • Der Block 1 gemäß Figur 1 wird entsprechend der Darstellung der Figur 2 in eine Matrize 2 eingesetzt, die sich in einer Aufnahme 3 befindet. Der Block 1 ist in unterbrochener Linienführung dargestellt. Durch einen Stauchvorgang in Richtung des Pfeils PF wird der Block 1 in seinen Abmaßen verändert. Am Ende des Stauchvorgangs hat der Block 1a die Länge L1 und den Durchmesser D1. Die Matrize 2 verhindert ein Knicken des Blocks 1 beim Stauchen.
  • Entsprechend der Darstellung der Figur 3 wird in den gestauchten Block 1 a ein Lochdorn 4 gemäß dem Pfeil PF1 zentrisch eingepresst und hierbei der Block 1 a gelocht. Das Material des gelochten Blocks 1 b steigt dann zwischen der Innenwand 5 der Matrize 2 und der Oberfläche 6 des Lochdorns 4 hohlzylindrisch aufwärts. Das Lochen in Richtung des Pfeils PF1 wird so durchgeführt, dass am gelochten Block 1 b ein Boden 7 verbleibt.
  • Der gelochte Block 1 b wird danach entsprechend der Darstellung der Figur 4 mittels eines Aufweitdorns 8, der in Richtung des Pfeils PF2 bewegt wird, aufgeweitet, wobei sich sein Innendurchmesser von ID auf ID1 und sein Außendurchmesser von AD auf AD1 vergrößern. Der aufzuweitende Block 1b stützt sich hierbei an einer Widerlagerplatte 9 ab.
  • Nach dem Aufweiten des gelochten Blocks 1 b wird der aufgeweitete Block 1 c gemäß Figur 5 mit Hilfe eines Ziehdorns 10 in Richtung des Pfeils PF3 durch eine Ziehmatrize 11 bewegt, wobei der aufgeweitete Block 1 c zu einem Hohlkörper 12 mit Boden 7 abgestreckt wird.
  • Das Abstrecken kann so erfolgen, dass der aufgeweitete Block 1 c nicht komplett durch die Ziehmatrize 11 bewegt wird, so dass dann am freien Ende 13 des Hohlkörpers 12 ein Bund 14 entsteht. Dieser Bund 14 kann zum Anschweißen eines Flansches genutzt werden.
  • Alle Umformvorgänge entsprechend den Darstellungen der Figuren 2 bis 5 werden in ein und derselben Wärme, das heißt der Wärme des gegossenen Blocks 1 durchgeführt.
  • Im Anschluss an die Fertigstellung des Hohlkörpers 12 gemäß Figur 5 wird dieser je nach den Anforderungen zu einem Tiegel oder einer Gießwalze weiter bearbeitet.
  • Bezugszeichenaufstellung
  • 1 -
    Block
    1a -
    gestauchter Block
    1b -
    gelochter Block
    1c -
    aufgeweiteter Block
    2 -
    Matrize
    3 -
    Aufnahme f. 2
    4 -
    Lochdorn
    5 -
    Innenwand v. 2
    6 -
    Oberfläche v. 4
    7 -
    Boden
    8 -
    Aufweitdorn
    9 -
    Widerlagerplatte
    10 -
    Ziehdorn
    11 -
    Matrize
    12 -
    Hohlkörper
    13 -
    freies Ende v. 12
    14 -
    Bund an 13
    AD -
    Außendurchmesser v. 1b
    AD1 -
    Außendurchmesser v. 1c
    D -
    Durchmesser v. 1
    D1 -
    Durchmesser v. 1a
    ID -
    Innendurchmesser v. 1b
    ID1 -
    Innendurchmesser v. 1c
    L -
    Länge v. 1
    L1 -
    Länge v. 1a
    PF -
    Pfeil
    PF1 -
    Pfeil
    PF2 -
    Pfeil
    PF3 -
    Pfeil

Claims (3)

  1. Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers (12) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Gießwalze, bei welchem zunächst ein zylindrischer Block (1) gegossen, dieser Block (1) dann in erwärmten Zustand in Längsrichtung gestaucht, anschließend gelocht und letztlich unter Einsatz eines Dorns (10) zum Hohlkörper (12) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Stauchen als auch das anschließende Lochen unter radialer Abstützung des Blocks (1) durchgeführt werden, wobei am gelochten Block (1b) ein Boden (7) belassen wird, und dass dann der gelochte Block (1 b) im Innendurchmesser (ID) und Außendurchmesser (AD) mittels eines Dorns (8) aufgeweitet und letztlich der so aufgeweitete Block (1c) über einen Dom (10) durch umfangsseitiges Abstrecken zum Hohlkörper (12) umgeformt werden.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Umformschritte in einer Wärme durchgeführt werden.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-zeichnet, dass beim Abstrecken des aufgeweiteten Blocks (1c) ein Bund (14) am Hohlkörper (12) erzeugt wird.
EP04007496A 2003-05-14 2004-03-27 Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers als Halbzeug für einen Tiegel oder eine Giesswalze Expired - Lifetime EP1477248B1 (de)

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EP1477248A2 EP1477248A2 (de) 2004-11-17
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