[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] Darüber hinaus besteht durch das mehrfache Nachwärmen beim Aufweiten des gelochten
Blocks und beim Langschmieden die Gefahr von Kornwachstum.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmalen gelöst.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] Der so gefertigte Hohlkörper kann dann in üblicher Weise zu einem Tiegel oder einer
Gießwalze weiter umgestaltet werden.
[0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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
[0028]
- 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
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 (1b) im Innendurchmesser (ID) und Außendurchmesser
(AD) mittels eines Dorns (8) aufgeweitet und letztlich der so aufgeweitete Block (1c)
über einen Dorn (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 gekennzeichnet, dass beim Abstrecken des aufgeweiteten Blocks (1c) ein Bund (14) am Hohlkörper (12) erzeugt
wird.