CN102896265A - 利用成形的空心坯块的管锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用成形的空心坯块的管锻造方法，其包括以下步骤：a.将带有中心凹口(104a)的空心坯块(104)输送至径向锻造装置，以及b.在空心坯块(104)的外径和壁厚减小的情况下将空心坯块(104)锻造成管，此外，其包括该步骤：a1.在步骤a.之前通过成形工艺制造带有中心凹口(104a)的空心坯块(104)。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于锻造管的方法。
背景技术
文件EP 1 814 679 A1说明了一种用于制造无缝热加工的钢管的方法，在其中加热到变形温度的坯块在第一变形步骤中通过打孔被变形成空心坯块(Hohlblock)，其中接下来以相同的热在第二变形步骤中通过径向锻造来产生成品管。
发明内容
本发明的目的在于说明一种用于锻造管的成本有利的方法。
对于开头所提及的方法，该目的根据本发明利用权利要求1的特征部分的特征来实现。通过经由成形工艺(Urformverfahren)制造带有中心凹口的空心坯块，以特别简单且有效的方式提供空心坯块。在此根据成形的原理，坯块和对于将空心坯块锻造成管所需的中心凹口在同一成型步骤中产生，从而准备空心坯块的耗费被减少。
通常优选地，本发明涉及由铁基的合金、尤其钢或者还有镍基合金或钛合金构成的管。
在本发明的第一优选的实施形式中，步骤a1包括电气-渣-重熔法(Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren)。尤其对于钢，由此提供用于空心坯块的成形的有效且普遍的方法。
对此备选地，成形方法包括离心铸造法(Schleudergiessverfahren)。离心铸造特别适用于与径向锻造方法结合，因为通常已产生带有中心凹口的空心坯块。
在本发明的一通常有利的改进方案中可设置成，在步骤a2中，在步骤a1之后且在步骤b之前实现坯块的机械加工。特别有利地，但不是必须地，这可包括去除铸造皮(Gusshaut)。在引入径向锻造装置之前例如也可涉及凹口的缓和(Vergleichmaessigung)、空心坯块的去除毛刺或其它的合适的预处理。
通常优选地设置成在步骤a3中在步骤a1之后且在步骤b之前进行空心坯块的加热，以便达到对于径向锻造过程所限定的变形温度。这对于合金和组织可以是相当特别有利的，其对于锻造加工具有相对窄的温度区域。
对此备选地，为了节约能源和成本可特别有利地设置成，在步骤a1与步骤b之间不进行中间空心坯块的加热。在此，因此使用在成形时存在的、通常很高的热，以便达到适合于径向锻造的温度。在这样的方法中必要时可在引入径向锻造装置中之前实现成形的空心坯块的受控的冷却。
在本发明的一优选的详细设计方案中，在步骤a4中，在步骤b之前实现使成形空心坯块去除氧化皮，优选地、但不是必须地通过高压方法。
此外优选地设置成，在步骤b之前借助于润滑剂来润滑空心坯块的凹口的至少一个区域。这样的润滑剂优选地可基于玻璃和/或磷酸盐和/或石墨来构造。
在空心坯块的外径和壁厚减小的情况下将空心坯块锻造成管的步骤b通常有利地借助于作为内部工具的锻造心轴(Schmiededorn)来进行。原理上也可考虑不带锻造心轴的自由成形锻造，然而使用锻造心轴是特别有效的。锻造过程在此大多如此实现，即空心坯块的壁被外部的锻造块(Schmiedebacke)压向在内部布置在凹口中的锻造心轴，以便根据锻造的类型引起变形。锻造块尤其可液压地来驱动，由此通常在工件处获得相当受控制的压力变化。但是备选地也可设置有锻造块的另一驱动机构，例如通过重量下落(Fallgewicht)等等。
在一优选的改进方案中锻造心轴具有覆层，其特别优选地、但不是必须地具有氧化层、陶瓷层和/或带有所涂覆的金属合金的覆层。这些覆层可单独地或相结合地呈现。所涂覆的金属合金和/或硬质合金作为覆层也可理解成这样的覆层，其具有包含在金属合金和/或硬质合金中的尤其陶瓷的性质的硬质材料，例如碳化钨等等。这样的覆层经常通过热力方法(如等离子体-堆焊(Auftragsschweissen)、电弧-堆焊等等)来制造。在此，金属合金用于提供足够坚韧的基质，其一方面提供与锻造心轴的基质(尤其钢)的良好的且不剥落的连接而另一方面通过所包含的硬质材料相和/或硬质材料颗粒获得向外起作用的表面的相应高的硬度。
在锻造心轴的一特别优选的改进方案中设置成，锻造心轴的基体具有表面-压型(Profilierung)，其中覆层被涂覆到表面-压型上。由此除了材料配合之外还获得附加的形状配合，这特别有高效地阻止覆层从基体脱落。压型在此根据形状和取向可特别与相应的机械负载相匹配，例如与由相应的锻造块引起的力相匹配。尤其地，表面压型在此在锻造心轴的轴向上形成至少一个底切(Hinterschnitt)。由此提供良好的形状配合，其也可承受在覆层脱落的方向上起作用的特别大的力。特别优选地，表面-压型在此在基体的表面上具有一定数目的突起部和凹部。
应用在根据本发明的方法中的锻造心轴的基体优选地由钢构成。
锻造心轴的覆层有利地保护免受不仅热负载而且机械负载。例如覆层可具有针对性的热传导性，以便减小到基体上的热作用。
通常有利地，覆层通过热化学覆层方法来涂覆。
在锻造心轴的一通常有利的改进方案中附加地可设置有内部冷却，其中，在需要时心轴可通以冷却剂。
本发明的另外的特征和优点从接下来所说明的实施例以及从属的权利要求中得出。
附图说明
接下来说明并且根据附图详细阐述本发明的一优选的实施例。其中：
图1以侧视图显示了以径向锻造心轴的形式的热用工具(Warmwerkzeug)。
图2显示了对于还未覆层的工具-基体的根据图1的细节“Z”。
图3显示了对于现在已覆层的工具-基体的根据图1的细节“Z”。
图4显示了对于已覆层的工具-基体的一备选的实施形式的根据图1的细节“Z”。
图5显示了对于穿过热用工具1的根据图1的细节“Z”的第一显微图；以及
图6显示了对于穿过热用工具1的根据图1的细节“Z”的第二显微图。
图7显示了径向锻造装置的示意性的总视图。
附图标记清单
1 热用工具或径向锻造心轴
2 工具-基体
3 工作区域
4 覆层
5 表面-压型
6 突起部
7 凹部
8 转化的材料
101 径向锻造装置
102 操纵器
103 锻造块
104 坯块
104a 坯块中的凹口
105 轴杆
a 轴向
B 长度
D 高度
A 间距
C 总层厚。
具体实施方式
用于锻造管的根据本发明方法优选地包括以下步骤：
a. 将带有中心凹口104a的空心坯块104输送至径向锻造装置101，以及
b. 在空心坯块104的外径和壁厚减小的情况下将空心坯块104锻造成管。
首先根据本发明在步骤a1中，空心坯块104与其凹口104a一起以成形方法来制造。在此，优选地涉及离心铸造法或者重熔法，例如电气-渣-重熔法。
在带有凹口104a的坯块104成形之后，在需要时实现空心坯块的机械加工。在此，例如可涉及去除氧化皮并且/或者涉及凹口为了与对于锻造所需的尺寸和形状的精细匹配的再加工。
图7示例性地显示了用于径向锻造的装置101，在其处可执行该方法。在此，坯块104在端部侧保持在操纵器或支座102中。在相对的端部处以锻造心轴1的形式的热用工具被引入凹口104a中。在心轴1的高度上锻造块103从外部作用待加工的空心坯块104。锻造块103优选地借助于液压驱动器以限定的压力变化被压向空心坯块104，以便实现将空心坯块104径向起作用地锻造成管。在一备选的设计方案中例如经由凸轮机构也可设置有锻造块的止动(Anschlagen)。
空心坯块104可借助于操纵器102来旋转并且/或者轴向移动。
应理解的是，根据本发明的方法也可在其它的径向锻造装置上来执行。
在图1中示意性地示出以用于制造无缝管的心轴的形式的心轴或热用工具1。该形式可根据要求而不同并且尤其可以是柱形的或略微锥形的。工具1具有工具-基体2(其具有工作区域3)，工作区域3在轴线a的方向上在一定的长度上延伸。在工作区域3中工具1设置有覆层4，其保护工具1免受热负载或机械负载。
整个在图1中示出的工具-基体2是本发明的意义中是可更换的心轴尖，其例如能够被可松开地安放到例如以径向锻造心轴1的轴杆105(参见图7)的形式的心轴体上。可更换的心轴尖2和心轴体105的其它设计方案或划分方案根据需求是可能的。
作为在根据图1的区域“Z”中的细节也就是说作为工具-基体2的剖面的工具的精确的构造在图2和图3中示出。如可看见的那样，工具-基体2的在径向上处于外部的表面具有表面-压型5，其由一定数目的在径向上伸出的突起部6构成，突起部6布置在由此产生的凹部7之间。突起部6在轴向a上延伸数值B，其优选地处于大约250μm至4000μm的区域中。突起部6相对于凹部7的高度D处于大约500μm至5000μm的区域中。两个突起部6之间的间距A优选地处于大约200μm至2000μm的区域中。
压型5在此如此施加到基体2的表面上，使得其首先光滑地来加工并且接下来通过机械加工添入、尤其车出在径向剖面中接片形的或矩形的凹口7。
在该预加工之后，工具-基体2被设有覆层4，如在图3中所示。覆层4的总层厚C在此填满凹部7并且超过突起部6的高度。
在轴向a上观察，由于表面-压型5，因此对于覆层4的材料产生底切，使得在利用工具1时覆层4非常固定地粘附在基体2上。
在图4中可见一优选的实施方案或解决方案。工具-基体2的预加工类似于根据图2和图3的解决方案来进行，也就是说表面-压型5首先被引入光滑地加工的工具-基体2中。压型的变化与根据图2的相对应。
然而在施加覆层4之前，那么首先通过使用热化学处理方法将基体2的材料的一部分转化成保护层。所转化的材料8以与压型5等距的方式延伸并且以虚线表示。突起部(接片)6的宽度和在横截面中又为矩形的空隙的深度在此相应地减小，如图4所示。
在转化期间或接下来，覆层4作为第二、外部的层被施加到如此所转化的材料层8上、也就是说到通过载体材料的转化所产生的最初的或内部的保护层上，如图4对于完成的工具所示。这又通过热化学方法或例如通过火焰喷涂或等离子喷涂而实现。
根据在图4中所示的解决方案，在在载体材料2上施加或产生层4之前或在此期间，即在载体材料(基体)2与层4之间提供一结构，其在所转化的材料8中显示。
具体的覆层的示例可从图5和图6中的图示中得出。通过接片(突起部)6的转化和空隙(凹部)7的填充所产生的内部的、更多孔的层8和施加到其上的第二、外部的层4能够很好地来识别。内部的层8(所转化的材料)当前由氧化铁构成并且从基体或压型的表面增长。在接片(突起部)之间的空隙通过外部的覆层4来填充。
在根据图5或图6的实施例中，载体材料(工具-基体)被覆以氧化铁或者基体的材料被转化成氧化铁。载体材料当前是钢。在基体上的覆层的最大厚度在该示例中为大约1000μm。
在载体材料与覆层之间的结构化的过渡可根据应用来优化地设计，使得可阻止覆层在使用期间的完全剥落。由此尤其可显著提高工具1的使用时间。
所涂覆的工具的表面可在使用之前或者使用期间通过机械加工、例如磨削和抛光(在使用之前)或者轧制(在使用期间)被平整。
表面的平整减小在工具与工件(轧件)之间的摩擦。
Claims (8)
1. 一种用于制造管的方法，其包括以下步骤：
a. 将带有中心凹口(104a)的空心坯块(104)输送至径向锻造装置，以及
b. 在所述空心坯块(104)的外径和壁厚减小的情况下将所述空心坯块(104)锻造成管，
其特征在于该步骤：
a1. 在步骤a.之前通过成形工艺制造带有所述中心凹口(104a)的所述空心坯块(104)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a1包括电气-渣-重熔法。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a1包括离心铸造法。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于该步骤：
a2. 在步骤a1之后且在步骤b之前机械加工所述空心坯块(104)；尤其包括去除铸造皮。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于该步骤：
a3. 在步骤a1之后且在步骤b之前加热所述空心坯块(104)。
6. 根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a1与步骤b之间不进行所述空心坯块(104)的中间加热。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于该步骤：
a4. 在步骤b之前尤其通过高压方法使所述成形的空心坯块(104)去除氧化皮。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于该步骤：
a5. 在步骤b之前尤其借助于基于玻璃和/或磷酸盐和/或石墨的润滑剂润滑所述空心坯块(104)的凹口的至少一个区域。
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