DE1433813C - Verfahren zur Verbesserung der Zerspanbarkeit unter Konstanthaltung der Härte von Stahlstangen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0.05 bis 0.65 % durch Kaltverformung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesse- von zum Einbau fertig gebogenen Bewehrungsstäben, rung der Zerspanbarkeit unter Konstanthaltung der Darüber hinaus werden Betonbewehrungsstäbe beHärte von Stahlstangen mit einem Kohlenstoffgehalt kanntlich nicht auf Drehbänken bearbeitet, so daß die von 0,05 bis 0,65 °/₀ durch Kaltverformung. Frage ihrer Zerspanbarkeit überhaupt nicht besteht,

Bei der Herstellung von Betonarmierungen ist es 5 vielmehr kommt es bei ihnen auf möglichst hohe bereits bekannt, kaltgereckte Eisenstäbe zu verwenden, Festigkeitseigenschaften an, wobei auch eine Härtederen Streckgrenze durch Kaltrecken oder Verdrehen Steigerung in Kauf genommen wird, weil diese für den des Einzelstabes erhöht wird. Hierbei wird die ur- speziellen Verwendungszweck der Bewehrungsstäbe sprüngliche Fließgrenze bis in die Nähe der Bruch- als Mittel zur Verstärkung von Betonkonstruktionen grenze gesteigert. Es ist jedoch hierbei nicht bekannt, io nur von untergeordneter Bedeutung ist (deutsche daß das Kaltrecken der Eisenstäbe die Zerspanbarkeit Patentanmeldung N 8453 VI a/18 c und deutsche erhöht, und diesem bekannten Verfahren liegt auch eine Patentanmeldung F 1677 VIa/18c).
völlig andere Aufgabe als die Aufgabe der vorliegenden Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe beErfindung zugrunde (schweizerische Patentschrift steht darin, glatte Stäbe bzw. Stangen aus kalt zu ver-161760). i5 festigendem und ausscheidungshärtbarem Stahl einer

Es ist weiter bekannt, Stahl zur Verwendung in be- Behandlung zur Verbesserung ihrer Zerspanbarkeit

wehrten Betonkonstruktionen entweder durch Ver- im Sinne einer leichteren Bearbeitbarkeit, einer

winden, Walzen oder Ziehen einer Kaltbearbeitung zu besseren Span bildung und Erhöhung der Standzeit der

unterwerfen, wodurch die Festigkeit des Stahls ver- Zerspanungswerkzeuge zu unterziehen, und zwar der-

bessert wird. Hierbei tritt jedoch der Nachteil auf, daß ao art, daß auch durch diese Behandlung die Ursprung-

die Bruchdehnung verringert wird, wodurch dem Um- liehe Härte des Stahles keine nennenswerte Änderung

fang der Kaltbearbeitung und, dadurch der erreich- erfährt.

baren Festigkeitserhöhung eine Grenze gesetzt ist. Ausgehend von dem Verfahren der eingangs ge-Es ist hierbei auch bekannt, während der Verwindung nannten Art, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Eisen einer Zugspannung auszusetzen, um zu ver- 25 erfindungsgemäß die Stahlstangen um 6 bis 20°/₀ gehüten, daß es sich krümmt. Dabei wird ein besonderer reckt und anschließend in einem gleichgerichteten Effekt dadurch erzielt, daß die Verformung eine Be- Kaltzug auf den Endquerschnitt gebracht werden,
wegungskomponente in der Querrichtung der Stab- Von den bekannten Verfahren unterscheidet sich achse aufweist, und die günstigste Festigkeitserhöhung das erfindungsgemäße Verfahren also vor allem dakann dann erzielt werden, wenn man bei der ersten 30 durch, daß sich an den Reckvorgang über die Fließ-Kaltverformung den Stab gerade so viel reckt, daß die grenze hinaus bis zu bleibender Verformung ein KaItdadurch erzeugte Verlängerung derjenigen des Stahls zug anschließt, durch den im wesentlichen ebenfalls während des Fließens, d. h. dem ganzen zackigen Zugkräfte gleichmäßig über den ganzen Stangenquer-Stück des Zugdiagramms des Stahls, entspricht, wobei schnitt ausgeübt werden. Dieser Kaltzug ist mit dem diese Dehnung bei weichem Stahl 4 bis 7 °/₀ betragen 35 im bekannten Falle zusätzlich vorgesehenen Verkann. Nach diesem bekannten Verfahren will man drehen der Bewehrungsstäbe nicht zu vergleichen, weil also bis an die Fließgrenze gehen. Dieses bekannte hierbei nicht der ganze Querschnitt gleichmäßig, son-Verfahren unterscheidet sich nicht nur in seiner Ziel- dem nur die Außenschichten starken Zugspannungen setzung, sondern auch in seinen Verfahrensschritten ausgesetzt werden, während das Stangenzentrum hiergrundsätzlich von der vorliegenden Erfindung, denn es 40 durch praktisch nicht beeinflußt wird,
lehrt, die Bewehrungsstäbe zwei verschiedenen Kalt- .Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine vorverformungen nacheinander zu unterwerfen, von teilhafte Weiterbildung erfahren, daß die Stahlstangen denen die erste eine Kaltstreckung und die zweite eine einzeln oder zu mehreren mittels einer Zugvorrichtung Kaltverwindung oder ein Kaltwalzen in Querrichtung mit an den Stangenenden angreifenden Spannbacken der Stabachse ist. Es soll auch der Stab nicht über die 45 gereckt werden.

Fließgrenze hinaus gestreckt, also der plastische Ver- Zweckmäßig kann die Erfindung auch noch dadurch

formungsbereich vermieden werden (schweizerische weiter ausgestaltet werden, daß die Stahlstangen umge-

Patentschrift 232 320, deutsche Patentschrift 974 830). kehrt proportional zu dem Kohlenstoffgehalt gereckt

Es ist zwar auch bekannt, daß die Zerspanbarkeit werden. Ebenso können die Stahlstangen bei Raum-

der meisten Stähle durch Kaltverformung verbessert 50 temperatur gereckt und kaltgezogen werden,

werden kann, jedoch geschieht dies nur auf Kosten der Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er-

Dehnungsfähigkeit und Zähigkeit des Stahles. Es han- geben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger

delt sich darüber hinaus hierbei ausschließlich um das Ausführungsbeispiele:

Kaltziehen und nicht um das Recken von Stahldrähten, Es kann für das vorliegende Verfahren ein warmgeebenso nicht um das Recken im plastischen Verfor- 55 walztes Material beispielsweise mit einem Durchmungsbereich, was bei Drähten auch praktisch nicht messer von 26,987 mm einer herkömmlichen Stahlin Betracht kommen kann (»Stahldraht« von Pomp, sorte, wie beispielsweise C 1018, verwendet werden. 1952, S. 115, und »Stahl und Eisen«, 1955, S. 1171 bis Ebenso können Materialien in irgendeinem Anliefe-1176). Bei der Herstellung von mit quer oder schräg rungszustand verwendet werden, die z.B. warmgezur Stabachse verlaufenden Rippen versehenen alte- 60 walzt, kaltgewalzt, normalisiert, abgeschreckt und rungsbeständigen Bewehrungsstäben für den Stahl- angelassen oder in ähnlicher Weise behandelt sind, betonbau ist es weiter bekannt, die gerippten Walz- Der Stab wird zunächst in eine Zugmaschine eingestäbe bis über den Beginn einer bleibenden Verfor- spannt. Dabei werden beide Enden des Stabes von mung zu recken und gegebenenfalls auch zusätzlich zu einem Satz Greifwerkzeugen erfaßt, die sich nach dem drillen. Es handelt sich hier jedoch nicht um die Ver- 65 Einspannen relativ voneinander wegbewegen. Es werbesserung der Zerspanbarkeit von ungerippten Stäben, den dabei Zugkräfte in einer Größe auf den Stab aussondern um die Verminderung der Alterungsver- geübt, die ausreichend sind, um den Stahl plastisch zu sprödung bzw. von Sprödbrüchen am Fuß der Rippen verformen. Bei einem relativ geringen Kohlenstoff ge-

halt, wie dies bei dem Stahl C 1018 der Fall ist, wird eine Längung des Stabes zwischen 10 und 20°/₀ vorgenommen. Allgemein wird, je geringer der Kohlenstoffgehalt ist, desto höher die Streckung des Stabes gewählt, und umgekehrt, je höher der Kohlenstoffgehalt, desto geringer die Streckung des Stabes vorgenommen. Als allgemeine Regel kann unter Berücksichtigung des Kohlenstoffgehaltes eine Streckung von 6 bis 20°/o angegeben werden, wobei das Streckverhältnis im wesentlichen dem Kohlenstoffgehalt umgekehrt proportional ist. Für diesen Anwendungszweck wird ein Kohlenstoffgehalt oder dem Kohlenstoffgehalt entsprechendes Streckverhältnis von 0,05 bis 0,65 °/₀ angegeben. ·.-■;·'· -

Nach dem Strecken wird der Stab einem herkömmliehen Beizen, Waschen oder einem Klärprozeß unterworfen. Das Aufbringen einer Kalkschicht verhindert die Rostbildung und wirkt als Schmiermittel, um den späteren Ziehvorgang zu erleichtern.

Ein bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Notwendigkeit der Anwendung eines herkömmlichen Beizens und/oder eines Blasprozesses vermieden oder auf ein geringes Maß reduziert werden kann. Diese Schicht löst sich beim Strecken des Stabes ab oder pellt sich ab. Nach dem Strecken kann der Durchmesser des Stabmaterials auf ungefähr 25,654 mm reduziert werden. Nach dem Strecken, Waschen und Klären wird das Material bis zu dem gewünschten Enddurchmesser von 25,4 mm gezogen. Für einen 26,987 mm starken Rundstab beträgt der normale Zug etwa 14,1 %. Bei einem Durchmesser von 25,654 mm nur etwa 3 %. Daher kann das Material bedeutend schneller gezogen werden, und die Lebensdauer des Werkzeuges wird infolge des leichteren Zuges wesentlich erhöht.

Schließlich kann das kaltgezogene Material einem Richtvorgang unterworfen werden, um die genauen Dimensionen von einem Stabende bis zum anderen zu erhalten.

Wenn verbesserte physikalische Eigenschaften gewünscht werden, kann das Material einem zusätzlichen Spannungsfreiglühen unterworfen werden. Die Elastizität und die Dehnbarkeit werden alle durch dieses zusätzliche Spannungsfreiglühen verbessert. Die elastische Dehnbarkeit wird ebenfalls etwa erhöht. Das erwähnte Spannungsfreiglühen bringt im allgemeinen die Notwendigkeit mit sich, eine weitere Richtoperation einzuschalten, um die Maßhaltigkeit des Werkstücks von einem Ende zum anderen sicherzustellen. Wenn ganz besonders große Anforderungen an das Material gestellt werden, kann ein Weichglühen, Normalisieren oder Abschrecken erfolgen und ein Anlassen auf herkömmliche Weise vor dem Strecken. Darüber hinaus kann in Anwendungsfällen, bei denen eine harte Oberfläche verlangt wird, eine Warmbehandlung des Werkstücks in kontrollierter Atmosphäre erfolgen, um den Kohlegehalt der Oberfläche sicherzustellen. . .

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren verbesserten Bearbeitungseigenschaften werden am besten durch die Anwendung des Verfahrens bei herkömmlichem Material veranschaulicht, wie dies in den nachfolgenden spezifischen Beispielen dargelegt ist.

Bei spiel 1

Eine Anzahl 25,4 mm starke Werkstücke aus einer herkömmlichen C 1137-Zusammensetzung wurde in zwei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe wurde auf herkömmliche Weise behandelt und wurde auf 23,812 mm kaltgezogen. Die zweite Gruppe wurde zunächst bis zur plastischen Verformung beansprucht, wonach die Länge der behandelten Stäbe 110% von der ursprünglichen Länge betrug, und dann kaltgezogen· '

Material C 1137

C 0,39

Mn 1,60

P 0,012

S: , 0,110

Si 0,05

GS CG

	Wanngewalzt	10%ig dem Prozeß unterworfen
Abmessung des Rohmaterials Kaltgezogen ... Zug, %........... Versuchsgewicht	25,4 mm Rd. 23,812 mm Rd. 12,2 415 kg	24,232 mm Rd. 23,812 mm Rd. 3,4 ' 342,5 kg

	Physikalische Eigenschaften	Warmgewalzt und kaltgezogen	10%,ig dem Prozeß unterworfen	. Querschnitts verminderung von 10"/„ durch Kaltziehen
■ ■ - ■'■	Warmgewalzt	82/85 77/79,1 8,4/9,1 51/54 19/20»C«*	76,5/84 75/82,8 9,1/11,9 47/51 19/21»C«*	81,2/85,5 78,5/80,5 8,4/9,1 48/53 . 18/20»C«*
Zugspannung (kg/mm2) ...;....... Fließspannung (kg/mm2) Streckgrenze	69,2/75 40/42,8 15,4/16,8 58/60 92/94»B«*
Querschnittsverminderung, % Härte /

Härteangabe in Rockwell-»C«-Skala bzw. Rockwell-» Bc-Skala.

Zerspanbarkeitsversuche

Versuchsprogramm: Alle Versuche wurden auf einer 2,54 cm automatischen Schraubenbearbeitungsmaschine durchgeführt, wobei man wie folgt vorging:

1. Es wurde mit dem dem erfindungsgemäßen Prozeß unterworfenen Material begonnen.

a) Zerspanung nach dem Schema bei den erwähnten Schnittgeschwindigkeiten;

b) Zerspanung bei konstanten Vorschüben;

c) Zerspanung 1 Stunde lang bei den erwähnten Schnittgeschwindigkeiten;

d) Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit umlO%, Versuchsdauer 1 Stunde mit den gleichen Werkzeugen;

ej Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit um 30 %> 1 Stunde Versuchsdauer mit den gleichen Werkzeugen (Fortsetzung der 10⁰/„igen Er- ; höhung, bis die gesamte Standzeit des Werk- _lu zeugs weniger als 4 Stunden betrug oder Werkzeugbrüch eintrat, je nachdem, was sich zuvor ereignete);
f) Verwendung von geschärften Werkzeugen,

Schnittgeschwindigkeit wie oben angeführt (die Werkzeuge müssen mindestens eine Standzeit von 4 Stunden zeigen).

2. Bei Schnittgeschwindigkeiten, die nach dem Versuch f) als die Standardschnittgeschwindigkeit betrachtet werden, wird das dem erfindungsgemäßen Prozeß unterworfene Material zerspant.

:1. Alle Werkzeuge sind geschärft;,..*,..,, ':j'_: .; :

2. Einlegen von regulär kaltgezogenem Material;

3. Feststellung der Lebensdauer des Werkzeugs;

4. Verringerung der Schnittgeschwindigkeit um jeweils 10°/₀ entsprechend der Werkzeugstandzeit, bis die Werkzeuge 4 Stunden lang halten.

Tabelle B Dem Prozeß unterworfen

Schnittgeschwindigkeit

[m/Min.]-

Spindelge schwindigkeit	Stich tiefe
[Umdr./Min.]	[mm]
652	0,00157
652	0,00157
609	0,00157
544	0,00157

Hauptzeit pro

Werkstück

[Sekunden]

Werkzeuglebens dauer

Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit

Erhöhung

des

Ausstoßes pro Std.

[⁰Io]

Sr-IO-CD

Warm gewalzt und kalt gezogen.

Warm gewalzt und kalt gezo

Warm gewalzt und kalt gezo

48,6

48,6 44,4 39,6

12

12
13
14,5

4 Std.

37 Min.
1,5 Std.
4 Std.

18,5

20,8

Beispiel 2

Eine größere Anzahl von Werkstücken C 1119 niit einem Durchmesser von 26,194 mm wurde nach dem erfindungsgemäßeri Verfahren behandelt. Einige dieser Werkstücke wurden dann mit auf normale Weise kaltgezogenem Stahl C 1119 verglichen und die folgenden physikalischen Eigenschaften festgestellt:

Physikalische Eigenschaften	Material	Zug spannung [kg/mm1]	Fließ spannung [kg/mm2]	Streck grenze [kg/mm2]	Querschnitts verminderung IVoI	Härte
Normal kaltgezogen *	56,35 61,25	52,85 57,75	12,6 7,72	51,9 49,5	88/91 »Β« 88/92»B«
Dem Prozeß unterworfen
Kaltgezogen

Nachdem die physikalischen Eigenschaften oben festgestellt worden sind, wurden beide Materialgruppen einem Bearbeitungsprozeß unterworfen, wobei eine 41*275 mm automatische Schraubenbearbeitungsmaschine verwendet würde. .'.. ., .... .,' ._:. .·"..: ■·....- . · ... ■..:."..- .-■ .. .. ■·..'■ .......-.,.". . ■ ■ ■

Die Ergebnisse sind im folgenden zusammengestellt. ·

I--- ":',-'-■■■-; . ■■■ - ."■ ■■·-·-■--. "' ..■ TabelleD " /· ' '^; - ■ - - ' '" '

Material	Spindel geschwindigkeit [Umdr./Min.]	Schnitt geschwindigkeit [cm/Min.] ■	Vorschub '[cm]	Hauptzeit [Sekunden]
Standardmaterial ...	735 825 967 1143 1365	5 940 6 706 7 800 9150 10 990	0,0244 0,0244 0,0244 0,0244 0,0244	13,0 12,0 11,5 9,0 8,25 '
■■■■■ ; - '■■■'■ '.. :. ". j Dem Prozeß unterworfenes Material \ . . . I

Die Hauptzeit von 13 Sekunden für das Standardmatcrhi! stellt die günstigste Hauptzeit dar. die sich hinsichtlich der Lebensdauer des Werkzeugs erreichen

läßt. Dies bedeutet, daß bei einer Spindelgeschwindigkeit von mehr als 735 Umdrehungen pro Minute ernsthafl ein Werkzeugbruch eintreten kann.

Claims (4)

Im Gegensatz hierzu kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Spindelgeschwindigkeit nahezu verdoppelt werden; dies bedeutet eine Erhöhung von 735 auf 1365 Umdrehungen pro Minute und eine Reduzierung der Hauptzeit von 37%, bevor die Gefahr eines Werkzeugbruches akut wird. Als ein anderer ungewöhnlicher Vorteil stellte es sich bei den vorangegangenen Versuchen heraus, daß die Oberflächengüte besser wurde, als die Schnittgeschwindigkeit beim Gewindeschneiden, Bohren und Einstechen erhöht wurde. Es geht ebenso hervor, daß ein Fehler bei 1365 Umdrehungen pro Minute sehr wahrscheinlich auf Spindelschwingungen zurückzuführen ist und nicht auf eine mangelnde Bearbeitbarkeit des Materials. B eisp ie I 3 Ein erster Satz von 12,7 mm dicken Scheiben, die von einem C 1018-Rundstahl abgeschnitten wurden, wurden gezogen und auf das Endmaß kaltgezogen, und ' zwar entsprechend dem zuvor geschilderten Verfahren. Ein zweiter Satz von 12,7 mm dicken Scheiben wurde von einem C 1018-Rundstahl abgeschnitten und wurde in herkömmlicher Weise auf die endgültige Größe oder Abmaß kaltgezogen. Dann wurden Standardbohrversuche mit jedem Satz nach den folgenden Versuchsbedingungen durchgeführt. Aus einem einzeln hergestellten Bohrersatz wurden Bohrer mit einem Durchmesser von 6,35 mm ausgewählt, und es wurden Löcher bei einer relativen Materialgeschwindigkeit von 6000 cm/Min, und einem konstanten Vorschub von 0,152 mm, unter Verwendung eines wasserlöslichen Kühlungsmittels, gebohrt. Ein Versuch wurde dabei als beendet betrachtet, wenn ein Werkzeugausfall auftrat. Es wurden dann die Anzahl der Löcher, die mit einem bestimmten Werkzeug gebohrt wurden, aufgezeichnet. Das dabei erhaltene Ergebnis war wie folgt: Tabelle G Materia!Nr. der VersucheBereichDurch schnittStandardmäterial kalt gezogen . Nach dem vorliegenden Verfahren behandeltes Material ....... 10 .8255/431 506/695341 613 Die Bezeichnung »Bereich« bezieht sich auf die Anzahl der gebohrten Löcher, bevor ein Weikzeughruch auftrat. ■·.·■- Es sei hervorgehoben, daß das nach dem vorliegenden Verfahren behandelte Material im Durchschnittswert der gebohrten Löcher um 80°/„ höher liegt als das kaltgezogene Standardmaterial. • Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Zerspanbarkeit unter Konstanthaltung der Härte von Stahlstangen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,65°/₀ durch Kaltverformung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstangen um 6 bis 20°/₀ gereckt und anschließend in einem gleichgerichteten Kaltzug auf den Endquerschnitt gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstangen einzeln oder zu mehreren mittels einer Zugvorrichtung mit an den Stangenenden angreifenden Spannbacken gereckt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstangen umgekehrt proportional zu dem Kohlenstoffgehalt gereckt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstangen bei Raumtemperatur gereckt und kaltgezogen werden.

109 646/52