DE2200955A1

DE2200955A1 - Verfahren zum Kalt-Fertigbearbeiten von Hohlprofilen

Info

Publication number: DE2200955A1
Application number: DE19722200955
Authority: DE
Inventors: George Zavodny Jun
Original assignee: Lasalle Steel Co
Current assignee: Lasalle Steel Co
Priority date: 1971-01-12
Filing date: 1972-01-10
Publication date: 1972-07-13
Also published as: NL7200313A; SE378071B; AT323510B; GB1338202A; FR2122171A5; CH562651A5; IT944611B; CA984785A

Description

"betreffend
Verfahren zum Kalt-Fertigbearbeiten von Hohlprofilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanenden Fertigbearbeitung von Hohlprofilen mit Hilfe eines Räumwerkzeugs, wobei das abzuspanende Met all¹''auf eine Temperatur zwischen 121° (25O⁰F) und der unteren kritischen Temperatur des Ketallwerkstoffs erwärmt wird'und man eine solche Vorschubgeoohwindigiceit einhält, daß die Temperatur de3 abzu3panenden Metalls bis auf eine Endtemperatur in der Nähe der V/arm-Bearbeitungstemperatur des Werkstoffs ^erk°ht£n^, wodurch ^{ea zur} Ausbildung von spannungsgehärtetem/Schneiden des Werkzeugs nicht oder zumindest in wesentlich verringertem Ausmaß kommt.

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Es sind die verschiedensten Verfahren zur Fertigbearbeitung von Metallwerkstücken unter Verwendung von einem Räumwerkzeug bekannt. Sei diesen Verfahren dient das Räumwerkzeug zum Materialabtrag von der Oberfläche dos Werkstücks, während dieses gegenüber dem './orkzoug eine Relativbewegung ausführt. Eine der Hauptnachteile einer Fertigbearbeitung in der Kälte ist die Tatsache, daß es bei einer großen Anzahl von lletallwerkstoffen, insbesondere warmgewalzten nittel-, nieder- und hochgekohltonStfthlonund Legierungen 3owie wftrmebehandeltenStUhlen,gozogenei oder verformten Stählenund anderen Met al Im, oq zu einer sogenannten Aufbausohne ί de

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kommt, welche ihrerseits wieder zu einer rauhen, unebenqn, rissigen Fläche nach dem Vorgang führt· ^Es wird angenommen, daß das Material, welches zur Aufbauschneide führt, spannungsgehärteter Werkstoff ist, der sich-an der Schneidkante während des Bearbeitungsvorgangs festsetzt.

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Wesentliche Verbesserungen beim Kalt-Abspanen von Metallwerkstoffen erreicht man mit Hilfe von Räum- oder Schälwerkzeugen im

Sinne der USA-Patentschrift 3 168 004- Danach erfolgt die Abspanung von Profilwerkstücken mit Hilfe eines Schlichtstahls, indem das abzuspanende Metall auf eine Temperatur zwischen 121°0 und der unteren kritischen Temperatur des Metallwerkstoffs erwärmt wird. Das Werkstück wird durch das Werkzeug mit solcher Geschwindigkeit geführt, daß die Wärmeentwicklung des Abspanvorgangs so geregelt wird, daß eine Temperatursteigerung des Metalls auf in der Nähe oder auf die Warmbearbeitungstemperatur, was ja zum Aufbau von spannungsgehärtetem Metall auf der Schneidkante führt, im wesentlichen vermieden oder zumindest weitgehend verringert wird.

Die Erfindung bringt nun ein Verfahren zum Abspanen von Innenflächen an Hohlprofilen, wie Rohre, unter Verwendung eines Räutnwerkzeugs, ohne daß es zu ..Aufbauschneiden kommt. Die bearbeiteten Flächen sind sauber und glatt, ohne Risse, Rauhigkeit oder Welligkeit, deren Beseitigung bekanntlich außerordentlich hohen Aufwand mit sich bringt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur spanenden Bearbeitung der Innenfläche von Hohlprofilen werden Aufbauschneiden des Werkzeugs vermieden oder wenigstens weitgehend vermindert, da eine Temperatur ausreichend zur Erweichung des abzuspanenden Metalls, bei der eine Spannungshärtung stattfinden kann, vollständig verhindert oder zumindest weitgehend eingeschränkt ist. Diese Bedingungen erreicht man in einfacher und wirtschaftlicher V/eise,-indem das abzuspanende Metall während des Arbeitsvorganges auf eine Temperatur in der Nähe oder vorzugsweise innerhalb do3 für

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die Warmbearbeitung Üblichen Temperaturgebiets erwärmt wird.

Nach der Erfindung erreicht man die gewünschte Temperatursteigerung im Span oder" in dem abzuspanenden Metall bei einer Vorschubgeschwindigkeit von üblicherweise weniger als 70 m/min (200 feet/minute), indem das.Werkstück oder Metall auf eine Temperatur über 121⁰C (250° F), jedoch unter der unteren kritischen Temperatur des abzuspanenden Metalls erwärmt wird.

Sind Werkstück oder abzuspanendes

Metall auf eine Temperatur obigen Bereichs vorgewärmt, so kann die zusätzlich erforderliche Wärmeenergie zur Steigerung der Temperatur auf in der Nähe oder vorzugsweise innerhalb der V/armbearbeitungstemperatur zur Vermeidung oder zur Verringerung der Ausbildung von Aufbauschneiden einfach . durch die beim Ab spänen entwickelte Wärme aufgebracht werden.

Die gewünschte Erwärmung des Spans oder des abzuspanenden Metalls kann man auch erreichen durch Erwärmen des Werkstücks und/oder des abzuspanenden Metalls während des Abspanvorgangs,im Gegensatz zu der bekannten Verfahrensweise, wo dies vorher erfolgt. In jedem Fall soll die gesamte Wärmeenergie, zugeführt aus einer äußeren Wärmequelle oder durch Wärmeentwicklung während des Abspanvorgangs, ausreichend sein, um die gewünschte Tempera- _ _: tür im Span oder in dem abzuspanenden Metall zu erreichen.

Ee iet offensichtlich, daß die Lineargeschwindigkeit, mit der das Räumwerkzeug durch das Hohlprofil geführt wird, abhängt von der von außen zugeführten Wärmemenge. Es ist ebenfalls ersichtlich, daß es eine große Vielfalt von Kombinationsmöglichkeiten der Vorschubgeschwindigkeit und der äußeren Wärmezufuhr gibt, die zu der gewünschten Endteiaperatur in dem abzuspanenden Metall führen. Ebenfalls offensichtlich ist die Tatsache, daß eine einzige Temperatur aufgrund einer äußeren VJgrme quelle die gewünschten Ergebnisse liefert, wenn das Räumwerkzeug entsprechend konstruiert

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ist und die Vorschubgeschwindigkeit, die Abstichtiefe und die Metallquälität über weite Strecken variierbar sind.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß eine verbesserte Flexibilität hinsichtlich der Auslegung des Räumwerkzeugs und des von außen aufzubringenden Wärmeanteils gegeben ist. So zeigte sich beispielsweise, daß bei der Bearbeitung von Stahl bei einer relativ begrenzten Kombination von Räumwerkszeugs — k onstruktions und Wärmezufuhr von außen die gewünschten Ergebnisse beinahe "bei allen Stahlgüten alle Abstichtiefen im Bereich von 1 bis 15$ der Wandstärke des Werkstücks bei Vorschubgeschwindigkeiten zwischen 0,3 und 70 m/min (1 bis 200 feet/minute)'erreichbar sind. Die exakte von außen zuzuführende Wärmemenge und die Konstruktion oder Ausgestaltung des Räumwerkzeugs für die gewünschten Ergebnisse bei breiten Vorschubbereichen und Abstichtiefen für ähnliche oder unterschiedliche Werkstoffsorten ist abhängig von der Werkstoffsorte, der Abstichtiefe sowie der erforderlichen Geschwindigkeit und der zur Verfugung stehenden Energie. Diese verschiedenen Kombinationen sind aufgrund der Erfindung leicht zu bestimmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf eine große Vielfalt von Metallwerkotoffen anwenden. Dies gilt insbesondere für die meisten üblicherweise kalt fertigbearbeiteten Stähle, bei ' denen im allgemeinen die Warmbearbeitungstemperatur über 37O⁰C, vorzugsweise über 594⁰G liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich jedoch auch für eine große Anzahl anderer Werkstoffe anwenden einschließlich Titan, deren Warmbearbeitungsteinperaturen leicht festgestellt werden können.

Es zeigte sich, daß die Geometrie des Räumwerkzeugs zur Verhinderung eines Schiagens oder Vanderns beim Durchgang durch das Hohlprofil von Bedeutung ist. Am wichtigsten ist dabei der Spanwinkel, iftir beste Ergebnisse sollte dieser zwischen -70 und +20°, vorzugsweise -5 bis +5 ' liegen. Nicht ganz so wesentlich wio dor

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Spanwinkel ist der Freiwinkel der Haupt schneide. Beste Ergebnisse erhält man mit einem Freiwinkel zwischen -15 "und +15°, vorzugsweise zwischen -2 und +.2°. -Optimale Kombination von Span- und Freiwinkeln hängt natürlich ab von dem abzuspanenden Metallwerkstoff, der Vorschubgeschwindigkeit des Räumwerkzeugs durch das Profil und die Stichtiefe.

Die Erfindung wird anhand der Figuren weiter erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht teilweise im Schnitt des erfindungsgemäß angewandten Räumwerkzeugs.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt eines Metallrohrs nach der apanenden Bearbeitung.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht teilweise im Schnitt einer anderen Ausführungsform des Werkzeugs, und

Fig. 4 einen Querschnitt des Werkzeugs, welches ein Teil der Anordnung ist, wie sie in Fig. 3 dargestellt wurde.

Fig. 5 ist ein Querschnitt einer anderen Ausgestaltung eines Räumwerkzeugs, welches ebenfalls im Sinne der Anordnung der Fig.3 zur Anwendung gelangen kann.

In Fig. 1 ist schematisch das Wesen des Erfindungsgegenstands dargestellt. Das Werkstück 10 ist in diesem Fall ein Rohr mit im wesentlichen kreisrundem Querschnitt. Darin befindet sich ein Räumwerkzeug 12, welches im wesentlichen dem Querschnitt des Rohres entspricht, jedoch im Querschnitt eine größere Dimension als die lichte Weite des Rohrs aufweist, und zwar um einen Betrag gleich der doppelten Stichtiefe. Das Räumwerkzeug 12 weist den Freiwinkel oCund den Spanwinkel ^"auf,

Das Räumwerkzeug 12 befindet sich auf einem Dorn oder Schaft 14 und wird mit dessen Hilfe in der durch Pfeil angedeuteten Richtung gezogen. Wie allgemein bekannt, kann sich der Schaft 14 auch an der entgegengesetzten Seite des V/erkzeugs befinden, so daß

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es in diesem Pall gedrückt wird. In jedem Fall erfolgt das Abapanen des Werkstoffs 15 von der Innenfläche des Rohrs 10, in dem entweder das Werkzeug oder das Werkstück gegeneinander "bewegt werden. Es wird bevorzugt, das Werkzeug durch das Werkstück zu führen, was im folgenden als Vorschub, des Werkzeugs durch das Werkstück benannt werden soll.

Das in Fig. 1 gezeigte Räumwerkzeug besitzt eine unterbrochene Schneidfläche, so daß eine Vielzahl von achsial vorstehenden Rippen 16 (Fig. 2) an der Innenfläche des Rohrs 10 stehen bleiben. Gegebenenfalls kann man diese Rippen 16 in einem folgenden Arbeitsgang abarbeiten. Selbstverständlich kann jedoch auch das Räumwerkzeug 12 eine ununterbrochene Schneidfläche aufweisen, um eine glatte Innenfläche zu gewährleisten.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Abwandlung hat das Werkstück 20 wieder die Form eines Rohres mit kreisförmigem Querschnitt. Die Außenform 22 greift an an die Außenfläche des Rohrs 20, wodurch ein Stauchen oder Verdicken des Rohrs unter der Einwirkung des Räumwerkzeugs 24 bei dessen Durchgang durch das Werkstück verhindert werden soll.

Bei dieser Ausführungsform wird das Räumwerkzeug 24 ähnlich wie in Fig. 1 von dem Dorn 26 getragen. Der Unterschied zu diesem besteht darin, daß ein ringförmiger Durohgang 28 für den Durchtritt des Spans 30 (Fig. 3) vorgesehen ist, wodurch ein Anschweißen des Spans am Werkzeug vermieden wird.

Aus Fig. 4 ersieht man die Details des Räumwerkzeugs 24 mit ringförmigem Durchgang 28, der begrenzt wird von den Schneidkanten 32 und dem Ende 34 des Dorns 26. Die Schneidkanten sind am Dorn 26 durch eine Vielzahl von Querstücken 27 fixiert. Die Späne 30 wandern durch den Durchgang 28 bei Vorschub des Werkzeugs durch das Werkstück.

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Eine andere Werkzeugform,' bei der die Späne durch Öffnungen 28 austreten können, ist in Fig. 5 gezeigt. Die Späne werden veranlaßt, durch die Durchgänge 28 zu wandern durch den Spanwinkel der Nebenschneide T^% bei Vorschub des Werkzeugs durch das Werkstück.

Das Räumwerkzeug besteht vorzugsweise aus Werkzeugstahl, welcher "bei der o"ben erwähnten Endtemperatur in dem abzuspanenden Metall eine entsprechende Deformationsbeständigkeit aufweist und keine Neigung'zum Anschmelzen besitzt. Bei der Bearbeitung der meisten Stahlwerkstücke besteht das Räumwerkzeug vorzugsweise aus Hartmetallen, wie gesinterte Carbide, Oxide, Boride, Silicide oder dergl.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man auch einen die Innenfläche glättenden oder das Rohr dehnenden Stopfen anwenden. Dazu kann ein Stopfen mit einem Querschnitt entsprechend dem des Werkstücks nach dem Abspanen angewandt werden, welcher auf dem Schaft oder Dorn des Räumwerkzeugs in Tandemanordnung fixiert ist. Dieser Stopfen wird gleichzeitig mit dem Vorschub des Räumwerkzeugs durch die Bohrung geführt.

Aus obigen geht hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine wirksame und einfache Abarbeitung von unerwünschten Metallteilen von der Innenfläche vom endlosen oder langen Hohlprofil ermöglicht . Obige Ausführungen erstrecken sich im wesentlichen auf die Behandlung von Stählen nach dem sogenannten Kalt-Bearbeitungsverfahren. Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt bei im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt etwa 70 m/min (200 feet/minute). Man kann jedoch darüber oder darunter gehen. Die Werkzeuge werden ,weder mit rotierender noch mit vibrierender Bewegung geführt. Die Stichtiefe bei einem oder mehreren Durchgängen wird in üblicher Weise bemessen. Die besprochenen Werkzeuge sind von einem Dorn oder Schaft geführt. Selbstverständlich läßt sich der Erfindungsgegenstand auch auf andere Werkstoffe, andere Arbeitsgeschwindigkeiten, andere Hohlformen und auch mit rotierenden oder schwingenden Werkzeugen anwenden. Auch kann es sich um andere Werkzeug-

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konstruktionen als mehrteilige von einem Dorn geführte handeln.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

M ) Verfahren zur spanenden Bearbeitung von langen oder endlosen Hohlprofilen durch Relativbewegung des Werkstücks und eines Räumwerkzeugs gegeneinander, dadurch .gekennzeichnet, daß man das abzuspanende Metall auf eine Temperatur zwischen
121⁰O und der unteren kritischen Temperatur des Metalls erwärmt und die V.orschubgeschwindigkeit derart einstellt, daß die im
abzuspanenden Metall erreichte Endtemperatur in der Nähe oder
im Warm-Arbeitsbereich liegt»
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das abzuspanende Metall vor dem Abspanvorgang auf eine Temperatur zwischen 121⁰C und der unteren
kritischen Temperatur vorwärmt.
3. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch

ge kennzeichnet, daß man das Erwärmen gleichzeitig mit dem spanenden Vorgang vornimmt«,
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Stahlwerkstück abarbeitet«
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine solche VorschubgesGhwindigkeit
einhält, daß die Temperatur des abzuspanenden Metalls zumindest 370 0, insbesondere zumindest HOO⁰O, beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch

/man ein Werkzeug mit e:
zeichnet, daß/ Spanwinkel -Io bis +2

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g θ k e η η -

, vorzugsweise

-5 "bis +5° verwendet.

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7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß -/^maJ$r%i%lM$^z$8f M&t^es^üide -15 bis +15, vorzugsweise -2 bis +2° verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß man das Werkstück während des Abarbeitens außen fixiert.
9. Verfahren nach Anspruch 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß man beim Abarbeiten einen die Innenwand glättenden oder dehnenden Stopfen anwendet.

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