-
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum
-
Herstellen von Halb- bzw. Endprodukten aus Metall, insbesondere aus
Stahl, bei dem das Vormaterial zunächst in einem Ofen auf Walztemperatur erwärmt
und anschließend auf die Abmessungen einer nachfolgenden verformenden Weiterverarbeitung
gewalzt wird.
-
Ein derartiges Verfahren dient der spanlosen Herstellung von Halb-bzw.
Fertigprodukten in Umformungsbetrieben. Die dortige Herstellung von Halb- bzw. Endprodukten
aus Metall ist in erheblichem Maße von einer wirtschaftlichen Verfügbarkeit sowie
technischen Brauchbarkeit der Vormaterialien abhängig.
-
Die Erzeugungslinie für derartige Metallprodukte beginnt bekanntermaßen
in einem Schmelzofen, aus dem die Metallschmelze abgestochen und später zu Blöcken
vergossen wird. Derartige Blöcke, die in Standkokillen erzeugt werden, werden anschließend
in Blockwalzwerken, d.h. in Schwerwalzwerken, verwalzt, wobei die Fertigungslinie
über meist mehrere Walzstraßen verläuft und am Ende bis 30 m lange Walzstangen vorliegen.
Die Weiterverarbeitung fordert von diesen Walzstangen ein breites Abmessungs-Programm.
-
Ein derartiges Programm besteht z.B. aus einer Querschnittabstufung
der Rund- oder Quadrat-Querschnitte in Stufen von 5 mm. In einem Abmessungsbereich
von 90 bis 175 mm (Durchmesser bzw.
-
Kantenlänge) sind derartige Walzwerke für Programmserien von ca.
-
15 Abmessungen ausgelegt. Derartige Walzwerke erfordern demzufolge
eine erhebliche Lagerhaltung an austauschbaren Walzen und können in ihrer Anordnung
nur bei entsprechender Länge des Walzgutes betrieben werden.
-
Das beschriebene Walzprogramm ist für eine Vielzahl von Einzel-, Klein-,
Mittelserien und auch für Großserien von Halb- bzw. Endprodukten unwirtschaftlich.
Derartige auf den Blockwalzwerken beginnende Vorverfahren sind mit dem Nachteil
behaftet, daß die
volumenmäßig großen Blöcke die Verarbeitung von
großen Schmelzchargen erfordern, so daß das gesamte Verfahren auf erhebliche Mengen
abgestellt ist. Derartige Verfahren sind bekanntermaßen nur in größeren Zeiträumen
durchführbar und eine Umstellung der Walzwerke auf unterschiedliche Abmessungen
vergrößert derartige Zeiträume bezüglich der Verfügbarkeit des Vormaterials. Diese
Abhängigkeit von großen Chargen und die Schwierigkeiten bei der Umstellung auf veränderte
Abmessungen verzögert die Belieferung nachfolgender Fertigungsverfahren. Insbesondere
in Bereichen der Umformung wird eine eng abgegrenzte Durchmesserabstufung des Vormaterials
gefordert. Für diesen Bereich der Herstellung von Halb- bzw. Endprodukten ist die
Erzeugung von Vormaterial in den herkömmlichen Walzstraßen aus den genannten technischen
und wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht mehr vertretbar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine werkstückbezogene geometrische
Anpassung an die nachfolgenden umformenden Arbeitsgänge zu ermöglichen, um die Lagerhaltung
an Vormaterial zu vereinfachen, die Verfügbarkeit an den Bedarf des nachfolgenden
Weiterverarbeitungsverfahrens anzupassen und um Abmessungen, Toleranzen und Formgenauigkeit
des Vormaterials für ein Umformverfahren zu gewährleisten.
-
Gewissermaßen Unteraufgabe der Erfindung ist es, die Sicherstellung
bzw. Einsatzmöglichkeit einer Vormaterialversorgung für Einzel-, Klein-, Mittel-
und auch Großserien verarbeitende Umformbetriebe zu gewährleisten.
-
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
aus abgelängten, relativ kurzen, walzfähigen Einsatzwerkstücken eines einheitlichen
runden bzw. polygonalen Ausgangsquerschnitts bestehende Vormaterial nach dem Erwärmen
aus dem Ofen in einem Reduzierwalzwerk in einer Hitze auf nur wenig unter dem Ausgangs-
querschnitt
liegende Abmessungen eines Rohlings für eine nachfolgend aus derselben Hitze kernverformende
Weiterverarbeitung gewalzt wird. Die Erfindung gestattet zunächst die Normierung
der Blockabmessungen auf wenige (einheitliche) Größen durchzuführen unabhängig vom
verfügbaren Vormaterial und unabhängig von der Werkstücksgeometrie. Die Lagerhaltung
des Vormaterial kann somit auf wenige Blockabmessungen reduziert werden. Die Einsatzwerkstücke
(blockförmig, luppenförmig und dgl.) erfordern nur eine relativ kurze Länge, bis
zu einem Meter. Für die Herstellung derartiger Einsatzwerkstücke scheiden daher
die sehr aufwendigen und in ihrer Umstellung schwierig handhabbaren Walzstraßen
in der Regel aus. Die Erfindung weist vor allen Dingen aber auch den Vorteil auf,
aus einer Zahl von Ausgangsabmessungen auf das einzelne Stück bezogen eine Vielzahl
von Anwendungsabmessungen erzeugen zu können. So kann z.B. aus einem einheitlichen
Vormaterial mit 175 mm Durchmesser ein Rohling für die kernverformende Weiterverarbeitung
von 152 mm Durchmesser erzeugt werden, aus einem Einsatzwerkstück von 150 mm Durchmesser
ein Rohling für die kernverformende Weiterverarbeitung von 130 mm Durchmesser und
aus einem Einsatzwerkstück von 135 mm Durchmesser ein Rohling für die kernverformende
Weiterverarbeitung von 115 mm Durchmesser. Es ist daher aufgrund des erfindungsgemäßen
Verfahrens möglich, mit nur drei Abmessungen (175, 150, 135 mm) einen Durchmesserbereich
für die Rohlinge der kernverformenden Weiterverarbeitung von 175 mm bis 115 mm abzudecken.
Aus einer geringen Anzahl von einheitlichen Ausgangsquerschnitten wird daher eine
Vielzahl von Anwendungsabmessungen an Rohlingen erzeugt. Ein derartiges Verfahren
ist wirtschaftlich in der Lagerhaltung und liefert brauchbare Abmessungen bzw. Toleranzen
für die nachfolgende kernverformende Weiterverarbeitung. Das Verfahren ist jedoch
auch erfinderisch, weil die Vorverformung des relativ kurzen Einsatzwerkstückes
von dem Ofen durch das Reduzierwalzwerk und durch die kernverformende Weiterverarbeitung
in nur einer Hitze durchgeführt wird.
-
Das Prinzip der Vor- und Nachverformung des Einsatzwerkstückes eröffnet
nunmehr neue Möglichkeiten einer wirtschaftlichen, kurzfristigen und technisch brauchbaren
Erzeugung von Einsatzwerkstücken. Die Erfindung ist deshalb dahingehend weitergebildet,
daß als Einsatzwerkstück ein abgelängtes, walzfähiges Stranggußstück verwendet wird.
Die Erzeugung des Einsatzwerkstückes nimmt daher hier den Weg über den Schmelzofen
und die Stranggießanlage.
-
Das erfindungsgemäße Prinzip der eng abgegrenzten Durchmesserabstufung
des Vormaterials kann auch auf Stranggießanlagen angewendet werden. Es ist nämlich
nach derzeitigen Wirtschaftlichkeitsüberlegungen nicht mehr vertretbar, auf Stranggießanlagen
eine Vielzahl von unterschiedlichen Abmessungen zu erzeugen. Für ein derartig breites
Abmessungs-Gießprogramm wäre der häufige Formatwechsel gerade bei Rund- und Knüppelformaten
erforderlich, der jedoch das Produkt erheblich verteuert und die kurzfristige Verfügbarkeit
von Vormaterial einengt.
-
Für die umformende, d.h. kernverformende Weiterverarbeitung von Einsatzwerkstücken
aus Strangguß ist es außerdem vorteilhaft, in einem Reduzierwalzwerk eine Verschweißung
und Verschmiedung der Kernlockerzone von Strangguß zu unterdrücken und kleine Verformungsgrade
zu wählen. Der Arbeitsgang im Reduzierwalzwerk stellt darüber hinaus die notwendige
Rundung des Stranggußmaterials sicher, welches eine verhältnismäßig große Ovalität
und für bestimmte Umformverfahren eine erhebliche Toleranzbreite (z.B.
-
6 mm bei einem mittleren Durchmesser von 175 mm) aufweist.
-
Der vorgeschlagene Verfahrensweg ermöglicht die Verwendung einheitlicher
Rundstranggußstangen, ohne den Weg über die schweren Walzstraßen gehen zu müssen.
-
Die Rand- und Kernzonen beim Metall-, insbesondere Stahl stranggießen
erfordern eine gebührende Berücksichtigung bei der Weiterverarbeitung zu Halb- bzw.
Endprodukten. Es ist daher vorteilhaft,
daß das abgelängte Stranggußstück
In einem Stranggießverfahren mit einer Gießgeschwindigkeit von ca. 0,6 bis 4 m/min
gegossen wird.
-
Ein derartiges Produkt ist bei allen axialsymmetrisch herzustellenden
Gegenständen vorteilhaft ejnsetzbar. Bei derartigen Gießgeschwindigkeiten wird ein
Werkstoff erzeugt, der bei einer entsprechenden Verformung In eine gewünschte Struktur
umgewandelt werden kann.
-
Nach der weiteren Erfindung kann die Vorverformung darauf beschränkt
bleiben, daß der einheitliche Ausgangsquerschnitt des Einsatzwerkstückes auf maximal
80 % reduziert wird.
-
Für eine bestimmte Produktgruppe des Fahrzeugbaus, insbesondere des
Kraftfahrzeugbaus, ist es ferner vorteilhaft, daß die kernverformende Weiterverarbeitung
im Wege eines Warmfließpreßverfahrens erfolgt.
-
Die Erfindung ist jedoch auch in anderen Gebieten anwendbar, und zwar
u.a. in einer Weise, daß die kernverformende Weiterverarbeitung im Wege eines Drahtwalzverfahrens
erfolgt.
-
Bei einer erheblichen Anzahl von Umformverfahren sind die Eigenschaften
des für die kernverformende Weiterverarbeitung bestimmten Rohlings von großer Bedeutung
für ein brauchbares Halb- bzw. Endprodukt. Für derartige Fälle ist vorgesehen, daß
nach dem Reduzieren und vor der kernverformenden Weiterverarbeitung durch eine zusätzliche
Walzstufe der Rohling entzundert, gerichtet, oberflächengeglättet und endkalibriert
wird. Derartige Eigenschaften sind stets für Rohlinge, die in Gesenken und Matrizen
verarbeitet werden, von besonderer Bedeutung.
-
Für bestimmte Gewichtsvoraussetzungen mit daran geknüpften Festigkeitseigenschaften
ist die Erfindung unmittelbar einsetzbar. Ein solcher Fall ist gegeben, wenn der
Rohling in der nachfolgenden
kernverformenden Weiterverarbeitung
durch einen schmiedenden Arbeitsgang zu Achsbrücken, Achsrohren, Achskörpern u.dgl.
für Kraftfahrzeuge umgeformt wird.
-
Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens baut
darauf auf, daß ein Hersteller von Halb- bzw. Endprodukten der Umformtechnik ohne
einen Schmelzofen arbeitet. Eine derartige Anlage ist sodann dahingehend gestaltet,
daß einem Ofen für die Aufwärmung der Einsatzwerkstücke in einer Fertigungslinie
eine erste Walzstufe nachgeordnet ist, an die eine zweite Walzstufe für Entzunderung,
für Richten, Oberflächenglätten und Endkalibrieren angeschlossen ist. Eine derartige
Anlage erspart bzw. ersetzt in der Regel die bekannten Blockstraßen und ermöglicht
einen dichten Verarbeitungsanschluß an das Stranggießverfahren. Die Anlage ermöglicht
zugleich eine stark verringerte Vormaterial- bzw.
-
Vorratshaltung (damit eine Lagerkostensenkung und eine Durchlaufzeitverkürzung).
Die Anlage ermöglicht außerdem eine erhebliche Lieferzeitverkürzung im Vergleich
zu den notwendigen Umstellungen innerhalb eines umfangreichen Walzprogrammes der
beschriebenen Wal zstraßen.
-
Weitere vorteilhafte Merkmale für die Belange der Umformtechnik bestehen
darin, daß vor der ersten Walzstufe eine Hochdruckwasser-Entzunderungseinrichtung
angeordnet ist. Diese Einrichtung dient vorteilhafterweise dazu, den Primärzunder
des Ofens zu entfernen, wodurch das Vormaterial von der Ofenliegezeit unabhängig
gemacht wird.
-
Der Ofen besteht ferner vorteilhafterweise aus einem Drehherdofen.
-
Ein solcher Drehherdofen kann auf die gewünschte Kapazität der Gesamtanlage
ausgelegt werden.
-
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist vorgesehen, daß die erste
Walzstufe aus einem Stoßwalzwerk gebildet ist. Die erste Walzstufe ist daher vorteilhafterweise
auf den erforderlichen (geringen) Energiebedarf der Vorverformungsstufe abgestellt.
Ein derartiges Stoßwalzwerk weist im übrigen nicht angetriebene Walzen auf, so daß
Walzenantrlebe eingespart werden.
-
Der Anwendungsbereich der ersten Walzstufe kann im Sinn der erfindungsgemäß
angestrebten verminderten Lagerhaltung, d.h. der Bevorratung von nur wenigen Abmessungsstufen
dahingehend weitergebildet sein, daß die erste Walzstufe mit einem parallel zur
Fertigungslinie angeordneten Rollgang versehen ist und daß die erste Walzstufe und
der Rollgang senkrecht zur Fertigungslinie verschiebbar sind. Falls eine Abmessungsstufe
daher überhaupt keine Reduzierung erforderlich macht, kann die erste Walzstufe aus
der Walzlinie genommen werden.
-
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
zweite Walzstufe aus einem Zwei-Schulter-Walzwerk gebildet ist.
-
Ein derartiges Zwei-Schulter-Walzwerk kann eine für den Umformvorgang
geometrische Anpassung vornehmen und besitzt weiterhin den Vorteil, eine gewünschte
Konizität des Rohlings zu erzeugen.
-
Außerdem dient ein solches Zwei-Schulter-Walzwerk vorteilhafterweise
der Feinstkalibrierung des Rohlings für die kernverformende Weiterverarbeitung.
-
Die Erfindung kann außer für Rundprofile auch für Polygonal-Profile,
d.h. z.B. für Knüppel querschnitte, angewendet werden.
-
Hierzu ist vorgesehen, daß die zweite Walzstufe aus einem Polygonal-Kalibrierwalzwerk
gebildet ist.
-
Für eine entsprechende Produktpalette der Umformtechnik ist ferner
zweckmäßig, daß die nachfolgend kernverformende Weiterverarbeitung aus einer Warmfließpresse
besteht.
-
Für eine Oberflächenverbesserung des in der kernverformenden Weiterverarbeitung
eingesetzten Rohlings ist ferner vorteilhaft, daß die nachfolgend kernverformende
Weiterverarbeitung aus einer Halbwarmfließpresse besteht. Eine solche Halbwarmfließpresse
dient zur Senkung der Verbrauchsziffer (Materialvolumen, Abfall u. dgl.).
-
Außerdem weist eine solche Halbwarmfließpresse die Eigenschaft auf,
Maßhaltigkeit und Toleranz des Rohproduktes zu erhöhen.
-
Im Sinne einer die Anlagenkosten vermindernden Bauweise wird ferner
vorgeschlagen, daß das Stoßwalzwerk mehrere in der Fertigungslinie angeordnete Kalibergerüste
aufweist. Eine derartige Bauweise steigert die Anwendungsbreite der Anlage.
-
So ist weiterhin vorgesehen, daß die Kalibergerüste leicht austauschbar
sind. Die leichte Austauschbarkeit dient hier dazu, die erwähnten Zeitverluste bei
Umstellung der schweren Walzwerke zu vermeiden.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 die Anordnung der einzelnen
Anlagenteile in einem Grundriß und Fig. 2 das Reduzierwalzwerk Im Grundriß in einer
gegenüber Fig.
-
1 vergrößerten Darstellung.
-
Der Ofen 1 ist im Ausführungsbeispiel (Fig. 1) aus einem Drehherdofen
la gebildet, der in einem geeigneten Betrieb sab stand über einen Rollgang 2 funktionell
mit einem Reduzierwalzwerk 3 verbunden ist. Das Vormaterial wird durch die Einsatzwerkstücke
4 gebildet, die z.B. auf die eingezeichnete Temperatur von 13300C aufgewärmt werden.
Jedes Einsatzstück 4 weist in diesem Stadium
des Verfahrens eine
Länge von maximal 1000 mm auf. Das Einsatzwerkstück 4 ist entweder aus Walzmaterial
oder aus Stranggußmaterial hergestellt und besitzt dementsprechende Werkstoffstrukturen.
Der Ofen 1 und das Reduzierwalzwerk 3 liegen auf einer Fertigungslinle 5. Das Reduzierwalzwerk
3 bildet eine erste Walzstufe 6, wobei eine zweite Walzstufe 7, verbunden durch
einen weiteren Rollgang 2a, auf der Fertigungslinle 5 folgt. Die zweite Walzstufe
7 dient der Entzunderung, dem Richten, dem Oberflächenglätten und dem Endkalibrieren
des Einsatzwerkstückes 4, das dann bereits einen Rohling 8 von etwas gestreckter
Länge bei verminderten Außenabmessungen darstellt. Der Rohling 8 wird auf dem folgenden
Rollgang 2b einer kernverformenden Weiterverarbeitung 9 zugeführt.
-
Vor der ersten Walzstufe 6 befindet sich eine Hochdruckwasser-Entzunderungseinrichtung
10, um den Primärzunder des Herdofens la zu entfernen.
-
Die erste Walzstufe 6 wird aus einem Stoßwalzwerk 6a gebildet (das
näher in Fig. 2 dargestellt ist). Für den Fall, daß ein einheitlicher runder bzw.
polygonaler Ausgangsquerschnitt des Einsatz werkstückes 4 nicht einer Vorverformung
unterzogen werden soll, was einen Ausnahmefall darstellt, ist an dem selbsttragenden
Rahmen 11 die Gruppe 12 von Walzgerüsten der ersten Walzstufe 6 mit einem seitlichen
Rollgang 13 versehen, wobei die Gruppe 12 der Walzgerüste aus der Fertigungslinie
5 und der seitliche Rollgang 13 mit seiner Rollgangslinie 13a in die Fertigungslinie
5 verschiebbar sind. Die zweite Walzstufe 7 ist aus einem Zwei-Schulter-Walzwerk
7a gebildet und besteht für polygonale Querschnitte des Einsatzwerkstückes 4 aus
einem Polygonal-Kaliberwalzwerk 7b. Für die Herstellung von Automobil-Achsbrücken,
Achsrohren, Achskörpern u. dgl. besteht die kernverformende Weiterverarbeitung 9
aus einer Warmfließpresse 9a. Für besondere Eigenschaften des Einsatzwerkstückes
4 ist anstelle der Warmfließpresse 9a eine Halbwarmfließpresse 9b vorgesehen.
-
Das Stoßwalzwerk 6a (Fig. 2) weist einen Blockschieber 14 auf, der
das vorgewärmte Einsatzwerkstück 4 auf dem Rollgang 2 liegend mittels des Stoßstempels
15 durch die erste Walzstufe 6 drückt.
-
Hierbei handelt es sich um die Gruppe 12 von nicht angetriebenen Kalibergerüsten
16a, 16b, 16c und 16d. Jedes Kalibergerüst besteht aus drei Walzen. Eine prinzipielle
Verwendung von zwei bis vier Walzen pro Kaliber sowie eine Erhöhung oder eine Verminderung
der Kaliberanzahl ist möglich. Jedes der Kalibergerüste 16a bis 16d ist leicht auswechselbar,
und zwar von oben (Fig. 2). Hierzu bildet der Rahmen 11 eine Kassette, bestehend
aus den Seitenrahmen 11a und lib, den Traversen 17a, 17b und 17c, die über die Ankerschrauben
18 miteinander verspannt sind. Am Ende der Kassette ist ein Abstreifer 19 für die
gebildeten Rohlinge 8 angeordnet.
-
Das beschriebene Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung
von Fließpreßrohlingen, die zu Achsbrücken, Achsrohren und Achskörpern von Kraftfahrzeugen
umgeformt werden. Hierbei stellt man die Rohlinge 8 durch Warmverformung in Matrizen
der kernverformenden Weiterverarbeitung 9 (Warmfließpresse 9a, Halbwarmfließpresse
9b), und zwar im Wege eines kombinierten Vorwärts- und Rückwärtsfließpressens her.
-
Das Fließpressen selbst ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Anstelle der Warmfließpresse 9a bzw. der Halbwarmfließpresse 9b kann außerdem jede
andere kernverformende Weiterverarbeitung treten.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können selbst kürzeste Blöcke
im Durchmesser maßgerecht reduziert werden, was bei den üblichen Walzreduktionsverfahren
nicht möglich ist. Die verkürzten Blocklängen bewirken in den vorhandenen Öfen außerdem
eine Verbesserung der Herdflächenausnutzung.
-
Es wird eine Reduzierung des Einsatzwerkstückes 4 in der ersten Walzstufe
6 (Reduzierwalzwerk 3) und in der zweiten Walzstufe 7 (Kaliberwalzwerk), z.B. von
175 mm Durchmesser auf 145 mm Durchmesser für die Werkstoffe STE 43, STE 47, St
52, 16 MnCr5 sowie allen sonstigen walzfähigen Werkstoffen sowie Stranggußwerkstoffen
ermöglicht.
-
Im folgenden werden Beispiele für die Anwendung des Verfahrens genannt:
Beispiel I: Einsatzwerkstücke aus Strangguß mit einem Durchmesser von 175 mm und
mit einer Blocklänge von ca. 400 bis 650 mm können als Blockensatz für alle Arten
von Achsbrücken verwendet werden. Dabei kommen die Qualitäten F 47 S 2, F 43/9,
F 43/4 und S 52 zum Einsatz Die Blöcke werden auf das gewohnte Maß von 170, 165,
160 bzw. 155 mm Durchmesser für die zweite Walzstufe 7 gebracht und durchlaufen
störungsfrei die weitere Fertigung.
-
Beispiel II: Rundachskörper mit den Maßen 145 mm Durchmesser, 150
mm Durchmesser, 155 mm Durchmesser und größer können aus Strangguß 175 mn Durchmesser
hergestellt werden. Alle derzeitigen Achskörper-Werkstoffqualitäten können stoßgewalzt
werden.
-
Beispiel III: Vierkant-Achskörper mit den Äquivalenzabmessungen zwischen
173 mm Durchmesser und 150 mm Durchmesser können entsprechend abgestuft stoßgewalzt
im Fließpreßverfahren und in Vierkant-Achskörper mit den Kantenmaßen (Schlüsselweiten)
von 120 bis 155 mm umgeformt werden.
-
Beispiel IV: Blöcke für Achsrohre mit 95 bis 140 mm Durchmesser Einsatzabmessung
können aus wenigen Blockabmessungen mit Hilfe des Verfahrens erzeugt werden. Als
Vormaterial kann gewalztes Rundmaterial verwendet werden sowie entsprechende Stranggußabmessungen,
die verfügbar sind.