| JP55103203 | CONTINUOUS ROLLING METHOD FOR PIPE |
| JP2003019503 | METHOD FOR ROLLING SEAMLESS TUBE |
| JP09239416 | METHOD FOR CONTROLLING SPEED OF RETRACT MANDREL MILL |
PEHLE, Hans, Joachim (Erftstraße 18, Jüchen, 41363, DE)
SERIN, Kazim (Compesmühlenweg 111, Mönchengladbach, 41065, DE)
PEHLE, Hans, Joachim (Erftstraße 18, Jüchen, 41363, DE)
| Patentansprüche 1. Warmwerkzeug (1 ), insbesondere Lochdorn oder Walzstange zur Herstellung von nahtlosen Rohren oder Schmiededorn zum Warmschmieden von rohrförmigen Werkstücken aus Metall, das einen Werkzeug-Grundkörper (2) aufweist, wobei der Werkzeug-Grundkörper (2) zumindest in einem Arbeitsbereich (3) mit einer Beschichtung (4) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeug-Grund körper (2) eine Oberflächen-Profilierung (5) aufweist und dass auf die Oberflächen-Profilierung (5) die Beschichtung (4) aufgebracht ist. 2. Warmwerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen-Profilierung (5) in eine Achsrichtung (a) des Werkzeugs (1 ) mindestens einen Hinterschnitt bildet, wobei die Oberflächen-Profilierung insbesondere eine Anzahl Erhebungen (6) und Vertiefungen (7) auf der Oberfläche des Werkzeug-Grundkörpers (2) aufweist. 3. Warmwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeug-Grundkörper (2) aus Stahl besteht. 4. Warmwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) eine gegen thermische und mechanische Belastungen schützende Schicht ist. 5. Warmwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) durch ein thermo-chemisches Beschichtungs- verfahren aufgebracht ist. 6. Verfahren zur Herstellung eines Warmwerkzeug (1 ), insbesondere eines Lochdorns oder einer Walzstange zur Herstellung von nahtlosen Rohren oder eines Schmiededorns zum Warmschmieden von rohrförmigen Werkstücken aus Metall, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte aufweist: a) Herstellen eines Werkzeug-Grundkörpers (2), wobei das Herstellen des Werkzeug-Grundkörpers (2) die Erzeugung einer Oberflächen- Profilierung (5) umfasst, wobei die Erzeugung der Oberflächen- Profilierung (5) bevorzugt durch mechanische Bearbeitung, insbesondere durch Drehen, erfolgt; b) Aufbringen einer Beschichtung (4) auf den Werkzeug-Grundkörper (2). 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung der Oberflächen-Profilierung (5) eine Anzahl Erhebungen (6) und Vertiefungen (7) auf der Oberfläche des Werkzeug-Grundkörpers (2) hergestellt werden, wobei die Erhebungen (6) insbesondere als im Radialschnitt steg- förmige, vorzugsweise als rechteckförmige Vorsprünge ausgebildet sind, die sich über eine vorgegebene Länge (B) in Richtung einer Längsachse (a) des Werkzeugs (1 ) erstrecken und die sich über eine vorgegebene Höhe (D) über die Vertiefungen (7) erheben. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (7) bei der Aufbringung der Beschichtung (4) gemäß Schritt b) des Anspruchs 6 zumindest bis zur Höhe der Erhebungen (6) mit der Beschichtung (4) aufgefüllt werden, wobei vorzugsweise die Oberfläche der Beschichtung (4) die Höhe der Erhebungen (6) übersteigt. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt a) und vor Schritt b) gemäß Anspruch 6 ein Teil des Werkzeug- Grundkörpers (2) einer thermo-chemischen Umwandlung unterzogen wird, wobei die thermo-chemische Umwandlung insbesondere die Herstellung eines Eisenoxids, besonders bevorzugt von Zunder, umfasst. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Beschichtung (4) gemäß Schritt b) von Anspruch 6 durch Flammspritzen, Plasmaspritzen oder durch ein thermochemisches Verfahren erfolgt. |
SEINER HERSTELLUNG
Die Erfindung betrifft ein Warmwerkzeug, insbesondere einen Lochdorn oder eine Walzstange zur Herstellung von nahtlosen Rohren oder einen Schmiededorn zum Warmschmieden von rohrförmigen Werkstücken aus Metall, das einen Werkzeug- Grundkörper aufweist, wobei der Werkzeug-Grundkörper zumindest in einem Arbeitsbereich mit einer Beschichtung versehen ist. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Warmwerkzeugs.
Ein Lochdorn zum Lochen von runden Stangen der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 10 2008 056 988 A1 bekannt. Der Arbeitsbereich des Lochdorns ist hier mit einer die Wärmeableitung während des Lochens in den Dornkörper vermindernden und auf dem Dornkörper fest haftenden Schicht versehen. Für die Funktion des Werkzeugs ist es wesentlich, dass diese Schicht einen festen Halt hat.
Weiterhin ist es generell bekannt, bei Warmwerkzeugen oder ähnlichen Bauteilen zur Standzeiterhöhung vor dem Beschichten - zumeist handelt es sich bei diesem um ein thermo-chemisches Beschichtungsverfahren - beispielsweise den Arbeitsbereich durch Strahlen aufzurauen, um die Haftung der anschließend aufzubringenden Beschichtung zu verbessern.
Allerdings hat es sich gezeigt, dass die raue Oberfläche oft keine ausreichende Haftung gewährleistet und in vielen Fällen während des Beschichtungsvorgangs oder des Einsatzes verloren geht. Wenn dann thermische oder mechanische Spannungen in den Kontaktbereich zwischen Grundkörper und Beschichtung wirken, schält sich die Schutzschicht ab.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Warmwerkzeug der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, mit dem sichergestellt ist, dass ein verbesserter Verbund zwischen dem Grundkörper des Werkzeugs und der Beschichtung vorliegt. Demgemäß soll das Warmwerkzeug eine erhöhte Standzeit aufweisen und die Fertigung insbesondere von nahtlosen Rohren somit wirtschaftlicher werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeug-Grundkörper eine Oberflächen-Profilierung aufweist und dass auf die Oberflächen-Profilierung die Beschichtung aufgebracht ist.
Die Oberflächen-Profilierung bildet bevorzugt in eine Achsrichtung des Werkzeugs mindestens einen Hinterschnitt, wobei die Oberflächen-Profilierung insbesondere eine Anzahl Erhebungen und Vertiefungen auf der Oberfläche des Werkzeug- Grundkörpers aufweist.
Der Werkzeug-Grundkörper besteht bevorzugt aus Stahl.
Die Beschichtung kann eine gegen thermische und mechanische Belastungen schützende Schicht sein. Sie kann durch ein thermo-chemisches Beschichtungs- verfahren aufgebracht sein.
Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Warmwerkzeugs weist erfindungsgemäß die Schritte auf: a) Herstellen eines Werkzeug-Grundkörpers, wobei das Herstellen des Werkzeug-Grundkörpers die Erzeugung einer Oberflächen-Profilierung umfasst, wobei die Erzeugung der Oberflächen-Profilierung bevorzugt durch mechanische Bearbeitung, insbesondere durch Drehen, erfolgt; b) Aufbringen einer Beschichtung auf den Werkzeug-Grundkörper.
Bei der Erzeugung der Oberflächen-Profilierung werden bevorzugt eine Anzahl Erhebungen und Vertiefungen auf der zuvor glatt bearbeiteten Oberfläche des Werkzeug-Grundkörpers hergestellt. Dabei sind die Erhebungen insbesondere als im Radialschnitt stegförmige, vorzugsweise rechteckförmige Vorsprünge ausgebildet, die sich über eine vorgegebene Länge in Richtung einer Längsachse des Werkzeugs erstrecken und die sich über eine vorgegebene Höhe über die Vertiefungen erheben. Die Vertiefungen werden vorzugsweise bei der Aufbringung der Beschichtung gemäß obigem Schritt b) zumindest bis zur Höhe der Erhebungen mit der Beschichtung aufgefüllt, wobei vorzugsweise die Oberfläche der Beschichtung die Höhe der Erhebungen sogar übersteigt.
Nach obigem Schritt a) und während des obigen Schrittes b) kann ein Teil des Werkzeug-Grundkörpers einer thermo-chemischen Umwandlung unterzogen werden, wobei die thermo-chemische Umwandlung insbesondere die Herstellung eines Eisenoxids, besonders bevorzugt von Zunder, umfasst.
Das Aufbringen der Beschichtung gemäß obigem Schritt b) kann auch beispielsweise durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen erfolgen.
Demgemäß wird eine Verbesserung des Verbundes zwischen Werkzeug- Grundkörper und Beschichtung dadurch erzielt, dass die Oberfläche des metalli- sehen Trägermaterials glatt bearbeitet und dann mit einer definierten Struktur - bestehend aus Stegen und diese voneinander beabstandenden Lücken, vorzugsweise hergestellt durch mechanische Bearbeitung, insbesondere durch Drehen - ausgebildet wird.
Anschließend kann durch ein gezieltes thermo-chemisches Beschichtungs- verfahren entlang der solchermaßen strukturierten Oberflächenkontur des Trägermaterials ein Teil dieses Trägermaterials in eine Schutzschicht umgewandelt werden.
Dabei verringern sich entsprechend die Breite sowie die Höhe der Stege und die Tiefe der Lücken. Auf diese durch Umwandlung des Trägermaterials erzeugte primäre Schutzschicht wird durch das thermo-chemische Verfahren eine zusätzliche äußere Schutzschicht aufgebracht, die gleichzeitig die zwischen den Stegen verbliebenen Lücken bzw. Vertiefungen auffüllt bzw. schließt.
Durch die je nach Einsatzbedingung des Werkzeugs vorab angepasst optimierte Strukturierung des Übergangs zwischen dem Trägermaterial (Grundkörper) und der aufgetragenen Schicht wird die Haftung des erreichten Schichtenaufbaus deutlich verbessert und eine komplette Abschälung der Schicht verhindert.
Neben dem verbesserten Übergang zwischen dem Walzgut und der Oxidschicht wird auch das Greifverhalten zwischen dem Walzgut und dem Werkzeug verbessert.
Das vorgeschlagene Vorgehen bzw. die erläuterte Ausgestaltung eignet sich generell für Werkzeuge und Bauteile, die durch eine Beschichtung geschützt werden sollen, um einer thermischen und mechanischen Belastung besser standhalten zu können.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Warmwerkzeug in Form eines Lochdorns in einer Seitenansicht,
Fig. 2 die Einzelheit„Z" gemäß Fig. 1 für den noch nicht beschichteten Werkzeug-Grundkörper;
Fig. 3 die Einzelheit„Z" gemäß Fig. 1 für den jetzt beschichteten Werkzeug- Grundkörper;
Fig. 4 die Einzelheit„Z" gemäß Fig. 1 für eine alternative Ausführungsform des beschichteten Werkzeug-Grundkörpers;
Fig. 5 ein erstes Schliffbild für die Einzelheit „Z" gemäß Fig. 1 durch das
Warmwerkzeug; und
Fig. 6 ein zweites Schliffbild für die Einzelheit„Z" gemäß Fig. 1 durch das
Warm Werkzeug.
In Fig. 1 ist ein Warmwerkzeug 1 in Form eines Lochdorns zur Herstellung eines nahtlosen Rohres dargestellt. Das Werkzeug 1 weist einen Werkzeug- Grundkörper 2 auf, der einen Arbeitsbereich 3 hat, der sich über eine gewisse Länge in Richtung einer Achse a erstreckt. Im Arbeitsbereich 3 ist das Werkzeug 1 mit einer Beschichtung 4 versehen, die das Werkzeug 1 vor thermischer bzw. mechanischer Belastung schützt. Der genaue Aufbau des Werkzeugs als Einzelheit im Bereich„Z" gemäß Fig. 1 , d. h. als Ausschnitt des Werkzeug-Grundkörpers 2 ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Wie zu sehen ist, weist die radial außenliegende Oberfläche des Werkzeug- Grundkörpers 2 eine Oberflächen-Profilierung 5 auf, die aus einer Anzahl von radial vorstehenden Erhebungen 6 besteht, die zwischen sich somit ergebenden Vertiefungen 7 angeordnet sind. Die Erhebungen 6 erstrecken sich in Achsrichtung a um einen Betrag B, der bevorzugt im Bereich von ca. 250 μηι bis 4.000 μητι liegt. Die Höhe D der Erhebungen 6 gegenüber den Vertiefungen 7 liegt in einem Bereich von ca. 500 μηι bis 5.000 μηη. Der Abstand A zwischen zwei Erhebungen 7 liegt bevorzugt in einem Bereich von ca. 200 μιη bis 2.000 μητι.
Die Profilierung 5 ist dabei so auf die Oberfläche des Grundkörpers 2 aufgebracht, dass dieser zunächst glatt bearbeitet ist und anschließend durch mechanische Bearbeitung die im Radialschnitt stegförmigen bzw. rechteckförmigen Ausnehmungen 7 eingearbeitet, insbesondere eingedreht, werden.
Nach dieser Vorbearbeitung wird die Oberfläche des Werkzeug-Grundkörpers 2 mit einer Beschichtung 4 versehen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Gesamtschichtdicke C der Beschichtung 4 füllt dabei die Vertiefungen 7 aus und übersteigt die Höhe der Erhebungen 6.
In Achsrichtung a gesehen, ergibt sich somit für das Material der Beschichtung 4 infolge der Oberflächen-Profilierung 5 ein Hinterschnitt, so dass die Beschichtung 4 bei Benutzung des Werkzeugs 1 sehr fest auf dem Grundkörper 2 haftet.
In Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausführung bzw. Lösung zu sehen. Die Vorbearbeitung des Werkzeug-Grundkörpers 2 ist analog zur Lösung gemäß Fig. 2 und Fig.3 vorgenommen, d. h. es wurde zunächst die Oberflächen-Profilierung 5 in den glatt bearbeiteten Werkzeug-Grundkörper 2 eingebracht. Der Verlauf der Profilierung entspricht derjenigen gemäß Fig. 2.
Dann wurde allerdings vor dem Aufbringen der Beschichtung 4 zunächst durch Einsatz eines thermo-chemischen Behandlungsverfahrens ein Teil des Materials des Grundkörpers 2 in eine Schutzschicht umgewandelt. Das umgewandelte Material 8 verläuft äquidistant zur Profilierung 5 und ist mit gestrichelten Linien angedeutet. Dabei verringert sich entsprechend die Breite der Erhebungen (Stege) 6 und die Tiefe der im Querschnitt wiederum rechteckigen Lücken, wie es Fig. 4 zeigt.
Auf die so umgewandelte Materialschicht 8, d. h. auf die durch Umwandlung des Trägermaterials erzeugte primäre bzw. innere Schutzschicht wird während der Umwandlung oder anschließend die Beschichtung 4 als zweite, äußere Schicht aufgebracht, wie es Fig. 4 für das fertige Werkzeug zeigt. Dies erfolgt wiederum durch ein thermo-chemisches Verfahren oder beispielsweise durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen.
Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Lösung wird also zwischen dem Trägermaterial (Grundkörper) 2 und der Schicht 4 eine Struktur vor oder während des Aufbringens bzw. des Erzeugens der Schicht 4 auf dem Trägermaterial 2 geschaffen, die sich im umgewandelten Material 8 manifestiert.
Den Darstellungen in den Figuren 5 und 6 lassen sich Beispiele konkreter Be- schichtungen entnehmen. Die durch Umwandlung der Stege (Erhebungen) 6 und Auffüllung von Lücken (Vertiefungen) 7 erzeugte innere, porigere Schicht 8 und die darauf aufgebrachte zweite äußere Schicht 4 sind gut zu erkennen. Die innere Schicht 8 (umgewandeltes Material) besteht vorliegend aus Eisenoxiden und wächst von der Oberfläche des Grundkörpers bzw. der Profilierung aus. Die Lü- cken zwischen den Stegen (Erhebungen) werden durch die äußere Beschichtung 4 (auf)gefüllt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 bzw. Fig. 6 wurde das Trägermaterial (Werkzeug-Grundkörper) mit Eisenoxiden beschichtet bzw. Material des Grundkörpers in Eisenoxid umgewandelt. Das Trägermaterial ist vorliegend Stahl. Die maximale Dicke der Beschichtung auf dem Grundkörper beträgt in diesem Beispiel ca. 1.000 μηι.
Der strukturierte Übergang zwischen dem Trägermaterial und der Beschichtung kann je nach Anwendung optimiert gestaltet werden, so dass eine komplette Abschälung der Schicht während des Einsatzes verhindert werden kann. Hierdurch kann insbesondere die Standzeit des Werkzeugs 1 wesentlich erhöht werden.
Die Oberflächen der beschichteten Werkzeuge können vor oder während des Einsatzes durch mechanische Bearbeitungen, z. B. Schleifen und Polieren (vor dem Einsatz) oder Walzen (während des Einsatzes), geglättet werden.
Die Glättung der Oberfläche reduziert die Reibung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück (Walzgut).
Bezugszeichenliste:
1 Warmwerkzeug
2 Werkzeug-Grundkörper
3 Arbeitsbereich
4 Beschichtung
5 Oberflächen-Profilierung
6 Erhebung
7 Vertiefung
8 umgewandeltes Material
a Achsrichtung
B Länge
D Höhe
A Abstand
C Gesamtschichtdicke
Next Patent: ELECTRO-OPTICAL SWITCHING ELEMENT AND ELECTRO-OPTICAL DISPLAY