DE19536507A1 - Verfahren zum Herstellen großer ringförmiger Werkstücke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen großer ringförmiger Werkstücke, insbesondere Ringbandagen für verschleißfeste Preßwalzen, durch einen heißisostatischen Preßvorgang.

Derartige Werkstücke, insbesondere Ringbandagen, die auf einen Walzenkörper einer Preßwalze aufgebracht werden, sind im Stand der Technik bereits durch heißisostatisches Pressen (HIP) hergestellt worden. Die für den heißisostatischen Preßvorgang verwendbaren Werkstoffe weisen sehr gute Verschleißeigenschaften auf, weshalb so hergestellte Ringbandagen bevorzugt zur Anwendung kommen sollen. Das heißisostatische Pressen erfolgt jedoch bei hohem Druck und hoher Temperatur, die möglichst gleichmäßig auf das gesamte Werkstück aufgebracht werden sollen, so daß die dafür geeigneten Vorrichtungen (HIP-Anlagen) in ihrer Größe stark begrenzt sind. Dadurch ergibt sich als wesentlicher Nachteil, daß die Begrenzung in den Abmessungen der Ringbandagen deren Einsatz bisher nur in relativ kleinen Preßwalzen zugelassen hat. Zur Zeit können durch HIP-Anlagen Bandagendurchmesser von ca. 1 m, in Ausnahmefällen bis ca. 1,2 m, hergestellt werden. Der Anwendungsbereich solcher Bandagen soll sich jedoch auch auf das Brikettierpressen, Kompaktieren, die Gutbettzerkleinerung, Mahlwerke und zahlreiche andere Verfahren erstrecken lassen. Hierzu sind aus wirtschaftlichen Gründen jedoch oftmals größere Bandagendurchmesser erforderlich.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch das ringförmige Werkstücke mit Abmessungen hergestellt werden können, die oberhalb der größtmöglichen durch die HIP-Anlage herzustellenden Abmessungen liegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Ringrohling durch den heißisostatischen Preßvorgang mit durch die HIP-Anlage vorgegebenen Abmessungen hergestellt wird, der anschließend durch einen Warmformvorgang auf andere, bevorzugt größere, Abmessungen gebracht wird.

Nach dem heißisostatischen Pressen weist der Ringrohling noch eine sehr gute Plastizität auf, die für einen anschließenden Warmformvorgang in vorteilhafter Weise genutzt werden kann. Dadurch können relativ kostengünstig durch den Warmformvorgang andere Abmessungen oder Profilierungen, als durch die HIP-Anlage vorgegeben, hergestellt werden. Somit können die durch die HIP-Anlage vorgegebenen Abmessungsbegrenzungen der ringförmigen Werkstücke relativ kostengünstig überwunden werden. Dies spielt auch bei kleineren Abmessungen eine entscheidende Rolle, da HIP-Anlagen sehr aufwendig gestaltet und teuer sind. Bei einigen HIP-Werkstoffen hat der Warmformvorgang zusätzlich noch eine Gefügeverbesserung zur Folge. Günstigerweise kann der Rohling im Durchmesser vergrößert werden, da sich dadurch für Ringbandagen die entsprechenden Kostenvorteile ergeben.

Durch die Erfindung können Vergrößerungen erzielt werden, die im Bereich von größer 1 : 1 bis 3 : 1, bevorzugt größer 1 : 1 bis 2 : 1, liegen. Das bedeutet zum Beispiel für eine HIP-Anlage, die Bandagen mit 1 m Durchmesser herstellen kann, daß eine Aufweitung auf einen Durchmesser von 2 m erfolgen kann. Eine derart drastische Vergrößerung des Rohlings vergrößert den Anwendungsbereich der Ringbandagen um ein beträchtliches.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Rohling im wesentlichen vollständig aus einem HIP-Werkstoff hergestellt. Selbstverständlich stellt der Rohling genügend Material bereit, um die nach dem Warmformen notwendigen Abmessungen der Ringbandage zu erlangen.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß der Rohling aus einem auf einen geeigneten Grundwerkstoff aufgebrachten HIP-Werkstoff hergestellt wird, wobei der Grundwerkstoff bezüglich des Warmformvorgangs auf den HIP-Werkstoff abgestimmte Eigenschaften aufweist. Als Grundwerkstoff kommt insbesondere Stahl in Frage. Wichtig ist hierbei, daß das Material Eigenschaften aufweist, die beim Warmformvorgang nicht zum Ablösen der HIP-Schicht von diesem führt. Diesen Umständen kann natürlich auch durch entsprechende Warmformbedingungen entgegengewirkt werden. Entscheidend sind jedoch im wesentlichen die Eigenschaften der Werkstoffe.

Bei einer weiteren Ausführungsform müssen die Werkstoffe ebenfalls aufeinander abgestimmt werden, damit beim Warmformvorgang der Verbund erhalten bleibt. Hierbei wird der Rohling aus unterschiedlichen HIP-Verbundmaterialien hergestellt, so daß die spätere Bandage an verschiedenen Bereichen, z. B. am Innen- und Außenumfang unterschiedliche Materialien aufweisen.

Eine einfache Art und Weise den Warmformvorgang auszuführen besteht darin, daß der Rohling während des Warmformvorgangs durch Schmieden über einen Dorn und/oder Aufweiten über einen Konus vergrößert wird. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere bei der Herstellung kleinerer Abmessungen.

Um größere Abmessungen herzustellen, kann der Warmformvorgang günstigerweise durch Ringwalzen erfolgen.

Hierbei kann darauf geachtet werden, daß beim Ringwalzen im wesentlichen lediglich eine Radialaufweitung des Rohlings erfolgt, so daß die Axialabmessungen im wesentlichen beibehalten werden, wenn dies gefordert ist.

Die Verwendung einer Ringwalze mit einer auf den Außenumfang des Rohlings aufdrückenden Hauptwalze und einer auf dem Innenumfang des Rohlings aufdrückenden Walzendorn hat sich als besonders günstige Variante erwiesen. Hierdurch kann nämlich durch die Auswahl der Durchmesser und des Durchmesserverhältnisses von Hauptwalze und Walzendorn der Abwalzungsgrad am Innen- und Außenumfang eingestellt werden. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn der Rohling aus mehreren HIP-Verbundmaterialien, die unterschiedliche Walzbedingungen erfordern, hergestellt werden soll. So kann z. B. am Innenumfang durch einen dünneren Walzendorn eine größere Abwalzung erfolgen.

Durch das Ringwalzen kann auch eine eventuell geforderte Profilierung des ringförmigen Werkstückes erzeugt werden. Eine derartige Profilierung hängt von dem jeweiligen Einsatzzweck der Ringbandage ab.

Bei einer weiteren Variante kann der Warmformvorgang durch Walzen der Stirnflächen des Rohlings erfolgen, was insbesondere den Vorteil mit sich bringt, daß auch in Axialrichtung des ringförmigen Werkstücks unterschiedliche HIP- oder HIP- und Grundwerkstoffe miteinander verbunden werden können.

Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Ringbandage für Preßwalzen, die durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.

Bei solchen Ringbandagen ist es von besonderem Vorteil, wenn der Enddurchmesser größer ist, als der größte durch die HIP-Anlage herzustellende Durchmesser eines Rohlings.

Ergänzend sei nochmals darauf hingewiesen, daß die guten Verschleißeigenschaften des HIP-Werkstoffes, und dessen durch das heißisostatische Pressen erlangter Zusammenhalt durch die Warmformung im Bereich der gängigen Schmiedetemperaturen (z. B. 1000 bis 1200°C) nicht nachteilig beeinflußt werden. Die Erfindung stellt somit ein sehr wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung ringförmiger Werkstücke größerer Abmessungen bereit.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Rohling und eine fertige Bandage einer ersten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht,

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Warmformvorganges zur Herstellung der Bandage aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Rohling und eine fertige Bandage einer zweiten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Ringbandage in einer Querschnittsansicht.

Fig. 5 einen Rohling und eine fertige Bandage einer weiteren Ausführungsform einer Querschnittsansicht.

In der Fig. 1 ist ein ringförmiger Rohling 1 und eine aus diesem hergestellte Ringbandage 2 dargestellt. Der Rohling 1 weist einen Außendurchmesser D_R. und einen Innendurchmesser d_R auf und besteht aus einem einzigen HIP-Werkstoff. Die Herstellung des Rohlings 1 erfolgt durch heißisostatisches Pressen mittels hohem Druck und hohen Temperaturen in einer nicht dargestellten HIP-Anlage. Die z.Zt. größtmöglich herzustellenden Durchmesser D_R. von ringförmigen Werkstücken liegen ungefähr bei 1,2 m. Während des Warmformvorganges wird der Rohling 1 zur Bandage 2 umgeformt. Die Bandage 2 weist einen Außendurchmesser D_B und einen Innendurchmesser d_B auf. Die Vergrößerung der Durchmesser von Rohling 1 zur Bandage 2 beträgt bei dieser Ausführungsform etwa 1,7 : 1. Der Rohling 1 weist entsprechende dickere Wandstärken auf, damit bei der Bandage 2 die entsprechend erforderliche Wandstärke erreicht wird. Die erforderliche Materialmenge an HIP-Werkstoff hängt im wesentlichen von den Volumenverhältnissen ab.

Die in Fig. 2 gezeigte schematische Vorrichtung zum Warmformen umfaßt eine angetriebene Hauptwalze 3, die auf dem Außenumfang 4 des Rohlings aufsitzt und einen auf den Innenumfang 5 des Rohlings 1 aufgepreßten Walzendorn 6. Zusätzlich sind zur Einhaltung der Axialmaße des Rohlings 1 Axialwalzen 7 vorgesehen. Die Hauptwalze 3 weist einen Durchmesser d_H und der Walzendorn einen Durchmesser d_W auf. Durch die Auswahl geeigneter Durchmesser d_H und d_W läßt sich der Abwalzungsgrad am Innen- und Außenumfang 5, 4 beeinflussen, wodurch die Verformung entsprechend am Außen- und Innenumfang 4, 5 optimiert wird. Hierbei spielt auch das Durchmesserverhältnis zwischen Hauptwalze 3 und Walzdorn 6 eine maßgebliche Rolle.

Der Rohling 1 wird, wie in Fig. 2 zu erkennen ist, kontinuierlich vom Warmumformwerkzeug auf die Abmaße der Ringbandage 2 gewalzt. Durch den relativ plastischen HIP-Werkstoff, der sich bei diesem Umformvorgang ungefähr auf Schmiedetemperatur befindet entsteht eine Ringbandage 2 von gutem Gefügeaufbau und genauen Abmessungen.

In Fig. 3 ist ein Rohling 1 sowie eine Ringbandage 2 zu sehen, die aus zwei verschiedenen HIP-Werkstoffen 8 und 9, die jeweils ringförmig angrenzend aneinander angeordnet sind, aufgebaut ist. Die Werkstoffe 8, 9 sind durch das heißisostatische Pressen in eine zur Weiterbehandlung günstigen maßlichen Anordnung gebracht worden. Bei derartigen Verbundstoffen ist es sehr wichtig, daß die beiden HIP-Werkstoffe 8, 9 aufeinander abgestimmt sind, so daß z. B. ein Voreilen des äußeren Werkstoffes 8 während des Warmformvorgangs und somit ein Lösen der beiden Werkstoffe 8, 9 voneinander nicht stattfindet. Bei dieser Ausführungsform eignet sich die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung ganz besonders. Durch die Abstimmung der Durchmesser von Hauptwalze 3 und Walzdorn 6 aufeinander können beide Werkstoffe 8, 9 mit unterschiedlichem Abwalzungsgrad verformt werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß während der Warmformung sich die beiden Werkstoffe 8, 9 nicht voneinander lösen und der feste Verbund auch bei der fertigen Ringbandage 2 erhalten bleibt. Die endgültigen Dicken der Schichten der Werkstoffe 8, 9 muß bereits beim Rohling 1 entsprechend Berücksichtigung finden.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Ringbandage 2 gezeigt, die eine Profilierung aufweist. Der Rohling 1 kann eine entsprechende Vorform aufweisen, aus der dann mittels Warmformung auf die Abmessungen der Ringbandage 2 geformt wird. Die Hauptwalze 3 und der Walzdorn 6 weisen ebenfalls entsprechende Profilierung auf. Somit können die unterschiedlichsten Profilierungen am Außen- und Innenumfang 4, 5 erzeugt werden, die den unterschiedlichsten Anwendungen zugute kommen.

In Fig. 5 ist ein Rohling 1 und eine Ringbandage dargestellt, bei der zwei Werkstoffe axial hintereinander angeordnet sind. Hierbei kommt sowohl die Kombination von mehreren HIP-Werkstoffen als auch von einem HIP- mit einem anderen Grundwerkstoff in Frage. Der Warmformvorgang kann demnach durch eine hauptsächlich axiale Abwalzung entlang der Stirnflächen erfolgen.

Derartige Bandagen werden z. B. für Brikettierpressen, Kompaktiermaschinen, Maschinen zur Gutbettzerkleinerung, für Mühlen und zahlreiche andere Anwendungen eingesetzt. Insbesondere können die Bandagen 2 mit speziellen Eigenschaften für die unterschiedlichsten Anwendungen ausgeführt sein.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen großer ringförmiger Werkstücke, insbesondere Ringbandagen (2), für verschleißfeste Preßwalzen, durch einen heißisostatischen Preßvorgang, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringrohling (1) durch den heißisostatischen Preßvorgang mit durch die HIP-Anlage vorgegebenen Abmessungen hergestellt wird, der anschließend durch einen Warmformvorgang auf andere, bevorzugt größere, Abmessungen gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (1) im Durchmesser vergrößert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung im Bereich größer 1 : 1 bis 3 : 1, bevorzugt größer 1 : 1 bis 2 : 1 liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (1) im wesentlichen vollständig aus einem HIP-Werkstoff hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (1) aus einem auf einen geeigneten Grundwerkstoff aufgebrachten HIP-Werkstoff hergestellt wird, wobei der Grundwerkstoff bezüglich des Warmformvorgangs auf den HIP-Werkstoff abgestimmte Eigenschaften aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (1) aus unterschiedlichen HIP-Verbundmaterialien (8, 9) hergestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (1) während des Warmformvorgangs durch Schmieden über einen Dorn und/oder Aufweiten über einen Konus vergrößert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmformvorgang durch Ringwalzen erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Warmformvorgang im wesentlichen lediglich eine radiale Aufweitung des Rohlings (1) erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringwalzen mit einer am Außenumfang (4) des Rohlings (1) aufdrückenden Hauptwalze (3) und einem am Innenumfang (5) des Rohlings (1) aufdrückenden Walzdorn (6) erfolgt, wobei durch die Auswahl der Durchmesser (d_H, d_W) und des Durchmesserverhältnisses von Hauptwalze (3) und Walzdorn (6) der Abwalzungsgrad am Innen- und Außenumfang (5, 4) eingestellt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest durch das Ringwalzen eine Profilierung des ringförmigen Werkstückes erzeugt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmformvorgang durch Walzen der Stirnflächen des Rohlings (1) erfolgt.

13. Ringbandage für preßwalzen, dadurch gekennzeichnet, daß diese durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.

14. Ringbandage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß deren Enddurchmesser größer ist, als der größte durch die HIP-Anlage herzustellende Durchmesser (D_R) eines Rohlings (1).