DE3884286T2

DE3884286T2 - Verbinden von Bändern zu Flachprofilen mit mehreren Höhen.

Info

Publication number: DE3884286T2
Application number: DE88305709T
Authority: DE
Inventors: Roderick Leslie Dair; Paul A Dion; Armenag Iskenderian
Original assignee: Polymetallurgical Corp
Current assignee: Polymetallurgical Corp
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2008-06-23
Also published as: CN1030375A; KR890000174A; EP0296839B1; EP0296839A3; KR920004270B1; EP0296839A2; JPS6478689A; DE3884286D1

Description

Verbinden von Bändern zu Flachprofilen mit mehreren Höhen

Die Erfindung betrifft im allgemeinen die Herstellung von Mehrfachstreifen-Metallbändern und bezieht sich insbesondere auf eine Methode der Herstellung solcher Streifen mit ein oder mehreren relativ dünnen Bandsegmenten, welche ein Breiten-Dicken-Verhältnis größer als 50 : 1 besitzen.
Mehrfachstreifenbänder sind durch eine vielzahl von bekannten Methoden produziert worden, einschließlich beispielsweise kontinuierlichem Gießen, kontinuierlichem heißen Schmieden, kontinuierlichem Walzen, Hämmern oder Bearbeiten, Schweißen und Strangpressen.
Ein kontinuierlich gegossenes Produkt hat eine relativ rauhe Oberfläche und eine niedrige Festigkeit entsprechend der "geschmiedeten Kristallstruktur". Weiterhin kann lediglich eine Legierung zur gleichen Zeit gegossen werden und dieses auch nur bei relativ geringen Geschwindigkeiten im Bereich von 20 - 152 cm pro Minute.
Kontinuierliches Schmieden ist auch charakterisiert durch relativ geringe produktionsgeschwindigkeiten und geringe Genauigkeit, außerdem haben die resultierenden Produkte eine relativ rauhe Oberfläche und machen es notwendig, weitere Bearbeitung vorzunehmen mit dem Ziel, die gewunschte Oberfläche, Endverarbeitung und Toleranzen zu erreichen.
Kontinuierliches Pressen benötigt mehrfache Pressendurchgänge, wobei jede einzelne Presse speziell bearbeitet werden muß. Zwischenzeitliches Tempern ist normalerweise notwendig, und das resultierende Produkt ist oftmals mit nicht gleichmäßigem Druck beaufschlagt, welches in Verwindungen resultiert, d.h. es entstehen leichte Wölbungen und Verdrehungen.
Hämmern und Bearbeiten bringt das Wegschneiden und Entfernen von Metall mit sich, wodurch entsprechende Mengen Schrott produziert werden. Die Produktionsgeschwindigkeiten sind wieder relativ gering, normalerweise im Bereich von 1,2 - 2,5 m pro Minute, aufgrund der in weiten Bereichen bestehenden Notwendigkeit, außerordentlichen Hitzeaufbau in den Produkten und den Schneidwerkzeugen zu vermeiden. Die resultierende Produktoberfläche ist ebenfalls häufig gerieft durch Schrammen im Schneidwerkzeug.
Schweißen benötigt eine hohe Energieguelle zum Schmelzen des Metalls und gleichzeitigem Verbinden. Es sind Dickenunterschiede produziert auf der Seite der Schweißung, und das Schweißgebiet ist charakterisiert durch eine relativ geringe Festigkeit entsprechend der geschmiedeten Kristallstruktur. Weiterhin sind die Schweißnähte Gegenstand von Unzulänglichkeiten wie beispielsweise Blasen-Löcher und ungenügende Durchdringung. Die Schweißraten übersteigen gerade 6,1 m pro Minute, und unlösliche Materialien, wie beispielsweise Silber und Nickel, können durch diese Techniken nicht verbunden werden.
Strangpressen ist begrenzt auf ein Metall oder eine Legierung zur gleichen Zeit und gleichzeitig nur auf solche Metalle, welche eine niedrige Rekristallisationstemperatur und einen niedrigen Elastizitätsmodulus besitzen, das sind z.B. Kupfer, Silber und Aluminiumlegierungen. Metall, welches nicht gleitet wie z.B. Nickel und die Platingruppenmetalle können nicht stranggepreßt werden.
Viele der im vorhergehenden Genannten Schwierigkeiten verschlimmern sich, sobald das Breiten-zu-Dicke-Verhältnis der dünnsten Sektion des gewünschten Endproduktes zunimmt. Wenn dieses Verhältnis einen Wert von 50 : 1 übersteigt, wird es nahezu unmöglich, ein akzeptables Produkt in einer kommerziell verwertbaren Menge mit einer der oben beschriebenen konventionellen Methoden erfolgreich zu produzieren.
Die Herstellung von zusammengesetzten Streifen mit Hilfe der Fest-Phasen-Verbindung ist ebenfalls bekannt. Jedoch haben Schwierigkeiten, welche von unterschiedlichen Anpreßdrücken und daraus resultierenden Verdrückungen bisher es verhindert, daß diese Methode von der Entwicklung erfolgreich in die Produktion von Mehrlagenprodukten mit 10 einem Breite-zu-Dicke-Verhältnis, welches ungefähr 50 : 1 übersteigt, überführt wurde.
Ein generelles Ziel dieser Erfindung ist es, eine verbesserte Methode zur Produktion eines Mehrfachstreifen- Metallbandes darzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile und Probleme des Standes der Technik vermeidet.
Die Schrift AT-B-373 210 beschreibt eine Methode zur kontinuierlichen Herstellung eines Mehrfachstreifen- Metallbandes aus mindestens zwei Metallbändern mit unterschiedlicher Dicke bestehend aus folgenden Schritten:
i. Erhitzung des Metallstreifens auf eine" Fest-Phasen-Verbindungstemperatur;
ii. Führen des Streifens in einen Preßspalt, welcher durch ein Paar von Arbeitswalzen gebildet wird, wobei die aneinanderliegenden Ecken der genannten Streifen derart angeordnet sind, daß sie in einer geringfügig überlappenden Relation zueinander stehen;
iii. Walzen der Streifen in einem Preßspalt zur Erzeugung der Fest-Phasen-Bindung der überlappenden Anteile entlang der genannten Verbindungsteile, während gleichzeitig die Dicke des Streifens reduziert wird; und
iv. Beaufschlagen des zusammengesetzten Streifens mit einer Streckkraft, während er den Preßspalt verläßt.
Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen - lediglich als Beispiel - näher beschrieben:
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 2, 3 und 4 sind vergrößerte Teilansichten, welche entlang der Linien 2-2, 3-3, 4-4 aus der Figur 1 entnommen sind;
Figur 5 ist eine vergrößerte Sicht eines Teils der Figur 4, welche die Verbindungsflächen zwischen den aneinanderliegenden Bändern zeigt; und
Figur 6 und 7 sind Schnittansichten, welche andere typische zusammengesetzte Mehrfachstreifen-Bänder des Types, welcher mit der Methode gemäß der Erfindung produziert werden kann, zeigt.
Figur 1 zeigt eine Vielzahl von individuellen Metallstreifen A, B und C, welche von Lagerrollen 10 abgerollt werden und direkt in einen einzigen Preßspalt geführt werden, welcher aus einem Paar von Arbeitsrollen 12, 14 definiert ist. Die Streifen können das gleiche oder unterschiedliche Metalle oder Legierungen beinhalten. Hochmodule Metalle wie Stahl können verwertet werden, wie auch Metalle, welche nicht gleiten oder Metalle, welche eine hohe Rekristallisationstemperatur besitzen. Wie es in Figur 2 am besten gesehen werden kann, hat die untere Walze 14 eine zylindrische Oberfläche 16, während die obere Walze 12 endständige Bünde 18 aufweist, welche durch Nuten 22 von einer zentralen Faß-Sektion 20 getrennt sind.
Die individuellen Streifen A, B und C werden anfangs auf eine Fest-Phasen-Verbindungstemperatur mit Hilfe einer elektrischen Kraftquelle 24, welche einerseits bei 26 zu einer der Arbeitswalzen und andererseits bei 28 durch Schleif- oder Rollkontakte zu jedem der Streifen verbunden ist. Die derart erhitzten Streifen laufen in eine Kammer 30 ein, welche eine oxidreduzierende Atmosphäre, wie z.B. Wasserstoff enthält. Eine Führung 32 leitet die Streifen von der Kammer 30 in den Preßspalt. Wie in Figur 3 gezeigt, sind die eintretenden Streifen A, B und C parallel ausgerichtet, wobei ihre benachbarten Kanten in einer überlappenden Relation zueinander angeordnet sind. In dieser besonderen Ausführung ist der Zentralstreifen B dünner und breiter als die beiden randständigen Streifen A und C.
Die derart ausgerichteten Streifen werden im Preßspalt gewalzt, um eine Fest-Phasen-Verbindung ihrer überlappenden Kanten zu erzeugen, während gleichzeitig die Dicke der Bänder reduziert wird. Die so gewalzten Bänder verlassen den Preßspalt als ein zusammengesetztes Mehrfachstreifen-Band S, welches einen gestuften Querschnitt mit drei Segmenten A', B' und C' besitzt. Das Zentralsegment oder Band B' ist dünner als die beiden außenliegenden Segmente A' und C' und hat ein Breiten-zu-Dicken-Verhältnis größer als 50 : 1. Die Verbindungsfläche zwischen den Segmenten B' und C' ist in Figur 5 gestrichelt bei 34 angezeigt. Diese Zwischenfläche erstreckt sich lateral von beiden Seiten der Referenzebene P, welche die Stufe beinhaltet, und stellt eine kontinuierlich sichere Verbindung zwischen den Segmenten dar. Eine ähnliche, jedoch spiegelbildlich angeordnete Verbindungsfläche ist zwischen den Segmenten A' und B' erzeugt. Der vorhandene Querschnitt hat eine bearbeitete oder kalt bearbeitete Kristallstruktur, welche eine gute Festigkeit und Streckbarkeit zur Verfügung stellt.
Eine Zugvorrichtung 36 ist eingesetzt, um den zusammengesetzten Streifen S, welcher den Preßspalt verläßt, zu strecken. Die Zugkraft, welche dem zusammengesetzten Band auferlegt wird, überschreitet die Streckstärke dieses Materials zur Zeit und gehobenen Temperaturbedingungen, mit welchen es den Preßspalt verläßt.
Da die Bänder A, B und C mit unterschiedlichen Querschnitten miteinander verbunden sind, um die gewünschte Endform zu erhalten, sind ungleichmäßige innere Spannungen minimiert und nachfolgend durch das Auferlegen von höherer im wesentlichen gleichförmiger Zugspannungen erzeugt durch die Zugaktion der Zugvorrichtung 36 ausgelöscht. Deshalb können größere Prozentanteile von Dickenreduktion erzeugt werden in den Überlappungsgebieten der Bänder, um die Fest- Phasen-Verbindung zu verbessern, ohne daß Verwindungen, Wellungen oder ähnliche Verwerfungen erzeugt werden.
Nach der Auferlegung durch Zugstreß mit der Zugvorrichtung 36 kann der zusammengesetzte Streifen durch eine bewegliche Metallschere 38 oder ähnliches in diskrete Längen unterteilt werden. Alternativ kann das zusammengesetzte Band in aufgewickelter Form auf eine Wickelvorrichtung (nicht gezeigt) gesammelt werden.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele verdeutlichen die Erfindung:
Drei Kupferstreifen A, B und C werden entsprechend der vorhergehenden Beschreibung verarbeitet. Jeder der Streifen A, C hat eine Breite von 41,27 mm und eine Dicke von 5,08 mm. Der Zentralstreifen B hat eine Breite von 52,9 mm und eine Dicke von 1,04 mm. Die Streifen werden widerstandserhitzt auf eine Temperatur über 538ºC und werden dann durch eine Wasserstoffatmosphäre in der Kammer 30 geleitet, bevor er in den Pressenspalt unter den Bedingungen, wie sie in Figur 3 gezeigt sind, geführt wird. Während des Walzens werden die Streifen jeweils bezüglich ihrer Dicke zwischen 30-50 % reduziert, während die Gebiete der Kantenüberlappung eine stärkere Reduktion bezüglich der Dicke um ungefähr 69 % erfahren. Fest-Phasen-Verbindung wird erreicht in den überlappenden Gebieten. Die Querschnittskonfiguration des resultierenden zusammengesetzten Bandes S war, wie es in der Figur 4 gezeigt ist. Die Segmente A' und C' hatten eine Breite von 38,1 mm und eine Dicke von 3,2 mm, und das zentrale Bandsegment B' hat eine Breite von 50,8 mm und eine Dicke von 0,66 mm, welches ein Breiten-zu-Dicken-Verhältnis von 76,923 ausmacht.
Das gespannte zusammengesetzte Band wurde einer Streckspannung im Bereich von 1379,105 N/m² unterzogen, bevor es in diskrete Längen durch eine Blechschere unterteilt wurde. Die resultierenden zusammengesetzten Bandlängen liegen flach ohne Verwindung, Wellung oder andere Verbiegungen an einem der Segmente A', B' und C'.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist nicht begrenzt auf die Produktion von zusammengesetzten Bändern, wie es in Figur 4 gezeigt ist. Andere und unterschiedliche Querschnittskonfigurationen sind möglich. So wie es gezeigt wird in der Figur 6, kann das zentrale Bandsegment B' dicker als die Seitensegmente A', C' sein. Alternativ wie es in Figur 7 gezeigt ist, können die seitensegmente A', C'aus gegenüberliegenden Oberflächen des zusammengesetzten Bandes herausragen. Es gibt aber nur einige von Variationen, welche durch Fest-Phasen-Verbindung von zwei oder mehr Metallstreifen im Einklang mit der vorliegenden Erfindung möglich sind.
Das beschriebene System ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb bei Produktionsraten bis zu 12,19 in pro Minute und vielleicht höher. Die Verbindung wird durchgeführt und eine endgültige Form in einem einzigen Preßspalt produziert, ohne einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt wie Tempern, Schleifen, Polieren usw. zu benötigen. Die resultierende Oberflächengüte ist die von Grundwerkzeug Stahlwalzen, das ist 508,106 mm RMS oder weniger. Das verbundene Produkt hat eine bearbeitete oder kalt bearbeitete Kristallstruktur, welche eine gute Festigkeit und Dehnbarkeit ohne interne Diskontinuitäten und Unzulänglichkeiten derart, wie sie geschweißte Produkte charakterisieren. Verglichen mit konventionellen Walz- oder Bearbeitungsmethoden ist der Schrottabfall minimal, welches es ermöglicht, akzeptable Produktionsausbeute von 90 % und besser zu erreichen. Das beschriebene System kann Bänder mit Bandsegmenten produzieren, welche ein Weiten-zu-Dicken- Verhältnis von größer als 50 : 1 besitzt, mit extremer Konturgenauigkeit und Reproduzierbarkeit.

Claims

1. Eine Methode zum kontinuierlichen Produzieren eines Mehrfachstreifen-Metallbandes (5) aus mindestens zwei Metallbändern (A, B, C) unterschiedlicher Dicke mit:

i. Erhitzen der Metallbänder (A, B, C) auf eine Fest-Phasen-Verbindungstemperatur;

ii. Führen der Bänder in einen Walzenspalt bestehend aus einem Paar von Arbeitswalzen, mit den angrenzend liegenden Kanten der genannten Bänder (A, B, C) in gegenseitig überlappender Weise angeordnet;

iii. Walzen der Bänder in den Walzenspalt um die Fest- Phasen-Verbindung der überlappenden Anteile zu erzeugen entlang der jeweiligen Verbindungsschnittstellen (34), welche sich über eine Referenzebene (P) senkrecht zur Ebene der Bänder erstreckt, während gleichzeitig die Dicke des Bandes reduziert wird; und

iv. Aufbringen von Zugkräften auf das zusammengesetzte Band, welches aus dem Walzenspalt herauskommt;

gekennzeichnet dadurch, daß

v. die erhitzten Bänder werden durch eine oxidreduzierende Atmosphäre vor dem Schritt (2) hindurchgeführt, derart, daß die Dicke der Bänder über die gesamte Breite reduziert wird mit einem maximalen Prozentanteil, die Dickenreduktion, welche im Durchgang durch den Walzenspalt erzeugt wird im Gebiet der Überlappung der gegenüberliegenden Kanten, die gewalzten Bänder, welche den Walzenspalt verlassen, mit einem gestuften Querschnitt mit mindestens zwei Segmenten (A', B', C') unterschiedlicher Dicke angeordnet auf gegenüberliegenden Seiten der Referenzebene (P).

2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Breiten-Dicken-Verhältnis von mindestens einem der Segmente (A', B', C') größer als 50 : 1 ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusammengesetzte Band mit einer ebenen Oberfläche (16) und einer gestuften Oberfläche (18, 20, 22) gewalzt ist.

4. Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß folgender weiterer Schritt vorgesehen ist:

vi. Unterteilung des zusammengesetzten Bandes in diskrete flache Längen.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Längszug den Kraftgrenzwert des zusammengesetzten Bandmaterials übersteigt zur Zeit und zu den Bedingungen, in welchen das Band den Walzenspalt verläßt.

6. Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstärken durch Herausziehen des zusammengesetzten Bandes aus dem Walzenspalt ausgeübt werden.