NO823028L - Fremgangsmaate og apparat til forbehandling av ikke-jernmetall for plastisk deformasjon - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

og et apparat til forbehandling av nonferrometall for en kontinuerlig plastisk deformasjon, hvor overflatepartier av metallet som skal deformeres stort sett ikke utgjør overflatepartier av materialet etter deformasjonen.

Det er kjent mange forskjellige fremgangsmåter for plastisk deformasjon av metaller, såsom senkesmiing, trekking, ekstrude-ring og dyptrekking. Dersom derved overflatepartier av emnet eller andre metalldeler før deformasjonen blir værende partier av overflaten, slik det vanligvis er tilfelle ved metalltråd-

og stangtrekkeoperasjoner, vil forurensninger som oksyder på overflaten også foreligge i metalloverflaten etter deformasjon, men ofte i en mye lavere konsentrasjon eller sjikttykkelse som følge av at overflatearealet er blitt økt betydelig under deformasjonen. Ved trekking av matriser og andre aktive overflater på plastisk deformasjonsverktøy er det vanlig å tilsette smøremidler for å senke friksjon, og slike midler blir også værende på metall-overf laten og forårsaker ikke skade, blir fordelt over et mye større område under deformasjonen, og kan dersom det er ønskelig lettvint fjernes etterpå.

Situasjonen er en annen for deformasjonsmetoder hvor partier av metallet som før deformasjon befinner seg på overflaten i betydelig grad liggende inne i metallet etter deformasjonen. Dette er særlig tilfellet ved tverrekstrusjon av metall som til-føres ved hjelp av en friksjonsvalse til ekstrusjonsrommet, hvor metallets overflateareal i mange tilfeller etter deformasjonen kan bli betydelig mindre enn overflatearealet før deformasjon.

En slik fremgangsmåte, særlig for aluminium og kobber,

er kjent som "Conform"-prosessen for kontinuerlig ekstrusjon av f.eks. metall fra en kontinuerlig støpeprosess (se f.eks. Society of Manufacturing Engineers Technical Paper MF76-40 7,

Dearborn Michigan: Eric Hunter: Continuous Extrusion by the Conform Process).

Forurensninger, såsom fett og olje og oksydsjikt, vil ved en slik fremgangsmåte til største del befinne seg i det indre av sluttproduktet, hvor de kan gi betydelige ulemper. Deler som er utsatt for spenninger, f.eks. rør under indre fluidumtrykk, kan derved revne. Det er av og til viktig at slike forurensninger senker den elektriske ledningsevne. Slik forurensning vil delvis foreligge på sluttproduktets utvendige overflate på en uregel-messig, ujevn og lokalt begrenset måte, og dette gir også mange ulemper, f.eks. at de ikke kan anodiseres jevnt, og at der er ujevnhet og ruhet på overflaten, noe som påvirker produktets utseende negativt og er ufordelaktig ved andre behandlinger og operasj oner.

Det har vært forsøkt å finne en løsning på slike problemer ved mekanisk avskalling eller bortskjæring av et tynt sjikt av materialet før deformasjon, f.eks. et sjikt med en tykkelse på mellom 0,8 og 1,4 mm. Deformasjonsmetoder av den type som den foreliggende oppfinnelse er knyttet til, utføres normalt med metall hvis tverrdimensjoner ikke er over 25 mm. Dette betyr at sjiktet som avskalles gir en høy prosentandel avfallsmateri-ale, og dessuten krever avskallingen eller bortskjæringen mye energi, og det er ikke tillatelig å smøre knivene for denne behandling, idet smøremiddel vil gi de ovennevnte ulemper.

Det er et formål med oppfinnelsen å frembringe en løsning på de beskrevne problemer for derved å unngå de nevnte ulemper.

Dette er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at metallet, umiddelbart før den plastiske deformasjon og mens det tilføres til en deformasjonsanordning kontinuerlig og synkront med dette og umiddelbart før det kommer til deformasjonsanordningen sprøy-tes med et væskeformet deoksydasjons- og rensemiddel.

Som deoksydasjons- og rensemiddel er det mulig å anvende "Grisal 4506" eller et tilsvarende produkt fremstilt av Henkel, som begge har en pH på ca. 13,5. Dette er et middel på basis av sterk alkali, hovedsakelig basert på natriumhydroksyd (kaus-tikksoda) og inneholdende fosfater, karbonater og salter, men uten silikater, fuktemidler, nitrater og nitritter. Ved anven-delse av et slikt middel for noen typer aluminiumlegeringer, f.eks. de som inneholder magnesium, silisium, og/eller mangan, vil det bli værende et beleggsjikt som inneholder ett eller flere av disse metaller på metallegemet som behandles, og det foretrek-kes derved å sprøyte metalloverflaten med en syre, såsom salpetersyre, umiddelbart etter sprøyting med det alkaliske middel. Etter denne sprøyting bør metallet skylles, f.eks. ved sprøyting med vann, for å fjerne eventuelle rester av rensemidlet umiddelbart etter sprøyting med det alkaliske og/eller sure middel. Tørking, f.eks. med varm luft, vil bli utført etter skyllingen med vann, men ifølge oppfinnelsen må også disse trinn foregå mens metallet beveger seg til deformasjonsanordningen og er i bevegelse gjennom sprøyte-, skylle- og tørketrinnene umiddelbart oppstrøms for deformasjonsanordningen sett i metallets bevegelsesretning.

Beiseanordninger og -metoder for behandling av overflater på metallegemer er kjent i mange forskjellige utførelser.

Det er imidlertid ikke foreslått tidligere å rense og de-formere metallet samtidig, slik at det renses ved sprøyting umiddelbart før en kontinuerlig plastisk deformasjonsmetode og mens det beveges med samme hastighet som det tilføres dertil. Det er vanlig å utføre beisingen før plastisk deformasjon av metallet på en slik måte at den er atskilt fra deformasjonen og ikke foregår kontinuerlig og synkront med denne. Tråd- og båndmetall til-føres ofte til beiseanordningen som spoler som avspoles for å passere gjennom anordningen og som spoles opp til en spole igjen etter behandlingen (US-patentskrift 2.279.217). Det er også mulig å spole opp metallet, f.eks. som trådmateriale, til en spole som mates gjennom et beisebad uten avspoling.

Beising av materiale i spoleform tar mye tid på grunn av spolenes kompakte masse. I beisebad, enten metallet er i spoleform eller mates i avspolt tilstand gjennom badet, foregår det vanligvis eksoterme kjemiske reaksjoner mellom beisevæske og oksyder etc., slik at det på metallet dannes et tynt dampsjikt som hemmer beisingen ved en minskning av kontakten mellom bad og metall. Ved den kontinuerlige sprøyting ifølge oppfinnelsen opptrer ikke denne ulempe, og dette muliggjør mye hurtigere rensing umiddelbart før og synkront og kontinuerlig med deformasjonen .

Oppspolingen etter beising har den ulempe at den gjør den totale anordning og fremgangsmåten betydelig mer komplisert og krever mer tid, men særlig ved en deformasjonsmetode som den foreliggende oppfinnelse benyttes i forbindelse med er det av største viktighet at metallet ikke får tid til å danne et nytt oksydsjikt, selv om dette ville være meget tynt. Dette unngås ifølge oppfinnelsen, men dersom det er ønskelig er det mulig å føre metallet gjennom et rom med en inert atmosfære på i og for seg kjent måte mellom det siste sprøytetrinn og deformasjonsanordningen, noe som gir ytterligere sikkerhet mot dette fenomen.

Oppfinnelsen kan anvendes både for sammenhengende metall-strenger, bånd, tråder eller stenger, f.eks. slik disse forlater en kontinuerlig støpeanordning, og for separate metalldeler, f.eks. for avfallsmetall, såsom gamle aluminiumvindus- og -dør-rammer, som er delt i mindre deler og som har f.eks. anodiserte eller liknende belagte eller behandlete overflater. Slike mindre deler kan mates gjennom en sprøyteanordning og til en deformasjonsanordning, begge ifølge oppfinnelsen, anbrakt på et trans-portørbånd av trådduktype, hvorved matingen til deformasjonsanordningen foregår ved tømming, skyving eller pressing. Dersom ut-gangsmaterialet er en kontinuerlig eller meget lang profil med lite tverrsnitt og lett bøybar, f.eks. en tråd, kan denne være i spoleform når den mates til sprøyteanordningen hvoretter den mates kontinuerlig ifra spolen ved avspoling av denne gjennom sprøyteanordningen og til deformasjonsanordningen. Avspolingen og matingen gjennom sprøyteanordningen og til deformasjonsanordningen kan foregå ved hjelp av deformasjonsanordningens trekke-virkning eller ved hjelp av dennes direkte mateinnretning. Det har vist seg at en sprøytetid på 8 sekunder i de fleste tilfeller gir et meget godt resultat.

Apparatet til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det omfatter en transportør for føring av metallet til en anordning for den plastiske deformasjon i en kontinuerlig bane, og en sprøyteanordning for sprøyting av metallet med et deoksydasjons- og rensemiddel under denne bevegelse.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet mer detaljert i det etter-følgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser et skjematisk planriss av apparatet.

Fig. 2 viser et vertikalt (eller horisontalt) snitt av ekstruderingsanordningen som anvendes sammen med det. Fig. 3 viser et snitt i større målestokk gjennom sprøyte-anordningen etter linjen III-III i fig. 1. Fig. 4 viser klemvalser som skal anvendes umiddelbart etter sprøytebehandlingen. Fig. 1 viser skjematisk et forråd 1 for metallet som skal behandles. Dette forråd kan være avgangen fra en kontinuerlig støpeanordning, f.eks. i og for seg kjent vertikalt nedadrettet støping av et bånd, en lang stang eller tråd av enkel tverrsnittsform, f.eks. av en aluminiumlegering. Der kan imidlertid også være et hjul som inneholder en lang, oppspolt tråd eller bånd på dette punkt. Metallegemet derfra mates først til en første sprøyteseksjon 2. Om nødvendig bøyes det vertikalt støpte metall-legeme til en horisontal retning, og ved innløpet til sprøyte-seks j onen 2 kan der være vertikale styrevalser og horisontale strekkvalser, f.eks. i to par som er anordnet etter hverandre og som hver omfatter to samvirkende valser i samme plan vinkelrett på metallegemets horisontale bevegelsesretning. Som det fremgår av fig. 3 er denne sprøyteseksjon utformet som en beholder 3 med et deksel 4, som normalt lukker beholderen 3 fullstendig. Beholderen 3 er utformet med et. antall rør 5 for sprøyting av væske, anordnet i vertikalplan med innbyrdes samme avstander. Væsken tilføres ved hjelp av et tilførselsrør 6 som løper langs beholderen og som for hvert rør 5 har et grenrør 7. I fig. 1 angir hver vertikal prikkstreket linje i beholderen et rør 5,

og bare tre av rørene 7 er vist der. Rørene 5 er vist anordnet langs beholderens 3 utside, men de kan løpe langs beholderveggens innside. Hvert rør 5 har et antall sprøytedyser 8 inne i beholderen og fordelt jevnt i dennes lengde og innrettet til å rette en kraftig stråle av sprøytevæske mot metallet som passerer gjennom beholderen og som styres gjennom midten av beholderen. Dersom metallegemet er tilbøyelig til å sige for mye er det enkelt, slik det er vanlig i tilsvarende situasjoner, å anordne under-støttende knekter eller valser med hensiktsmessige innbyrdes avstander i beholderen.

Ved beholderens innløp og utløp kan der være stive endevegger med en liten åpning som tillater passasje av metallet,

og dersom det er ønskelig å lukke beholderen fullstendig rundt metallet kan disse endevegger bestå av én eller flere gardiner eller plater av syntetisk gummi eller et egnet elastisk plastmateriale som lukker beholderens endeflater rundt metallegemet. Dersom det er ønskelig kan andre endevegger være montert dersom et metallegeme med forskjellig tverrsnitt skal sprøytes.

Hovedtilførselsrøret 6 for sprøyting av væske mates ved hjelp av en pumpe 9 fra et reservoar 10. Væsken som sprøytes på metallet i beholderen tømmes ut av denne gjennom to eller flere åpninger 11, som er anordnet i bunnen og som er forbundet med et tømmerør 13, hvorfra den således oppsamlete, forurensete væske resirkuleres til reservoaret 10 gjennom et rør 14. Der er anordnet filtreringsanordninger og om ønsket andre anordninger (ikke vist) for rensing av denne resirkulerte væske og fjerning av oksydpartikler etc. fra den før den kommer inn i reservoaret 10.

I beholderens 3 nedstrømsende er det anordnet ledevalser

12 som i fig. 1 er vist med vertikal akse og som også er vist i fig. 4. Disse ikke bare leder metallegemet, men også klemmer det sammen når det passer i spor i valsenes omkrets, som vist for en sirkelrund stang i fig. 4. Dersom metallegemet har en annen tverrsnittsform kan sporene i valsenes omkrets være forskjellig slik at de er tilpasset til nevnte tverrsnittsform. Valsene 12 kan også ha horisontal akse, og der kan være to sett valser 12, et med horisontal og et med vertikal akse. Dersom metallegemet er i form av et flatt bånd kan det være anordnet valser med horisontal akse og med enkel, sylindrisk form. Disse valser 12 kan ha en ytre omkrets av et elastisk materiale, såsom en syntetisk gummi eller polytetrafluoretylen, og være i kontakt med metallegemet under svakt trykk for å fjerne så mye av væsken som kleber til metalloverflaten som mulig ved å klemme metallet mellom motstående valser.

Fra beholderen 3 føres metallegemet til en andre sprøyte-seksjon 15, som er kortere enn seksjonen 12 og som tjener til å sprøyte metallegemet med en annen væske, f.eks. for mange aluminiumlegeringer med en syre, såsom salpetersyre. Tilførsel og resirkulering av væsken foregår ved hjelp av samme anordninger som beskrevet for sprøyteseksjonen 2, idet der er et reservoar 16 for denne væske, samt en pumpe, filter, rør etc. til og fra dette reservoar etc., men disse deler er ikke vist. Denne sprøyte-seksjon 15 vil ha samme form på beholderen, sprøyte- og ledeanord-ningene, valsene 12 og dekslene i endeveggene som beskrevet for seksj on 2 .

Fra seksjonen 15 passerer metallegemet til en sprøytesek-sjon 17 som mates med skyllevann fra et reservoar 18 og som er utformet som en tilsvarende beholder som sprøyteseksjonene 2

og 15 med tilførselsrør, pumpe og returrør slik som beskrevet for seksjonen 2, men denne seksjon 17 kan ha en tilførsel fra

vannreservoaret uten en separat pumpe og returrør til reservoaret 18, men tømming av vannet til en egnet renseanordning og derfra til f.eks. det kommunale avløpssystem.

Umiddelbart opp til sprøyteseksjonen 17 er der en tørke-seksjon 19 med en tørkeanordning for metallet, fortrinnsvis ved hjelp av tørr, oppvarmet luft som strømmer med høy hastighet og turbulent langs metallet for hurtig tørking av dette. Luften kan ledes til og fra ved hjelp av ledeplater slik at den passerer metallet atskillige ganger mellom et innløp og et utløp. En elek-trisk oppvarmingsanordning kan være anordnet i denne seksjon sammen med vifter for sirkulasjon av luften i anordningens hus til og langs varmeanordningen og deretter over metallet, hvorved luften derved kan sirkulere inne i anordningen slik at bare en liten del av den trekkes gjennom et utløp for avgivelse av vann-dampen og erstatning med tørr luft gjennom et innløp. For metall som skal behandles og som er meget følsomt for hurtig oksydasjon kan det anvendes en inert gass istedenfor luft.

Fra denne tørkeanordning føres metallegemet 21 som skal behandles inn i en deformasjonsanordning 20, som er vist separat og noe skjematisk i fig. 2 og som representerer en "Conform"-anordning slik som beskrevet av Hunter, nevnt ovenfor, hvor overflaten av metallet (her en stang eller et bånd 21) som kommer inn i anordningen stort sett ikke utgjør noen del av overflaten til det ekstruderte produkt. Båndet eller stangen 21 mates inn i et spor i en roterende valse 23 som stangen eller båndet passer i. Valsen 23 dreies i den retning som er vist med pil.

En sko 24 er opplagret ved 25, skyves ved hjelp av en fjærende kraft 26 mot valsen 23 og har en avtrappet del for å hindre ytterligere bevegelse av det innkommende metallegeme 21. Ved friksjon i sporet 22 på valsen 23 og i kontakt med skoen

24 som holder metallegemet i god kontakt med sporet oppvarmes metallegemet og settes som følge av friksjonen og den kontinuerlige tilførsel forårsaket av friksjonen som trekker og skyver metallet opp til en del 27, under høyt trykk. Det myknes derved og ekstruderes sideveis, i fig. 2 gjennom en åpning 28 i skoen, men der kan være en ekstruderingskanal vinkelrett på tegnings-planet, slik at metallet forlater anordningen i en retning som er vinkelrett på tilførselsretningen, som vist med en pil 29

i fig. 1. Der kan på kjent måte være mer enn én ekstruderings-åpning. De kan ha alle former og også om ønskelig innviklete

former. Anordningen kan ha vilkårlig ønsket stilling, f.eks.

kan aksen for valsen 23 være vertikal.

Der kan være transportørvalser som trekker metallegemet

21 mot seg selv og mater det til anordningen. Trekkingen med slike valser, og også, uten slike valser, valsens 23 friksjon på metallet kan trekke metallegemet fra forrådet 1 i fig. 1 helt gjennom sprøyteanordningen slik som beskrevet, slik at styre-organene i sistnevnte anordning ikke behøver å drive metall-legemet.

Dersom det er ønskelig å behandle atskilte metalldeler, såsom metallavfall, blant annet oppdelte vindus- og dørrammer, behandles disse deler på samme måte, men de må selvfølgelig under-støttes i hele sprøyteanordningens lengde. For dette formål kan det være anordnet en båndtransportør 30, som er vist med stiplet linje i fig. 3 og som løper fra metallforrådet 1 gjennom alle sprøytebeholderne 3, 15, 17 og tørkeanordningen 19 til ekstru-sjonsanordningen 20. Båndet 30 kan være et metallbånd av trådmateriale, om ønskelig belagt med et lag av plastmateriale som er bestandig mot sprøytemidlene.

Båndet 30 må tømme metalldelene direkte i deformasjonsanordningen 20, og dette kan utføres ved å anordne en liten trakt i hele sonen, f.eks. nøyaktig på eller nær det punkt hvor hen-visningstall 20 er anbrakt, og båndet 30 vil deretter slutte direkte over denne lille trakt. Denne trakt vil bringe metalldelene umiddelbart inn i sporet 22 på valsen 23 for å bli ført videre, komprimert og oppvarmet ved friksjon samt ekstrudert.

Metallet som skal behandles sprøytes ved hjelp av sterke stråler fra dyser 8 i sprøyteseksjonen 2 med en sterk alkalisk væske slik som beskrevet ovenfor. Derved frigjøres forurensninger fra metallet, og valsene 12 og eventuelt gardinen i beholderens 3 endeflate fjerner mye av sprøytevæsken som hefter til metallet. Dersom metallet er av en type som gjør det nødvendig å sprøyte med en syre etterpå, sprøytes metallet med en løsning av 30% salpetersyre i vann i sprøyteseksjonen 15. Dersom det ikke er nødvendig med noen slik behandling kan man la være å benytte seksjonen 15 eller fjerne denne eller også anvende den til sprøy-ting av metallet med det alkaliske middel eller med et alkalisk middel med en noen annen sammensetning. I seksjonen 17 skylles metallet med vann, som kan være forbehandlet for å fjerne hardhet eller regulere surhet. I seksjonen 19 tørkes metallet, og umiddel bart deretter kommer det inn i deformasjonsanordningen 20.

Alkaliske midler, såsom det ovennevnte "Grisal", er kommer-sielt tilgjengelige som pulver. En egnet sprøytevæske fremstilles av disse ved å løse dem i vann til dannelse av en løsning som inneholder ca. 3 vekt% av pulveret. Denne væske oppvarmes fortrinnsvis til en temperatur på høyst 70°C, fortrinnsvis ca. 55°C, noe som gir en sterk grensevirkning uten for mye damp. Det vil være anordnet en oppvarmingsanordning og en temperaturregulerings-anordning, ikke vist, i systemet for reservoaret 10 og dets rør som forbinder det med beholderen 3.

Salpetersyre-sprøytevæsken i sprøyteseksjonen 15 tilføres fortrinnsvis ved romtemperatur.

Skyllevannet som sprøytes i seksjonen 17 har fortrinnsvis også noe høyere temperatur, såsom 55°C eller noe høyere, for å fjerne restene fra sprøytevæsken fra de tidligere sprøytesek-sjoner mer effektivt og fullstendig i løpet av det meget korte tidsrom som er tilgjengelig og for at metallegemet som kommer inn i tørkeseksjonen 19 med en høyere temperatur skal tørke hurtigere .

Oppfinnelsen er ment å utøves på duktile, nonferrometaller, særlig aluminium og kobber, og mange av deres legeringer.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til forbehandling av duktilt nonferrometall for en kontinuerlig plastisk deformasjonsbehandling hvor overflatepartier av metallet som skal deformeres stort sett ikke utgjør overflatepartier i metallet etter deformasjonen, karakterisert ved at metallet umiddelbart før den plastiske deformasjon og mens det tilføres til en deformasjonsanordning (20) sprøytes (ved 2,15) kontinuerlig og samtidig dermed og direkte før det ankommer til deformasjonsanordningen med et væskeformet deoksydasjons- og rensemiddel.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at metallets overflate etter sprøyting med deoksydasjons- og rensemidlet skylles (ved 17) og tørkes (ved 19).

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at metallet etter sprøytingen med det alkaliske middel (ved 2) sprøytes med et surt middel (ved 15).

4. Apparat til forbehandling av et duktilt nonferrometall for en kontinuerlig plastisk deformasjonsbehandling hvor overflatepartier av metallet som skal deformeres stort sett ikke utgjør overflatepartier av metallet etter deformasjonen, karakterisert ved at det omfatter en transpor-tøranordning for å føre metallet til en anordning (20) for den plastiske deformasjon i en kontinuerlig bane, og en sprøyteanord-ning (2,15) for sprøyting av metallet med et deoksydasjons- og rensemiddel under denne bevegelse.

5. Apparat i samsvar med krav 4, karakterisert ved en deformasjonsanordning (20) som er utstyrt med dens egen transportøranordning (23) for tilførsel av metallet i form av et langt, sammenhengende legeme til anordningens deformasjons-innretning, hvorved transportøranordningen for føring av metallet langs sprøyteanordningen hovedsakelig består av ledeorganer for metallet uten positiv drift idet deformasjonsanordningens (20) transportøranordning (23) trekker metallegemet gjennom sprøyte-anordningen (2,15) .

6. Apparat i samsvar med krav 4, karakterisert ved at det mellom sprøyteanordningen (2,15) og deformasjonsanordningen (20) er anordnet en klemanordning (12) som er innrettet til å danne anlegg mot metallet i form av et langt sammenhengende legeme for å klemme av væske som hefter til metallegemet.

7. Apparat i samsvar med krav 6, karakterisert ved at klemanordningen (12) omfatter minst én valse med et spor hvori metallegemet som skal behandles passer, idet valsen har en sporoverflate av et elastisk materiale.

8. Apparat i samsvar med krav 4, karakterisert ved at sprøyteanordningen (2,15) omfatter et stort sett horisontalt og stort sett lukket rør (3) med styreorganer for styring av metallet som skal behandles gjennom røret og er utstyrt med et antall sprøytedyser (8) som er rettet mot metallet i røret (3) og fordelt over rørets (3) lengde.

9. Apparat i samsvar med krav 4, karakterisert ved en første renseanordning (2) for sprøyting av alkalisk væske på metallet som skal behandles, en andre renseanordning (15) for sprøyting av sur væske på metallet, en skylleanordning (17) samt en tørkeanordning (19).

10. Apparat i samsvar med krav 4, for behandling av separate, usammenhengende metalldeler, karakterisert ved et transportbåndsystem (30) som løper langs sprøyteanordningen og er innrettet til å bære metalldelene langs denne og mate dem i en gjennomgående bevegelse til deformasjonsanordningen.