Werner Lueg

Zieh- und Einstoßversuche an Rundstäben aus Stahl

Als Versuchswerkstoff wurde ein beruhigt vergossener, alterungsbestandiger Siemens-Martin-Stahl gewahlt. Um den Einflus unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zu vermeiden, wurden samtliche Ziehstabe aus einund derselben Schmelze hergestellt. Die fur verschiedene Nenn-Enddurchmesser in Tabelle 1 zusammengestellten Ergebnisse der chemischen Analysen bestatigen die erzielte Gleichmasigkeit des Ziehgutes. In der gleichen Tabelle sind auch die mechanischen Kennwerte des Werkstoffs im Anlieferungszustand eingetragen, die allerdings etwas mehr streuen.

Bisherige Kenntnisse, Aufgabenstellung

Zur ersten rechnerischen Behandlung der Mechanik des Ziehvorganges wurde ein homogener Spannungszustand vorausgesetzt. So machte G. SACHS [1] in seiner altesten Theorie des Drahtziehens die Annahmen, das die Langszugspannungen uber dem Querschnitt des Werkstuckes gleich und die Hauptnormalspannungen stets parallel und senkrecht zur Drahtachse gerichtet seien. Das plastische Gebiet wird dabei durch die Kreisflachen am Eintritt und Austritt der Ziehduse begrenzt. Er ubertrug damit die in der Elastizitatstheorie haufig gemachte Voraussetzung vom Ebenbleiben der Querschnitte auch auf plastische Formanderungen.

Berechnung der zur Umformung erforderlichen äußeren Spannungen

Die bisherigen Berechnungen haben gezeigt, welchen Beanspruchungen jedes Werkstoffteilchen beim Durchlaufen der Umformzone ausgesetzt ist. Im folgenden sollen nun die fur eine Vorausbestimmung des Kraftbedarfs wichtigen mittleren Spannungen behandelt werden, die an den Randern des Gleitlinienfeldes den auseren Spannungen das Gleichgewicht halten.

Ermittlung des Spannungszustandes nach der mathematischen Plastizitätstheorie

Beim Ziehen und Einstosen sind die plastischen Formanderungen im allgemeinen so gros, das die elastische Verformung vernachlassigt werden darf. In den folgenden Berechnungen wird deshalb im Anschlus an die bisherige Plastizitatstheorie ein starr-plastischer Korper vorausgesetzt. Daruber hinaus soll der Korper auch als ideal-plastisch angesehen werden. Obwohl damit die Kaltverfestigung nicht berucksichtigt wird, scheint der idealplastische Korper nach E.G.THOMSEN [21] dennoch das geometrische Formanderungsverhalten der Werkstoffe bei der bildsamen Formgebung im wesentlichen richtig zu beschreiben. Als Beweis fur diese Annahme fuhrt THOMSEN die Ergebnisse von visioplastischen Versuchen beim Fliespressen von Blei und Aluminium an, also von Werkstoffen mit stark unterschiedlichem Verfestigungsverhalten. Dabei zeigte sich, das bei beiden Werkstoffen Richtung und Grose der Teilchengeschwindigkeit sowie die Verteilung der auf die Formanderungsfestigkeit bezogenen Spannungen nur von den geometrischen Randbedingungen und nicht vom Verfestigungsverhalten abhingen. Nahere Angaben uber die Durchfuhrung solcher visioplastischen Versuche finden sich u.a. bei E.G.THOMSEN und J.FRISCH [22] sowie bei T.F.JORDAN [23].

Auswertung und Erörterung der mit Emulsionen aus handelsüblichen Walzölen erhaltenen Versuchsergebnisse

Um eine vergleichende Beurteilung der hier untersuchten Walzolemulsionen zu erleichtern, sollen in den nachfolgenden Ausfuhrungen Schmierwirkung, kennzeichnendes Verhalten und Bestandigkeit der Emulsion naher beleuchtet werden. Da Angaben uber die jeweils verwendeten Emulgatoren fehlen, sind dies die einzig sinnvollen VergleichsmaIstabe.

Versuchsergebnisse beim Walzen mit Emulsionen aus handelsüblichen Walzölen

Eine Emulsion ist die feinste tropfenformige Verteilung eines flussigen Stoffes in einem anderen flussigen Stoff. Dabei wird der Anteil, der die Tropfen bildet, mit disperser oder offener Phase, der Anteil, der die Tropfen umgibt, mit Dispersionsmittel oder geschlossener Phase bezeichnet. Bei einer Ol/Wasser-Emulsion ist Wasser das Dispersionsmittel, wahrend bei einer Wasser/Ol-Emulsion Wasser in Tropfenform im Ol als Dispersionsmittel verteilt ist. Bei technischen Emulsionen liegt als dritter Stoff ein Emulgator vor, der eine weitgehende Emulsionsbildung, z.B. beim Schutteln und Ruhren, uberhaupt erst vermittelt und gleichzeitig verhindert, daB eine Entmischung auftritt.

Versuchsergebnisse beim Walzen mit Walzölen

Die bei Verwendung verschiedener Schmiermittel am starksten beeinfluBbare MesgroBe ist die auslaufende Banddicke, wenn man bei allen Versuchen die gleiche Walzenanstellung beibehalt. Die Unterschiede in der Walzkraft, im Gesamtdrehmoment und in der Voreilung sind dagegen untereinander nur vergleichbar, wenn die gleiche Geometrie des Walzvorganges zugrundegelegt werden kann. Aus diesem Grund sollen zunachst die bei einer feststehenden Walzenanstellungsfolge erzielbaren Banddicken betrachtet werden, die schon eine gute Beurteilung der Schmierwirkung zulassen.

Versuchseinrichtung und Meßverfahren

Die Untersuchungen wurden an dem Versuchswalzwerk des Max-Planck-Instituts fur Eisenforschung in Dusseldorf durchgefuhrt. Die geharteten Chromstahlwalzen hatten etwa 200 mm Ballendurchmesser, ihre Walzenballen waren poliert und ihre Zapfen in Rollenlagern gelagert. Die Walzen wurden von Hand mit Druckschrauben angestellt, wobei der Anstellweg mit Hilfe eines Zeigers unterhalb des Anstellrades auf einem Teilkreis abgelesen werden konnte. Als Anstellweg von Stich zu Stich wurde 0,12 mm, als gleichbleibende Walzgeschwindigkeit 6,2 m/min gewahlt.

Auswertung und Erörterung der mit Walzölen erhaltenen Versuchsergebnisse

Bei der Beurteilung der Schmierwirkung eines bestimmten Schmiermittels mus in erster Linie ein Bewertungsmasstab angelegt werden, der bei allen vorkommenden betrieblichen Walzverhaltnissen angewandt werden kann. Nur so ist zunachst eine eindeutige Vergleichbarkeit verschiedenartiger Mesergebnisse und Untersuchungsbefunde moglich. Auserdem mussen die zugrundegelegten Beziehungen so beschaffen sein, daB sie mit betrieblich meBbaren Abhangigkeitsgrosen aufgestellt werden konnen.

Die neue Versuchsziehbank

Die von der Sundwiger Eisenhutte, Maschinenfabrik Grah & Co., Hemer-Sundwig, gelieferte 25 t-Bank ist in Abbldung 1 wiedergegeben. Abbldung 2 zeigt ihr Mittelteil mit Motor, Thoma-Olpumpe, Ziehringhalter und Ziehund Eindruckzange. Die ganze Anlage besteht, wie aus den Abbildungen zu ersehen ist, aus dem Zugzylinder f, der Ziehbank c, dem Ziehringhalter d, der Vorbank 1 und dem Gegenzugzylinder m. Die freie Ziehlange betragt 3 m, die Gesamtlange der Bank infolge Anordnung aller Teile in einer Achse 15 m.