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Verfahren und Vorrichtung zum Strangpressen von Hohlkörpern grosser Länge
Das Strangpressen von Rohren und andern Hohlprofilen aus Stahl und andern schwer verformbaren Metallen bzw. Legierungen ist umso vorteilhafter, je höher dessen Stundenleistung ist. Bis heute neigt man dazu, diese Leistung zu steigern, indem man die Anzahl der stündlichen Pressungen durch Verminderung der Dauer der Arbeitszyklen der Pressen erhöht, aber ohne hiebei das Gewicht des in einer Pressung vorgeformten Metalls zu erhöhen. Die Ursache hiefür ist, dass beim Strangpressen eines Produktes in einer Presse mit vorgegebener Kraft weder die Länge noch der Durchmesser des Blocks vergrössert werden kann.
Die Länge des verpressten Rohres ist proportional der Austrittsgeschwindigkeit und der Dauer des Pressvorganges. Bis heute gestatten die Schmierbedingungen keine höhere Geschwindigkeit als 6 bis 8 m/sec und die Abnutzung der Matrize begrenzt diese Dauer auf 3 bis 4 sec, so dass bei einer wirtschaftlichen Herstellung die Rohre nicht mehr als 25 bis 30 m lang werden können.
Für eine Presse bestimmter Kraft, die mit einem Dorn mit gegebenem Durchmesser arbeitet, ist der Aufnehmerdurchmesser durch die Notwendigkeit der Anwendung eines Druckes begrenzt, der wenigstens gleich dem grössten der zu Beginn und während des Pressvorganges notwendigen Drücke ist.
Wenn man zwichen dem Block und dem Dorn, sowie zwischen dem Block und dem Aufnehmer gemäss der franz. Patentschrift Nr. 966. 773 ein geeignetes glasartiges Schmiermittel benutzt, erreicht der Druck sehr schnell seinen Normalwert, der während des gesamten Vorganges aufrechterhalten wird.
Trotzdem kann man während einer sehr kurzen Periode am Anfang des Pressvorganges einen Druck registrieren, der um 20 bis 40% höher als der Normaldruck ist.
Im letzteren Fall ist die gesamte verfügbare Kraft beim Pressvorgang nicht angewendet und die Überschussenergie wird als Wärme an jene Flüssigkeit abgegeben, welche den Druck überträgt.
Bei Untersuchungen wurden die Kräfte aufgezeichnet, und es wurde gefunden, dass die plötzlichen unsymmetrischen Erscheinungen, die mit einem Anlauf unter dem Höchstdruck verbunden sind, eine Exzentrizität des Dornes, ein ungleichförmiges Stauchen der Schmierscheibe, eine schädliche Erosion der Werkzeuge und eine Ermüdung der hydraulischen Ventile und Rohrleitungen hervorrufen.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, das vordere Ende des Dornes geringfügig abzuschrägen, um diesem die Form eines kurzen Kegelstumpfes zu geben. Das Arbeiten mit dieser Vorrichtung verlangt ein schwieriges Manöver des Dornes, damit das vordere Ende des Kegelstumpfes des Dornes zu Beginn des eigentlichen Pressvorganges mit dem Anfang der zylindrischen Öffnung der Matrize zusammenwirkt, wie immer auch die Länge des Blockes, die Dicke der Schmierscheibe und der Hub des Stempels während des Stauchens vor dem Pressvorgang auch sein mögen.
Wenn dieser Zustand nicht verwirklicht wird, sind das Verformungsverhältnis und folglich der Druck zu Beginn des Arbeitsvorganges nicht bekannt. Aber dieses schwierige Manöver ist während einer industriellen Produktion von hoher Leistung unmöglich. Zusätzlich beraubt dieser Umriss des Dornes das gepresste Produkt einer vorteilhaften Anfangsführung, die man gewöhnlich erhält, indem man den Dorn über die Matrize hinaus beträchtlich verlängert.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Beim erfindungsgemässen Verfahren zum Warmstrangpressen von schwer verformbaren Metallen und Legierungen zu Hohlkörpern grosser Länge,
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mit einer Strangpresse, worin der Stempel und der Dorn vor dem Anfang des Strangpressens relativ zueinander unbeweglich sind, ist vorgesehen, dass sofort nach dem Stauchen, am Anfang des Strangpressens ein kleineres Innenprofil, als gewünscht, gebildet wird, indem ein vorderer, einen kleineren als dem gewünschten Endprodukt entsprechenden Querschnitt aufweisender Abschnitt des Domes mit der Matrize zusammenwirkt, und unmittelbar darauf durch Zusammenwirken des einen gleichbleibenden,
aber dem gewünschten inneren Profil entsprechenden Quersrhr'itt aufweisenden Hauptabschnittes des Domes mit der Matrize das gewünschte Innenprofil bei stets gleichbleibendem Aussenprofil erzeugt wird.
Die Erfindung wird nun nachstehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben : Fig. 1 zeigt ein Druckdiagramm einer bekannten Presse, wobei die Abszissen proportional dem Stempelhub und die Ordinaten proportional den auftretenden Drücken sind. Der Höchstdruck ist bei--A--dargestellt.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Dorn, Fig. 3 einen Axialschnitt durch die Matrize und Fig. 4 ein Druckdiagramm bei einer erfindungsgemässen Ausführung.
Gemäss Fig. 2 besteht der erfindungsgemässe Dorn aus einem zylindrischen Abschnitt-l-der den gewünschten inneren Umriss bestimmt, sowie einem zylindrischen Ende--3--das vor dem vorderen Ende--2--des zylindrischen Abschnittes--l--vorgesehen ist, dessen Querschnitt wesentlich kleiner als der des Abschnittes--l--ist. Der vordere Vorsprung--3--ist mittels der Kante--2--durch eine Fläche geeigneter Formgebung verbunden, z. B. durch einen kurzen Kegelstumpf.
Fig. 3, wo die gleichen Bezugsziffern verwendet werden, zeigt einen vergrösserten Axialschnitt der Matrize--4--, beim Beginn des Strangpressens eines Blockes--5--, wobei der Dorn erfindungsgemäss ausgebildet ist.
Wenn die Durchmesser des zylindrischen Abschnittes--l--und der Öffnung der Matrize --4-- zum Strangpressen eines Rohres der Wanddicke--e--gewählt werden, ist es verständlich, dass zu Beginn des Strangpressens ein Rohr verpresst wird, dessen Wanddicke--E--grösser als --e-- und genau bestimmt ist, wenn nur irgendein Teil des zylindrischen Abschnittes--3--zu Beginn mit der Matrize zusammenarbeitet.
Fig. 4 zeigt den Druckverlauf unter diesen Bedingungen. Es ist ersichtlich, dass der Druck--A-- zu Beginn des Arbeitsvorganges so herabgesetzt wurde, dass er den während des Pressvorganges herrschenden Normaldruck nicht übersteigt.
Da kein Überdruck--A--vorhanden ist, kann man den Aufnehmerdurchmesser auf einer Presse mit gegebener Kraft auch erhöhen.
Es ist auch noch zu bemerken, dass das Eliminieren des Überdruckes eine beträchtliche Verminderung der Abnutzung der Matrize mit sich bringt. Die Dauer des Strangpressens kann auf 10 sec erhöht werden. Man kann ferner das übliche Schmiermittel durch ein anderes mit geringerer Viskosität ersetzen, wodurch die Austrittsgeschwindigkeit des Produktes auf 12 bis 15 m/sec gesteigert werden kann.
Es ist günstig, die Länge des Hauptabschnittes-l-des Domes in Funktion des längsten zu erwartenden Weges zu berechnen, der von dem Stempel während des vor dem eigentlichen Strangpressen geschehenen Stauchens zurückgelegt wird. Es ist weiters günstig, dem reduzierten zylindrischen Abschnitt --3-- eine Länge zu erteilen, die wenigstens 5% dieses oben genannten Weges beträgt. Zweckmässigerweise wird diese Minimallänge genügend überschritten, um die anfängliche Führung des stranggepressten Produktes in bekannter Weise zu gewährleisten.
Die Erfindung ist in gleicher Weise auf kreisförmige oder nicht kreisförmige Querschnitte des Hauptabschnittes des Domes anwendbar.
Jener Teil des stranggepressten Produktes, der gemäss der Erfindung eine grössere Wanddicke aufweist, muss abgeschnitten werden. Seine Länge kann durch richtige Wahl der Form und Lage des Stempels streng begrenzt werden. Hiebei ist zu beachten, dass
1. durch die Vergrösserung der in einem einzigen Arbeitsgang hergestellten Länge die relative Bedeutung dieses Abfalles empfindlich vermindert wird und
2. wenn die stranggepressten Rohre in einem Streckreduzierwalzwerk verkleinert werden, entspricht diese auf dem reduzierten Rohr abzuschneidende Länge ungefähr der Länge, die wegen der Verzögerung des Streckeffektes abgeschnitten werden muss, wenn auch die reduzierten Rohre aus gewöhnlichen Luppen herkommen. Daher tritt bei dem erfindungsgemässen Verfahren kein zusätzlicher Verlust auf.
Nachstehend werden zwei Beispiele der Erfindung beschrieben, die den Rahmen derselben jedoch nicht beschränken. Das zweite Beispiel entspricht einer Kombination des erfindungsgemässen Verfahrens
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mit dem Verfahren nach der franz. Patentschrift Nr. 1. 491. 539.
Beispiel l : Vorgesehen ist eine Presse zum Strangpressen von Stahl mit einer Presskraft von 3000 t, die einen Aufnehmerdurchmesser von 232 mm, eine Matrize von 46 mm öffnungsdurchmesser und einen Dorn mit einer Gesamtlänge von 870 mm aufweist, der von seinem hinteren Ende an einen Zylinder mit 39 mm Durchmesser und 750 mm Länge aufweist, dessen vorderes Ende die grosse Basis eines Kegelstumpfes mit einer Höhe von 20 mm ist, wobei die kleine Basis des Kegelstumpfes einen Durchmesser von 18 mm besitzt und der Querschnitt eines vorderen Zylinders mit der Höhe von 100 mm ist.
In den Aufnehmer wird ein hohler Block aus gewöhnlichem Stahl mit 220 und 42 mm Durchmesser und einer Länge von 870 mm eingefügt, wobei ein für hohe Auslaufgeschwindigkeit geeignetes glasartiges Schmiermittel verwendet wird. Dieser Block wird gestaucht und in 5 sec zu einem Rohr von 66, 2 m Länge verpresst.
Bei Anwendung der bekannten Technik, um das Risiko einer überbelastung der Presse auszuschalten, wäre es notwendig gewesen, einen Aufnehmerdurchmesser von 190 mm zu verwenden, wodurch vom Stempel eine die Sicherheitsnormen übersteigende Wirkung verlangt werden würde.
Beispiel 2 : Vorgesehen ist eine Presse zum Strangpressen von Stahl mit einer Presskraft von 1500 t, die einen Aufnehmerdurchmesser von 148 mm, eine Matrize mit 30, 8 mm öffnungsdurchmesser und einen Dorn mit e i ner Gesamtlänge von 730 mm aufweist, der von seinem hinteren Ende an einen Kegelstumpf mit einer Höhe von 33 mm, einem Neigungswinkel von 5 (ist gleich halber Kegelspitzwinkel) und einer kleinen Basis von 25, 3 mm Durchmesser aufweist, welch letztere der hintere Querschnitt eines Zylinders mit einer Höhe von 597 mm ist, dessen vorderer Querschnitt die grosse Basis eines Kegelstumpfes mit einer Höhe von 20 mm ist, dessen kleinere Basis mit einem Durchmesser von 14 mm der hintere Querschnitt eines vorderen Zylinders von 80 mm Höhe ist.
In den Aufnehmern wird ein hohler Block aus gewöhnlichem Stahl mit Durchmessern von 140 bzw. 29 mm und einer Länge von 700 mm eingeführt. Hiebei wird der Block mit einem für eine hohe Auslaufgeschwindigkeit geeigneten glasartigen Schmiermittel in bekannter Weise versehen. Der Block wird gestaucht und in 3, 6 sec zu einem Rohr von 40, 9 m Länge verpresst.
Der gleiche Arbeitsvorgang wird neunmal wiederholt, ohne dass die Matrize oder der Dorn abgenutzt sind. Die Oberfläche des gezogenen Produktes ist sowohl an der Innen-als auch an der Aussenseite vorzüglich.
Bei der Gesamtheit der so hergestellten Rohre sind 50% der gemessenen Exzentrizitäten geringer als 3, 9%, hingegen überschreiten bei mit bekannten Verfahren hergestellten Rohren gleicher Stahlsorte und gleicher Abmessungen, 50% der gemessenen Exzentrizitäten 5, 5%.
Bei den bekannten Verfahren wäre es notwendig gewesen, den Aufnehmerdurchmesser auf 126 mm und die Blocklänge auf nur 500 mm zu begrenzen, wodurch die Länge des verpressten Produktes 25 m nicht überschritten hätte.
Der Hauptabschnitt--l--des Domes kann beliebige Querschnittsformen aufweisen, z. B.
Kreise, Ellipsen mit oder ohne Rippen, Dreiecke, Viereck, Rechtecke, Vielecke u. dgl. m. oder deren Kombinationen. In all diesen Fällen ist es ohne weiteres möglich bzw. sogar günstig und wirtschaftlich, dem vorderen Ende--3--und dem Kegelstumpf --2-- kreisförmigen Querschnitt zu geben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Warmstrangpressen von schwer verformbaren Metallen und Legierungen zu Hohlkörpern grosser Länge, mit einer Strangpresse, worin der Stempel und der Dorn vor dem Anfang
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wird, indem ein vorderer, einen kleineren als dem gewünschten Endprodukt entsprechenden Querschnitt aufweisender Abschnitt (3) des Dornes mit der Matritze (4) zusammenwirkt, und unmittelbar darauf durch Zusammenwirken des einen gleichbleibenden, aber dem gewünschten inneren Profil entsprechenden Querschnitt aufweisenden Hauptabschnittes (l) des Dornes mit der Matrize (4) das gewünschte Innenprofil bei stets gleichbleibendem Aussenprofil erzeugt wird.
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