AT395687B - Flachrezipient fuer strangpressen und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

AT 395 687 B

Die Erfindung betrifft einen Flachrezipienten für Strangpressen bestehend aus einer, gegebenenfalls aus mehreren Teilen gebildeten Innenbüchse mit einem unrunden Durchbruch, welcher an den Schmalseiten der Querschnittsfläche Ausrundungen auf weist, und einem, im wesentlichen konzentrisch angeordneten, vorzugsweise durch Schrumpfsitz mit der Innenbüchse verbundenen, weiteren Teil.

Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Flachrezipienten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7. Rezipienten oder Blockaufnehmer mit flachem Durchbruch oder Aufnehmerkammer werden für die Herstellung von dünnwandigen Flachprofilen aus Metallen oder Legierungen in Strangpressen eingesetzt. Der Strangpreßvorgang erfolgtzumeist isotherm, sodaß zumindest Teile, insbesondere die Innenbüchsedes Rezipienten, durch Heizmittel auf Arbeitstemperaturen von 400 °C bis 550 °C gewännt bzw. bei diesen gehalten werden. Beim Auspressen des Blockes durch eine formgebende Matrize treten in der Regel Innendrücke von 300 bis 500N/mm^ auf, welche bei Sonderwerkstoffen und/oder Sonderprofilen noch höher steigen können. Derartig hohe Druckbelastungen fuhren zu einer elastischen Verformung bzw. einer elastischen Aufweitung des Rezipienten während des Preßvorganges. Die Innenwand der Innenbüchse erfährt dadurch, insbesondere an der Schmalseite bzw. an den Ausrundungen des Durchbruches, pulsierende oder wechselnde mechanische Spannungen. Durch unstete Zugspannungen können jedoch, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, schon bei niedrigen Belastungen des Werkstoffes Risse entstehen, welche gegebenenfalls ein Auswechseln der Innenbüchse erfordern oder zum Bruch des Rezipienten führen. Um eine Rißinitiationsspannungdes Materials im Durchbruchbereich der Innenbüchse nicht zu überschreiten, wurde schon versucht, die Anzahl der konzentrisch angeordneten Bau- bzw. Stützelemente zu vergrößern und höhere Schrumpfspannungen anzuwenden. Diese Maßnahme konnte jedoch nur teilweise Abhilfe schaffen; an den Schmalseiten des Durchbruches bzw. in den Ausrundungen, insbesondere in den Querachsenbereichen,können geometrischbedingt trotzdem Spannungsspitzen mitunsteter Wirkungsdauer Materialschädigungen verursachen, die zu Rissen führen. Weiters wurde bereits versucht (DE-PS-2 417 815), in die Innenwandung der Form- bzw. Innenbüchse an deren, die höchsten Spannungen aufweisenden Bereichen eine in Preßrichtung verlaufende Nut einzuformen und diese mit einer elastischen Schweißnaht wieder zu verschließen. Nachteilig dabei ist, daß neben der Schweißnaht in der wärmebeeinflußten Zone des Werkstoffes der Innenbüchse weiterhin Rißbildung erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flachrezipienten für Strangpressen mit einem unrunden, in Querachsrichtung schmalen, durch Ausrundungen begrenzten Durchbruch zu schaffen, bei welchem bei hohen Innendrücken die Gefahr der Rißbildung auch im Bereich der Ausrundungen des Durchbruches vermieden wird und dessen Standzeit und Betriebssicherheit erhöht werden.

Zur Vermeidung von Materialbrüchen bei Druckkammern mit einer nicht-kreisförmigen Axialbohrung von Strangpressen (DE-OS-2434221) wurde auch versucht, im Innenzylinder bzw. im Außenmantel mehrere umfangsmäßig verlaufende Ausnehmungen an der Grenzfläche zwischen beiden Zylindern in den Bereichen der Schmalseiten der Bohrung über die gesamte axiale Länge von Innen- und Außenzylinder vorzusehen. Bei Innendruckbelastung werden, bedingt durch die Ausnehmungen, die Schmalseiten der Innenbüchse einer größeren Verformung ausgesetzt, wodurch ein Biegemoment und Druckkräfte in diesen Bereichen entstehen. Nachteilig dabei ist, daß die Rißinitiationsspannungen lediglich in einen Bereich größerer Wandstärke der Innenbüchse verschoben werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest im Bereich der Ausrundungen des Durchbruches die Wandungsteile in Querachsrichtung oder die Ausrundungsteile der Innenbüchse plastisch kaltverformt bzw. vorgespannt sind und nach dem Einbau bzw. der Schrumpfverbindung mechanische Spannungen aufweisen, welche in der an die Innenfläche angrenzenden Zone der Wandung oder der Ausrundungsleile Druckspannungen sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Es wurde gefunden, daß die Entstehung von Rissen in den Innenwandungen oder Innenwandungsteilen der Innenbüchse trotz hoher Innendruckbelastungen während der Strangpreßvorgänge, welche unstete pulsierende odo-wechselnde Materialbelastungen bewirken, verhindert werden kann, wenn zumindest in den Bereichen der Ausrundungen in der innenoberflächennahen Zone der Innenbüchse Druckspannungen vorliegen. Weiters wurde gefunden, daß auch beim Auftreten von Spannungsspitzen im Zugbereich diese, auch bei oftmaligem Auftreten, ohne nachteilige Wirkung sind, wenn die Höhe der Zugspannungen geringer als die Rißinitiationsspannung für den Werkstoff bei Betriebstemperatur ist Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Temperatur an der Innenoberfläche zumeist höher als im Inneren der Innenbüchse ist.

Der Erfindung liegt eine weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Rezipienten mit flachem Durchbruch zu schaffen, mit welchem in den innenoberflächennahen Zonen der Innenbüchse Druckspannungen gebildet werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den Darstellungen und der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand da Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen in schematischer Darstellung -2-

Claims (12)

1. AT 395 687 B Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Flachrezipienten, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Innenbüchse, Fig. 3 eine Spannungsverteilung in einem Wandbereich der Innenbüchse, Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Flachrezipienten mit mehrteiliger Innenbüchse, S Fig. S eine Behandlung von Ausrundungsteilen. In Fig. 1 ist ein dreiteiliger Flachrezipient (1) im Querschnitt dargestellt, welcher in Querachsrichtung (AB) einen flachen Durchbruch (2) oder eine flache Aufnehmerkammer für einen Block aufweist Der flache Durchbruch (2) ist zentrisch in einer mit Heizmittelbohrungen (32) versehenen Innenbüchse (3) angeordnet welche ihrerseits durch eine konzentrische Zwischenbüchse (4) und einen Außenmantel (5), welcher ebenfalls Heizmittelbohrungen (51) 10 aufweist umgeben ist Durch Heizstäbe oder dergleichen wird der Flachrezipient (1), insbesondere die Innenbüchse (3), auf eine Betriebstemperatur von 500° bis 540 °C gewärmt um einen weitgehend isothermen Preßvorgang zu ermöglichen. Wenn auch, wie herkömmlich durchgeführt eine Verbindung von Innenbüchse (3) mit der Zwischenbüchse (4) und weiters mit dem Außenmantel (5) durch Aufschrumpfen erfolgt entsteht während der Pressungen auf Grund von hohen Innendrücken im Durchbruch elastische Aufweitungen des Flachrezipienten (1). Geometrisch 15 bedingt werden die höchsten Zugspannungen im Mantel der Innenbüchse (3) im Bereich der Innenoberflächen (31) und (31') der Ausrundungen gebildet welche Zugspannungen eine Ursache für eine Entstehung von Rissen im Dauerbetrieb sind, wenn die Spannungen den Rißinitiationswert an der Oberfläche überschreiten. Es hat sich gezeigt, daß durch Druckspannungen an der Innenoberfläche der Innenbüchse (3) auch bei Betriebstemperaturen von 540 °C es gelingt, eine Rißbildung zu verhindern. Weiters ist es dadurch möglich, die 20 Dimensionen und/oder hohe Belastungen von Stützteilen wie Zwischenbüchse (4) und Außenmantel (5) zu verringern und wirtschaftliche Vorteile zu erreichen. Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße mechanische Behandlung einer einteiligen Innenbüchse (3). Dabei werden über Druckflächen (7) durch Druckmittel (8) zentrisch quer zur Längserstreckung (AB) des Durchbruches (2) auf die Innenoberfläche der Innenbüchse Druckkräfte aufgebracht, welche eine 25 Aufweitung bzw. Ovalität (9) der Innenbüchse bewirken. In den schmalseitigen Wandbereichen (AA') und (BB') erfolgt dabei eine Ausbildung von mechanischen Spannungen, welche bei entsprechend hohen Druckkräften in den Zonen an den Innenoberflächen (31) und (311) der Ausrundungen plastische Materialverformungen verursachen. Durch die in den Wandbereichen (AA') und (BB') über deren Dicke inhomogene Plastifizierung des Werkstoffes bilden sich bei Entlastung Druckspannungen zumindest im Bereich der Innenoberflächen (31), (31') der Aus-30 rundungen aus. Als Druckmittel (8) sind hydraulische Einrichtungen, Keile und dgl. verwendbar. Fig. 3 zeigt eine Spannungsverteilung (S) über die Wanddicke (AA') nach einer mechanischen Behandlung der Innenbüchse, wobei im Diagramm die Zugspannungen mit (Z) und die Druckspannungen mit (D) gekennzeichnet sind. In der innenoberflächennahen Zone im Bereich (A') liegen hohe Druckspannungen (d) vor, wogegen die sich daraus ergebenden Zugspannungen (z) im übrigen Wandbereich gering sind. 35 In Fig. 4 ist ein Flachrezipient (1') mit einer mehrteiligen Innenbüchse dargestellt. Die einen Durchbruch (2) bildende Innenbüchse besteht dabei aus Ausrundungskeilen (34) und (34') sowie mit Heizmittelbohrungen (32) versehenen Flachteilen (35) und (35'). EineZwischenhülse (4) und ein Außenmantel (5), welcher Heizmittelbohrungen (51) aufweist, umschließen dieLmenbüchse. Bei herkömmlichen, derart aufgebauten Flachrezipienten (1') entstehen trotz einer Segmentbauweise der Innenbüchse Oberflächenrisse im zentrischen Bereich (31), (31') der Ausrundungs-40 teile (34) und (34*). Erfindungsgemäß kann eine Rißbildung verhindert werden, wenn in einer Zone im Bereich der Innenoberflächen (31) und (3Γ) der Ausrundungsteile (34), (34') erhöhte Druckspannungen im Werkstoff vorliegen. DieFig. 5 zeigt eine Einrichtung, mit weicherauf einfache Weise Ausrundungsteile (34), (34') behandelt werden können. Dabei wird auf eine Unterlage (10), (10') mit einer vorzugsweise konkaven Auflagefläche, die als Maß wirken kann, ein Ausrundungsteil (34), (34') mit im wesentlichen kreissegmentförmigem Querschnitt derart 45 aufgebracht, daß zumindest ein Segmentende einen Abstand zur Auflagefläche aufweist. Durch Druckmittel (8') erfolgt ein Aufbiegen des Ausrundungsteiles (34), (34'), wobei eine inhomogene Plastifizierung über den Querschnitt «folgt und nach Entlastung eine Spannungsverteilung, wie in Fig. 3 dargestellt ist, «reicht wird. 50 PATENTANSPRÜCHE 1. Flachrezipient für Strangpressen bestehend aus einer, gegebenenfalls aus mehreren Teilen gebildeten Innenbüchse mit einem unrunden Durchbruch, welcher an den Schmalseiten der Querschnittsfläche Ausrundungen aufweist, und mindestens einem, im wesentlichen konzentrisch angeordneten, vorzugsweise durch Schrumpfsitz mit der Innen- -3- AT 395 687 B bflchse verbundenen, weiteren Teil, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Bereich der Ausrundungen des Durchbruches (2) die Wandungsteile in Querachsrichtung (AB) oder die Ausrundungsteile (34,34') der Innenbüchse (3) plastisch kaltverformt bzw. vorgespannt sind und nach dem Einbau bzw. der Schrumpfverbindung mechanische Spannungen auf weisen, welche in der an die Innenoberfläche (31,3Γ) angrenzenden Zone der Wandung (AA', BB') 5 oder der Ausrundungsteile (34,34') Druckspannungen sind.
2. 2. Flachrezipient nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die örtlichen Druckspannungen in den Wandungsteilen oder in den Ausrundungsteilen (34,34') in Querachsrichtung (AB) der Innenbüchse (3) zur Innenoberfläche (31,31') der Ausrundungen hin ansteigend sind. 10
3. 3. Flachrezipient nach einem der Ansprache 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen in den Wandteilen der Innenbüchse durch an sich bekannte Schrumpfspannungen des (der) mit der Innenbüchse (3) verbundenen Teiles (Teile), zum Beispiel Außenmantel (5) und/oder Zwischenbüchse (4), überlagert sind.
4. 4. Flachrezipient nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche Druckspannung in den Wandteilen gleich oder kleiner der Druckfließspannung des Werkstoffes bei Betriebstemperatur ist.
5. 5. Flachrezipient nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen in der Innenbüchse(3)zumindestteilweiseEigenspannungenoderRestspannungen einer teilweisenplastischen Verformung 20 bzw. einer inhomogenen Plastifizierung des Werkstoffes sind.
6. 6. Flachrezipient nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen in der Innenbüchse zumindest teilweise Eigenspannungen oder Restspannungen einer entsprechenden Wärmebehandlung sind. 25
7. 7. Verfahren zur Herstellung eines Flachrezipienten für Strangpressen, welcher aus einer, gegebenenfalls aus mehreren Teilen gebildeten Innenbüchse mit einem unrunden Durchbruch, welcher an den Schmalseiten der Querschnittsfläche Ausrundungen aufweist, und mindestens einem, im wesentlichen konzentrisch angeordneten, mit der Innenbüchse verbundenen Teil besteht, und zumindest im Bereich der Ausrundungen des Durchbruches die 30 Wandungsteile oder Ausrundungsteile der Innenbüchse Spannungen aufweisen, welche in der der Innenoberfläche angrenzenden Zone der Wandung oder des Ausrundungsteiles Druckspannungen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbüchse (3) oder die Ausrundungs teile (34) über deren Längserstreckung mechanisch oder thermisch behandelt werden, während welcher Behandlung zumindest teil weise eine plastische Verformung bzw. eine über den Querschnitt inhomogene Plastifizierung des Werkstoffes bei einer Temperatur unterhalb der Anlaßtemperatur 35 durchgeführt wird, und bei Beendigung der Behandlung Druckspannungen zumindest im Bereich der Ausrundungen in der oberflächennahen Zone der Innenbüchse (3) oder der Ausrundungsteile (34,34') gebildet werden, worauf die Innenbüchse mitzumindest einem äußeren, im wesentlichen konzentrisch angeordneten Teil, z. B. Außenmantel (5) und/oder Zwischenbüchse (4), vorzugsweise durch Aufschrumpfen, verbunden wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbüchse (3) durch im Durchbruch (2) über Druckflächen (7) über die gesamte Länge der Innenbüchse (3) wirkende Druckmittel (8) mit senkrecht zur Querachsrichtung (AB) bzw. senkrecht zur Längserstreckung des Durchbruchsquerschnittes (2) nach außen gerichteten Kräften beaufschlagt wird, und in den, insbesondere im Bereich der Ausrundungen des Durchbruches (2) gelegenen, Wandteilen zumindest teilweise eine über deren Dicke (AA', BB') inhomogen verteilte Plastifizierung 45 des Werkstoffes und eine Bildung einer Ovalität (9) der Innenbüchse (3) bewirkt werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Druckflächen (7) höchstens 40 %, vorzugsweise höchstens 25 %, insbesondere 15 %, der Längserstreckung des Durchbruchsquerschnittes gewählt wird. 50
10. 10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisenden Ausrundungsteile (34,34') von mehrteiligen Innenbüchsen in einem Auflager (10,10') längs einer Erzeugenden der Außenoberfläche (36) diese berührend gehalten oder an diese angelegt werden und durch Druckmittel (8'), im wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung gebüdete Kräfte, eine Verformungbzw. ein 55 Aufweiten der Kreisringform der Ausrundungsteile (34,34') durchgeführt wird und zumindest teilweise eine über deren Wandstärke inhomogen verteilte Plastifizierung des Werkstoffes bewirkt wird. -4- AT 395 687 B
11. 11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbüchse (3) von der Anlaßtemperatur im wesentlichen durch einen verstärkten Wärmeentzug, z. B. Spritzkühlung, an den Innenoberflächen (31,31') der Ausrundungen des Durchbruches (2) abgekühlt wird.
12. 12. Verwendung eines Flachrezipienten gemäß Anspruch 7 bis 10 für die Erzeugung von dünnwandigen Flachprofilen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen durch Strangpressen von Blöcken mit einer Temperatur im Bereich zwischen 450° und 600 °C. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-