AT518822A1

AT518822A1 - Method and extruder for producing a profile from a metal alloy

Info

Publication number: AT518822A1
Application number: ATA50488/2016A
Authority: AT
Inventors: Dipl Ing Gradinger Rudolf; Betz Andreas; Stefan Gneiger MSc
Original assignee: Lkr Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen Gmbh
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2018-01-15
Also published as: EP3251766A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Profils (1) aus einer Metalllegierung, wobei die Metalllegierung im teilflüssigen Zustand verarbeitet wird, wobei die insbesondere in Form von Spänen vorliegende Metalllegierung mit einem Extruder (E) kontinuierlich extrudiert wird, wobei Korn feinende Partikel eingearbeitet werden. Weiter betrifft die Erfindung einen Extruder (E) zur Herstellung eines Profils (1) aus einer Metalllegierung, umfassend einen Zylinder (2) und zumindest eine Schneckenwelle (3), wobei die zumindest eine Schneckenwelle (3) innerhalb des Zylinders (2) angeordnet ist, wobei der Extruder (E) zur Verarbeitung der Metalllegierung im teilflüssigen Zustand ausgebildet ist, wobei eine Heizeinrichtung (5) vorgesehen ist.The invention relates to a method for producing a profile (1) from a metal alloy, wherein the metal alloy is processed in the partially liquid state, wherein the present in particular in the form of chips metal alloy is extruded continuously with an extruder (E), wherein grain fine particles are incorporated , The invention further relates to an extruder (E) for producing a profile (1) from a metal alloy, comprising a cylinder (2) and at least one worm shaft (3), wherein the at least one worm shaft (3) is arranged inside the cylinder (2) wherein the extruder (E) is designed to process the metal alloy in the partially liquid state, wherein a heating device (5) is provided.

Description

ZusammenfassungSummary

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Profils (1) aus einer Metalllegierung, wobei die Metalllegierung im teilflüssigen Zustand verarbeitet wird, wobei die insbesondere in Form von Spänen vorliegende Metalllegierung mit einem Extruder (E) kontinuierlich extrudiert wird, wobei Korn feinende Partikel eingearbeitet werden.The invention relates to a method for producing a profile (1) from a metal alloy, the metal alloy being processed in the partially liquid state, the metal alloy, in particular in the form of chips, being continuously extruded with an extruder (E), grain-fine particles being incorporated ,

Weiter betrifft die Erfindung einen Extruder (E) zur Herstellung eines Profils (1) aus einer Metalllegierung, umfassend einen Zylinder (2) und zumindest eine Schneckenwelle (3), wobei die zumindest eine Schneckenwelle (3) innerhalb des Zylinders (2) angeordnet ist, wobei der Extruder (E) zur Verarbeitung der Metalllegierung im teilflüssigen Zustand ausgebildet ist, wobei eine Heizeinrichtung (5) vorgesehen ist.The invention further relates to an extruder (E) for producing a profile (1) from a metal alloy, comprising an barrel (2) and at least one worm shaft (3), the at least one worm shaft (3) being arranged inside the cylinder (2) , wherein the extruder (E) is designed for processing the metal alloy in the partially liquid state, a heating device (5) being provided.

Fig. 1 /14Fig. 1/14

Verfahren und Extruder zur Herstellung eines Profils aus einer MetalllegierungProcess and extruder for producing a profile from a metal alloy

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Profils aus einer Metalllegierung, wobei die Metalllegierung im teilflüssigen Zustand verarbeitet wird.The invention relates to a method for producing a profile from a metal alloy, the metal alloy being processed in the partially liquid state.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Extruder zur Herstellung eines Profils aus einer Metalllegierung, umfassend einen Zylinder und zumindest eine Schneckenwelle, wobei die zumindest eine Schneckenwelle innerhalb des Zylinders angeordnet ist.Furthermore, the invention relates to an extruder for producing a profile from a metal alloy, comprising a cylinder and at least one worm shaft, the at least one worm shaft being arranged within the cylinder.

Für die Herstellung von Halbzeugen oder Werkstücken aus Metallen oder Legierungen sind verschiedene Gießverfahren wie das Stranggießen oder der Kokillenguss bekannt. Insbesondere Komponenten aus Leichtmetallen werden häufig auch endabmessungsnah im Druckguss erstellt, wobei eine Schmelze in eine Kavität gegossen wird. In jüngerer Zeit sind im weiteren Zusammenhang damit auch Verfahren entwickelt worden, bei welchen das zu verarbeitende Material in einen teilflüssigen Zustand gebracht und in diesem Zustand verarbeitet bzw. in eine Kavität gegossen wird, um ein Werkstück auszubilden. Hierfür werden Legierungen in der Regel auf eine Temperatur gebracht, die zwischen der Soliduskurve und der Liquiduskurve liegt, sodass im verarbeiteten Material sowohl feste als auch flüssige Phasenanteile vorliegen. Die Verarbeitung von teilflüssigem Material unter Einbringung einer Scherung führt zu einem rundlich eingeformten Gefüge, wodurch üblicherweise auch gute Materialkennwerte erreicht werden.Various casting methods such as continuous casting or permanent mold casting are known for the production of semi-finished products or workpieces made of metals or alloys. Components made of light metals in particular are often also produced close to their final dimensions in die casting, with a melt being poured into a cavity. More recently, processes have also been developed in this context in which the material to be processed is brought into a partially liquid state and processed in this state or poured into a cavity in order to form a workpiece. For this purpose, alloys are usually brought to a temperature that lies between the solidus curve and the liquidus curve, so that both solid and liquid phase components are present in the processed material. The processing of partially liquid material with the introduction of shear leads to a round, molded structure, which usually also gives good material properties.

Bei den bekannten Verfahren zur Verarbeitung von Material im teilflüssigen bzw. semi25 solid Zustand handelt es sich um Thixomolding-Verfahren. Dabei wird ein Granulat einer Metalllegierung in einem Barrel mit einer Schnecke teilweise aufgeschmolzen und mit der Schnecke einer Scherbeanspruchung unterworfen, um das Material in einen thixotropen Zustand zu bringen. Anschließend wird das Material in eine Form bzw. Kavität eingespritzt, indem mit der Schnecke ein axialer Hub ausgeführt wird. Wenngleich mit einem Thixomolding-Verfahren Bauteile endabmessungsnah hergestellt werden können, ist die Technologie aufwendig, weil die Kavitäten gegenüber dem Barrel nach jedem Einspritzvorgang dicht sein müssen, bis der nächste Einspritzvorgang folgt. Insbesondere ist eine kontinuierliche Herstellung eines Stranges oder dergleichen nicht möglich.The known processes for processing material in the partially liquid or semi-solid state are thixomolding processes. Here, a granulate of a metal alloy is partially melted in a barrel with a screw and subjected to a shear stress with the screw in order to bring the material into a thixotropic state. The material is then injected into a mold or cavity by performing an axial stroke with the screw. Although components can be manufactured close to their final dimensions using a thixomolding process, the technology is complex because the cavities have to be sealed against the barrel after each injection process until the next injection process follows. In particular, continuous production of a strand or the like is not possible.

2/142.14

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem es möglich ist, Späne, Granulat oder dergleichen aus einer Metalllegierung in nur einem Schritt zu einem festen oder halbfesten Material zu verarbeiten.The object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the outset with which it is possible to process chips, granules or the like from a metal alloy in a single step into a solid or semi-solid material.

Ein weiteres Ziel ist es, einen Extruder der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem Späne, Granulat oder dergleichen aus einer Metalllegierung kontinuierlich verarbeitbar sind.Another aim is to provide an extruder of the type mentioned at the outset with which chips, granules or the like made of a metal alloy can be processed continuously.

Die verfahrensmäßige Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einemThe procedural object is achieved in that one

Verfahren der eingangs genannten Art die insbesondere in Form von Spänen vorliegende Metalllegierung mit einem Extruder kontinuierlich extrudiert wird, wobei Korn feinende Partikel eingearbeitet werden.Process of the type mentioned, the metal alloy, in particular in the form of chips, is continuously extruded with an extruder, grain-fine particles being incorporated.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass bei einemAn advantage achieved with the invention can be seen in particular in that one

Extrusionsverfahren im Zweiphasengebiet hohe Festphasenanteile verarbeitet werden können. Es werden somit die Vorteile einer Verarbeitung im thixotropen Zustand mit den Vorteilen einer kontinuierlichen Verfahrensführung kombiniert. Durch die Zuführung von Korn feinenden Partikeln wird zudem eine Festigkeit des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Profils erhöht. Die Späne und Partikel werden in nur einem Schritt unter Aufbringung von Scherkräften kontinuierlich zu einem Profil verarbeitet. Das Profil kann dabei fest oder halbfest hergestellt werden. Dabei kann eine halbfeste bzw. nicht vollständig erstarrte Masse bzw. Profil als Vormaterial weiterverwendet werden; beispielsweise kann das halbfeste und verformbare Profil anschließend in Masselformen gebracht werden. Bei einer Herstellung eines Vormaterials werden ζ. B.Extrusion process in the two-phase area high solid phase proportions can be processed. The advantages of processing in the thixotropic state are thus combined with the advantages of a continuous process. The addition of grain-fine particles also increases the strength of the profile produced by the method according to the invention. The shavings and particles are continuously processed into a profile in one step by applying shear forces. The profile can be made solid or semi-solid. A semi-solid or incompletely solidified mass or profile can be used as a raw material; for example, the semi-solid and deformable profile can then be made into pig shapes. When producing a primary material, ζ. B.

Festphasenanteile zwischen 2 % und 30 %, insbesondere zwischen 5 % und 35 %, besonders bevorzugt zwischen 8 % und 50 %, verarbeitet. Bei der Herstellung eines festen Profils werden hingegen beispielsweise Festphasenanteile zwischen 70 % und 97 %, insbesondere zwischen 65 % und 95 %, besonders bevorzugt zwischen 60 % und 90 %, verarbeitet.Solid phase fractions between 2% and 30%, in particular between 5% and 35%, particularly preferably between 8% and 50%, processed. In contrast, in the production of a solid profile, for example, solid phase fractions between 70% and 97%, in particular between 65% and 95%, particularly preferably between 60% and 90%, are processed.

Es können beliebige nicht metallische, Korn feinende Partikel bzw. andere vorteilhafte Additive zusammen mit den Spänen aus einer Metalllegierung verarbeitet werden. Es versteht sich, dass die Metalllegierung in einer anderen Form vorliegen kann, beispielsweise als Granulat. Die Partikel werden dabei entweder unmittelbar im ProzessAny non-metallic, grain-fine particles or other advantageous additives can be processed together with the chips made of a metal alloy. It goes without saying that the metal alloy can be in another form, for example in the form of granules. The particles are either directly in the process

3/14 zugeführt oder schon vor Prozessbeginn mit den Spänen aus einer Metalllegierung vermischt und anschließend als Gemisch dem Prozess zugegeben. Die Späne oder das Granulat können insbesondere aus einer Magnesiumlegierung, Zinklegierung oder einem anderen Legierungssystem gebildet sein. Ein Partikeltyp kann so gewählt werden, dass entweder die Legierungskomponente bzw. Matrix selbst korngefeint oder ein3/14 or mixed with the chips from a metal alloy before the start of the process and then added to the process as a mixture. The chips or the granules can in particular be formed from a magnesium alloy, zinc alloy or another alloy system. A particle type can be selected so that either the alloy component or matrix itself is fine-grained or a

Kornfeinervormaterial hergestellt wird. Ein Kornfeinervormaterial wird in weiterer Folge bei der Herstellung eines anderen Werkstoffes als Kornfeiner zugegeben. Es können beispielsweise Partikel aus Siliciumcarbid für eine direkte Kornfeinung in eine Magnesiumlegierung eingearbeitet werden. Zur Herstellung eines Kornfeinervormaterials kann z. B. Titanborid in eine Magnesiumlegierung eingearbeitet werden. Ein dadurch hergestelltes Kornfeinervormaterial ist insbesondere für magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen verwendbar. Durch die Robustheit des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zumischbaren Partikeln nahezu keine Grenzen gesetzt.Grain preform is produced. A grain refiner pre-material is subsequently added when producing a material other than grain refiner. For example, particles of silicon carbide can be incorporated into a magnesium alloy for direct grain refinement. For the production of a grain fine pre-material z. B. titanium boride can be incorporated into a magnesium alloy. A grain fine pre-material produced in this way can be used in particular for magnesium-containing aluminum alloys. The robustness of the method according to the invention means that there are almost no limits to the particles that can be added.

Es ist von Vorteil, wenn die Metalllegierung und Partikel durch zumindest eine in einem Zylinder angeordnete Schneckenwelle bearbeitet werden, wobei ein entstehendes teilflüssiges Material über die zumindest eine Schneckenwelle zu einer Matrize transportiert wird. Insbesondere werden Späne aus einer Metalllegierung und Partikel von oben über einen Trichter dem Zylinder mit der Schneckenwelle zugeführt, wo diese unterIt is advantageous if the metal alloy and particles are processed by at least one worm shaft arranged in a cylinder, a partially liquid material being produced being transported to a die via the at least one worm shaft. In particular, chips made of a metal alloy and particles are fed from above via a funnel to the cylinder with the worm shaft, where it is below

Aufbringung von Scherkräften in einen thixotropen Zustand gebracht und verarbeitet werden. Besonders bevorzugt werden die Korn feinenden Partikel direkt im Trichter den Spänen zugeführt und anschließend in den Zylinder dosiert, wo diese in die Späne eingearbeitet werden. Die Schneckenwelle ist insbesondere konisch ausgebildet und wird von einem Motor mit bevorzugt geringen Drehzahlen zu einer Drehbewegung um derenApplication of shear forces are brought into a thixotropic state and processed. The grain-fine particles are particularly preferably fed directly into the chips in the hopper and then metered into the cylinder, where they are incorporated into the chips. The worm shaft is, in particular, conical and is rotated by a motor with preferably low speeds

Längsachse angetrieben. Im Bereich der Matrize wird ein genügend hoher Staudruck aufgebaut, sodass durch das Drücken des Materials durch die Matrize ein festes Profil mit einem homogenen Gefüge entsteht. Soll ein als Vormaterial verwendbares halbfestes Profil hergestellt werden, ist eine Matrize nicht zwingend notwendig, da zur Herstellung eines halbfesten Profils nur ein geringer Staudruck notwendig ist.Driven longitudinal axis. A sufficiently high back pressure is built up in the area of the die, so that pressing the material through the die creates a solid profile with a homogeneous structure. If a semi-solid profile that can be used as a raw material is to be produced, a die is not absolutely necessary, since only a small back pressure is required to produce a semi-solid profile.

Vorteilhaft ist es, wenn das Material kontinuierlich durch die Matrize gedrückt wird, um das Profil herzustellen. Die Matrize ist hierfür so ausgebildet, dass diese eine genügend hohe Härte zum Durchdrücken von Material aus einer Metalllegierung aufweist. Darüber hinaus wird die Matrize lösbar an einem Ende des Zylinders befestigt, wobei zur BefestigungIt is advantageous if the material is pressed continuously through the die to produce the profile. For this purpose, the die is designed in such a way that it has a sufficiently high hardness to push through material made of a metal alloy. In addition, the die is releasably attached to one end of the cylinder, for attachment

4/14 insbesondere Schrauben aus Hochtemperatur-Werkzeugstahl verwendet werden. Eine Geometrie, insbesondere ein Querschnitt, des Profils wird durch eine Form der Matrize bestimmt. Das Profil wird beispielsweise mit einem rechteckigen, kreisförmigen oder ringförmigen Querschnitt hergestellt. Das hergestellte Profil kann anschließend weiterverarbeitet werden, beispielsweise kann dieses in Stücke abgelängt oder weiter umgeformt werden.4/14 especially screws made of high temperature tool steel can be used. A geometry, in particular a cross section, of the profile is determined by a shape of the die. The profile is produced, for example, with a rectangular, circular or annular cross section. The profile produced can then be processed further, for example this can be cut to pieces or further formed.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Metalllegierung und Partikel mit zwei im Zylinder rotierenden Schneckenwellen bearbeitet und transportiert werden, wobei dieIt is particularly expedient if the metal alloy and particles are processed and transported with two screw shafts rotating in the cylinder, the

Schneckenwellen insbesondere gleichlaufend angetrieben werden. Die Schneckenwellen drehen sich dabei um deren jeweilige Längsachse. Die Verwendung von zwei Schneckenwellen gewährleistet eine gute Durchmischung der Materialbestandteile und es wird zudem eine für die Herstellung eines thixotropen Zustandes notwendige Scherung in das Material eingebracht. Dadurch wird ein Beimischen von verschiedenen Partikeln direkt im Trichter ermöglicht. Die konisch ausgebildeten Schneckenwellen werden insbesondere gleichlaufend angetrieben, können jedoch auch gegenlaufend angetrieben werden. Konische Schneckenwellen weisen einen großen Achsenabstand auf, weshalb ein Drehmoment ohne Weiteres eingebracht werden kann. Ferner ist eine Scherung in Richtung eines Austragsbereiches aufgrund einer abnehmendenWorm shafts are driven in particular in the same direction. The worm shafts rotate about their respective longitudinal axes. The use of two worm shafts ensures good mixing of the material components, and shear is also introduced into the material to produce a thixotropic state. This enables different particles to be mixed directly in the funnel. The conical worm shafts are driven in particular in the same direction, but can also be driven in the opposite direction. Conical worm shafts have a large center distance, which is why a torque can be easily introduced. Furthermore, a shear in the direction of a discharge area is due to a decreasing

Schneckenumfangsgeschwindigkeit gering, weshalb auch scherempfindliche Rezepturen verwertet werden können. Gleichlaufend angetriebene Schneckenwellen reinigen sich selbst, da diese sich gegenseitig abstreifen. Darüber hinaus wird das Material durch die Schneckenwellen in Längsrichtung in einem offenen System transportiert, wobei Schneckengänge durchgehende Kanäle bilden. Ein Transport des Materials basiert hauptsächlich auf Schleppströmung, weshalb ein Durchsatz stark gegendruckabhängig ist.The peripheral screw speed is low, which is why shear-sensitive formulations can also be used. Co-rotating worm shafts clean themselves because they strip each other. In addition, the material is transported in a longitudinal direction in an open system by the screw shafts, whereby screw flights form continuous channels. The transport of the material is mainly based on the drag flow, which is why throughput is strongly dependent on back pressure.

Gleichlaufende Schneckenwellen können zum Plastifizieren, Mischen, Homogenisieren und Granulieren verwendet werden. Des Weiteren können damit teils mit regulären Mitteln unbenetzbare Additive wie Partikeln, Fasern und/oder Pigmenten dispergiert sowie Produkte mit unterschiedlicher Viskosität homogenisiert werden. Die Schneckenwellen werden von einem Antrieb mit niedrigen Drehzahlen angetrieben, um eine ausreichende Durchmischung und ein Aufbringen von Scherkräften sicherzustellen. Bei zu hohen Drehzahlen wird das Material nicht ausreichend durchmischt, sondern nurSynchronous worm shafts can be used for plasticizing, mixing, homogenizing and granulating. It can also be used to disperse additives such as particles, fibers and / or pigments that are partially non-wettable with regular agents and to homogenize products with different viscosities. The worm shafts are driven by a low-speed drive to ensure sufficient mixing and application of shear forces. If the speed is too high, the material is not mixed sufficiently, but only

5/14 weitergeschoben. Eine Drehgeschwindigkeit der Schneckenwellen kann beispielsweise etwa 10 Umdrehungen/min bis 40 Umdrehungen/min, insbesondere 12 Umdrehungen/min bis 35 Umdrehungen/min, besonders bevorzugt 15 Umdrehungen/min bisPushed on 5/14. A rotational speed of the worm shafts can, for example, be about 10 revolutions / min to 40 revolutions / min, in particular 12 revolutions / min to 35 revolutions / min, particularly preferably 15 revolutions / min to

Umdrehungen/min, betragen. Die Drehgeschwindigkeit ist abhängig von einer Größe des Extruders. Eine Austrittsmasse des Profils aus dem Zylinder bzw. der Matrize des Extruders kann bei einer Herstellung eines festen Profils pro Zeiteinheit mindestens etwa 8 kg/h, insbesondere etwa mindestens 10 kg/h, besonders bevorzugt mindestens etwa 13 kg/h, und bei der Herstellung eines halbfesten Vormaterials mindestens etwa 30 kg/h, insbesondere mindestens etwa 40 kg/h, besonders bevorzugt mindestens etwa 45 kg/h, betragen.Revolutions / min. The speed of rotation depends on the size of the extruder. An exit mass of the profile from the cylinder or the die of the extruder can be at least about 8 kg / h, in particular about at least 10 kg / h, particularly preferably at least about 13 kg / h, during manufacture of a solid profile and during manufacture of a semi-solid material is at least about 30 kg / h, in particular at least about 40 kg / h, particularly preferably at least about 45 kg / h.

Günstig ist es, wenn das Material im Zylinder erwärmt und teilweise aufgeschmolzen wird. Dadurch werden die Partikel und das teilweise geschmolzene Material benetzt. Zur Erwärmung können beispielsweise Heizmanschetten oder andere Heizelemente auf demIt is beneficial if the material in the cylinder is heated and partially melted. This wets the particles and the partially melted material. For heating, for example, heating jackets or other heating elements on the

Zylinder angeordnet sein. Darüber hinaus können beispielsweise Isoliermatten auf den Zylinder gelegt werden, sodass ein Aufheizen beschleunigt und eine austretende Strahlungswärme minimiert wird. Insbesondere wird das Material durch die Temperatureinwirkung so teilweise aufgeschmolzen, dass dieses im teilflüssigen Zustand vorliegt. In weiterer Folge wird das Material unter Aufbringung von Scherkräften inCylinder may be arranged. In addition, insulating mats can be placed on the cylinder, for example, so that heating up is accelerated and radiant heat is minimized. In particular, the temperature is partially melted so that the material is in the partially liquid state. Subsequently, the material is applied under shear forces

Richtung der Matrize befördert und kontinuierlich durch die Matrize gedrückt, wodurch das Profil geformt wird. Durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren auftretenden hohen Scherkräfte und erhöhten Temperaturen werden die eingearbeiteten Korn feinenden Partikel deagglomeriert und von den teilweise aufgeschmolzenen Legierungsspänen bzw. Legierungsgranulat zwangsbenetzt. Darüber hinaus wird der Matrixwerkstoff zwangsbenetzt, was besondere Vorteile für die Korn feinende Wirkung der Partikel bringt. Ferner ist es günstig, wenn am Ende des Zylinders eine Kühlung vorgesehen ist, beispielsweise eine Luftkühlung, sodass das Material vor einem Durchtritt durch die Matrize abgekühlt wird. Mit einer Luftkühlung wird eine Brandgefahr so gering wie möglich gehalten.Conveyed in the direction of the die and pressed continuously through the die, whereby the profile is formed. Due to the high shear forces and elevated temperatures that occur in the method according to the invention, the incorporated grain-fine particles are deagglomerated and forcedly wetted by the partially melted alloy chips or alloy granulate. In addition, the matrix material is forced to wet, which has particular advantages for the grain-refining effect of the particles. Furthermore, it is favorable if cooling is provided at the end of the cylinder, for example air cooling, so that the material is cooled before it passes through the die. With air cooling, the risk of fire is kept as low as possible.

Es ist von Vorteil, wenn das Profil durch einen vor einer Matrize vorgesehenen Schutzgasvorhang vor Oxidation geschützt wird. Nach einem Austritt aus dem Zylinder bzw. Durchtritt durch die Matrize ist das Profil noch heiß. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass für mehrere Bestandteile des Extruders eine SchutzbegasungIt is advantageous if the profile is protected from oxidation by a protective gas curtain provided in front of a die. After exiting the cylinder or passing through the die, the profile is still hot. In addition, protective gassing can also be provided for several components of the extruder

6/14 vorgesehen ist, sodass das Material bei der Herstellung des Profils durchgehend vor6/14 is provided, so that the material continuously during the manufacture of the profile

Oxidation geschützt wird.Oxidation is protected.

Das weitere Ziel wird erreicht, wenn ein Extruder der eingangs genannten Art zurThe further goal is achieved when an extruder of the type mentioned at the beginning

Verarbeitung der Metalllegierung im teilflüssigen Zustand ausgebildet ist, wobei eine Heizeinrichtung vorgesehen ist.Processing of the metal alloy is formed in the partially liquid state, wherein a heating device is provided.

Ein damit erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass die insbesondere als Späne vorliegende Metalllegierung durch die Heizeinrichtung teilweise aufschmelzbar ist, wobei Korn feinende Partikel zuführbar sind, wodurch in weiterer Folge ein teilflüssiges Material entsteht, welches aufgrund entsprechender Ausbildung des Extruders unter Aufbringung von Scherkräften mit diesem verarbeitbar ist. Die Späne und Partikel sind insbesondere über einen Trichter dem Zylinder mit der Schneckenwelle zuführbar, wo diese unter teilweiser Aufschmelzung und Aufbringung von Scherkräften vermischbar sind. Durch die Temperatureinwirkung der Heizeinrichtung und Scherkräfte der zumindest einen rotierenden Schneckenwelle sind die Späne und Partikel effizient teilweise aufschmelzbar. Zur Erwärmung können Heizelemente wie Heizmanschetten auf dem Zylinder angeordnet sein. Darüber hinaus können beispielsweise Isoliermatten auf den Zylinder vorgesehen sein, sodass ein Aufheizen des Materials beschleunigbar und eine austretende Strahlungswärme einschränkbar ist.An advantage achieved in this way can be seen in particular in the fact that the metal alloy, in particular in the form of chips, can be partially melted by the heating device, grain-fine particles being able to be supplied, as a result of which a partially liquid material is formed which, due to the corresponding design of the extruder, applies shear forces can be processed with this. The chips and particles can in particular be fed to the cylinder with the worm shaft via a funnel, where they can be mixed with partial melting and application of shear forces. Due to the temperature effect of the heating device and shear forces of the at least one rotating worm shaft, the chips and particles can be partially melted efficiently. Heating elements such as heating jackets can be arranged on the cylinder for heating. In addition, insulating mats can be provided on the cylinder, for example, so that heating of the material can be accelerated and radiant heat that escapes can be restricted.

Endseitig am Zylinder kann zweckmäßigerweise eine Matrize angeordnet sein. Über die im Zylinder angeordnete Schneckenwelle ist das teilflüssige Material in Richtung der Matrize beförderbar, welche lösbar am Ende des Zylinders angeordnet sein kann.A die can expediently be arranged on the end of the cylinder. The partially liquid material can be conveyed in the direction of the die, which can be detachably arranged at the end of the cylinder, via the screw shaft arranged in the cylinder.

Insbesondere ist die Matrize mit Schrauben aus Hochtemperatur-Werkzeugstahl lösbar am Zylinder befestigt. Ferner ist es günstig, wenn am Ende des Zylinders eine Kühlung vorgesehen ist, beispielsweise eine Luftkühlung, sodass das Material vor einem Durchtritt durch die Matrize abkühlbar ist. In weiterer Folge ist das Material kontinuierlich durch die Matrize drückbar, wodurch das Profil geformt wird. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn ein Wärmetauscher bzw. ein Wärmeübertrager vorgesehen ist. Der Extruder ist dazu ausgebildet entweder ein festes Profil oder ein halbfestes bzw. nicht vollständig erstarrtes Profil herzustellen. Dies ist insbesondere abhängig von einem Verhältnis von festen zu flüssigen Anteilen im Material, einem vor der Matrize bzw. Ende des Zylinders aufgebauten Staudruck und einer Austrittsgeschwindigkeit des Profils aus dem Extruder.In particular, the die is detachably attached to the cylinder with screws made of high-temperature tool steel. Furthermore, it is advantageous if cooling is provided at the end of the cylinder, for example air cooling, so that the material can be cooled before it passes through the die. The material can then be pressed continuously through the die, which forms the profile. In addition, it is advantageous if a heat exchanger or a heat exchanger is provided. The extruder is designed to produce either a solid profile or a semi-solid or not completely solidified profile. This is particularly dependent on a ratio of solid to liquid components in the material, a dynamic pressure built up in front of the die or the end of the cylinder and a speed at which the profile exits the extruder.

7/147.14

Folglich ist zur Herstellung eines halbfesten Profils eine Matrize nicht zwingend notwendig, da nur ein geringer Staudruck aufgebaut werden muss. Ein halbfestes Profil tritt teigig aus dem Extruder aus, wo dieses aufgrund der Schwerkraft in einen am Boden angeordneten Behälter fällt. In weiterer Folge ist ein halbfestes Profil als Vormaterial weiterverwendbar.Consequently, a die is not absolutely necessary for the production of a semi-solid profile, since only a small back pressure has to be built up. A semi-solid profile emerges from the extruder, where it falls due to gravity into a container located on the bottom. Subsequently, a semi-solid profile can be used as a raw material.

Es ist von Vorteil, wenn zwei Schneckenwellen und ein Antrieb zum Antreiben derselben vorgesehen sind. Der Antrieb ist insbesondere als frequenzgeregelter Wechselstrommotor ausgebildet. Dieser treibt die Schneckenwellen gleichlaufend oder gegenlaufend mit niedriger Drehzahl an, um die Späne aus einer Metalllegierung sowie die Korn feinenden Partikel unterteilweiser Aufschmelzung zu vermischen.It is advantageous if two worm shafts and a drive for driving the same are provided. The drive is designed in particular as a frequency-controlled AC motor. This drives the worm shafts in the same direction or in opposite directions at a low speed in order to mix the chips made of a metal alloy and the grain-refining particles of partial melting.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In der Zeichnung, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigt:Further features, advantages and effects result from the exemplary embodiment shown below. In the drawing, to which reference is made, shows:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Extruder.Fig. 1 shows an extruder according to the invention.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Extruder E zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Extruder E ist zur Herstellung eines Profils 1 aus einer Metalllegierung ausgebildet und umfasst einen Zylinder 2, in welchem zumindest eine Schneckenwelle 3 angeordnet ist. Am Ende des Zylinders 2 ist eine Matrize 4 vorgesehen, durch welche ein Material aus einer Metalllegierung und Korn feinenden Partikeln gedrückt wird. Die Matrize 4 ist mit Schrauben aus Hochtemperatur25 Werkzeugstahl lösbar am Zylinder 2 befestigt. Darüber hinaus ist eine Heizeinrichtung 5 vorgesehen, mit welcher das Material im Zylinder 2 erwärmt und teilweise aufgeschmolzen wird. Die Schneckenwelle 3 wird von einem Antrieb 6 angetrieben, welcher insbesondere als frequenzgeregelter Wechselstrommotor ausgebildet ist. Dieser treibt die Schneckenwelle 3 mit geringer Drehzahl an. Weiter umfasst der Extruder E einen Trichter 7 sowie einen Wärmetauscher 8 bzw. Wärmeübertrager, wobei der Wärmetauscher 8 insbesondere als Öl-Luft-Wärmetauscher ausgebildet ist.1 shows an extruder E according to the invention for carrying out a method according to the invention. The extruder E is designed to produce a profile 1 from a metal alloy and comprises a cylinder 2 in which at least one screw shaft 3 is arranged. At the end of the cylinder 2, a die 4 is provided, through which a material made of a metal alloy and grain-fine particles is pressed. The die 4 is detachably fastened to the cylinder 2 with screws made of high-temperature 25 tool steel. In addition, a heating device 5 is provided, with which the material in the cylinder 2 is heated and partially melted. The worm shaft 3 is driven by a drive 6, which is designed in particular as a frequency-controlled AC motor. This drives the worm shaft 3 at low speed. The extruder E further comprises a hopper 7 and a heat exchanger 8 or heat exchanger, the heat exchanger 8 being in particular an oil-air heat exchanger.

Besonders bevorzugt sind zwei Schneckenwellen 3 vorgesehen, wodurch der Extruder E als sogenannter Zweischneckenextruder ausgebildet ist. Die Schneckenwellen 3 sindTwo screw shafts 3 are particularly preferably provided, as a result of which the extruder E is designed as a so-called twin-screw extruder. The worm shafts 3 are

8/14 konisch ausgebildet und werden gleichlaufend oder gegenlaufend angetrieben, wobei die Schneckenwellen 3 im Zylinder 2 angeordnet sind. Für Wartungszwecke können die Schneckenwellen 3 aus dem Zylinder 2 entnommen werden. Die Verwendung von zwei Schneckenwellen 3 erlaubt eine gute Durchmischung des Materials sowie das Eindringen der notwendigen Scherung in dasselbe.8/14 conical and are driven in the same direction or in opposite directions, the worm shafts 3 being arranged in the cylinder 2. The worm shafts 3 can be removed from the cylinder 2 for maintenance purposes. The use of two worm shafts 3 allows good mixing of the material and penetration of the necessary shear into the same.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Profils 1 aus einer Metalllegierung werden Späne aus einer Metalllegierung einen Extruder E zugeführt, wobei Korn feinende Partikel eingearbeitet werden. Die Partikel werden insbesondere direkt in einem Trichter 7 mit den Spänen vermischt. Über den Trichter 7 wird das Material aus Spänen und Partikel in den Zylinder 2 geführt. Im Zylinder 2 sind insbesondere zwei Schneckenwellen 3 angeordnet, welche das Material durchmischen und eine notwendige Scherung einbringen. Das Material wird weiter über die Schneckenwellen 3 zu einer Matrize 4 transportiert. Der Zylinder 2 mit den Schneckenwellen 3 wird erwärmt, sodass das Material teilweise aufgeschmolzen wird und ein teilflüssiger Zustand vorliegt. Das vermischte und teilweise aufgeschmolzene Material wird unter Einwirkung von Scherkräften durch die Matrize 4 gedrückt, wodurch das Profil 1 hergestellt wird. Ein Querschnitt des Profils 1 wird durch eine Form der Matrize 2 bestimmt. Die Schneckenwellen 3 rotieren insbesondere gleichlaufend im Zylinder 2. Am Ausgang derIn a method according to the invention for producing a profile 1 from a metal alloy, chips from a metal alloy are fed to an extruder E, grain-fine particles being incorporated. The particles are mixed with the chips in particular directly in a funnel 7. The material made of chips and particles is fed into the cylinder 2 via the funnel 7. In particular, two screw shafts 3 are arranged in the cylinder 2, which mix the material and introduce a necessary shear. The material is transported further via the screw shafts 3 to a die 4. The cylinder 2 with the screw shafts 3 is heated so that the material is partially melted and a partially fluid state is present. The mixed and partially melted material is pressed under the action of shear forces through the die 4, whereby the profile 1 is produced. A cross section of the profile 1 is determined by a shape of the die 2. The worm shafts 3 rotate in particular in the same direction in the cylinder 2. At the outlet of the

Matrize 4 bzw. vor derselben ist ein Schutzgasvorhang vorgesehen, um das am Austrittspunkt noch heiße Profil 1 vor Oxidation zu schützen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist ein festes oder halbfestes Profil 1 herstellbar, abhängig davon, wie hoch die Festphasenanteile sind.A protective gas curtain is provided in front of the die 4, in order to protect the profile 1, which is still hot at the exit point, against oxidation. A solid or semi-solid profile 1 can be produced by the method according to the invention, depending on how high the solid phase proportions are.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Extruder E ohne Matrize 4 ausgebildet ist. Dabei wird der Staudruck an einem anderen Ort des Extruders E aufgebaut. Folglich kann das Material in einem halbfesten Zustand aus dem Extruder E entnommen und als Vormaterial weiterverwendet werden.It can also be provided that the extruder E is designed without a die 4. The dynamic pressure is built up at a different location of the extruder E. As a result, the material can be taken out of the extruder E in a semi-solid state and used as a primary material.

9/149.14

Claims

claims

1. A method for producing a profile (1) from a metal alloy, the metal alloy being processed in the partially liquid state, characterized in that

5 the metal alloy, in particular in the form of chips, is continuously extruded with an extruder (E), grain-fine particles being incorporated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the metal alloy and particles by at least one in a cylinder (2) arranged worm shaft (3)

10 are processed, an emerging partially fluid material being transported via the at least one worm shaft (3) to a die (4).

3. The method according to claim 2, characterized in that the material is pressed continuously through the die (4) to produce the profile (1).

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the metal alloy and particles are processed and transported with two screw shafts (3) rotating in the cylinder (2), the screw shafts (3) in particular being driven in unison.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the material in the cylinder (2) is heated and partially melted.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the

25 profile (1) is protected from oxidation by a protective gas curtain provided in front of a die (4).

7. extruder (E) for producing a profile (1) from a metal alloy, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 6,

30 comprising a cylinder (2) and at least one worm shaft (3), the at least one worm shaft (3) being arranged within the cylinder (2), characterized in that the extruder (E) is designed to process the metal alloy in the partially liquid state , wherein a heating device (5) is provided.

10/14

8. Extruder (E) according to claim 7, characterized in that two screw shafts (3) and a drive (6) are provided for driving the same

11/14

12/14 austrian patent office