DD202635A5

DD202635A5 - Vorrichtung und verfahren zum kontinuierlichen, durch reibung ausgeloesten strangpressen

Info

Publication number: DD202635A5
Application number: DD82241898A
Authority: DD
Inventors: Norman R Fairey
Original assignee: Bicc Plc
Priority date: 1981-07-24
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1983-09-28
Also published as: EP0073101A1; ZW14682A1; EP0073101B1; PT75296A; OA07370A; DK155506C; HK26685A; PT75296B; AU548964B2; CA1195289A; MW2982A1; IE821780L; DE3261955D1; DK155506B; AR231807A1; PH19790A; WO1983000299A1; IE53043B1; BR8207752A; NZ201362A

Abstract

Waehrend d. Ziel der Erfindung darin liegt, ein wirtschaftliches kontinuierliches Strangpressen durch Reibung von Kupfer oder anderen Metallen zu ermoeglichen, besteht die Aufgabe darin, dass das Strangpressen ueber einen laengeren Zeitraum durchgefuehrt werden kann, ohne dass d. Werkzeuge bereits nach kurzem Einsatz verschleissen. Bei einer durch Reibung ausgeloesten Strangpressung, insbesondere dem Konform-Strangpressen von Kupfer, ist das Werkzeug zumindest teilweise aus einer gealterten Nickel-Chrom-Legierung (welche vorzugsweise vor der Alterung kaltverformt ist, um eine Dehngrenze von mindestens 1500 MN/m hoch 2 bei 20 Grad C zu erreichen) hergestellt, welches in d. Lage ist, einen anhaftenden Oxidfilm zu tragen. Ungeachtet d. geringeren Haerte hat d. Werkzeug eine hoehere Lebensdauer als ein herkoemmliches Spezialstahlwerkzeug.

Description

_ Berlin, den 14.12.1932

241898 3 ~¹~ AP B 2i 0/241 398/3

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Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Strangpressen durch Reibung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann beim Strangpressen von Kupfer oder anderen Metallen angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits zum Strangpressen Vorrichtungen bekannt, die Widerlager, Schnittwerkzeuge, Matrizenhalter und Räder aufweisen und in Zusammenhang mit den entsprechenden Verfahren nach der GB-PS 1 370 394 oder mit dem verbesserten Verfahren nach der bereits veröffentlichten britischen Patentanmeldung ITr. 20o93S9A der Anmelderin zum Einsatz gelangen.

Eine solche Vorrichtung arbeitet unter erschwerten Bedingungen bei sehr hohen und ungleichen Drücken, die dabei angewendet werden, wobei sie einem großen Temperaturgradienten und einem ungleichen fließen des Metallklebers auf der Werkzeugoberfläche unterworfen ist» Spezielle Stähle, beispielsweise das gekennzeichnete H 13» werden üblicherweise verwendet und vermeiden einen Bruch und eine übermäßige Verformung, jedoch läßt die Dauer der Haltbarkeit viel zu wünschen übrig, und die aus diesen Materialien hergestellten Werkzeugen müßte bereits nach dem Strangpressen von nur einer oder zwei Tonnen Kupferdraht mit einem Durchmesser von 2,5 mm ausgewechselt werden»

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Härtere Materialien, von denen eine bessere Verschleißfestigkeit bei ansteigenden Temperaturen (ungefähr 500 bis 600 ⁰G für das Strangpressen von Kupfer) erwartet wird, haben sich als unakzeptabel erwiesen, anders als bei Einsatzschnitt— werkzeugen, weil sie Bruchfehlern während des Anlaufvorganges ausgesetzt sind, wenn die Temperaturen und Temperaturgradient en geringer und die Spannungen höher sind· #©gen der hohen Temperaturgradienten und der starken Beschränkungen in bezug auf die Zugänglichkeit, die durch die hohen Drücke auferlegt sind, ist es nicht möglich, bei beliebigen, ähnlichen Laufbedingungen ohne Anwendung von Spannung vorzuwärmen.

Wir haben nun gefunden, daß bestimmte Nickellegierungen, die für den Zweck scheinbar ungeeignet sind, weil sie eine wesentlich geringere Härte als üblich verwendete Stähle aufweisen und daher allem Anschein nach eine geringere Verschleißfestigkeit haben, nicht nur für diesen Zweck befriedigend sind, aber dennoch wirkungsvoller als herkömmliche Stähle sein können.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein wirtschaftlicheres kontinuierliches Strangpressen durch Eeibung von Kupfer oder anderen Metallen zu ermöglichen.

des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Strangpressen durch Reibung anzugeben, wodurch das Strangpressen über einen

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längeren Zeitraum durchgeführt werden kann, ohne daß die werkzeuge bereits nach kurzem Einsatz verschleißen»

Gemäß der Erfindung i-st die Vorrichtung zum kontinuierlichen, durch Reibung ausgelösten Strangpressen durch ein Werkzeug gekennzeichnet, das zumindest teilweise aus einer gealterten !ickel-Chrom-Legierung mit einer Dehngrenze von mindestens 1000 M/m² bei 20 ⁰C (bei 0,2 % bleibender Dehnung) hergestellt wird, welche in der Lage ist, einen anhaftenden Oxidfilm zu tragen.

Die Legierung ist vorzugsweise von der Alterung kaltverformt," um eine Dehngrenze (nach der Kaltverformung und Alterung) von mindestens 1500 "und vorzugsweise 16OO "M/m bei 20 C (bei 0,2 % bleibender Dehnung) zu erhalten.

Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zum durch Reibung ausgelösten Strangpressen von Kupfer und anderen Metallen, das durch die Anwendung der genannten Legierungen gekennzeichnet ist·

Eine bevorzugte Gruppe von Legierungen sind jene austeniti-

i . . . .

sehen Hickel-Chrom-Eisen-Legierungen, welche durch Abscheiden einer Gamma-Vorbereitungsphase und Einhaltung der Sollfestigkeit ausgehärtet sind. Die meistbevorzugte Legierung hat folgende Zusammensetzung: Hickel 49 bis, 55 %_t Chrom 17 bis 21 %, Molybdän 2,8 bis 3,3 %, Titan 0,65 bis 1,15 %_f Aluminium 0,2 bis 0,8 %, eine Eisen-Kompensation, die von zufälligen Verunreinigungen getrennt ist. J?ür diese Legierungen beträgt der Umfang der Kaltverformung vorzugsweise mindestens 45'%» berechnet durch Einschnürung vor der Aushärtung.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird im weiteren anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig. 1: eine fragmentatische Darstellung einer herkömmlichen Konform-Maschine (GB-PS 1 370 394), wobei ein Widerlager und eine Matrize im Seitenriß und ein Teil eines Radea im Querschnitt dargestellt ist;

Pig. 2: einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Pig. 1;

Pig. 3

und 4: Darstellungen der Vorrichtung, die den Pig. 1 bzw. 2 entsprechen, und zwar gemäß GB-P3 2 069 389A;

Pig. 5

und β: wechselseitig senkrechte Ansichten des in den Pig

3 und 4 gezeigten Widerlagers;

Pig. 7

und 8: wechselseitig senkrechte Ansichten eines Matrizenelementes; und

Pig. 9 .

und 10: teilweise Querschnittsansichten eines bekannten bzw. alternativen Rades.

Bei einer herkömmlichen Konform-Maschine (Pig. 1 und 2) wird ein Rad 1 von relativ großem Durchmesser mit einer recht-? eckigen Nut 2=gebildet, die drei Seiten der'

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Uinformstrecke 3 definiert. Die vierte Seite wird durch eine Anordnung gebildet, welche ein Gleitstück 4 (nur ein kleiner !eil davon ist dargestellt) und ein Widerlager 5 enthält.

Eine radiale Strangpreßö'ffnung δ wird in einem Matrizenteil 7 gebildet (welcher vorzugsweise ein getrennter Bestandteil ist, der aber doch entweder im Widerlager 5 oder im Gleitstück 4 integriert sein könnte). Die Strangpreßöffnung 6 kann alternativ in tangentialer Weise durch das Widerlager selbst gebildet sein. Das Gleitstück 4, das Widerlager 5 und daa Matrizenteil 7 bestehen aus hochfesten Materialien und werden durch Hochleistungsauflagerelemente, in welchem Kühlkanäle ausgebildet sein können, in ihrer Lage festgehalten (nicht dargestellt). Der Abstand χ wird üblicherweise auf den kleinsten Wert eingestellt, übereinstimmend mit der Wärmeausdehnung und der unvermeidlichen Toleranz am Radradius; beispielsweise wird bei einer typischen Maschine mit einer rechteckigen Radnut von 9,6 mm Breite und 14 mm 'liefe der Abstand mit minimal 0.05 mm und maximal 0,25 nun angegeben, Außierdem wird ein Schaber 8 vorgesehen, um von dem Rad 1 sämtlichen Metallgrat abzulösen, der durch diesen kleinen Abstand hervortritt, so daß das Rad 1 zur Umformstrecke zurückgeführt werden kann·

In der Maschine, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ist der Abstand y (Fig. 3) wesentlich größer ala das erforderliche bereitzustellende Arbeitsspiel; es ist normalerweise am nächstliegenden Punkt kleiner als 1 mm. In der Darstellung der Fig. 3 bis 8 ist das Widerlager 11 halbkreisförmig, wie in Fig. 4 zu erkennen ist, wobei (für die gleiche Rad-. nut) der bevorzugte Abstand y in dem Bereich von 1,5 bis

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2 mm liegt und der durchschnittliehe Abstand über der Widerlagerbreite 3,7 mm beträgt. Das Ergebnis ist, daß ein beträchtlicher Teil des Metalls durch den Abstand zwische. dem Widerlager 11 und dem Rad 1 in Form einer Schicht 12 estrudiert, die am Rad 1 anhaftet und sich darüber fortsetzt, um die Umformstrecke 3 zur richtigen Zeit zurückzuführen.

Wie in Jig. 5 am besten dargestellt, ist die gekrümmte Oberfläche 13 des Widerlagers 11 in einer Längsrichtung verjüngt, um den Kontaktbereich mit dem zu verformenden Metall zn minimieren, und zwar in Übereinstimmung mit einer ausreichenden festigkeit. Bin Kegelwinkel von zwei bis vier Grad wj.rd als geeignet angesehen.

Wie in den Pig. 7 und 8 dargestellt, ist die bevorzugte Form des Matrizenelementes 14 ein einfacher Block mit einer Strangpreßöffnung 15 (welche durch einen kreisförmigen Matrizeneinsatz gebildet werden kann), unterstützt durch eine Zylindersenkung 16 auf der anderen Seite, um einen Abstand voh dem extrudierten Erzeugnis vorzusehen.

Zwei formen des Rades 1 sind in den Pig. 9 und 10 dargestellt. In der bekannten Anordnung, dargestellt in Fig. 9, enthält das Rad zwei äußere Abschnitte 17 und einen inneren Abschnitt 18, welcher zwischen ihnen die Umformstrecke 3 kennzeichnet. Kühlkanäle 19 durchlaufen die Abschnitte und 18, und Randschnurringe 20 bilden dort eine Abdichtung, wo die Abschnitte aneinandertreffen. Ih der alternativen Anordnung, dargestellt in Fig. 10, sind die Seitenwände der Umformstrecke durch die Elemente 21 gekennzeichnet; das

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hat den Vorteil, daß bei Abnutzung ein Ersatz sehr einfach ist, daß verschiedenartiges Material für die Herstellung der anderen Abschnitte dea Rades verwendet werden kann, und daß eine Wärmeausdehnung in zwei .Ebenen eher möglich ist als in einer.

Beispiel 1

Eine Konform-Maschine des Modells "2D" weist eine 9»5 mm breite Nut und ein Widerlager von der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Form auf. Dieses Modell einer Konform-Maschine ist für das Strangpressen von Aluminium konstruiert worden und es wird von einer befriedigenden Arbeitsweise in dieser funktion berichtet.

Wenn der Maschine Kupfer in Einzelteilen bei Umgebungstemperatur.-zugeführt wird (Gütegrad der elektrischen Leitfähigkeit, in der Form von "zerhacktem Draht, durchschnittliche Teilchengröße ungefähr 3 khh» um einen einzelnen Draht mit 2 mm Durchmesser zu erzeugen, ist eine entsprechende Leistung erforderlich, um eine Strangpressung zu bewirken (ein verwendetes und gemessenes Drehmoment zur Aufrechterhaltung einer Radgeschwindigkeit von ungefähr 5 ^pcü» die im Bereich von 31 bis 37 klm heftig schwankt. Außer 22 kurzen, experimentellen Versuchen wurden 13 durch Abwürgen des Motors oder einer anderen Störung innerhalb von zwei Minuten beendet; der Rest wurde nach ungefähr 10 Minuten infolge von Zuführungsbegrenzungen gestoppt, lach der Veränderung des Widerlagers in die in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigte Form wurde die Strangpreßleistung stabilisiert, und zwar auf ungefähr 26 kHm und ein weiterer Versuch von einer Stunde (begrenzt

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durch die Kapazität der Aufnahmeeinrichtung) wurde ohne Verzug abgeschlossene

Beispiel 2

Ein 30-mm-Yierkantatahl der Legierung Inconel 718 v/eist die folgende, detaillierte Zusammensetzung auf:

Nickel (mit etwa Kobalt) Chrom Hiob (mit etwas Tantal) Molybdän Titan Aluminium Kobalt Kohlenstoff Mangan Silizium Phosphor Bor

Kupfer Eisen und andere zufällige Verunreinigungen

50 bis 55 17 bis 31 4,75 bis 5£ 2,8 bis 3,3 0,65 bis 1,15 .0,2 bis 0,8 unt er 1 unter 0,08 unter 0,35 unter 0,35 unter 0,015 unter Q,006 unter 0,3

Gleichgewicht

Dieser Vierkantstahl wurde zu einer Schiene, nominell 17 mm-Vierkant, warmgeschmiedet und anschließend zu einem 12,5 mm-Vierkant kaltgewalzt.

Der vorbereitete Vierkant y/urde geschnitten und geschliffen, um das Widerlager 11 zu erzeugen, und geschnitten, geschliffen und gebohrt, um das Matrizenelement 14 zu bilden; beides

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erfolgte in einer durch Reibung ausgelösten Strangpreßmas chine von der in den Fig. 3 bis 8 gezeigten irt und von der gleichen Größe wie in Beispiel 1, Die Strecke bis zu der Strangpreßöffnung 15 wurde durch Kaltschmieden geformt (mittels einer 50-Tonnen-Presse), um einen kaltverfestigten Trichter au erzeugen.

Das Widerlager 11 und das Matrizenelement 14 wurden innerhalb von 18 Stunden bei 720 ⁰G ausgehärtet. Hach dieser Behandlung hatte das Werkzeug eine Dehngrenze von ungefähr 1500 Mi/m bei 20 G und eine dünne, widerstandsfähige Schutzschicht j bestehend in hohem Maße aus nickeloxid, das während der Aushärtung spontan gebildet wird. Die Härte betrug nur 48 Rockwell G im Vergleich zu 50 bia 60 Rockwell G für früher verwendete Stähle.

Von dem Werkzeug werden acht Tonnen Kupferdraht von 2,5 mm Durchmesser stranggepreßt, bevor sich der Durchmesser um 1 % verändert. Die Strangpreßöffnung wurde dann wieder auf 2,65 mm geschliffen und weitere sechs Tonnen Draht von dieser Stärke wurden erzeugt. Die Strangpreßöffnung wurde anschließend ausgearbeitet und eine Keramikeinsatz-Matrize eingepaßt; sodann wurden weitere 2,.5 mm Kupferdraht stranggepreßt» Wenn die Stranpreßöffnung sehr abgenutzt worden ist, auf den anderen Oberflächen keine wesentliche Abnutzung erkennbar .sowie· die Öffnung verstopft war, wird das Matrizenelement, das mit einer neuen Strangpreßöffnung am anderen JSnde eingerichtet ist, eingepaßt, die entgegengesetzte Seite abgerundet und wieder benutzt.

Bei Verwendung der Räder, wie sie in den Fig. 9 und 10 dar-

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gestellt sind, bei denen das Material der Radteile, die die Umformatrecke kennzeichnen, die gleiche Legierung aufweist, sind weitere Verbesserungen in der Ausführung geschaffen worden.

Claims

24189 8 3 "1V 14.12.1982 AP B 21 Ό/241 393/3 61 127/27 Erfindungsanspruch

1« Vorrichtung zum kontinuierlichen, durch Reibung ausgelösten Strangpressen, gekennzeichnet durch ein Werkzeug, das zumindest teilweise aus einer gealterten liickel-Chroinlegierung mit einer Dehngrenze von mindestens • 1000 MVm² bei 20 ⁰C (bei 0,2 % bleibender Dehnung) hergestellt ist, und welches in der Lage ist, einen anhaftenden Oxidfilm zu tragen.

2 der Kaltverformung und Alterung) von mindestens 1500 'I'HJ/m bei 20 ⁰G (bei 0,2 % bleibender Dehnung) hergestellt iat, und welches in der Lage iat, einen anhaftenden Oxidfilm zu tragen»

2. Vorrichtung zum Kontinuierlichen, durch Reibung ausgelösten Strangpressen, gekennzeichnet durch ein Werkzeug, das zumindest teilweise aus einer kaltverformten und gealterten Siickel-Chromlegierung mit einer Dehngrenze (nach

3- Torrichtung zum kontinuierlichen, durch Reibung ausgelösten Strangpressen, gekennzeichnet durch ein Werkzeug, das zumindest teilweise aus einer kaltverformen und gealterten lickel-Chromlegierung mit einer Dehngrenze (nach der Kaltverformung und Alterung) von mindestens Ί600 M/m bei 20 ⁰G (bei 0,2 % bleibender· Dehnung) hergestellt ist, und. welches in der Lage ist, einen anhaftenden Oxidfilm zu tragen,

4. Vorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Legierung eine austenitische Hickel-Ghrom-Bisenlegierung ist, die durch Abscheiden einer Gamma-Vorbereitungsphase ausgehärtet ist.

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5· Vorrichtung nach Punkt 4» gekennzeichnet dadurch, daß die austenitiache Legierung folgende Zusammensetzung aufweist: Nickel 49 bis 55 %, Chrom 17 bis 21 %_% Hiob und/oder Tantal 4,75 bis 5,5 %₉ Molybdän 2,8 bis 3,3 %_t Titan 0,65 bi3 1,15 %, Aluminium 0,2 bis 0,08 %, Gleichgewicht Eisen getrennt von zufälligen Verunreinigungen,

6· Verfahren zum kontinuierlichen, durch Reibung ausgelösten Strangpressen, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Werkzeuges, das zumindest teilweise aus einer gealter tsn Nickel-Chromlegierung mit einer Dehngrenze (nach der Kaltverformung und Alterung) von mindestens 1000 Mltf/m² bei 20 ⁰C (bei 0,2,% bleibender Dehnung) hergestellt ist, und welches in der Lage ist, einen anhaftenden Oxidfilm zu tragen.

7. Verfahren zum kontinuierlichen, durch Reibung ausgelösten Strangpressen, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Werkzeuges, das zumindest teilweise aus einer kaltverformten und gealterten Nickel-Chromlegierung mit einer Dehngrenze (nach der Kaltverformung und Alterung) von zumindest 1500 ME/m² bei 20 ⁰G (bei 0,2 % bleibender Dehnung) hergestellt ist, und welches, in der Lage ist, einen anhaftenden Osidfilm zu tragen,

8, Verfahren zum kontinuierlichen, durch Reibung ausgelösten Strangpressen von Kupfer, gekennzeichnet durch die Anwendung eines Werkzeuges, das zumindest teilweise aus einer kaltvervormten und gealterten lickel-Chromlegierung mit einer Dehngrenze (nach der Kaltverformung und Alterung)

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von mindestens 1500 M/m² bei 20 ⁰G (bei 0,2 % bleibender Dehnung) hergestellt iat, und welches in der Lage ist, einen anhaftenden Oxidfilm zu tragen.

9. Verfahren nach irgendeinem der Punkte 6 bis 9_} bei dem

die Legierung eine Dehngrenze.von mindestens 1600 HN/m bei 20 ⁰G aufweist.

10. Verfahren nach irgendeinem der Punkte 6 bis 9» bei dem die Legierung eine austenitische Hickel-Chrom-Eisenlegierung ist, die durch Abscheiden einer Gamma-Vorbereitungsphase ausgehärtet ist.

11. Verfahren nach Punkt 10, bei dem die austenitische Legierung folgende Zusammensetzung aufweist: Hickel 49 bis 55 %, Chrom 17 bis 21 %, Mob und/oder Tantal 4,75 bis 5,5 %, Molybdän 2,8 bis 3,3 %, Titan 0,65 bis 1,15 %, Aluminium 0,2 bis 0,08 %₉ Gleichgewicht Eisen, getrennt von zufälligen Verunreinigungen.

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