DE102020128163B3

DE102020128163B3 - Mold and process for the extrusion of metallic materials

Info

Publication number: DE102020128163B3
Application number: DE102020128163.3A
Authority: DE
Inventors: Noomane Ben Khalifa; Jonas Isakovic; Jan Bohlen
Original assignee: Leuphana Univ Lueneburg Stiftung Oeffentlichen Rechts; Leuphana Universitat Lueneburg Stiftung Offentlichen Rechts; Helmholtz Zentrum Hereon GmbH
Current assignee: Leuphana Univ Lueneburg Stiftung Oeffentlichen Rechts; Leuphana Universitat Lueneburg Stiftung Offentlichen Rechts; Helmholtz Zentrum Hereon GmbH
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2040-10-28
Also published as: WO2022090135A1

Abstract

Formwerkzeug zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen mit mindestens einer Strangpressmatrize (1, 101, 201, 601), die sich entlang einer Längsachse (3, 103, 203) erstreckt,wobei die Strangpressmatrize (1, 101, 201, 601) in Richtung ihrer Längsachse (3, 103, 203) einen Matrizenkanal aufweist, durch den der metallische Werkstoff fließen kann und der einen Matrizenkanaleinlass (4, 104, 204, 604), einen Matrizenkanalauslass (5, 105, 205, 605) sowie Matrizenkanalwände (11, 12, 13, 14), (211, 212, 213, 214), (311, 312, 313, 314, 315), (613, 614, 615, 616) umfasst, die sich von dem Matrizenkanaleinlass (4, 104, 204, 604) zu dem Matrizenkanalauslass (5, 105, 205, 605) zur Bildung einer Matrizenkanaldüse erstrecken, um den metallischen Werkstoff durch plastische Verformung unter Herstellung eines Strangpressteils in eine gewünschte Form zu überführen,wobei die Matrizenkanalwände (11, 12, 13, 14), (211, 212, 213, 214), (311, 312, 313, 314, 315), (613, 614, 615, 616) auf jeder Querschnittsebene quer zur Längsachse (3, 103, 203) der Strangpressmatrize (1, 101, 201, 601) eine Kanalquerschnittsfläche (21, 22, 23), (221, 222, 223) definieren und wobei die Kanalquerschnittsfläche (21, 22, 23), (221, 222, 223) eine Ausdehnung in einer ersten Normalenrichtung zur Richtung der Längsachse (3, 103, 203) und in einer zweiten Normalenrichtung zur Richtung der Längsachse (3, 103, 203) und quer zur ersten Normalenrichtung aufweist,dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausdehnung der Kanalquerschnittsfläche (21, 22, 23), (221, 222, 223) in der ersten Normalenrichtung vergrößert und in der zweiten Normalenrichtung verkleinert.Mold for the extrusion of metallic materials with at least one extrusion die (1, 101, 201, 601) which extends along a longitudinal axis (3, 103, 203), the extrusion die (1, 101, 201, 601) in the direction of its longitudinal axis (3, 103, 203) has a die channel through which the metallic material can flow and which has a die channel inlet (4, 104, 204, 604), a die channel outlet (5, 105, 205, 605) and die channel walls (11, 12, 13, 14), (211, 212, 213, 214), (311, 312, 313, 314, 315), (613, 614, 615, 616) extending from the die channel inlet (4, 104, 204, 604) to the die channel outlet (5, 105, 205, 605) to form a die channel nozzle for plastically deforming the metallic material into a desired shape to produce an extrusion, the die channel walls (11, 12, 13, 14) , (211, 212, 213, 214), (311, 312, 313, 314, 315), (613, 614, 615, 616) on each cross section plane transverse to the longitudinal axis (3, 103, 203) of the extrusion die (1, 101, 201, 601) define a channel cross-sectional area (21, 22, 23), (221, 222, 223) and wherein the channel cross-sectional area (21, 22, 23 ), (221, 222, 223) has an extent in a first normal direction to the direction of the longitudinal axis (3, 103, 203) and in a second normal direction to the direction of the longitudinal axis (3, 103, 203) and transverse to the first normal direction, thereby characterized in that the expansion of the channel cross-sectional area (21, 22, 23), (221, 222, 223) increases in the first normal direction and decreases in the second normal direction.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Strangpressen von metallischen WerkstoffenThe present invention relates to a forming tool according to the preamble of claim 1 and a method for the extrusion of metallic materials

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIKDESCRIPTION OF THE PRIOR ART

Das Strangpressen ist ein Druckumformverfahren zur Herstellung von Stäben, Drähten, Rohren und unregelmäßig geformten Profilen. Dabei wird ein Werkstück, das meist als zylinderförmiges oder quaderförmiges Profil eingesetzt wird, in einen Zufuhrkanal eingeführt und mittels eines Stempels durch ein Formwerkzeug, insbesondere durch einen Düsenkanal im Formwerkzeug, auch als Lauffläche bezeichnet, gepresst, so dass der Werkstoff durch plastische Verformung unter Herstellung eines Strangpressteils eine gewünschte Form einnimmt. Beim direkten oder Vorwärts-Strangpressen bewegt sich der Stempel in Richtung des Ablaufes des entstehenden Profils auf den Düsenkanal im Formwerkzeug zu; beim indirekten oder Rückwärts-Strangpressen wird der Werkstoff gegen die Stempelrichtung durch ein Formwerkzeug gedrückt, das am hohlen Stempel festgelegt ist.Extrusion is a pressure forming process used to produce rods, wires, tubes and irregularly shaped profiles. In this case, a workpiece, which is usually used as a cylindrical or cuboid profile, is introduced into a feed channel and pressed by means of a punch through a mold, in particular through a nozzle channel in the mold, also referred to as a running surface, so that the material is produced by plastic deformation under production of an extrusion assumes a desired shape. In direct or forward extrusion, the ram moves in the direction of the flow of the resulting profile towards the nozzle channel in the die; in indirect or reverse extrusion, the material is pressed against the direction of the punch by a die attached to the hollow punch.

Aus der DE 22 12 767 und der DE 24 15 774 sind Verfahren zum hydrostatischen Strangpressen mit einer Matrize mit profilierter Öffnung bekannt.From the DE 22 12 767 and the DE 24 15 774 methods of hydrostatic extrusion using a die with a profiled opening are known.

Aus der DE 10 2010 006 387 A2 ist ein Verfahren zum Strangpressen von Drähten aus Magnesiumwerkstoff bekannt, bei dem der Magnesiumwerkstoff in einen Zufuhrkanal eingeführt und mittels eines Stempels unter plastischer Verformung durch ein Formwerkzeuge gepresst wird, wobei der Magnesiumwirkstoff beim Strangpressen durch das Formwerkzeug mit einem Schmiermittel geschmiert wird.From the DE 10 2010 006 387 A2 a method for extruding wires made of magnesium material is known, in which the magnesium material is introduced into a feed channel and pressed through a die by means of a punch with plastic deformation, the active magnesium substance being lubricated with a lubricant during extrusion through the die.

Nachteilig ist, dass die hergestellten Strangpressteile oft ein starkes anisotropes mechanisches Verhalten zeigen, wie beispielsweise eine Zug-Druck-Anisotropie und/oder eine Biege-Anisotropie bezogen auf die Lage der Beanspruchungsrichtung längs oder quer zur Strangpressrichtung. Dies trifft unter anderem auf Strangpressteile aus Magnesiumwerkstoffen zu. Diese Abweichungen wirken sich behindernd auf die Verwendung der Profile für Strukturkomponenten aus. Wünschenswert wäre daher ein verbessertes isotropes mechanisches Verhalten bei den hergestellten Strangpressteilen zu erzielen. Dies kann beispielsweise eine Zug-Druck-Isotropie und/oder eine Biege-Isotropie unabhängig von der Lage der Beanspruchungsrichtung zur Strangpressrichtung sein.The disadvantage is that the extruded parts produced often show a strong anisotropic mechanical behavior, such as a tension-compression anisotropy and/or a bending anisotropy based on the position of the stress direction along or transverse to the extrusion direction. This applies, among other things, to extruded parts made of magnesium materials. These discrepancies impede the use of profiles for structural components. It would therefore be desirable to achieve improved isotropic mechanical behavior in the extruded parts produced. This can be, for example, a tension-compression isotropy and/or a bending isotropy independent of the position of the stress direction relative to the extrusion direction.

Um das isotrope Verhalten eines Strangpressteils zu verbessern, sind Versuche unternommen worden, dem Strangpressmaterial Legierungsbestandteile zuzusetzen. Verbesserte isotrope mechanische Eigenschaften solcher Legierungen werden jedoch durch eine schlechtere Strangpressbarkeit aufgrund stark steigender Strangpresskräfte „erkauft“. Es sind auch Versuche unternommen worden, durch mehrfaches Strangpressen desselben Profils mit einem abgewinkelten Zufuhrkanal eine Isotropie zu erzeugen (ECAE-Verfahren). Auch diese Verfahren sind mit Nachteilen verbunden. Die praktische Umsetzung dieses Verfahrens ist jedoch nachteilig, weil ein abgewinkelter Zufuhrkanal bei den vorhandenen Pressen nicht ohne Weiteres realisierbar ist.In order to improve the isotropic behavior of an extruded part, attempts have been made to add alloy components to the extruded material. However, improved isotropic mechanical properties of such alloys are “bought” at the expense of poorer extrudability due to the sharply increasing extrusion forces. Attempts have also been made to create isotropy by multiple extrusions of the same profile with an angled feed channel (ECAE method). These methods are also associated with disadvantages. The practical implementation of this method is disadvantageous, however, because an angled feed channel cannot be easily implemented with the existing presses.

Aus der DE 102 30 553 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Strangpressen von Magnesiumwerkstoffen bekannt, bei dem ein insbesondere zylinderförmiges Profil aus einem Magnesiumwerkstoff in einen Zufuhrkanal eingeführt und mittels eines Stempels unter plastischer Verformung durch ein Formwerkzeug gepresst wird, wobei eine plastische Verformung des Profils unmittelbar vor dem Formwerkzeug quer zu der Bewegungsrichtung vorgesehen ist, die durch die Vorschubbewegung des Stempels erreicht wird. Das Profil wird hierzu mittels des Stempels zunächst verschoben, bis dieses gegen das Formwerkzeug anliegt. Durch die fortgesetzte Vorschubbewegung wird das Profil gestaucht, also unter Ausdehnung in Querrichtung verformt, so dass keine in Strangpressrichtung ausgerichtete Mittelachse, sondern eine in unterschiedlichen Richtungen aufgefaltete Orientierung der Mittelachse vorliegt. Dadurch wird die Druckbeanspruchung auf das Niveau der Zugbeanspruchung angehoben. Das vorgeschlagene Verfahren ist jedoch wenig ökonomisch, weil der Zufuhrkanal nicht voll mit Material ausgefüllt ist. Zudem weisen die mittels des in der DE 102 30 553 A1 Verfahrens hergestellten Strangpressteile verbesserte isotrope Eigenschaften auf, die jedoch oft nicht ausreichend sind.From the DE 102 30 553 A1 a method and a device for the extrusion of magnesium materials is known, in which a particularly cylindrical profile made of a magnesium material is introduced into a feed channel and pressed by means of a punch through a mold with plastic deformation, with a plastic deformation of the profile immediately in front of the mold transverse to the direction of movement is provided, which is achieved by the feed movement of the stamp. For this purpose, the profile is initially displaced by means of the stamp until it rests against the forming tool. As a result of the continued feed movement, the profile is compressed, ie deformed with expansion in the transverse direction, so that there is no central axis aligned in the extrusion direction, but an orientation of the central axis folded out in different directions. This increases the compressive stress to the level of the tensile stress. However, the proposed method is not very economical because the feed channel is not completely filled with material. In addition, the means of in the DE 102 30 553 A1 Process produced extruded parts improved isotropic properties, which are often not sufficient.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Formwerkzeug zur Herstellung von Strangpressteilen mit weiter verbesserten isotropen Eigenschaften bereitzustellen, das ein Verfahren ohne die oben genannten Nachteile ermöglicht. Insbesondere soll weitestmögliche Reduktion des anisotropen mechanischen Verhaltens realisiert werden. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung weitgehend isotroper Strangpressteile bereitzustellen, das mit herkömmlichen Strangpressen durchgeführt werden kann.The invention is therefore based on the object of providing a mold for the production of extruded parts with further improved isotropic properties, which enables a method without the disadvantages mentioned above. In particular, the greatest possible reduction of the anisotropic mechanical behavior should be realized. Furthermore, it is the object of the present invention to provide a method for producing largely isotropic extruded parts which can be carried out using conventional extrusion presses.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Formwerkzeug für ein Strangpressverfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung des Formwerkzeugs ist den Unteransprüchen 2 bis 7 zu entnehmen. The stated object is achieved according to the invention with a mold for an extrusion process according to the features of patent claim 1 . The further configuration of the mold can be found in dependent claims 2 to 7.

Erfindungsgemäß wird ein Formwerkzeug zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen mit mindestens einer Strangpressmatrize bereitgestellt, die sich entlang einer Längsachse erstreckt, wobei die Strangpressmatrize in Richtung ihrer Längsachse einen Matrizenkanal mit einem Matrizenkanaleinlass, einem Matrizenkanalauslass sowie Matrizenkanalwände umfasst, die sich von dem Matrizenkanaleinlass zu dem Matrizenkanalauslass zur Bildung einer Matrizenkanaldüse erstrecken, um den metallischen Werkstoff durch plastische Verformung unter Herstellung eines Strangpressteils in eine gewünschte Form zu überführen, wobei die Matrizenkanalwände auf jeder Querschnittsebene quer zur Längsachse der Strangpressmatrize eine Kanalquerschnittsfläche definieren und wobei die Kanalquerschnittsfläche eine Ausdehnung in einer ersten Normalenrichtung zur Richtung der Längsachse und in einer zweiten Normalenrichtung zur Richtung der Längsachse und Quer zur ersten Normalenrichtung aufweist. Die erfindungsgemäße Strangpressmatrize ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausdehnung der Kanalquerschnittsfläche in der ersten Normalenrichtung vergrößert und in der zweiten Normalenrichtung verkleinert. Anders ausgedrückt wird durch die Matrizenkanaldüse in einer ersten Normalenrichtung zur Längsachse der Strangpressmatrize ein Konfusor und in einer zweiten Normalenrichtung zur Längsachse der Strangpressmatrize, quer zur ersten Normalenrichtung, ein Diffusor ausgebildet.According to the invention, a mold for the extrusion of metallic materials is provided with at least one extrusion die that extends along a longitudinal axis, wherein the extrusion die comprises a die channel in the direction of its longitudinal axis with a die channel inlet, a die channel outlet, and die channel walls that extend from the die channel inlet to the die channel outlet Formation of a die channel nozzle to convert the metallic material into a desired shape by plastic deformation while producing an extruded part, wherein the die channel walls define a channel cross-sectional area on each cross-sectional plane transverse to the longitudinal axis of the extrusion die, and wherein the channel cross-sectional area extends in a first direction normal to the direction of the Having longitudinal axis and in a second normal direction to the direction of the longitudinal axis and transverse to the first normal direction. The extrusion die according to the invention is characterized in that the expansion of the channel cross-sectional area increases in the first normal direction and decreases in the second normal direction. In other words, the die channel nozzle forms a confuser in a first normal direction to the longitudinal axis of the extrusion die and a diffuser in a second normal direction to the longitudinal axis of the extrusion die, transverse to the first normal direction.

Bevorzugt ist mindestens eine Matrizenkanalwand in den Matrizenkanal hinein gewölbt. Bevorzugt sind mindestens zwei, drei oder vier, weiter bevorzugt sind alle Matrizenkanalwände in den Matrizenkanal hinein gewölbt. Die Wölbungen der Matrizenwände können diskontinuierlich über Polyederflächen oder kontinuierlich über Freiformflächen gestaltet sein.At least one die channel wall is preferably curved into the die channel. At least two, three or four are preferred, and all die channel walls are more preferably curved into the die channel. The curvatures of the matrix walls can be designed discontinuously over polyhedron surfaces or continuously over free-form surfaces.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Flächenmaß, d.h. die Größe, der Kanalquerschnittsflächen vom Matrizenkanaleingang zum Matrizenkanalausgang hin abnimmt. Das hat zur Folge, dass der hydrostatische Druck, der auf und in dem Werkstoff wirkt, innerhalb des Matrizenkanals im Verlauf durch die Matrize steigt und der metallische Werkstoff den Matrizenkanal während des Strangpressens vollständig ausfüllt.It is further preferred that the surface area, i.e. the size, of the channel cross-sectional areas decreases from the die channel entrance towards the die channel exit. The consequence of this is that the hydrostatic pressure acting on and in the material increases within the die channel as it progresses through the die and the metallic material completely fills the die channel during extrusion.

In den erfindungsgemäßen Formwerkzeugen findet der Umformprozess des metallischen Werkstoffs im Wesentlichen innerhalb der Matrize statt.In the forming tools according to the invention, the forming process of the metallic material essentially takes place inside the die.

Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zur Herstellung von Strangpressteilen, bei dem ein Profil aus einem metallischen Werkstoff in einen Zufuhrkanal eingeführt und mittels eines Stempels unter plastischer Verformung durch ein Formwerkzeug gepresst wird, wobei das Formwerkzeug mindestens eine Strangpressmatrize aufweist, wie sie oben beschrieben ist.The object is also achieved by a method with the features of claim 9 for the production of extruded parts, in which a profile made of a metallic material is introduced into a feed channel and pressed by means of a punch with plastic deformation through a mold, the mold having at least one extrusion die has as described above.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung handelt es sich um gängige strangpressbare metallische Werkstoffe wie speziell Aluminium- und Magnesiumlegierungen.According to one aspect of the invention, these are common metal materials that can be extruded, such as specifically aluminum and magnesium alloys.

Figurenlistecharacter list

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Die Figuren schränken den Schutzbereich der durch Patentansprüche definierten Erfindung nicht ein. In den Figuren sind dargestellt:

1a bis 1d: eine erste perspektivische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Strangpressmatrize zur Herstellung eines Bandprofils in Richtung von dem Matrizenkanaleinlass zu dem Matrizenkanalauslass;
2a bis 2b: eine zweite perspektivische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Strangpressmatrize zur Herstellung eines Bandprofils in Richtung von dem Matrizenkanalauslass zu dem Matrizenkanaleinlass;
3a: eine perspektivische Ansicht eines mittigen Schnitts durch eine zweite erfindungsgemäße Strangpressmatrize zur Herstellung eines Bandprofils in Richtung von dem Matrizenkanaleinlass zu dem Matrizenkanalauslass;
3b: eine perspektivische Ansicht eines weiteren Schnitts durch die in 3 gezeigte zweite erfindungsgemäße Strangpressmatrize;
4: eine perspektivische Ansicht eines mittigen Schnitts durch eine Strangpressmatrize gemäß dem Stand der Technik zur Herstellung eines Bandprofils in Richtung von dem Matrizenkanaleinlass zu dem Matrizenkanalauslass;
5a bis 5d: eine perspektivische Ansicht einer dritten erfindungsgemäßen Strangpressmatrize zur Herstellung eines L-Profils in Richtung von dem Matrizenkanaleinlass zu dem Matrizenkanalauslass;
6a: eine erste perspektivische Ansicht einer vierten erfindungsgemäßen Strangpressmatrize Herstellung eines Hohlprofils in Richtung von dem Matrizenkanaleinlass zu dem Matrizenkanalauslass;
6b bis 6d: eine schematische Ansicht der vierten erfindungsgemäßen Strangpressmatrize gemäß 6a in Richtung von dem Matrizenkanaleinlass zu dem Matrizenkanalauslass.

The present invention is explained by way of example with reference to the accompanying figures. The figures do not limit the scope of the invention defined by claims. The figures show:

1a until 1d 1: a first perspective view of a first extrusion die according to the invention for producing a strip profile in the direction from the die channel inlet to the die channel outlet;
2a until 2 B : a second perspective view of a first extrusion die according to the invention for producing a strip profile in the direction from the die channel outlet to the die channel inlet;
3a 1: a perspective view of a central section through a second extrusion die according to the invention for producing a strip profile in the direction from the die channel inlet to the die channel outlet;
3b : a perspective view of a further section through the in 3 shown second extrusion die according to the invention;
4 Figure 13 is a perspective view of a central section through a prior art extrusion die for producing a strip profile in the direction from the die channel inlet to the die channel outlet;
5a until 5d 1: a perspective view of a third extrusion die according to the invention for producing an L-profile in the direction from the die channel inlet to the die channel outlet;
6a : a first perspective view of a fourth extrusion die according to the invention producing a hollow profile in the direction from the die channel inlet to the die channel outlet;
6b until 6d : a schematic view of the fourth extrusion die according to the invention according to FIG 6a in the direction from the die channel inlet to the die channel outlet.

In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den 1a bis 1d der vorliegenden Erfindung weist das Formwerkzeug zum Strangpressen von metallischen Bändern eine Strangpressmatrize 1 auf, die sich entlang einer Längsachse 3 erstreckt. Die Strangpressmatrize 1 umfasst in Richtung ihrer Längsachse 3 einen Matrizenkanal mit einem Matrizenkanaleinlass 4 und einem Matrizenkanalauslass 5. Weiterhin umfasst der Matrizenkanal Matrizenkanalwände. Zwei gegenüberliegende Matrizenkanalwände 11 und 12 sind in 1b zum besseren Verständnis beispielhaft hervorgehoben dargestellt; zwei weitere Matrizenkanalwände 13, 14 befinden sich senkrecht dazu (nicht hervorgehoben). Die Matrizenkanalwände 11, 12, 13, 14 erstrecken sich von dem Matrizenkanaleinlass 4 zu dem Matrizenkanalauslass 5 hin zur Bildung einer Lauffläche, um den metallischen Werkstoff bei Durchfluss durch plastische Verformung unter Herstellung eines Strangpressteils - in dieser Ausführungsform in ein metallisches Band - zu überführen. Gemäß der in 1a bis 1d gezeigten Ausführungsform hat der Matrizenkanaleinlass 4 eine quadratische Form und der Matrizenkanalauslass 5 eine rechteckige Form. Die Matrizenkanalwände 11, 12, 13, 14 sind alle in den Matrizenkanal hinein gewölbt, wobei die Wölbung der Matrizenkanalwände 11, 12 gegenüber der Wölbung der senkrecht dazu liegenden Matrizenkanalwände 13, 14 unterschiedlich ausgeprägt ist. Die Wölbungen der Matrizenkanalwände 11, 12, 13, 14 sind in diesem Fall kontinuierlich über Freiformflächen aufgebaut. Das Profil des Matrizenkanals verjüngt sich in Richtung der gegenüberliegenden Matrizenkanalwände 13, 14 unter Bildung eines Konfusors in dieser ersten Normalenrichtung zur Längsachse der Strangpressmatrize und es erweitert sich gleichzeitig in Richtung der gegenüberliegenden Matrizenkanalwände 11, 12 unter Bildung eines Diffusors in dieser zweiten Normalenrichtung zur Längsachse der Strangpressmatrize.In a first embodiment of the present invention according to 1a until 1d According to the present invention, the die for the extrusion of metal strips comprises an extrusion die 1 extending along a longitudinal axis 3 . In the direction of its longitudinal axis 3, the extrusion die 1 comprises a die channel with a die channel inlet 4 and a die channel outlet 5. The die channel also comprises die channel walls. Two opposing die channel walls 11 and 12 are in 1b highlighted as an example for better understanding; two further matrix channel walls 13, 14 are perpendicular thereto (not highlighted). The die channel walls 11, 12, 13, 14 extend from the die channel inlet 4 to the die channel outlet 5 to form a running surface in order to convert the metallic material during flow through plastic deformation with the production of an extruded part - in this embodiment into a metallic strip. According to the 1a until 1d In the embodiment shown, the die channel inlet 4 has a square shape and the die channel outlet 5 has a rectangular shape. The die channel walls 11, 12, 13, 14 are all curved into the die channel, with the curvature of the die channel walls 11, 12 being differently pronounced than the curvature of the die channel walls 13, 14 lying perpendicular thereto. In this case, the curvatures of the die channel walls 11, 12, 13, 14 are constructed continuously over free-form surfaces. The profile of the die channel tapers in the direction of the opposing die channel walls 13, 14, forming a confusor in this first direction normal to the longitudinal axis of the extrusion die, and it widens at the same time in the direction of the opposing die channel walls 11, 12, forming a diffuser in this second direction normal to the longitudinal axis of the extrusion die.

Die Matrizenkanalwände 11, 12, 13, 14 definieren auf jeder Querschnittsebene quer zur Längsachse der Strangpressmatrize eine Kanalquerschnittsfläche 21, 23 (1c) bzw. 22 ( 1d). Das Maß dieser Kanalquerschnittsflächen 21, 22, 23, die durch die Matrizenkanalwände 11, 12, 13, 14 definiert werden nimmt vom Matrizenkanaleingang zum Matrizenkanalausgang ab, d.h. das Flächenmaß der durch die Matrizenkanalwände 11, 12, 13, 14 definierten Kanalquerschnittsflächen auf jeder Querschnittsebene quer zur Längsachse der Strangpressmatrize bleibt in Richtung von dem Matrizenkanaleinlass 4 zu dem Matrizenkanalauslass 5 hin nimmt ab. Mit anderen Worten ist das Flächenmaß der dargestellten Flächen: 21 > 22 > 23.The die channel walls 11, 12, 13, 14 define a channel cross-sectional area 21, 23 ( 1c ) or 22 ( 1d ). The dimension of these channel cross-sectional areas 21, 22, 23, which are defined by the die channel walls 11, 12, 13, 14, decreases from the die channel entrance to the die channel exit, ie the area dimension of the channel cross-sectional areas defined by the die channel walls 11, 12, 13, 14 on each cross-sectional plane to the longitudinal axis of the extrusion die remains in the direction from the die channel inlet 4 to the die channel outlet 5 decreases. In other words, the square footage of the faces shown is: 21 > 22 > 23.

2a zeigt die Strangpressmatrize 1 der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform in einer zweiten perspektivischen Ansicht, die im Vergleich zur ersten perspektivischen Ansicht um 180° gekippt und um 90° gedreht ist. Die Strangpressmatrize 1 umfasst in Richtung ihrer Längsachse 3 einen Matrizenkanal mit einem Matrizenkanalauslass 5 - der jetzt oben liegend gezeigt ist - und einem Matrizenkanaleinlass 5. In 2b ist die Matrizenkanalwand 14 zum besseren Verständnis beispielhaft hervorgehoben gezeigt. 2a shows the extrusion die 1 of the first embodiment according to the invention in a second perspective view, which is tilted by 180° and rotated by 90° compared to the first perspective view. In the direction of its longitudinal axis 3, the extrusion die 1 comprises a die channel with a die channel outlet 5—which is now shown lying on top—and a die channel inlet 5. In FIG 2 B the matrix channel wall 14 is shown highlighted by way of example for better understanding.

In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 3a weist das Formwerkzeug zum Strangpressen von metallischen Bändern eine Strangpressmatrize 101 auf, die sich entlang einer Längsachse 103 erstreckt. Die Strangpressmatrize 101 umfasst in Richtung ihrer Längsachse 103 einen Matrizenkanal mit einem Matrizenkanaleinlass 104 und einem Matrizenkanalauslass 105. Weiterhin umfasst der Matrizenkanal Matrizenkanalwände 111, 112, 113. Die Matrizenkanalwand 111 ist in Richtung des Matrizenkanals gewölbt. Eine - in dieser Ansicht nicht gezeigte - der Matrizenkanalwand gegenüberliegende Matrizenkanalwand ist ebenfalls in Richtung des Matrizenkanals gewölbt. Gemäß der zweiten Ausführungsform sind die Matrizenkanalwände 112, 113 nicht in Richtung des Matrizenkanals gewölbt. Die Wandung der gewölbten Matrizenkanalwand 111 der in 3a dargestellten zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Viertelschnitt gemäß 3b verdeutlicht. Die Wölbung der Matrizenkanalwand 111 ist in dieser Ausführungsform diskontinuierlich über eine Polyederfläche aufgebaut.In a second embodiment according to the present invention 3a the forming tool for the extrusion of metal strips has an extrusion die 101 which extends along a longitudinal axis 103 . In the direction of its longitudinal axis 103, the extrusion die 101 comprises a die channel with a die channel inlet 104 and a die channel outlet 105. The die channel also comprises die channel walls 111, 112, 113. The die channel wall 111 is curved in the direction of the die channel. A die channel wall opposite the die channel wall--not shown in this view--is also curved in the direction of the die channel. According to the second embodiment, the die channel walls 112, 113 are not curved in the direction of the die channel. The wall of the arched die channel wall 111 of the in 3a illustrated second embodiment of the present invention is in quarter section according to 3b clarified. In this embodiment, the curvature of the matrix channel wall 111 is constructed discontinuously over a polyhedron surface.

Eine herkömmliche Strangpressmatrize 901 zum Strangpressen von metallischen Bändern ist in 4 dargestellt. Die Strangpressmatrize 901 umfasst in Richtung ihrer Längsachse 903 einen Matrizenkanal mit einem Matrizenkanaleinlass 904 und einem Matrizenkanalauslass 905 sowie Matrizenkanalwände 911, 912, 913. Diese sind jedoch nicht profiliert, so dass der eigentliche Umformprozess des metallischen Werkstoffs nicht in der Matrize, sondern ausschließlich in dem davorliegenden Zufuhrkanal stattfindet. Der durch die Matizenkanalwände 911, 912, 913 definierte Matrizenkanal dient nur noch dem beibehalten der Bandgeometrie.A conventional extrusion die 901 for extruding metal strips is in 4 shown. In the direction of its longitudinal axis 903, the extrusion die 901 comprises a die channel with a die channel inlet 904 and a die channel outlet 905 as well as die channel walls 911, 912, 913. However, these are not profiled, so that the actual forming process of the metallic material does not take place in the die, but exclusively in the upstream supply channel takes place. The die channel defined by the die channel walls 911, 912, 913 only serves to maintain the strip geometry.

In den erfindungsgemäßen Formwerkzeugen findet der Umformprozess des metallischen Werkstoffs im Wesentlichen innerhalb der Matrize statt. Zudem wird - im Gegensatz zum herkömmlichen Strangpressen - der gesamte Materialstrom in den inneren laminaren Schichten und den äußeren laminaren Schichten in Normalenrichtung und in Querrichtung zur Strangpressrichtung bewegt.In the forming tools according to the invention, the forming process of the metallic material takes place essentially within the die instead of. In addition - in contrast to conventional extrusion - the entire material flow in the inner laminar layers and the outer laminar layers is moved in the normal direction and in the transverse direction to the extrusion direction.

In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 5a weist das Formwerkzeug zum Strangpressen von metallischen L-Profilen eine Strangpressmatrize 201 auf, die sich entlang einer Längsachse 203 erstreckt. Die Strangpressmatrize 201 umfasst in Richtung ihrer Längsachse 203 einen Matrizenkanal mit einem quadratischen Matrizenkanaleinlass 204 und einem L-förmigen Matrizenkanalauslass 205. Weiterhin umfasst der Matrizenkanal Matrizenkanalwände 211, 212, 213, 214, 215. Matrizenkanalwände 213, 214 sind in 5b zum besseren Verständnis beispielhaft hervorgehoben.In a third embodiment according to the present invention 5a For example, the mold for the extrusion of metal L-profiles has an extrusion die 201 that extends along a longitudinal axis 203 . In the direction of its longitudinal axis 203, the extrusion die 201 comprises a die channel with a square die channel inlet 204 and an L-shaped die channel outlet 205. The die channel also comprises die channel walls 211, 212, 213, 214, 215. Die channel walls 213, 214 are in 5b highlighted as an example for better understanding.

Die Matrizenkanalwände 211, 212 sind in den Matrizenkanal hinein gewölbt, wobei die Wölbung der Matrizenkanalwände 211, 212 gegenüber der Wölbung der orthogonal dazu liegenden Matrizenkanalwände 213, 214 unterschiedlich ausgeprägt ist. Die Matrizenkanalwände 213, 214 sind nach außen hin gewölbt. Die Besonders ausgeprägt ist die Wölbung der Materialkanalwand, die die Innenseiten des L-Profils formt.The die channel walls 211, 212 are arched into the die channel, with the curvature of the die channel walls 211, 212 being pronounced differently compared to the curvature of the die channel walls 213, 214 lying orthogonally thereto. The matrix channel walls 213, 214 are curved outwards. The curvature of the material channel wall, which forms the inside of the L-profile, is particularly pronounced.

Die Matrizenkanalwände 211, 212, 213, 214, und die Materialkanalwand, die die Innenseiten des L-Profils formt, definieren auf jeder Querschnittsebene quer zur Längsachse der Strangpressmatrize eine Kanalquerschnittsfläche 221, 223 (5c) bzw. 222 (5d). Das Maß dieser Kanalquerschnittsflächen 221, 222, 223, die durch die Matrizenkanalwände definiert werden, nimmt ab, d.h. das Flächenmaß der durch die Matrizenkanalwände definierten Kanalquerschnittsflächen auf jeder Querschnittsebene quer zur Längsachse der Strangpressmatrize nimmt in Richtung von dem Matrizenkanaleinlass 204 zu dem Matrizenkanalauslass 205 hin ab; Mit anderen Worten ist das Flächenmaß der dargestellten Flächen: 221 > 222 > 223.The die channel walls 211, 212, 213, 214, and the material channel wall that forms the insides of the L-profile, define a channel cross-sectional area 221, 223 ( 5c ) or 222 ( 5d ). The size of these channel cross-sectional areas 221, 222, 223, which are defined by the die channel walls, decreases, ie the area of the channel cross-sectional areas defined by the die channel walls on each cross-sectional plane transverse to the longitudinal axis of the extrusion die decreases in the direction from the die channel inlet 204 to the die channel outlet 205 ; In other words, the square measure of the faces shown is: 221 > 222 > 223.

Der Fachmann erkennt, dass auf ähnliche Weise auch andere Profile wie V-Profile, U-Profile, Kreuzprofile, Sternprofile und auch Hohlprofile herstellbar sind.The person skilled in the art recognizes that other profiles such as V-profiles, U-profiles, cross profiles, star profiles and also hollow profiles can be produced in a similar way.

Auch Hohlprofile lassen sich erfindungsgemäß herstellen. Dazu besteht das Formwerkzeug aus zwei Teilen, die entweder separierbar aneinandergefügt oder in einem Stück gefertigt sein können. Ein erster Teil zur Ausbildung eines Dorns, der die Innenkontur des Profils formt, weist mindestens zwei Hohlkammern auf, die um einen Kern angeordnet sind und in einer Schweißkammer münden. Der Kern mündet in einen Dorn, der über Brücken mit dem Außenrand des Formwerkzeugs befestigt ist und in die Lauffläche der Matrize hineinragt. Mindestens eine der äußeren Matrizenkanalwände der Lauffläche, bevorzugt auch mindestens eine Matrizenkanalwand des Dorns, ist in den Matrizenkanal hinein gewölbt, wobei die von den inneren und äußeren Matrizenkanalwänden definierten Kanalquerschnittsflächen in dem Matrizenkanal, d.h. die Kanalquerschnittsflächen, die durch die äußeren Matrizenkanalwände definiert sind, abzüglich der Querschnittsflächen, die durch die Matrizenkanalwände des Dorns definiert wird, in ihrer Größe im Wesentlichen konstant bleiben. Bevorzugt sind alle Matrizenkanalwände der Lauffläche, bevorzugter auch alle Matrizenkanalwände des Dorns in den Matrizenkanal hinein gewölbt.Hollow profiles can also be produced according to the invention. For this purpose, the mold consists of two parts, which can either be joined together in a separable manner or manufactured in one piece. A first part for forming a mandrel, which forms the inner contour of the profile, has at least two hollow chambers, which are arranged around a core and open into a welding chamber. The core ends in a mandrel that is attached to the outer edge of the mold via bridges and protrudes into the running surface of the die. At least one of the outer die channel walls of the tread, preferably also at least one die channel wall of the mandrel, is curved into the die channel, with the channel cross-sectional areas defined by the inner and outer die channel walls in the die channel, i.e. the channel cross-sectional areas defined by the outer die channel walls, minus of the cross-sectional areas defined by the die channel walls of the mandrel remain substantially constant in magnitude. Preferably all die channel walls of the running surface, more preferably also all die channel walls of the mandrel, are curved into the die channel.

In einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 6a bis 6d weist das Formwerkzeug zum Strangpressen von metallischen Hohlprofilen eine Strangpressmatrize 601 auf.In a fourth embodiment according to the present invention 6a until 6d the mold for the extrusion of metallic hollow profiles has an extrusion die 601.

Ein erster Teil der Strangpressmatrize 601 zur Ausbildung eines Dorns 642, der die Innenkontur des Profils formt, weist vier Hohlkammern 631 auf, die um einen Kern angeordnet sind und in einer Schweißkammer 641 münden, die einen Einlass und einen Boden aufweist. Ausgehend vom Boden der Schweißkammer erstreckt sich ein Matrizenkanal mit einem Matrizenkanaleinlass 604 und einen Matrizenkanalauslass 605.A first part of the extrusion die 601 for forming a mandrel 642 which forms the inner contour of the profile, has four hollow chambers 631 which are arranged around a core and open into a welding chamber 641 which has an inlet and a bottom. A die channel with a die channel inlet 604 and a die channel outlet 605 extends from the bottom of the welding chamber.

Weiterhin umfasst der Matrizenkanal innere und äußere Matrizenkanalwände. Zwei innere Matrizenkanalwände 613, 614 der vier inneren Matrizenkanalwände gemäß dieser Ausführungsform sind in 6c zum besseren Verständnis beispielhaft hervorgehoben. Zwei äußere Matrizenkanalwände 615, 616 der vier äußeren Matrizenkanalwände gemäß dieser Ausführungsform sind in 6d zum besseren Verständnis beispielhaft hervorgehoben. Furthermore, the die channel includes inner and outer die channel walls. Two inner die channel walls 613, 614 of the four inner die channel walls according to this embodiment are in 6c highlighted as an example for better understanding. Two outer die channel walls 615, 616 of the four outer die channel walls according to this embodiment are in 6d highlighted as an example for better understanding.

Die Matrizenkanalwände 613, 614, 615, 616 sind alle in den Matrizenkanal hinein gewölbt.The die channel walls 613, 614, 615, 616 are all curved into the die channel.

Es sind verschiedene Varianten bekannt, um Hohlprofile zu Strangpressen. Das hier von uns beschriebene Matrizen-Konzept spiegelt den Aufbau eines Kammerwerkzeuges dar. Die konventionell hergestellten Kammerwerkzeuge sind mehrteilig. Eine Komponente des Werkzeuges definiert die Innenkontour des Hohlprofiles. Eine weitere Variante um Hohlprofile zu fertigen sind Strangpressen mit integriertem Dorn. Diese Maschinen werden üblicherweise anstelle eines Vollbolzens mit einem Hohlbolzen beladen. Der in die Maschine integrierte Dorn und der Hohlbolzen ersetzen die Notwendigkeit bei einem Kammerwerkzeug den Werkstoff erst zu teilen und diesen dann wieder in der Schweißkammer zu fügen. Auch in einer Strangpresse mit integriertem Dorn ist eine erfindungsgemäße Werkzeuggestaltung möglich, die den Werkstoff quer zur Strangpressrichtung verdrängt. Hierfür müsste lediglich der Dorn der Maschine mit den entsprechenden Wölbungen ausgestaltet werden.Various variants are known for extruding hollow profiles. The die concept we describe here reflects the structure of a chamber tool. Conventionally manufactured chamber tools are multi-part. A component of the tool defines the inner contour of the hollow profile. Another variant for manufacturing hollow profiles is extrusion with an integrated mandrel. These machines are usually loaded with a hollow bolt instead of a solid bolt. The mandrel integrated into the machine and the hollow bolt replace the need for a chamber tool to first divide the material and then join it again in the welding chamber. Also in an extrusion press with integ tured mandrel, a tool design according to the invention is possible, which displaces the material transversely to the direction of extrusion. For this, only the mandrel of the machine would have to be designed with the corresponding curvatures.

Herstellbar sind die erfindungsgemäßen Formwerkzeuge mittels 3D-Metalldruckverfahren, beispielsweise mittels bekannter Pulverbett-Schmelzverfahren.The molds according to the invention can be produced using 3D metal printing processes, for example using known powder bed melting processes.

Claims

Mold for the extrusion of metallic materials with at least one extrusion die (1, 101, 201, 601) which extends along a longitudinal axis (3, 103, 203), the extrusion die (1, 101, 201, 601) in the direction of its longitudinal axis (3, 103, 203) has a die channel through which the metallic material can flow and which has a die channel inlet (4, 104, 204, 604), a die channel outlet (5, 105, 205, 605) and die channel walls (11, 12, 13, 14), (211, 212, 213, 214), (311, 312, 313, 314, 315), (613, 614, 615, 616) extending from the die channel inlet (4, 104, 204, 604) to the die channel outlet (5, 105, 205, 605) to form a die channel nozzle to convert the metallic material into a desired shape by plastic deformation to produce an extrusion, the die channel walls (11, 12, 13, 14) , (211, 212, 213, 214), (311, 312, 313, 314, 315), (613, 614, 615, 616) on each cross section plane transverse to the longitudinal axis (3, 103, 203) of the extrusion die (1, 101, 201, 601) define a channel cross-sectional area (21, 22, 23), (221, 222, 223) and wherein the channel cross-sectional area (21, 22, 23 ), (221, 222, 223) has an extension in a first normal direction to the direction of the longitudinal axis (3, 103, 203) and in a second normal direction to the direction of the longitudinal axis (3, 103, 203) and transverse to the first normal direction, characterized characterized in that the expansion of the channel cross-sectional area (21, 22, 23), (221, 222, 223) increases in the first normal direction and decreases in the second normal direction.

mold after claim 1 , characterized in that at least one matrix channel wall is curved into the matrix channel.

mold after claim 2 , characterized in that two, three, four, five or six die channel walls (11, 12, 13, 14), (211, 212, 213, 214), (311, 312, 313, 314, 315), (613, 614, 615, 616) are curved into the matrix channel.

Mold according to one or more of Claims 1 until 3 , characterized in that the curvatures of the die channel walls (11, 12, 13, 14), (211, 212, 213, 214), (311, 312, 313, 314, 315), (613, 614, 615, 616) are built up discontinuously over polyhedron surfaces.

Mold according to one or more of Claims 1 until 3 , characterized in that the curvatures of the die channel walls (11, 12, 13, 14), (211, 212, 213, 214), (311, 312, 313, 314, 315), (613, 614, 615, 616) are continuously built up over free-form surfaces.

Mold tool according to one of the preceding claims, characterized in that the size of the walls of the die channel (11, 12, 13, 14), (211, 212, 213, 214), (311, 312, 313, 314, 315) , (613, 614, 615, 616) defined channel cross-sectional area (21, 22, 23), (221, 222, 223) in the die channel from the die channel inlet (4, 104, 204, 604) to the die channel outlet (5, 105, 205, 605) decreases.

Mold according to one or more of Claims 1 until 6 for the extrusion of metallic materials in the form of strips, L-profiles, V-profiles, U-profiles, cross profiles, star profiles or hollow profiles.

Mold according to one or more of Claims 1 until 6 for the extrusion of metallic materials in the form of hollow profiles, characterized in that the die channel is preceded by a first part of the extrusion die (1, 101, 201, 601) to form a mandrel (642) which forms the inner contour of the profile, the first Part of the extrusion die (1, 101, 201, 601) has at least two hollow chambers (631) arranged around a core and opening into a welding chamber (641), and the core opens into the mandrel (642) connected via bridges with attached to an outer edge of the mold and protruding into the die channel inlet (604).

Process for the production of extruded parts, in which a profile made of a metallic material is introduced into a feed channel and, by means of a stamp, is subjected to plastic deformation by a mold according to patent claims 1 until 8th is pressed.

procedure after claim 9 , characterized in that magnesium, a magnesium alloy, aluminum or an aluminum alloy is used as the metallic material.