DE10320014B4

DE10320014B4 - Vorrichtung zum Strangpressen von Rohren und Profilen aus Stahl, Metall und Metall-Legierungen

Info

Publication number: DE10320014B4
Application number: DE2003120014
Authority: DE
Inventors: Josef Hesse
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: DE10320014A1

Abstract

Vorrichtung zum Strangpressen von Rohren und Profilen aus Stahl, Metall oder Metall-Legierungen mit zwei hintereinander liegenden Aufnehmern (A1) und (A2), die jeweils an einem Drehkreuz angeordnet sind, wobei das von der Matrize (M) aus vordere Drehkreuz zwei Aufnehmer (A1) und das hintere Drehkreuz mindestens drei Aufnehmer (A2) besitzt, in dem Aufnehmer (A1) eine Innenbüchse (IB) angeordnet ist und die Innenbüchse von Aufnehmer (A1) als auch ein in den Aufnehmern (A1, A2) angeordneter Pressdorn (PD) im Bereich von dem Aufnehmer (A1) fast über die ganze Länge konisch ausgeführt sind, mit statt einem Zentralpresszylinder- mehreren kleinen Zylindereinheiten und bei der weiterhin über ein im Aufnehmer (A1) befindliches Kupferspiralrohr mit geregelter Kühlflüssigkeitsmenge die Innenbüchse (IB) auf eine notwendige Temperatur zu halten ist und mindestens zwei Abstreifringe am Pressstempelkopf zur Reinigung und Schmierung der Aufnehmerwand des Aufnehmers (A1, A2) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Strangpressen von Rohren und Profilen aus Stahl, Metall oder Metall-Legierungen.
Die konventionelle Methode zum Strangpressen von Rohren und Profilen aus Stahl und Metallen hat sich, soweit es den eigentlichen Umformprozess angeht, nicht verändert. In Zeichnung 1 ist zu erkennen, dass die Umlenkung der Blockaußenzonen in Höhe der Matrize fast 90° beträgt. Diese denkbar ungünstigen Formgebungsbedingungen führen zu sehr hohen Presskraftspitzen (Zeichn. 2) beim Anpressen und ebenso zu großen mechanischen Beanspruchungen von Matrize und Innenbüchse. Im Verein mit großer Fließgeschwindigkeit des Pressgutes, bei gleichzeitig hoher Temperatur, führt dies zum schnellen Verschleiß der Matrize und Auskolkungen der Innenbüchse. Beide Faktoren wirken sich negativ auf die Qualität des ausgepressten Gutes aus. Verfahrensbedingt wird deshalb die Matrize prophylaktisch nach jeder Pressung ausgetauscht, nachgearbeitet und masslich kontrolliert. Der Austausch mit neuen Matrizen ist deshalb zwangsläufig. Oft geschieht das schon nach wenigen Pressungen und ist mit erheblichem Zeitaufwand verbunden. Das Verfahren ist auch dadurch zeitlich stark benachteiligt, dass der im Aufnehmer verbleibende Pressrest, nachdem das fertige Pressgut abgetrennt wurde, entfernt werden muss ( DE 2008230 A ).
Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht darin, dass nur mit einem über die ganze Länge zylindrischen Pressdorn (Zeichn. 1) gearbeitet werden kann. Durch hohe Temperatureinflüsse und äußerst starke Zugbeanspruchung, kann der Pressdorn nur endlich kleine Durchmesser besitzen, sodass die Freiräume für das Pressen kleiner Durchmesser sehr begrenzt sind. Hier ist das Verfahren, gegenüber anderen Herstellungsarten, klar benachteiligt.
Diese verfahrensbedingte Arbeitsweise setzt bei großen Pressverhältnissen (Grenzbereich: Blockquerschnitt zu Rohrquerschnitt 30:1) eine große Anzahl von Einsatzblockdurchmessern voraus. Eine ebenso große Anzahl unterschiedlicher Aufnehmer und Werkzeuge unterschiedlicher Abmessungen sind unabdinglich. Die Blockabmessungen (Länge und Durchmesser) sind in diesem Fall sehr gering, sodass die ausgestoßene Produktion im Verhältnis zum Aufwand viel zu niedrig, also unwirtschaftlich ist.
Neben den geschilderten Nachteilen treten bei der üblichen Verfahrensweise noch andere Faktoren auf, die den zeitlichen Ablauf negativ beeinflussen, mit der Folge, dass bei schweren Pressen nur ca. 1 Block pro Minute gepresst werden kann. In der Realität werden selbst unter idealen Voraussetzungen – gleiche Werkstoffe und Abmessungen bei hoben Stückzahlen – nur etwa 70% der theoretisch möglichen Pressungen erreicht.
In vielen Fällen wird beim Strangpressen von Stahl, Glas als Schmiermittel benutzt. Dieses Glas setzt sich in flüssiger Form beim Pressen an der Aufnehmerwand ab und friert augenblicklich ein, sodass ein zurückziehen des Pressstempels unmöglich wird. Abhilfe schafft hier eine lose Preßscheibe (Zeichn. 1), die zwischen Blockende und Pressstempel gesetzt wird. Diese Scheibe – das heißt das Hantieren mit ihr – führt zu weiteren Zeitverlusten und zusätzlichen Personalaufwand.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dergestalt zu verbessern, dass die beschriebenen Nachteile vermieden werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1.
Im Nachfolgenden wird das Pressen eines Rohres beschrieben.
Wie Zeichnung 4 zeigt, wird der Blockaufnehmer in zwei Teile A₁ und A₂ unterteilt. Beide Teile befinden sich an Schwenkarmen (Drehkreuzen), wobei dem Aufnehmer A1 mindestens zwei (Zeichn. 5, 5a) gleichartige Aufnehmer A₁ I und A₁ II zugeordnet sind. Am Schwenkarm des Aufnehmers A₂ sind mindestens 3 Aufnehmer (Zeichn. 5, 5b) im Abstand von 120°, nämlich A₂ I, A₂ II und A₂ III angeordnet.
Der Schwenkarm A₁ kann unabhängig von A₂ betätigt werden. Das Gleiche gilt ebenso für den Aufnehmer A₂. Sinn dieser Unterteilung ist, dass die Innenbüchse von A₁ fast über die gesamte Länge ausgehend vom Blockeinsatzdurchmesser bis zum Außendurchmesser des zu pressenden Rohres konisch verläuft. Das Gleiche – konische Ausführung – gilt auch für den Teil des Pressdornes der sich im Bereich A₁ befindet. Seine konische Form ist bestimmt durch den Innendurchmesser des Einsatzblockes (Blockbohrung) einerseits, andererseits durch den Innendurchmesser des zu pressenden Rohres (Zeichn. 3).
Wie leicht zu erkennen ist, wird die Formgebung über eine lange Strecke bewerkstelligt. Im Bereich der Matrize treten nur noch geringe Formänderungen (Kalibrieren) auf. Die mechanischen Beanspruchungen der Innenbüchse sinken auf ein Mindestmass. Der Pressdorn besitzt sehr große Abmessungen. Seine Beanspruchung sowohl mechanisch als auch thermisch ist außerordentlich gering. Im konischen Teil des Dornes kehrt sich die Zugbeanspruchung sogar in eine Druckbeanspruchung um.
Diese Konfiguration gestattet den Einsatz von Hartmetallen im Bereich von Matrize und Dornspitze mit dem Erfolg, dass der sonst sehr hohe und kostenträchtige Verschleiß dieser Werkzeuge gegen Null tendiert.
Dem Drehkreuz des Aufnehmers A₂ sind drei Aufnehmer zugeordnet. Während der im Aufnehmer A₂ I befindliche Block über den Pressdorn im 1. Arbeitsschritt ausgepresst wird, erfolgt gleichzeitig die Ladung (2. Block) des Aufnehmers A₂ II. Zu diesem Zeitpunkt kann der leere Aufnehmer A₂ III mechanisch gereinigt, inspiziert und gegebenenfalls Einfluss auf seine Temperatur genommen werden. Er steht dann wieder zur Ladung bereit.
Zu diesem Zeitpunkt ist etwa 2/3 des 1. Blockes zum fertigen Rohr verpresst. Nachdem nun Aufnehmer A₂ II mit dem 2. Block in Pressstellung gedreht wurde und der Pressdorn eingefahren ist, erfolgt der Pressvorgang 2. Dabei wird der 1. Block vollständig (der etwa 1/3 Rest) ausgepresst. Der zweite Block wir zu etwa 2/3 ausgepresst und bleibt zu 1/3 im Aufnehmer A₁ I. Nach erneutem Drehen von Drehkreuz A₂ wiederholt sich der Vorgang mit Block 3. Es stellt sich ein fast kontinuierlicher Prozess ein.
Beim 1. Pressabschnitt fährt der Pressstempel bis leicht über Grenze zum Aufnehmer A₁ I vor (siehe Detailzeichn. 3). Er kann bei Bedarf also unabhängig von den Aufnehmern A₂ I–III um 180° gedreht werden. Der Bedarf tritt aber nur dann ein, wenn eine allgemeine Störung der Anlage eine Entfernung des 1/3-Restes eines Blockes notwendig macht.
Um den erfindungsgemäßen Gedanken – schnelle Stückfolge – voll auszunutzen, ist ein gegebenenfalls notwendiger, schnell durchzuführender Pressdornwechsel sinnvoll. Zu diesem Zweck wird der notwendige Raum zur Installation von mechanischen Elementen (Robotern) dadurch geschaffen, dass der übliche Hauptzylinder aufgelöst und durch eine größere Anzahl kleinerer Zylinder (Zeichnung 4 und 6), die in 2, auf einer Kreislinie angeordneten Segmenten, ersetzt wird. (Zeichn. 6) In diesem Freiraum wird der Dorn beim Wechsel mit erhöhter Geschwindigkeit zurückgezogen (Zeichn. 7), voll mechanisch gewechselt und ebenso schnell wieder in Pressstellung gebracht. Damit ist gewährleistet, dass der Pressrhythmus nicht unterbrochen wird. Ein weiterer Vorteil der Auflösung des Hauptzylinders in mehrere kleine Einheiten liegt darin, dass z. B. nach Bedarf die kleinen Einheiten paarweise ab- oder zugeschaltet werden können.
Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht darin, dass grundsätzlich bei diesem Verfahren nur von einem Außendurchmesser des Ausgangsblockes ausgegangen wird. Der pressfähige Einsatzblock entsteht über die vorgeschaltete Lochpresse, in der die „Bohrung" nach Bedarf ausgeführt wird. Die Vorbereitung und Disposition des Vormaterials ist dadurch stark entlastet.
Das neue Verfahren verzichtet auf eine lose Pressscheibe, in dem am vorderen Teil des Pressstempels mindestens 2 Abstreifringe platziert werden (Zeichn. 8). Die Ringe sollen beim Pressen die Funktion der losen Pressscheibe übernehmen, also das an der Aufnehmerwand befindliche Schmiermittel ganz abzustreifen, so dass der Pressstempel bedingungslos zurückgezogen werden kann. Außerdem wird zur weiteren Unterstützung zwischen die Ringe hochhitzebeständiges Öl an die Aufnehmerwand herangetragen.
Um den Aufnehmer A₁ stets auf der gewünschten Temperatur zu halten, wird erfindungsgemäß im Aufnehmer eine Spiralnute eingelassen (Zeichn. 9), die mit einem Kupferrohr ausgefüllt und je nach Bedarf in geregelter Weise von einem Kühlmittel durchflossen wird. Durch diese Maßnahme wird ein zu heiß werden der Innenbüchse verhindert.
Die relativ niedrige mechanische Beanspruchung der Innenbüchsenwand gestattet es erstmalig, eine dünne Plattierungsschutzschicht zur zusätzlichen Verschleißminderung aus hochwarmfester Keramik aufzutragen.
Zusammenfassend ist die neue Verfahrensweise geeignet hohe Stückzahlen – 3 und mehr – pro Minute zu erzielen. Die Kostensenkungen sind beträchtlich. Es können somit Stahlqualitäten verpresst werden, die unter heutigen Bedingungen keine wirtschaftliche Verarbeitung zulassen.

A: Aufnehmer
A₁: Teil Eins des Aufnehmers
A₂: Teil Zwei des Aufnehmers
A₁ I: Erster Aufnehmer von A₁
A₁ II: Zweiter Aufnehmer von A₁
A₂ I: Erster Aufnehmer im Drehkreuz (A₂)
A₂ II: Zweiter Aufnehmer im Drehkreuz (A₂)
A₂ III: Dritter Aufnehmer im Drehkreuz (A₂)
PS: Presstempel
PRS: Pressscheibe
PD: Pressdorn
IB: Innenbüchse
M: Matrize (Press)
B_1-n: Pressblock

Claims

Vorrichtung zum Strangpressen von Rohren und Profilen aus Stahl, Metall oder Metall-Legierungen mit zwei hintereinander liegenden Aufnehmern (A1) und (A2), die jeweils an einem Drehkreuz angeordnet sind, wobei das von der Matrize (M) aus vordere Drehkreuz zwei Aufnehmer (A1) und das hintere Drehkreuz mindestens drei Aufnehmer (A2) besitzt, in dem Aufnehmer (A1) eine Innenbüchse (IB) angeordnet ist und die Innenbüchse von Aufnehmer (A1) als auch ein in den Aufnehmern (A1, A2) angeordneter Pressdorn (PD) im Bereich von dem Aufnehmer (A1) fast über die ganze Länge konisch ausgeführt sind, mit statt einem Zentralpresszylinder- mehreren kleinen Zylindereinheiten und bei der weiterhin über ein im Aufnehmer (A1) befindliches Kupferspiralrohr mit geregelter Kühlflüssigkeitsmenge die Innenbüchse (IB) auf eine notwendige Temperatur zu halten ist und mindestens zwei Abstreifringe am Pressstempelkopf zur Reinigung und Schmierung der Aufnehmerwand des Aufnehmers (A1, A2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Pressgutaustrittes sowohl bei der Matrize (M), als auch bei der Dornspitze Hartmetalle einzusetzen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Aufnehmer (A1) im Übergang zur Innenbüchseaußenseite eine Spiralnute eingearbeitet ist, die mit einem Kupferrohr ausgefüllt und nach Maßgabe von einem geeigneten Kühlmittel so zu durchfließen ist, dass die Innenbüchse die zur Durchführung notwendige Temperatur besitzt und bei der als Kühlflüssigkeit Wasser oder flüssiger Stickstoff zu verwenden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenoberfläche der Innenbüchse von Aufnehmer (A1, A2) mit einer dünnen schlag- und temperaturbeständigen Keramikplattierung versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung des Pressverhältnisses (Blockquerschnitt zu Rohrquerschnitt) von 30:1 aufzulösen ist, und grundsätzlich nur 1 Blockaußendurchmesser zum Einsatz kommt.