DE1452276A1 - Strangpressverfahren und Matrize hierfuer - Google Patents

Description

Die Erfindung befasst sich mit dem Strangpressen von Werkstoffen. Sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung, eine Matrize und ein Verfahren zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen.

Die üblichen Strangpress matrizen für Metalle bestehen im allgemeinen aus einer abgeschlossenen Kammer geeigneter Formgebung, an deren einem Ende eine entsprechend geformte Düse zum Auspressen des Stranges vorgesehen ist. Häufig ist der Umfang der Düse verstärkt, um eine zusätzliche Festigkeit der Anordnung und einwandfreie Formgebung des ausgepressten Profils zu erreichen. Im Falle des Strangpressens von metallischen Rundstabprofilen aus einem grösseren Rundprofilrohling oder -knüppel ist die Matrizenkammer von allgemein zylindrischer Form und am einen Ende abge-

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schlossenen, mit Ausnahme einer am geschlossenen Ende vorgesehenen

Runddüse, durch die das Metall des Rohlings ausgepresst wird. Beim Metallstrangpressen ist es im allgemeinen erforderlich, ein Schmiermittel entlang den Matrizenwandungen in Richtung zur Düse und besonders an der Düse anzubringen oder einzuleiten, um die Rebung zwischen dem ausscherenden Metall und der Matrizenwandung während des Auspressens zu verringern.

Als man erkannte, dass der Pressling die Neigung hat, entlang Linien abzuscheren, die beimAustritt aus der Düse eine irgendwie trichterartige Form ergeben, änderte man die Konstruktion der Matrize in der Weise ab, dass man den innenseitigen Eingang zur Düse trichterförmig ausbildete. Dadurch wurde erreicht, dass eine grössere Schmiermittelmenge zusammen mit dem Metall zu den Abscher- oder Ausweichstellen, besonders an der Düse, gelangt.

Bei den bekannten Metallstrangpressverfahren, die mit bekannten Arten von Matrizen arbeiten, ist die Richtung der auf den Rohling oder Knüppel ausgeübten Kraft im wesentlichen parallel und allgemein konzentrisch zur Düsenachse. Dies bedeutet, dass die Kornorientierung im ausgepressten Profil, selbst bei wiederholten Auspressvorgängen, im wesentlichen die gleiche wie Lm Rohling ist. Ausserdem ist es dabei immer noch schwierig., die Düsenränder, an denen der Pressling erheblichen formgebenden Kräften unterworfen ist, mit einer ausreichenden Menge an Schmiermittel zu versorgen.

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Ferner ist es bei diesen bekannten Verfahren wegen der erforderlichen trichterförmigen Ausbildung des Düseneingangs nicht möglich, bestimmt Profilteile auszupressen, wie z.B. stromlinienförmige Profile für die Beschaufelung von Gasturbinen mit einem vorspringenden Teil, der im wesent* liehen senkrecht mit einer engen Übergangs kehle an einem Träger·» oder B as is profil ansetzt.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein verbessertes Strangpressverfahren und eine Strangpressmatrize hierfür zu schaffen, wobei ein verbesserter Schmierweg nach der Matrizendüse vorgesehen ist, der ein Auspressen in einer Richtung ermöglicht, die im Winkel zum Rohling und zur Richtung der auf diesen ausgeübten Auspresskraft orientiert ist, so dass der Pressling eine andere Kornorientierung hat als der Rohling und der Rohling ohne Veränderung seiner Grosse oder Formgebung einer die Gerichtetheit seiner MikroStruktur beseitigenden Bearbeitung unterzogen werden kann.

Erfindungsgemäss ist ein Verfahren zum Strangpressen von Profilteilen mit einer Sirangpressmatrize vorgesehen, wobei auf den Rohling gleich starke und entgegengesetzt gerichtete Kräfte von solcher Gesamtgrösse ausgeübt werden, dass der Rohling plastisch deformiert und als Strang aus mindestens einer in der Matrize an einer Steile zwischen den Enden des Rohlings angeordneten Strangpressdüse in einer Richtung ausgepresst wird, die nicht zur Angriffs richtung dor auspressenden Kräfte parallel ist. Das hier kurz als

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"Strangpressverfahren" bezeichnete Verfahren kann somit als ein kombiniertes Fliess- und Strangpressverfahren (Extrusionsverfahren) angesehen werden.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus einer Strangpressmatrize, die an mindestens einem Ende offen ist, wobei die auspressenden Kräfte auf den in der Matrize befindlichen Rohling durch deren offenes Ende bzw. deren offene Enden ausgeübt werden, und wobei die Seitenwand der Matrize an einer Stelle zwischen deren Enden mindestens eine Strangpressdüse hat, deren Achse in einem Winkel zur Richtung, in der die Aus- * presskraft bzw. - kräfte am Rohling angreifen, orientiert ist. Die Matrize hat an ihrer inneren Seitenwandung einen Vorsprung, der sich gegenüber der Düse befindet und gegen diese gerichtet ist, und der sich quer über den Matrizenhohlraum erstrecken und mit einem gewissen Spielraum in die Düse hineinragen kann.

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 und 2 teilweise schematische Schnittansichten zweier bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemässen Strangpressmatrize für das Strangpressen eines Vollprofils;

Fig. 3 eine teilweise schematische Schnittansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Matrize für das Strangpressen eines Hohlprofils;

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Fig· 4 eine teilweise schematische Schnittansicht einer anderen AusfQhrungsform der Matrize zum Auspressen mehrerer Vorspränge oder Ansatzprofile am gleichen Rohling;

Fig. 5 eine teilweise schematische, isometrische Ansicht einer erfindungsgemässen Matrize, die sich besonders für das Auspressen von Stromlinienprofilen an einem Rohling bestimmter Formgebung eignet; und

Fig. 6 ein mit der Matrize nach Fig. 5 geformter Turbinenschaufelpr es sling.

Fig. 1 zeigt, schematisch vereinfacht, eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Pressmatrize im Betrieb. Die Matrize hat Wandungen 10, die einen Behälter oder eine Kammer 12 bilden, in die der Rohling 14 eingebracht wird. Die Matrize hat in ihrer Wandung 10 an einer Stelle zwischen den beiden Enden 18a und 18b, die beide offen sind, eine Diisenöffnung 16. Nachdem der Rohling 14 in die Kammer 12 eingebracht ist, werden auf ihn durch die offenen Enden 18a und 18b gleichgrosse, gegeneinander gerichtete Kräfte 20 bzw. 22 ausgeübt, deren Gesamtgrösse ausreicht, um das Material des Rohlings plastisch zu deformieren und als Strang durch die Düse 16 auszupressen. Die Mittellinie oder Achse 17 der Düse 16 verläuft in einer Richtung, die nicht zur Angriffsrichtung der Kräfte 20 und 22 parallel ist.

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Beim Strangfliesspressen (Extrudieren) von Metallen wird normalerweise ein Schmiermittel wie Glaspulver, Molybdändisulfid, kolloidales Graphit oder dergleichen auf den erwärmten Rohling vor dessen Einbringen in die Matrize aufgetragen. Man kann jedoch das Schmiermittel auch erst in der Matrize dem Rohling zugeben, da der Rohling nicht im genauen Passsitz in der Matrize angeordnet ist. Man kann daher das Schmiermittel in den Spielraum oder Zwischenraum zwischen den Matrizenwänden und dem Rohling einbringen. In der Zeichnung ist das Aufbringen der Schmiermittelschicht oder deren vorheriges Vorhandensein auf dem Rohling schematisch durch eine Art Kanal bei 24 angedeutet, längs dessen das Schmiermittel an den Kammerwänden gleiten kann, um das durch die Düse 16 ausgepresste Rohlingsmaterial zu schmieren. Aufgrund der erfindungsgemässen Ausbildung der Matrize ergibt sich für das Schmiermittel ein kurzer, direkter Weg zur OuSe₃ der beim Auspressvorgang nicht durch Teile des Rohling unterbrochen oder versperrt wird.

Ein Vorteil der erfindungsgemässen Massnahmen besteht darin, dass die Konstruktion oder das physikalische Mikrogefüge des durch die Düse 16 ausgepressten Werkstoffes anders ist als im Rohling. Diese Änderung ergibt sich daraus, dass die Auspressrichtung anders als parallel, und zwar vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Hauptorientierungsachse des Rohlings bzw. im wesentlichen senkrecht zur Angriffslinie der Kräfte 20 und 22 verläuft. Auf deise Weise kann ein Rohling mit Gussgefüge durc

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Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung so verpresst und warm- oder kaltverformt oder -bearbeitet werden, dass sich ein Gefüge wie bei geschmiedeten Stücken ergibt.

Da es aufgrund der erfindungsgemässen Massnahmen möglich ist, den Werkstoff zusätzlich zur Pressverformung, je nach den gewünschten mechanischen Eigenschaften oder dem gewünschten physikalischen Gefüge, entweder warm oder kalt zu verarbeiten, kann man nunmehr einen Werkstoff ohne wesentliche Veränderung der Abmessungen oder Form des Rohlings gleichzeitig strang- bzw· fliesspressen und in seinem Gefüge verändern. Zu diesem Zweck bildet man die erfindungsgemässe Strangpressmatrize so aus, dass die Form und Grosse des Querschnitts der Kammer 12 die gleichen sind wie die Form und Grosse des Querschnitts der Düse 16. In vereinfachter Form bedeutet dies, dass ein Gußstück mit Rundstabprofil von ungefähr 1, 27 cm (l/2 Zoll) Durchmesser in die Kammer 12 der Matrize nach Fig. 1, die eine Runddüse 16 von 1, 27 cm (l/2 Zoll) Innendurchmesser hat, eingebracht wird· Durch Ausüben entsprechender Kräfte 20 und 22 kann man den Rohling zu einem Rundstab von 1, 27 cm (1/2 Zoll) Durchmesser mit dem Gefüge eines Schmiedestücks verpressen.

Beim Verpressen fliesst das Material des Rohlings 14 gegen die Düse 16, wobei es die Neigung zeigt, längs der gestrichelten Linien 26, die gewissermassen einen "Totraum¹¹ einschliessen, abzugleiten oder abzuscheren.

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In den Fällen, wo es erwünscht ist, einen solchen Totraum am Rohling zu vermeiden, kann man in der Matrize einen herausnehmbaren Spund 27 (Fig. 2) mit einem geeignet geformten Dorn oder Vorsprung 28, der in eine entsprechende Ausnehmung im Rohling passt, anbringen.

Durch die Erfindung kann die Herstellung von Strang- oder Fliesspresslingen mit Hohlprofil, beispielsweise Rohrprofilen, erheblich verbessert werden. Beim üblichen Strangpressen von Rohrteilen wird im allgemeinen zunächst eine Längsbohrung durch den Rohling angebracht. Der Preßstempel hat einen Dorn, der die Bohrung des Rohlings und die Düse mit eiiem allseitigen Spielraum zwischen diesem Teil und den Düsenwänden, der gleich der gewünschten Rohrwanddicke ist, durchsetzt. Wenn der Stempel das Rohlings material durch die Düse auspresst, liegt der die Bohrung durchsetzende Dorn über seine gesamte Länge an den Wänden sowohl der Bohrung im Rohling als auch im ausgepressten Rohr an, wodurch eine zusätzliche Reibung erzeugt wird. Dies bedeutet, dass mehr Kraft erforderich ist, um den Werkstoff des Rohlings durch die Düse auszupressen. Die anfänglich nur an der Bohrungswand des Rohlings anliegende volle Länge des Stempel dorns legt sich im weiteren Verlauf beim Herausdrücken des Stempels und des Rohrs durch die Matrizendüse an der Rohrwandung an. Durch Verwendung einer mehrteiligen Matrize mit einem herausnehmbaren Dornspund 29 nach Fig. 3 braucht statt der früher erforderlichen Längs bohrung im

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Rohling jetzt nur noch eine Querbohrung von verhältnismässig kurzer Länge im Rohling angebracht zu werden. Da ferner der Dorn 30 des Spundes 29 in Fig. 3 am Rohling sowie am Pressling nur in demjenigen Bereich anliegt, wo der rohrförmige Pressling aus der Düse 16 austritt, wird für die Überw indung der Reibung eine erheblich geringere Kraft als bei der bisherigen Methode benötigt. Man kann daher Hohlprofile, beispielsweise Rohre, Hohlteile mit rechteckigem Querschnitt, komplexe Profile und dergleichen, mit weniger Kraftaufwand durchStrangpressen herstellen, als es bisher möglich war.

Zusätzlich kann man erfindungsgemäss auch mehrere Teile gleichzeitig aus einem einzigen Rohling herauspressen, wie in Fig. 4 gezeigt und in dem nachstehenden zweiten Ausführungsbeispiel erläutert.

Einweiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass man einen Rohling in eine Form vergiessen kann, die zur Formgebung des herzustellenden Presslings in einer solchen Beziehung steht, dass die prozentuale Dickeverringerung im Querschnitt über das Profil beim Rohling ungefähr die gleiche ist wie beim Pressling. Fig. 5 zeigt eine Ausführung mit zweiteiliger Matrize 10a und 10b in Anwendung auf das Auspressen eines Stromlinienprofils aus einem Rohling, dessen unausgepresster Teil als Ansatz- oder Trägerstück für das Profil verbleibt. Die abmessungsmässigen Beziehungen zwischen der Form des Rohlings und der Form des ausgepressten Strom-

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linienprofils lassen sich aus der Zeichnung ersehen. Nimmt man als Beispiel ein derartiges stromlinienförmiges Schaufelprofil, so ergibt sich, dass das Auspressen eines solchen Profils., das allgemein durch ein Trapezoid dargestellte werden kann, aus einem Rohling mit rechteckigem Querschnitt an den Vorder- und Hinterkanten des Stromlinienprofils einen erheblich grösseren Arbeitsaufwand und erheblich mehr Wegnahme von Material erfordert als im Bereich der grössten Dicke des Stromlinienprofils. Normalerweise ist daher der Verschleiss an den Teilen der Düse, wo die starke Dickeabnahme im Profil erzeugt wird, sehr yiel grosser. Wenn man dagegen den Rohling vor dem Verpressen zu einem im wesentlichen trapezförmigen Profil vergiesst. oder anderweitig verformt, wie in Fig. 5 bei 14 angedeutet, und dadurch die Profilform des Rohlings dem auszupressenden Stromlinienprofil in etwa anpasst, ist der für das Auspressen des Stromlinienprofils aus dem Rohling erforderliche Arbeitsaufwand erheblich geringer. Fig. 6 zeigt das ausgepresste Stromlinienprofil 30; das an einem Trägerstück oder einer Basis 32, die den Rest des Rohlings darstellt und durch spanabhebende Bearbeitung, Schleifen, Schmieden oder dergleichen zu gewünschten Basisform weiterverarbeitet werden kann, ansetzt.

Das Auspressen eines Stromlinienprofils mit sehr genauen Abmessungen wird erfindungsgemäss dadurch möglich, dass an der Düse für eine sehr gute Schmierwirkung gesorgt ist« Das Schmiermittel gelangt ohne

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Unterbrechung bis zur Düse, da das Metall den Schmiermittelfilm gegen und durch die Düse mitzieht. Ein Merkmal und ein wesentlicher Vorteil der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Kräfte 20 und 22 ohne weiteres unter Verwendung üblicher Preßstempel oder dergleichen und einfacher Matrizen auf beide Enden des Rohlings ausgeübt werden können wie in der Zeichnung gezeigt. Obwohl im Rahmen der Erfindung auch die Verwendung einer speziellen Schmiermittelfördereinrichtung, um die eine Seite der Düse an einem abgeschlossenen Ende mit Schmiermittel zu versorgen, in Betracht gezogen ist, kann es bei einseitig angreifender, am abgeschlossenen Ende einen Gegendruck auslösender Kraft geschehen, dass das Schmiermittel an der Düse auf der Seite des abgeschlossenen Endes, wo die Gegendruckkraft auftritt, verdrängt wird. In diesem Fall benötigt man komplizierte Vorrichtungen, um zu verhindern, dass die Düse auf dieser Seite vom Schmiermittel entblösst wird und dadurch der Auspressvorgang nicht mehr einwandfrei abläuft.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   /1* Verfahren zum Strangpressen eines Profilteils mittels einer Pressmatrize, dadurch gekennzeichnet/ dass auf einen Rohling gleichgrosse, gegeneinander gerichtete Kräfte von einer Gesamtgrösse, die ausreicht, den Rohling plastisch zu deformieren, ausgeübt werden und das Auspressen durch mindestens eine Strangpressdüse, die in der Matrize an einer Stelle zwischen den Enden des Rohlings angeordnet ist, in einer Richtung erfolgt, die zur Angriffs richtung der auf den Rohling ausgeübten Kräfte nicht parallel ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmiermittel auf die Oberflächen des Rohlings aufgetragen wird, bevor die plastisch deformierenden Kräfte auf den Rohling ausgeübt werden.
3. 3. Verfahrennach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn-

   z eichnet, dass der Rohling vor dem Einbringen in die Matrize erwärnt wird.
4. 4. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize an mindestens einem Ende offen ist und die Auspresskräfte auf den in der Matrize befindlichen Rohling durch das oder die offenen Enden der Matrize ausgeübt werden; und dass in der Seitenwand der Matrize an einer Stelle zwischen deren

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   Enden mindestens eine Strangpressdüse vorgesehen ist, deren Achse in einem Winkel zur Angriffsrichtung der auf den Rohling ausgeübten Kräfte orientiert ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize an beidenEnden offen ist.
6. 6. Vorrichtung nachAnspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize an ihrer Innenwand einen Vorsprung hat, der sich gegenüber der Düse befindet und gegen diese gerichtet ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung das Innere der Matrize quer durchsetzt und mit einem bestimmten Spielraum in die Düse hineinragt.
8. 8. Vorrichtung nachAnspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung auf einem herausnehmbaren Stöpsel, der in die Seitenwand der Matrize eingepasst ist, vorgesehen ist.

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