DE1602396A1 - Fliesspressverfahren - Google Patents

Description

Diph-Ing. August Bosharf
Dlpl.-Ing. Walter Jockisch

Patentanwalt*

«***■*«-**« 22.Aug.t9S7

Western Electric Company
Incorporated
195 Broadway
New York N.Y.

A 29 962-sz

Fließpreßverfahren

Die . Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fließpressen eines Werkstücks aus einem plastifizierbaren Feststoff durch eine Preßform, wobei das Werkstück hohem hydrostatischem Druck unterworfen wird« Das erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere für das Strangfließpressen von Werkstücken oder Bohlingen durch eine als Preßform dienende Preödüse oder Preßmatrize anwendbar.

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In der Technik des Fließpressens mit hydrostatischem Druck wird die bekannte Erscheinung ausgenutzt» wonach die bruchfreie Verformbarkeit bzw. die Fließfähigkeit zahlreicher Metalle und anderer Werkstoffe durch Beaufschlagung Bit entsprechend hofeesi hydrostatischen Brück in starkem HaBe erhöht werden kann. Solche Werkstoffe werden im vorliegenden Zusammenhang als "plastif Izierbare Feststoffe¹¹ bezeichnet.

Bisher wurde das hydrostatische Fließpressen üblicherweise durch gleichförmige» d«h. an der Stirnfläche und den Seltenflächen des Werkstückes einwirkende Druokbeaufsohlagung ausgeführt» wobei das Werkstück unter der resultierenden Wirkung dieser Druckbeaufschlagung durch eine Preßform getrieben wurde· Eine solche hydrostatische Druokbeaufschlagung hat sowohl in Längsrichtung« d.h. in Richtung durch die Preßform, wie auch in Querrichtung» d.h. radial zu einem etwa zylindrisch angenommenen Werkstück wirkende Komponenten.

Bei einigen bekannten hydrostatischen Fließpreßverfahren wird eine zusätzlich in Längsrichtung des / Werkstücks wirkende Zug- oder Druckkraft angewendet».

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Melohe die LBngskoinponente des-hydrostatischen Drucke

bein Hlndurol
unteretutet.

bein Hindurohtreiben des Wertstücks durch die Preßform

Xn diese« Zusammenhang wurde festgestellt, daß nach 'der überführung des aus einem plastiflslerbaren Feetatoff bestehenden WerkWks In den fließfähigen Zustand duroh den hydrostatischen Druck die Lüngsttnd Querkräfte sur Erzeugung von Schubspannungen und ggf. sum gegenseitigen Abseheren einzelner Bereiche Innerhalb des Werkstücks neigen. Diese Erscheinungen treten besondere stark la Bereich der Durehtrittsstelle des Werkatüokes in der Preßform auf, was su Riß-» Spalten- und der sog. Scheibenbildung und damit sur ünbrauchbarkeit des Werkstückes führen kann·

Aufgabe der Erfindung 1st demgemäss die Schaffung eines hydrostatischen Fließpreßverfahrens, bei dem das Auftreten von Sehuhrspannungen vermieden wird· Die erfindungsgemBsse Losung dieser Aufgabe kennzeichnet sieh bei einem Verfahren der eingangs genannten Art hauptsfiohlloh dadurch« daß das Fließpressen des Werkstückes durch die Preßf ora hauptsSohlloh durch radiale Beaufschlagung alt hohem hydrostatischem Druck erfolgt.

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Hierbei werden die Längskomponenten des hydrostatischen Drucks kondensiert bzw. von der Einwirkung auf das Werkstück ferngehalten, was sich erfahrungsgemäß als zur Vermeidung der erläuterten Schubspannungen ausreichend erwiesen hat.

Eine zweekmässige Ausführungsform des «rfindungsgemässen Verfahrens besteht darin» daß in dem Werkstück durch Beauf schlagung mit hohem hydrostatische© Druck Längs» und Radialspannungen erzeugt werden» daß eine entgegengesetzt zu der durch den hydrostatischen Druck erzeugten Längsspannung gerichtete Längskraft zur Einwirkung auf das Werkstück . gebracht wird und daß das Werkstück unter der Wirkung der resultierenden Kärfte durch die Preßform gedrückt wird« Das Auftreten von Schubspannungen im Werkstück lässt sich ferner vorteilhaft dadurch erreichen» daß der in Längsrichtung auf das Werkstück wirkende Druck durch eine an einem Ende des Werkstückes angreifende Rüokhaltekraft ausgeglichen wird. Ferner bietet sich eine zwecknössige Aueführungsform des erfIndungsgemässen Verfahrens in ,der Weise» daß die resultierenden Kräfte nur auf die Seitenflächen des Werkstückes einwirken·

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Im einzelnen wird das erfindungsgemässe Verfahren ss.B· zweokmäseig In folgenden Arbätssehritten ausgeführt:

a) das Werkstück wird In eine Druckkammer eingesetzt;

b) ein Ende des Werkstückes wird in die mit der Druckkammer verbundene Preßform eingeführt;

c) das andere Ende des Werkstücks wird alt einer Vorrichtung zur übertragung einer Längskraft auf das Werkstück verbunden;

d) das Werkstück und ein Teil der Vorrichtimg zur Längskraftübertragung werden mit einem Druckmittel umgeben;

e) der Inhalt der Druckkammer wird unter Druck gesetzt,

so daS die Seitenflächen des Werkstückes beauf-

uefätn

schlagt/und dieses mit der Vorrichtung zur Längskraftübertragung in Richtung gegen die Preßform gedrückt w/rd ;

f) über die Vorrichtung zur LängskraftUbertragung wird eine der Preßform abgewandter Richtung wirkende Längskraft von solcher Größe in das Werkstück eingeleitet, daß die resultierende, gegen die Preßform gerichtete Längskraft nur zur Auf« reohterhaltung der Berührung zwischen Werkstück

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in weeentllQbea

und Preßform ausreicht und da^nur der radial wirkende hydrostatische Druck das Werkstück durch dl« Preßform treibt.

Die Erfindung wird welter anhand des in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführung- l-eJ^iolee erläutert. Hierin zeigt

Fig. i einen sehematlschm Längsschnitt einer Druck* kammer mit Druckmlttelfüllung und hierdurch beaufschlagtem Werkstück zur Erläuterung des Auftretens von Schubspannungen und

Flg. 2 den Längsschnitt einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

In Fig. 1 1st eine Einrichtung der üblichen Art zum hydrostatischen Fließpressen dargestellt· Ein aus plastifizierbarem Peststoff bestehendes Werkstück 4

■it
ist hie» in eine/ Flüssigkeit gefüllte Druekkamaer 5 innerhalb eines Druclcgefäßes 6 eingesetst· Der zur Überführung in den fließfähigen Zustand erforderliche Überdruok der Druckflüssigkeit wird durch Einpressen eines Kolbens In die Drucklcanmer erzeugt· Das Werkstüok

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wird sowohl an der Stiso- wie auch an den Seitenflächen mit den hydrostatischen Druck beaufschlagt· Me auf das Verkstüok einwirkende Druckkraft setzt sich aus einer L&agskoraponente gea&se Pfeil ? und einer Radial« oder Querkomponente geraSss Pfeil 8 in Fig. 1 zuttamen.Der Schnittpunkt dieser Pfeile veranschaulicht das Ent·» stehen -!von Schubspannungen aias diesen Komponenten· Solche Schubspannungen ruf er. aiae Neigung des unter Hochdruck stehenden Materials aur .Bildung von Sprüngen« Rissen und Spalten herwar« mflml die neigung sum Abscheren in besonders starkem MaSe iss Durchtrltte· bereich des Werkstücks in der Preßform wirksam wird. Diese Sobub8pannungen Minnen zu der sog. "Scheibenbildung*¹ sowie zum Trennbruch und damit zu ÄuesehuS fahren.

Brfindungsgemäss wurde festgestellt, daß die Erzeugung von Sohubspannungen und deren nachteilige Auswirkungen beim hydrostatischen Fließpressen ausgeschaltet oder auf ein unschädliches SIaS verringert werden können, warnt das Material des Werkstücks zur Plastiflzierung und sum Durchlaufen der Preßform einem im wesentlichen nur radial bzw. quer zur Durchlaufrichtimg einwirkenden

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hydrostatischen Druck ausgesetzt wird· Auf diese Weise l&set sich tatsächlich ein gleichraässiger und nach kontinuierlich gekrümmten Fließlinien erfolgender Durchtritt des Werkstoffes gemSss Pfeilen 9 in Fig. 2 ohne wesentliche Bildung iron Sohubspanaungen erreichen· FOr eine solche hochwertige Verformung nüssen also die im allgemeinen auf das Werkstück bei der Druokbeaufschlagung einwirkenden Längskräfte kompensiert werden« Erfahrung8genSss kann dies z.B. vorteilhaft in der Weise durohgeUhrt werden» daß an dem druckseitigen Ende des Werkstückes über eine mechanische Verbindung «Ine der hydrostatischen L&ngskraftkomponente entgegenwirkende Löngakraft entsprechender Größe eingeleitet wird« Endlich hat sich herausgestellt» daß die alleinige Querdruckbeaufschlagung zum Hindruchtreiben des Werk» Stückes durch die PreSform voll ,tändig ausreichend 1st.

Ein aolohet hydrostatisches FlleSpresVerfahren» und zwar ein Stj*angfließpressverfahren,wird la folgenden anband von Fig. 2 erläutert. Die hier dargestellte Einrichtung umfasst ein auf einem Sockel 10 angebraohtes Druckgefäß 14 mit zentral angeordneter Druckkammer 16, die mit einer geeigneten Druckflüssigkeit

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gefüllt ist. Im unteren Bereich der Druckkammer 1st eine sich auf dem Sockel 10 abstützende Preßform 20 mit einer zentralen* kegelstumpfförmlg ausgebildeten Bohrung 22 angeordnet, durch welche das strangförmig auszupressende Werkstück 44 getrieben wird* Zwischen der Preßform 20 und dem Druckgefäß 14 ist eine Hochdruekdichtung 24 angeordnet* die bei ansteigendem Innndruck verstärkt wirksam wird und den Austritt von Druckflüssigkeit verhindert. Hierfür kommt eine Hochdruckdichtung bekannter Art in Betracht» z.B. eine solche aus T- etrafluoräthylen oder dgl·«

In dem oberen Abschnitt der Druckkammer 16 ist ein kolben 26 verschiebbar eingesetzt* zwischen dessen Umfangsfläche und dem Druckgefäß eine Hochdruckdichtung 30 angeordnet ist» Auch hierfür kommen bekannte Hochdruckdichtungen in Betracht. Eine plungerartlg ausgebildete Vorrichtung 34 zur Längskraftttbertragung auf das Werkstück 44 durchgreift mit einer Stange 40 eine zentrale Längsbohrung des Kolbens 26· Auch an dieser Durchtrittsstelle 1st eine Hochdruckdiohtung 42 angeordnet. Die Vorrichtung >4 umfaßt ferner

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einen am unteren Ende der Stiege 40 angebrachten Kupplungekopf 38» der einen verbreiterten Kopf abschnitt 46 des Werkstückes 44 alt einer Klaue 36 hintergreift. Bas untere Ende des Werkstücks ist in die Preßform 20 eingeführt.

Duron eine nicht dargestellte Fresse wird der Kolben gikse Pfeilen 48 in die Druck :amaer 16 getrieben und die Druckflüssigkeit dadurch unter entsprechend hohen Überdruck versetzt. Der hierdurch erzeugte hydrostatische Hochdruck wirkt gemHss den Pfeilen 50 auf die Seitenflächen des Werkstückes ein« wahrend das obere Ende des Werkstücke durch den Kupplungskopf 28 gegen den geaäsa Pfeilen 52 in Längsrichtung wirkenden Flüssigkeitsdruck abgeschirmt bzw· durch die Klaue 36 abgestützt wird· Hierzu wird auf die Stange 40 der Vorrichtung ?4 eine Kraft gsmäss Pfeil 56 ausgeübt« welche die Längsdruckkomponenten geoäss Pfeilen 52 ganz oder teilweise kompensiert. Hierbei kann z.B. eine verbleibende» abwärts gerichtete Längskraft geringer OrSBe eingestellt werden» welche das ttrkstttok in Kontakt mit der PrtBfom hält« am Verformungsvorgang jedoch praktisch ' nicht mitwirkt· Das Werkstück wird dann zumindest

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B^O ORDIN

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im wesentlichen allein durch den allseitigen Radialdruck entsprechender Höhe in fließfähigen Zustand versetzt und geaäss Pfeilen 9 durch die Preßform getrieben, wBhrend der obere Endabschnitt des Werkstückes durch die Vorrichtung £4 festgehalten wird. In der Praxis hat sich geneigt, daß auf diese Welse jedenfalls bis su den fOr die Plastifl zierung erforderlichen Druckwerten das Auftrtfcen unerwünschter Schuhspannungen verhindert werden kann. Insbesondere hat sieh dabei die vorteilhafte Möglichkeit äußerst hoher Verformungsgesohwlndigkeiten und Verformwsgsgrade in einem einzigen Arbeitsjigang ergeben· Zum Beispiel wurden Werkstücke aus Kupfer bei Druckwerten bis zu 7 000 attt in einem Arbeltsgang mit (fcerßchnlttεVerminderungen bis zu 80 % in kaltem Zustand verpreßt.

Zur BnxLttlung der optimalen Größe der Oftgen-lBngskraft genSss Pfeil 56 bieten sieh verschiedene Methoden. Zua Beispiel kann die resultierende LMngakraft infolge des hydrostatischen Druckes rechnerisch vorausbeetlont und die OegenlSnsskraft gemSss Pfeil 56 so bemessen werden» daß sich eine praktisch vollständige

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L&ngskraftkompensation ergibt. Weiterhin kann die optimale Gröfle der Gegenlängslcraf t durch Versuchsreihen empirisch festgelegt werden» wobei die Qualität des verpraßten Werkstücks in aufeinanderfolgenden Versuchen ölt unterschiedlicher Qegenlängskraft überwacht wird. Wenn die Qualität unter das geforderte Mindestmaß absinkt, so muss die Qegenlängskraft erhöht werden, bis die gewünschte Qualität erreicht 1st· Falls der eingestellte Anfangswert bereits eine befriedigende Qualität des verpressten Werkstückes ergibt, so wird die Qegenlängskraft zweokraässig in aufeinanderfolgenden Versuchen erniedrigt« bis die vorgegebene Qualltätsgrenze unterschritten wird. Durch anschließende Erhöhung der Gegenlängskraf t lässt sich dann ohne Schwierigkeit ein Optimum einstellen, bei welchem unnutig hohe Gegenlängskräfte vermieden und damit möglichst hohe Verformungsgeschwindigkeiten erzielt werden.

Hieraus ergibt sich ferner, daß die anzuwendende Gegen-

längskraft in gewissen Grenzen verändert werden kann, und zwar in Abhängigkeit von der zugelassenen

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Qualitätsgrenze« Wenn ζ.Bo eine vergleichsweise geringe Qualität des verpressten Werkstücks zulässig ist, so reicht eine weniger weitgehende LSngskraf tkompensetion aus, womit sich entsprechend hohe resultierende LHngskrSfte in Durchlaufrichtung des Werkstücks und damit hohe verformung- und Arbeitsgeschwindigkeiten ergeben.

Es versteht sich ferner, daß die Bezeichnung "hoher hydrostatischer Druck" einen relativen Begriff mit dem Sinn darstellt» daß In Abhängigkeit von der Hart© oder Spröde des zu verpressenden Werkstoffs ein» zur Überführung des Werkstoffs i einen fließfähigen

χ licht
Zustand/verwirk/ wird« wobei sich der Werkstoff ohne

Bruohblldung verformen lässt.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen* daß anstelle einer Druckflüssigkeit grundsätzlich auch andere geeigSbe Druckmittel verwendbar sind, z.B. weiche» elastisch oder plastisch nachgiebige Körper oder Stoffe, sofern diese zur Übertragung der auftretenden» z.T* extrem hohen Drucke geeignet sind.

Endlich versteht es sich insbesondere» daß für die Abschirmung bzw. Abstützjfang des Werkstüokkopfes 46

χ ausreichender Druok

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außer der dargestellten Ausführungsform spbhlreiche konstruktive Lösungen in Betracht kommen.

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Claims (4)

/Γ A 29 962-sz Ansprüche

1./ Verfahren zum Fließpressen eines Werkstücks aus einem . plastlfizierbaren Feststoff durch eine Preßform, wobei das Werkstück hohem hydrostatischem Druck unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließpressen des Werkstückes (44) durch die Preßform (20) hauptsächlich durch radiale Beaufschlagung mit hohem hydrostatischem Druck (50) erfolgt»

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Werkstück (44) durch Beaufschlagung mit hohem hydrostatischen! Druck Längs- und Radialspannungen erzeugt werden, daß eine entgegengesetzt zu der durch den hydrostatischen Druck erzeugten Längs epannung gerichtete L&ngskraft (56) zur Einwirkung auf das werkstück gebracht wird und daß das Werkstück unter der Wirkung der resultierenden Kräfte durch die Preßform gedrückt wird*

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3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Längsrichtung auf das WerksUfck wirkende Druck (52) durch eine an einem Ende (46) des Werkstückes angreifende Rückhaltekraft ausgeglichen wird. _f

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierenden KrSfte nur auf die Seitenflächen des Werkstückes einwirken.

5· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschritte:

a) das Werkstück wird in eine Druckkammer (l6) eingesetzt;

b) ein Ende des Werkstückes jird in die oit der Druckkammer verbundene Praßform (20) eingeführt;

o) das andere Ende (46) des Werkstücks wird mit einer Vorrichtung (54) zur übertragung einer LSngekraft (56) auf das Werkstück verbunden;

d) das Werkstück und ein Teil der Vorrichtung (24) zur Lungskraftübertragung werden mit einem Druckmittel (18) umgeben;

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e) der Inhalt der Druckkammer wird unter Druck gesetzt,

so daß die Seitenflächen des Werkstücks beauf-

werden

eohlagt/und dieses mit der Vorrichtung zur Längskraftübertragung in Richtung gegen die Fredform gedrückt wird ; ;

f) über die Vorrichtung zur Längskraftübertragung wird eine in der Preßform abgewandter Richtung wirkende Längskraft (56) von solcher Oröfie in das Werkstück eingeleitet« dad die resultierende, gegen die Preßform gerichtete Längekraft nur zur Aufrechterhaltung der Berührung zwischen Werkstück

Im weaeatliciwn

und Preßform ausreicht und daß/nur der radial wirkende hydrostatische Druck das Werkstück durch die Preßform treibt·

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