DE2211645B2 - Vorrichtung zum kuehlen der matrize einer strangpresse - Google Patents
Vorrichtung zum kuehlen der matrize einer strangpresseInfo
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Description
30
Die Erfindung betrifft oine Vorrichtung zum Kühlen der Matrize einer Strangpresse, insbesondere für
Aluminium und Aluminiumlegierungen, bei der einem den Matrizenöffnungsquerschnitt umgebenden Kanal
über mindestens eine Zuführungsbohrvng Kühlmittel während des Pressvorganges zugeführt wird.
Die Güte von aus Aluminium und dessen Legierungen gepreßten Werkstücken, wie Stangen, Rohre od. dgl.,
wird im wesentlichen durch zwei Einflußfaktoren, nämlich die Barren- oder Bolzentemperatur und die 4»
Preßgeschwindigkeit bestimmt, die für eine wirtschaftliche Fertigung in erster Linie berücksichtigt werden
müssen. Eine hohe Barren- oder Bolzentemperatur bewirkt, daß die auf den Bolzen bzw. Barren im
Rezipienten durch den Preßstempel aufzubringende Umformarbeit klein gehalten werden kann. Eine hohe
Barren- oder Bolzentemperatur bedingt jedoch eine niedrige Preßgeschwindigkeit. Bei einer hohen, Umformarbeit
sparenden Barren- oder Bolzentemperatur und großer Preßgeschwindigkeit ist die Metallstruktur
der erhaltenen Knetverbindung fehlerhaft, was die Verwendbarkeit so hergestellter Werkstücke beeinträchtigt.
Z. B. zeigt sich bei Hohlprofilen eine mangelhafte Knetverbindung daran, daß keine Verschweißung
der durch eine Brücke getrennten Metallströme stattgefunden hat. Deshalb wird der Barren oder
Bolzen auf einer für Aluminium oder für eine Aluminiumlegierung zweckmäßigen Temperatur gehalten
und zur wirtschaftlichen Ausnutzung der Presse wird die Preßgeschwindigkeit gesteigert.
Einer Steigerung der Preßgeschwindigkeit auf den höchstmöglichen, mit der jeweiligen Presse verwirklichbaren
Wert steht entgegen, daß sich Oberflächenfehler an den gepreßten Werkstücken ergeben können, die
eine zweckentsprechende Verwendung ausschließen. So ist beispielsweise ein vollständiger Zerfall der sich auf
der Oberfläche des gepreßten Werkstückes befindenden Oxidschicht, ausgelöst durch eine durch zu hohe
Preßgeschwindigkeit erzeugte, überhöhte Umformwärme in dem Werkzeug zu beobachten. Dadurch ist das
Werkstück für eine Eloxalqualität nicht mehr verwendbar. Ein anderer Oberflächenfehler ist dor sogenannte
»pin«. Dieser »pin« beeiträchtigt nicht die gesamte Oberfläche, sondern tritt nur lokal in Erscheinung. Er
entsteht ebenfalls bei überhöhter Preßgeschwindigkeit aufgrund lokalen Aufreißens oder Zerfalls der Oxidschicht.
Im Betrieb lagern sich am abstromseitigen Ende der
Lauffläche des Werkzeuges durch das Vorhandensein von Luftsauerstoff Aluminiumoxide krustenartig ab,
Steigende Umforrnwärme im Werkzeug begünstigt solche Oxidablagerungen. Durch zeitweiliges Abbrökkeln
der Oxidschicht entstehender Ausbruch wird auf oder in die Oberfläche des gepreßten Werkstückes
gebracht. Hierbei entsteht ein weiterer, andersartiger Oberflächenfehlei.
Um die beschriebenen Oberflächenfehler vermeiden und gleichzeitig die Presse möglichst wirtschaftlicher
betreiben zu können, sollte der Barren oder Bolzen daher bei ganz bestimmter Temperatur mit einer ganz
bestimmten Preßgeschwindigkeit verpreßt werden.
Zur Vergrößerung der Leistungsfähigkeit bestehender Anlagen ist bereits bekannt, die Preßgeschwindigkeit
durch eine zusätzliche Abfuhr der in dem Werkzeug entstehenden Umformwärme zu steigern (DT-AN K
21 843, Ib/7b/l2.5.55). Als Kühlmittel leitet man hierzu
durch Kühlkanäle in der Matrize Wasser oder für eine
noch intensivere Wärmeabfuhr wäßrige Salzlösungen, die unter den Schmelzpunkt von Wasser abkühlbar sind.
Das Kühlmittel läßt man nur während des Preßvorganges zirkulieren, um eine vollständige Wärmeabfuhr der
zusätzlich entstehenden Verformungswärme erzielen und beim Stillstand der Presse die Matrize schnell
wieder aufheizen zu können.
Die Verwendung von Wasser oder wäßrigen Salzlösungen zur Abfuhr der Umformwärme bringt
Nachteile mit sich. Zu einer wirksamen, die Preßgeschwindigkeit merklich steigernden Wärmeabfuhr sind
erhebliche Kühlmittelmengen notwendig, die große Kühlkanalquerschnitte erfordern, was zu einer unerwünschten
Schwächung der Matrizenquerschnitte führt. Außerdem nimmt die Wirksamkeit der Wärmeabfuhr
bei steigender Betriebszeit des Werkzeuges aufgrund der Wassersteinanlagerungen an den Kanalwänden ab.
Bei Kabelmantelpressen ist zur Kühlung des Kabelmaniels
bekannt, flüssigen Stickstoff durch Zufuhrkanäle und Düsen in einen Ringkanal in der Matrize
einzubringen, wobei er beim Austritt aus den Düsen in die Gasphase übergeht. Vom Ringkanal führen radial
nach innen gerichtete öffnungen den gasförmiger Stickstoff an die Oberfläche des zu kühlender
Kabelmantels (GB-PS 7 77 845). Mit diesem bekannter Verfahren soll der Kabelmantel vor allem während des
Stillstandes der Presse gekühlt werden, um oine Beschädigung der isolierenden Hülle um das Kabel zu
verhindern. Ein Kühlen des Stranges in einer üblicher Strangpresse mit Stickstoff während des Stillstandes
würde den Preßdruck beim Wiederanfahren jedoch ir unzulässiger Weise erhöhen, wie die Erfinder ir
umfangreichen Versuchen festgestellt haben.
Schließlich ist bekannt, das abstromseitige Ende einei
Lauffläche zur Eindämmung der krustenförmiger Oxidschichtbildung mit einem durch Lanzen an da:
Werkzeug geleiteten inerten Gas zu benetzen. Durch diese Maßnahme läßt sich die Preßgeschwindigkei'
nicht steigern, da keine Umformwärme abgeführt wire
(GB-PS 9 43 530).
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß die
Produktivität der Presse unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile, vor allem der beschriebenen
Oberflächenfehler, erhöht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung
vorgesehen, daß das Kühlmittel flüssiger Stickstoff ist und der Kanal im Querschnitt gegenüber der Zuführungsbohrung
derart erweitert ist, daß der Stickstoff in die Gasphase übergeht, und daß von dem Kanal
ausgehende radiale Öffnungen auf den austretenden Strang gerichtet sind.
Flüssiggase bieten aufgrund ihrer tiefen Temperatur eine wesentlich höhere Wärmeabfuhrkapazität als
beispielsweise Wasser, weshalb der Querschnitt der Kühlkanäle und insbesondere der kanalartigen Ausnehmung
sehr klein gehalten werden kann. Dies wiederum ist sehr vorteilhaft für die Festigkeit des Werkzeuges.
Durch die explosionsartige Vergrößerung des flüssigen Stickstoffvolumens um das etwa 200fache kommt das
Werkzeug mit einem großen Kühlmittelvolumen zur Abfuhr der durch gesteigerte Preßgeschwindigkeit
erzeugten zusätzlichen Umformwärme in Berührung.
Der flüssige Stickstoff wird nur während des Preßvorganges dem Kanal zugeführt, und zwar
vorzugsweise beginnend erst nach dem Verstreichen der Anpreßzeit. Dadurch ist vermieden, daß der
Preßdruck beim Anpressen zu groß wird und daß das zu verpressende Material im Stillstand an den Werkzeugbzw.
Rezipientenwänden »anfriert«.
Die Ausrichtung der Öffnungen auf dem austretenden Strang sorgt dafür, daß, wie an sich bekannt (GB-PS
9 43 530) das verdampfte Gas an der Fläche austritt, die an das ab3tromseitige Ende der Lauffläche anschließt.
Dies verhindert die Bildung einer Oxidschicht am abstromseitigen Ende des Werkzeuges, weil der
verdampfte Stickstoff den Luftsauerstoff vollständig von dem abstromseitigen Ende der Lauffläche verdrängt.
Dadurch wird bei gegebener optimaler Wärmeabfuhr eine zusätzliche Steigerung der Preßgeschwindigkeit
unter Tolerierung einer erhöhten Werkzeugtemperatur möglich.
Zweckmäßig sind die Öffnungen und der Kanal im Druckring und nicht in der Matrize selbst angeordnet,
wie an sich bekannt (FR-PS 9 80 780). Hierdurch wird die angestrebte Verdampfung sehr frühzeitig erreicht
und außerdem die Fertigung des Kanals und der Öffnung vereinfacht, die zur Trennfuge zwischen
Druckring und Matrize hin offen und deshalb einfach durch spanende Bearbeitung hergestellt sein können.
Wegen der größeren radialen Abmessungen des Druckringes gegenüber der Matrize erlaubt diese
Ausführung der Erfindung auch das Verlegen des Kanals in erheblichem radialen Abstand zum austretenden
Strang, was die angestrebte frühzeitige Verdampfung begünstigt.
Die Verdampfung des Stickstoffes kann noch dadurch beschleunigt werden, daß im Bereich der Zuführungsbohrung
eine zusätzliche Erweiterung im Kanal vorgesehen ist. Die radialen Öffnungen, die sich im
Querschnitt vorteilhaft zu dem Strang hin erweitern, sorgen für rasche Ausdehnung des verdampfenden
Gases mit entsprechend guter Kühlwirkung.
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Strangpresse mit Stickstoffkühlvorrichtung
gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein in der Strangpresse nach F i g, 1 verwendbares Werkzeug,
F i g. 3 eine Draufsicht auf das Werkzeug nach F i g. 2,
F i g. 4 eine Einzelheit eines abgewandelten Werkzeuges,
F i g, 5 eine Dichtung zur Verwendung bei der Ausführung nach F i g. 4,
F i g. 6 eine weitere Dichtung zur Anwendung bei der Ausführung nach F i g. 4.
Fig. 1 zeigt eine Strangpresse mit einem Prsßwerkzeug
16. Die Strangpresse 10 hat ein Querhaupt 13, in dem Führungen 12 zur Verschiebung des hydraulisch
betriebenen Preßstempelträgers 14 gelagert sind. Zwischen Querhaupt 13 und Preßstempelträger 14
befindet sich ein am Querhaupt 13 befestigter Werkzeugschieber 15, auf dem ein Werkzeug 16
gehaltert ist. Ein Rezipient 17 liegt an dem Werkzeug 16 an. Mittels des Preßstempels 18 wird Metall 19 in das
Werkzeug zur Bildung eines Werkstückes 20 in Form beispielsweise eines Profilstranges eingetragen. In
einem vakuumisolierten Flüssiggasbehälter 21 befindet sich flüssiger Stickstoff oder ein ähnliches, vorzugsweise
inertes, verflüssigtes Gas. Eine Schlauchleitung 22 für das Kühlmittel verbindet den Behälter 21 mit dem
Werkzeug 16. In Strömungsrichtung des flüssigen Stickstoffes gesehen ist in die Schlauchleitung 22 zuerst
ein Regelventil 23, dann ein Sicherheitsventil 24 und darauffolgend ein Magnetventil 25 eingesetzt. Mit dem
Regelventil 23 wird eine der zusätzlich abzuführenden l'mformwärme entsprechende Stickstoffmenge aus
dem Behälter 21 entnommen, wobei die gesamte Stickstoffmenge so gewählt ist, daß der Stickstoff im
Werkzeug vollständig in die Gasphase übergeht. Zur Einhaltung von Sicherheitsvorschriften ist das Sicherheitsventil
24 bestimmt. Das Magnetventil 25 wird durch den Preßstempel bzw. den Preßdruck im Rezipienten 17
derart betätigt, daß es erst nach Verstreichen der Anpreßzeit, d.h. bei Abfall des Anpreßdruckes,
ausgelöst durch das beginnende Fließen des Bolzens, öffnet und solange geöffnet bleibt, bis der Preßvorgang
abgeschlossen ist und der Preßstempel 18 zur Aufnahme eines neuen Bolzens zurückgefahren wird. Das Magnetventil
25 ist demgemäß nur im effektiven Fließdruckpreßbereich offen. Mit 2* ist ein Auslauftisch bezeichnet.
Die F i g. 2 und 3 zeigen das Werkzeug 16 im einzelnen. Das Werkzeug 16 umfaßt eine Matrize 28, die
zur Erzeugung eines Hohlprofiles mit einem an einer nicht gezeichneten Brücke befestigten Dorn ausgestattet
ist. Das fließende Metall tritt in die Matrize 28 durch Eintrittsöffnungen 30 in durch die Brücke geteilten
Strömen ein und tritt unter Verknetung und Verschweißung der Teilströme entlang der Lauffläche 31 aus der
Matrize 28 unter Bildung des gewünschten Werkstückes aus. Die Matrize 28 ist im vorliegenden Fall zweiteilig
ausgebildet, da zur Bildung des äußeren Umfanges des Werkstückes 20 ein Einsatz 32 vorgesehen ist. Die
Matrize 28 mit Einsatz 32 ist in einem Halter 33 aufgenommen, der sich über einen Dichtungsring 34 auf
einem Druckring 35 abstützt, der seinerseits in einem Druckringhalter 36 aufgenommen ist. Im Druckring 35
ist ein ringförmiger Kanal 37 vorgesehen, von dem Öffnungen 38 abzweigen, die nahe dem abstromseitigen
Ende der Lauffläche münden. In den Kanal 37 münden zwei Zuleitungen 39 je über zwei Zuführungsbohrungen
65 zur Erzeugung eines gleichmäßigen Wärmegefälles in dem Werkzeug 16. Das eingeleitete Kühlmittel tritt
über die Austrittsöffnung 40 in die jeweiligen Hohlräume
41 und 42 des Druckringes 35 und Druckringhalters
36 aus, um das Werkzeug zu kühlen. Wie F i g. 2 zeigt, ist der Kanal 37 in Richtung auf die Matrize 28 hin offen,
damit das Kühlmittel in Berürhung mit der Matrize 28 und dem Einsatz 32 gelangen kann. Auch die öffnungen
38 sind zur Matrize hin offen, d.h. rinnenförmig ausgebildet. Die einseitig offene Ausführung des Kanals
37 und der rinnenartigen öffnungen 38 ermöglicht ein
einfaches Herstellen und gleichzeitig ein strömungstechnisch optimales Ausbilden des Kühlmittelweges.
Bei einer einstückigen Ausbildung der Matrize 28 ohne einen Einsatz 32 kann eine Ringnut in die die
Matrize 28 aufnehmende Ausnehmung 43 eingebracht sein, z. B. durch Inneneinstechen auf einer Drehbank.
Durch Einsetzen der Matrize 28 in die Ausnehmung 43 des Halters 33 entsteht dann ein ringförmiger, die
Matrize außen umgebender Kanal, der in seiner Funktion dem Kanal 37 entspricht und von dem aus
Bohrungen in Richtung auf das abstromseitige Ende der Lauffläche 31 geführt sein können.
Nach Fig. 1 ist das Werkzeug 16 an den Flüssiggasbehälter
21 mittels eines Schlauches 22 angeschlossen, der die Verschiebung des Werkzeugschiebers 15 mit
dem Werkzeug 16 gestattet. Für einen schnellen Werkzeugwechsel und zur Vermeidung von Verlusten
ist nach F i g. 4 die Zuleitung des Kühlmittels zu dem Werkzeug abgewandelt. Der in Verbindung mit F i g. 1
beschriebene Schlauch ist hier durch eine mit der Presse dauernd verbundene wärmeisolierte Rohrleitung 44
ersetzt, die unterhalb des Werkzeugschiebers 15 in die Werkzeugschieberauflage 45 mündet. Eine Bohrung 46
setzt die Bohrung der Rohrleitung 44 in dem Werkzeugschieber 15 fort. An dem Auslaufende der
Bohrung 46 ist ein Anschluß 47 an das Werkzeug 16 vorgesehen, der im einzelnen anhand von F i g. 6
erläutert ist. Die Rohrleitung 44 ist in einer Durchgangsbohrung 48 einer an der Werkzeugschieberauflage 45
angeschweißten Verlängerung befestigt. Zwischen Werkzeugschieberauflage 45 und Werkzeugschieber 15
befindet sich eine in Fig.5 im einzelnen dargestellte Platte 49, die vorzugsweise aus einem Nichteisenmetall
wie Kupfer besteht und mittels Schrauben 50 an der Unterseite des Werkzeugschiebers 15 befestigt ist. Die
Platte 49 weist eine Bohrung 51 auf, die an ihrem dem
Werkzeugschieber abgewandten Ende mit einer Ansenkung 52 versehen ist. Die Ansenkung 52 stellt einen
ausreichenden Strömungsquerschnitt im Falle ungenauer Ausrichtung der Einlaufseite der Bohrung 46 auf
die Durchtrittsöffnung 48 bereit.
Der am abstromseitigen Ende der Bohrung 46 vorgesehene Anschluß 47 zwischen Werkzeug 16 und
Werkzeugschieber 15 besteht gemäß F i g. 6 aus dem in das Werkzeug einsetzbaren Kopf 53 und der in die
Bohrung 46 einführbaren Auflage 54. Der Kopf 53 trägt an einem Ende zum Befestigen des Kopfes 53 im
Werkzeug 16 ein Gewinde, an das sich ein Sechskant 55 anschließt. Die dem Gewinde abgewandte Seite des
Sechskantes trägt einen kugelförmigen Fortsatz 56. Eine Bohrung 57 zur Leitung des Kühlmittels durchsetzt
den Kopf 53. Die Auflage 54 umfaßt eine Schulterbüchse 58, die in ein Rohr 59 mit einer Abschlußwandung 60
hineinragt. Die Schulterbüchse ist in die Bohrung 46 eingesetzt, und eine Feder 61 drückt Schulterbüchse 58
und Rohr 59 auseinander. In der Abschlußwandung befindet sich eine Bohrung 62, die eine Ansenkung 63
zum abdichtenden Zusammenwirken mit dem kugelförmigen Fortsatz 56 aufweist. Die Auflage 54 ist soweit in
die Bohrung 46 eingelassen, daß bei Anliegen des Werkzeuges 16 am Werkzeugschieber 15 der Kopf 53
dicht an die Auflage 54 angedrückt ist.
Bei dieser Ausführung gemäß Fig.6 ist die Kühlmittelzuleitung ständig mit der Presse 10 verbunden.
Es können somit alle Leitungen wärmeisoliert ausgestaltet werden. Zeitraubende Handgriffe zum
Auswechseln des Werkzeuges entfallen, da dieses durch Anliegen am Werkzeugschieber mit der Kühlmittelzufuhr
verbunden ist.
Der Kanal 37 und die öffnungen.38 können se
dimensioniert sein, daß die Querschnitte der öffnunger 38 größer sind als der Querschnitt des die Laufflächt
umgebenden Kanals 37 oder umgekehrt. Ferner kann ar dem Kühlmitteleintritt in die Matrize 28, also jeweils in
Bereich der Zuführungsbohrung 65 eine zusätzlicht Ausnehmung, die Bestandteil des Kanals 37 bildet, zui
Erleichterung der vollständigen Verdampfung de! Flüssiggases vorgesehen sein. Diese Ausnehmung kam
sich aber auch an den Mündungen der radia verlaufenden Zuleitungen 39 in den Kanal 37 befinden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Kühlen der Matrize einer Strangpresse, insbesondere für Aluminium und
Aluminiumlegierungen, bei der einem den Matrizen-Öffnungsquerschnitt umgebenden Kanal über mindestens
eine Zuführungsbohrung Kühlmittel während des Preßvorganges zugeführt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlmittel flüssiger Stickstoff ist und der Kanal (37) im Querschnitt
gegenüber der Zuführungsbohrung (65) derart erweitert ist, daß der Stickstoff in die Gasphase
übergeht, und daß von dem Kanal (37) ausgehende radiale öffnungen (38) auf den austretenden Strang
gerichtet sind. >5
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Zuführungsbohrung
(65) eine zusätzliche Erweiterung im Kanal (37) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch w
gekennzeichnet, daß die öffnungen (38) und der Kanal (37) im Druckring (35) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (37) in
erheblichem radialem Abstand vom austretenden Strang angeordnet ist.
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