DE2211645B2

DE2211645B2 - Vorrichtung zum kuehlen der matrize einer strangpresse

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Publication number: DE2211645B2
Application number: DE19722211645
Authority: DE
Priority date: 1971-03-18
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1977-08-25
Also published as: GB1388896A; FR2130434B1; FR2130434A1; IT950370B; AT318352B; DE2211645A1; NL7203347A; SE391134B; BE780853A; CH540076A; CA966086A; JPS558247B1; US3808865A

Description

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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

Jb Patentansprüche:

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.