DE2211696C2 - Verfahren zum Strangpressen von Metall sowie Vorrichtung hierfür - Google Patents
Verfahren zum Strangpressen von Metall sowie Vorrichtung hierfürInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Strangpressen von Metallen nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Ein Verfahren, welches die im Oberbegriff des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale enthält, ist aus der
DE-OS 20 03 356 bekannt Bei diesem bekannten Verfahren wird ein beliebig langer Stab aus Metall
durch die Vorrichtung geführt Die Aufnehmerkammer der Vorrichtung ist dabei als Kanal ausgebildet, in dem
der zu verpressende Metallstab mit Hilfe von Flüssigkeitsreibung gegen die sich konisch verengende
Matrizenöffnung gepreßt wird. Um die erforderlichen Flüssigkeitsreibungskräfte aufbringen zu können, ist der
Durchmesser der Kammer größer als der Durchmesser des Metallstabes. In der Kammer strömt eine entsprechende
Flüssigkeit in Stabvorschubrichtung unter so hohem Druck und mit so hoher Geschwindigkeit, daß
die von der Flüssigkeit ausgeübten Reibungskräfte ausreichen, den Stab unter entsprechender Reduktion
und Änderung seines Querschnitts durch die öffnung der Matrize auszupressen. Um eine ausreichende
Vorschubkraft zu erreichen, muß der Aufnehmerkanal verhältnismäßig lang sein. Das hätte wiederum bei
Zuführung der Flüssigkeit am matrizenfernen Ende und Abführung der Flüssigkeit am matrizennahen Ende
einen relativ großen Flüssigkeitsdruckabfall zur Folge. Dieser würde wiederum die Gefahr mit sich bringen,
daß der Flüssigkeitsdruck am matrizenfernen Ende innerhalb des Aufnehmerkanals so groß würde, daE
unerwünschte Verformungen und sogar ein Abquetschen des zu verpressenden Stabes auftreten könnten.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, ist der Aufnehmerkanal bei der bekannten Vorrichtung in eine
Mehrzahl von in Kanallängsrichtung aufeinanderfolgenden Abteilungen unterteilt Eine verhältnismäßig komplizierte
Flüssigkeitsführung erlaubt es, den Druck, der durch Reibung mitnehmenden Flüssigkeit in der
matrizennächsten Abteilung am höchsten und in der matrizenfernsten Abteilung am niedrigsten zu halten.
Dieses bekannte Verfahren hat zwar den Vorteil, daß es die Verarbeitung beliebig langen Stabmaterials als
Ausgangsmaterial erlaubt Das bekannte Verfahren ist jedoch auch in verschiedener Hinsicht nachteilig. So ist
bei diesem Voraussetzung, daß das zu verpressende Material in Form eines Stabes zugeführt wird. Das
Verarbeiten pulverförmigen oder granulatförmigen Materials ist nicht möglich. Das erreichbare Preßverhältnis
ist begrenzt So läßt sich beispielsweise kein größerer Querschnitt des stranggepreßten Stabes
erreichen als ihn der Ausgangsstab hat Anderenfalls würde die Mitnahmeflüssigkeit aus der Aufnehmerkammer
durch die Matrize austreten können. Es können auch nicht beliebige Profile erzeugt werden. So ist
insbesondere die Erzeugung hohler Profile nicht möglich. Der apparative Aufwand für die Vorrichtung
zur Durchführung des bekannten Verfahrens ist außerordentlich hoch, da eine sehr komplizierte
Flüssigkeitsführung unter sehr hohem Druck erforderlich ist und darüberhinaus auch die Zuführkammer am
matrizenfernen Ende einwandfrei gegen den zuzuführenden Metallstab abgedichtet werden muß.
Bekannt ist ferner ein Strangpreßverfahren, bei welchem ein Bleirohr in einen Zuführkanal hineingepreßt
in diesem erweicht und durch eine Matrize ausgepreßt wird (DE-PS 8 52 832). Die Verwendbarkeit
dieses bekannten Verfahrens ist naturgemäß nur auf wenige metallische Werkstoffe beschränkt Für hohe
Drücke ist das Verfahren nicht geeignet
Bekannt ist es schließlich auch beim Strangpressen von Metall, einen durch Strangpressen zu verformenden
Block in eine an drei Seiten geschlossene Aufnehmerkammer einzulegen, die Aufnehmerkammer an der
vierten offenen durch einen Matrizenträger mit Matrize zu verschließen und die Aufnehmerkammer gegen die
Matrize zu pressen, so daß das Metall durch letztere herausgedrückt wird. Dieses Verfahren hat zum einen
den Nachteil, daß aus Festigkeitsgründen die Größe der Aufnehmerkammer und damit die Länge des extrudierten
Produktes begrenzt ist Auch kann das Preßverhältnis, also das Verhältnis von Blockquerschnitt zum
Querschnitt des ausgepreßten Stranges nicht sehr groß
gewählt werden, da anderenfalls die erforderlichen Auspreßdrücke zu schwer zu beherrschen wären.
Die Erfindung löst die Aufgabe, das aus der DE-OS 2003356 bekannte Verfahren so weiterzubilden, daß
das Verfahren nicht mehr nur mit massivem, sondern auch mit z.B. pulverförmigem Zuführmaterial bei
geringem apparativem Aufwand durchführbar ist wobei das mögliche Preßverhältnis in wesentlich weiteren
Grenzen liegt und auch praktisch beliebige, selbst hohle Profile erzeugt werden können, durch die Weiterbildung
gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Weitere besondere Vorteile dieses Verfahrens liegen darin, daß Schmiermittel nicht mehr erforderlich sind,
was wiederum dazu führt, daß das erzeugte Strangmaterial eine völlig reine Oberfläche aufweist, so daß sofort
auf die Erzeugung des Strangmaterials oin Beschichtungsarbeitsgang
folgen kann. Weitere Vorteile liegen darin, daß nicht nur pulverförmige, sondern auch
granulatförmige und schrottförmige Ausgangsmaterialien verarbeitet werden können.
Bei der Erfindung wird also die Kraft zum Auspressen to des Metalls durch die Matrize hindurch mittels
Festkörperreibung zwischen dem Metall und einem auf die Matrize zu bewegten Teil der Wandung des
Aufnehmerkanals aufgebracht
Die reibungserzeugende Anpressung wird durch die Belastung des Metalls mit einem relativ kleinen, in
bezug auf die Matrize stationären Teil der Wandung des Aufnehmerkanals bewirkt
Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Die Erfindung verwendet hierbei die im Oberbegriff des Anspruchs 2 angeführten Merkmale des allgemein
bekannten Strangpressentyps, bei dem ein einseitig geschlossener Aufnehmerzylinder gegen einen stationären
Matrizenträger geschoben wird, um das in der vom Zylinder und der Matrize mit dem Matrizenträger
gebildeten Aufnehmerkammer befindliche Metall durch die Matrize auszupressen. Durch die Weiterbildung
gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 wird eine Vorrichtung geschaffen, die es
erlaubt, das Verfahren nach Anspruch 1 bei einfachem Vorrichtungsaufbau kontinuierlich durchzuführen und
hierbei fortlaufend das zu verpressende Metall in das offene, von der Matrize abliegende Ende der Aufnehmerkammer
einzuführen. Auf diese Weise kann das in der Nut befindliche Metall durch Reibungskräfte in
Richtung auf die Matrize mitgenommen und durch die Matrize hindurch ausgepreßt werden. Die Matrize kann
in der Stirnfläche des die Aufnehmerkammer in Bewegungsrichtung des Aufnehmers begrenzenden
Teils des Matrizenträgers oder in der Nähe dieses Teils in dem die Nut abdeckenden Teil des Matrizenträgers
vorgesehen sein. Dabei können mehrere Matrizenöffnungen vorgesehen sein.
Mehrere Matrizenträger können in gegenseitigen Abständen in Wirkverbindung mit der Nut angeordnet
sein.
Bildet man die Strangpresse gemäß dem Anspruch 3 weiter, so fällt die Preßrichtung mit der Vorschubrichtung
des Metalls in der Aufnehmerkammer zusammen. Das ist von Vorteil in bezug auf die aufzubringende
Preßkraft; der Querschnitt des erzeugten Profils ist aber beschränkt, da das Profil der Matrize die Größe der sie
tragenden Wand nicht oder nur wenig überschreiten kann. Bildet man die Strangpresse im Sinne des
Anspruchs 4 weiter, so kann man auch größere Profilquerschnitte erzeugen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt
F i g. 1 eine Teil-Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Strangpresse,
F i g. 2 eine zerlegte Schrägansicht der in F i g. 1 gezeigten Presse,
F i g. 3 eine geänderte Ausführungsform der in F i g. 1 und 2 gezeigten Presse,
Fie.4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Presse,
F i g. 5 bis 9 Schrägansichten von Abwandlungen der Presse nach F i g. 4.
Die in F i g. 1 und 2 gezeigte Strangpresse weist ein
drehbar auf einer Welle 2 sitzendes Rad 1 auf, das den Aufnehmer bildet In die Umfangstläche des Rades 1 ist
eine Nut mit quadratischem Querschnitt gefräst welche somit eine um die Achse des Rades verlaufende
quadratische Rotationsfläche bildet Auf die Umfangsfläche des Rades 1 ist ein Schuh 4 satt aufsetzbar. Ein an
der Unterseite des Schuhs 4 hervorstehender Anschlag 5 weist einen dem der Nut 3 komplementären
Querschnitt auf und ragt in diese hinein, so daß er darin eine gleitende Abdichtung bildet Der Schuh 4 und der
Anschlag 5 bilden den Matrizenträger. So entsteht eine Aufnehmerkammer, die von der Innenfläche der Nut 3
und der dieser zugekehrten Oberfläche des Schuhes 4 und dem Anschlag 5 begrenzt ist Im Anschlag 5 ist eine
Matrizenöffnung 6 gebildet Eine einstückig mit dem Schuh 4 gebildete Zuführkammer 7 ist bei 8 in die
Aufnehmerkammer hinein verlängert Ein am dem Anschlag 5 gegenüberliegenden Ende der Unterseite
des Schuhs 4 gebildeter Dichtklotz 9 ragt unter gleitend abdichtender Anlage in die Nut 3 des Rades 1 hinein. Ein
Metall 10 für das Strangpressen wird durch die Bohrung 8 der Kammer 7 hindurchgepreßt und füllt die unterhalb
des Schuhs 4 zwischen dem Dichtklotz 9 und dem Anschlag 5 verlaufende Aufnehmerkammer der Nut 3
aus.
Zum einschieben des Metalls 10 aus der Kammer 7 in die Aufnehmerkammer kann in der Bohrung 8 der
Kammer 7 ein Preßkolben vorhanden sein. Nach dem Verpressen des in der Kammer 7 enthaltenen Metalls
wird der Kolben zurückgezogen und der Kammer 7 weiteres Material zugeführt, beispielsweise von einer
Strang-Gießeinrichtung. Das Metall kann auch in Pulverform intermittierend mittels Preßkolben oder
kontinuierlich mittels Förderschnecken zugeführt werden.
Das Rad 1 wird in Richtung des Pfeils 11, also in
F i g. 1 im Uhrzeigersinn, angetrieben. Das unter dem Schuh 4 in der Umfangsnut 3 befindliche Metall 10 wird
dabei durch seinen Reibungswiderstand gegenüber den von der Nut 3 gebildeten Wandungen der Aufnehmerkammer
in Richtung des Anschlags 5 mitgeführt. Auf diese Weise entsteht in dem Metall 10 in der Nut 3 ein
Druck, unter welchem das Metall durch die Matrizenöffnung 6 im Anschlag 5 ausgepreßt wird. Die Drehung des
Rades 1 bewirkt ferner, daß das Metall unter querverlaufenden Scherkräften aus der Kammer 7
abgeführt wird, so daß ein kontinuierlicher Strangpreßvorgang stattfindet. Das unter Drehung des Rades 1 aus
der Kammer 7 abgeführte Metall wird laufend durch Zufuhr von weiterem Metall zur Kammer 7 ersetzt.
Bei pulverförmigem Metall bewirkt der in der Nut 3 auf dasselbe ausgeübte Druck eine Verdichtung
desselben. Eine weitere Verdichtung erfährt das Metall beim Auspressen durch die Matrizenöffnung 6, so daß
man einen festen Preßstrang erhält
Die Nut 3 im Umfang des Rades 1 bildet zusammen mit dem Schuh 4 einen durch vier Umfangswandungen
begrenzten Aufnehmerkanal. Die durch die Seitenwände und den Boden der Nut 3 gebildeten Wandungen
bewegen sich kontinuierlich auf den Anschlag 5 zu. Demgegenüber ist die durch die Unterseite des Schuhs 4
gebildete vierte Wandung stationär. Wie vorstehend bereits angedeutet, führen die drei bewegten Wandungen
der Nut 3 das Metall 10 auf Grund ihrer Reibung in
Richtung auf den Anschlag 5 mit. Dabei gleitet das Metall an der durch die Unterseite des Schuhs 4
gebildeten vierten stationären Wand entlang. Sind dabei die Reibungskoeffizienten für alle vier Wandungen
gleich, so gleicht die durch die Unterseite des Schuhs 4 gebildete stationäre Wandung den durch den Boden der
Nut 3 ausgeübten Reibungswiderstand im wesentlichen aus, so daß das Metall durch die Reibungswiderstände
an den beiden Seitenwandungen der Nut 3 in Richtung des Anschlags 5 mitgeführt wird. Damit ist die in
Richtung auf den Anschlag 5 auf das Material einwirkende Kraft gleich
2 Iwk
der Länge des unter dem Schuh 4 befindlichen Teils der Nut 3 in Umfangsrichtung, in
welchem sich das zu pressende Metall befindet, der Höhe der Seiltenwandungen der Nut 3 und
der Scherfestigkeit des zu pressenden Materials ist.
Die durch den Ausdruck 2 Iwk gegebene Kraft muß
an der Stirnseite des Anschlags 5 eine Belastung PA ergeben, wobei
P = dem zum Strangpressen des Metalls erforderlichen Druck und
A = der Querschnittsgröße des Anschlags 5 ist, welche ihrerseits der der Umfangsnut 3
entspricht
Im Falle einer Nut 3 mit quadratischem Querschnitt ist A=W1 und somit PA = Pw2, woraus sich für die
Bedingungen beim Strangpressen
2 Iwk
Pw1
ergibt
Daraus ergibt sich
Daraus ergibt sich
Iw =
Pw2
2k Y
worin Y=Ik = der Fließgrenze des Materials ist
Daraus folgt
Daraus folgt
J. = JL
w Y
Dieser Ausdruck gestattet die Berechnung der verschiedenen Abmessungen der vorstehend beschriebenen
Strangpresse für ein bestimmtes Material.
Als Beispiel sei das Strangpressen von Kupfer mit einer FlieSgrenze von 465 N /m* angenommen. Die
Verwendung eines Rades 1 mit einer Umfangsnut von quadratischem Querschnitt mit einer Seitenlänge von
12,4 mm und eines Anschlags 5 mit einem Durchlaßdurchmesser
von 1,9 mm ergibt ein Druckübersetzungsverhältnis von etwa 55 :1, was einen Strangpreßdruck
von etwa 1540 N/mm2 erfordert
Daher ist
/ 157
12,4
47,5
_ 157 12,7
474
474
/ = etwa 415 mm
Findet ein sich über etwa ein Viertel des Umfangs des
Rades 1 erstreckender Schuh 4 Verwendung, so ergibt sich ein erforderlicher Durchmesser des Rades von etwa
533 mm.
F i g. 3 zeigt eine Anordnung zum Strangpressen von beliebig langem Stabmaterial. Die Anordnung in F i g. 3
ist ähnlich der in Fig. 1 und 2 gezeigten; gleiche Teile
sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In der in F i g. 3 gezeigten Ausführung ist am Schuh 4
ίο keine Kammer 7 mit vorgesehen. Der Umfangsnut 3 des
Rades 1 wird das Metall 11 in kontinuierlicher Strangoder Stabform zugeführt. Das Metall 11 wird in der Nut
3 fortlaufend unter dem Schuh 4 hinweg zum Anschlag 5 mitgeführt; das vordere Ende des Metallstrangs 11 wird
kontinuierlich durch den Matrizendurchlaß 6 im Anschlag 5 hindurchgepreßt. Bei dieser Anordnung ist
für den Metallstrang 11 kein Zuführdruck erforderlich.
Eine solche Anordnung eignet sich insbesondere zum Strangpressen von pulverförmigem Metall, welches
dann unter kontinuierlichem Einstampfen oder mittels einer Förderschnecke in die Nut eingebracht werden
kann. Eine Materialzufuhr unter Schwerkraft ist in diesem Falle ebenfalls möglich, wobei jedoch Einrichtungen
zum Gewährleisten eines freien Zuflusses zweckmäßig erscheinen. Zu Beginn des Betriebs mit
einem neuen Material wird pulverförmiges Metall gegebenenfalls nicht sofort von den bewegten Oberflächen
mitgeführt. Gegebenenfalls mit einiger Nachhilfe verdichten sich die Teilchen dann in einer Weise, daß ihr
Reibungswiderstand wirksam wird. Bei festem Metall, wie etwa dem Strang 11, kann unmittelbar vor dem
Schuh 4 eine Rolle zum Eindrücken des Metalls in die Nut vorhanden sein.
Die in Fig.4 gezeigte Vorrichtung hat die gleiche Grundform wie die in F i g. 1 und 2 gezeigte, wobei
gleiche Teile wieder mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Vorrichtung weist ein auf einer
Welle 2 sitzendes, drehbares Rad 1 auf, in dessen Umfangsfläche eine Umfangsnut 3 gebildet ist An der
Außenfläche des Rades 1 befinden sich zwei Schuhe 4 in satter Anlage. An der Unterseite beider Schuhe 4 ist
jeweils ein Anschlag 5 gebildet, welcher in die Umfangsnut 3 des Rades i hineinragt In jeweils vor
dem Anschlag 5 gebildete Sitze 7 ist jeweils eine Matrize 6 eingesetzt, welche in einen radial durch den
Schuh 4 hindurchgeführten Auslaß 8 mündet Im Betrieb der Vorrichtung nach Fig.4 wird jeweils ein Metallstrang
9 unter die beiden Schuhe 4 kontinuierlich in die Umfangsnut 3 eingeführt Das Rad 1 wird in Richtung
des Pfeils 10, also im Gegenzeigersinn, angetrieben. Dabei üben die Wandungen der Umfangsnut 3 einen
Reibungs-Zugwiderstand auf die beiden Metallstränge 9 aus, wodurch diese in der Nut 3 unter dem Schuh 4
entlang in Richtung auf den Anschlag 5 mitgeführt werden. Dabei entsteht in dem unterhalb des jeweiligen
Schuhs in der Nut 3 befindlichen Material ein Druck, unter dessen Wirkung jeweils das vordere Ende des
Materialstrangs 9 durch die Matrize 6 ausgepreßt wird. Der gepreßte Strang tritt radial durch die betreffende
Matrize 8 aus.
Wenngleich in F i g. 4 nur zwei Schuhe 4 gezeigt sind,
können je nach der Umfangslänge des Rades 1 auch mehrere Schuhe 4 verwendet werden. Beispielsweise
können drei Schuhe in gegenseitigem Winkelabstand von 120° um das Rad 1 herum verteilt sein. In einer
Fabrikationseinrichtimg können auch mehrere Räder 1 auf einer gemeinsamen Welle 2 angeordnet und jeweils
• mit mehreren Schuhen 4 versehen sein. Eane Anordnung
voneinander jeweils diametral gegenüberstehenden Schuhen erlaubt einen Ausgleich der durch die
Kompression des Materials an den Anschlägen bewirkten, radial einwärts auf die Lagerung der Räder
wirkenden Kräfte.
In jedem Schuh 4 kann, wie in Fig.4 gezeigt, eine
einzige Matrize 6 vorhanden sein. Es können aber auch mehrere Matrizen in jedem Schuh 4 eingesetzt sein.
Fig.5 zeigt eine Ausführung, in der zwei Matrizen 6 hintereinander vor dem Anschlag 5 eingesetzt sind. In
Fig.6 sind vier kleinere Matrizen 6 in einer Gruppenanordnung vor dem Anschlag 5 eingebaut. Die
Verwendung von Matrizen mit nicht kreisförmigem Durchlaß ist ebenfalls möglich. Die in F i g. 7 gezeigte
Matrize 6 hat einen parallel zur Stirnseite des Anschlags 5 verlaufenden rechteckigen Durchlaß, dessen Länge
von der Breite der Umfangsnut 3 abhängig ist. Die in
Fig.8 gezeigte Matrize 6 hat einen rechtwinklig zur Stirnfläche des Anschlags 5 verlaufenden rechteckigen
Durchlaß ti. Diese Anordnung erlaubt die Verwendung eines längeren Durchlasses als die Anordnung nach
F i g. 7. F i g. 9 zeigt eine Kernmatrize 6 zum Herstellen von Hohlstrangmaterial.
In den Ausführungen nach Fig. 1 und 2 bzw. 3 kann
der Anschlag 5 jeweils mehrere Durchlässe 6 aufweisen, welche gegebenenfalls in Form von Matrizen in im
Anschlag gebildete Sitze eingesetzt sirid.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen ist der passende Sitz des Anschlagteils 5 in der Nut nicht
ausschlaggebend. Bei Vorhandensein von Zwischenräumen tritt zwar etwas Metall durch diese hindurch aus, im
Falle der Verarbeitung von strangförmigem Material besteht das austretende Material dann jedoch aus der
äußeren Haut des Stranges, wobei die Abtrennung der Haut vom fertigen Preßstrang sogar von Vorteil sein
kann, sofern das zugeführte Material Oberflächenfehler aufweist. Die Nut braucht nicht unbedingt rechtwinkligen
oder dreieckigen Querschnitt aufzuweisen. So können die Seitenwandungen der Nut, anstatt parallel
zueinander zu stehen, im Winkel zueinander verlaufen, so daß eine Nut mit Trapezquerschnitt gebildet ist.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zum Strangpressen von Metall, bei dem das Metall aus einem über dem Umfang
geschlossenen Aufnehmerkanal durch eine Matrize ausgepreßt wird, wobei in dem Aufnehmerkanal auf
die Umfangsfläche des Metalls eine zur Matrize hin gerichtete Reibungskraft zur Erzeugung der Vorschubbewegung
und ein zur Matrize ansteigender Radialdruck ausgeübt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reibungskraft mechanisch durch eine Vorschubbewegung eines Umfangsbereiches
des Aufnehmerkanals erzeugt wird und dieser Bereich eine größere Erstreckung besitzt als is
der verbleibende Umfang.
2. Metallstrangpresse zur Durchführung des Verfahreas nach Anspruch 1 mit einem beweglichen
Aufnehmer für das Metall, einer ortsfest angeordneten Matrize, welche mit ihrem Träger und dem
Aufnehmer eine Aufnehmerkammer begrenzen, und einem Antrieb zum Bewegen des Aufnehmers,
dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer längsgeteilt
ist und von einer Umfangsnut eines drehangetriebenen, runden Bauteils einerseits und
vom Matrizenträger andererseits gebildet ist, welcher die Umfangsnut über einen Teil des Umfangs
abdeckt
3. Metallstrangpresse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Matrize (6) in
der die Aufnehmerkammer in Bewegungsrichtung des Aufnehmers (1) begrenzenden Wand (5)
angeordnet ist
4. Metallstrangpresse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine
Matrize (6) nahe der die Aufnehmerkammer begrenzenden Wand (5) in dem die Nut (3)
abdeckenden Teil des Matrizenträgers (4) angeordnet ist
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