DE2425501A1 - METHOD AND DEVICE FOR FLOW EXTRUSION OF THICK-WALLED HOLLOW BODIES - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR FLOW EXTRUSION OF THICK-WALLED HOLLOW BODIESInfo
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Description
Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AktiengesellschaftCable and metal works Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft
3-2653-265
21. Mai I974May 21, 1974
Verfahren und Vorrichtung zum Napf-Fließpressen von dickwandigen Hohlkörpern mit Boden Method and device for cup extrusion of thick-walled hollow bodies with a bottom
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Napf-Fließpressen von dickwandigen Hohlkörpern mit Boden, hergestellt aus massiven Rohteilen plastisch umformbarer Stoffe, insbesondere Metallen.The invention relates to a method for cup extrusion of thick-walled hollow bodies with a bottom, made of massive Raw parts of plastically deformable materials, especially metals.
Beim Herstellen von dickwandigen Hohlkörpern durch Napf-Fließpressen entstehen häufig besondere Schwierigkeiten durch das Auftreten von Rissen im Innern des Werkstückes. In Figur 1 ist die Lage solcher Risse dargestellt. Sie verlaufen am Übergang des Bodens zur Wand in geringem Abstand von der Innenoberfläche des Werkstückes. .When producing thick-walled hollow bodies by cup extrusion Often particular difficulties arise due to the occurrence of cracks in the interior of the workpiece. In Figure 1 is the Location of such cracks shown. They run at the transition from the floor to the wall at a short distance from the inner surface of the Workpiece. .
Die Entstehung der Risse ist im Stofffluß des Napf-Fließpressens begründet. Besonders bei der Herstellung dickwandiger Näpfe, d. h. bei kleinen Querschnittsabnahmen, entsteht vor dem Fließpreßstempel eine sogenannte "starre Zone". Diese "starre Zone" ist ein vor dem Stempel liegendes, halbkugelförmiges Werkstoffviumen, das nur sehr kleinen Formänderungen unterliegt und deshalb in guter Näherung als starr bezeichnet werden kann. Besonders deutlich konnte dieser Effekt durch Stoffflußuntersuchungen beim Napf-Rückwärts-Fließpressen durch KAST (Dieter Käst, Modellgesetzmäßigkeiten beim Rückwärts-Fließpressen geometrisch ähnlicher Näpfe, Berichte aus dem Institut für Umformtechnik, Universität Stuttgart, Nr. 13) und durch SCHMITT (Gerhard Schmitt, Untersuchungen über das Rückwärts-Napf-Fließpressen von Stahl bei Raumtemperatur, Berichte aus dem Institut für Umformtechnik, Universität Stuttgart, Nr. 7) dargestellt werden.The origin of the cracks is due to the material flow of the cup extrusion. Especially when making thick-walled bowls, i. H. In the case of small decreases in cross-section, a so-called "rigid zone" is created in front of the extrusion die. This "rigid zone" is a hemispherical material vium in front of the punch, which is subject to only very small changes in shape and can therefore be described as rigid to a good approximation. Especially clear could this effect by material flow studies at Backward cup extrusion by KAST (Dieter Käst, model laws during backward extrusion of geometrically similar cups, reports from the Institute for Metal Forming Technology, University Stuttgart, No. 13) and by SCHMITT (Gerhard Schmitt, investigations on reverse cup extrusion of steel at room temperature, reports from the Institute for Metal Forming Technology, University Stuttgart, No. 7).
509850/0042509850/0042
_ 2 _ 24255Q1_ 2 _ 24255Q1
Die halbkugelförmige Berandung der "starren Zone" stellt eine
Fläche intensiver Formänderung dar. Die örtlich sehr hohen Formänderungen entlang dieser Berandung führen schließlich zur Erschöpfung
des Formänderungsvermögens und damit zum Auftreten der beschriebenen Risse, die auch als sogenannte "Schubrisse" bekannt
sind. Wie KAST anhand seiner Stoffflußuntersuchungen zeigen konnte,
ist die oben beschriebene Eigenart des Stoffflusses beim Napf-Fließpressen um so ausgeprägter, je kleiner die Querschnittsabnahme
ist. Dies ist die Begründung dafür, daß in der Praxis bei der Herstellung von besonders dickwandigen Näpfen die Gefahr des
Auftretens von Schubrissen am größten ist.The hemispherical border of the "rigid zone" represents a
Area of intensive change in shape. The locally very high changes in shape along this boundary ultimately lead to the exhaustion of the deformation capacity and thus to the occurrence of the cracks described, which are also known as so-called "shear cracks". As KAST was able to show on the basis of his material flow studies, the peculiarity of the material flow described above in cup extrusion is all the more pronounced, the smaller the decrease in cross section. This is the reason why, in practice, when producing particularly thick-walled cups, the risk of shear cracks occurring is greatest.
Eine weitere sehr wichtige Einflußgröße ist das Formänderungsvermögen
des Werkstoffes. Während bei der Umformung von Reinaluminium das Auftreten solcher Risse noch nicht bekannt wurde, stellt es
bei der Umformung von Stählen ein erhebliches Problem dar« Dies gilt besonders für die Verarbeitung schwerer umformbarer Stähle
(zum Beispiel Ck 45, St 52.3) und für Rohteildurchmesser über
60 mm. Die größeren Rohteildurchmesser bieten deshalb besondere Schwierigkeiten, weil die Durchschmiedung der Stäbe beim Walzvorgang
unzureichend und damit das Formänderungsvermögen des
Werkstoffes im Kern des Rohteiles besonders geriag ist.Another very important influencing factor is the deformability of the material. While the occurrence of such cracks in the forming of pure aluminum was not yet known, it poses a considerable problem in the forming of steels «This is particularly true for the processing of heavier formable steels (for example Ck 45, St 52.3) and for raw part diameters over
60 mm. The larger raw part diameters present particular difficulties because the forging of the bars during the rolling process is insufficient and thus the deformability of the
Material in the core of the raw part is particularly low.
Beim Napf-Fließpressen von Stählen treten oft so schwere Schubrisse auf, daß zu deren Vermeidung der Utnformvorgang in zwei bis drei Teilvorgänge aufgeteilt und zur Wiederherstellung des Formänderungsvormögens zwischen jedem der Teilvorgänge eine Rekristallisationsglühung eingeschaltet werden muß. Diese Vorgehensweise ist, verglichen mit dem üblichen Napf-Fließpressen, mit einem erheblichen Mehraufwand verbunden. Weitere wirtschaftliche Nachteile entstehen dadurch, daß das Auffinden der fehlerhaften Teile sehr schwierig ist, da der Riß nicht an der Oberfläche austritt und eine einfache Sichtprüfung deshalb ausscheidet.Such severe shear cracks often occur during cup extrusion of steels on that to avoid them, the forming process in two to divided into three sub-processes and to restore the deformation ability A recrystallization annealing must be switched on between each of the sub-processes. This approach is, compared to the usual cup extrusion, associated with a considerable additional effort. Further economic disadvantages arise from the fact that the faulty parts can be found is very difficult because the crack does not emerge on the surface and a simple visual inspection is therefore ruled out.
SG985G/Ö(H2SG985G / Ö (H2
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Entstehen von Schubrissen bei der Herstellung von dickwandigen Näpfen zu vermeiden.The invention is based on the object of preventing shear cracks to be avoided in the manufacture of thick-walled bowls.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahrender eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung auf den aus der von Napfpreßstempel und Fließpreßbüchse gebildeten ringförmigen Düse austretenden Werkstoff eine Gegenkraft axial entgegen der Austrittsrichtung ausgeübt wird. Diese Gegenkraft kann sowohl dadurch aufgebracht werden, daß das freie Ende des Napfes an einem ringförmigen Gegenhalter anliegt, der von einer einstellbaren Gegenkraft beaufschlagt wird, als auch dadurch, daß auf das freie Ende des Napfes direkt ein Druckmedium wirkt. Als Napfpreßverfahren können dabei sowohl das Napf-Rückwärts-Fließpressen (Figur 2) als auch das Napf-Vorwärts-FHeßpressen (Figur 3) eingesetzt werden.This task is performed in a method of the type mentioned at the beginning solved in that, according to the invention, exiting from the annular nozzle formed by the cup press ram and extrusion bush Material a counterforce is exerted axially against the exit direction. This counterforce can both be applied thereby be that the free end of the cup rests against an annular counter-holder, which is of an adjustable counterforce is acted upon, as well as in that a pressure medium acts directly on the free end of the cup. As a cup molding process Both reverse cup extrusion (FIG. 2) and forward cup extrusion (FIG. 3) can be used.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird durch geeignete Maßnahmen erreicht, daß die Gegenhalterkraft über den gesamten Arbeitsweg hinweg nicht konstant ist, sondern einen ansteigenden Verlauf aufweist.In a particularly advantageous embodiment of the method it is achieved by suitable measures that the counterholder force over is not constant over the entire commute, but rather shows an upward trend.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird erreicht, daß die Gegenhalterkraft nicht über den gesamten Arbeit sweg, sondern nur in dem Teilabschnitt des Arbeitsweges wirkt, in dem die Schubrißbildung ohne Gegenhalterkraft auftreten würde.In a further advantageous embodiment of the method, achieves that the counter-holder force does not work over the entire period sweg, but only acts in the section of the work path in which the shear cracking would occur without counterholder force.
Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß es damit möglich ist, dickwandige Hohlkörper mit Boden in einem Arbeitsgang anstatt, wie sonst erforderlich, in mehreren Arbeitsgängen herzustellen. The advantage of the process is that it is possible to produce thick-walled hollow bodies with a bottom in one operation instead of as otherwise required, to produce in several operations.
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1-3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is shown schematically in FIGS. 1-3 illustrated embodiments explained in more detail.
In Figur 1 ist ein dickwandiger Hohlkörper dargestellt, der durch Napf-Fließpressen nach dem herkömmlichen Verfahren in einem Arbeitsgang hergestellt wurde.In Figure 1, a thick-walled hollow body is shown, which by cup extrusion according to the conventional method in one operation was produced.
5 0 9 8 5 0 / Q (H 25 0 9 8 5 0 / Q (H 2
Die gestrichelten Linien zeigen dabei den Faserverlauf. Bei diesem bekannten Verfahren traten Schubrfisse 1 auf, die am Übergang des Bodens zur Wand in geringem Abstand von der Innenoberfläche des Werkstückes verlaufen.The dashed lines show the fiber orientation. With this known method, shear cracks 1 occurred at the transition the floor to the wall at a small distance from the inner surface of the workpiece.
Figur 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren beim Napf-Rückwärts-Fließpressen. In die Napffließpreßbüchse 2 wird ein Rohteil 3 eingelegt. Bei Abwärtsbewegung des Pressenstößels bewegt sich der Napfpreßstempel k mit dem Gegenhalter 5 nach unten, bis beide auf das Rohteil 3 auftreffen. Beim Eindringen des Napfpreßstempeis k in das Rohteil 3 wird Werkstoff durch die von Napfpreßstempel k und Preßbüchse 2 gebildete Ringdüse entgegen der Stempelbewegung verdrängt. Das verdrängte Werkstoffvolumen schiebt den Gegenhalter 5 gegen eine Gegenkraft vor sich her. Da eine Erhöhung der Gegenhalterkraft gleichzeitig eine Erhöhung der Werkzeugbelastung bewirkt, soll die Gegenkraft nur so groß sein wie es zur Vermeidung der Schubrisse erforderlich ist. So soll ca. 20 % der Stempelkraft nicht übersteigen.FIG. 2 shows the method according to the invention in reverse cup extrusion. A blank 3 is inserted into the cup extrusion sleeve 2. When the press ram moves downwards, the cup press die k moves with the counter holder 5 downwards until both hit the blank 3. When the Napfpreßstempeis k penetrates into the blank 3, material is displaced counter to the movement of the punch by the annular nozzle formed by the Cuppreßstempel k and the press sleeve 2. The displaced volume of material pushes the counter holder 5 against a counterforce in front of it. Since an increase in the counterholder force simultaneously increases the tool load, the counterforce should only be as great as is necessary to avoid shear cracks. So should not exceed approx. 20 % of the punch force.
Es ist aber auch möglich, die notwendige Gegenkraft direkt auf den austretenden Werkstoff wirken zu lassen. In dem oberhalb der Napfwand gelegenen Ringraum 6 befindet sich dann ein unter Druck stehendes Medium, welches durch die Öffnung 7 zugeführt und unter Druck gehalten wird, (rechte Hälfte der Figur 2)But it is also possible to let the necessary counterforce act directly on the emerging material. In the annular space 6 located above the cup wall there is then a pressurized medium, which is fed through the opening 7 and kept under pressure (right half of FIG. 2)
In Figur 3 ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf das Napf-Vorwärts-Fließpressen gezeigt.In Figure 3, the application of the method according to the invention to cup forward extrusion is shown.
In die Napfpreßbüchse 2 ist ein Rohteil 3 eingelegt. Gegenhalter und Napfpreßstempel k stehen zu Beginn des Vorgangs auf einer Höhe. Mit Vorcfrngen des Preßstempels 8 wird Werkstoff durch die von Napfpreßstempel k und Preßbüchse 2 gebildete Ringdüse ausgepreßt, wobei der austretende Werkstoff den Gegenhalter 5 unter Überwindung der Gegenkraft vor sich herschiebt. In der rechten Hälfte der Figur 3 wird die Gegenkraft dadurch aufgebracht, daß ein hydraulisches Medium unter Druck auf den austretenden Werkstoff wirkt.A blank 3 is inserted into the cup press sleeve 2. Counterholder and cup press die k are at the same height at the beginning of the process. With Vorcfrngen of the press ram 8 material is pressed out through the annular nozzle formed by the cup press ram k and the press sleeve 2, the emerging material pushing the counter holder 5 in front of it while overcoming the opposing force. In the right half of FIG. 3, the counterforce is applied in that a hydraulic medium acts under pressure on the emerging material.
509850/ÖD42509850 / ÖD42
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