DE3435424C2 - Verfahren zur Herstellung einer Strangpreßmatrize - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Strangpreßmatrize

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    • B23H9/00Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Strangpreßmatrize gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.
In den Fig. 4(A) bis 4(C) ist eine Strangpreßmatrize herkömmlicher Art zum Strangpressen von Aluminiumstrangpreßprofilen dargestellt. Fig. 4(A) ist eine Ansicht von oben, Fig. 4(B) ein Querschnitt entlang einer Linie A-A′ in Fig. 4(A), und Fig. 4(C) ist eine Ansicht von unten der Strangpreßmatrize herkömmlicher Art. In den Figuren bezeichnen das Bezugszeichen 1 einen Einlaßabschnitt, 2 einen zylindrischen Preßkanal, 3 eine konische Erweiterung und 4 einen Schulterabschnitt der Erweiterung 3.
Beim Herstellen eines Strangpreßprofils wie einer Aluminiumzarge durch Pressen eines Materials durch eine Strangpreßmatrize wird im allgemeinen eine Aluminiummasse, die dem Einlaßabschnitt 1 zugeführt wird, mit Hilfe einer nicht dargestellten Strangpresse in Richtung des zylindrischen Preßkanals 2 gedrückt, von dem zylindrischen Preßkanal 2 in eine gegebene Form gebracht und aus der Erweiterung 3 in Form eines Strangpreßprofils herausgepreßt. Um ein Strangpreßprofil mit hoher Präzision herstellen zu können, ist es erforderlich, die Geschwindigkeit der durch den zylindrischen Preßkanal 2 hindurchgehenden Aluminiummasse konstant zu halten. Um dies zu erreichen, ist es bekannt, die Länge l (durch Pfeile in Fig. 4(B) dargestellt) des zylindrischen Preßkanals 2 entsprechend der Form des zylindrischen Preßkanals 2 einzustellen, was weiter unten mit Bezug auf die Fig. 5 und 6 näher beschrieben wird. Nachfolgend wird die Länge l beschrieben.
Die Fig. 5(A), (B) und (C) sind Querschnitte entlang der Linien A-A′, B-B′ und C-C′ in Fig. 4. Fig. 6 ist eine Abwicklung der Führungsfläche 5. Die Bezugszeichen 2 bis 4 in den Fig. 5 und 6 entsprechen denselben Bezugszeichen in Fig. 4, und 3 bezeichnet eine konische Erweiterung sowie 6 eine Führungsfläche der konischen Erweiterung.
Wie bereits oben gesagt, ist die Länge l (wie in Fig. 4(B) dargestellt) in dem zylindrischen Preßkanal 2 entsprechend der Form des zylindrischen Preßkanals 2 bestimmt. Das heißt, die Länge lc (Fig. 5(C)) ist in einem Öffnungsabschnitt größerer Breite und benachbarten Abschnitten de (Fig. 4(C)) größer, während die Länge lb (Fig. 5(B)) in Öffnungsabschnitten bc und fg kleinerer Breite (Fig. 4(C)) kleiner ist. Außerdem ist die Länge la noch kleiner (Fig. 5(A)) in einem Öffnungsendabschnitt ha (Fig. 4(C)), der dieselbe Breite wie die benachbarten Abschnitte hat, jedoch einen verzögerten Metallfluß umschließt. Die derart ausgebildete Führungsfläche 5 nimmt eine Form an, die in Fig. 6 in einer abgewickelten Darstellung angegeben ist. Die Pfeile a bis h in Fig. 6 entsprechen den Pfeilen a bis h in Fig. 4(C).
Die Führungsfläche 5 des zylindrischen Preßkanals 2 der oben beschriebenen Strangpreßmatrize herkömmlicher Art wird durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrode hergestellt, während der Schulterabschnitt 4 und die Führungsfläche 6 der konischen Erweiterung 3 durch eine funkenerosive Senkmaschine, eine Fräsmaschine oder ein anderes Maschinenwerkzeug hergestellt werden. Die Herstellung des Schulterabschnitts 4 ist erforderlich, da es schwierig ist, mit hoher Präzision die obenerwähnten Längen la, lb und lc und die Abschnitte dazwischen ab, cd, ef und gh (Fig. 6) nur durch Erzeugung der Führungsflächen 5 und der Führungsfläche 6 der konischen Erweiterung 3 mit hoher Präzision auszubilden. Infolgedessen entstehen bei der Herstellung einer Strangpreßmatrize herkömmlicher Art folgende Probleme:
  • (i) komplexe Matrizenherstellungsvorgänge sind erforderlich, und das Werkstück muß genauestens bei jedem Herstellungsvorgang positioniert werden;
  • (ii) die Herstellung der konischen Erweiterung 3 mit einer funkenerosiven Senkmaschine erfordert die Herstellung von verschiedenen Arten von Bearbeitungselektroden, die alle mit hoher Präzision hergestellt sein müssen. Die Herstellung der konischen Erweiterung 3 mit einer Fräsmaschine erfordert ebenfalls eine hochentwickelte Bearbeitungstechnik;
  • (iii) die Herstellung einer Strangpreßmatrize herkömmlicher Art mit der Hochpräzisionsbearbeitung ist wegen des Elektrodenverbrauchs bei der Entladungsbearbeitung und wegen der Taumelbewegungen des Fräsers beim Fräsen schwierig.
Infolge der obenerwähnten Schwierigkeiten erfordert die Herstellung von Strangpreßmatrizen herkömmlicher Art eine große Anzahl von Arbeitsstunden und bringt hohe Herstellungskosten mit sich. Außerdem führt die Ausbildung des Schulterabschnitts 4 dazu, daß die mechanische Festigkeit in den nahe des zylindrischen Preßkanals 2 gelegenen Abschnitten sinkt, was zu Verformungen führt und die dünnwandigen Abschnitte um den zylindrischen Preßkanal 2 reißen lassen kann.
In der JP 55-141320 A wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem der Einführungsbereich des Preßkanals einer Strangpreßmatrize durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrode abgeschrägt wird. Die übrigen Verfahrensschritte werden auf herkömmliche Weise ausgeführt, die weiter oben beschrieben ist.
In der Zeitschrift "Metallkunde", Bd. 58 (1967), Heft 4, Seiten 215-217, ist eine Strangpreßmatrize offenbart, die zwischen dem Preßkanal und der konischen Erweiterung einen Schulterabschnitt hat. Um die einzelnen Profilbereiche des Preßkanals unterschiedlich lang zu machen, sind untere Preßkanalbereiche zu Schrägflächen angefeilt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Strangpreßmatrize anzugeben, welches zur Erzeugung von Strangpreßprofilen hoher Präzision verwendbar ist, wobei die Herstellungskosten der Strangpreßmatrize verringert sein sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 2 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die von dem Preßkanal zur Rückfläche der Matrize verlaufende konische Erweiterung durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrodenvorrichtung derart ausgeführt, daß die Wand der Erweiterung den Preßkanal entweder in einer senkrecht zu der inneren Umfangslinie liegenden Querschnittsfläche in einer Tiefenposition schneidet, die der Länge des Preßkanals an dieser Stelle entspricht, oder die Schnittlinie zwischen der Wand des Preßkanals und der Wand der Erweiterung liegt in einer Tiefenposition, die größer als diese Länge des Preßkanals an dieser Stelle ist. Da sowohl der Preßkanal als auch die konische Erweiterung durch funkenerosives Schneiden mit Drahtelektroden ausgebildet werden, ist die Strangpreßmatrize erheblich schneller, einfacher und billiger als nach herkömmlichen Verfahren herstellbar, die zur Ausbildung der Erweiterung drei Arbeitsschritte erfordern. Außerdem ist die mechanische Festigkeit der so hergestellten Strangpreßmatrize beträchtlich erhöht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1(A) bis (C) eine Ausführungsform einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Strangpreßmatrize,
Fig. 2(A) bis (C) eine weitere Ausführungsform einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Strangpreßmatrize,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Strangpreßmatrize,
Fig. 4 bis 6 eine Strangpreßmatrize herkömmlicher Art, dabei zeigt
Fig. 4(A) eine Ansicht von oben,
Fig. 4(B) einen Querschnitt entlang einer Linie A-A′ in Fig. 4(A),
Fig. 4(C) eine Ansicht von unten,
Fig. 5(A) einen Querschnitt entlang der Linie A-A′ in Fig. 4(C),
Fig. 5(B) einen Querschnitt entlang einer Linie B-B′ in Fig. 4(C),
Fig. 5(C) einen Querschnitt entlang einer Linie C-C′ in Fig. 4(C),
Fig. 6 eine Abwicklung einer Führungsfläche,
Fig. 7 eine Ausführungsform einer für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Strangpreßmatrize verwendeten Bearbeitungsvorrichtung,
Fig. 8(A) bis (E) eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
Fig. 9 eine weitere Ausführungsart des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens und
Fig. 10 eine Darstellung zur Erläuterung des Vorgangs, der zur Erzeugung von feinen abgetrennten Metallstückchen während des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens führt.
Jede Ausführungsform einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Strangpreßmatrize wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 beschrieben. In den Figuren entsprechen die Bezugszeichen 2, 3, 5 und 6 denselben Bezugszeichen in Fig. 5, und das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen eingekerbten Abschnitt. Jede der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen betrifft eine Strangpreßmatrize, die der Strangpreßmatrize herkömmlicher Art entspricht, wie sie in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist.
Die Fig. 1(A), (B) und (C) sind Querschnitte entlang der Linien A-A′, B-B′ und C-C′ in Fig. 4(C) und stellen die Strangpreßmatrize dar, deren Führungsfläche 5 des Preßkanals 2 und Führungsfläche 6 der konischen Erweiterung 3 durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrode gefertigt sind, was weiter unten näher beschrieben wird. Die Führungsfläche 5 der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist in gleicher Weise bearbeitet wie bei einer Strangpreßmatrize herkömmlicher Art. Die Führungsfläche 6, die die konische Erweiterung 3 darstellt, ist ebenfalls durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrode, die in Fig. 7 dargestellt ist, bearbeitet, wie weiter unten noch näher beschrieben wird, indem der Neigungswinkel und/ oder die Fahrstellung bzw. Bewegungsstellung der Drahtelektrode entsprechend der Form des zylindrischen Preßkanals 2 gesteuert wird (das Herstellungsverfahren wird weiter unten in Einzelheiten beschrieben). Infolgedessen ist das in Fig. 1 dargestellte Beispiel eine Strangpreßmatrize mit einem Preßkanal 2, der durch eine gewünschte Führungsfläche 5 begrenzt ist, wie sie in der Abwicklung gemäß Fig. 6 dargestellt ist, ohne daß ein Passagen- Schulterabschnitt 4 (Fig. 5) ausgebildet ist, wie dies bei den Strangpreßmatrizen herkömmlicher Art der Fall ist.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Führungsfläche 5, die unterschiedliche Längen (beispielsweise la, lb, lc usw., wie in Fig. 6 durch Pfeile dargestellt ist) an bestimmten Stellen entsprechend der Form des Preßkanals 2 hat, durch Bearbeitung der Führungsfläche 6 der Erweiterung gebildet, während der Neigungswinkel und/oder die Fahrstellung bzw. Laufstellung der Drahtelektrode gesteuert wird, um eine gleichmäßige Durchgangsmenge einer Aluminiummasse durch den Preßkanal 2 sicherzustellen. Aus Ergebnissen von Preßversuchen mit einer so hergestellten Strangpreßmatrize ergab sich jedoch, daß die Länge l der Führungsfläche 5 in einigen Fällen korrigiert werden muß. Die Korrekturgröße der Länge l ist üblicherweise so gering, daß diese mit einer Feile korrigiert werden kann. Um dies auszuführen, ist es jedoch erforderlich, die Schnittlinie der Führungsfläche 5 mit der Führungsfläche 6 der konischen Erweiterung sichtbar zu machen. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist es jedoch schwierig, die Schnittlinie der Führungsfläche 6 der Erweiterung mit der Führungsfläche 5 des Preßkanals visuell zu untersuchen, und zwar wegen des geringen Neigungswinkels der Führungsfläche 6 der Erweiterung. Außerdem kann bei der Herstellung von Preßprofilen mit der in Fig. 1 dargestellten Strangpreßmatrize das stranggepreßte Material an der Schnittlinie der Führungsfläche 5 mit der Führungsfläche 6 der Erweiterung anhaften, je nach Art des Materials, das stranggepreßt wird. Das kann zu Rissen in den Strangpreßprofilen und zu einer Verschlechterung der Produktqualität führen. Nachstehend wird mit Bezug auf Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Strangpreßmatrize beschrieben, mit der die obenerwähnten Probleme gelöst werden können.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform ist eine Strangpreßmatrize, bei der nach Herstellung der Führungsfläche 6 der konischen Erweiterung in der gleichen Weise wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ein eingekerbter Abschnitt 7 in einem Bereich vorgesehen ist, der visuell untersucht und korrigiert werden kann, wodurch verhindert werden kann, daß das Strangpreßprofil beispielsweise in einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 mm an der Führungsfläche 6 der Erweiterung im Bereich der Schnittlinie der Führungsfläche 5 und der Führungsfläche 6 der Erweiterung anhaftet, wonach die Führungsfläche 5 in gleicher Weise wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform erzeugt wird. (Das Herstellungsverfahren wird weiter unten beschrieben.) Die Fig. 2(A), (B) und (C) sind Querschnitte entlang der Linien A-A′, B-B′ und C-C′ in Fig. 4(C). Fig. 2(D) ist ein Querschnitt an einem Punkt D, der durch einen Pfeil in Fig. 4(C) dargestellt ist (ein Eckabschnitt des zylindrischen Preßkanals). Die Führungsfläche 5 der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform kann so abgewickelt werden wie im Fall der Fig. 6. Der eingekerbte Abschnitt 7 ist nicht an dem Eckabschnitt des Preßkanals 2 in der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ausgebildet (an einem Punkt D, der durch einen Pfeil in Fig. 4(C) dargestellt ist), wie aus Fig. 2(D) zu ersehen ist. Dies ist zum Teil durch das Herstellungsverfahren begründet, das weiter unten beschrieben wird, und hat einen weiteren Grund darin, daß die Führungsfläche 5 an der Schnittlinie der Führungsfläche 5 mit der Führungsfläche 6 der Erweiterung an dem Eckabschnitt des Preßkanals 2 nicht korrigiert werden muß. Außerdem führt das Weglassen des eingekerbten Abschnitts angesichts der Tatsache, daß auf den Eckabschnitt eine größere Druckkraft ausgeübt wird, zu einer erhöhten Verstärkung des Eckabschnitts, um so besser der Druckkraft standhalten zu können.
Nachfolgend wird eine weitere Ausführungsform der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Strangpreßmatrize beschrieben. In den in Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsformen stimmen die Tiefenpositionen der Schnittlinie der Führungsfläche 5 mit der Führungsfläche 6 der konischen Erweiterung von der Vorderfläche der Matrize mit den Längen l (la, lb und lc, durch Pfeile in Fig. 1 und 2 dargestellt) an Positionen überein, die im voraus entsprechend der Form des Preßkanals 2 festgelegt sind. Dies macht nicht nur den Steuervorgang, der zur Bearbeitung der Führungsfläche 6 der konischen Erweiterung erforderlich ist, kompliziert, sondern auch den gesamten Herstellungsvorgang schwierig. Infolgedessen ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung (nicht dargestellt), die denselben grundsätzlichen Aufbau hat wie die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform, so aufgebaut, daß die Tiefenpositionen der Schnittlinie der Führungsfläche 5 mit der Führungsfläche 6 der konischen Erweiterung größer als die vorbestimmten Längen l oder gleich dem maximalen Wert der vorbestimmten Längen l sind, wobei die Führungsfläche 5 mit den Längen l, die entsprechend der inneren Umfangslinie des Preßkanals 2 festgelegt sind, durch den obenerwähnten Einkerbungsvorgang ausgebildet wird. Die Strangpreßmatrize kann kleine Längen l an Ecken D, D . . ., haben, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt eine Abwicklung der Führungsfläche 5 einer weiteren Ausführungsform der Matrize. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform hat einen zylindrischen Preßkanal 2 mit derselben Form wie die Strangpreßmatrize herkömmlicher Art, die in Fig. 4 dargestellt ist. Die Querschnitte an den Stellen A-A′ und B-B′ entsprechen den Fig. 2(B), und der Querschnitt an den Stellen C-C′ entspricht Fig. 2(C). Aus diesen Querschnitten geht hervor, daß die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform einen ähnlichen Aufbau hat wie die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform. Wie weiter oben erwähnt ist, variiert die Durchgangsmenge einer durch den Preßkanal 2 hindurchgehenden Aluminiummasse mit der Form des Preßkanals 2 und nimmt besonders an Eckabschnitten ab. Aus diesem Grund sind die Längen l an den Ecken D, D . . . in der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform kleiner ausgeführt als an anderen Abschnitten, wie aus der in Fig. 3 dargestellten Abwicklung ersichtlich ist.
Vorstehend sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Strangpreßmatrizen beschrieben. Bevor nun das Verfahren zur Herstellung dieser Strangpreßmatrizen beschrieben wird, folgt eine Beschreibung der Herstellungsvorrichtung, die zur Herstellung der Strangpreßmatrizen verwendet wird, mit Bezug auf Fig. 7.
In Fig. 7 bezeichnen das Bezugszeichen 8 einen Arbeitstisch, 9 und 10 Steuermotoren zum Antrieb des Arbeitstischs in orthogonal sich schneidenden Richtungen X und Y, 11 ein Werkstück, 12 eine Drahtelektrode, 13 eine Drahtelektroden-Zufuhrrolle, 14 und 17 Spannrollen, 15 eine obere Führung, 16 eine untere Führung, 18 eine Abfallrolle, 19 und 20 Steuermotoren zum Antrieb der oberen Führung 15 in orthogonal sich schneidenden Richtungen X und Y zum Einstellen des Neigungswinkels der Drahtelektrode 12, 21 eine Fräseinheit, 22 einen Fräser und 23 einen Steuermotor zum Steuern des Vorschubs der Fräseinheit 21.
Die in Fig. 7 dargestellte Herstellungsvorrichtung ist eine Kombination aus einer Vorrichtung für das funkenerosive Schneiden mit einer Drahtelektrode und einer Fräsmaschine zur Herstellung der Strangpreßmatrize. Da die verwendete Vorrichtung für das funkenerosive Schneiden mit einer Drahtelektrode und die verwendete Fräsmaschine bekannter Art sind, werden diese nur kurz beschrieben.
In Fig. 7 wird der Arbeitstisch 8 von Steuermotoren 9 und 10 in orthogonal sich schneidenden Richtungen X und Y angetrieben. Die Drahtelektrode 12 zum Schneiden des Werkstücks 11, das auf dem Arbeitstisch 8 angeordnet ist, wird über die Drahtelektroden-Zufuhrrolle 13, die untere Führung 16 und die Spannrolle 17 von der Abfallrolle 18 aufgewickelt. Die zwischen der oberen Führung 15 und der unteren Führung 16 gespannte Drahtelektrode 12 wird von Spannrollen 14 und 17 gestrafft, wodurch sie im gespannten Zustand bewegt wird. Da die obere Führung 15 so aufgebaut ist, daß sie von den Steuermotoren 19 und 20 in zwei orthogonal sich schneidenden Richtungen X und Y bewegt wird, kann der Neigungswinkel der Drahtelektrode 12 zwischen der oberen Führung 15 und der unteren Führung 16 auf jeden gewünschten Winkel eingestellt werden. Infolgedessen kann das Werkstück 11 auf dem Arbeitstisch 8 frei bearbeitet werden, solange ein lineares Schneiden ausgeführt wird. Andere Bearbeitungsvorgänge (beispielsweise die Erzeugung des oben beschriebenen eingekerbten Abschnitts), die nicht durch das funkenerosive Schneiden mit einer Drahtelektrode ausgeführt werden können, können durch Ausführung der gewünschten Fräsvorgänge unter Verwendung der an demselben Gestell angebrachten Fräseinheit 21 oder durch Schablonenschleifvorgänge durch Ersetzen des Fräsers 22 durch ein Schleifrad oder eine Schleifscheibe über die Steuerung des Steuermotors 23 zum Steuern des Vorschubs des Fräsers 22 und der Steuermotoren 9 und 10 zum Antrieb des Arbeitstischs in X- und Y-Richtung erfolgen. Außerdem ist auch ein funkenerosives Senken möglich, indem die Fräseinheit durch einen gewöhnlichen Senkerodierkopf (nicht dargestellt) ersetzt wird.
Die oben beschriebene Bearbeitungsvorrichtung kann das Werkstück entsprechend einem vorbestimmten Programm oder auf numerisch gesteuerte Weise bearbeiten. Mit anderen Worten, die oben beschriebene Bearbeitungsvorrichtung kann tatsächlich den zylindrischen Preßkanal 2 und die konische Erweiterung 3 der Strangpreßmatrize automatisch herstellen. Da die gegenseitigen Positionen der Mitte des Fräsers 22 und der Drahtelektrode 12 vorherbestimmt sind, ist es möglich, fortlaufend und automatisch das funkenerosive Schneiden mit einer Drahtelektrode und das Fräsen auszuführen. Das obenerwähnte Programm kann als bestimmt durch die Berechnungen betrachtet werden, die auf der Information über die Form des herzustellenden zylindrischen Preßkanals 2, über die Länge l der Führungsfläche 5, den Neigungswinkel der Führungsfläche 6 der konischen Erweiterung und der Größe der Einkerbung des eingekerbten Abschnitts 7 beruhen. Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig. 7 und 8 ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens einer Strangpreßmatrize beschrieben.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Strangpreßmatrize, wie sie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, wird hergestellt, indem zuvor ein Matrizenmaterial zu einem Zustand bearbeitet wird, in dem nur die Vorderfläche, die Rückfläche, eine Aussparung und eine äußere Umfangsfläche der Strangpreßmatrize bearbeitet sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist, bevor der Preßkanal 2 und die Erweiterung 3 bearbeitet werden (in dieser Beschreibung wird eine in diesem Zustand bearbeitete Strangpreßmatrize Werkstück genannt). Anschließend wird das Werkstück 11 vergütet und so mit der obenerwähnten Herstellungsvorrichtung bearbeitet, daß der Preßkanal 2 und die Erweiterung 3 ausgebildet werden.
Zuerst wird das Herstellungsverfahren des Preßkanals 2 und der Erweiterung 3 bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform beschrieben. Das Werkstück 11 wird auf dem Arbeitstisch 8 in einem solchen Zustand angeordnet, daß die Vorderfläche des Werkstücks 11 in Anlage an die Oberfläche des Arbeitstischs 8 der in Fig. 7 dargestellten Herstellungsvorrichtung gerät (d. h. in einem Zustand, in dem der herzustellende Preßkanal 2 nach unten gerichtet und die Erweiterung 3 nach oben gerichtet ist, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist). Dann wird das Werkstück 11 durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrode geschnitten, während die Lage und der Neigungswinkel der Drahtelektrode 12 mittels numerischer Steuerung gesteuert werden, die auf einem vorherbestimmten Programm basiert, so daß eine Bearbeitungstoleranz für die Führungsfläche 5 eingehalten ist (durch punktierte Linien in Fig. 8(A) dargestellt). Das Programm für die numerische Steuerung ist durch Berechnungen bestimmt, die auf der Information über die Form des Preßkanals 2, die Länge l der Führungsfläche 5 an jeder Stelle des Preßkanals 2 und über den Neigungswinkel der Führungsfläche 6 der Erweiterung an jeder Position basiert. Fig. 8(D) zeigt eine Ausführungsform, bei der das Werkstück durch numerische Steuerung bearbeitet ist mit einem Neigungswinkel Θ der Führungsfläche 6 der Erweiterung, der konstant gehalten ist. Bei dieser Ausbildung kann daher jede gewünschte Führungsfläche 6 der Erweiterung erzeugt werden, indem die Position der Drahtelektrode 12 gesteuert wird. Als Information über die Form des Preßkanals 2 sind beispielsweise die Koordinaten eines Punktes P entsprechend der bearbeiteten Führungsfläche und eine Länge l₁ an jedem Koordinatenpunkt gegeben.
Als Ergebnis können die Koordinaten der Position (ein Punkt P₁, der in der Figur durch einen Pfeil dargestellt ist) der Drahtelektrode 12 entsprechend dem Punkt P aus der folgenden Gleichung erhalten werden:
t₁ = l₁ cot Θ (1)
Auf diese Weise wird die Drahtelektrode 12 veranlaßt, über den gewünschten Schnittpunkt (einen Punkt P₁′, wie durch einen Pfeil in Fig. 8(D) dargestellt) der Führungsfläche 5 und der Führungsfläche 6 der Erweiterung zu gehen, indem die Position der Drahtelektrode 12 auf der Basis der Koordinaten des Punktes P₁ gesteuert wird, die aus Gleichung (1) erhalten sind.
Wenn die Länge l₂ gegeben ist, können die Koordinaten eines Punktes P₂, der in der Figur durch einen Pfeil dargestellt ist, entsprechend dem Punkt P aus der folgenden Gleichung erhalten werden:
t₂ = l₂ cot Θ (2)
Durch Steuerung der Position der Drahtelektrode 12 auf der Basis der Koordinaten des Punktes P₂, die aus der Gleichung (2) erhalten werden, wird die Drahtelektrode 12 veranlaßt, über den gewünschten Schnittpunkt (einen Punkt P₂′, der durch einen Pfeil in Fig. 8(D) dargestellt ist) der Führungsfläche 5 und der Führungsfläche 6 der Erweiterung hinwegzugehen.
Obwohl vorstehend ein Bearbeitungssteuerungsverfahren beschrieben ist, bei dem der Neigungswinkel der Drahtelektrode 12 auf einen vorbestimmten Winkel Θ festgesetzt ist (der Winkel Θ sollte vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 83° bis 88° liegen), kann der Neigungswinkel Θ auch zusammen mit der Position der Drahtelektrode gesteuert werden.
Auf diese Weise wird die gewünschte Führungsfläche 6 der Erweiterung ausgebildet, indem das Werkstück 11 in die Form des Preßkanals 2 mit der Drahtelektrode 12 geschnitten wird. Nach diesem Bearbeitungsvorgang wird ein Block 11′ entfernt, der von dem Werkstück 11 getrennt ist.
Nachfolgend wird der Bearbeitungsvorgang des Preßkanals 2 beschrieben. Dieser Bearbeitungsvorgang kann ausgeführt werden, nachdem ein kleiner eingekerbter Abschnitt, der nachfolgend beschrieben wird, ausgebildet ist, oder bevor die Erweiterung 3 hergestellt ist. Der Preßkanal 2 wird mit der Drahtelektrode 12 geschnitten, indem die Drahtelektrode 12 vertikal zu dem in Fig. 7 dargestellten Arbeitstisch 8 angeordnet wird, wie dies in Fig. 8(B) dargestellt ist, wobei die Position der Drahtelektrode 12 auf der Basis der Koordinaten gesteuert wird (die Koordinaten des Punktes P, der durch einen Pfeil in Fig. 8(D) dargestellt ist) entsprechend der vorgegebenen Form des Preßkanals 2. Durch diesen Schneidvorgang kann die in Fig. 4 dargestellte Strangpreßmatrize hergestellt werden, bei der die Führungsfläche 5 sich mit der Führungsfläche 6 der Erweiterung an den Stellen schneidet (Punkte P₁′ und P₂′, die in Fig. 8(D) durch Pfeile dargestellt sind) entsprechend den gewünschten Längen l an der inneren Umfangsfläche (d. h. die Führungsfläche 5) des Preßkanals 2.
Anschließend wird das Herstellungsverfahren der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform beschrieben. Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 hat einen eingekerbten Abschnitt 7 (Fig. 8(C)) an der Führungsfläche 6 der Erweiterung an der Schnittlinie der Führungsfläche 5 und der Führungsfläche 6 der Erweiterung in der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform. Der eingekerbte Abschnitt 7 kann mit dem in Fig. 7 dargestellten Fräser 22 in einem Zustand erzeugt werden, in dem die Strangpreßmatrize auf dem Arbeitstisch 8 gehalten bleibt, wie er sich dort befindet, wenn die Führungsfläche 6 der Erweiterung nach der oben beschriebenen Herstellungsweise der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform fertiggestellt ist. Danach kann die Führungsfläche 5 an dem Werkstück 11 hergestellt werden. Durch die in dieser Reihenfolge erfolgende Bearbeitung können durch den obenerwähnten Einkerbvorgang entstandene Grate entfernt werden. Da die zur Steuerung der gegenseitigen Positionen des Werkstücks 11 und des Fräsers 22 erforderlichen Informationen während des Einkerbvorgangs gegeben sind, d. h. die Form des Preßkanals 2 (die Koordinaten des Punktes P, der durch einen Pfeil in Fig. 8(D) dargestellt ist), die Längen la, lb, lc usw. sowie die erforderlichen Informationen zur Ausbildung des eingekerbten Abschnitts 7, kann der gewünschte eingekerbte Abschnitt 7 ausgebildet werden. Der Zustand der Bewegung des Fräsers 22 gegenüber dem Werkstück 11 während des Einkerbungsvorgangs ist in Fig. 8(E) dargestellt. Das heißt, der Fräser 22 bewegt sich in der durch eine Pfeillinie in der Fig. 8(E) dargestellten Richtung zu dem Werkstück 11. Aus der Figur ist zu ersehen, daß sich die Spitze des Fräsers 22 entlang des Eckabschnitts D in einer solchen Weise bewegt, daß der Fräser 22 in Berührung mit dem Eckabschnitt D gerät. Aus diesem Grund wird der Einkerbvorgang nicht an dem Eckabschnitt D ausgeführt. Auf diese Weise wird die in Fig. 5 abgebildete Strangpreßmatrize hergestellt. In der Beschreibung des Herstellungsverfahrens der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist erwähnt, daß die Führungsfläche 6 der Erweiterung in gleicher Weise bearbeitet wird wie diejenige der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform. Die Führungsfläche 5, die bestimmte Längen (beispielsweise la, lb, lc) an Stellen hat, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind, kann durch den obenerwähnten Einkerbvorgang erzeugt werden, nachdem die Führungsfläche 6 der Erweiterung an jeder Stelle der inneren Umfangslinie des Preßkanals 2 zu Tiefenpositionen hergestellt wurde, die größer als die Längen (beispielsweise la, lb, lc usw. gemäß Fig. 5) oder gleich dem maximalen Wert der Länge l ist, wobei der Neigungswinkel der Führungsfläche 6 der Erweiterung konstant oder nicht konstant gehalten wird.
Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform der Strangpreßmatrize kann leicht hergestellt werden, indem die Herstellungsverfahren der Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 5 kombiniert werden. Das heißt, die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform stimmt im wesentlichen mit derjenigen gemäß Fig. 5 überein mit der Ausnahme, daß die Länge l an dem Eckabschnitt D des Preßkanals 2 kleiner ausgeführt ist, wie sich aus der Abwicklung gemäß Fig. 6 ergibt. Die Führungsfläche an dem Eckabschnitt D hat die gewünschte Länge l durch Steuerung der Position und des Neigungswinkels Θ der Drahtelektrode 12, da die Länge l an dem Eckabschnitt D in dem Bearbeitungsvorgang der konischen Erweiterung 3 bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform vorgegeben ist. Auf diese Weise kann die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform der Strangpreßmatrize erzeugt werden.
In der obigen Beschreibung des Herstellungsverfahrens der Strangpreßmatrize ist erwähnt, daß die Führungsfläche 5 des zylindrischen Preßkanals durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrode erzeugt wird.
Die Führungsfläche 5 des zylindrischen Preßkanals 2 kann jedoch auch durch das obenerwähnte Fräsen, Schablonenschleifen oder funkenerosive Senken erzeugt werden. Außerdem kann der Einkerbvorgang durch das obenerwähnte Fräsen, Schleifen oder funkenerosive Senken ausgeführt werden.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsart des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens der Strangpreßmatrize. Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform kann der Neigungswinkel der Drahtelektrode leicht gesteuert werden, und die Vorgänge der Erzeugung der Führungsfläche und des Einkerbens werden in gleicher Weise ausgeführt wie bei der mit Bezug auf Fig. 8 beschriebenen Herstellungsart. In der Fig. 9 bezeichnen das Bezugszeichen 2 einen Preßkanal, 3 eine Erweiterung, 11 ein Werkstück, 12 eine Drahtelektrode, 24 ein erstes Profil und 25 ein zweites Profil. Durch P′, P′ . . . dargestellte Punkte sind Tiefenpunkte bezeichnet (nachfolgend als Stauchungstiefenpunkte bezeichnet), die im wesentlichen gleich den Längen (beispielsweise la, lb, lc usw., die in Fig. 5 durch Pfeile dargestellt sind) an jeder vorbestimmten Position sind, die der Form des Preßkanals 2 entsprechen. Das erste Profil 24 kann als ein Profil betrachtet werden, das von der Drahtelektrode 12 auf der Vorderfläche der Strangpreßmatrize (11-1 in der Fig. 10) beschrieben wird, wobei die Drahtelektrode das zweite Profil 25, das das offenendige Profil der Erweiterung 3 an der Strangpreßmatrizenrückfläche darstellt (11-2 in der Fig. 10), und die Stauchungstiefenpunkte P′, P′ . . . durchläuft.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform sind das erste und das zweite Profil 24 und 25 vorgegeben, und Paare von zwei entsprechenden Punkten sind auf jedem der Profile 24 und 25 gegeben, denen die Drahtelektrode 12 in einem bestimmten Winkel folgt, um das Werkstück 11 zu bearbeiten. Dabei ist eine numerisch gesteuerte Bearbeitungstechnik zur Bearbeitung des Werkstücks 11 angewendet. Das erste und das zweite Profil 24 und 25 und die Paare von zwei zueinander gehörigen Punkten auf beiden Profilen sind als Information für die numerisch gesteuerte Bearbeitung vorgegeben, so daß die Drahtelektrode 12 über die Stauchungstiefenpunkte P′, P′ . . . läuft, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist, entsprechend den Punkten P₁′, P₂′ . . . gemäß Fig. 8(D). Wie bereits oben erwähnt, erlaubt das Herstellungsverfahren, das in Fig. 9 dargestellt ist, den Neigungswinkel und die Bewegungsposition der Drahtelektrode 12 leicht und genau während der Bearbeitung der Erweiterung 3 zu steuern. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Herstellungsverfahren wird die Bearbeitung der Führungsfläche 5 und des eingekerbten Abschnitts 7, die mit Bezug auf die Fig. 8(B) und (C) beschrieben sind, ausgeführt, nachdem die Führungsfläche 6 der konischen Erweiterung 3 fertig bearbeitet ist. Obwohl bei der Beschreibung des in Fig. 9 dargestellten Herstellungsverfahrens erwähnt wurde, daß das erste und das zweite Profil 24 und 25 auf die Matrizenvorderfläche F und die Matrizenrückfläche R eingestellt sind, ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung begrenzt. Das heißt, das erste und das zweite Profil 24 und 25 kann für jede vorgegebene Position festgesetzt werden. Außerdem sind bei dem mit Bezug auf Fig. 9 beschriebenen Herstellungsverfahren das erste und das zweite Profil 24 und 25 so festgelegt, daß die Drahtelektrode 12 über die Stauchungstiefenpunkte P′, P′ . . . läuft, jedoch kann das erste und das zweite Profil 24 und 25 auch so festgesetzt werden, daß die Drahtelektrode 12 Punkte (nicht dargestellt) durchläuft, die tiefer als die Stauchungstiefenpunkte P′, P′ . . . oder gleich einem maximalen Stauchungstiefenpunkt sind (beispielsweise lc in der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform). In diesem Fall wird die Führungsfläche, die vorbestimmte Länge l hat, durch den obenerwähnten Einkerbvorgang ausgebildet, nachdem die Führungsfläche 6 der Erweiterung 3 fertig bearbeitet ist.
Wie oben beschrieben, ermöglicht es das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren, die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Strangpreßmatrizen herzustellen, indem der gesamte Bearbeitungsvorgang ausgeführt wird, während das Werkstück 11 auf dem Arbeitstisch 8 angeordnet ist, und das Werkstück automatisch mit einer numerisch gesteuerten Bearbeitungstechnik zu bearbeiten. Dies ermöglicht die Herstellung von Strangpreßmatrizen mit hoher Präzision zu beträchtlich gesenkten Bearbeitungskosten. Angesichts der Tatsache, daß die Leistung beim funkenerosiven Schneiden mit einer Drahtelektrode hinsichtlich der Bearbeitungsgeschwindigkeit seit kurzem erheblich verbessert ist, kann die Zeit, die zur Herstellung der Strangpreßmatrize, die sich für die meisten Bearbeitungsvorgänge auf das funkenerosive Schneiden mit einer Drahtelektrode stützt, erforderlich ist, erheblich verringert werden gegenüber den herkömmlichen Herstellungsvorgängen.
In Abhängigkeit von der Form des Preßkanals 2 kann bei dem Bearbeitungsvorgang der Erweiterung 3 der Strangpreßmatrize bei Anwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens bisweilen eine unerwünschte Erscheinung auftreten, wobei feine Metallsplitter (nachfolgend abgetrennte feine Metallstückchen in der Beschreibung genannt) von dem Werkstück an der Vorderfläche der bearbeiteten Strangpreßmatrize abgetrennt werden. Die Bildung von feinen abgetrennten Metallsplittern bzw. Metallstückchen ist Faktoren zuzurechnen, die weiter unten mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben werden, und kann zu einer unstabilen Funkenerosionsbearbeitung führen. Dies kann ein Hindernis für das Automatisieren des gesamten Bearbeitungsvorgangs sein, da die abgetrennten feinen Metallstückchen entfernt werden müssen, indem der Bearbeitungsvorgang unterbrochen wird. Der Mechanismus der Bildung von abgetrennten feinen Metallstückchen wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben. Bei dem Bearbeitungsvorgang der Erweiterung 3 der Strangpreßmatrize wird die Drahtelektrode 12, die in einem Neigungswinkel Θ entsprechend dem Neigungswinkel der geneigten Führungsfläche 6, die die Erweiterung 3 bildet, geneigt ist, so bewegt, daß sie über den Punkt P₁ mit einer Tiefe der Länge l an jeder Position des gewünschten Preßkanals 2 läuft, wie dies in Fig. 10(A) dargestellt ist. Die Bahn der sich bewegenden Drahtelektrode 12 kann sich bisweilen in einem Punkt O schneiden, wie dies in der Fig. 10 dargestellt ist, je nach Größe des Neigungswinkels Θ der Drahtelektrode 12. Fig. 10(B) zeigt die Bahn der Drahtelektrode 12 während der Bearbeitung, um das Verständnis des Bearbeitungszustandes der Erweiterung 3 zu erleichtern. Wenn der Schnittpunkt O zwischen der Vorderfläche 11-1 und der Rückfläche 11-2 des Werkstücks 11 existiert, wird ein abgetrenntes feines Metallstückchen 26 an der Rückfläche 11-2 erzeugt, wie dies in der Fig. 10 dargestellt ist. Das Bezugszeichen 27 in der Fig. 10(B) bezieht sich auf eine Bahn des Punktes P₁, und ein Pfeil a auf die Bewegungsrichtung des Schnittpunktes P₂ der Vorderfläche 11-1 des Werkstücks mit der Drahtelektrode 12 sowie ein Pfeil b auf die Bewegungsrichtung des Schnittpunktes P₃ der Rückfläche 11-2 des Werkstückes 11 mit der Drahtelektrode 12.
Der oben beschriebene Mechanismus gibt eine Erklärung der Bildung des abgetrennten feinen Metallstückchens 26. Die Bildung des abgetrennten feinen Metallstückchens 26 jedoch kann verhindert werden, indem der Neigungswinkel Θ der Drahtelektrode 12 auf einen größeren Wert während der Bearbeitung der Führungsfläche 6 der Erweiterung an Abschnitten eingestellt wird, an denen wahrscheinlich abgetrennte feine Metallstückchen erzeugt würden.
Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung einer Strangpreßmatrize vor, das zur Herstellung von Strangpreßprofilen mit hoher Präzision verwendet werden kann, wobei die Herstellungsdauer und die Kosten erheblich reduziert sind und die mechanische Festigkeit der Strangpreßmatrize verbessert ist, indem der gesamte Bearbeitungsvorgang des Preßkanals und der Erweiterung automatisiert ist und das Werkstück auf dem Werktisch einer Bearbeitungsvorrichtung angeordnet ist, die eine Vorrichtung zum funkenerosiven Schneiden mit einer Drahtelektrode mit einer Fräsmaschine kombiniert.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung einer Strangpreßmatrize mit einer Öffnung in der Form eines herzustellenden Profils in der Vorderfläche der Matrize, einem zylindrischen Preßkanal (2), der von der Vorderfläche in Richtung der Rückseite der Matrize verläuft und einen der Öffnung entsprechenden Querschnitt hat, und mit einer im Querschnitt konischen Erweiterung (3), die an den Preßkanal (2) anschließend zu der Rückfläche der Matrize verläuft, wobei der Preßkanal (2) an jeder Position der Umfangslinie der Öffnung eine Länge l abhängig von der Form der Öffnung aufweist und durch Fräsen, Schablonenschleifen, funkenerosives Senken oder durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrode hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (3) ebenfalls durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrode (12) hergestellt wird, wobei die Drahtelektrode (12) in einem kleinen Winkel zu der Senkrechten zur Vorderfläche geneigt bewegt wird, und die Lage der Drahtelektrode (12) derart gesteuert wird, daß sie an jeder Position auf der Umfangslinie der zu bearbeitenden Öffnung eine Führungsfläche (5) des Preßkanals (2) in einem Abstand zur Vorderfläche schneidet, der gleich der Länge l entsprechend dieser Position ist.
2. Verfahren zur Herstellung einer Strangpreßmatrize mit einer Öffnung in der Form eines herzustellenden Profils in der Vorderfläche der Matrize, einem zylindrischen Preßkanal (2), der von der Vorderfläche in Richtung der Rückseite der Matrize verläuft und einen der Öffnung entsprechenden Querschnitt hat, und mit einer im Querschnitt konischen Erweiterung (3), die an den Preßkanal (2) anschließend zu der Rückfläche der Matrize verläuft, wobei der Preßkanal (2) an jeder Position der Umfangslinie der Öffnung eine Länge l abhängig von der Form der Öffnung aufweist und durch Fräsen, Schablonenschleifen, funkenerosives Senken oder durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrode hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (3) ebenfalls durch funkenerosives Schneiden mit einer Drahtelektrode (12) hergestellt wird, wobei die Drahtelektrode (12) in einem kleinen Winkel zu der Senkrechten zur Vorderfläche geneigt bewegt wird, und die Lage der Drahtelektrode (12) so gesteuert wird, daß sie an jeder Position auf der Umfangslinie der Öffnung eine fiktive Verlängerung einer Führungsfläche (5) des Preßkanals (2) in einem Abstand zur Vorderfläche schneidet, der größer als die Länge l entsprechend dieser Position ist, und daß ein eingekerbter Abschnitt (7) durch Einkerben der Erweiterung (3) von der Rückfläche aus derart erzeugt wird, daß der Preßkanal (2) die dieser Position auf der Umfangslinie der Öffnung entsprechende Länge erhält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (3) derart ausgebildet wird, daß der Neigungswinkel der Drahtelektrode (12) an den Positionen auf der Umfangslinie der Öffnung variabel ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (3) derart ausgebildet wird, daß die in einem kleinen Winkel der Erweiterung (3) geneigte Fläche erzeugt wird, indem Profile vorgegeben werden, die durch wenigstens zwei Punkte auf der Drahtelektrode (12) beschrieben sind, wobei diese zwei Punkte so berechnet sind, daß gesichert ist, daß die Drahtelektrode (12) an jeder Position die Führungsfläche (5) bzw. deren fiktive Verlängerung schneidet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (3) derart ausgebildet wird, daß nach Bearbeitung der in einem kleinen Winkel geneigten Fläche in der Wandfläche eine Einkerbung derart hergestellt wird, daß der Preßkanal (2) an jeder Position der Umfangslinie die entsprechende Länge l aufweist.
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