DE4405027A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbringung eines Temperaturprofils an für das Strangpressen vorgesehenen Metallblöcken - Google Patents

Description

Beim Strangpressen von Metall werden die auf Preßtemperatur erwärmten Blöcke aus einem Aufnehmer durch eine Matrize gepreßt, wobei die Blöcke zum Einsetzen einen etwas geringeren Außendurchmesser gegenüber dem Innendurchmesser des Aufnehmens aufweisen müssen. Nachdem zunächst der Block gestaucht wird, so daß er den Innendurchmesser des Aufnehmers ausfüllt, wird er durch die Matrize zum Strang verpreßt. Die aus der Umformarbeit freiwerdende Wärme fließt an den Restblock, die Matrize mit Matrizenhalterung und an den Aufnehmer ab. Beim direkten Pressen findet zudem abhängig von den herrschenden tribologischen Bedingungen eine Gleitung oder Scherung des Blockes entlang der Aufnehmerwandung statt, die im oberflächennahen Bereich des Blockes Wärme erzeugt und ein Teil dieser Wärme verbleibt ebenfalls in dem unter Verpressung stehenden Block. Im Laufe der Pressung wird daher der Block und die Umformzone zunehmend wärmer, mit der Folge, daß das Gefüge des Preßproduktes sowohl in radialer Richtung, als auch über die Preßlänge unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweist. Um diese Erscheinung zu eliminieren strebt man einen isothermischen Preßvorgang an durch Variation der Preßgeschwindigkeit über die Blocklänge oder die Aufbringung eines axialen Temperaturgradienten am Block vor Beginn des Preßvorganges, wobei das matrizenseitige Ende wärmer ist als das stempelseitige Ende.

Zur Erzeugung eines im Preßtakt reproduzierbaren Temperaturgradienten werden induktive Stoßheizungen eingesetzt, wie sie durch die DE-B 10 14 678 bekannt sind, in denen der Block zunächst auf eine gleichmäßige untere Temperatur in einem ersten Ofen bzw. Ofenteil erwärmt und dann anschließend in einem zweiten Ofen bzw. Ofenteil partiell unterschiedlich induktiv weitererwärmt wird, so daß er an einem Ende eine höhere Temperatur aufweist. Ein besserer reproduzierbarer Temperaturgradient läßt sich durch Anwendung einer Induktionserwärmungsanlage erzeugen, die mit einer Mehrzahl, meist vier oder mehr Induktionsspulen versehen ist, die separat geregelt und gesteuert werden können. Die Anlage ist aufgrund ihres komplizierten Aufbaus kostspielig und bedeutet eine erhebliche zusätzliche Investition seitens des Betreibers der Strangpreßanlage.

Die Aufbringung eines axialen Temperaturgradienten durch eine partiell unterschiedliche induktive Erwärmung reicht jedoch nicht aus, um unter isothermen Preßbedingungen auch die Preßgeschwindigkeit optimieren zu können. Hierzu bedarf es außer des Aufbringens eines axialen Temperaturgradienten auch der eines reproduzierbaren radialen Temperaturgradienten mit insbesondere bei Anwendung des direkten Preßverfahrens von innen nach außen abnehmender Temperatur, welches durch induktive Erwärmung nicht erzielbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine geeignete Temperaturbeeinflussung an dem zur Verpressung anstehenden Block an diesem ein Temperaturprofil aufzubringen, mit dem eine Optimierung des Strangpreßvorgangs, d. h. isothermes Pressen mit maximaler Preßgeschwindigkeit erreichbar ist, und somit die Berücksichtigung aller Einflußgrößen einschließt.

Erfindungsgemäß erfolgt diese Temperaturbeeinflussung indem die zur Verpressung vorgesehenen Metallblöcke auf eine für das Metall geeignete Preßtemperatur erwärmt mit dieser bevorratet und in zeitlicher Abstimmung zum Preßzyklus eine in Regelzonen aufgeteilte Abschreckung erfahren, wobei die Regelung in den Zonen durch Beeinflussung der Kühlmittelmenge und/oder -temperatur sowie/oder der Kühldauer in einer Weise erfolgt, daß sich an dem Block in axialer und radialer Richtung eine Temperaturverteilung ergibt, die unter Berücksichtigung der Wärmeleitfähigkeit des Metalls, dem Wärmeabfluß zum jeweiligen Restblock, zum Blockaufnehmer und zu den Preßwerkzeugen (Stempel, Matrize) und der Blockerwärmung durch anfallende Umformwärme und (soweit vorhanden, d. h. beim direkten Strangpressen) infolge einer Reibung des Blockes im Aufnehmer eine isotherme Verpressung bei optimaler Preßgeschwindigkeit gestattet.

Mit der Aufbringung des Temperaturgefälles in axialer Richtung von dem der Matrize zugekehrten Blockende zu dem der Matrize abgekehrten Blockende, welches in einfachster Weise gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch hergestellt wird, daß die Kühldauer partiell durch relative Bewegung des Metallblocks zu den Zonen geregelter Kühlung bestimmt wird, läßt sich zugleich das erforderliche Temperaturgefälle in radialer Richtung aufbringen. Hierbei erfolgt gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die relative Bewegung des Metallblocks zu den Kühlzonen mit regelbarer Geschwindigkeit, und es kann die Intensität der Kühlung zonenweise über die Kühlmittelmenge und/oder den Kühlmitteldruck und/oder die Kühlmitteltemperatur regelbar sein.

Zum Stande der Technik ist zu erwähnen, daß zur Vermeidung von Lufteinschlüssen auf die zur Verpressung kommenden Blöcke ein Temperaturgefälle aufgebracht wird, so daß mit beginnender Preßkaft zunächst das der Matrize zugewandte wärmere Blockende, und von diesem ausgehend der Block fortschreitend aufgestaucht und dabei die Luft aus dem Aufnehmer verdrängt wird. Die Aufbringung des Temperaturgefälles erfolgt nach der FR-PS 1049 675 dadurch, daß die zur Verpressung kommenden, gleichmäßig vorgewärmten Blöcke vor dem Stauchen im Aufnehmer an dem der Matrize abgekehrten Ende von der Stirnfläche ausgehend eine Abkühlung erfahren.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem elektrisch- oder gasbeheiztem Ofen zur gleichmäßigen Erwärmung der zur Verpressung gelangenden Blöcke und deren Bevorratung bei einer Temperatur die gleich oder etwas höher ist als die zur Verpressung der Blöcke geeignete Preßtemperatur, einer in mehrere Zonen getrennt regelbarer Kühlintensität aufgeteilten Kammer zum partiell gesteuerten Abschrecken der vorgewärmten Blöcke, sowie Mitteln zum Transport der Blöcke vom Ofen zur Abschreckkammer und weiter zum Blocklader. Vorteilhaft ist es, Mittel für eine relative axiale Bewegung von Abschreckkammer und Metallblock während des Abschreckens vorzusehen um dieses auf einfache Weise partiell steuern zu können.

Eine baulich vorteilhafte Ausgestaltung der Anlage ergibt sich, wenn die Abschreckkammer mit senkrechter Achse über einem aus zwei sich in der senkrechten Achse der Abschreckkammer treffenden Blockkippern bestehenden Transportmittel für die Blöcke angeordnet ist und achsgleich hiermit ein den Block relativ zur Abschreckkammer bewegender Stößel heb- und senkbar angeordnet ist. Der die Hubbewegung des Stößels bewirkende Antrieb und damit die Hub- und Senkgeschwindigkeit des Stößels ist vorteilhafterweise regelbar.

Für die Bevorratung der erwärmten Blöcke und deren Abrufung in zeitlicher Abstimmung zum Preßzyklus ist es von Vorteil, wenn am Austrittsende des Ofens eine Temperaturausgleichs- und Warmhaltekammer vorgesehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt, wobei die

Fig. 1 eine Strangpreßanlage in Aufsicht,

Fig. 2 einen Ausschnitt in größerem Maßstab in einer Seitenansicht teilweise im Schnitt, und in nochmals größerem Maßstab in

Fig. 3 einen horizontalen Schnitt nach der in Fig. 2 eingetragenen Schnittlinie III-III und in

Fig. 4 einen horizontalen Schnitt nach der in Fig. 2 eingetragenen Schnittlinie IV-IV zeigt.

Fig. 5 ist ein Schaubild der Temperaturverteilung im Block zum Zeitpunkt der soeben beendeten Kühlung.

Die in Fig. 1 dargestellte Strangpreßanlage besteht aus einer Strangpresse 1, einem Ofen 2, einer Warmhaltekammer 3, einem ersten Blockkipper 4, einer Abschreckkammer 5, einem zweiten Blockkipper 6, einem Hubbalkenförderer 7, einem Blocklader 8 und der Strangpresse 1 nachgeordnet einem Auslauf 9 mit den üblichen Folgeeinrichtungen für die weitere Behandlung der ausgepreßten Stränge.

Wie die Fig. 2 in Einzelheiten zeigt ist der mit einer Spule 12 in horizontaler Anordnung versehene Induktionsofen 2 zur Aufnahme einer Mehrzahl von Blöcken 10a vorgesehen. Von einem nicht dargestellten Stößel werden die Blöcke 10 im Ofen 2 vorgeschoben. Dem Ofen 2 nachgeordnet ist eine Warmhaltekammer 3, in der der jeweils nächste zur Verpressung vorgesehene Block 10b, der im Ofen 2 auf eine zu seiner Verpressung geeignete Temperatur erhitzt worden ist, bevorratet wird. Die Warmhaltekammer 3 ist mit einer Spule 13 versehen um die Temperatur des Blocks 10b während der Verweilzeit in der Warmhaltekammer 3 halten zu können, wobei die Verweilzeit im übrigen zum Ausgleich der Temperatur des Blocks 10b genutzt wird.

In zeitlicher Abstimmung zum nächsten Preßzyklus wird der Block 10b aus der Warmhaltekammer ausgestoßen und gelangt auf den Blockkipper 4 von dem der Block in eine senkrechte Position unterhalb und gleichachsig mit der Abschreckkammer 5 gekippt wird. Unter dem Block in dieser Position ist ein Stößel 11 gleichachsig zum Block und zur Abschreckkammer 5 angeordnet.

Der als Zahnstange ausgebildete Stößel 11 ist in einem Gehäuse 14 geführt. Mittels eines von einem drehzahlregelbaren Motor 16 angetriebenen Ritzel 15 ist der Stößel 11 in senkrechter Richtung beweglich in eine obere Stellung, in der der Block vom Blockkipper 4 abgehoben und bis in eine Stellung oberhalb der Abschreckkammer 5 angehoben ist, wo er von einem Korb 17 gehalten wird.

In der Abschreckkammer 5 sind übereinander - im Ausführungsbei­ spiel fünf - Düsenringe 18 vorgesehen, die Kühlzonen bilden, wozu die Düsenringe 18 getrennt mit Kühlmittel versorgt werden, so daß die Kühlmittelmenge, der Kühlmitteldruck, die Kühlmitteltemperatur und die Kühldauer in jedem Düsenring 18, also in jeder Kühlzone für sich regelbar sind. Leisten 19, die sich durch die Kühlkammer 5 und den Korb 17 erstrecken, dienen zur Führung eines Blocks, während sich dieser in der Kühlkammer 5 bzw. im Korb 17 bewegt. Verdampfendes Kühlmittel wird durch ein Gebläse 20 aus einem die Kühlkammer 5 und den Korb 17 ummantelnden Gehäuse 21 abgesaugt. Sobald ein Block seine obere Position im Korb 17 erreicht hat, setzt die Beaufschlagung der Düsenringe 18 mit dem Kühlmittel ein, und der Block wird mit geregelter Geschwindigkeit mittels des Stößels 11 abgesenkt, bis er sich ganz in der Kühlkammer 5 befindet und das Kühlmittel abgeschaltet wird. Soll beispielsweise der Block im direkten Strangpreßverfahren ausgepreßt werden, so ist die Kühlung so geregelt, daß im Block beim Verlassen der Kühlkammer 5 eine Temperaturverteilung vorliegt, wie diese aus dem Schaubild Fig. 5 ersichtlich ist. Das oben gelegene Blockende ist dabei ohne Beaufschlagung durch das Kühlmittel geblieben, während das untere Blockende über die gesamte Absenkzeit von 20 sec. mit dem in Menge, Druck und Temperatur geregelten Kühlmittel beaufschlagt war. Diese Temperaturverteilung ist so eingestellt, daß sich der Block isotherm mit optimaler Preßgeschwindigkeit auspressen läßt.

Sobald ein vom Blockkipper 4 unter die Kühlkammer 5 verbrachter Block 10b vom Stößel 11 in den Bereich der Kühlkammer 5 und des Korbes 17 angehoben worden ist, wird der Blockkipper 4 in seine Ausgangsposition zurückgeschwenkt, wo er zur Aufnahme eines weiteren Blocks 10b bereitsteht. Unmittelbar folgend wird der Blockkipper 6 unter die Kühlkammer 5 eingeschwenkt, noch bevor der sich in der Kühlkammer 5 befindende Block vom Stößel 11 wieder abgesenkt wird, so daß der Blockkipper 6 den aus der Kühlkammer 5 austretenden Block übernehmen kann. Der Blockkipper 6 legt dann den Block auf einen Hubbalkenförderer 7 ab, der den Block dem Blocklader 7 zuführt, der dann den Block in die Strangpresse 1 lädt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Aufbringung eines Temperaturprofils an Metallblöcken für deren Verpressung in Metallstrangpressen, indem der Metallblock (10) auf eine für das Metall geeignete Preßtemperatur erwärmt und mit dieser Temperatur bevorratet wird, indem in zeitlicher Abstimmung zum Preßzyklus eine in Regelzonen aufgeteilte Abschreckung des Metallblocks erfolgt, wobei die Regelung in den Zonen (18) durch Beeinflussung der Kühlmittelmenge und/oder -temperatur sowie/oder der Kühldauer in einer Weise erfolgt, daß sich an dem Block in axialer und radialer Richtung eine Temperaturverteilung ergibt, die unter Berücksichtigung der Wärmeleitfähigkeit des Metalls, dem Wärmeabfluß zum jeweiligen Restblock, zum Blockaufnehmer und zu den Preßwerkzeugen (Stempel, Matrize) und der Blockerwärmung durch anfallende Umformwärme und (soweit vorhanden) infolge einer Reibung des Blockes im Aufnehmer eine isotherme Verpressung bei optimaler Preßgechwindigkeit gestattet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühldauer partiell durch relative Bewegung des Metallblocks (10) zu den Zonen (18) geregelter Kühlung bestimmbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Bewegung des Metallblocks (10) zu den Kühlzonen (18) mit regelbarer Geschwindigkeit erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Zonen (18) die Intensität der Kühlung über die Kühlmittelmenge und/oder den Kühlmitteldruck und/oder die Kühlmitteltemperatur regelbar ist.

5. Anlage zur Aufbringung eines Temperaturprofils an Metallblöcken für deren Verpressung in Metallstrangpressen, bestehend aus einem elektrisch- oder gasbeheiztem Ofen (2), eine in mehrere Zonen (18) getrennt regelbarer Kühlintensität aufgeteilte Kammer (5) zum partiell gesteuertem Abschrecken der gleichmäßig vorgewärmten Metallblöcke (10) sowie Mitteln (4, 11, 6, 7) zum Transport der Metallblöcke (10) vom Ofen (2) durch die Abschreckkammer (5) zum Blocklader (8) der Metallstrangpresse (1).

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckkammer (5) und ein jeweils abzuschreckender Metallblock (10) zur partiell gesteuerten Abschreckung relativ zueinander axial bewegbar sind.

7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckkammer (5) mit senkrechter Achse über einem aus zwei Blockkippern (4, 6) bestehenden Transportmittel für die Blöcke (10) und unterhalb der Abschreckkammer (5) achsgleich zu dieser ein den Block (10) relativ zur Abschreckkammer (5) bewegender Stößel (11) heb- und senkbar angeordnet ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (16) für die Hubbewegung des Stößels (11) und damit dessen Hub- und Senkgeschwindigkeit regelbar ist.