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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Auspressen eines Strangs aus einer Leichtmetall Legierung.
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Bisher
sind verschiedene Verfahren zum Auspressen einer Leichtmetall-Legierung
bekannt, beispielsweise diejenigen, die offenbart sind in den Druckschriften
US-4,550,584; US-4,773,251; US-4,829,802;
JP-57-7,318 A1; JP-4-59,174 A; JP-4-305,311 A usw.
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Unter
anderem offenbart die Druckschrift JP-4-59,174 A ein Verfahren,
in dem eine Leichtmetall-Legierung ausgepreßt und in die Form einer Pleuelstange
gebracht wird. Genauer gesagt, wird ein Rohmaterial in Form eines
zu verarbeitenden Blocks, das eine Leichtmetall-Legierung umfaßt, zu einem stangenartigen
Körper
mittels einer Strangpreßmatrize
geformt, die eine Matrizenöffnung
aufweist, die im Hinblick auf die äußere Konfiguration ähnlich einer Pleuelstange
ist. Der so erhaltene stangenartige Körper wird in Stränge einer
vorbestimmten Lange geschnitten, die anschließend mittels eines Gesenks
zu den Pleuelstangen geformt werden.
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F.
Weitzel: Gestaltung und Konstruktion von Stranpreßwerkzeugen,
Teil II; in: Aluminium, 68. Jahrgang (1992) Nr. 10, S. 867–870 offenbart
ein Verfahren, bei dem ein Strang aus einer Leichtmetall-Legierung
unter Einsatz einer Vorrichtung mit Expansionsvorkammer ausgepreßt wird,
wodurch das Fließverhalten
des Stranges gesteuert werden kann. Es werden jedoch keine demontierbaren
Anordnungen aus zwei Matrizen und einem den Strang führenden
Behälter
mit speziellen Durchmesserverhältnissen
offenbart.
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In
Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Strangpreß-Verfahren
gab es jedoch das Problem, daß das
Rohmaterial einen Außendurchmesser
aufweist, der größer ist
als die maximale lichte Weite der Matrizenöffnung der Matrize, und aufgrund der
erhöhten
Querschnittsfläche
kann das Auspressen nicht ohne erhöhten Preßdruck durchgeführt werden,
um die erforderliche Belastung pro Flächeneinheit für das Auspressen
zu erreichen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein Verfahren
zum Auspressen eines Strangs aus einer Leichtmetall-Legierung aus
einer Matrizenöffnung
in einer Matrize, welches die Schritte umfaßt, daß man
- – eine Matrizen-Vorrichtung
(1, 2) mit einer Matrizenöffnung (1a, 2a)
zum Auspressen eines erhitzten Strangs bereitstellt;
- – einen
Behälter
(4) bereitstellt, der in engem Eingriff mit der Matrizen-Vorrichtung
(1, 2) ist und eine Behälter-Öffnung (4a) einschließt, die
in Verbindung mit einer Matrizenöffnung
(2a) steht, um den Durchtritt eines erhitzten Blocks zu
ermöglichen;
- – einen
erhitzten Block (3) bereitstellt, der einen Außendurchmesser
aufweist, der kleiner ist als die maximalen Weiten der eingangsseitigen
Konfiguration der Matrizenöffnung
(1a) und der Behälteröffnung (4a);
- – den
erhitzten Block (3) durch die Behälteröffnung (4a) und die
Matrizenöffnung
(2a) drückt,
so daß ein
vorderer Abschnitt (3a) des erhitzten Strangs in der Matrizenöffnung (2a)
vorgeformt wird;
- – den
Block (3) werter drückt
und so bewirkt, daß der
vorgeformte vordere Abschnitt (3a) durch die Matrizenöffnung (1a)
in Form eines Strangpreßprofils
(3b) ausgepreßt
wird, das aus der Matrizen-Vorrichtung (1, 2)
nach außen
hervorsteht;
- – das
Strangpreßprofil
(3b) des vorgeformten vorderen Abschnitts (3a)
von der Matrizen-Vorrichtung
(1, 2) abschert und so ein geformtes Werkstück (3d)
herstellt, das eine erste Totzone (3e) aus Metall an dem
stromabwärts
gelegenen Ende aufweist;
- – die
erste Totzone (3e} aus Metall des geformten Werkstücks (3d)
abschert;
- – die
Matrizen-Vorrichtung (1, 2) von dem Behälter (4)
trennt und so bewirkt, daß eine
zweite Totzone (3f) aus Metall an dem stromaufwärts gelegenen
Ende des vorgeformten Abschnitts; der in der Matrizenöffnung (2a)
verbleibt, aus der Matrizen-Vorrichtung (1, 2)
nach außen
hervorsteht;
- – die
zweite Totzone (3f) aus Metall des vorgeformten Abschnitts
abschert; und
- – den
Behälter
(4) wieder mit der Matrizen-Vorrichtung (1, 2)
verbindet und anschließend
einen neuen Block (3) in die Behälteröffnung (4a) einschiebt,
bis der neue Block (3) an eine Fläche des nächstgelegenen Endes des vorgeformten
Abschnitts anstößt, so daß ein
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Auspressen eines Strangs aus einer Leichtmetall-Legierung bereitgestellt,
die umfaßt:
- – eine
erste Matrize (1), die eine Matrizenöffnung (1a) einschließt, die
im wesentlichen genauso geformt ist wie die gewünschte Form eines ausgepreßten Strangs
mit einem vorbestimmten Außendurchmesser;
- – eine
zweite Matrize (2), die an der stromaufwärts gelegenen
Seite der ersten Matrize (1) gelegen ist und die eine Vorform-Öffnung (2a}
einer Form aufweist, die größer ist
als ausgepreßte Strangform,
wobei die Vorform-Öffnung
(2a) in Verbindung mit der Matrizenöffnung (1a) steht;
- – einen
Behälter
(4), der auf der stromaufwärts gelegenen Seite der zweiten
Matrize (2) angeordnet ist und in dem eine zylindrische Öffnung (4a) definiert
ist, die in Verbindung mit der Vorform-Öffnung (2a) der zweiten
Matrize (2) steht, wobei die zylindrische Öffnung (4a)
einen Innendurchmesser aufweist, der im wesentlichen derselbe ist
wie der Außendurchmesser
des Strangs (3), und den Strang (3) aufnimmt,
wobei der Innendurchmesser der zylindrischen Öffnung (4a) und der
Außendurchmesser
des Strangs (3) kleiner sind als die maximale Weite der
ausgepreßten
Strangform; und
- – einen
Stempel (5) zum Drücken,
der einen Außendurchmesser
aufweist, der im wesentlichen derselbe ist wie der Innendurchmesser
der zylindrischen Öffnung
(4a) und der Außendurchmesser des
Strangs (3) und der innerhalb der zylindrischen Öffnung angeordnet
ist, um ihn in der Weise zu betreiben, daß der Strang (3) in
Richtung auf die Matrizen (1, 2) gedrückt wird
und so der Strang (3) in die ausgepreßte Form gebracht wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Block mit einem Außendurchmesser verwendet, der kleiner
ist als die maximale Weite an der eingangsseitigen Konfiguration
der Matrizenöffnung
der ersten Matrize. Der Block wird zu Beginn gegenüber der
Matrizenöffnung
in der zweiten Matrize angeordnet, so daß ein vorgeformter Abschnitt
durch die Matrizenöffnung
der zweiten Matrize auf der stromaufwärts gelegenen Seite der ersten
Matrize gebildet wird. Der Block wird danach mittels der Matrizenöffnung in
der ersten Matrize auf der stromabwärts gelegenen Seite in eine
ausgepreßte
Form gebracht.
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Der
Block weist eine verringerte Querschnittsfläche aufgrund seines Außendurchmessers auf,
der kleiner ist als die maximale Weite an der eingangsseitigen Konfiguration
der Matrizenöffnung
in der ersten Matrize. So ist es möglich, den Strangpreßdruck (Auspreßdruck)
zu reduzieren, der zum Erreichen einer Einheitsbelastung für das Strangpressen
erforderlich ist. Im Ergebnis ist es möglich, eine kompakte Anordnung
der Produktionsanlage zu realisieren, die weniger teuer und vorteilhaft
aus Kostensicht ist. Diese Vorteile können mit einer einfachen Anordnung
erreicht werden, indem man einen Außendurchmesser des Blocks einstellt,
der kleiner ist als die maximale Weite an der eingangsseitigen Konfiguration
der Matrizenöffnung
der ersten Matrize, und indem man auf der stromaufwärts gelegenen Seite
der ersten Matrize eine zweite Matrize anordnet, die eine Vorform-Matrizenöffnung aufweist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
weiter beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Längsschnitt-Ansicht der Strangpreß-Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine Querschnitts-Ansicht
entlang der Linie I-I in 1;
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3 eine Querschnitts-Ansicht
entlang der Linie II-II in 1;
und
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die 4 bis 8 die aufeinanderfolgenden Produktionsschritte
des Strangpreßverfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung, worin
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4 eine Längsschnitt-Ansicht ist, die
einen Zustand zeigt, in dem ein Block einem Behälter zugeführt und innerhalb dieses Behälters abgelegt wird;
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5 eine Längsschnitt-Ansicht ist, die
einen Zustand zeigt, in dem der Block unter
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Druck
gesetzt und mit einem vorgeformten Abschnitt auf seiner Vorderseite
ausgebildet wird;
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6 eine Längsschnitt-Ansicht ist, die
einen Zustand zeigt, in dem der Block weiter unter Druck gesetzt
und mit einem ausgepreßten
geformten Abschnitt ausgebildet wird;
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7 eine Längsschnitt-Ansicht ist, die
einen Zustand zeigt, in dem der Behälter und die Matrize voneinander
getrennt werden, um den geformten Abschnitt des Strangs zu entfernen
und die Totzonen aus Metall am vorderen Ende des geformten Abschnitts
des Strangs und die Totzone aus Metall am entfernt liegenden Ende
des vorgeformten Abschnitts des Strangs innerhalb der Matrizenöffnung wegzuschneiden;
und
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8 eine Längsschnitt-Ansicht ist, die
einen Zustand zeigt, in dem ein neuer Block zugeführt wird,
um einen neuen Strangpreß-Prozeß durchzuführen.
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Eine
Ausführungsform
des Strangpreß-Verfahrens
und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Die
Strangpreß-Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist gebaut zur Bearbeitung von beispielsweise Aufhängearmen
für ein
Kraftfahrzeug und besteht aus einer aus zwei Stufen bestehenden Matrizen-Anordnung,
die eine erste Matrize 1 und eine zweite Matrize 2 einschließt. Auf
der stromaufwärts
gelegenen Seite der zweiten Matrize 2 ist zum Unterbringen eines
zylindrischen Blocks 3 ein Behälter 4 angeordnet,
der eine zylindrische Bohrung 4a aufweist, in die der Block 3 hineinpaßt. Ein
Stempel 5 ist in axialer Richtung verschiebbar in der zylindrischen
Bohrung 4a angeordnet, um den Block 3, der in
die zylindrische Bohrung 4a eingepaßt ist, herauszudrüken. Die
stromaufwärts
gelegene Endfläche
der zweiten Matrize 2 ist mit einem Vorsprung 2b versehen,
und die stromabwärts
gelegene Endfläche
des Behälters 4 ist
mit einer Ausnehmung 4b ausgebildet, die mit dem Vorsprung 2b zum
Einpassen gebracht werden kann, um den Behälter 4 und die zweite
Matrize 2 axial demontierbar miteinander zu koppeln. Während des
Strangpressens (Auspressens) sind die erste Matrize 1 und
die zweite Matrize 2 und der Behälter 4 miteinander
gekoppelt, wie dies in 4 gezeigt
ist.
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Die
erste Matrize 1 ist – wie
in 3 gezeigt – mit einer
Matrizenöffnung 1a versehen.
Die Matrizenöffnung 1a weist
eine Konfiguration auf, die eine Größe größer ist als beispielsweise
die Außenkonfiguration
eines Aufhängearms
für ein
Kraftfahrzeug und die schwach konisch zulaufend ist, so daß der Durchmesser
von der Eingangsseite her (der stromaufwärtigen Seite her) in Richtung
auf die Ausgangsseite (Vorderseite der Matrize 1) ansteigt.
Die Matrizenöffnung 1a in
der veranschaulichten Ausführungsform
hat eine Querschnittskonfiguration eines Aufhängearms, die – wie in 2 gezeigt – im wesentlichen
C-förmig ist.
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Andererseits
ist die zweite Matrize 2 – wie in 2 gezeigt – mit einer Vorform-Öffnung 2a versehen,
die eine Ausgangsseite aufweist, die der ersten Matrize 1 gegenüberliegt,
und die eine Größe größer ist
als die obengenannte Matrizenöffnung 1a in
der ersten Matrize 1. Die Vorform-Öffnung 2a weist
eine Eingangsseite auf die dem Behälter 4 gegenüberliegt,
und die eine Form aufweist, die im wesentlichen dieselbe ist wie
die der zylindrischen Bohrung 4a des Behälters 4,
um den Block 3 zu führen,
wenn er der Matrizen-Anordnung zugeführt wird.
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Die
Vorform-Öffnung 2a weist
eine Querschnittsform auf die sich schrittweise von Kreisform auf
der Eingangsseite zu im wesentlichen C-Form auf der Ausgangsseite 2d ändert.
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Die
zylindrische Bohrung 4a des Behälters 4 weist einen
Innendurchmesser auf, der im wesentlichen übereinstimmt mit dem Außendurchmesser
des Blocks 3 und dem Außendurchmesser des Stempels 5,
so daß der
Block 3 und der Stempel 5 festsitzend eingepaßt und in
Axialrichtung verschiebbar innerhalb der zylindrischen Bohrung 4a sein
können.
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Der
Block 3 weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als
die maximale Weite (beispielsweise der Durchmesser des umschriebenen
Kreises) der Matrizenöffnung 1a in
der ersten Matrize 1 und der größer ist als dessen minimale
Weite (beispielsweise der Durchmesser des eingeschriebenen Kreises). Wenn
also der Block 3 in Richtung auf den Eingangsbereich der
ersten Matrize 1 gedrückt
wird, stößt wenigstens
ein Teil der Endfläche
des Blocks 3 gegen wenigstens einen Teil der Endfläche der
ersten Matrize 1.
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Das
Strangpreß-Verfahren
(Auspreß-Verfahren)
mit der oben beschriebenen Vorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf die 4 bis 8 beschrieben.
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Obwohl
dies nicht gezeigt ist, ist der Stempel 5 in dem Anfangsschritt
zurückgezogen
und von der stromaufwärts
gelegenen Seite des Behälters 4 beabstandet.
Dann wird – wie
in 4 gezeigt – ein erhitzter
Block 3 eingeführt
und in die zylindrische Bohrung 4a des Behälters 4 eingesetzt.
Der Stempel 5 wird danach vorgeschoben und in die zylindrische Bohrung 4a eingepaßt, um den
Block 3 in Richtung auf die Matrize 1 zu drücken. 4 zeigt einen Zustand, in
dem der vordere Endabschnitt des Blocks 3 innerhalb der
Matrizenöffnung 2a in
der zweiten Matrize 2 gelegen ist, mit der vorderseitigen
Fläche
des Blocks 3 in Anlagerung mit der rückwärtigen Fläche auf der Eingangsseite der
Matrizenöffnung 1a in
der ersten Matrize 1.
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Eine
fortgesetzte Aufbringung des Drucks mittels des Stempels 5 führt dazu,
daß der
Block 3 in Richtung auf die erste Matrize 1 gedrückt wird.
Da wenigstens ein Teil der vorderseitigen Fläche des Blocks 3 in
Anlagerung an die Eintrittsfläche
der ersten Matrize 1 angeordnet ist, ist die axiale Bewegung des
Blocks 3 beschränkt.
Im Ergebnis wird der vorderseitige Abschnitt des Blocks 3 – wie in 5 gezeigt – im Hinblick
auf die Breite in der Matrizenöffnung 2a der
zweiten Matrize 2 größer in Übereinstimmung
mit der Matrizenöffnung 2a und
bildet schließlich
einen vorgeformten Abschnitt 3a, der mit der Matrizenöffnung 2a in
der zweiten Matrize 2 als Vorform-Öffnung übereinstimmt. Ein solcher Zustand
ist in 5 gezeigt.
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Eine
nachfolgende Aufbringung eines Drucks mit dem Stempel 5 führt dazu,
daß der
obengenannte vorgeformte Abschnitt 3a des Blocks 3 in die
Matrizenöffnung 1a in
der ersten Matrize 1 gedruckt wird und in Übereinstimmung
mit der Matrizenöffnung 1a geformt
wird. Der aus dem Block 3 entstehende Strang wird weiter
in axialer Richtung aus der Öffnung 1a der
ersten Matrize 1 unter Bildung eines ausgepreßten geformten
Abschnitts 3b herausgedrückt. Ein solcher Zustand ist
in 6 gezeigt.
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In
dieser Stufe wird der auf den Block 3 mittels des Stempels 5 aufzubringende
Druck signifikant reduziert, verglichen mit dem Fall, in dem ein
Block mit einer anfänglichen
Querschnittsfläche
herangezogen wird, die die gesamte Matrizenöffnung 1a abdeckt
(beispielsweise bei einem Durchmesser, der größer ist als der umschriebene
Kreis).
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Nach
Abschluß des
Auspressens – wie
in 7 gezeigt – wird der
Behälter 4 von
der aus der ersten Matrize 1 und der zweiten Matrize 2 bestehenden
Matrizenanordnung getrennt, und der geformte Abschnitt des Strangs 3,
der aus der ersten Matrize 1 unter Zurücklassen des Strand Abschnitts 3c innerhalb
der Matrizenöffnungen 1a und 2a ausgepreßt wurde,
wird abgeschnitten. Der abgeschnittene geformte Abschnitt 3d des
Strangs 3 hat an seinem vorderen Ende eine Totzone 3e aus
Metall, die dann entfernt wird. Der restliche Strang-Abschnitt 3c,
der innerhalb der Matrizenöffnungen 1a und 2a belassen wurde,
weist an seinem nächstgelegenen
Ende eine Totzone 3f aus Metall auf, die ebenfalls entfernt
wird. Ein solcher Zustand ist in 7 gezeigt.
Für die
Wirtschaftlichkeit des Materialeinsatzes werden die entfernten Totzonen 3e und 3f aus
Metall eingeschmolzen und wieder verwendet.
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Danach
wird die Matrizenanordnung 1, 2 erneut an den
Behälter 4 gekoppelt,
und ein neuer Block 31 wird dem Behälter zugeführt und in die zylindrische
Bohrung 4a in dem Behälter 4 eingeführt. Durch
Vorschieben des neuen Blocks 31 in axialer Richtung wird
der restliche Strangabschnitt 3c, der in den Matrizenöffnungen 1a, 2a zurückgelassen
wurde, ausgepreßt
und zu dem gewünschten
Querschnitt geformt. 8 zeigt
einen Zustand unmittelbar vor einem erneuten Auspressen.
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Bei
Gelegenheit wird der ausgepreßte
geformte Abschnitt 3d, der – wie in 7 gezeigt – entfernt wurde, in Scheiben
geschnitten, die jeweils zu Aufhängearmen
nach Schritten des Zurichtens oder dergleichen – sofern dies erforderlich
ist – geformt werden.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß bei dem Verfahren und der
Vorrichtung zum Auspressen eines Strangs aus einer Leichtmetall-Legierung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Block verwendet wird, der einen Außendurchmesser aufweist, der
kleiner ist als die maximale Weite an der eingangsseitigen Konfiguration
der Matrizenöffnung. So
wird ein breiterer vorgeformter Abschnitt in der Nähe des Eingangs-Abschnitts
der Matrizenöffnung geformt,
und die ausgepreßte
Form wird danach geformt. Dadurch wird es möglich gemacht, die Querschnittsfläche des
Blocks zu verringern und den Strangpreßdruck zu erniedrigen. Folglich
ist es möglich,
eine kompakte und weniger teure Anordnung der Herstellungsanlage
zu realisieren. Es sollte angemerkt werden, daß diese Vorteile mit einem
einfachen Ausbau dadurch erreicht werden können, daß man einen Außendurchmesser
des Blocks einstellt, der kleiner ist als die maximale Weite der
eingangsseitigen Konfiguration der Matrizenöffnung der ersten Matrize,
und daß man
auf der stromaufwärts
gelegenen Seite der ersten Matrize eine zweite Matrize mit einer
Vorform-Matrizenöffnung
anordnet.