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Die Erfindung betrifft ein Strangpreßverfahren und eine verbesserte
Strangpresse, um das Strangpreßverfahren leistungsfähiger zu machen und den
Materialaufwand beim Strangpressen zu verringern.
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Die Erfindung wird zwar insbesondere unter Bezugnahme auf die
Anwendung des Strangpreßverfahrens auf Aluminiumlegierungen beschrieben,
ist aber auch auf andere Materialien anwendbar, die unter Druck
strangpreßfähig sind.
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Eine Strangpresse ist eine Maschine, die so konstruiert ist, daß sie
eine bekannte und kontrollierte Kraft bekannter Größe mittels einer
körperlich eingeschlossenen Menge einer Aluminiumlegierung auf eine
bekannte Öffnung einwirken läßt. Die Aluminiumlegierung ist während der
Einwirkung der angelegten Kraft in einem Bestandteil der Maschine
eingeschlossen, der als Rezipient oder Behälter bezeichnet wird.
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Der Behälter soll ermöglichen, daß die Kraft, welche auf die im
Inneren oder in der Bohrung des Behälters enthaltene Aluminiumlegierung
einwirkt, in eine lineare Bewegung umgewandelt wird, die in Richtung der
angreifenden Kraft durch ein Bauteil hindurch erfolgt, das eine oder
mehrere Präzisionsöffnungen oder Matrizen enthält, die eine Matrizenplatte
bilden. Während der Zeit, in der die Aluminiumlegierung der Linearbewegung
und dem Druck unterliegt, ist der Behälter mechanisch mit der
Matrizenplatte verriegelt.
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Eine Strangpreßmatrizenplatte ist eine Einrichtung, die der
Linearbewegung der eingeschlossenen Aluminiumlegierung einen körperlichen
Widerstand entgegensetzt, damit die Aluminiumlegierung detailgenau
entsprechend der Öffnungsgeometrie geformt wird. Die
Strangpreßmatrizenplatte wird mit einer oder mehreren Präzisionsöffnungen hergestellt, die
so gestaltet sind, daß die durch die Öffnung(en) fließende
Aluminiumlegierung die erforderliche Produktform annehmen kann.
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Die Temperatur der Aluminiumlegierung wird vor Einwirkung der
angelegten Kraft auf einen bekannten Wert erhöht.
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Das Anlegen einer ausreichenden Kraft an eine Aluminiumlegierung
führt unter diesen Bedingungen dazu, daß die Aluminiumlegierung mechanisch
durch die Öffnung gepreßt wird, um ein Produkt herzustellen, dessen
Querschnitt mit dem der Öffnung übereinstimmt.
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Das Verfahren zur Erzeugung der gerichteten Kraft, die als
Strangpreßdruck bezeichnet wird, ist dem Prinzip nach das gleiche wie beim
Hydraulikkolben und -zylinder.
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Der vom Hauptdruckkolben der Strangpresse erzeugte Strangpreßdruck
wird mittels einer Stahlstange, die über den Kolbenkreuzkopf am
Hauptdruckkolben befestigt ist und als Strangpreßschaft bezeichnet wird,
linear auf die im Behälter eingeschlossene Aluminiumlegierung übertragen.
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Zwischen dem Strangpreßschaft und der eingeschlossenen
Aluminiumlegierung wird ein Druckstempel verwendet. Der Druckstempel ist so
gestaltet, daß er den Strangpreßdruck vom Strangpreßschaft auf die
eingeschlossene Aluminiumlegierung überträgt, wobei er zuläßt, daß nach dem
Durchgang des Druckstempels durch den Behälter unter Strangpreßdruck eine
annähernd 0,4 mm dicke Schicht der Aluminiumlegierung in der
Behälterbohrung zurückbleibt. Das verdichtete Aluminium, das nach dem Strangpressen
im Behälter zurückbleibt, wird als "Preßrest" bezeichnet.
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Der Vorbereitungsprozeß einer Strangpresse auf das Strangpressen
einer Aluminiumlegierungsmenge führt häufig zu unerwünschten
Lufteinschlüssen in den Hohlräumen innerhalb des Behälters, bevor das
Aluminium den Strangpreßdrücken ausgesetzt wird.
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Wenn die eingeschlossene Luft durch den Strangpreßprozeß unter Druck
gesetzt wird, werden die Ergebnisse als starke Oberflächenschäden am
stranggepreßten Produkt in Form einer Blasenbildung sichtbar, die oft von
einem hörbaren Geräusch der Gase begleitet wird, die nach dem Durchgang
durch die Matrizenöffnung in die Atmosphäre entweichen.
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Der Arbeitsablauf in bezug auf die mechanischen Bewegungen einer
Strangpresse zur Ausführung der Funktion des Strangpressens einer heißen
Aluminiumlegierung durch eine Strangpreßmatrize läßt sich in bestimmte
Phasen unterteilen, die als Preßzyklen bezeichnet werden.
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Ein Standard-Preßzyklus für den Strangpreßprozeß zur Beseitigung des
Lufteinschlußproblems ist ein Zyklus, der als Entgasungs- oder "Rülpser"-
Zyklus bezeichnet wird.
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Der Entgasungszyklus erfordert, daß die Aluminiumlegierung im
Behälter annähernd auf die Hälfte des benötigten Strangpreßdrucks
verdichtet wird. Dann werden die Baugruppen, die normalerweise unter
Strangpreß- oder Schließdruck stehen, wie im falle des Hauptdruckkolbens,
des Behälters und der Matrizenplatte, durch den Entgasungszyklus
druckentlastet.
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Die Baugruppen werden mechanisch bewegt, um die Abdichtung rund um
die Fläche der Strangpreßmatrize zu durchbrechen, damit unter Druck
stehende Gase entweichen können. Dann wird der Entgasungszyklus durch
Wiedereinleiten des Zyklus "Behälter schließen und abdichten" sowie durch
Zurückführen des Hauptdruckkolbens in seinen vorherigen Strangpreßzustand
abgeschlossen.
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In der britischen Patentanmeldung GB-A-1 462 163 ist bereits
vorgeschlagen worden, die Luft aus dem Hohlraumvolumen innerhalb eines
Barrenbehälters durch Anlegen einer Unterdruckquelle an eine Öffnung in der
Seitenwand des Behälters zu entfernen. Dieses Evakuierungsverfahren zeigt
jedoch die Neigung, die Luft am Druckkolben vorbei zu saugen, und die
Evakuierung des Hohlraums funktioniert so lange nicht, bis der Druckkolben
den Barren oder Preßblock verdichtet hat, an welchem Punkt der Druckkolben
die Öffnung verschlossen hat.
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Außerdem wird auf die Offenbarung der US-A-4 117 703 verwiesen,
insbesondere auf das Ausführungsbeispiel, das unter Bezugnahme auf Fig. 7
dieser Anmeldung beschrieben wird.
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Demnach wird mit der vorliegenden Erfindung angestrebt, die oben
beschriebenen Probleme zu überwinden und eine verbesserte und
leistungsfähigere Strangpresse sowie ein verbessertes und
leistungsfähigeres Strangpreßverfahren zu schaffen.
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In einer Ausführungsform bietet die Erfindung ein Strangpreßverfahren
mit den Schritten: Evakuieren des Hohlraumvolumens zwischen einem
Druckstempel, einem strangzupressenden Barren und der Preßfläche einer
Matrize innerhalb des Barrenbehälters mittels Absaugen durch den
Druckstempel und einen hohlen Strangpreßschaft hindurch; dadurch
gekennzeichnet, daß der Druckstempel einen variablen Querschnitt hat und
der Querschnitt des Druckstempels so weit ausgedehnt wird, bis er den
Querschnitt des Behälters nahezu ausfüllt; und daß das Strangpressen eines
in dem Behälter befindlichen Barrens anschließend in einem luftdicht
verschlossenen Druckbehälter beginnt, der von dem Druckstempel, der
Behälterbohrung und der abgedichteten Strangpreßmatrize gebildet wird.
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Vorzugsweise wird dieses Volumen im wesentlichen dadurch evakuiert,
daß es über einen Unterdruckvorratsbehälter, der innerhalb eines Preßzyklus
auf den niedrigsten Arbeitsdruck evakuiert werden kann, an eine
Unterdruckquelle angeschlossen wird; dieser Vorratsbehälter ist vorzugsweise im
Hauptdruckkolben der Strangpresse enthalten und steht über einen hohlen
Strangpreßschaft und den Druckstempel mit dem Hohlraumvolumen in
Verbindung.
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Der Vorratsbehälter kann in geeigneter Weise über ein
Unterdruckschaltventil und eine Unterdruckleitung mit dem Volumen verbunden werden.
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Vorzugsweise wird eine Druckluftleitung mit Ventil an die
Unterdruckleitung angeschlossen, um das Volumen während nach dem Strangpressen mit
Druckluft durchzuspülen.
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Der hohle Unterdruckvorratsbehälter innerhalb des
Strangpreßdruckkolbens kann in geeigneter Weise direkt mit einer Vakuumpumpe als
Unterdruckquelle verbunden werden.
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In einer zweiten Ausführungsform schafft die Erfindung eine
Strangpresse mit einem Druckkolben, einem hohlen Strangpreßschaft, einem
Druckstempel, einem Barrenbehälter mit einer Bohrung und einer
Strangpreßmatrize, die an dem Behälter abgedichtet werden kann, sowie einem
Unterdruckbehälter, der über eine erste Unterdruckleitung mit einer
Vakuumpumpe und über eine zweite Unterdruckleitung und den Hohlschaft sowie
den Druckstempel mit einem zwischen dem Druckstempel, dem Behälter, einem
strangzupressenden Barren und der Preßfläche der Matrize definierten
Volumen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlraumvolumen
mittels Absaugen durch den Druckstempel und den hohlen Strangpreßschaft vor
Beginn des Strangpressens evakuiert werden kann; daß der Druckstempel einen
variablen Querschnitt hat und vor Beginn des Strangpressens so weit
ausgedehnt werden kann, bis er den Querschnitt des Behälters nahezu
ausfüllt; und daß der Druckstempel, die Behälterbohrung und die
abgedichtete Strangpreßmatrize einen luftdicht verschlossenen Druckbehälter
bilden, der vor Beginn des Strangpressens evakuiert wird.
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Der Vorratsbehälter ist vorzugsweise in dem hohlen Druckkolben
enthalten.
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In dieser Ausführungsform ist die Unterdruckleitung vorzugsweise über
ein Schaltventil mit einer Druckluftquelle verbunden, die zum Durchspülen
des oben definierten Hohlraums verwendet werden kann.
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Der Druckstempel ist von veränderlichem Querschnitt und dehnt sich
soweit aus, daß er den Behälterquerschnitt nahezu ausfüllt. Der
Druckstempel als Ganzes ist gewöhnlich im allgemeinen glockenförmig.
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Die Vorteile der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Strangpresse
lassen sich wie folgt zusammenfassen:
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1. Die Gase können teilweise vor der Verdichtung des Aluminiums
im Behälter entfernt werden, ohne den normalen Ladezyklus beim
Strangpressen zu unterbrechen, wodurch sich die Zeitspanne zwischen den
Produktionszyklen der Strangpresse verringert.
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2. Das Entfernen des Gases erfolgt speziell aus dem Volumen
zwischen dem Druckstempel und der Strangpreßmatrizenfläche innerhalb der
Begrenzungen der Behälterbohrung (aus dem Volumen, das nicht durch die
Masse der strangzupressenden Aluminiumlegierung ausgefüllt wird), das als
normaler atmosphärischer Luftspalt bekannt ist. Aufgrund der Tatsache, daß
der Druckstempel sowie die Behälterbohrung und die abgedichtete
Strangpreßmatrize einen luftdicht verschlossenen Druckbehälter bilden, ist
das Entfernen der Gase möglich, da die Aluminiumlegierung noch nicht
verdichtet ist und das nicht ausgefüllte Volumen um den
Aluminiumlegierungsbarren herum von einer durch das Unterdrucksystem bedingten
Druckänderung beeinflußt wird.
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Der herkömmliche Gasentfernungszyklus liefert ein Mittel zur
Druckentlastung der Gase, jedoch nur an der Strangpreßmatrizenfläche, da
die Aluminiumlegierung innerhalb der Behälterbohrung verdichtet worden ist
und folglich die im Behälter zwischen der verdichteten Aluminiumlegierung
und dem Druckstempel eingeschlossenen Gase wirksam abdichtet.
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Bei dem herkömmlichen Gasentfernungszyklus können unter Druck
stehende Gase im Bereich des Druckstempels zurückbleiben, wobei die
Möglichkeit einer Beschädigung am äußeren Umfang des Druckstempels besteht,
der die Abdichtung zum Behälter bildet, da unter Einwirkung des
Strangpreßdrucks die unter Druck stehenden Gase zwischen dem Außendurchmesser des
Druckstempels und der Behälterbohrung hindurchgepreßt werden.
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3. Ein fester Druckstempel ist so konstruiert, daß er sich während
der Zeitspanne, in der er dem Strangpreßdruck ausgesetzt ist, bis zu einem
vorgegebenen Durchmesser ausdehnt und eine Abdichtung mit definiertem
Zwischenraum zur Behälterwand oder -bohrung bildet.
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Daraus folgt, daß der Druckstempel sich während des herkömmlichen
Entgasungszyklus zweimal ausdehnt, einmal bei der Verdichtung der
Aluminiumlegierung und dann nochmals nach dem Zurückziehen zum Ausstoßen
der Druckgase. Durch das Vakuumverfahren vermindert sich die Anzahl der
Druckstempelausdehnungen um 50%, wodurch die Möglichkeit eines mechanischen
Bruchs des Druckstempels infolge Ermüdung verringert wird.
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4. Der Wegfall des herkömmlichen Entgasungszyklus vermindert
außerdem die Anzahl der Arbeitsgänge, die mit einer Druckentlastung und
Bewegungsumkehr des Hauptdruckkolbens und der Behälterbauteile verbunden
sind, sowie die Anzahl der Arbeitsgänge des Steuergetriebes während des
Strangpreßzyklus, mit einer daraus folgenden Verminderung der Ermüdung und
Abnutzung der Bauteile.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsweise läßt sich zusammenfassend wie folgt
beschreiben:
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Der Preßzyklus ist Standard für einen herkömmlichen festen Stempel
und wird im automatischen Betrieb ausgelöst. Der Behälter schließt sich und
dichtet sich gegen die Matrizenfläche ab. Der strangzupressende heiße
Aluminiumlegierungsbarren wird durch die Pressenladevorrichtungen in die
Mittelachse der Presse gebracht und durch erhöhte Druckpunkte am
Druckstempel nach vorn in den Behälter hineingestoßen, wobei die
Druckstempelglocke offen bleiben kann.
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Der Druckstempel und der Barren schieben sich nach vorn, bis die
Hauptdruckkolben-Positioniervorrichtung signalisiert, daß der
Hauptaußendurchmesser des Stempels sich innerhalb der Bohrung des
Strangpreßbehälters befindet.
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An diesem Punkt hat der Barren den größten Teil der Luft unter
Atmosphärendruck verdrängt, und das Unterdruckventil wird ausgelöst, um die
Druckdifferenz zwischen der Luft im verbliebenen Behälterhohlraum um den
Barren herum und dem Unterdruck in dem Vorratsbehälter, der im Druckkolben
der Strangpresse enthalten ist, auszugleichen.
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Zu beachten ist, daß während des Evakuierungszyklus vor der
Kompression des Barrens die Luft sowohl vor als auch hinter dem Barren
durch den Unterdruck angesaugt werden kann.
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Der Evakuierungszyklus kann beim ersten Barren jeder Matrize nicht
angewendet werden, da durch die Matrize hindurch Luft angesaugt wird. Dies
hat die Wirkung, daß die Vakuumleistung unnötigerweise vermindert wird, da
die Matrizenhohlräume frei von Aluminium sind und einen freien
Luftdurchfluß gestatten.
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Der Stempel bewegt sich bei einwirkendem vollen Unterdruck weiter
nach vorn, bis die Stempelglocke durch den Widerstand des Barrens an der
Matrizenfläche geschlossen wird und die Presse anzeigt, daß der Barren sich
verdichtet hat.
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An diesem Punkt wird der Unterdruck durch Betätigung des
entsprechenden Ventils vom Stempel abgetrennt.
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Es erfolgt der normale Strangpreßvorgang, bis eine zweite
Hauptdruckkolben-Positioniervorrichtung signalisiert, daß der Druckstempel
kurz vor seiner Strangpreß-Endlage steht, die vom Einrichter festgelegt
wird.
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An diesem Punkt wird das Druckluftventil ausgelöst, um das Innere des
Stempels unter Druck zu setzen und einen Öffnungsdruck auf die
Stempelglocke einwirken zu lassen.
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Die Strangpresse arbeitet weiter, bis die Strangpreß-Endlage erreicht
ist.
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Beim herkömmlichen Abzieh- oder Rückfahrteil des Zyklus wird der
Hauptdruckkolben druckentlastet und beginnt, den Stempel von dem
verdichteten Aluminiumpreßrest an der Matrizenfläche zurückzuziehen.
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Der Luftdruck, der eine Kraft auf die Glocke ausübt, hält die Glocke
gegen die Preßrestfläche gedrückt, während der Stempel zurückfährt und so
die Glocke zwangsläufig und kontrolliert öffnet. Die Einwirkung von
Luftdruck auf das Stempelinnere vor dem Zurückziehen des Stempels vom
Preßrest führt dazu, daß eine Zwangskraft auf die Druckglocke einwirkt, um
die Trennung der Glocke vom Stempelkörper auszulösen.
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Der Stempel fährt weiter zurück, wobei durch den Luftspalt zwischen
Glocke und Stempelkörper über die Stempelbohrungen eine Zwangslüftung
erfolgt, die als Spülung wirkt, bis der Stempel seine hintere Endlage
erreicht.
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Die Erfindung wird nachstehend, lediglich um ein Beispiel anzugeben,
anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die einen
erfindungsgemäßen Arbeitsablauf darstellen. Dabei zeigen:
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Fig. 1 eine Strangpresse mit einem Behälter und abgetrennter Matrize;
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Fig. 2 die Presse mit dem an der Matrize abgedichteten Behälter;
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Fig. 3 einen zwischen Druckstempel und Behälter eingelegten Barren;
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Fig. 4 den in den Behälter eingelegten Barren, wobei an das Volumen
zwischen Barren, Druckstempel, Matrizenfläche und Behälter ein Unterdruck
angelegt ist;
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Fig. 5 den Zustand mit abgetrenntem Unterdruck und einem Kolben, der
sich zum Strangpressen des Barrens nach vorn schiebt;
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Fig. 6 die Situation am Ende der Strangpreßphase mit Anschluß von
Druckluft an den Druckstempel;
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Fig. 7 den zurückfahrenden Druckkolben, wobei die Strangpreßmatrize
vom Behälter abgetrennt ist und Behälter und Druckstempel mit Druckluft
gespült werden;
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Fig. 8 den zurückgefahrenen Druckkolben, wobei der Druckstempel immer
noch mit Druckluft gespült wird; und
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Fig. 9 eine ähnliche Situation wie in Fig. 1, wobei der Druckkolben
voll zurückgefahren ist und die Unterdruck- und Druckluftquellen vom
Druckstempel getrennt sind.
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In den Zeichnungen werden die Teile, wo ein Unterdruck vorhanden ist,
punktiert und die Teile, wo Druckluft anliegt, durch ausgezogene Linien
dargestellt.
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Die Zeichnungen zeigen eine Strangpresse 1 mit einem Druckkolben 2,
einem hohlen Strangpreßschaft 3, einem im allgemeinen glockenförmigen
Druckstempel 4, einem Barrenbehälter 5 und einer Strangpreßmatrize 6, die
am Behälter 5 abgedichtet werden kann.
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In dem hohlen Druckkolben 2 ist ein Unterdruckvorratsbehälter 7
enthalten, und der Vorratsbehälter 7 ist über eine erste Unterdruckleitung
(nicht dargestellt) mit einer Vakuumpumpe (gleichfalls nicht dargestellt)
und über eine zweite Unterdruckleitung 8 und den hohlen Schaft 3 sowie den
Druckstempel 4 mit einem Volumen verbunden, das zwischen dem Druckstempel,
dem Behälter 5, einem strangzupressenden Barren und der Strangpreßfläche
der Matrize 6 abgegrenzt ist. Die Unterdruckleitung 8 enthält ein
Schaltventil 9. Die Unterdruckleitung 8 ist außerdem über ein Schaltventil
11 mit einer Druckluftleitung 10 verbunden, die als Druckluftquelle zum
Spülen des so begrenzten Hohlraumvolumens verwendet werden kann.
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Der Druckstempel 4 kann von veränderlichem Querschnitt sein und dehnt
sich soweit aus, bis er den Querschnitt des Behälters nahezu ausfüllt.
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Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, zeigt Fig. 1 den Zustand der
Strangpresse mit voll zurückgezogenem Druckkolben 2, wobei der Behälter 5
und die Matrize 6 voneinander getrennt, d.h. nicht abgedichtet sind. In
Fig. 2 ist der Behälter an der Matrize abgedichtet.
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Fig. 3 zeigt einen zwischen dem Druckstempel 4 und dem Behälter 5
eingelegten Barren 12, wobei der Druckkolben 2 nach vorn in eine Position
zu bewegen ist, wo der Barren in den Behälter geladen wird. Der Barren wird
durch Pressenladevorrichtungen (nicht dargestellt) in die Mittelachse der
Presse gebracht. Wie in jeder der Zeichnungen 1, 2 und 3 dargestellt,
bleiben die Ventile 9 und 11 während dieser Arbeitsgänge geschlossen.
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Fig. 4 zeigt den im Behälter 5 eingelegten Barren 12, wobei an dem
Volumen zwischen dem Barren, dem Druckstempel 4, der Stirnfläche der
Matrize 6 und dem Behälter 5 ein Unterdruck angelegt wird, indem das Ventil
9 geöffnet und die Einstellung des Unterdrucks durch die Leitung 8
ermöglicht wird, durch die der Unterdruckvorratsbehälter 7 effektiv mit dem
Behälter 5 verbunden ist. Der Druckkolben 2 hat sich weiter nach vorn in
die Position bewegt, in der das Vakuum angelegt wird.
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Fig. 5 zeigt den Zustand, wo der Unterdruckvorratsbehälter durch
Schließen des Ventils 9 abgetrennt worden ist und in dem sich der
Druckkolben 2 zum Strangpressen des Barrens vorwärts bewegt, wobei sich der
Druckkolben vorwärts in eine Position bewegt, wo ein normales Strangpressen
erfolgt.
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Fig. 6 zeigt die Situation am Ende der Strangpreßphase, in welcher
der Kolben weiter nach vorn gefahren ist und sich der Strangpreß-Endlage
nähert, und wobei das Ventil 11 geöffnet worden ist, um Druckluft an den
Druckstempel 4 anzulegen.
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Fig. 7 zeigt den Druckkolben 2 beim Zurückfahren, wobei die
Strangpreßmatrize 6 vom Behälter 5 abgetrennt ist und der Behälter 5 sowie
der Druckstempel 4 mit Druckluft gespült werden.
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Fig. 8 zeigt den fast vollständig zurückgefahrenen Kolben, wobei der
Druckstempel 4 immer noch mit Druckluft gespült wird.
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Fig. 9 zeigt eine Situation ähnlich wie in Fig. 1 mit voll
zurückgefahrenem Druckkolben 2 und geschlossenem Ventil 11, so daß sowohl
die Unterdruckquelle als auch die Druckluftquelle vom Druckstempel 4
getrennt sind.