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Verfahren zum Strangpressen von Metallen, insbesondere Leichtmetallen
Es ist beim Strangpressen von Metallen allgemein und von Leichtmetallen im besonderen
erwünscht, die Preßgeschwindigkeit so hoch wie irgend möglich zu nehmen, um eine
möglichst weitgehende Ausnutzung der Maschinen zu bekommen, sofern nicht besondere
Anforderungen an die Gütewerte der Preßerzeugnisse es zweckmäßig erscheinen lassen,
mit geringeren Preßgeschwindigkeiten zu arbeiten. Als höchstmöglichste Preßgeschwindigkeit
wurde die Gesdhwindig'keit angesehen,, bei der unter den gegebenen Verhältnissen
von Maschine, Block und Strang das Preßerzeugnis gerade noch einwandfrei, d. h.
ohne Einriß die Strangpresse verläßt. Diese Geschwindigkeit hat man in der Praxis
für jede Legierung durch Versuchspressungen ermittelt; es wurden mehrere Blöcke
bei einer bestimmten Blockeinsatztemperatur und einem bestimmten Temperaturzustand
der Maschine auf,das gewünschte Profil verpreßt, wobei die Geschwindigkeit von Block
zu Block gesteigert wurde, bis sich an dem ausgepreßten Strang Anrisse zeigten.
Als Höchstgeschwindigkeit wurde die Preßgeschwindigkeit angesehen, bei der der Strang
gerade nach einwandfrei aus der Strangpresse herauskam. Mit .der praktisch in Betracht
kommenden Preßgeschwindigkeit blieb man; unter dieser so ermittelten Höchstgeschwindigkeit,
und zwar meistens einen recht beachtlichen Betrag, weil man vermeiden mußte, Üaß
bei den im Betrieb auftretenden Schwankungen in der Temperatur von Block und Maschine
schadhafte Preßstränge anfielen. Für jedes Erzeugnisanderer Abmessung wurde .in
dieser
`''eise d!ie günstigste Preßgeschwindigkeit festgestellt.
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Die günstigste Preßgeschwindigkeit wurde nun in der Praxis gewalhnliie'lh
nicht über dem gesahnten Preßvorgang in gleicher Höhe eingehalten. Beim Vorwärtspressen
von hochfesten Aluminiumlegierungen in liegenden Strangpressen z. B. ist der höchste
Widerstand zu Beginn des Preßvorganges zu überwinden, «-o der Preßblock mit seiner
gesamten Länge an der Innenwandung des Aufnehmers anliegt. Das Pressen mit gleichbleibendem
Preßdruck, insbesondere dem höchsten Preßdrudk, der am Anfang der Pressung erforderlich
ist, würde mit fortschreitendem Preßvorgang zu einer Steigerung der Preßgeschwindigkeit
und der Temperatur in der Matrize und damit zu einem Rissig-werden des Stranges
führen. Die Gefahr der Bildung von Anrissen; ist also am S.trangernde am größten.
Die praktisch ermittelte 'höchste bzw. günstigste Preßgeschwindigkeit entsprach,aliso
der Geschwindigkeit am Ende des Preßvorganges.
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In der Praxis g:ht nun der Preßvorgang so vor sich, daß der Pressenführer
zunächst das Drosselventil für die Zuführung des Preßwassers so weit aufdreht, :daß
der Preßblock zu fließen beginnt und der Preßvorgang in Gang kommt. Dann schließt
er das Drosselventil so weit, daß der Strang etwa mit der günstigsten Geschwindigkeit
austritt und vor allem gegen Ende des Preßvorganges keinesfalls eine zu holhe Geschwindigkeit
und, damit Anrisse bekommt. Der Pressenführer stellt also das Drosselventil nach
.dem Anlaufvorgang etwa auf die versuchsmäßig ermittelte Endstellung des Drosselventils
für den Schduß des. Preßvorganges ein. Der Preßvorgang geltet diahei zunächst mit
geringerer Geschwindigkeit vor sich, die sich allmählich immer mehr steigert und
schließlich gegen Ende des Preßvorganges ihren 'höchsten Wert, die versuchsmäßig
ermittelte günstigste Preßgeschwindig keit, erreicht. Der Pressenführer kann aber
auch so arbeiten, daß er den Druck nach dem Anlaufvorgang nur so weit abdro,sselt"d.aß,der
Strang mrit möglichst gleichbleibender Gesdh,#vindigkeit, und zwar der versuchsmäßig
ermittelten günstigsten Geschwind.igkeit aus der Maschine herauskommt und dabei
auch gegen Ende des Preßvorganges diese nicht überschreitet.
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Es sind auch Regelvorrichtungen bekanntgeworden, mit -denen man eine
:gleichbleibende Preßgeschwindi,gkeit zu erreichen versuchte, wobei man sieh mit
der Preß@geschivindigkeit wiederum nach der als güns.tigst ermittelten,höchstzulässigen,
tatsächlichen Geschwindigkeit,am Ende,des Preßvorganges richtete.
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Man hat nun versucht, bei der geschilderten Arbeitsweise die Ausbringung
der Strangpresse durch Veränderung aller möglichen Einflußgrößen zu steigern, indem
man beispielsweise die Blocktemperatur oder die Temperaturen der Maschinenteile,
mit denen der Preßblock oder der Preßstran:g in Berührung kam, durch Heizung oder
Kühlung beeinflußte. Alle diese Maßnahmen konnten zwar gewisse Erfolge zeitigen,
sie konnten aber nicht der Veränderung der Preßbedingungen während des einzelnen
Preßvorganges Rechnung tragen. Der Erfolg wurde auch insbesondere dadurch in Frage
gestellt, daß zufällig eine der Einflußgrößen aus irgendeinem Grunde nicht den zur
Festlegung des Preßprogramms zugrunde gelegten Vorbedingungen entsprach.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Ausbringung d,--r
Strangpresse dadurch zu steigern, daß beim Pressen eines jeden Blockes die Veränderung
der Preßbedingurngen im Laufe des Preßvorganges und beim Pressen verschiedener Blöcke
den zufälligen betrieblichen Schwankungen der verschiede en Einfluß:größen weitgehend
Rechnung getragen wund,.
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Aus zahlreichen Versuchen hat sich nämlich ergeben, daß man sich .diesen
veränderlichen Verhältnissen anpassen und die jeweils höchstmöglichen Preßgeschwindigkeitenherausholen
kann, wenn man beim Strangpres,sen gemäß der Erfindung ,die Preßgeschwin.digkeitgesetzmäßig
regelt.
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Das Verfahren zum Strangpressen von Metallen, insbesondere von Leichtmetallen,
wie hochfesten Aluminium- und Magnesiumlegierungen, ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Preßgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur des austretenden
Stranges sogesteuert wird, daß die Strangtemperatur unmittelbar nach dem Austritt
aus der Matrize stets möglichst gleich hoch und dicht, zweckmäßig ro bis 30°' C,
unterhalb der Temperatur bleibt, bei der in .der zu verpressenden Legierung Schmelzerscheinungen
einzelner Gefügebestandteile, sogenannte Verbrennungen, auftreten. Es ist also lediglich
erforderlich, die Temperatur des Stranges unmittelbar nach dem Austritt aus der
Matrize zu messen und die Preßgeschwindigkeit beim Absinkender Strangtemperatur
von der festgelegten. Stran.gaustrittstemperatur zu steigern, beim Überschreiten
der festgelegten St.rangaustrittstemperatur zu vermindern. Auf diese Weise ist es
möglich, den sich ändernden Preßbedingungen, welche auch eine Änderung der Strangaustrittstemperatur
zur Folge haben, Rechnung zu tragen und ihnen die Preßgeschwindigkeit so .anzupassen,
daß die höchstmögliche Ausbr.ingung erzielt wird. Insbesondere ist es möglich, beimVorwärtspresisen
inliegenden Strangpressen im ersten Teil des Preßvorganges starke Geschw.indigkeitssiteigerun.gen
und damit eine Abkürzung ider Preßzeiten zu erreichen, was bisher mangels einer
brauchbaren Arbeitsvorschrift nicht durrJhführbar war, ohne Gefahr zu laufen, Anrisse
zu bekommen und den Strang verwerfen zu müssen. In gleicher Weise ist es ohne Schwierigkeit
möglich, auch den betrieblichen Schwankungen in der Temperatur von Bilock und Maschine
sich so anzupassen, daß trotzdem jeweils die höchstmögliche Preßgeschwindigkeit
und damit die höchstmögliche Ausbringung erreicht wird.
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Zweckmäßig .ist es, mit der Strangtemperatur dicht an die Verbrennungstemperatur
der zu verpressendern Legierung 'heranzugehen, da sich bei Versuchen gezeigt hat,
daß gerade die letzten hohen Temperaturbereiche verhältnismäßig starke Steigerungen
der
Preßgeschwindigkeit erzielen lassen. So ergab sich beispielsweise bei einer Blockeinsatztemperatur
von d.80° C für eine Strangaustrittstemperatur von 42o° C eine Strarngaustrittsgeschwi.ndigkeit
von rund i,o m@min, bei einer Strangaustrittstemperatur von 45o°C eine solche von
rund 11,5 m/min,bei einerStrangaustrittstemperatur von 470° C, die etwa 2o° C unter
der Verbrennungstemperatur der betreffenden Legierung lag, eine Strangaustrit:tsgeschwinidigkeit
von rund 2,4 m#rn.in. Bei einer Blockeinsatztemperatur von 390°C waren für Strangaustrittstemperaturen
von 380 bzw. 450 bzw. 47o° C die entsprechenden Strangaustrittsgeschwind'igkeiten
1,o bzw. 2,5 bzw. 3,8 m/min. Außerdem zeigt der Vergleich dieser Versuche, daß es
im Hiniblick auf die Ausbringung zweckmäßig ist, mit niedriger Blockeinsatztemperatur
zu arbeiten, wobei die untere Grenze selbstverständlich durch die Leistungsfähigkeit
-der Strangpresse gegeben ist.
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Es ist natürlich, notwendig, sich bei, der Anwendung d er durch die
Erfindung gegebenen: Regel darüber Rechenschaft zu geben, an welcher Stelle des
Strangumfanges man die Strangaustrittstemperatur messen muß und wie nahe man an
die Verbrennungstemperatur herangehen kann. Dieses ist insbesondere notwentdig bei
Profilen, die sehr unterschiedliche Querschnittsformenhaben und bei denen die örtl.ichauftretendenStrangaustrittsteunperaturen
in der Matrize ebenfalls unterschiedlich sind. Man mußdann nach Möglichkeit die
(höchste Temperatur im Querschnitt abtasten und zur Steuerung des Preßvorganges
benutzen. Beispielsweise ist es möglich, daß an der dicken Stelle eines solchen
Profils noch eine unterhalb -der Verbrennungstemperatur liegende Temperatur unmittelbar
nach dem Austritt aus der Matrize gemessen wird, während an einem dünnen Steg bereits
Anrisse auftreten. Es ist auch durchaus möglich, daß kurz hinter der Matrize die
Temperatur an diesem dünnen Steig infolge der starken Wärmeabgabe an die umgebende
kalte Luft ebenfalls unterhalb der Verbrennungstemperatur liegt. Das Auftreten der
Anrisse ist dann darauf zurückzuführen, daß die Verbrennungstemperatur in der Matrize
überschritten ist, weil in diesem dünnen Steg eine außerordentlich starke Verformung
und damit Temperatursteigerung vorliegt. Man muß dann in solchenFällen die gemessene,
zur Steuerung des Preßvorganges benutzte Strangaustrittstemperatur entsprechend
tiefer wählen.
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Es genügt im einfachsten Falle, wenn die Strangaustrittstemperatur
während des Pressens in 'kürzeren Abständen beispielsweise mit einem Stechpyrometer
gemessen und dementsprechend die Preßgesc!hwindigkeit gesteigert oder verringert
wird:.
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Besser ist es, wenn die Temperatur des austretenden Stranges laufend',
beispielsweise mit einem unmittelbar hinter der Matrize auf den Strang aufliegenden,
.schleifenden oder rollenden Thermoeleanent gemessen und auf ein vor dem Pressenführer
angebrachtes Anzeigeinstrument übertragen wird, so d-aß dieser bei Unter- bzw. Überschreitu
ng der Solltemperatur des Steuerventils die Presse im Sinne einer Geschwindigkeitssteigerung
bzw. -verminderung betätigen kann.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn diie Steuerung der Preßgeschwindigkeit
selbsttätig erfolgt. Hierzu wird die Temperatur des austretenden Stranges unmittelbar
nach dem Austritt aus der Matrize durch ein die Temperatur laufend. messeniles Gerät,
z. B. Thermoelemen.t, abgetastet, welches auf ein Anzeigegerät wirkt, an dem die
Strangtemperatur mit dem zulässigen Schwankungsbereich durch Anschläge eingegrenzt
und der jeweiligen Legierung und Form dies Preßerzeugnisses entsprechend eingestellt
ist. Beim Absinken bzw. Ansteigen der Strangtempieratur aufdie untere bzw. obereBegrenzungdes
eingestellten Temperaturbereiches werden Vorrichtungen betätigt, die die Steuerung
der Strangpresse und damit die Preßgeschwindigikeit so verändern, daß die Strrangtemperatur
innerhalb des gewünschten eingestellten Temperaturbereiches bleibt.
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Der Erfolg,des Verfahrens gemäß der Erfindung sei. im folgenden an
einem Beispiel im Vergleich zu dem früheren Arbeitsverfahren dargelegt: Aus einer
Legierung mit etwa 3 % Cu, 1,5 % Mn, Rest Aluminium mit handelsüblichen Verunreinigungen,
insbesonldcre je etwa 0,3% Fe und Si, wurden Gußblöcke von etwa 29o mm 0 auf eine
Rundstange von 8o mm 0 entsprechend einem Verpressungsgrad von 8i % verpreßt.
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Nach dem alten Verfahren ergab sich bei einer Blockeinsa:tztemperatu-r
von 42o° C bei einer mittleren Preßgeschwindigkeit von 43 m/min für eine io m lange
Rundstange eine Preßzeit (einschließlich Anfahrzeit) von 7,7 min. Dabei waren die
tatsächlichen Preßgeschwindigkeiten am Anfang des Preßvorganges rund (i;3 4-min,
in der Mitte etwa 1,35 Amin und am Ende etwa 1,4 m/min und, die Strangaustrittstemperatur
4q.0, 450 und 46o° C. Wurde der Strang bei derselben Blockeinsatztemperatur mit
einer konstanten Preßgeschwindigkeit von 1,4 m/min erzeugt, so ergab sich eine Preßzeit
von 7,3 m/min. Dabei: waren die Strangaustrittstemperaturen am Anfang, Mitte und
Ende des Preßvorganges 440, 455 und 465°C. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
wurde bei derselben Blockeinsatztemperatur die Preßgeschwindigkeit so geregelt,
daß die Strangaustrittstemperatur bei etwa 465 ± 5° C, während des ganzen Preßvorganges
gleich hoch lag und gleichmäßig blieb. Für den io m langen Preßstrang wurde hierbei
lediglich eine Preßzeit von 4,7 m/mingebraucht. Die Verkürzung ,der Preßzeit ist
vor allem auf die Steigerung der Preßgeschwindigkeit am Anfang und in der Mitte
des P-reßvorganges auf 2,75 bzw. 2,15 m/min zurückzuführen, die nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung erreicht werden konnte; die mittlere Preßgeschwindigkeit errechnete
sich zu etwa 2,15 m/min.
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Aus (dieser Gegenüberstellung vergibt sich, daß die Preßzeit bei dem
Verfahren gemäß der Erfindung nur etwa 60% der nach dem alten Verfahren erforderlichen
PreBzeit ausmacht und selbst gegenüber dem Pressen mit gleichbleibender Gesc'hwindigkeit
noch
um etwa 35% kürzer ist, d. h. etwa 65 019 (der hierfür benötigten Preßzeit
ausmaeht.