EP0210568B1 - Verfahren zum Strangpressen bzw. Strangziehen - Google Patents
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- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
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- B21C9/00—Cooling, heating or lubricating drawing material
Definitions
- the invention relates to methods for extruding or extruding metallic material, in which the material to be formed is pressed or drawn through a shaping die and in which the removal of the forming heat is achieved by cooling the material to be reshaped in front of the die, the cooling by means of a coolant and by means of indirect heat exchange carried out in front of the die in the direction of material movement.
- Extrusion is a forming process for the production of full and hollow strands with a wide variety of cross-sectional shapes that are constant over the length.
- the starting form for metals is usually a cylindrical casting block or rolled rod section, which is displaced from the receiver of an extrusion press through a die opening that corresponds to the workpiece cross section.
- the strand drawing is a forming process for the production of wire, tubes and profile bars from rolled solid and hollow strands. These are pulled on a continuous drawing machine through a stationary drawing die.
- the manufacturing goal is a dimensionally accurate, smooth and thin-walled semi-finished product.
- FR-A 980 781 a method for extrusion of metallic materials is known, in which the resulting heat of formation is also dissipated, with cooling in particular in front of the die by indirect heat exchange.
- the cooling takes place by means of a pre-die equipped with cooling channels, whereby the media oil or water are particularly suggested as coolants, which are continuously fed to and removed from the pre-die (see FR-A 980 781, page 2, 3rd paragraph, left column ). With this procedure, too, only a limited cooling effect is achieved.
- GB-A 777,845 describes a technically further distant method for metallic sheathing of electrical, already covered cable cores by means of an extrusion press, in which the risk of overheating the sheathing of the cable forming the core when passing through the press or temporarily being held in the press is reduced.
- this is achieved by carrying out a rapid evaporation of a medium in the vicinity of the extrusion opening for the metallic shell to be formed, at least part of the supply quantity of the solid or liquid, evaporable cooling medium, for example solid carbon dioxide or liquid nitrogen, being evaporated .
- evaporable cooling medium for example solid carbon dioxide or liquid nitrogen
- the invention is based on the disclosure of specifying a method for extrusion or extrusion with cooling and in the manner defined in more detail at the outset, with which the forming heat can be dissipated in an effective and performance-increasing manner.
- This object is achieved in that in the process cooling in front of the die, a cryogenic, inert, liquefied gas is used as the coolant, which evaporates during the cooling process, the then gaseous coolant also being brought into contact with the draining, just newly formed material strand and In total, an inert atmosphere is generated in the drainage channel.
- a cryogenic, inert, liquefied gas is used as the coolant, which evaporates during the cooling process, the then gaseous coolant also being brought into contact with the draining, just newly formed material strand and In total, an inert atmosphere is generated in the drainage channel.
- heat is thus withdrawn from the material to be formed at the point within an extrusion or extrusion system where most of the heat is generated, that is to say in the direction of movement of the material to be formed in front of the die.
- an inert coolant is used in particular, the coolant being brought into contact with the strand running out of the die after the heat exchange with the material to be formed. This procedure enables the discharge channel adjoining the die to be made inert, via which the pressed or drawn strand leaves the die.
- the particularly intensive cooling according to the invention and thus a particularly rapid dissipation of the forming heat is achieved in that as a coolant cryogenic gas, in particular a liquefied gas is used.
- a coolant cryogenic gas in particular a liquefied gas is used.
- Liquefied nitrogen has proven to be particularly useful as a coolant.
- An essential component of an extrusion or extrusion system is the die, through which the material to be formed is either pressed with the aid of a punch or drawn with the aid of a slide.
- a device for carrying out the method according to the invention is provided overall with a pressure plate (5), a die (6) and a receiving chamber for a block of material (1) to be reshaped, and a strand drain channel (14) adjoining the die, a coolant channel (9 ) is arranged in front of the die (6) (with respect to the direction of movement of the material to be formed!) and this coolant channel is connected to a feed line (15) and a discharge line (16) for a coolant and the coolant channel also has an opening which is coaxial with the die opening (12) and which has a larger cross-sectional area than the die opening.
- the device according to the invention is also characterized in that that the coolant channel (9) is formed by a plate (8) with a channel-like recess together with the end face (17) of the die (6), and the discharge line (16) for the coolant is connected to the strand drain channel (14).
- the coolant channel is thus formed by a plate with a channel-like recess and the face of the die.
- the discharge line for the evaporated coolant is a tap hole which penetrates the die and opens into the strand outlet channel.
- the discharge line for the coolant is connected to a line arranged outside the tool consisting of the pressure plate and die, which line in turn leads directly or via bores in the pressure plate into the strand drain channel.
- a block 1 is to be formed into a workpiece strand 7 by extrusion.
- the block 1 is placed in a sensor 10 with an inner sleeve 11 and pressed by means of a press disk 2 from a press ram 3 against a tool.
- the tool essentially consists of a pressure plate 5 and a die 6.
- the pressure plate 5 and die 6 are received by a tool holder 4.
- Strand 7 leaves the die through a strand outlet channel 14 which passes through the die 6, the pressure plate 5 and the tool container 4.
- a coolant channel 9 is arranged in front of the die 6 in the direction of movement of the material to be formed.
- the coolant channel 9 is formed by the end face of the die 6, designated by reference number 17, and a plate 8 with a channel-like recess.
- the plate has an opening similar to the die opening (dimension 12) but larger (dimension 13).
- the discharge line 16 for the coolant is a tap hole passing through the die 6.
- the tap hole opens into an annular channel 18, which in turn is connected to the strand outlet channel 14 via holes 19.
- Annular channel 18 and bores 19 schematically represent a cooling system that was conventionally used to dissipate the heat of deformation. This cooling system can continue to be used according to the invention and is now used, however, to conduct inert coolant which has been heated in the annular duct into the strand outlet duct 14.
- the coolant channel 9 is arranged at the point in the extrusion press at which the coolant channel is absent most of the forming heat would be formed.
- FIG. 2 in which the distribution of the temperature during adiabatic extrusion by means of isotherms 20 is shown.
- This temperature distribution in front of the schematically represented die 6 with end face 17 occurs when no coolant channel 9 is arranged in front of the die.
- the position of the coolant channel 9 according to the invention is indicated schematically in FIG. 2.
- the area of maximum heat development is shifted away from the die.
- the forming heat is dissipated directly at the point at which it is generated, so that the die is heated up much less compared to conventional processes.
- liquefied nitrogen is preferably used, which enables particularly intensive cooling.
- Liquid nitrogen is introduced into channel 9 via feed line 15. There, the liquid nitrogen evaporates in indirect heat exchange with the material to be formed. The nitrogen evaporated by the heat of deformation flows through the discharge line 16, ring channel 18 and tap holes 19 into the strand outlet channel 14. Existing air is displaced there, so that an inert atmosphere prevails in the strand outlet channel.
- the method according to the invention and the device according to the invention can be used for extrusion or extrusion of all metals and alloys.
- the extrusion process according to the invention is preferably applied to the pressing of materials which are difficult to compress.
- the method according to the invention achieves an optimal, intensive cooling effect due to the better distribution of the forming heat and the rapid dissipation of the forming heat.
Landscapes
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Description
- Die Erfindung betrifft Verfahren zum Strangpressen bzw. Strangziehen von metallischem Material, bei dem das umzuformende Material durch eine formgebende Matrize gepreßt bzw. gezogen wird und bei dem die Abfuhr der Umformwärme durch Kühlung des vor der Matrize liegenden, umzuformenden Materials erreicht wird, wobei die Kühlung mittels eines Kühlmittels und mittels in Materialbewegungsrichtung vor der Matrize ausgeführtem, indirektem Wärmetausch erfolgt.
- Das Strangpressen ist ein Umformverfahren zur Herstellung von vollen und hohlen Strängen mit den verschiedenartigsten, über die Länge gleichbleibenden Querschnittsformen. Ausgangsform bei Metallen ist meist ein zylindrischer Gußblock oder Walzstababschnitt, der aus dem Aufnehmer einer Strangpresse durch eine Matrizenöffnung, die dem Werkstückquerschnitt entspricht, verdrängt wird. Das Strangziehen ist ein Umformverfahrenzur Herstellung von Draht, Rohren und Profilstangen aus gewalzten Voll- und Hohlsträngen. Diese werden auf Strangziehmaschinen durch eine ortsfeste Ziehmatrize gezogen. Fertigungsziel ist ein maßgenaues, oberflächenglattes und dünnwandiges Halbzeug.
- Beim Umformen des Blocks oder Bolzens bzw. Stranges in der Matrize in das gewünschte Profil entsteht Umformwärme. Die Menge an Umformwärme und die Geschwindigkeit ihrer Ableitung sind maßgebliche Faktoren für die Maximalgeschwindigkeit des Preß- bzw. Ziehvorganges und somit für die Leistung der Strangpreß- bzw. Strangziehanlage.
- Bisher ist es bekannt, daß ein Teil der Umformwärme durch Einleiten von flüssigem Stickstoff in einen Ringkanal zwischen der Matrize und der diese stützenden Druckplatte abgeführt wird. Bei einer anderen Variante wird über eine Flachstrahl- oder Ringdüse von der Ablaufseite her gegen die Matrize flüssiger Stickstoff gesprüht. Die Kühlwirkung derartiger Verfahren ist jedoch begrenzt.
- Im weiteren ist aus der FR-A 980 781 ein Verfahren zum Strangpressen von metallischen Materialien bekannt, bei dem ebenfalls entstehende Umformungswärme abgeführt wird, wobei hier insbesondere vor der Matrize durch indirektem Wärmetausch gekühlt wird. Die Kühlung erfolgt dabei mittels einer mit Kühlkanälen ausgestatteten Vormatrize, wobei als Kühlmittel insbesondere die Medien Öl oder Wasser vorgeschlagen sind, welche laufend der Vormatrize zu- und wieder abgeführt werden (siehe FR-A 980 781, Seite 2, 3. Absatz, linke Spalte). Auch mit dieser Vorgehensweise wird nur eine begrenzete Kühlwirkung erreicht.
- Ferner ist in der GB-A 777,845 ein fachlich weiter entfernt liegendes Verfahren zur metallischen Ummantelung von elektrischen, bereits umhüllten Kabelkernen mittels einer Extrusionspresse beschrieben, bei dem das Risiko des Überhitzens der Umhüllung des den Kern bildenden Kabels beim Passieren der Presse oder beim zeitweisen Halten in der Presse reduziert wird. Dies wird gemäß der GB-A 777,845 durch das Ausführen einer Schnellverdampfung eines Mediums in der Nachbarschaft der Extrusionsöffnung für die auszubildende metallische Hülle erreicht, wobei wenigstens ein Teil der Zufuhrmenge des festen oder flüssigen, verdampfbaren Kühlmediums, z.B. festes Kohlendioxid oder flüssiger Stickstoff, verdampft wird. Bei diesem Verfahren bildet also vor allem die Vermeidung des Versengens der Außenschicht des Kabelkerns, bestehend aus Papier oder anderem dielektrischen Material, den Ausgangspunkt. Daher liegt eine Übertragung auf das reine Strangpressen oder Strangziehen nicht nahe.
- Der Erfindung liegt die Augabe zugrunde, ein Verfahren zum Strangpressen oder Strangziehen mit Kühlung und in der eingangs näher definierten Art anzugeben, mit dem die Umformwärme auf wirksame und leistungssteigernde Weise abgeleitet werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der verfahrensgemäßen Kühlung vor der Matrize als Kühlmittel ein tiefkaltes, inertes, verflüssigtes Gas verwendet wird, welches beim Kühlvorgang verdampft, wobei das dann gasförmige Kühlmittel zudem mit dem ablaufenden, soeben neugeformten Materialstrang in Kontakt gebracht wird und im Ablaufkanal so insgesamt eine inerte Atmosphäre erzeugt wird.
- Erfindungsgemäß wird also dem umzuformenden Material Wärme an der Stelle innerhalb einer Strangpreß- bzw. Strangziehanlage entzogen, an der der größte Teil der Umformwärme entsteht, das heißt in Bewegungsrichtung des umzuformenden Materials vor der Matrize.
- Aufgrund der Kühlwirkung an der Stelle der maximalen Wärmeentwicklung ist eine größere Preß- bzw. Ziehgeschwindigkeit möglich. Dadurch kann die Leistung einer Strangpreß- bzw. Strangziehanlage gesteigert werden.
- Erfindungsgemäß wird insbesondere ein inertes Kühlmittel verwendet, wobei das Kühlmittelnach dem Wärmetausch mit dem umzuformenden Material in Kontakt mit dem aus der Matrize ablaufenden Strang gebracht wird. Diese Verfahrensweise ermöglicht ein Inertisieren des an die Matrize anschließenden Ablaufkanals, über den der gepreßte bzw. gezogene Strang die Matrize verläßt.
- Die besonders intensive Kühlung gemäß der Erfindung und damit eine besonders rasche Abführung der Umformwärme wird dadurch erzielt daß als Kühlmittel ein tiefkaltes Gas, insbesondere ein verflüssigtes Gas verwendet wird. Als besonders zweckmäßig hat sich als Kühlmittel verflüssigter Stickstoff erwiesen.
- Ein wesentlicher Bestandteil einer Strangpreß- bzw. Strangziehanlage ist die Matrize, durch die das umzuformende Material entweder mit Hilfe eines Stempels gepreßt oder mit Hilfe eines Ziehschlittens gezogen wird.
- Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insgesamt gegeben mit einer Druckplatte (5), einer Matrize (6) und einer Aufnahmekammer für einen umzuformenden Materialblock (1) sowie einem sich an die Matrize sich anschließenden Strangablaufkanal (14), wobei ein Kühlmittelkanal (9) vor der Matrize (6) (bezüglich der Bewegungsrichtung des umzuformenden Materials!) angeordnet ist und dieser Kühlmittelkanal mit einer Zuleitung (15) und einer Ableitung (16) für ein Kühlmittel verbunden ist
und der Kühlmittelkanal außerdem eine zur Matrizenöffnung (12) koaxiale Öffnung besitzt, welche eine größere Querschnittsfläche aufweist als die Matrizenöffnung. - Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zudem dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlmittelkanal (9) von einer Platte (8) mit einer kanalartigen Aussparung zusammen mit der Stirnfläche (17) der Matrize (6) gebildet ist, und die Ableitung (16) für das Kühlmittel mit dem Strangablaufkanal (14) verbunden ist. - In dieser besonders einfach zu fertigenden und eine besonders intensive Kühlung der obengenannten Matrizen-Stirnfläche ermöglichenden Ausgestaltung wird also der Kühlmittelkanal von einer Platte mit einer kanalartigen Aussparung und der Stirnfläche der Matrize gebildet.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Ableitung für das verdampfte Kühlmittel eine die Matrize durchsetzende und in den Strangablaufkanal mündende Stichbohrung.
- In einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Ableitung für das Kühlmittel an einer außerhalb des aus Druckplatte und Matrize bestehenden Werkzeugs angeordnete Leitung angeschlossen, die ihrerseits direkt oder über Bohrungen in der Druckplatte in den Strangablaufkanal mündet.
- Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Figuren erläutert werden.
- Es zeigen:
- Figur 1
- einen schematischen Querschnitt durch eine Strangpreßanlage
- Figur 2
- die Verteilung der Temperatur beim Strangpressen.
- Gemäß Figur 1 soll ein Block 1 durch Strangpressen in einen Werkstückstrang 7 umgeformt werden. Dazu wird der Block 1 in einen Aufnehmer 10 mit Innenbüchse 11 gegeben und mittels einer Preßscheibe 2 von einem Preßstempel 3 gegen ein Werkzeug gepreßt. Das Werkzeug besteht im wesentlichen aus einer Druckplatte 5 und einer Matrize 6. Druckplatte 5 und Matrize 6 werden von einem Werkzeughalter 4 aufgenommen. Strang 7 verläßt die Matrize durch einen Strangablaufkanal 14, der durch die Matrize 6, die Druckplatte 5 und den Werkzeugbehälter 4 hindurchführt.
- Erfindungsgemäß ist in Bewegungsrichtung des umzuformenden Gutes vor der Matrize 6 ein Kühlmittelkanal, 9 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel wird der Kühlmittelkanal 9 von der mit Bezugszeichen 17 bezeichneten Stirnfläche der Matrize 6 und einer Platte 8 mit einer kanalartigen Aussparung gebildet. Die Platte besitzt eine der Matrizenöffnung (Maß 12) ähnliche, jedoch größere Öffnung (Maß 13).
- In den Kühlmittelkanal 9 münden eine Zuleitung 15 für ein Kühlmittel und eine Ableitung 16. Im Ausführungsbeispiel ist die Ableitung 16 für das Kühlmittel eine die Matrize 6 durchsetzende Stichbohrung. Die Stichbohrung mündet im Ausführungsbeispiel in einen Ringkanal 18, der seinerseits über Bohrungen 19 mit dem Strangablaufkanal 14 verbunden ist. Ringkanal 18 und Bohrungen 19 stellen schematisch ein Kühlsystem dar, das herkömmlicherweise zur Abführung der Umformwärme diente. Dieses Kühlsystem kann erfindungsgemäß weiterverwendet werden und dient nunmehr aber dazu, im Ringkanal erwärmtes, inertes Kühlmittel in den Strangablaufkanal 14 zu leiten.
Erfindungsgemäß ist der Kühlmittelkanal 9 an der Stelle in der Strangpresse angeordnet, an der ohne den Kühlmittelkanal der größte Teil der Umformwärme gebildet würde. Hierzu wird auf Fig.2 verwiesen, in der die Verteilung der Temperatur beim adiabatischen Strangpressen mittels Isothermen 20 dargestellt ist. Diese Temperaturverteilung vor der schematisch dargestellten Matrize 6 mit Stirnfläche 17 stellt sich ein, wenn kein Kühlmittelkanal 9 vor der Matrize angeordnet ist. Die Positition des erfindungsgemäßen Kühlmittelkanals 9 ist in Figur 2 schematisch angedeutet. Durch das erfindungsgemäß Vorsetzen eines Kühlmittelkanals vor die Matrize 6 wird der Bereich der maximalen Wärmeentwicklung von der Matrize weg verlagert. Außerdem wird die Umformwärme direkt am Ort ihres Entstehens abgeführt, so daß die Matrize im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren weitaus weniger aufgeheizt wird. Erfindungsgemäß wird bevorzugt verflüssiger Stickstoff verwendet, der eine besonders intensive Kühlung ermöglicht. - Flüssiger Stickstoff wird über Zuleitung 15 in Kanal 9 eingeleitet. Dort verdampft der flüssige Stickstoff in indirektem Wärmetausch mit dem umzuformenden Material. Der durch die Umformwärme verdampfte Stickstoff strömt durch Ableitung 16, Ringkanal 18 sowie Stichbohrungen 19 in den Strangablaufkanal 14. Dort wird vorhandene Luft verdrängt, so daß im Strangablaufkanal eine inerte Atmosphäre herrscht.
- Das erfindungsgemäß Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Strangpressen bzw. Strangziehen aller Metalle und Legierungen dienen. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Strangpreßverfahren jedoch auf das Verpressen schwer verpreßbarer Materialien angewendet.
- Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der besseren Verteilung der Umformwärme sowie der raschen Ableitung der Umformwärme eine optimale, intensive Kühlwirkung erzielt wird.
- Dadurch ist eine Steigerung der Preßgeschwindigkeit (Ziehgeschwindigkeit) und letztlich auch der Leistung der Strangpreß- bzw. Strangziehanlage möglich.
Claims (5)
- Verfahren zum Strangpressen bzw. Strangziehen von metallischem Material, bei dem das umzuformende Material durch eine formgebende Matrize gepreßt bzw. gezogen wird und bei dem die Abfuhr der Umformwärme durch Kühlung des vor der Matrize liegenden, umzuformenden Materials erreicht wird, wobei die Kühlung mittels eines Kühlmittels und in Materialbewegungsrichtung vor der Matrize ausgeführtem, indirektem Wärmetausch erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel ein tiefkaltes, inertes, verflüssigtes Gas verwendet wird, welches beim Kühlvorgang verdampft,
wobei das dann gasförmige Kühlmittel mit dem ablaufenden, soeben neugeformten Material in Kontakt gebracht wird und im Ablaufkanal so insgesamt eine inerte Atmosphäre erzeugt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel verflüssigter Stickstoff verwendet wird.
- Vorrichtung zum Durchführung des Verfahrens nach einem den Ansprüche 1 und 2 mit einer Druckplatte (5), einer Matrize (6) und einer Aufnahmekammer für einen umzuformenden Materialblock (1) sowie einem sich an die Matrize sich anschließenden Strangablaufkanal (14),
wobei ein Kühlmittelkanal (9) vor der Matrize (6) bezüglich der Bewegungsrichtung des umzuformenden Materials angeordnet ist und dieser Kühlmittelkanal mit einer Zuleitung (15) und einer Ableitung (16) für ein Kühlmittel verbunden ist
und der Kühlmittelkanal eine zur Matrizenöffnung (12) koaxiale Öffnung besitzt, welche eine größere Querschnittsfläche aufweist als die Matrizenöffnung, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlmittelkanal (9) von einer Platte (8) mit einer kanalartigen Aussparung zusammen mit der Stirnfläche (17) der Matrize (6) gebildet ist, und die Ableitung (16) für das Kühlmittel mit dem Strangablaufkanal (14) verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (16) für das Kühlmittel eine die Matrize (6) durchsetz ende und in den Strangablaufkanal (14) mündende Stichbohrung ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (16) für das Kühlmittel in eine außerhalb des aus Druckplatte (5) und Matrize (6) bestehenden Werkzeugs angeordnete Leitung mündet, die ihrerseits direkt oder über Bohrungen in der Druckplatte in den Strangablaufkanal mündet.
Priority Applications (1)
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| AT86109982T ATE102509T1 (de) | 1985-08-02 | 1986-07-21 | Verfahren zum strangpressen bzw. strangziehen. |
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| DE3527864 | 1985-08-02 | ||
| DE19853527864 DE3527864A1 (de) | 1985-08-02 | 1985-08-02 | Verfahren zum strangpressen bzw. strangziehen |
Publications (3)
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| EP0210568A2 EP0210568A2 (de) | 1987-02-04 |
| EP0210568A3 EP0210568A3 (en) | 1989-01-25 |
| EP0210568B1 true EP0210568B1 (de) | 1994-03-09 |
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Family Applications (1)
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Country Status (3)
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