EP0430922A2 - Metallische Matrize zum Strangpressen und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Metallische Matrize zum Strangpressen und Verfahren zur Herstellung derselben Download PDF

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EP0430922A2
EP0430922A2 EP90890294A EP90890294A EP0430922A2 EP 0430922 A2 EP0430922 A2 EP 0430922A2 EP 90890294 A EP90890294 A EP 90890294A EP 90890294 A EP90890294 A EP 90890294A EP 0430922 A2 EP0430922 A2 EP 0430922A2
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EP
European Patent Office
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die
metallic
recess
shaping
concave
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP90890294A
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English (en)
French (fr)
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EP0430922A3 (en
Inventor
Karl Dr. Kohlbacher
Walter Kroisenbrunner
Kurt Haberfellner
Karl-Heinz Schmidpeter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boehler GmbH
Boehler GmbH Germany
Original Assignee
Boehler GmbH
Boehler GmbH Germany
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Publication date
Application filed by Boehler GmbH, Boehler GmbH Germany filed Critical Boehler GmbH
Publication of EP0430922A2 publication Critical patent/EP0430922A2/de
Publication of EP0430922A3 publication Critical patent/EP0430922A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C25/00—Profiling tools for metal extruding
    • B21C25/02—Dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C25/00—Profiling tools for metal extruding
    • B21C25/10—Making tools by operations not covered by a single other subclass

Definitions

  • the invention relates to a metallic die for extrusion according to the preamble of claim 1 and a method for producing a die according to the preamble of claim 9.
  • the essentially disk-like die body has at least one opening as a shaping part, through which the material is pressed out with high pressure.
  • the shaping part of the die is exposed to strong abrasive, temperature and thermal shock loads, which are due in particular to the deformation of the material.
  • the rest of the die part or the die base body must withstand the pressure and bending stresses caused by the high pressing forces.
  • dies are often provided with an inlet slope or with a concave-conical inlet surface towards the opening, on the one hand to reduce the specific stresses in the base body of the die, and on the other hand to facilitate the flow of the pressed material into the final shaping recess or opening and thereby facilitate To improve the surface quality of the strand.
  • the different material stresses of the shaping part and the base body of the die were taken into account already proposed to build the die as a composite body from two parts, the shaping inner part made of a highly wear-resistant alloy and a shell or support part made of a tough steel.
  • EU-A-0114592 shows a method for metal processing using dies, the die being manufactured essentially in such a way that a filling made of powdery, highly wear-resistant and / or corrosion-resistant material is introduced into a casing tube made of a tough alloy. whereupon the sealed tube is pressed at 900 ° C and a pressure of at least 900 bar. The composite body thus obtained with all-over metallic. The bond between the cladding tube and the compressed material is subjected to at least 1.3 times the hot deformation and then machined to create a die. After the mechanical processing by cutting to length and turning, a die is obtained which consists of two parts made of different materials and has a full-surface bond between the casing tube and the inner part.
  • the composite surface is coaxial and cylindrical-shaped and is mainly subjected to shear during practical use of the die, which can cause the inner part to break or detach.
  • the concave-conical run-in surface has to be created by mechanical processing of a raw disk, the bond area also being reduced.
  • an extrusion die is described, the die body being constructed from at least two die parts which are made of different metallic materials and which adjoin one another over an essentially flat surface extending transversely to the pressing direction, and the die parts are connected in the same way to form one-piece die bodies. Since there are composite surfaces perpendicular to the pressing direction, matrices constructed in this way can advantageously only be used in Disc shape with flat end faces can be used.
  • the invention has set itself the task of creating metallic dies for the extrusion of metallic materials, in which dies, despite the design with an inlet slope or a concave-conical inlet surface, a shaping die part made of highly wear-resistant material and a support part made of tough material made of metal to form a die body are connected, the disadvantages described do not occur and there is no risk of cracking and breaking even in the case of complicatedly shaped openings and wear is reduced, only a small machining allowance having to be provided on the raw form die.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that matrices are formed from the working part and the supporting part with a run-in slope and with a shaping die part made of highly wear-resistant and thermally resistant material, the size of the metal composite surface increasing its size and the strength of the strength due to the spatial curvature Connection to the support part are increased. Furthermore, the inlet surface of the die part with high wear resistance and high temperature resistance should be formed at least where high abrasive and temperature loads occur due to the material flow during extrusion.
  • the deformation of the composite pre-material to form a disk-shaped matrix body having a recess results in an advantageous fiber orientation in the material, at the same time significantly reducing the extent of the machining finish and increasing the economy of production.
  • FIGS. 2a, 2b and 2c and FIGS. 3a, 3b, 3c and 3d show some process steps for producing the matrices according to the invention, additional steps not shown being able to be used.
  • a die M is shown in longitudinal section, which has a shaping die part 1, which is connected to the support body 2.
  • the inner surface 4 of the opening 5 widens against the pressing direction P and forms the inlet surface 6.
  • the concave-conical inlet surface 6 is largely formed by the shaping die part 1 made of highly wear-resistant material, the metal composite surface 3 being spatially curved and at a distance from the working surface 4 , 6 follows the die.
  • Such matrices are used when the abrasive and temperature loads on the entire work surface are high.
  • Fig. 1b an embodiment of the die M according to the invention is shown schematically in longitudinal section, the abrasive load increasing in the breakthrough direction or pressing direction P. the inlet surface 6 takes into account.
  • FIG. 1c schematically shows a die M, in which the shaping die part 1 is exposed to high abrasive, temperature and mechanical loads in the region of the opening 5.
  • the support body 2 advantageously encloses the die part 1 on the strongly spatially curved composite surface 3.
  • 2a, 2b and 2c schematically show an example of a production sequence of a die according to the invention.
  • 2a shows a primary material body consisting of an outer part 2 ′′′ made of tough material and a part 1 ′′′ near the axis with high wear and heat resistance with a bore 9.
  • This primary material body is produced, for example, by forging on a long-forging machine from three parts, the inner region consisting of easily machinable material being worked out after hot-forming to form a metallic bond between outer part 2 ′′′ and part 1 ⁇ .
  • Fig. 2b shows the die with the support part 2 'and the shaping inner part 1' in the deformation between a lower die 7 and an upper die 8, wherein a concave-conical depression is introduced through the correspondingly shaped upper die 8.
  • the material of the inner part 1 ' flows in the axial direction in the gap between the dies 7, 8 and in the direction of the conical surface of the upper die 8.
  • the material of the outer part flows into the outer die gap.
  • Fig. 2c the die body with inner part 1 and support part 2 and the separated slugs are shown.
  • the machining finish for example by grinding, is low because the raw shape largely corresponds to the shape of the die and small machining allowances are possible.
  • 3a to 3d schematically show a further production process of a die blank.
  • 3a with an outer part 2 ′′′ and an inner part 1 ′′′ is for example by cutting a composite metal rod to length, which can be produced by hot isostatic pressing and / or rolling.
  • Fig. 3b shows a hot upsetting of the primary material with a flat saddle 7 ', the upper saddle 8' has a projection which causes a flow of the material to the outside by its penetration into the inner part 1 ⁇ .
  • the die body is shaped further in a die according to FIG. 3c; the concave-conical recess is introduced through the upper die 8 '.
  • FIG. 3d shows the separated slugs and the die body, the shaping part 1 being largely enclosed by the support part 2.
  • a composite rod or a composite metal rod with a diameter of 105 mm ⁇ was produced by forging on a long forging machine.
  • the outer part consisted of hot-work steel in accordance with DIN material No. 1.2344, the inner part made of high-alloy, wear-resistant steel DIN material No. 1.2758, with a full-surface metallic bond between the parts.
  • the primary material was manufactured by cutting the annealed composite metal rod to length. The raw material was heated in a forging furnace to a temperature of 1140 ° C and compressed between flat saddles in two steps to form a disc with a height of 60 mm.
  • the disc After reheating to a temperature of 1160 ° C, the disc was forged further in a die, the upper die having a convex-conical projection in the center. This lead caused a material displacement and a flow of the material during the forging process.
  • a matrix with an outer diameter of 160 mm ⁇ , a breakthrough diameter of 70 mm ⁇ and a height of 40 mm was worked out of the annealed raw die body by turning, with chip removal in the conical inlet part 2.2 mm, in the flat support part 1.8 mm amounted to.
  • the coating was hardened and hardened three times and tempered three times.
  • an improvement in the service life compared to composite steel dies with a coaxial-cylindrical bond area of 87% was found, with no breakouts occurring on the shaping die part.
  • Subsequent metallographic examinations showed that the metal composite surface between the shaping die part and the support part was spatially curved, as shown in principle in FIG. 1b, and that a fiber course made visible by etching was largely parallel to the surface in the region of the recess.
  • a triver composite rod with a diameter of approx. 150 mm was produced by HIPing and forging.
  • the gap between an outer tube (DIN material No. 1.2343) and a central inner cylinder made of free-cutting steel was filled with Haynes Stellite Alloy 4 powder, degassed and the body thus obtained was hot isostatically pressed, after which it was deformed with a long forging machine.
  • the raw material tube formed from two materials had an inside diameter of 70 mm ⁇ and an height of 45 mm, the outside diameter of the cylindrical metal composite surface between the outer part and the part closer to the axis being approximately 108 mm ⁇ .
  • the primary material was precision forged in a die, as shown in principle in Fig. 2 b, with a screw press.
  • the slugs were worked out or worked off by an erosion process, whereupon the raw die body was machined by grinding from a machining allowance of 0.5 to 2.5 mm and tempered by heat treatment, in particular based on material no. 1.2343.
  • increases in throughput of at least 125% could be determined.
  • only insignificant wear occurred on the entire entry surface for the opening of the die.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Matrize zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen mit einer konkav-konisch ausgebildeten Einlauffläche, bestehend aus einem formgebenden Matrizenteil aus hochverschleißfestem Werkstoff und einem Stützteil aus zähfestem Werkstoff. Zur Vermeidung von Rißbildungen und Brüchen und zur Verstärkung der Verbindung der Teile wird vorgeschlagen, daß die Metallverbundfläche (3) zwischen formgebendem Matrizenteil (1) und Stützteil (2) räumlich gekrümmt ausgebildet ist.Die Herstellung des Matrizenrohkörpers erfolgt durch Warmschmieden von einem aus mindestens zwei Werkstoffen bestehenden Vormaterial, vorzugsweise durch Gesenkschmieden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine metallische Matrize zum Strangpressen nach dem Oberbegriff des Ansprüches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Matrize nach dem Oberbegriff des Ansprüches 9.
  • Matrizen, die zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen, insbesondere von solchen mit hohem Verformungswiderstand, eingesetzt werden, unterliegen komplexen thermischen und mechanischen Beanspruchungen. Der im wesentlichen scheibenartige Matrizenkörper weist mindestens einen Durchbruch als formgebenden Teil auf, durch welchen der Werkstoff mit hoher Druck ausgepreßt wird. Der formgebende Teil der Matrize ist dabei starken Abrasiv- sowie Temperatur-und Thermoschockbelastungen ausgesetzt, welche insbesondere auf die Umformung des Materials zurückzuführen sind. Der übrige Matrizenteil bzw. der Matrizengrundkörper muß den Druck-und Biegebeanspruchungen standhalten, die durch die hohen Preßkräfte entstehen. Matrizen werden deswegen oft mit einer Einlaufschräge bzw. mit einer konkav-konischen ausgebildeten Einlauffläche zum Durchbruch hin versehen, um einerseits die spezifischen Beanspruchungen im Matrizengrundkörper zu verringern, andererseits das Fließen des gepreßten Werkstoffes in die endformgebende Ausnehmung bzw. den Durchbruch zu erleichtern und dadurch die Oberflächengüte des Stranges zu verbessern.
  • Den unterschiedlichen Materialbeanspruchungen des formgebenden Teiles und des Grundkörpers der Matrize Rechnung tragend wurde bereits vorgeschlagen, die Matrize als Verbundkörper aus zwei Teilen aufzubauen, wobei der formgebende Innenteil aus einer hoch­verschleißfesten Legierung und ein Hüllen- oder Stützteil aus einem zähfesten Stahl gebildet sind.
  • Aus EU-A- 0114592 ist ein Verfahren zur Metallverarbeitung unter Verwendung von Matrizen zu entnehmen, wobei die Matrize im wesentlichen in der Weise gefertigt wird, daß in ein Hüllenrohr aus einer zähfesten Legierung eine Füllung aus pulverförmigem hochverschleißfesten und/oder korrosionsbeständigen Werkstoff eingebracht wird, worauf das verschlossene Rohr bei 900°C und einem Druck von zumindest 900 bar verpreßt wird. Der so erhaltene Verbundkörper mit vollflächigem metallischer. Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff wird einer zumindest 1,3-fachen Warmverformung unterworfen und dann formgebend zur Erstellung einer Matrize bearbeitet. Nach der mechanischen Bearbeitung durch Ablängen und Drehen wird eine Matrize erhalten, die aus zwei Teilen aus verschiedenen Werkstoffen besteht und einen vollflächigen Verbund zwischen Hüllenrohr und Innenteil aufweist. Die Verbundfläche ist dabei koaxial-zylindermantelförmig ausgebildet und wird bei praktischen Einsatz der Matrize vorwiegend auf Scherung belastet, wodurch ein Bruch bzw. ein Ablösen des Innenteils erfolgen kann. Bei einer Matrize, welche ene Einlaufschräge aufweist, muß jeweils durch mechanische Bearbeitung einer Rohscheibe die konkav-konische Einlauffläche erstellt werden, wobei sich auch die Verbundfläche verringert.
  • Nach EU-A2-0238478 ist eine Strangpreßmatrize beschrieben, wobei der Matrizenkörper mit zumindest zwei, über eine im wesentlichen ebene quer zur Preßrichtung sich erstreckende Fläche aneinanderschließenden Matrizenteilen aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen aufgebaut ist und die Matrizenteile artgleich metallisch mteinender zu einstückigen Matrizenkörper verbunden sind. Da zur Preßrichtung senkrechte Verbundflächen vorliegen, können derartig aufgebaute Matrizen vorteilhaft nur in Scheiberform mit ebenen stirnflächen eingesetzt werden.
  • Die Erindung hat sich zur Aufgabe gestellt, metallische Matrizen zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen zu schaffen, bei welchen Matrizen trotz Ausführung mit einer Einlaufschräge bzw. einer konkav-konisch ausgebildeten Einlauffläche ein formgebender Matrizenteil aus hochverschleißfestem Werkstoff und ein Stutzteil aus zähfestem Material metallisch zu einem Matrizenkörper verbunden sind, die beschriebenen Nachteile nicht auftreten und eine Rißbildungs-und Bruchgefahr selbst bei kompliziert geformten Durchbrüchen nicht gegeben sowie ein Verschleiß verringert sind, wobei nur eine geringe Bearbeitungszugabe an der Rohformmatrize vorzusehen ist.
  • Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Matrizen zu schaffen, welches erlaubt, ein Vormaterial und daraus eine Matrize mit günstigstem Faserverlauf und verbesserten Gebrauchseigenschaften wirtschaftlich herzustellen, wobei trotz einer konkav-konischen - oder Trompetenform mindestens einer Stirnfläche der Matrize die spanabhebende Bearbeitung gering ist.
  • Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale in den Ansprüchen 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Matrizen aus Arbeitsteil und Stützteil mit einer Einlaufschräge und mit einem aus hochverschleißfestem und thermisch beständigem Werkstoff bestehenden, formgebenden Matrizenteil gebildet sind, wobei auf Grund der räumlichen Krümmung der Metallverbundfläche deren Ausmaß vergrößert und die Festigkeit der Verbindung zum Stützteil erhöht sind. Weiters kann die Einlauffläche von Matrizenteil mit hoher Verschleißfestigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit zumindest dort gebildet sein, wo durch den Materialfluß bei der Strangpressung hohe Abrasiv- und Temperaturbelastungen auftreten.
  • Durch die Verformung von Verbund-Vormaterial zu einem scheibenförmigen , eine Vertiefung aufweisenden Matrizenrohkörper wird ein vorteilhafter Faserverlauf im Material bewirkt, wobei gleichzeitig das Ausmaß der spanabhebenden Endbearbeitung wesentlich verringert und die Wirtschaftlichkeit der Erzeugung erhöht werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen Fig.1a, 1b und 1c erfindungsgemäße Matrizen im Längsschnitt, Fig. 2a, 2b und 2c sowie Fig. 3a, 3b, 3c und 3d einige Verfahrensschritte zur Herstellung der erfindungsgemäßen Matrizen, wobei zusätzliche nicht dargestellte Schritte angewendet werden können.
  • In Fig. 1a ist im Längsschnitt eine Matrize M dargestellt, welche einen formgebenden Matrizenteil 1 aufweist, der mit dem Stützkörper 2 verbunden ist. Die Innenoberfläche 4 des Durchbruches 5 erweitert sich gegen die Preßrichtung P und bildet die Einlauffläche 6. Die konkav-konische Einlauffläche 6 wird weitgehend durch den formgebenden Matrizenteil 1 aus hochverschleißfestem Material gebildet, wobei die Metallverbundfläche 3 räumlich gekrümmt ist und in einem Abstand der Arbeitsfläche 4,6 der Matrize folgt.
  • Derartige Matrizen werden verwendet, wenn die Abrasiv-und Temperaturbelastungen der gesamten Arbeitsfläche hoch sind.
  • In Fig. 1b ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Matrize M im Längsschnitt schematisch dargestellt, die einer in Durchbruchsrichtung bzw. Preßrichtung P steigenden Abrasivbelastung der Einlauffläche 6 Rechnung trägt.
  • Fig. 1c zeigt schematisch eine Matrize M , bei welcher der formgebende Matrizenteil 1 im Bereich des Durchbruches 5 hohen Abrasiv,- Temperatur und mechanischen- Belastungen ausgesetzt ist. Der Stützkörper 2 umschließt dabei an der stark räumlich gekrümmten Verbundfläche 3 vorteilhaft den Matrizenteil 1.
  • Fig. 2a, 2b und 2c zeigen schematisch ein Beispiel eines Fertigungsablaufes einer erfindungsgemäßen Matrize. In Fig. 2a ist ein Vormaterialkörper bestehend aus einem Außenteil 2‴aus zähfestem Material und einem achsnäheren Teil 1‴ mit hoher Verschleiß-und Warmfestigkeit mit einer Bohrung 9 dargestellt. Dieser Vormaterialkörper wird beispielsweise durch Schmieden auf einer Langschmiedemaschine aus drei Teilen hergestellt, wobei der aus gut zerspanbarem Material bestehende Innenbereich nach dem Warmverformen zur Bildung eines metallischen Verbundes zwischen Außenteil 2‴ und Teil 1˝ ausgearbeitet wird.
  • Fig. 2b zeigt die Matrize mit dem Stutzteil 2′ und dem formgebenden Innenteil 1′ bei der Verformung zwischen einem Untergesenk 7 und einem Obergesenk 8, wobei durch das entsprechend geformte Obergesenk 8 eine konkav-konische Vertiefung eingebracht wird. Der Werkstoff des Innenteiles 1′ fließt dabei in Achsrichtung in den Spalt zwischen die Gesenke 7, 8 und in Richtung der konischen Fläche des Obergesenkes 8. Der Werkstoff des Außenteiles fließt in den äußeren Gesenkspalt. In Fig. 2c sind der Matrizenrohkörper mit Innenteil 1 und Stützteil 2 sowie die abgetrennten Butzen dargestellt. Die spanabhebende Endbearbeitung beispielsweise durch Schleifen ist gering, weil die Rohform weitgehend der Endform der Matrize entspricht und kleine Bearbeitungszugaben möglich sind.
  • In Fig. 3a bis 3d ist schematisch ein weiterer Fertigungsablauf eines Matrizenrohkörpers dargestellt. Das Vormaterial gemäß Fig. 3a mit einem Außenteil 2‴ und einer Innenteil 1‴ wird beispielsweise durch Ablängen einer Verbundmetallstange, die durch heißisostatisches Pressen und/oder Walzen hergestellt werden kann, erstellt. Die Fig. 3b zeigt ein Warmstauchen des Vormaterials mit einem Flachsattel 7′, wobei der Obersattel 8′ einen Vorsprung aufweist, der durch sein Eindringen in den Innenteil 1˝ ein Fließen des Materials nach außen bewirkt. In einem Gesenk gemäß Fig. 3c erfolgt die weitere Formgebung des Matrizenkörpers; die konkav-konische Vertiefung wird durch das Obergesenk 8′ eingebracht. Gegebenenfalls kann auch durch das Untergesenk die Vertiefung in den Matrizenrohkörper eingebracht und gleichzeitig die Durchbruchsöffnung aus dem Innenteil bzw. formgebenden Matrizenteil 1′ ausgedrückt oder ausgestanzt werden. Fig. 3d zeigt die abgetrennten Butzen und den Matrizenrohkörper, wobei der formgebende Teil 1 weitgehend vom Stützteil 2 umschlossen ist.
  • Abschließend wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert:
    • Beispiel 1:
  • Durch Schmieden auf einer Langschmiedemaschine wurde ein Verbundstab bzw. eine Verbundmetallstange mit einem Durchmesser von 105 mm φ erzeugt. Der Außenteil bestand aus einem Warmarbeitsstahl gemäß DIN-Werkstoff Nr. 1.2344, der Innenteil aus hochlegiertem, verschleißfestem Stahl DIN-Werkstoff Nr. 1.2758, wobei eine vollflächige metallische Bindung der Teile vorlag. Die Vormaterial­herstellung erfolgte durch Ablängen der geglühten Verbundmetallstange. Das Vormaterial wurde in einem Schmiedeofen auf eine Temperatur von 1140°C erwärmt und zwischen Flachsätteln in zwei Arbeitsgängen zu einer Scheibe mit einer Höhe von 60 mm gestaucht. Nach dem Rückwärmen auf eine Temperatur von 1160° C erfolgte eine weitere Schmiedung der Scheibe in einem Gesenk, wobei das Obergesenk zentrisch einen konvex-konischen Vorsprung aufwies. Dieser Vorsprung bewirkte im Zuge des Schmiedevorganges eine Materialverdrängung und ein Fließen des Werkstoffes beim. Umformen der Scheibe zu einem Matrizenrohkörper mit einer konkav-konischen Vertiefung. Noch im schmiedewarmen Zustand wurden die Butzen bzw. das in den Gesenkspalt eingedrungene Metall abgetrennt. Aus dem geglühten Matrizenrohkörper wurde eine Matrize mit einem Außendurchmesser von 160 mm φ , einem Durchbruchsdurchmesser von 70 mm φ und einer Höhe von 40 mm durch Drehen herausgearbeitet, wobei die Spanabnahme im konischen Einlauf teil 2,2 mm, im flachen Stützteil 1,8 mm betrug. Nach der Bearbeitung erfolgte eine Vergütung, die auf den Werkstoff Nr. 1.2758 ausgerichtet war, mit einer Härtung und dreimaligem Anlassen der Matrize. Im praktischen Einsatz beim Strangpressen von rostfreien Cr-Ni-Stahlrohren konnte eine Standzeitverbesserung im Vergleich mit Verbundstahlmatrizen mit koaxial-zylindrischer Verbundfläche von 87 % festgestellt werden, wobei keinerlei Ausbrüche am formgebenden Matrizenteil auftraten. Anschließende metallographische Untersuchungen zeigten, daß die Metailverbundfläche zwischen formgebendem Matrizenteil und Stützteil räumlich gekrümmt, wie in Fig. 1 b prinzipiell dargestellt, ausgebildet war und daß ein durch Ätzung sichtbar gemachter Faserverlauf im Bereich der Ausnehmung weitgehend parallel zur Oberfläche vorlag.
    • Beispiel 2:
  • Eine Triverbundstange mit einem Durchmesser von ca 150 mm wurde durch HIPen und Schmieden hergestellt. Dafür wurde der Spalt zwischen einem Außenrohr ( DIN Werkstoff Nr. 1.2343) und einem zentralen Innenzylinder aus Automatenstahl mit Haynes Stellite Alloy 4-Pulver gefüllt, entgast und der so erhaltene Körper heiß­isostatisch gepreßt , wonach eine Verformung mit einer Langschmiedemaschine erfolgte. Nach einem Ablängen und Ausbohren wies das aus zwei Werkstoffen gebildete Vor­materialrohr einen Innendurchmesser von 70 mm φ und ene Höhe von 45 mm auf, wobei der Außdendurchmesser der zylindrischen Metallverbundfläche zwischen Außenteil und achsnäherem Teil ca 108 mm φ betrug. Nach einem Erwärmen auf eine Verformungstemperatur von 1170°C wurde das Vormaterial in einem Gesenk, wie dieses prinzipiell in Fig. 2 b dargestellt ist, mit einer Spindelpresse präzisionsgeschmiedet.
    Das Ausarbeiten bzw. Abarbeiten der Butzen erfolgte durch ein Erosionsverfahren, worauf der Matrizenrohkörper durch Abschleifen von einer Bearbeitungszugabe von 0,5 bis 2,5 mm bearbeitet und durch eine, insbesondere auf den Werkstoff Nr. 1.2343 ausgerichtete wärmebehandlung vergütet wurde. Beim Warmstrangpressen von Cu- und Al-Legierungen zu rund -und profilstangen konnten Steigerungen des Durchsatzes von mindestens 125 % ermittelt werden. Insbesondere an der gesamten Einlauffläche zum Durchbruch der Matrize trat nur unbedeutender Verschleiß auf. Durch vergleichende Untersuchungen wurde festgestellt, daß eine Ausführung mit zwei Werkstoffen und einer gekrümmten Verbundfläche , wie prinzipiell in Fig. 1 a dargestellt, zwischen formgebendem Teil und Stützteil der Matrize auch bei hohen thermischen und mechanischen Belastungen einen Matrizenbruch verhinderte.

Claims (14)

1. Metallische Matrize zum Strangpressen von metallischen Werkstoffen mit einer Einlaufschräge bzw. einer konkav-konisch ausgebildeten Einlauffläche und einer in Längsrichtung verlaufenden, weitgehend zentrischen bzw. zentrisch-symmetrischen Ausnehmung bzw. Durchbruch umfassend einen die Ausnehmung bildenden für den Strang formgebenden Matrizenteil aus hochverschleißfesten Werkstoff und einem Stützteil aus hochzähem bzw. zähfestem Material, der mit dem formgebenden Matrizenteil metallisch zu einem Matrizenkörper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbundfläche (3) zwischen formgebendem Matrizenteil (1) und Stützkörper. (2) räumlich gekrümmt ausgebildet ist und der Metallverbund im Längsschnitt eine von einer Geraden abweichende Form aufweist und daß die räumliche Krümmung der Metallverbundfläche (3) durch Pressen oder Schmieden bei erhöhter Temperatur hergestellt ist.
2. Metallische Matrize nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallverbund im Querschnitt bzw. quer zur Preßrichtung (P) eine, jeweils einen weitgehend gleich großen Abstand zur Innenober­fläche (4) der Ausnehmung (5) aufweist.
3. Metallische Matrize nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der formgebende Matrizenteil (1) in der Ebene des kleinsten Querschnittes der Ausnehmung (5) eine Dicke bzw. einen Abstand zwischen Innenoberfläche (4) der Ausnehmung (5) und Metallverbundfläche (3) von mindestens das 0,2fache, insbesondere das 0,5fache des Durchmessers der Ausnehmung (5) , mindestens jedoch 5 mm aufweist.
4. Metallische Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß die konkav-konische Einlauffläche (6) zumin­destens teilweise vom formgebenden Matrizenteil (1) gebildet ist.
5. Metallische Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konkav-konische Einlauffläche (6) im Bereich der Ausnehmung (5) zu mindestens 1/6, vorzugsweise 1/4, insbesondere 1/3, durch den formgebenden Matrizenteil (1) ge­bildet ist.
6. Metallische Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der formgebende Matrizenteil (1) und der mit diesem metallisch verbundene Stützkörper (2) einen durch Fließen des Materials bei einer Warmformgebung der Matrize hervorgerufenen Faserverlauf aufweisen , der abweichend von der Achsrichtung bzw. Preßrichtung (P) zumindest teilweise im Bereich der Ausnehmung (5) und des konkav-konischen Einlaufes im wesentlichen parallel oder senkrecht zur Oberfläche (4,6) ausgebildet sind.
7. Metallische Matrize nach einer der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der formgebende Matrizenteil (1) aus einem Werkstoff mit hoher Warmfestigkeit und/oder hoher Verschleißfestigkeit, vorzugsweise hochlegiertem Chromstahl oder Warmarbeitsstahl, Schnellstahl oder Superlegierung auf Kobalt-Nickel- oder Molybdänbasis und der Stützkörper (2) aus hochzähem bzw. zähfestem Werkstoff, vorzugsweise mittellegiertem Stahl, insbesondere mittellegiertem Warmarbeitsstahl gebildet ist.
8. Metallische Matrize nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohform des Matrizenkörpers (1) mit der konkav-konischen Einlauffläche (6) und der räumlich gekrümmten Metallverbundfläche (3) durch Schmieden im (in) Gesenk(en) bei erhöhter Temperatur hergestellt ist und daß die Bearbeitungszugabe je Fläche kleiner als 10 mm , vorzugsweise 6 mm, insbesondere 2,5 mm ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Matrize, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem ein Vormaterial erzeugt und auf Warmumformtemperatur erwärmt und bei dieser Temperatur zu einem weitgehend scheibenförmigen Matrizenrohkörper verformt, bearbeitet und wärmebehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Vormaterial durch metallisches Verbinden von mindestens zwei Teilen aus unterschiedlich chemisch zusammengesetzten Werkstoffen nach einem an sich bekannten Verfahren hergestellt wird, welches Vormaterial auf eine Warmumformtemperatur, bei welcher beide Werkstoffe im Duktilitätsbereich liegen, erwärmt und bei dieser Temperatur in einem oder mehreren Schritten zu einem im wesentlichen scheibenförmigen Matrizenrohkörper mit einer, zumindest an einer Stirnseite, im wesentlichen konkav-konisch ausgebildete Vertiefung, wobei zentrisch bzw. zentrisch-symmetrisch eine Ausnehmung bzw. ein Durchbruch ausgestanzt und/oder erweitert werden kann, auf eine Abmessung , welche eine Bearbeitungszugabe beinhaltet, verformt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen wird und der Matrizenrohkörper spanabhebend bearbeitet und durch eine Wärmebehandlung, die insbesondere auf einen der Werkstoffe abgestimmt ist,vergütet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Vormaterial durch metallisches Verbinden von mindestens zwei in Längsrichtung koaxial angeordneten Teilen unter Bildung einer, eine polygonale Querschnittsfläche oder zylindrische Form aufweisende Verbundmaterialstange und durch Quertrennen dieser Stange erstellt wird, wobei als Außenteil ein hochzähes bzw. zähfestes Material und als achsnäherer Teil ein hochverschleißfester oder hohe Verschleiß­festigkeit und hohe Warmfestigkeit aufweisender Werkstoff verwendet wird und das Vormaterial durch Warmumformung zu einem Matrizenrohkörper verformt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aus hochverschleißfestem oder hohe Verschleißfestigkeit und hohe Warmfestigkeit aufweisenden achsnäheren Teil der Verbundmaterialstange oder des Vormateriales, insbesondere durch mechanische Bearbeitung oder Erosion eine achsiale Ausnehmung ausgebildet wird, wobei vorteilhafterweise ein aus drei Teilen bestehendes Stabmaterial ( Triverbundstab) mit einem gut spanabhebend bearbeitbaren, z.B. aus Automatenstahl bestehenden Innenteil, verwendet wird und das röhrenförmige Vormaterial durch Warmumformung zu einem Matrizenrohkörper verformt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,daß bei der Verformung oder bei wenigstens einem der Verformungsschritte bei erhöhter Temperatur das Vormaterial im achsial-zentrischen Bereich hoch verformt und in wenigstens einer Stirnfläche eine konkav-konische oder Trompetenform aufweisende Vertiefung ausgebildet wird und ein Fließen des verdrängten Werkstoffes im wesentlichen in eine Werkzeugform, in einen Spalt zwischen oberem und unterem Werkzeug und/oder in Richtung der Oberfläche des in den Schmiederohling eindringenden Werkzeuges nach außen bewirkt und ein Faserverlauf im Material eingestellt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekenrtzeichnet,daß mindestens ein Schritt der Warmumformung des Vormaterials zu einem Matrizenrohkörper, insbesondere die letztformgebende Umformung, mittels Gesenkschmiedens erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung zur Vergütung des Matrizenkörpers auf den Werkstoff des formgebenden Teiles zur Erreichung hoher Warmfestigkeit bzw. Warmhärte und/oder Verschleißfestigkeit ausgerichtet wird, wobei zur Einstellung hoher Zähigkeits-und Festigkeitseigenschaften des Materials des Stutzkörpers, gegebenenfalls durch Anwendung entsprechender Wärmebehandlungszyklen, eine zusätzliche Wärmebehandlung durchgeführt werden kann.
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