NL8302003A - Werkwijze en inrichting voor continue plastische vervorming van ductiele nonferrometalen. - Google Patents

Description

ev J

-1-

Werkwijze en inrichting voor continue plastische vervorming van ductiele nonferrometalen . een werkwijze en

De uitvinding heeft betrekking op/een inrichting voor continue plastische vervorming van ductiele nonferrometalen, waarbij de oppervlaktedelen van het te vervormen materiaal niet of slechts in geringe mate oppervlaktedelen van het ver-5 vormde materiaal vormen, onder het voeren van het materiaal in een kanaal, waarvan één oppervlak continu beweegt om het materiaal onder warmteontwikkeling door wrijving door het kanaal voort te bewegen, welk kanaal aan één einde is afgesloten en waarbij een extrusieopening het materiaal onder een hoek met 10 de richting, waarin het door dat bewegende oppervlak tegen de afsluiting van het kanaal wordt gedrukt, extrudeert, welke extrusieopening toegang geeft tot een vanaf dat kanaal wijder wordende ruimte in een expansiemondstuk, aansluitend op en toevoerend aan een doorstroom-vormmatrijs.

15 Een dergelijke /inrichting zijnbekend uit de publikatie van E. Hunter: Continuous Extrusion by the Conform Process, Technical Paper MF 76-407 van Society of Manufacturing Engineers, Dearborn, Mich., 1976. Bij de daarin beschreven Conform-me-thode is het continu bewegende oppervlak het oppervlak van 20 een groef in een roterende schijf. Waar het kanaal tussen die schijf en een het te extruderen materiaal daarin aandrukkende schoen is afgesloten, stroomt het materiaal naar opzij, meestal radiaal ten opzichte van de schijf, door een vormma-trijs voor de extrusie tot een gewenst eenvoudig of meer ge-25 compliceerd profiel, waarvan de dwarsdoorsnede groter, gelijk of kleiner dan de dwarsdoorsnede van het toegevoerde materiaal en het bedoelde kanaal kan zijn. Uit Fig. 12 van die publikatie is bekend dat het materiaal direkt bij het verlaten van het kanaal door een wijder wordende expansieruimte kan stro-30 men, waarop de eigenlijke vormmatrijs met kleinere doorsnede aansluit, die de vorm van het te extruderen profiel bepaalt. Vooral voor het extruderen van buizen en van profielen met ingewikkelde vorm betekent dat een belangrijke verruiming van de mogelijkheden.

35 Gebleken is nu dat hiermee voor eenvoudige doorsneden van de geextrudeerde profielen, bijv. ronde draden, redelijk- 8302003

v V

-2- goede resultaten kunnen worden verkregen, maar dat, wanneer zeer hoge eisen aan de kwaliteit der profielen en van hun oppervlak (gelijkmatigheid, gladheid) worden gesteld, daaraan niet altijd kan worden voldaan, speciaal niet bij het maken 5van buizen en van ingewikkelder profieldoorsneden. Oppervlak-tedelen van het geëxtrudeerde profiel vertonen dan nog vaak ruwheden, ongelijkmatigheden en zelfs haarscheurtjes. Dithoudt waarschijnlijk vooral verband met het feit, dat het materiaal, dat vanuit het kanaal vrij plotseling van richting moet veran-lOderen tot in het expansiemondstuk, een ongewenst "turbulent" stromingspatroon vertoont.

Bij de bedoelde vervormingsmethoden is het van groot belang dat de warmteontwikkeling in het vervormende materiaal zo wordt beheerst, dat deze zo gelijkmatig mogelijk is en dat bij 15verschillen in warmteontwikkeling in verschillende delen van de doorsnede van het materiaal, die onvermijdelijk zijn, de warmte zo snel mogelijk weer gelijkmatig over de doorsnede wordt verdeeld. Uiteraard wordt een groot deel van de warmte langs het oppervlak van het materiaal opgewekt, maar turbulentie-achtige 20stroomlijnen in het materiaal kunnen een belangrijke bron van ongelijkmatigheden in de warmteontwikkeling vormen.

Gebleken is, dat men zulke nadelen niet kan opheffen door de richtingverandering van het materiaal van kanaal naar ex-pansieruimte minder plotseling, over een kleinere hoek en met 25 afrondingen en vloeiende overgangsvormen daartussen. Integendeel moet men hier een scherpe en plotselinge overgang houden.

Verrassenderwijs is nu gebleken, dat men in die gevallen, waarin een wijder wordende ruimte in een expansiemondstuk nodig is om een goede extrusie van bijv. buizen of vrij ingewik· 30 keld gevormde profielen te verkrijgen, een veel beter resultaat met gelijkmatiger structuur en gladder oppervlak van het geëxtrudeerde profiel kan bereiken wanneer volgens de uitvinding in het expansiemondstuk vanaf de extr us ie ope ning een recht kanaal met gelijkblijvende dwarsdoorsnede is aangebracht, met 35 een lengte tenminste ongeveer gelijk aan de dwarse afmetingen, welk kanaal zonder plotselinge verandering van de dwarse afmetingen aansluit op die wijder wordende ruimte.

Het is niet geheel duidelijk waaraan het daarmee te verkrijgen gunstige resultaat is toe te schrijven. Het metaal ge-40 draagt zich in het extrusie mondstuk min of meer als een vis- 8302003 ✓ ,> -3- keuze vloeistof en invloeden van "turbulenties" op het resultaat zijn dus niet onwaarschijnlijk, maar de normale verwachting is dat de nadelige invloed van een op zichzelf onmisbare te plotselinge en te scherpe overgang tussen kanaal en expan-5 siemondstuk ten hoogste eerst verder stroomafwaarts door de "expansie" in een gebied van grotere doorsnede in het expan-siemondstuk en daarna in de vormmatrijs opgeheven kan worden.

Nu blijkt het dus volgens de uitvinding mogelijk met een zeer eenvoudige maatregel een goed resultaat te krijgen, ten aan-10 zien van de gelijkmatigheid en oppervlaktegladheid van ook ingewikkelder profielen.

Past men de uitvinding toe, dan opent zich ook de mogelijkheid om zeer dunwandige buizen, bijv. met een wanddikte van 0,4 mm, goed te maken, d.w.z. met door en door een gelijk-15 matige materiaalsamensteHing en sterkte. Wel blijkt daarbij de invloed van de doorstroomvormmatrijs en speciaal van de uittreeopening daarvan een grens te stellen aan de kwaliteit van het verkregen produkt, speciaal wat het oppervlak daarvan betreft, zodat men maatregelen aan de matrijs moet nemen om 20 niet het gunstige effect van de verbeterde expansieruimte geheel of ten dele teniet te laten gaan. Dit geldt de vorm van de doorstroomruimte(n) door de matrijs zowel als de uitvoering van de delen, die de uittreeopening daarvan begrenzen, welke laatste een grote invloed hebben op de kwaliteit vooral van 25 het oppervlak van het verkregen produkt. De uitvinding betreft dus tevens een aangepaste en verbeterde uitvoering daarvan.

Voor het oppervlak van het verkregen produkt speelt daarbij voor vele toepassingen een rol, dat de matrijsuitlaat een grote invloed heeft op de gladheid en kwaliteit van het opper-30 vlak van het verkregen profiel. Bij bekende uitvoeringen van de bedoelde werkwijze past men delen toe, die de matrijsuitlaat vormen, bijv. de zgn. matrijsinzet met uittreeopening en, bij het maken van buizen, doorns binnen die opening, die een hardheid hebben van _+ Hp^46-50. Met speciale oppervlaktebe -35 handelingstechnieken zoals nitreren kan men deze hardheid tot _+ H^ol opvoeren. Het blijkt daarbij, dat verschillende non-ferrometalen en -legeringen ertoe neigen aan zulke matrijsdelen te kleven, d.w.z. metaal daarop achter te laten, dat niet alleen de vormnauwkeur ighe id van het produkt direkt nadelig 40 beïnvloedt, maar dat ook periodiek tot loslaten neigt, zodat 8302003 « * -4- t oneffenheden op het oppervlak van het produkt optreden.

In verband daarmee worden volgens de uitvinding voorts bepaalde vormen van de doostroomruimte (n) door de matrijs voorgesteld en bovendien een uitvoering van de delen, die de uit-5 treeopening begrenzen uit hardmetaal of hard keramisch materiaal zoals cermets op basis van aluminiumoxyde en met een hardheid van tenminste Hp^80.

Daarmee komt bijv. het maken van zulke dunwandige buizen van zeer hoge kwaliteit, ook van het oppervlak, met ruwheden 10 kleiner dan 5 u, binnen bereik. Het oppervlak kan dan zo glad worden, dat het geen oxydatieproblemen geeft, zelfs bij extru-sie van bijv. koper, dat bij ruwer oppervlak gemakkelijk oxy-deert. Aldus wordt ook een nieuwe weg geopend voor het maken van radiatoren voor motorvoertuigen uit zulke dunwandige bui-15 zen van koper of van aluminium in de legeringsgroep 3.000 van de International Standards (met o.a. enig mangaan). Tot heden kon men zulke buisradiatoren alleen opbouwen uit buis, die verkregen was door een dikwandige buis te persen of te extruderen en deze in 4 a 6 trappen koud te trekken tot de gewenste ge-20 ringe wanddikte, met 1 a 2 warmtebehandelingen tussen en eventueel na die trektrappen.

In zijn algemeenheid leent de uitvinding zich voor allerlei toepassingen met een onderling sterk verschillende mate van warmteontwikkeling in ex pans ie kamer en matrijs. Zo is bij 25 relatief-ruime doorgang door de matrijs de warmteontwikkeling daarin geringer, zodat in grotere mate een koudvervorming op-

De uitvinding betreft verder een nadere uitwerking van het aangegeven principe, ten aanzien van de vorm van expansie-ruimte en bijbehorende matrijs, zoals nog nader te beschrij-30 ven.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekening. Daarin is:

Fig. 1 een doorsnede loodrecht op de as van de draaiende ex-trusieschijf, gedeeltelijk aanzicht in de richting van die as, 35van een extrusie inricht ing volgens de uitvinding, enigszins schematisch weergegeven;

Fig. 2 een doorsnede op grotere schaal van het in Fig. 1 met cirkel II aangegeven gedeelte daarvan in ongeveer hetzelfde vlak als het doorsnedevlak van Fig. 1; maar met de matrijs 8302003 * -5- doorgesneden in een gebruikt vlak volgens de lijn II - II in Fig . 3; en

Fig. 3 een aanzicht van de openingen in de matrijs volgens de lijn III - III in Fig. 2.

5 Een roterende schijf 1 heeft een omtreksgroef 2 en werkt samen met een schoen 3, die op bekende wijze schuivend of scharnierend naar de schijf kan worden gedrukt en de groef 2 over een deel van de omtrek afsluit. Te extruderen materiaal 4-, bijv. een ronde draad of lange staaf van koper, aluminium 10 of een legering op basis daarvan, wordt aan de groef 2 toegevoerd in het gebied, waar de schoen deze afsluit. De schoen heeft een deel 5, dat in de groef 2 grijpt en deze afsluit voor het vormen van een stootvlak 6, dat het materiaal 4- dwingt om opzij naar en door een matrijsconstructie 7 te stromen,die 15 in Fig. 1 niet maar in Fig. 2 en 3 wel is gedetailleerd en waaruit het geëxtrudeerde profiel 8 treedt. Dit profiel kan vele uiteenlopende vormen hebben, bijv. buisvormig zijn, kleiner of gelijk is aan die van de toegevoerde draad of staaf 4·.

In werking wordt de schijf 1 in de richting van de pijl 20 gedraaid. Daar de schoen 3 het materiaal 4- tegen de wand van groef 2 drukt, neemt de schijf 1 dat materiaal onder slippende wrijving en dus warmteontwikkeling mee, waarbij het in ex-trudeerbare toestand komt en door stootvlak 6 gedwongen wordt opzij weg te stromen door de matrijsconstructie 7. Er kan zo 25 een profiel 8 worden geëxtrudeerd, waarvan het oppervlak in het geheel niet of slechts in geringe mate uit delen bestaat, die het oppervlak van het toegevoerde materiaal 4* hebben gevormd.

De matrijsconstructie 7 omvat een drietal inzetstukken 30 9, 10, 11 in de schoen 3, in Fig. 1 als één geheel getekend, doch in Fig. 2 nader gedetailleerd. Deze inzetstukken zijn door niet-ge te kende bouten of schroeven in de schoen en ten opzichte van elkaar vastgezet.

Het inzetstuk 9 grenst direkt aan het kanaal, gevormd 35 door de groef 2 in schijf 1, ter plaatse van stootvlak 6 en vormt een expansiemondstuk. Het heeft een eerste, cilindrische opening 12 (cilindrisch in de zin van: met rechte evenwijdige be schrijvenden; de dwarsdoorsnede kan cirkelrond, ovaal, vierkant of enigszins rechthoekig zijn en het stootvlak 6 kan een 4-0 aange paste vorm hebben, plat of gekromd). Deze opening 12 8302003 -6- heeft een lengte, tenminste ongeveer gelijk aan zijn dwarse afmeting of grootste dwarse afmeting.

Door een scherpe, maar niet getrapte overgang gaat die opening 12 over in een zich verwijdende opening 13, die bij 5 voorkeur ongeveer conisch of pyramidaal is en een totale top-, hoek heeft van tussen 75° en 105°. Daarop sluit een opening 14 aan, die weer cilindrisch is (in bovenbedoelde zin), en die aanzienlijk korter kan zijn dan opening 12.

Opening 14 geeft het materiaal toegang tot het eigenlijke 10 matrijslichaam 10, dat blijkens Fig. 3 vier inlaatopeningen 15 heeft, elk aansluitend op een vanaf die openingen wijder wordend kanaal 16, dat tegen een kopvlak 17 van het lichaam 11 eindigt. Nabij dat kopvlak zijn die kanalen 16 verbonden door ruimten 18, zodat het daarin komende metaal van in dit geval 15 vier kanalen 16 wordt samengevoegd tot een enkele streng, die hier door een ringspleet 19 tussen een zeer hard matrijsdeel 20, ingebed in lichaam 11, en een harde doorn 21, gedragen door lichaam 10, wordt uitgeperst tot in dit geval een buis. Men kan ook elk ander gewenst profiel vormen door gewijzigde 20 uitvoering van het matrijsdeel 20 en eventueel onder weglating van doorn 21. Ook kan men de kanalen 16 elk voor zich naar zulk een eindopening voeren om vier afzonderlijke profielen te vormen of slechts bijv. twee aan twee verbinden.

Het harde matrijsdeel 20 (de matrijsinzet) en de doorn 21 25 worden bij voorkeur uit hardmetaal of een cermet of dergelijk hard keramisch materiaal, met een hardheid van ruim HR(,85, in ieder geval hoger dan Ηρ^δΟ, gemaakt, zo dat zij een zeer glad oppervlak van de opening in inzet 20 en de cilindrische buitenomtrek van het daarin uitstekende deel van de doorn 21 heb-30 ben. De radiale afmeting van de ringspleet 19 kan elke gewenste waarde hebben, maar kan voor het direkt extruderen van zeer dunwandige buis zelfs 0,4 mm zijn. Die delen 20 en 21 kunnen resp. in deel 20 en in deel 10 van de matrijs worden vastgekrompe n.

35 Desgewenst kunnen verwarmingsmiddelen om de opening 12 zijn aangebracht, indien,bijv. bij koper, een wat hogere ver-vormingstemperatuur nodig is dan door wrijving en vervorming alleen wordt bereikt.

Conclusies........

8302003

Claims (12)

1. Werkwijze voor continue plastische vervorming van duc-tiele nonferrometalen, waarbij de oppervlaktedelen van het te vervormen materiaal niet of slechts in geringe mate oppervlak» tedelen van het vervormde materiaal vormen, onder het voeren 5 van het materiaal in een kanaal, waarvan één oppervlak continu beweegt om het materiaal onder warmteontwikkeling door wrijving door het kanaal voort te bewegen, welk kanaal aan één einde is afgesloten en waarbij een extrusieopening het materiaal onder een hoek met de richting, waarin het door dat be-10 wegende oppervlak tegen de afsluiting van het kanaal wordt gedrukt, extrudeert, welke extrusieopening toegang geeft tot een vanaf dat kanaal wijder wordende ruimte in een expansiemond-stuk, aansluitend op en toevoerend aan een doorstroom-vormma-trijs, met het kenmerk, dat het materiaal vanaf het binnentre-15 den in de extrusieopening door een recht kanaal wordt geleid, dat een gelijkblijvende dwarsdoorsnede heeft en een lengte, tenminste ongeveer gelijk aan de dwarse afmetingen en vervolgens het expansiemondstuk met geleidelijk ruimer wordende dwarsdoorsnede doocstroomt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het materiaal vanuit het expansiemondstuk door een doorstroom-vormmatrijs van geringere dwarsdoorsnede wordt gevoerd naar een matrijsuittreeopening , kleiner in doorstroomoppervlak dan de doorstroomruimte door de vormmatrijs stroomopwaarts van die 25 uittreeopening.

3. Werkwijze volgens conclusie 2 voor het maken van dun-wandige buizen, met het kenmerk, dat de ringvormige matrijs-opening, waardoor het materiaal de matrijs verlaat, begrensd wordt door een matrijsinzet met opening, waardoor een doorn 30 reikt, die als afzonderlijk deel in de matrijs is vastgezet, welke inzet en welke doorn bestaat uit hardmetaal of keramisch materiaal (zoals een cermet) met een hardheid van tenminste HRC80* ή·. Radiator voor de koeling van motorvloeistof en derge-35 lijke, met het kenmerk, dat de warmtewisselende wanden daarvan in hoofdzaak bestaan uit dunwandige nonferrobuis, vervaardigd met de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies . 8302003 * w -8-

5. Inrichting voor continue plastische vervorming van ductiele nonferrometalen, waarbij de opperv laktede le n van het te vervormen materiaal niet of slechts in geringe mate opper-vlaktedelen van het vervormde materiaal vormen, onder het voe-5 ren van het materiaal in een kanaal, waarvan één oppervlak continu beweegt om het materiaal onder warmteontwikkeling door wrijving door het kanaal voort te bewegen, welk kanaal aan één einde is afgesloten en waarbij een extrusieopening het materiaal onder een hoek met de richting, waarin het door dat be-10 wegende oppervlak tegen de afsluiting van het kanaal wordt gedrukt, extrudeert, welke extrusieopening toegang geeft tot een vanaf dat kanaal wijder wordende ruimte in een expansiemond-stuk, aansluitend op en toevoerend aan een doorstr oom-vor mma-trijs, met het kenmerk, dat in het expansiemondstuk vanaf de 15extrusieopening een recht kanaal met gelijkblijvende dwarsdoorsnede is aangebracht, met een lengte tenminste ongeveer gelijk aan de dwarse afmetingen, welk kanaal zonder plotselinge verandering van de dwarse afmetingen aansluit op die wijder wordende ruimte.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de op de expansieruimte aansluitende matrijs meer dan één door-laatopening voor het materiaal heeft, die althans met een deel van zijn buitenomtrek grenst aan de wijdste uitlaatdoorsnede van het expansiemondstuk.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat die matrijs een eindvlak dwars op de stromingsrichting heeft dat die doorlaatopeningen in haofdzaak afsluit onder vrijlating van een of meer aanzienlijk kleinere openingen, in vorm aangepast aan het te extruderen profiel.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat die doorlaatopeningen door een omtreksverbinding juist vóór dat eindvlak onderling zijn verbonden voor het extruderen van een enkel gemeenschappelijk profiel.

9. Inrichting volgens conclusie 6, 7 of 8, met het ken-35 merk, dat die doorlaatopeningen in de matrijs vanaf het op de expansieruimte aansluitende vlak wijder worden.

10. Inrichting volgens een der conclusies 5 t/m 9, met het kenmerk, dat het rechte kanaal met gelijkblijvende dwarsdoorsnede aansluit op een ongeveer conisch of pyramidaal deel, 4-0 dat de expansieruimte vormt en dat een totale tophoek van 75° 8302003 -9- Λ r Λ tot 105° heeft.

11. Inrichting volgens een der conclusies 5 t/m 10, met het kenmerk, dat het wijder wordende deel van de expansieruim-te aansluit op een deel met gelijkblijvende dwarsdoorsnede ter 5 plaatse waar deze ruimte op de matrijs aansluit.

12. Inrichting volgens een der conclusies 5 t/m 11, met het kenmerk, dat de matrijsuittreeopening wordt begrensd door een matrijsinzet met een de vorm van het te extruderen profiel bepalende opening, welke inzet uit hardmetaal of hard ke- 10 ramisch materiaal zoals een cermet bestaat, met een hardheid van tenminste Ηρ^δΟ.

13. Inrichting volgens een der conclusies 5 t/m 12, met het kenmerk, dat in de matrijsuittreeopening een doorn reikt, die in de matrijs is vastgezet, uit hardmetaal of hard kera- 15 misch materiaal zoals een cermet bestaat, met een hardheid van tenminste Η^δΟ. IA·. Lichaam met expansieruimte, uitgevoerd als aangegeven in en geschikt om gebruikt te worden in een Inrichting volgens een der conclusies 5 t/m 13. HO 15. Matrijs met doorn, uitgevoerd als aangegeven in en geschikt om gebruikt te worden in een inrichting volgens een der conclusies 6 t/m 13. 8302003