NO117145B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved kold-strengpressing av metall.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for strengpressing av metall, og angår spesielt pressing i kold tilstand.

For å gjøre det mulig å foreta strengpressing av metall, må det frembringes en så høy temperatur i metallet at det blir tilstrekkelig plastisk til å kunne presses ut.

En barre som skal presses ut kan varmes før den anbringes i beholderen for en strengpresse. Dette kalles varmpressing.

Ved den såkalte kold-pressing blir en

barre som ikke er oppvarmet på forhånd anbragt i beholderen og utsatt for støt. Den lave plastisitetsgrad som oppnås ved denne kjente metode ledsages av forholds-gir lave utpressingsttemperaturer, noe som gir mange tons belastning på stempelet som skal fremkalle utpressingen, og på grunn av de lave temperaturer blir det en betrak-telig bearbeidingshårdhet i metallet. Dette kan bety at det ikke er mulig å presse ut hele metallbarren i en operasjon med en ønsket utpressingshastighet, og mellom-gløding er nødvendig før videre arbeide kan utføres eller det kan, alternativt, begrense dimensjonene for den barre som kan presses ut i en operasjon.

Hvis det derfor var mulig å unngå bearbeidingshårdhet under utpressing ville mellomgløding bli unødvendig, og det kan oppnås den størst mulige deformering med minst mulig effektforbruk. Når en metallbarre treffes av et stempel med forholdsvis lav hastighet, kan en del av barren som skal presses ut sist bli bearbeidingshård,

mens den ennå er inne i barren. Dette kan motvirkes ved hjelp av angrepshastigheten

for stemplet, en hastighet som det er ønskelig å holde i det vesentlige eller temmelig konstant under utpressingen.

Dette er hovedhensikten med foreliggende oppfinnelse, og for å oppnå denne hensikt er det nødvendig å skaffe en fremgangsmåte for å bestemme for det første det minst mulige belastningstrykk for stempelet ved det ønskete utpressingsforhold som er nødvendig for å oppnå utpressing av en barre med vilkårlige dimensjoner av hvilket som helst metall som kan deformeres plastisk, og for det annet den minste stempelhastighet som sammen med det nevnte minste belastningstrykk er nød-vendig for å tilveiebringe og styre den høye temperatur i glideplanet som trenges for å frembringe den nødvendige plastisitetsgrad inne i barren til at det skal kunne brukes raskt utpressingsbevegelse, og som vil gjøre det mulig å presse ut metallet ved en slik temperatur og hastighet at det ikke blir noen bearbeidingshårdhet i metallet mens det ennå befinner seg i barren.

Når først den minst mulige stempelbelastning og -hastighet er oppnådd, kan strengpressingen styres på sin side på en slik måte at den herding som kan tillates i metallet blir større eller mindre. Meget høy angrepshastighet vil således gi meget høye temperaturer i glideplanet som ville resultere i en fullstendig utglødet tilstand av pressegodset etter at det er presset ut fra dyseåpningen. Lavere hastigheter og temperaturer vil gi en rimelig hårdhets-grad. På denne måten vil det kunne oppnås styring av de fysiske egenskaper for den ferdige gjenstand. ;

På grunn av de forskjellige egenskaper for forskjellige metaller og på grunn av mulige variasjoner i utpressingsforholdet er det klart at belastningen på utpressings-stempelet for å oppnå tilfredsstillende ut-pressingsgods kan variere for forskjellige metaller eller forskjellige utpressingsforhold.

Uttrykket «utpressingsforhold» beteg-ner forholdet mellom tverrsnittet av barren og tverrsnittet av den ønskete presse-streng.

Ved uttrykket «tilnærmet flytespen-ning» som brukes nedenfor skal det for-stås at det for visse metaller ikke er mulig å bestemme nøyaktig den faktiske flyte-spenning, men selv i slike metaller er det alltid mulig å bestemme to punkter på spenning-trykk-kurven mellom hvilke det faktiske flytespenningspunkt må ligge, og fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan tilpasses for hvilket som helst metall hvor den tilnærmete flytespen-ning, slik som definert ovenfor, kan fastlegges.

I henhold til et trekk ved foreliggende oppfinnelse blir det minste stempelbelast-ningstrykk pr. flateenhet av barren som er nødvendig for koldpressing bestemt ut fra en funksjon av den faktiske trykk-spenning i metallet og av det ønskete utpressingsforhold.

For hvilken som helst størrelse av hvilken som helst gitt metallbarre kan dette uttrykkes ved følgende ligning:

hvor Y er stempelbelastningen pr. flateenhet av dyseflaten,

y er flytespenningen for metallet,

z er forskjellen mellom den største og den faktiske bruddspenning, alle disse faktorer regnet i kg/mm<2>, og

A er utpressingsforholdet, dvs. forholdet mellom tverrsnittet av barren og tverrsnittet av den ønskete utpressete streng.

Denne ligning kan bedre uttrykkes slik Y = (a + b)x<n>

hvor a er faktisk trykkspenning i kg/mm<2 >ved e maks. fra strekkprøvestykke,

b er spenningen «a» i kg/mm<2> multi-plisert med den samlete naturlige påkjenning ved bruddpunktet ved strekk,

x er utpressingsforholdet.

Dette kan videre uttrykkes slik:

Y = K (a + a e)A<0>,<33>

hvor K er en tall-konstant som for vanlige massive tverrsnitt er 1,9, for regulære rørformete tverrsnitt er 2,1, for uregelmessige massive tverrsnitt 2,3, og for uregelmessige hule tverrsnitt 2,5, og e er den naturlige lengdeforandring under påkjenning.

Selv om løsningen av denne ligning gir gode resultater for utpressing når stempelet belastes i overensstemmelse med det beregnede minste trykk, vil det oppnås større virkningsgrad ved utpressingen hvis fjerde rot av utpressingsforholdet trek-kes inn i beregningen i stedet for tredje rot.

Følgelig vil ligningen

Y = K (a + as)A<0>,<33> i foreliggende beskri-velse betraktes som Y = K (a + ae)A°><23>

eller Y = K a (1 + e)A<0>,<25> hvor a stadig er spenningen i kg eller hvilken som helst enhet pr. mm<2> i diagrammet for faktisk spenning mot faktisk påkjenning for ma-terialet under trykk ved den maksimale e verdi som oppnås ved strekk. Et slikt diagram er vist nedenfor

Dette diagram fremkommer ved å bestemme påkjenningen til enhver tid under hensyntagen til den endrede tverrsnittsflate for prøvestykket. Under spenning vil det bli en sammensnøring av prøvestykket, noe som i et vanlig strekk-påkjenningsdia-gram viser seg som en nedsettelse i påkjenning. Når det tas passende hensyn til nedsettelsen i tverrsnittsflate stiger påkjenningen meget raskt, slik som vist stre-ket, til bruddpunktet. Under trykk, vist helt opptrukket, fortsetter påkjenningen å stige med stigende belastning. Påkjenningsver-dien a er den hvor kurven for den faktiske påkjenning for trykk-prøvestykket skjærer ordinaten for E-maks, dvs. den forlengelse hvor strekk-prøvestykket slites av. Den faktiske påkjenning for et prøve-stykke, enten de påkjennes på trykk eller strekk, er den faktiske endring i lengde pr. lengdeenhet av det opprinnelige prøvestykket, dvs. mm/ mm. Den normale forlengelse som måles ved f. eks. strekkprøve består av en forlengelse av den opprinnelige lengde av prøve-stykket og en viss forlengelse av den struk-kete del av denne opprinnelige lengde under prøven. Den faktiske forlengelse av en lengdeenhet av det opprinnelige prøve-stykke er litt mindre enn den målte forlengelse, nemlig med summen av forlengelses-økningene. Den faktiske forlengelse av den opprinnelige lengdeenhet er derfor den naturlige logaritme til den målte forlengelse. Hvis, med andre ord, et prøvestykke er f. eks. 10 cm langt og så settes under påkjenning vil det forlenges og påkjenningen kan være slik at stykket forlenges med to cm slik at lengden skulle antas å bli tolv cm., dvs. ti + to. Under strekkingen eller forlengelsen av den opprinnelige lengde vil imidlertid samtidig de deler som allerede er forlenget bli forlenget, slik at den ende-lige lengde er ti + to + X, slik at den faktiske forlengelse av det opprinnelige stykke er litt mindre enn den målte forlengelse.

Når først den minste stempelbelastning er beregnet slik som angitt, er det ønskelig å innstille angrepshastigheten for stempelet inntil temperaturene i glidepla-nene som frembringes i sin tur kan styres slik at det oppnås øking eller minsking i den grad av bearbeidingshårdhet som det tillates å opptre i metallet. Meget høye an-grepshastigheter vil således gi meget høye temperaturer i glideplanet hvilket vil gi et fullstendig anløpt utpresset arbeidsstykke. Lave hastigheter og temperaturer vil gi en måtelig grad av bearbeidshårdhet. På denne måten kan det oppnås styring av de fysiske egenskaper for den ferdige gjenstand.

Den hastighet med hvilken metallet blir deformert under utpressingen kan be-skrives som hastighetsdeformering i cm. pr. cm pr. sekund og, teoretisk, uten hensyn til den virkelige endring i størrelsen av barren er uttrykket fullstendig riktig. Da det imidlertid til tider er vanskelig å måle de verdier som danner grunnlaget for beregningen av hastighetsdeformeringen, skal det her ikke henvises til graden av deformering pr. lengdeenhet av metallet men til hastigheten for det stempel som deformerer metallet eller, med andre ord, trykkhastigheten, idet det er klart at det er deformeringsgraden for metallet som er kritisk, hvilken uttrykksmåte som enn brukes for den. Det er kjent at den plastiske deformasjonsspenning kan brukes som en egenskap for et metall for lettvint å bestemme stempelhastigheter for utpressing av vedkommende metall.

Det har vist seg at hvis stempelhastigheten i det øyeblikk hvor den barre treffes som skal presses ut er over en kritisk hastighet for vedkommende spesielle metall, og at hvis stempelhastigheten holdes over denne hastighet under hele utpres-singsslaget, kan barren med stort volum presses ut med høye utpressingsforhold i et enkelt stempelslag.

Under innstillingen av stempelhastigheten for utpressing av forskjellige metaller er det selvsagt nødvendig å kjenne noe til metallet og det utpressingsforhold som ønskes. Det har vist seg at de nødvendige egenskaper for metallet kan utledes fra en vanlig kurve mellom faktisk spenning og faktisk påkjenning, en kurve som er til-gjengelig for de fleste metaller. Slike kurver settes opp ved å strekke et prøvestykke med standard strekkgrad inntil det brister og for trykk ved å avsette påkjenningsøkninger som er nødvendige for å frembringe økninger i påkjenning, idet det herunder tas hensyn til endringen i tverrsnittet for prøvestykket på grunn av påkjenningen. I tilfeller hvor det ikke er noen tilgjenge-lig kurve for faktisk spenning — faktisk påkjenning, f. eks. når det utvikles nye legeringer, er det mulig å fremstille slike kurver på velkjent måte. Når først analy-sen er gjort, er det meget lett og enkelt å innstille pressen for arbeide i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse.

Det er kjent at trykket av stempelet ved konstant hastighet er proporsjonalt med en funksjon av utpressingsforholdet, og at et konstant utpressingsforhold er om-vendt proporsjonalt med en funksjon av hastigheten. Y er således omtrent lik fA og omtrent lik

Det antas nå at for ved utregning å kunne bestemme den ønskete minste kri-tiske hastighet for stemplet under pressingen, kan følgende ligning benyttes:

og denne ligning kan med hell benyttes for kold-utpressing av metaller som er istand til plastisk deformering, selv om det i henhold til denne oppfinnelse er å> foretrekke å bruke ligningen bare når det gjelder slike metaller når de er anløpt. I henhold til det annet trekk ved foreliggende oppfinnelse kan følgelig den minste stempelhastighet som er nødvendig for koldutpressing av en metallbarre oppnås ved løsning av ligningen

l hvor Y er det minste belastningstrykk for stempelet pr. flateenhet av dyseflaten.

YP er den plastiske deformasjonsspenning,

e er grunntallet i det naturlige logaritmesystem (2,718),

A er utpressingsforholdet,

hvor a er den faktiske trykk-

spenning i kg/mm<2> ved e maks. fra strekk-prøvestykke.

VI( er den minste stempelhastighet under pressingen.

For å illustrere bruken av ligningen for utregning av den minste stempelhastighet i henhold til oppfinnelsen, nemlig

brukes kurven for faktisk spenning — faktisk påkjenning på følgende måte:

Det er klart at ovenstående og følgende ligninger bare fastslår et ønsket dimen-sjonsløst forhold og for å oppnå en løsning med dimensjoner må tallresultatet multi-pliseres med en faktor som avhenger av det målsystem som brukes, dvs. pund, tommer og sekunder eller gram, centime-ter og sekunder. I første tilfelle er fakto-ren 1 tomme pr. sek. og i annet tilfelle 2,54 cm. pr. sek.

For å oppnå verdien YP er det nød-vendig å forlenge kurven for den faktiske trykkspenning bakover til ordinaten.

Som angitt ovenfor er det, når den minste stempelhastighet skal fastslås ved å løse ligningen, å foretrekke først å fast-slå det minste stempeltrykk som trenges for utpressing, ved å løse ligningen

Det skal nå gis et eksempel på frem-

gangsmåten for å bestemme den ønskete minste stempelhastighet for utpressing av et rør fra en renaluminium-barre, dvs. en barre av 99,6 — 99,8 pst. aluminium.

Det forutsettes at det ønskes å oppnå utpresset rør med en ytre diameter på 18,25 mm fra en barre med en diameter

på 44,45 mm, med en boring på 18,25 mm

og en høyde på 70 mm og at det ønskes å oppnå en 98 pst. nedsettelse av flate-innholdet. Det er klart at før den ligning som er gitt ovenfor kan løses må det først

utføres strekk- og trykk-spennings-prøver med metallet. Slike prøver utført på en barre slik som definert ovenfor gir en spenning a som definert ovenfor med en verdi på 11,81 for dette material og en verdi e maks. ved maksimal strekkspenning på 0,422.

Som angitt ovenfor anvendes først ligningen som gir

Hvis det derfor skal presses ut en ren-aluminiumbarre med de dimensjoner som er gitt ovenfor, og nedsettelsen av flateinn-holdet mellom barren og presstykket er 98 pst., trenges det et minste belastningstrykk på 93 kg/mm<2> på dyseflaten. Da fla-teinnholdet av barren med de dimensjoner som er gitt ovenfor ikke er 1 mm<2> men 13 cm<2>, vil den samlete minste stempelbelastning være 119 tonn.

Nå kan ligningen for den minste stempelhastighet løses

ved å sette inn de verdier som er funnet ovenfor fås

Det er selvsagt klart at YP er den plastiske deformasjonsspenning og dermed en kjent egenskap for metallet, og i det foreliggende eksempel er den 6,3 og C er påkjenning a i kg/mm<2> dividert med YP som er 6,3 kg/mm<2> altså 1,88.

Det vil således ses at for å oppnå utpressing av renaluminium-barren med de dimensjoner som er angitt ovenfor, er det mulig før utpressingen å beregne det minste stempeltrykk og den minste stempel-hastighet( en hastighet som i det eksempel som er gitt er 92,5 mm/sek. Det skal imidlertid bemerkes at de ligninger som er angitt ovenfor gir den nødvendige minste stempelbelastning og den minste stempelhastighet, men under utførelsen av den virkelige utpressing har det vist seg tilrådelig å benytte et trykk som er litt større, f. eks. 5—10 pst. over det minste trykk som er beregnet.

De beste presstykker som oppnås ved hastigheter som er litt større enn den be-regnete VH. Dette skyldes at krystallord-ninger i deler av barren er slik at den beregnede Vu ikke ville være tilstrekkelig. Denne økning av VR sikrer at hele barren blir trykket sammen med en tilfredsstillende hastighet. Store økninger i VK frem-bringer oppvarmningsvirkninger fra dysen, hvorved det fremkommer mangelfulle press-stykker, delvis på grunn av smørings-vanskeligheter. Det har derfor vist seg i praksis at den beregnede minste stempelhastighet kan måtte overskrides med opp til 20—25 pst.

I et annet eksempel skal en barre av magnesium-silicium-aluminium-legering, tilsvarende Britisk Standard H9, presses ut, og dimensjonene av barren er de sam-me som de som er angitt i det foregående eksempel, og også her kreves 98 pst. tverr-snittsnedsettelse. Følgelig er

Ved å benytte ligningen oppnås og dermed den nødvendige minste stempelbelastning = 138,8 tonn For å beregne den minste stempelhastighet brukes igjen ligningen Når det erindres at

, så finnes:

VK = 104,4 mm/sek

Endelig skal det bemerkes at når det ovenfor har vært betraktet utpressing av metall, er det ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse tatt hensyn til de fysiske egenskaper for vedkommende metall og disse egenskaper er angitt i ligningene. Det må derfor tas hensyn

til at disse fysiske egenskaper varierer med

temperaturen for metallet.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved kold-strengpressing av vilkårlige metaller som er istand til å deformeres plastisk, karakterisert ved at det minste stempeltrykk (Y) pr. flateenhet av barren, for å unngå

bearbeidingshårdhet fastlegges på grunn-lag av følgende funksjon av den faktiske trykkspenning (a) for vedkommende metall og av det ønskede utpressingsforhold (A): hvor K er en tall-konstant og e den naturlige lengdeforandring under påkjenning, a er den faktiske trykkspenning i kg/mm<2 >ved e maksimum fra strekk-prøvestykke.

2. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1, karakterisert ved at alt for å oppnå større virkiningsgrad ved utpressingen blir ligningen endret til Y = K a (1 + e)A<0>,<25 >

3. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1 og 2, karakterisert ved at stempelet under hele utpressingen arbeider med en omtrent jevn hastighet, eller en hastighet som varierer direkte med de fysiske egenskaper for barren til enhver tid.

4. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1—3, karakterisert ved at stempelet arbeider med et omtrent jevnt trykk.

5. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1—4, karakterisert ved at den minste stempelhastighet som trenges for utpressingen blir oppnådd ved løsning av ligningen hvor Y = det minste belastningstrykk av stempelet pr. flateenhet av dysen. YP = plastisk deformasjonsspenning e = 2,718 (grunntallet i det naturlige logaritmesystem) A = utpressingsforholdet, iivor a er den faktiske trykk spenning i kg/mm<2> ved e maksimum fra strekk-prøvestykke og VR = den minste stempelhastighet.