NO139724B - Fremgangsmaate og apparat for kontinuerlig ekstrudering av metall - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår forming av metallmaterialer

ved ekstrudering.

Ved vanlig ekstrudering utsettes et arbeidsstykke for trykk

i en beholder, således at arbeidsstykket ekstruderes fra beholderen gjennom en åpning som bestemmer tverrsnittet av det fremstilte produkt. Det nødvendige trykk påføres arbeidsstykket mekanisk, f.eks. ved hjelp av et stempel som påvirker arbeidsstykket i beholderen. Alternativt kan væske settes under trykk mot arbeidsstykket i beholderen, slik som ved hydrostatisk ekstrudering, for å bevirke nevnte utpresning av arbeidsstykket.

Et forhold som utgjør en praktisk begrensning ved utførelse

av en sådan ekstruderingsprosess, særlig når det gjelder metaller, er at det påkrevde trykk for å utføre vedkommende ekstrudering er avhengig av det såkalte ekstruderingsforhold, som er definert som forholdet mellom arbeidsstykkets tverrsnitt og tverrsnittet av det ekstruderte produkt. Selv når det gjelder lett bearbeidbare metaller kan høye ekstruderingsforhold bare oppnås ved anvendelse av upraktisk høye trykk mot arbeidsstykket i beholderen. Tilvirkning av beholdere som kan motstå sådanne høye trykk er vanskelig og kostbart.

Fra US patentskrift nr. 2.845.656 er det imidlertid kjent et apparat for ekstrudering av plastmaterialer, og hvori nevnte beholder er erstattet av en ekstruderingskanal dannet av en nedre bevegelig vegg samt en stillestående øvre vegg og faste sidevegger. Plastmaterial som innføres i kanalen, trekkes

gjennom denne ved friksjonsvedhefting til den nedre vegg,

samt oppsamles under trykk i et kammer. Det trykk som opp-bygges i dette kammer er tilstrekkelig til å tvinge vedkommende plastmaterial gjennom et ekstruderingsmunnstykke i en vegg av kammeret.

Dette apparat er hverkan beregnet eller egnet for ekstrudering av metall, men på den angitte bakgrunn av kjent teknikk er det et formål for oppfinnelsen å angi en fremgangsmåte spesielt for kontinuerlig ekstrudering av metall, og hvorved ovenfor angitte ulemper unngås.

Oppfinnelsen gjelder således en fremgangsmåte for kontinuerlig ekstrudering av metall ved føring av vedkommende metallmaterial inn i den ene ende av en passasje mellom et første veggstykke og et annet veggstykke, idet passasjen ved sin annen ende munner ut i en ekstruderingsdyse, og det annet veggstykke beveges i forhold til det første veggstykke i retning mot ekstruderingsdysen.

Fremgangsmåtens særtrekk i henhold til oppfinnelsen består herunder i at det ved ekstruderingen benyttes et annet veggstykke med vesentlig større veggflater mot nevnte passasje enn det første veggstykkets veggflater mot passasjen, slik at friksjonen på grunn av de bevegelige veggflaters større areal trykker eller skyver metallmaterialet gjennom passasjen og ekstruderingsdysen.

Ved vanlig ekstrudering, bestemmer størrelsen av det arbeidsstykke som kan anbringes i ekstruderingsbeholderen, lengden av det ekstruderte produkt som kan utformes under en enkelt arbeidsoperasjon. Arbeidsstykkets diameter er begrenset av det høyeste ekstruderingsforhold som kan oppnås ved det arbeids-trykk som ekstruderingsbeholderen er beregnet for. Økning av produktets lengde kan derfor bare oppnås ved økning av arbeidsstykkets lengde, hvilket innebærer øket lengde av den ekstruder-ingsbeholder som skal inneholde arbeidsstykket, og dette øker vanskelighetene og omkostningene ved tilvirkningen av sådanne beholdere.

Det er derfor et ytterligere formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en anordning for utførelse av den ovenfor angitte fremgangsmåte, og som er i stand til å motta kontinuerlig materialtilførsel.

Oppfinnelsen gjelder således også en anordning for kontinuerlig ekstrudering av metall ved den fremgangsmåte som er angitt oven-for, og som omfatter et første veggstykke og et annet veggstykke som mellom seg danner en langstrakt passasje, idet nevnte annet veggstykke er anordnet bevegelig i forhold til det første veggstykke i passasjens lengderetning, et stopperstykke anordnet for å rage inn i passasjen og i vesentlig grad blokkere denne, organer som danner minst en ekstruderingsdyse ut fra passasjen i eller ved stopperstykket, samt utstyr for kontinuerlig føring av metallmaterialet som skal ekstruderes inn i passasjen på et sted i avstand fra stopperstykket.

Anordningens særtrekk består herunder i at det annet veggstykkes veggflater mot nevnte passasje er vesentlig større enn det første veggstykkes veggflater mot passasjen, slik at friksjonen på grunn av den bevegelige veggflates større areal trykker

eller skyver metallmaterialet gjennom passasjen og ekstruderingsdysen.

Ved en foretrukket utførelsesform utgjøres det bevegelige annet veggstykke av et dreibart hjul forsynt med et endeløst spor, mens det første veggstykke er en føringssko som kontinuerlig tildekker en del av sporets utstrekning under hjulets dreining, slik at føringsskoen og sporet i det dreibare hjul danner nevnte passasje for det metallmaterial som skal ekstruderes.

Det vil forstås.at det i henhold til oppfinnelsen oppnås en særlig enkel og lite kostnadskrevende anordning for ekstrudering av metall.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ved hjelp av utførelseseksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser' delvis i snitt et ekstruderingsapparat i henhold t^,l oppfinnelsen, sett fra siden, 2 er en uttrukket perspektivskisse av det apparat som er vist i fig. 1. Fig. 3 er en modifikasjon av det arrangement som er vist i fig. 1 og 2, Fig. 4 viser sett fra siden og delvis i snitt, en ytterligere utførelsesform av apparatet i henhold til oppfinnelsen, Fig. 5, 6, 7, 8 og 9 viser i perspektiv detaljer av modifika-sjoner av apparatet i fig. 4, Fig. 10 viser i snitt en detalj ved en tredje utførelsesform av apparatet i henhold til oppfinnelsen, og

Fig. 11 viser et snitt langs linjen XI-XI i fig. 10.

Det ekstruderingsapparat som er vist i fig. 1 og 2, omfatter

et hjul 1 som er dreibart montert på en aksel 2. Hjulet 1 har et periferisk spor 3 med kvadratisk tverrsnitt utformet langs hjulets ytterflate. En føringssko 4 er innpasset tett mot ytterflaten av hjulet 1. Et stopperstykke 5 utformet på undersiden av føringsskoen 4, stikker inn i det periferiske spor 3, og er komplementær i form til sporets tverrsnitt, således at sporet avstenges med glidetilpasning. Stykket 5 er utstyrt med et ekstruderingshull 6. Et kammer 7 som er uformet i et stykke med føringsskoen 4, har en utboring 8, forbundet med det periferiske spor 3 på hjulet 1. En tetningsblokk 9, utformet på undersiden av føringsskoen 4 ved motsatt ende i forhold til stopperstykket 5, stikker inn i og er glidetil-passet det periferiske spor 5 på hjulet 1.

Det material 10 som skal ekstruderes, tilføres under trykk gjennom utboringen 8 i kammeret 7, og fyller den del av sporet 3 som ligger under føringsskoen 4, mellom stykket 5 og tetnings-blokken 9.

Ekstruderingsmaterialet kan presses gjennom kammeret 7 ned i sporet 3 ved hjelp av et stempel som virker i utboringen 8. Etter utpressing av materialet fra kammeret 7, trekkes stemplet tilbake og ytterligere material tilføres kammeret 7, f.eks.

fra en enhet for kontinuerlig støping. Alternativt kan materialet tilføres i pulverform, enten intermitterende ved hjelp av et stempel eller kontinuerlig ved skrue-tilførsel.

Hjulet 1 dreies i urviserens retning, slik som vist ved pilen

11 i fig. 1. Materialet 10 i det periferiske spor 3 under

føringsskoen 4, fremføres i retning fremover mot stopperstykke 5 drevet av friksjonstrekk fra veggene i det periferiske spor 3. Det frembringes derved trykkspenning i nevnte material i sporet 3, således at dette material ekstruderes gjennom åpningen 6 i stykket 5. Dreiningen av hjulet 1 trekker også materialet ved hjelp av en tversgående snitt-virkning i retning bort fra utboringen 8 i kammeret 7, således at en kontinuerlig ekstrudering av materialet kan oppnås. Det material som trekkes ut fra kammeret 7 ved rotasjon av hjulet 1, erstattes ved til-førsel av nytt material til kammeret 7.

Ved tilførsel av material i pulverform, bevirker det trykk som pålegges materialet i sporet 3, sammentrengning av pulver-materialet. Ytterligere sammentrykning av dette material finner sted under ekstruderingen gjennom åpningen 6, således at et kompakt ekstrudert produkt oppnås. Det periferiske spor 3 i hjulet 1 sammen med føringsskoen 4, kan betraktes som en passasje eller kanal med fire vegger. De tre vegger av denne kanal som dannes av sideveggene og bunnflaten i det periferiske spor 3, beveges kontinuerlig mot stopperstykket 5. Den fjerde vegg i kanalen dannes av undersiden av føringsskoen 4, og er stasjonær. Som ovenfor angitt, driver de tre bevegelige vegger av sporet 3 material 10 ved hjelp av friksjonstrekk mot stopperstykket 5. Nevnte material glir herunder langs den fjerde, stasjonære vegg, som dannes av undersiden av føringsskoen 4.

Hvis således friksjonskoeffisienten er den samme for alle fire vegger, vil, idet den stasjonære vegg på undersiden av førings-skoen 4 motvirker og opphever det friksjonstrekk som utøves på materialet av grunnflaten i sporet 3, faktisk friksjonstrekket fra de to sidevegger av sporet være den kraft som fører materialet mot stykket 5. Den resulterende kraft som virker på materialet 10 i retningmot stopperstykket 5, kan således beløpe seg til:

hvor ;

1 = Den lengde av sporet 3 som ligger under føringsskoen 4 og

er fylt med ekstruderingsmaterial,

w = Høyden av sideveggene av det periferiske spor 3,

k = Skjær-styrken av det material som ekstruderes.

Denne kraft på 2«l-w-k må frembringes en belastning på stopp-flaten av stopperstykket 5, av størrelse P-A,

hvor ;

P = Det nødvendige trykk for ekstrudering av materialet

A = Anstøtsflaten på stopperstykket 5, hvilken er lik tverrsnittet av det periferiske spor 3.

Når sporet 3 har kvadratisk tverrsnitt A = w 2 , er derfor PA = Pw 2.

Under ekstruderingsbetingelsene gjelder således:

derfor er:

hvori Y = 2k = flytestyrken for metallmaterialet.

Av dette følger at:

Dette uttrykk muliggjør beregning av de dimensjonelle para-metre for den ovenfor beskrevne- anordning for ekstrudering av et valgt metallmaterial.

Som eksempel skal betraktes ekstrudering av kobber, som kan antas a ha en flytegrense på 460 kg/cm .

Anvendelse av et hjul med et periferisk spor med kvadratisk tverrsnitt og en sidehøyde på 1,27 cm, samt en ekstruderings-åpning 6 i stoppestykket 5 med diameter lik 0,19 cm, vil gi et ekstruderingsforhold på omtrent 55:1, hvilket vil kreve et ekstruderingstrykk på omkring 15750 kg/cm 2.

Man har derfor:

hvilket gir

Hvis det anvendes en føringssko 4 med en lengde på omtrent en fjerdedel av omkretsen av hjulet 1, fastlegger dette den nød-vendige diameter av hjulet til omkring 51 cm.

Fig. 3 viser et annet arrangement for kontinuerlig ekstrudering av en stav. Arrangementet i fig. 3 er av samme art som i fig. 1 og 2, og tilsvarende deler i de to utførelser er forsynt med samme henvisningstall.

I den utførelse som er vist i fig. 3, er kammeret 8 utelatt i føringsstykket 4. En stav 11 av vedkommende metallmaterial tilføres kontinuerlig til det periferiske spor 3 langs omkretsen av hjulet 1. Staven 11 fremføres videre kontinuerlig i sporet 3 under føringsskoen 4 mot et stopperstykke 5, og den fremre ende av staven 11 ekstruderes kontinuerlig gjennom åpningen 6 i stykket 5. I dette tilfelle behøves intet ytre matningstrykk på staven 11, og arrangementet er særskilt hensiktsmessig for ekstrudering av pulverformet material, som kan tilføres sporet 3 ved kontinuerlig stapning eller ved hjelp av en skruetilførsel. En tyngdekraft-tilførsel kan også være tilstrekkelig, skjønt tiltak for å sikre fri. strømning kan være tilrådelig i dette tilfelle. Når en arbeidsoperasjon innledes med ny materialtilførsel, kan det hende at et pulverformet material ikke umiddelbart kan sammenpakkes av de bevegelige flater. Med en passende innledende assistanse vil imidlertid partiklene etter hvert kunne pakkes på en måte som gjør friksjonstrekket effektivt. For en tilførsel av fast material, som f.eks. staven 11, kan det anvendes en valse umiddelbart foran føringsskoen 4, for presning av staven ned i sporet.

Det apparat som er vist i fig. 4, er av samme prinsippielle utførelsesform som angitt i fig. 1 og 2, og atter er tilsvarende deler betegnet med samme henvisningstall. Apparatet i fig. 4 omfatter et hjul 1 som er dreibart montert på en aksel 2. Hjulet 1 er utstyrt med et periferisk spor 3 utfrest rundt hjulets ytre omkrets. To føringssko 4 er passet tett mot omkretsen av hjulet 1. Et stopperstykke 5 er utformet på undersiden av hver føringssko 4 og rager ned i sporet 3 på hjulet 1. En dyse 6 er innpasset i en uttagning 7 foran stykket 5. Dysen 6 står i forbindelse med en utløpspassasje 8, som er

ført radialt gjennom føringsskoen 4. I drift av det apparat som er vist i fig. 4, tilføres en stav 9 kontinuerlig til omkretssporet 3 under hver føringssko 4. Hjulet 1 dreies mot urviseren som vist ved pilen 10. Veggene i omkretssporet 3 utøver et friksjonstrekk på hver av stavene 9 av tilført material. Hver stav 9 trekkes langs sporet 3 under den tilsvarende førings-sko 4 mot stopperstykket 5. Det frembringes således et trykk i stav-materialet 9 inne i det periferiske spor 3 under førings-skoen 4, og forenden av hver stav 9 ekstruderes gjennom dysen 6. Det ekstruderte produkt føres ut radialt gjennom utløps-passasjene 8.

Selv om fig. 4 viser anvendelse av bare to føringssko 4 i samarbeid med hjulet 1, kan naturligvis uten videre også et større antall føringssko 4 anvendes. Tre føringssko 4 kan f.eks. anbringes med 120° mellomrom rundt omkretsen av hjulet.

I et hensiktsmessig anlegg kan det være flere hjul 1 montert

på en felles aksel, og hvert hjul 1 kan være utstyrt med flere føringssko 4. Et arrangement som anvender føringssko med innbyrdes diametral plassering, tjener til utbalansering av de påkjenninger på hjullagrene som bevirkes av de radialt innadrettede krefter som frembringes ved sammentrengning av ekstruderingsmaterialet ved stopperstykket.

Hver føringssko 4 kan være utstyrt med en enkelt dyse 6, slik som vist i fig. 4. Alternativt kan imidlertid også hver føringssko 4 være forsynt med et større antall påmonterte dyser 6. Fig. 5 viser to dyser 6 montert etter hverandre foran stopperstykket 5. Fig. 6 viser fire mindre dyser 6 anordnet i en gruppe foran stykket 5. Dyser med andre tverrsnitts-former enn sirkulære kan også anvendes. I fig. 7 har dysen 6 en åpning med rektangulært tverrsnitt som strekker seg parallelt med anstøtsflaten på stopperstykket 5. I dette arrangement er lengden av åpningen 11 i dysen 5 bestemt av bredden av omkretssporet 3. I fig. 8 har dysen en rektangulær åpning som strekker seg i rett vinkel med anstøtsflaten på stykket 5. Arrangementet i fig. 8 gjør det mulig å anvende en åpning av større lengde enn den som er vist i fig. 7. Fig. 9 viser en korsformet dyse-innsats 6 som muliggjør ekstrudering av et rørformet produkt.

Ved de viste utførelser i fig. 1 og 2 samt i fig. 3 kan stykket 5 være utstyrt med et antall dyseåpninger 6 som kan foreligge i form av innsatser tilpasset til uttagninger i'stopperstykket 5.

Fig. 10 og 11 viser detaljer ved et ekstruderingsapparat, som også omfatter et hjul med et periferisk spor 3 rundt sin ytre omkrets. En føringssko 4 er passet tett mot omkretsen av hjulet 1. Et stopperstykke 5 er utformet på undersiden av føringsskoen 4 og ført inn i omkretssporet 3 på hjulet 1. En radial utboring 12 i føringsskoen 4 foran stykket 5, omslutter et dreibart verktøystykke 13. Undersiden 14 av verktøy-stykket 13 har en tann-formet utstikker 15, og en dyseinnsates 16 er innpasset i flaten 14 på verktøystykket 13. Et førings-stykke 17 med en kileformet basis 18 og utstyrt med en sylindrisk knast 19, er passet inn i sporet 3 på hjulet 1, foran stopperstykket 5.

Ved drift av apparatet i fig. 10 og 11, dreies hjulet 1 mot urviserens retning i forhold til sko-stykket 5, slik som vist ved pilen 20 i fig. 10. Veggene i sporet 3 på hjulet 1 utøver et friksjonstrekk på det tilførte material 21 i sporet 3. Dreiningen av hjulet 1 fører således dette material mot stopperstykke 5 på føringsskoen 4, mens føringsstykket 17 fordeler materialet 21 i området ved undersiden 14 av det dreibare verk-tøystykke 13. Almene trykkspeninger frembringes herunder i materialet 21 i sporet 3 på hjulet 1, under verktøystykket 13.

Dreiningen av verktøystykket 13 i retning av pilen 22 i fig.11, driver utstikkeren 15 gjennom materialet 21 i sporet 3 under verktøystykket 13. Materialet 21 foran utstikkeren 15 utsettes for en ytterligere trykkpåkjenning, som i kombinasjon med de almene trykkspenninger som virker i materialet 21, bevirker ekstrudering gjennom dyse-innsatsen 16.

For alle utførelser gjelder at pasningen at stopperstykke i sporet 3 ikke nødvendigvis er kritisk. Noe material kan således ekstruderes som "flak" gjennom eventuelle klaringer, men da sådanne flak hovedsakelig vil bestå av ytterskiktet av fremført fast metallmaterial, kan fraskillelse av denne ytter-hud fra det frembragte produkt til og med være fordelaktig, særlig hvis det tilførte material har overflate-urenheter.

Det vil videre forstås at sporets form ikke nødvendigvis må være kvadratisk eller rektangulær, idet sideveggene i stedet for å være parallelle kan danne innbyrdes vinkler og avgrense f.eks. et V-formet spor.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig ekstrudering av metall ved føring av vedkommende metallmaterial inn i den ene ende av en passasje mellom et første veggstykke (4) og et annet veggstykke (1), idet passasjen ved sin annen ende munner ut i en ekstruderingsdyse (6), og det annet veggstykke beveges i forhold til det første veggstykke i retning mot ekstruderingsdysen, karakterisert ved at det ved ekstruderingen benyttes et annet veggstykke (1) med vesentlig større veggflater mot nevnte passasje enn det første veggstykkes (4) veggflater mot passasjen, slik at friksjonen på grunn av de bevegelige veggflåters (1) større areal trykker eller skyver metallmaterialet gjennom passasjen og ekstruderingsdysen (6).

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det som annet veggstykke benyttes et dreibart hjul (1) forsynt med et endeløst spor og som første veggstykke en føringssko (4) anordnet for kontinuerlig tildekning av en del av sporet under hjulets dreining, således at nevnte passasje dannes mellom nevnte endeløse spor • (3) og nevnte føringssko.

3. Anordning for kontinuerlig ekstrudering av metall ved den fremgangsmåte som er angitt i krav 1, og som omfatter et første veggstykke (4) og et annet veggstykke (1) som mellom seg danner en langstrakt passasje, idet nevnte annet veggstykke (1) er anordnet bevegelig i forhold til det første veggstykke (4) i passasjens lengderetning, et stopperstykke (5) anordnet for å rage inn i passasjen og i vesentlig grad blokkere denne, organer som danner minst en ekstruderingsdyse (6) ut fra passasjen i eller ved stopperstykket, samt utstyr for kontinuerlig føring av metallmaterialer som skal ekstruderes inn i passasjen på et sted i avstand fra stopperstykket (5), karakterisert ved at det annet veggstykkes (1) veggflater mot nevnte passasje er vesentlig større enn det første veggstykkes (4) veggflater mot passasjen, slik at friksjonen på grunn av den bevegelige veggflates større areal trykker eller skyver metallmaterialet gjennom passasjen og ekstruderingsdysen (6).

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at det bevegelige annet veggstykke er et dreibart hjul (1) forsynt med et endeløst spor (3), mens det første veggstykke er en føringssko (4) som kontinuerlig tildekker en del av sporets utstrekning under hjulets dreining, slik at føringsskoen (4) og sporet (3) i det dreibare hjul (1) danner nevnte passasje for det metallmaterial som skal ekstruderes.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at sporet (3) har uforandret tverrsnittsform langs hele sin lengde og er dannet av en om-dreiningsflate rundt hjulets akse (2).

6. Anordning som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at sporet (3) er utformet i hjulets ytre omkrets.

7. Anordning som angitt i krav 3-6, karakterisert ved at passasjen har uforandret tverrsnittsform langs hele sin lengde.

8. Anordning som angitt i krav 3-7, karakterisert ved at ekstruderingsdysen omfatter en eller flere dyseåpninger (6) i stopperstykket (5).

9. Anordning som angitt i krav 3-7, karakterisert ved at nevnte stopperstykke (5) er kompakt og ekstruderingsdysen (6) omfatter en eller flere dyseåpninger, i nærheten av stopperstykket i det vegg-stykket (4) som stopperstykket er festet til eller rager ut fra.

10. Anordning som angitt i krav 8 eller 9, karakterisert ved at dyseåpningene er ut formet i innsatsstykker (6) innpasset i uttagninger i den del (4, 5, 13) dyseåpningene skal anordnes i .

11. Anordning som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert véd at flere føringssko (4) samarbeider med sporet (3) med innbyrdes mellomrom.

12. Anordning som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at de organer som danner ekstruderingsdysen omfatter et verktøystykke (13) med en metall-bearbeidingsflate anordnet for påvirkning av materialet i sporet (3) på hjulet (1) i området nærmest stopperstykket (5), samt utstyr for bevegelse av nevnte verktøystykke i en sluttet cyklisk bane slik at materialet (21) i sporet (3) nærmest stopperstykket utsettes for ytterligere trykkspenninger fra verktøy-stykkets bearbeidingsflate, hvorved vedkommende material ekstruderes gjennom ekstruderingsdysen (6) under innflytelse av nevnte ytterligere trykkspenninger i kombinasjon med de hovedtrykkspenninger som dannes i materialet inne i sporet som følge av rotasjon av hjulet (1).

13. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert ved at verktøystykket (13) er dreibart anordnet og metallbearbeidingsflaten er utformet som en tannformet del (15) som rager ut fra verktøystykket mens organer er anordnet for dreining av verktøystykket om sin akse vinkelrett på verktøystykkets endeflate, som er forsynt med den tannformede del.

14. Anordning som angitt i krav 13, karakterisert ved at et føringstykke (17) er anordnet inntil stopperstykket (5) samt forsynt med en kileformet basisdel (18), som smalner av i retning bort fra stopperstykket og oppviser et oppoverragende nav hvis endeflate ligger sentralt an mot endeflaten på verktøystykket (13).