NO322763B1 - Ekstruderingsdyse - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ekstruderingsdyse som omfatter et dyselegeme hvori det er utformet et dyseforrom som avgrenser en hanndel som rager inn i en hunndel, hvor en forkant på dyseformrommet dannet av hanndelen og en forkant på en motstående del av dyseformrommet dannet av hunndelen er ute av flukt med hverandre når dysen ikke er i bruk, idet forkanten på den del av dyseformrommet som er dannet av hanndelen er atskilt i ekstruderingsretningen fra forkanten av den del av dyseformrommet som er dannet av hunndelen med en avstand som ikke er jevn rundt dyseformrommet, hvor atskillelsen er slik at avbøyning av hanndelen i bruk bringer forkantene stort sett i flukt med hverandre. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte til fremstilling av dysen.

WO 9965622 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av en ekstruderingsdyse og selve ekstruderingsdysen, som brukes for fremstilling av langstrakte profiler laget av for eksempel aluminium.

Ved ekstrudering av aluminium er det viktig å sikre at aluminiumens bevegelses-hastighet gjennom ekstruderingsdysen er jevn gjennom dysen. Dette har vært oppnådd tidligere ved anvendelse av en dyse som har et dyseformrom med begrenset bærelengde, og ved å variere bærelengden gjennom dysen. Det har imidlertid vist seg at det ekstruderte produkt av og til inneholder overflatedefekter som skyldes inngrepet mellom bærerflaten og aluminiumen som ekstruderes. Istedenfor å anordne bærerflaten nedstrøms for innløpet til dyseformrommet er det kjent å anvende en dyse som har en såkalt nullbæring og å anordne et kammer oppstrøms for dyseformrommet med varierende bærelengde for å regulere ekstruderingshastigheten gjennom dysen. Selv om betegnelsen nullbæring antyder at dyseformrommet har null bærelengde, har i praksis dyseformrommet en begrenset, men meget liten bærelengde.

Et annet problem man har støtt på ved ekstrudering av aluminium er at når ekstruderingen for eksempel er av et kanalsegment er kanalens sider tilbøyelige til å bøyes utover slik at dersom dysen er formet med et dyseformrom hvor de deler som danner sidene i kanalen er parallell med hverandre, kan sidene i en gjenstand som ekstruderes ved anvendelse av dysen bli bøyd utover istedenfor å være parallell med hverandre. For å korrigere slik utoverbøyning er det kjent å anordne et forkammer oppstrøms for dyseformrommet, hvorved forkammeret har større bredde enn delen av dyseformrommet umiddelbart opptil det. Forkammeret er forskjøvet sideveis i forhold til dyseformrommet. En slik teknikk resulterer i at en sidebelastning utøves på metallet som ekstruderes. Selv om forskyvning av forkammeret sideveis fra dyseformrommet kan korrigere utoverbøyning i noen tilfeller er det av begrenset anvendelse og vil kanskje ikke være i stand til å utøve en tilstrekkelig kraft for å korrigere utoverbøyning i for eksempel ekstrudater med forholdsvis liten vegg-tykkelse. Lignende problemer erfares når hule gjenstander ekstruderes under anvendelse av en dyse som omfatter en hanndel og en hunndel.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det frembrakt en ekstruderingsdyse som omfatter et dyselegeme hvori det er utformet et dyseformrom og hvor dyselegemet avgrenser en hanndel som rager inn i en hunndel, idet forkanten på den del av dyseformrommet som er avgrenset av hanndelen og forkanten på den del av formrommet som er avgrenset av hunndelen ikke er i samme plan når dysen ikke er i bruk.

Det har i tidligere arrangementer vist seg at størrelsen på belastningen som utøves på metallet som ekstruderes og følgelig på dysen er tilstrekkelig til å forårsake at hanndelen avbøyes i forhold til hunndelen. Dersom dysen er en nullbærende dyse resulterer slik avbøyning det at dyseformrommets forkanter atskilles i ekstruderingsretningen. Slik atskillelse resulterer i at metallet som ekstruderes gjennomgår sidebelastninger og kan resultere i utoverbøyning slik som beskrevet ovenfor. Ved å utforme dysen slik at forkantene i hvilestilling ikke er i samme plan kan denne effekt reduseres på grunn av at dysen kan arrangeres slik at forkantene blir i samme plan eller stort sett samme plan når avbøyning forekommer i bruk. Selv om det er bekvemmelig at forkantene kommer i samme plan oppnås fordelene med oppfinnelsen også dersom gjennom hele dysen forkantene på en del på den ene side av formrommet flukter med delen av det på den annen side av formrommet. Man skal merke seg at generelt avbøyes både hanndelen og hunndelen og at det er den relative avbøyning mellom disse partier oppfinnelsen er ment å kompensere.

Selv om det i beskrivelsen henvises til avbøyning vil det forstås at det også foregår litt komprimering av materialet i dysen som et resultat av påtrykking av belastninger på dette i bruk og at oppfinnelsen også kan benyttes for å overvinne ulemper forbundet med skjev innstilling av flater, forårsaket, i bruk, av slik komprimering.

Ovennevnte formål og andre formål løses ved å tilveiebringe en ekstruderingsdyse ifølge ingressen i krav 1, som er kjennetegnet ved at en fordypning med ujevn dybde er anordnet på dysen, og at i det minste en del av minst én av forkantene befinner seg i krysningen mellom dyseformrommet og fordypningen.

Alternative utførelser av ekstruderingsdysen ifølge krav 1 er beskrevet i de etter-følgende krav 2-4.

Dyseformrommet er fortrinnsvis formet slik at dets bredde øker fra et minimum opptil dets forkanter. Et slikt arrangement benevnes heretter en nullbærende dyse.

Oppfinnelsen er særlig fordelaktig for nullbærende dyser idet en relativ liten grad avbøyning forårsaker total skjev innstilling av bæreflatene i slike dyser. I dyser av ikke-nulltype er det selv om avbøyning har inntruffet sannsynlig at en del av hver bæreflate vil bli værende i flukt med en del av den motstående bæreflate.

Dyseformrommet kan utformes slik at det avgrenses hann- og hunndeler hvor hanndelen har form av en tungedel. I et slikt arrangement anvendes dysen for å danne en ekstrudert gjenstand som omfatter minst én langstrakt kanal med vilkårlig tverrsnittsform.

Dyseformrommet kan utformes slik at det avgrenses minst én ytterligere tungedel.

Dyselegemet kan være utstyrt med minst ett ytterligere dyseformrom.

Dyselegemet kan ha en stort sett plan fremside hvori det er utformet et spor mens dyseformrommets forkanter befinner seg i krysningen mellom dyseformrommet og sporet, hvorved sporet har ujevn dybde.

Alternativt kan dyselegemet har en ikke-plan fremside hvor fremsiden er blitt maskinbearbeidet til å avgrense dyseformrommets forkanter.

Et forkommer kan være anordnet oppstrøms for dyseformrommet, hvorved forkammeret er formet for å oppnå en jevn ekstruderingshastighet gjennom dysen. Forkammeret kan ha ujevn dybde og derved ujevn bærelengde og/eller har ujevn bredde.

I et alternativt arrangement kan dysen være utformet til å produsere en ekstrudert gjenstand med hul form, hvorved hanndelen rager inn i en åpning som er utformet i hunndelen.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte til fremstilling av en ekstruderingsdyse, kjennetegnet ved beregning av den sannsynlige avbøyning av dysens hanndel i bruk, og forming av en fordypning rundt i det minste én del av dysens formrom, hvorved fordypningens dybde er ujevn og formet slik at, i bruk, forkanten av en del av dyseformrommet mot den ene side av formrommet flukter med forkanten på den motstående side av formrommet.

Alternative utførelser av fremgangsmåten ifølge krav 5 er beskrevet i de selvstendige krav 6-7.

Fordypningen utformes hensiktsmessig ved anvendelse av en slipeoperasjon, men det vil forstås at andre teknikker vil kunne benyttes.

Trinnet med å beregne den sannsynlige avbøyning oppnås hensiktsmessig under anvendelse av en begrenset elementanalyseteknikk.

Oppfinnelsen vil ytterligere bli beskrevet i det etterfølgende ved hjelp av eksempler og under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser et snitt gjennom en ekstrudert aluminiumsgjenstand.

Fig. 2 viser en del av et riss av en dyse anvendt ved ekstruderingen av gjenstanden i fig. 1.

Fig. 3 viser en forstørrelse av en del av fig. 2.

Fig. 4 viser et skjematisk snitt etter linjen 4-4 i fig. 3.

Fig. 5 viser et tilsvarende riss som fig. 4 av en alternativ utførelsesform.

Fig. 6 viser et tilsvarende riss som fig. 2 av en alternativ dyse.

Fig. 7 viser et skjematisk riss av ett av dyseformrommene i dysen i fig. 6.

Fig. 8 viser et skjematisk riss etter linjen 8-8 i fig. 7.

Fig. 9 viser et tilsvarende riss som fig. 6 av en ytterligere alternativ dyse.

Fig. 10 viser et skjematisk riss av en alternativ dyse.

Fig. 11 viser et planriss av dysen i fig. 10.

Fig. 12 viser et skjematisk riss som viser en del av en fremgangsmåte for anvendelse ved fremstilling av dysene i fig. 1-11.

Under henvisning til fig. 1-4 viser fig. 1 en ekstrudert aluminiumgjenstand 10 med forholdsvis komplisert form. Gjenstanden 10 omfatter atskillige områder som kan betraktes som kanalformede områder 12 som omfatter ben 14 som er stort sett parallell med hverandre. Parene av ben 14 som danner atskillige av de kanalformede områder 12 som vist i fig. 1 er angitt med henvisningstall 14a, 14b og 14c på tegningen.

Fig. 2 viser en del av dyselegemet 16 av en ekstrudeirngsdyse for anvendelse i fremstillingen av gjenstanden 10. Dyselegemet 16 er utstyrt med åpninger som avgrenser et par dyseformrom 18 hvor hvert dyseformrom 18 er utformet for anvendelse ved fremstillingen av gjenstanden 10. Fig. 3 viser et av dyseformrommene 18 mer detaljert.

Som vist i fig. 3 omfatter hvert dyseformrom 18 en åpning som er utformet til generelt å stemme overens med tverrsnittsformen på gjenstanden 10 som skal ekstruderes. Formrommets 18 bredde øker fra et minimum ved formrommets 18 forkanter 18a, 18b (se fig. 4), slik at dysen således er av nullbærende type.

Dyselegemets 16 fremside er av stort sett plan form og er utstyrt med en fordypning 20 som flukter med og som har samme generelle form som formrommet 18, men har større bredde. En ytterligere fordypning 22 (se fig. 4) er utformet i bunnen av fordypningen 20, hvorved fordypningen 22 har samme generelle form som formrommet 18, men har større bredde. Som vist i fig. 4 er dyseformrommets 18 forkanter 18a, 18b dannet i krysningen mellom dyseformrommet 18 og fordypningen 22.

Slik det er best vist i fig. 3 har den del av dyselegemet 16 som befinner seg mellom de deler av dyseformrommet 18 som i bruk danner hvert par ben 14 form av en tungedel 24 som er opptatt i en tilsvarende formet hunndel 26 i dyselegemet 16.1 bruk er utøvelse av en belastning på materialet som ekstruderes tilbøyelig til å forårsake at tungedelene 24 avbøyes i forhold til hunndelene 26. For å redusere risikoen for slik avbøyning, som forårsaker at benene 14 i gjenstanden 10 bøyes utover, eller for å redusere graden de blir bøyd utover, fremstilles dysen på slik måte at, når dysen ikke er i bruk, befinner dyseformrommets 18 forkant av 18a, dannet av deler av tungedelene 24, seg ikke i samme plan som de som er dannet av delene av hunndelene 26, men befinner seg heller slik at avbøyningen av tungedelene 24 (til den stilling som er vist med stiplete linjer i fig. 4) bringer forkantene 18a som er knyttet til disse nærmere planet som inneholder forkantene 18b som er knyttet til hunndelenes 26, og fortrinnsvis inn i samme plan. Ved å sikre at forkantene 18a, 18b befinner seg i stort sett samme plan i bruk kan utøvelsen av sidebelastninger på materialet som ekstruderes, og derved utoverbøyning av benene 14, reduseres.

I utførelsesformen i fig. 1-4 har fordypningen 22 ikke jevn dybde, men inneholder som vist i fig. 4 områder 22a på den ene side av dyseformrommet 18 med forholdsvis liten dybde og områder 22b på den annen side av dyseformrommet 18 med større dybde. Områdene 22a er anordnet på tungedelene 24, og områdenes 22a, 22b dybder velges for å sikre at når tungedelene 24 inntar sine avbøyde stillinger i bruk, er forkantene 18a, 18b, stort sett i samme plan.

Dersom det er ønskelig kan fordypningen 22 være forskjøvet sideveis fra dyseformrommets 18 åpning i noen deler av dysen, hvor en slik sideveis forskyvning også resulterer i at sidebelastninger utøves mot metallet som ekstruderes for å korrigere for utoverbøyning av benene 14 på den konvensjonelle måte. Denne teknikk kan for eksempel benyttes når graden av utoverbøyning av benene 14 er relativt liten og kan korrigeres relativt lettvint under anvendelse.av denne teknikk eller hvor anvendelsen av å utstyre deler av fordypningen 22 med forskjellige dybde ikke er praktisk eller ikke er praktisk for å korrigere utoverbøyning fullstendig med denne teknikk.

Selv om som beskrevet ovenfor dyseformrommets forkanter blir liggende i samme plan eller stort sett samme plan i bruk behøver ikke dette å være tilfellet. For å oppnå fordelen med oppfinnelsen er alt som kreves at i bruk flukter eller flukter stort sett forkantene på motstående sider av dyseformrommet med hverandre. Planet hvor forkantene på en del av dysen flukter behøver ikke være den samme som den hvor forkantene på andre deler av dyseformrommet flukter.

Fig. 5 viser et alternative til arrangementet i fig. 1-4.1 arrangementet i fig. 5 har istedenfor å anvende fordypningen 22 for å sørge for at forkantene 18a, 18b ikke er i et felles plan dyselegemet 16 fremside ikke plan form, men heller formet slik at for eksempel fremsiden på de deler av dyselegemet 16 som danner tungedelene 24 løftet i forhold til dé deler som danner hunndelene 26.

Det vil forstås at i begge arrangementene som er beskrevet ovenfor varierer atskillelsen av de to forkanter 18a, 18b i ekstruderingsretningen jevnt og kontinuerlig over dysens flate, for eksempel fra et maksimum ved tuppene av tungedelene 24 til et minimum ved endene borte fra disse.

Selv om fordypningen 22 i arrangementene som er beskrevet ovenfor har flat bunnform vil den dersom det er ønskelig kunne ha vinklet form. Et strømnings-reguleringsforkommer med varierende bærelengde eller form kan være anordnet oppstrøms for dyseformrommet om ønskelig, for å sikre at ekstruderingshastigheten henover dysen er stort sett jevn. Alternativt kan det anordnes en bæreflate med varierende bærelengde nedstrøms for dyseformrommets forkanter 18a, 18b for å oppnå denne effekt. Det vil videre forstås, selv om tungedelene 24 i beskrivelsen ovenfor har en form med parallelle sider, vil dette ikke være nødvendig og at oppfinnelsen kan anvendes for dyser som har tungedeler av vilkårlig form, for eksempel krummet form eller V-formet tverrsnitt. Atskillige V-formede tungedeler er vist i fig. 3 og angitt med henvisningstall 28.

Strekningene tungedelene avbøyes, og følgelig strekningene dyseformrommets forkanter skal avbøyes i hvilestilling er meget små. Fig. 6 viser.en jdyse hvori det er utformet fire dyseformrom 18 som hvert omfatter atskillige tungedeler 24 og tilsvarende hunndeler 26. Fig. 7 viser et riss I forstørret skala ett av formrommene 18 som er vist I fig. 6.1 fig. 7 er det skraverte område dyseformrommet 18. En fordypning 22 er utformet rundt en del av dyseformrommet 18 med det resultat at forkantene 18a på de deler av formrommet som dannes av tungedelene 24 ligger i ett plan og forkantene 18b som er dannet av hunndelene 26 ligger utenfor dette plan. Fordypningen 22 er bare utformet på hunndelene 26 og har ikke jevn dybde. Fordypningens 22 dybde på forskjellige steder er markert på tegningen. Videre har fordypningen 22 ikke-flat bunnform, men har snarere en vinklet form som vist i fig. 8.

Fig. 9 viser en dyse til fremstilling av en gjenstand med et alternativt tverrsnitt, hvor dysen omfatter to dyseformrom. Belastningen som erfares av dyselegemet er ikke jevn, men varierer snarere avhengig av avstanden fra dyselegemets kant. Som et resultat vil en tungedel som befinner seg nær sentrum av dysen avbøyes i en grad som er forskjellig fra en tilsvarende tungedel som befinner seg nær dyselegemets kant. Atskillelsen av dyseformrommenes forkanter bør i hvilestilling modifiseres tilsvarende, og fig. 9 indikerer atskillelsen av forkantene 18a, 18b på forskjellige punkter rundt de to dyseformrom 18 i hvilestilling.

Ved sammenligning av fig. 9 og fig. 2 vil det forstås at i fig. 9 er de to formrom like hverandre mens de i fig. 2 er speilbilder av hverandre. Det er fordelaktig å fremstille like ekstrudater idet alle behandlingsprosesser som utføres umiddelbart etter ekstrudering kan forenkles. Teknikken ifølge den foreliggende oppfinnelse muliggjør dyser som inneholder atskillige formrom anordnet for å fremstille like ekstrudater relativt enkelt. I fig. 9 er kamrene 22 dimensjonert for å sikre at de riktige mengder metall som skal ekstruderes tilføres til de to dyseformrom 18.

Arrangementet som er vist i fig. 10 og 11 avviker fra de som er beskrevet og vist

ovenfor ved at det er beregnet for anvendelse ved ekstruderingen av hule gjen-

stander. Dysen omfatter en hunndel 30 som avgrenser et antall åpninger. Hver åpning opptar en hanndel 32. Hann- og hunndelene 30, 32 avgrenser mellom seg dyseformrom 18. Hvert dyseformrom 18 er av nullbærende form og er utstyrt med forkanter 18a dannet av hann- og hunndelene 30, 32. Hanndelen 32 vil i bruk avbøyes i forhold til hunndelen 30, slik som beskrevet ovenfor. Slik avbøyning vil i et typisk arrangement resultere i at forkantene 18a, 18b får skjev innstilling. Ifølge oppfinnelsen er dysen utformet slik at forkantene 18a som er dannet av hunndelen 32, i hvilestilling er atskilt fra de som er dannet av hunndelen 30 i ekstruderingsretningen og slik at avbøyningen i bruk av hunndelen 32 resulterer i atskillelse av forkantene 18a, 18b reduseres og reduserer derved tendensen hos et ekstrudat med sirkelrundt tverrsnitt til å bli elliptisk. Fortrinnsvis reduseres atskillelsen av forkantene 18a, 18b til null i ekstruderingsretningen, i bruk, men redusering av atskillelsen til en meget liten grad kan i noen tilfeller være akseptabelt.

For å fremstille en ekstruderingsdyse ifølge den foreliggende oppfinnelse er det nødvendig å bestemme hvor mye hver del i dysen vil avbøyes i bruk. Etter at avbøy-ningen er bestemt, kan dysen utformes for å sikre at i dens avbøyde tilstand i bruk, flukter eller flukter stort sett forkanten på den ene side av dyseformrommet med forkantene på den motstående side av formrommet for alle deler av dysen. Bestemmelsen av hvor mye avbøyning som vil opptre kan oppnås ved å benytte en rekke teknikker. For eksempel vil en fagmann være i stand til, ut fra sin egen kunnskap og med en fornuftig grad av nøyaktighet, å bestemme hvor mye avbøyning som er sannsynlig. I en alternativ teknikk kan en datamaskinmodell benyttes for å bestemme kreftene som det er sannsynlig at dysens deler vil erfare, og følgelig den sannsynlige avbøyning av disse deler. Modellen benytter hensiktsmessig en begrenset elementanalysetilnærming. Ifølge en annen teknikk kan det mot en dyse, som har et formrom og andre karakteristika som tilsvarer dysen som skal fremstilles, utøves en belastning og avbøyningen av dens deler måles.

Etter at den sannsynlige avbøyning er blitt bestemt dannes det fordypninger rundt dyreformrommet, fordypningene formes, og særlig fordypningenes dybde kontrolleres for å sikre at det i den avbøyde tilstand foreligger skikkelig flukting av forkantene. Dannelsen av fordypningene oppnås hensiktsmessig ved en slipeteknikk. Fig. 12 viser et slipehjul 40 med en slipeflate 42 med form som en avstumpet kjegle. Slipehjulet 40 er montert for rotasjon om en akse som danner en vinkel med den beregnede ekstruderingsretning for å utforme en fordypning hvis bunn danner en vinkel på 10° med dysens fremside. Hjulet 40 har hensiktsmessig en diameter på ca. 15 mm.

For å bedre dysens slitestyrke foretas det fortrinnsvis også en nitrideringsprosess.

Selv om det som beskrevet ovenfor kan benyttes en slipeteknikk for å danne fordypningen kan om ønskelig andre teknikker benyttes.

Claims (7)

1. Ekstruderingsdyse som omfatter et dyselegeme hvori det er utformet et dyseforrom (18) som avgrenser en hanndel som rager inn i en hunndel, hvor en forkant (18a) på dyseformrommet (18) dannet av hanndelen og en forkant (18b) på en motstående del av dyseformrommet (18) dannet av hunndelen er ute av flukt med hverandre når dysen ikke er i bruk, idet forkanten (18a) på den del av dyseformrommet (18) som er dannet av hanndelen er atskilt i ekstruderingsretningen fra forkanten (18b) av den del av dyseformrommet (18) som er dannet av hunndelen med en avstand som ikke er jevn rundt dyseformrommet (18), hvor atskillelsen er slik at avbøyning av hanndelen i bruk bringer forkantene (18a, 18b) stort sett i flukt med hverandre, karakterisert ved at en fordypning (22) med ujevn dybde er anordnet på dysen, og at i det minste en del av minst én av forkantene (18a, 18b) befinner seg i krysningen mellom dyseformrommet (18) og fordypningen (22).

2. Dyse i samsvar med krav 1, karakterisert ved at dyseformrommet (18) har nullbærende form.

3. Dyse i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at hann- og hunndelene samvirker til dannelse, i bruk, av en ekstrudering som har minst ett kanalformet område.

4. Dyse i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at hann- og hunndelene samvirker for i bruk å fremstille en ekstrudering som omfatter minst ett hult.område.

5. Fremgangsmåte til fremstilling av en ekstruderingsdyse, karakterisert ved bestemmelse av hvor mye i det minste én del av dysen vil avbøyes i bruk, og utforming av en fordypning (22) rundt i det minste én del av dysens formrom (18), hvorved fordypningens (22) dybde er ujevn og formet slik at fordypningen (22) blir valgt for å sikre at forkanten (18a) av en del av en side av dyseformrommet (18), ved bruk, stort sett flukter med forkanten på den motstående side av dyseformrommet (18).

6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5, karakterisert ved at fordypningen (22) utformes under anvendelse av en slipeteknikk.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5, karakterisert ved at avbøyningen bestemmes under anvendelse av en begrenset elementanalyseteknikk.