DE102004005879A1

DE102004005879A1 - Ring die support structure for extrusion press has metal ring surrounding ceramic die and has support rings above and below die to relieve die of tensional stresses

Info

Publication number: DE102004005879A1
Application number: DE200410005879
Authority: DE
Inventors: Aribert Prof. Dr.-Ing. Schwager; Klaus Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. Siegert; Alexander Dr.-Ing. Felde
Original assignee: Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH
Current assignee: Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-06
Also published as: DE102004005879B4

Abstract

The workpiece (1) is forced through a ceramic die (2) with shoulders which forces a reduction in the cross-section of the workpiece. The die is subjected to an outward bursting force which may be resisted by a metal preloading ring (11) surrounding the die. The die presses down on a base ring (10) resting on a loading ring (3). The loading ring fits in a housing (8). A reinforcement ring (7) fills the annular space between the metal preloading ring and the inside diameter of the housing. The housing has a shoulder (8.1) at the top engaging a spring washer (T) pressing on a flange (6.1) on a reinforcement ring (6) with a tapered bore, holding a tapered reinforcement ring (5) holding a guide ring (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug unter Verwendung einer Matrize, insbesondere ein Fließpresswerkzeug, nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs,. welches insbesondere zum Voll- Vorwärts- Fließpressen eingesetzt wird.The Invention relates to a tool using a die, in particular an extrusion tool, according to the preamble of the first claim. which in particular to full forward extrusion is used.

Es sind bereits zahlreiche Lösungen für Umformwerkzeuge bekannt, bei welchen die Matrize aus Keramik gefertigt wird ( US 682,360 ; JP 04200311 ; G. Schwier:, Draht 4/99, Drahtumformung mit Kernen aus Hochleistungskeramik; W. Nester, Beanspruchung von Napf- Rückwärts-Fließpressmatrizen mit Keramik infolge mechanischer Belastung, Diss. Institut für Umformtechnik, Universität Stuttgart, Springer Verlag, 1986).Numerous solutions for forming tools are already known in which the die is made of ceramic ( US 682,360 ; JP 04200311 ; G. Schwier :, wire 4/99, wire forming with high-performance ceramic cores; W. Nester, Stressing Cup-Backward Extrusion Die Matrices with Ceramic Due to Mechanical Stress, Diss. Institute for Forming Technology, University of Stuttgart, Springer Verlag, 1986).

Nachteilig bei der Verwendung von Keramik ist dabei, daß dieser sehr spröde Werkstoff durch, beim Umformvorgang an der Innenwand der Matrize, auftretende Zugspannungen versagt. Dabei ist es bereits bekannt, tangentiale und radiale Zugspannungen durch ein Mehrringsystem aufzunehmen. Die axialen Zugspannungen sollen dadurch kompensiert werden, dass der Ring durch axiale Druckspannungen vorgespannt wird. Die bekannten Lösungen gleichen jedoch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen bei der thermischen- und Spannungsbeanspruchung oder eventuelle Setzerscheinungen der Verschraubungen nur ungenügend aus. Ein Fliespresswerkzeug mit einer Matrize (Einsatz) aus Keramik wird in DE 100 54 232 A1 beschrieben. Dabei besitzt die Matrize an ihrer Innenkontur beispielsweise eine Querschnittsverringerung mit einer Fließschulter. Auf die Matrize wird eine axiale Vorspannung (Einsatz) durch eine Tellerfeder aufgebracht. Die Tellerfeder liegt dabei einerseits mit ihrem Außendurchmesser radial an einer, die Matrize umgebenden, Armierung und andererseits an ihrem Innendurchmesser an der Stirnfläche der Matrize an. Die Anschlagfläche, an welcher die Matrize mit ihrer, der Tellerfeder gegenüberliegenden, Stirnfläche anliegt, ist an einem Druckstück ausgebildet. Diese Lösung ist ebenfalls zu aufwendig.A disadvantage of the use of ceramic is that this very brittle material fails by, during the forming process on the inner wall of the die, tensile stresses occurring. It is already known to include tangential and radial tensile stresses by a multi-ring system. The axial tensile stresses should be compensated by the fact that the ring is biased by axial compressive stresses. However, the known solutions are insufficient to compensate for the different thermal expansions in the thermal and stress stress or possible settling of the fittings. A tile press tool with a ceramic insert (insert) is in DE 100 54 232 A1 described. In this case, the die has on its inner contour, for example, a reduction in cross-section with a flow shoulder. An axial preload (insert) is applied to the die by a cup spring. The plate spring rests on the one hand with its outer diameter radially on a, surrounding the die, reinforcement and on the other hand on its inner diameter on the end face of the die. The abutment surface, on which the die rests with its, opposite the plate spring, end face is formed on a pressure piece. This solution is also too expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeug unter Verwendung von Keramik zu entwickeln, welches auch bei hohen thermischen Belastungen und dadurch auftretenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine ständige Vorspannung in Form von axialen und radialen Druckspannungen auf die Keramikmatrize gewährleistet und somit einen Bruch durch die beim Umformen auftretenden Zugspannungen ausschließt und einen einfachen Aufbau aufweist.task The invention is a tool using ceramic to develop, which also at high thermal loads and thereby occurring different thermal expansion coefficients a permanent one Bias in the form of axial and radial compressive stresses on the Ceramic matrix guaranteed and thus a break through the tensile stresses occurring during forming excludes and has a simple structure.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.These Task is solved with the features of the first claim. advantageous versions emerge from the dependent claims.

Das Werkzeug unter Verwendung einer Matrize, insbesondere Fließpresswerkzeug weist eine radial vorgespannte Matrize auf, die in einer Aufnahmehülse sitzt und über Federelemente axial vorgespannt werden kann. Erfindungsgemäß weist die Matrize eine Fließschulter aus Silizuim-Nitrid-Keramik auf und die axiale Vorspannung der Fließschulter wird über eine Tellerfeder oder einen als Feder ausgebildeten Boden der Aufnahmehülse oder über die als Feder ausgebildete Wandung der Aufnahmehülse erzeugt.The Tool using a die, in particular extrusion tool has a radially biased die seated in a receiving sleeve and over Spring elements can be axially biased. According to the invention the matrix a flow shoulder of silicon nitride ceramic on and the axial bias of the flow shoulder is over a Diaphragm spring or designed as a spring bottom of the receiving sleeve or over as Spring formed wall of the receiving sleeve generated.

Die axiale Vorspannung kann dabei bei einem als Feder ausgebildeten Boden der Aufnahmehülse über ein axiales Übermaß der Fließschulter und/oder des Aufnehmers eingestellt werden. Bei der Erzeugung der axialen Vorspannung durch die Wand der Aufnahmehülse kann die maximal zu erzielende Vorspannung durch den Einsatzwerkstoff und die geometrische Form der Wand der Aufnahmehülse eingestellt werden. Dazu kann die Wandstärke partiell verringert oder vergrößert werden, so dass die gewünschte Federwirkung eintritt. Damit eine Federwirkung im Wandungsbereich realisiert werden kann, weist der Spannhülsenboden eine größere Wandstärke auf als die Hülsenwandung.The axial prestressing can be designed as a spring Bottom of the receiving sleeve over a axial excess of the flow shoulder and / or of the pickup. In the generation of the axial Preload through the wall of the receiving sleeve, the maximum to be achieved bias through the insert material and the geometric shape of the wall of the receiving sleeve be set. For this purpose, the wall thickness can be partially reduced or to be enlarged so that the desired Spring action occurs. So that a spring effect in the wall area can be realized, the clamping sleeve bottom has a greater wall thickness as the sleeve wall.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to embodiments.

Es zeigen:It demonstrate:

1: Werkzeughälfte eines symmetrischen Werkzeuges zum Fließpressen mit als Feder ausgeführtem Boden. 1 : Tool half of a symmetrical tool for extrusion molding with a floor made as a spring.

2: Werkzeughälfte eines symmetrischen Werkzeuges zum Fließpressen mit als Feder ausgeführter Hülse. 2 : Tool half of a symmetrical tool for extruding with a sleeve made as a spring.

3: Werkzeughälfte eines symmetrischen Werkzeuges zum Fließpressen unter Verwendung einer Tellerfeder. 3 : Tool half of a symmetrical extrusion tool using a disc spring.

1 zeigt ein in der Symmetrieebene geteiltes Werkzeug zum Fließpressen, mit als Feder ausgeführtem Boden 8.1 einer Aufnahmehülse 8 und darin befindlichem Fließpressteil 1. Das Werkzeug besteht aus der keramischen Fließschulter 2, dem Spannring 3, der Führungshülse 4, den Armierungsringen 5, 6, 11, der Aufnahmehülse 8 mit als Feder ausgeführtem Boden 8.1 und dem Spannring 9. 1 shows a split in the plane of symmetry tool for extrusion, with executed as a spring floor 8.1 a receiving sleeve 8th and therein flow molding 1 , The tool consists of the ceramic flow shoulder 2 , the clamping ring 3 , the guide sleeve 4 , the reinforcing rings 5 . 6 . 11 , the receiving sleeve 8th with ground as a spring 8.1 and the clamping ring 9 ,

2 zeigt ein in der Symmetrieebene geteiltes Werkzeug zum Fließpressen, mit als Feder ausgeführter Aufnahmehülse 8 und darin befindlichem Fließpressteil 1. Das Werkzeug besteht aus der keramischen Fließschulter 2, dem Spannring 3, der Führungshülse 4, den Armierungsringen 5, 6, 7, der als Feder ausgeführten Aufnahmehülse 8. 2 shows a ge in the plane of symmetry Sharpening tool for extrusion, with spring acting as a receiving sleeve 8th and therein flow molding 1 , The tool consists of the ceramic flow shoulder 2 , the clamping ring 3 , the guide sleeve 4 , the reinforcing rings 5 . 6 . 7 , the receiving sleeve designed as a spring 8th ,

3 zeigt ein Werkzeug zum Fließpressen, mit einer Hülse 8 und darin befindlichem Fließpressteil 1. Das Werkzeug besteht aus der keramischen Fließschulter 2, dem Spannring 3, der Führungshülse 4, den Armierungsringen 5, 6, 11 und einer Tellerfeder T. 3 shows a tool for extrusion, with a sleeve 8th and therein flow molding 1 , The tool consists of the ceramic flow shoulder 2 , the clamping ring 3 , the guide sleeve 4 , the reinforcing rings 5 . 6 . 11 and a plate spring T.

Die Funktionsweise der Werkzeuge ist die Folgende:
Beim Fließpressen mit keramischen Werkzeugeinsätzen sind im Interesse einer langen Lebensdauer dieser Einsätze Zugspannungen zu vermeiden. Hierzu wird die keramische Fließschulter 2 in radialer Richtung vorgespannt. Da während des Umformvorgangs jedoch auch Zugspannungen in axialer Richtung auftreten können, wird die Fließschulter 2 auch in axialer Richtung vorgespannt. Dies kann durch eine Aufnahmehülse 8 (1) erreicht werden, welche den Armierungsverband (2, 4–7, 1) umschließt und deren Boden 8.1 als Feder ausgebildet ist. Um die Fließschulter 2 gezielt in axialer Richtung vorzuspannen, tritt der gesamte Armierungsverband nur über die Führungshülse 4, welche die Fließschulter 1 abstützt, mit dem Boden 8.1 der Aufnahmehülse 8 in Kontakt. Mittels des ersten Spannrings 3, der sich auf der Fließschulter 2 abstützt, und eines zweiten Spannrings 9 wird der Boden 8.1 der Aufnahmehülse 8 elastisch verformt, wodurch in der Fließschulter 2 ein axialer Druckspannungszustand aufgebaut wird.The functionality of the tools is the following:
When extruding with ceramic tool inserts tensile stresses are to be avoided in the interest of a long service life of these inserts. For this purpose, the ceramic flow shoulder 2 biased in the radial direction. However, since during the forming process also tensile stresses can occur in the axial direction, the flow shoulder 2 also biased in the axial direction. This can be done by a receiving sleeve 8th ( 1 ), which the Armierungsverband ( 2 . 4 - 7 . 1 ) and their bottom 8.1 is designed as a spring. Around the flow shoulder 2 targeted bias in the axial direction, the entire Armierungsverband occurs only on the guide sleeve 4 , which is the flow shoulder 1 supports, with the ground 8.1 the receiving sleeve 8th in contact. By means of the first clamping ring 3 who is on the shoulder 2 supports, and a second clamping ring 9 becomes the ground 8.1 the receiving sleeve 8th elastically deformed, causing in the flow shoulder 2 an axial compressive stress state is established.

Dieser axiale Druckspannungszustand kann auch durch eine Aufnahmehülse 8 (2) mit als Feder ausgeführter Hülsenwandung realisiert werden. Auch bei dieser Art der Ausführung umschließt die Aufnahmehülse den Armierungsverband (2, 4–7, 2) vollständig. Hierbei tritt der gesamte Armierungsverband mit dem Boden 8.1 der Aufnahmehülse 8 in Kontakt. Der Boden 8.1 der Aufnahmehülse 8 weist eine deutlich größere Wandstärke auf als Teile der Wandung der Aufnahmehülse. Hierdurch wird beim Eindrehen des Spannrings 3 die Hülsenwandung elastisch verformt. Durch die in der Wandung der Aufnahmehülse 8 entstehenden axialen Zugspannungen wird der gesamte Armierungsverband in axialer Richtung vorgespannt.This axial compressive stress state can also be achieved by a receiving sleeve 8th ( 2 ) can be realized with executed as a spring sleeve wall. Also in this type of execution, the receiving sleeve surrounds the Armierungsverband ( 2 . 4 - 7 . 2 ) Completely. Here, the entire Armierungsverband with the ground 8.1 the receiving sleeve 8th in contact. The floor 8.1 the receiving sleeve 8th has a significantly greater wall thickness than parts of the wall of the receiving sleeve. As a result, when screwing in the clamping ring 3 the sleeve wall elastically deformed. Through in the wall of the receiving sleeve 8th resulting axial tensile stresses of the entire Armierungsverband is biased in the axial direction.

Gem. 3 wird die axiale Druckspannung auf die keramische Fließschulter 2 mittels einer Tellerfeder T erzeugt. Die Tellerfeder T sitzt im Bereich ihres Außendurchmessers zwischen dem Boden 8.1 der Aufnahmehülse 8 und einem Außenring 7. Unter der Fließschulter 2 sitzt eine Hartmetallunterlage 10. Diese und die Fließschulter 2 werden von einem Armierungsring 11 radial vorgespannt. Die Führungshülse 4 wird von einer mittleren und einer äußeren Armierung 5, 6 radial vorgespannt. Die äußere Armierung 6 besitzt eine Schulter 6.1, auf welche die Tellerfeder T mit einer Vorspannkraft wirkt. Die Unterseite der äußeren Armierung 6 liegt frei und die unteren Seiten der Führungshülse 4 und der mittleren Armierung 4 liegen an der Oberseite der Fließschulter 2 an, wodurch die axiale Vorspannung über die Tellerfeder T, die Schulter 6.1 der äußeren Armierung 6 sowie die mittlere Armierung 5 und die Führungshülse 4 auf die Fließschulter 2 übertragen wird, welche in Richtung ihrer Unterseile in der Aufnahmehülse 8 über nicht weiter dargestellt Spannelemente axial fixiert ist.Gem. 3 is the axial compressive stress on the ceramic flow shoulder 2 generated by a plate spring T. The diaphragm spring T sits in the region of its outer diameter between the ground 8.1 the receiving sleeve 8th and an outer ring 7 , Under the flow shoulder 2 sits a hard metal underlay 10 , These and the flow shoulder 2 be from a reinforcing ring 11 radially biased. The guide sleeve 4 is made of a middle and an outer reinforcement 5 . 6 radially biased. The outer reinforcement 6 has a shoulder 6.1 to which the plate spring T acts with a biasing force. The underside of the outer reinforcement 6 is free and the lower sides of the guide sleeve 4 and the middle reinforcement 4 lie at the top of the flow shoulder 2 on, causing the axial preload on the plate spring T, the shoulder 6.1 the outer reinforcement 6 as well as the middle reinforcement 5 and the guide sleeve 4 on the flow shoulder 2 which is transmitted in the direction of their sub-cables in the receiving sleeve 8th is not fixed by clamping elements axially fixed.

Claims

Tool using a template having a flow shoulder, in particular extrusion tool. wherein the die is seated in a receiving sleeve and is axially prestressed by spring elements, characterized in that - the axial bias of the flow shoulder via a plate spring. is generated or - that the axial bias of the flow shoulder is generated via the bottom of the receiving sleeve designed as a spring, or - that the axial bias of the flow shoulder is generated via the formed as a spring wall of the receiving sleeve.

Tool according to claim 1, characterized that the flow shoulder made of silicon nitride ceramic.

Tool according to claim 1 or 2, characterized that the bias in a trained as a spring bottom of Receiving sleeve over at least an axial oversize adjustable is.

Tool according to claim 3, characterized in that the flow shoulder ( 2 ) and / or one above the flow shoulder ( 2 ) in the feed direction of the material arranged guide sleeve ( 4 ) has an axial excess.

Tool according to claim 4, characterized in that counter to the feed direction of the material under the flow shoulder ( 2 ) a pressure piece ( 3 ) is arranged.

Tool according to one of claims 1 to 3, characterized that the maximum to be achieved bias at one as a spring trained bottom of the receiving sleeve by changing the Thickness of the floor is adjustable.

Tool according to claim 1, characterized that the axial bias of the flow shoulder through the feedstock and / or the geometric shape of the wall of the receiving sleeve adjustable is.

Tool according to claim 7, characterized that the wall thickness in the wall region of the receiving sleeve is reduced at least one position.

Tool according to claim 6, characterized that the bottom of the receiving sleeve a higher one Wall thickness has as the sleeve wall.

Tool according to one of claims 1 to 9, characterized in that the guide sleeve ( 4 ) and the clamping ring ( 3 ) consist of hard metal.

Tool according to claim 9, characterized in that the receiving sleeve ( 4 ) sits in one or more reinforcing rings.

Tool according to claim 10, characterized that the outer reinforcing ring has a shoulder against which the plate spring or the ground the receiving sleeve works and over which the axial bias is transmitted to the flow shoulder.