DE1758202A1

DE1758202A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dichter Voll- oder Hohlprofile durch Strangpressen

Info

Publication number: DE1758202A1
Application number: DE19681758202
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Otto Wessel
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1968-04-23
Filing date: 1968-04-23
Publication date: 1971-01-28
Also published as: DE1758202C3; AT278479B; DE1758202B2

Description

Patentanwälte

DIpWn₈. W.Meissrw merlin, den 23. April 1968 Dipl.-Ing. H. Tischer Mjr/Zi

■ 1 Berlin 35 (Grunewald) 1758202

Herbert«». 22 TeL «V7237
Mannesmann Aktiengesellschaft, 4 Düsseldorf 1, Mannesmannuier

- 2039 - "Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dichter Voll- oder Hohlprofile durch Strangpressen"

Die Erfindung besieht sich auf ein Verfahren sur Herstellung dichter Voll- oder Hohlprofile aus porösen» aus pulverförmigen Werkstoffen hergestellten Blöcken sowie auf eine Einrichtung und einen Block zur Durchführung des Verfahrens.

Die Verarbeitung von Metallpulvern oder daraus vorgepreßten Blöcken durch Strangpressen stellt sowohl wegen der dabei vorwiegend auftretenden für poröse Körper günstigen Druckbeanspruchung, als auch wegen der in eine« Verformungsvorgang möglichen großen Verformung, ein besonders geeignetes Verfahren dar, das ia neuerer Zeit inner «ehr Anwendung findet. Das Strangpressen wird in kaltem Zustand/ vorwiegend jedoch oberhalb der Rekrietallisationsteaperatur durchgeführt.

Das Verfahren, einen porösen Block direkt zu einem kompakten Fertigprodukt zu vorpressen, bietet bisher einige erhebliche Schwierigkeiten, die vor allem durch die in den Poren bsw. swischen den Pulverkörnern eingeschlossenen Gase verursacht werden. Werden die Pulver oder die porösen Blöcke im Aufnehmer der Strangpresse einem Druck durch den Stempel der Presse ausgesetzt, so erfolgt im allgemeinen erst eine Verdichtung, d. h- eine Verringerung der Porosität und anschließend beginnt der Fließvorgang des verdichteten Blockes durch die Matrizenöffnung. Die in den Poren zunächst vorhandenen Gase werden bei diesem Vorgang sehr stark komprimiert (5000 - 15000 atü je nach zu verpressendem Werkstoff), falls sie nicht frühzeitig entweiohen konnten. Bei großen Pulverblöcken mit niedriger relativer Diohte sind in kurzer Zeit verhältnismäßig große Gasmengen unter ungünstigen Strömungsbedingungen (kleine Porenquerschnitte) zu entfernen. Das eingeschlossene Gas - meist handelt es sich um das zur Erhitzung benutzte Schutzgas - führt bei hohen Temperaturen, z. B. nach dem Heißpressen oder bei einer späteren Erhitzung, zu Trennungen und Aufreißungen im Fertigprodukt, meist in Form von Blasen.

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Das Entweichen der Gase aus de» Preßwerkseug wird jedoch durch die notwendigen engen Toleranzen der Werkzeuge ersehwert oder gar verhindert.

Ss ist bereits bekannt, den Einschluß von Gasen in stranggepreBten Profilen dadurch tu vermeiden, daB die porösen Blöcke in Blechmäntel eingeschweißt, anschließend evakuiert und verschlossen werden. Die Blechaäntel werden Bit ausgepreßt und schützen die Blöcke gegen Einwirkungen von Gasen und Schmiermitteln. Das Verfahren ist sehr aufwendig und daher für leicht reduzierbare Werkstoffe, wie z. B. Kupfer, Nickel und Eisen, nicht wirtschaftlich.

Als weiterer Weg Gaseinschlüsse zu vermeiden ist bekannt (brit. Patentschrift 1 008 250), Einsatsblöcke Bit möglichst kleines Porenvolumen in die Strangpresse einzusetzen. Die porösen Blöcke sollen nach dieses Torschlag aus Pulver Bit einer vorzugsweisen Korngröße von 0,010 0,012 na bestehen und eine gleichmäßige relative Dichte von 80 - 90 i» besitzen. Der schwerwiegende Kachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß eine bis yub Kern durchgehende Behandlung der porösen Blöcke, s. B. Reduktion von Oxiden in einer gasföraigen Atmosphäre, bei so hohen Dichten nicht aehr oder nur in unwirtschaftlich langen Zeiten möglich ist.

Die Erfindung hat sieh die Aufgabe gestellt, aus uahüllungsfreien Blöcken ait durchgängigen Poren durch Strangpressen Profile (Stäbe, Rohre u. a.) ohne Gaseinsehlüsse herzustellen.

Dazu wird erfindungsgea&B vorgeschlagen, uahüllungsfreie Blöcke alt einer offenen Porosität ait einer relativen Dichte von 50 - 80 Jt vor dem Fließen des Werkstoffes radial fortschreitend zu verdichten, und zwar durch entsprechende geoaetriache Ausbildung des zu verpressenden Blockes und/oder der Preßwerkzeuge. Block und/oder Werkzeug zwingen dta in den Poren befindlichen Gas ia Zuge der Verdichtung eine bestiaate Pließrichtung auf und eraöglichen dadurch die Entfernung der Gase au· dem Block und aus der Preßeinrichtung.

Räch einem weiteren erfindungegeaäßen Sehritt des Verfahrens wird die ia wesentlichen radial· Verdichtung de· Blockes bei der Herstellung

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τοπ Hohlprofilen durch Lochen eines Vollblockes oder durch Aufweiten eines Hohlblockes in der Strangpreßeinrichtung durchgeführt.

Zur Erfindung gehört ferner eine Torrichtung zur Herstellung diohter Voll- oder Hohlprofile durch Strangpressen poröser, umhüllungsfreier Blöcke aus pulverförmigen Werkstoffen Kit insbesondere erhabener Ausbildung der Druckfläche des Stempelkopfes und/oder geneigter Matrizenfläche und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswinkel der erhabenen vorzugsweise als Kegelstumpf ausgebildeten Stirnfläche des Stempelkopfes des Stempels 10 bis 50 ° größer ist als der Basiswinkel der Matrizenfläche der Matrize. In bevorzugter Weise ist der Basiswinkel des Stempelkopfes 17 bis 22 ° größer als der Basiswinkel der Matrizenfläche. Die Matrizenfläche selbst kann dabei einen

ο
Winkel zwischen 0 bis 15. einschließen. Bevorzugt wird jedoch ein

ο Basiswinkel der Matrizenfläche von ca. 10 . Durch den Unterschied in der Neigung der Stirnfläche des Stempelkopfes und der Matrizenfläche wird beim Verdichten des porösen Blockes die erforderliche Kraft zunächst in einer zylindrischen Kernzone um die Längsachse des Blockes aufgebracht und der Verdichtungsdruck pflanzt sich während des Preßvorganges von innen nach außen fort. Dadurch werden die in den Poren enthaltenen Gase gezwungen, fortschreitend sit der Verdichtung von innen nach außen zu entweichen. Das an der Außenoberfläche des Blockes sich sammelnde Gas wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus dem Aufnehmer dadurch abgeführt, daß die Paßfläche des Stempelkopfes, die den Preßraum verschließt, mit flachen Hüten versehen ist. Sinngemäß ist es nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung möglich, die Außenfläche der Matrize, also die Fläche, die mit dem Aufnehmer in Berührung steht, ebenfalls mit flachen Hüten zur Gasabfuhr su versehen. Bei der Herstellung von Hohlprofilen ist die Preßeinrichtung in an sich bekannter Weise mit einem Dorn versehen. Um jedoch den Block in erfindungsgemäßer Weise in der Strangpreßeinrichtung lochen su können, ist der Dorn erfindungsgemäß mit einer kegelförmigen Spitze versehen. Die Kegelspitze weist dabei einen Winkel zwischen 45 bis 70 ° auf. Es hat sich auch hier herausgestellt, daß das bevorzugte Winkelmaß der Kegelspitze 60 ° beträgt.

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Ferner ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung zweckmäßig, die Druckrerteilung während des Verdichtungsvorganges erfindungsgemäß dadurch herbeiiufuhren, daß der zum Einsatt gelangende poröse Block ■it nach außen gewölbten Stirnflächen versehen ist. Es sollte wenigstens eine Stirnfläche des Blockes nach außen gewölbt sein* Die Wölbung kann beispielsweise als Kalotte ausgeführt sein. Bevorzugt wird jedoch auch hier eine Ausbildung der Stirnfläche als Kegelstumpf. Der Basiswinkel des Kegelstuapfes beträgt dabei zweckmäßigerweise 10 bis 30 °. Auch hat es sich als besonders günstig erwiesen den Block in seinen geometrischen Abmessungen derart sugeetalten, daß der sylindrische Grundkörper «in Verhältnis von Durchmesser tür Höhe von höchstens 1 t 2,5 besitzt.

Es ist grundsätzlich bekannt aus der englischen Patentschrift 1 008 250* die Preßfläche des Stempelkopfea erhaben auszubilden und auch der Matrizenfläche eine Neigung zu erteilen. Die Winkellage der Preßflächen gegeneinander ist jedoch derart ausgeführt worden« daß lsi Gegensat» zur Erfindung eine Verdichtung derart erfolgt, daß die Gase im Inneren des Blockes eingeschlossen werden.

An Rand der beigefügten Zeichnungen soll die erfindungsgemäße Einrichtung im Prinzip erläutert «erden.

Plgur 1 zeigt dabei im Schnitt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herstellung von Hohlprofilen.

Pigur 2 zeigt ebenfalle eine Seitenansicht im Schnitt zur Erzeugung von Tollprofilen. ,

Pigur 5 zeigt den erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden Block.

Die in Pigur 1 dargestellte Einrichtung besteht aus der mit einer Bohrung versehenen Grundplatte 13, die den Aufnehmer 9 und die Matrize 5 trägt. Im Aufnehmer 9 befindet sieh über der Matrize 5 4er Block 6. Oberhalb dee Blockes 6 1st der Stempel 3 "It dem Stempelkopf und der erhaben ausgebildeten Stirnfläche 1 angeordnet. Die PaBflache 10 des Stempelkopfes 2 1st mit flachen luten 11 sar Gasabführung versehen. Ebenso welet die Matrize 5 an an Berührungsfläche mit dem Aufnehmer

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flache Nuten 12 auf. Sie Matrizenfläche 4 der Matrize 5 ist geneigt. Der Stempel 3 führt im Inneren einen Dorn 7· Erfindungsgemäß ist der Basiswinkel Ol der erhabenen Stirnfläche 1 dee Stempelkopfes 2 10 bis größer als der Basiswinkel S der Matrizenfläche 4 der Matrize 5· Bevorzugt ist der Basiswinkel λ. des Stempelkopfes 2 17 bis 22 größer als der Basiswinkel β der Matrizenfläche 4· Der Basiswinkel p~- der Matrizenfläche 4 kann zwischen 0 bis 15 liegen. Er beträgt vorzugsweise 10

Zum Lochen oder Aufweiten des porösen Blockes 6, der eine relative Dichte von 50 bis 80 $ vorzugsweise 65 bis 75 # aufweist, ist der Dorn 7 mit einer kegelförmigen Spitze 8 versehen. Der Winkel J' der Kegelspitze beträgt ca. 60 . Figur 1 zeigt den Dorn in der Ausgangsstellung (7, 8) und in der Stellung nach dem Lochen oder Aufweiten (7'» 8')· In Figur 2 ist die Preßfläche 1 des Stempelkopfes 2 des Stempels 3 als ebene Fläche ausgebildet. In diesem Falle weist der Block 6, wie auch in Figur 3 dargestellt, nach außen gewölbte Stirnflächen 14 auf. Die Stirnflächen können als Kalotte oder als Kegelstumpf ausgebildet sein. Der Basiswinkel <$ beträgt dabei 10 bis 30 · Das Verhältnis von Durchmesser zur Höhe des Blockes beträgt höchstens 1 : 2,5*

Es ist natürlich möglich, die Ausbildung der erfindungsgemäßen Preßfläche und der Matrizenfläche mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Block nach Figur 3 zu kombinieren.

Die überraschende Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahmen besteht darin, daß ausgehend von einem Block mit hoher Porosität ein vollkommen dichtes und blasenfreies stranggepreßtes Profil erzielt wird.

- Patentanspruch· -

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung dichter Voll- oder Hohlprofile durch Strangpressen poröser, uahüllungsfreier Blöcke aus pulverföraigen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daS Blöcke ait einer relativen Dichte von 50 bis 80 f> durch entsprechende Ausbildung des Blockes und/oder der Preßwerkzeuge vor des Fließen des Werkstoffes la wesentlichen radial fortschreitend verdichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die la wesentlichen radiale Verdichtung der Blöoke bei der Herstellung von Hohlprofilen durch Lochen oder Aufweiten eines Blockes in der Strangpreßvorrichtung erfolgt.

3. Vorrichtung zur Herstellung dichter Voll- oder Hohlprofile durch Strangpressen poröser, umhüllungsfreier Blöcke aus pulverföraigen Werkstoffen nach den Ansprüchen 1 - 2 alt insbesondere erhabener Ausbildung der Druckfläche des Stempelkopfes und/oder geneigter Ifatrizenflache, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswinkel (^ ) der erhabenen Stirnfläche (1) des Steapelkopfes (2) des Stempele (5) 10 bis 30 ° größer iet als der Basiswinkel (.3) der Matrisenflache (4) der Matrize (5).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswinkel (oc) des Steapelkopfes (2) 17 bii

Basiswinkel {ß) der Matri senf lache (4).

winkel (oc) des Steapelkopfes (2) 17 bis 22 ° größer ist al· der

5. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Baal·· winkel [S) der Matrizenfläche (4) der Matrize (5) 0 - 15 ° beträgt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Basiswinkel (3) der Matri senf lache (4) der Matrize 10 ° beträgt.

-7.

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7- Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 und insbesondere nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Aufnehmer (9) verschließende PaQflach· (1O) des Steopelkopfes (2) Kit flachen Hüten (11) versehen ist.

fl. Verrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 und insbesondere nach den Ansprüchen 3 bis 7· dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (5) an den alt dem Aufnehmer (9) in Berührung stehenden Flächen mit flachen Ruten (12) versehen ist.

9. Vorrichtung zur Herstellung von Hohlprofilen nach den Ansprüchen 3 bis θ unter Verwendung eines Domes, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (7) mit einer kegelförmigen Spitze (θ) versehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9· dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ( f) der Kegelspitze (B) 45 bis 70 ° beträgt.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ( v* ) an der Kegelspitze (8) ca. 60 beträgt.

12. Block für das Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Stirnflächen nach außen gewölbt ist.

15. Block für das Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Stirnflächen als Kegelstumpf ausgebildet ist.

14* Block nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daS der Basiswinkel (J) ca. 10 bis 30 beträgt.

15. Block zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, und 12 bis 141 dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Durchmesser zur Höhe höchstens 1 1 2,5 beträgt.

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