DE102006043502A1

DE102006043502A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines gepreßten Stranges mittels Strangpressen

Info

Publication number: DE102006043502A1
Application number: DE200610043502
Authority: DE
Inventors: Sören Müller; Walter Reimers
Original assignee: Technische Universitaet Berlin
Current assignee: Technische Universitaet Berlin
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: WO2008031408A1; DE102006043502B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines gepreßten Stranges mittels Strangpressen. Bei dem Verfahren wird der gepreßte Stang gebildet, indem ein Block eines preßbaren Materials mittels eines Preßwerkzeuges durch eine Matrize in eine nachgelagerte Druckkammer gepreßt wird, wobei der gepreßte Strang in der Druckkammer mit einem Durckfluid in Kontakt tritt und über das Druckfluid mit einem gegenüber Umgebungsluftdruck erhöhten Gegendruck beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines gepreßten Stranges oder Profils mittels Strangpressen.
Hintergrund der Erfindung
Das Strangpressen ist ein Verfahren zum Druckumformen, welches insbesondere zur Herstellung von Stangen, Rohren und Profilen aus Leicht- und Schwermetallen, Stahl sowie metallischen Verbundwerkstoffen verwendet wird. Ein Block aus einem verpreßbaren Material oder Werkstoff ist in einem Aufnehmer angeordnet und wird mit Hilfe eines Stempels, welcher als Preßwerkzeug dient, durch die Öffnung einer Matrize gepreßt. Der allseitige Druckspannungszustand in der Umformzone beeinflußt das Formänderungsvermögen des umzuformenden Werkstoffs in solch günstigem Maße, daß neben großen Formveränderungen in einem Umformschritt auch komplizierte Profilquerschnitte hergestellt werden können. Für die Fertigung von Hohl- und Vollprofilen können verschiedene Arten des Strangpressens unterschieden werden: direktes, indirektes und hydrostatisches Strangpressen.
Das direkte Strangpressen ist das industriell am weitesten verbreitete Strangpreßverfahren. Zwischen Preßwerkzeug und Matrize befindet sich ein Block aus dem zu verpressenden Material. Der Block wird zunächst im Aufnehmer aufgestaucht, so daß er den Durchmesser der Aufnehmerbohrung annimmt. Danach wird er vom als Stempel ausgebildeten Preßwerkzeug durch die Matrize hindurchgepreßt. Hierbei findet zwischen Block und Aufnehmer eine Relativbewegung statt. Es muß deshalb zusätzlich Reibungsarbeit zur Verschiebung des Blockes im Aufnehmer geleistet werden.
Im Gegensatz zum direkten Strangpressen befindet sich die Matrize beim indirekten Strangpressen an der Spitze des Stempels, d. h. der Stempel und die Matrize liegen auf der gleichen Seite des Blockes. Hierzu muß der Stempel beim indirekten Strangpressen als Hohlstempel ausgeführt werden, damit der Strang nach dem Durchtritt durch die Matrize hinausgepreßt werden kann. Der Block wird, vergleichbar zum direkten Strangpressen, zunächst im Aufnehmer aufgestaucht. Hierbei verschließt ein kurzer Verschlußstempel einseitig den Aufnehmer und die sich gegen den feststehenden Hohlstempel abstützende Matrize dringt von der anderen Seite in den Aufnehmer ein. Beim Pressen bewegen sich Block und Aufnehmer zusammen in die gleiche Richtung, so daß keine Relativbewegung zwischen Block und Aufnehmer zu verzeichnen ist. Es muß hier also keine zusätzliche Reibungsarbeit geleistet werden. Es findet lediglich eine Relativbewegung zwischen Block und Matrize statt. Die hierbei auftretende Reibung ist jedoch meist vernachlässigbar gering.
Beim hydrostatischen Strangpressen wird der Block im Aufnehmer von einem Druckmedium umgeben, welches auch als Hydrostatikmedium bezeichnet wird. Der Aufnahmeraum wird gegenüber dem Stempel und gegenüber der Matrize abgedichtet, so daß beim Vordringen des Preßstempels das Hydrostatikmedium auf Preßdruck komprimiert werden kann, ohne daß der Stempel den Block berührt. Auch beim Pressen des zu verpressenden Materials berührt der Stempel den Block nicht. Die Geschwindigkeit, mit der der Block sich beim Pressen in Richtung Matrize bewegt, ist also nicht gleich der Stempelgeschwindigkeit, sondern ist proportional zu dem verdrängten Volumen des Hydrostatikmediums.
Ein Verfahren zur Formgebung mittels Strangpressen ist beispielsweise aus dem Dokument EP 0 356 718 B1 bekannt. Das bekannte Verfahren betrifft ein Strangpreßverfahren für warmfeste Pulver auf Basis von Al-, Mg-, Cu- und Ni-Legierungen. Es werden pulvermetallurgisch hergestellte Rohlinge aus einer Legierung mit erhöhter Warmfestigkeit erzeugt. Bei dem als mehrstufiges Heiß-Strangpressen durchgeführten Verfahren wird ein Block eines pulvermetallurgischen Werkstoffes mittels des stempelartigen Preßwerkzeuges durch die Matrize gepreßt. Aufgrund der pulvermetallurgischen Ausbildung des zu verpressenden Werkstoffes findet beim Hindurchpressen des Werkstoffes durch die Öffnung der Matrize keine abschließende Formgebung statt. Es wird ein danach weiterzuverarbeitendes Halbzeug geschaffen. Nach dem Durchtreten durch die Matrize wird der verpreßte Werkstoff in einem der Matrize nachgelagerten Raum mit Hilfe eines Gegendruck-Stempels mit einem Gegendruck beaufschlagt. Der Gegendruck-Stempel wird hydraulisch gesteuert und mit zunehmendem Hindurchtreten des Preßgutes durch die Matrize nach und nach zurückgezogen. Es findet so beim Preßvorgang eine intensive Durchknetung des Werkstoffes aber keine bleibende Querschnittsveränderung statt.
Das Strangpressen wird unter anderem dazu verwendet, Profile aus Magnesiumlegierungen zu verarbeiten. Magnesiumlegierungen als Konstruktionswerkstoffe erfahren in jüngster Zeit eine verstärkte Nachfrage. Das geringe spezifische Gewicht (p ≈ 1,8 g/cm³) gepaart mit gunstigen Festigkeitseigenschaften machen Magnesiumlegierungen besonders für den Einsatz in der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt interessant.
Vor dem Hintergrund steigender Benzinpreise sowie verschärfter Vorschriften und von Selbstverpflichtungen der Automobilhersteller hinsichtlich geringeren Kraftstoffverbrauchs gewinnt der Leichtbau von Fahrzeugen eine immer wichtigere Rolle. Die Gesamtenergiebi lanz eines Fahrzeugs der oberen Mittelklasse zeigt, daß 88% des Energieverbrauchs während des Betriebs des Fahrzeug erfolgt, wobei sich dies hauptsächlich auf den Kraftstoffverbrauch zurückführen läßt. Der Rollwiderstand eines Fahrzeuges sowie der Energieverbrauch durch Beschleunigung und das Überwinden von Steigungen mit dem Fahrzeug hängen unmittelbar vom Fahrzeuggewicht ab. Der Einsatz von Leichtmetallen führt zur Verringerung des Fahrzeuggewichts und damit zu einem günstigeren Kraftstoffverbrauch und zu besseren Fahrleistungen. Magnesiumlegierungen sind die leichtesten aller Konstruktionslegierungen und finden bei einzelnen Serienfahrzeugen Anwendung, zum Beispiel als Sitz- und Türrahmen, Armaturenbrett, Ventildeckel, Ansaugkrümmer, Räder, Lenkrad, Lenksäule und Schloßgehäuse, Getriebe, und Kurbelgehäuse oder für Schiebedachbauteile. Der durchschnittliche Magnesiumanteil lag 1996 noch bei 2 kg je Fahrzeug, heutzutage liegt der Anteil vermutlich deutlich höher bei durchschnittlich 10 kg. Hergestellt wurden die Bauteile üblicherweise mittels Gießen.
Im Gegensatz zu Aluminium mit einer kubischen Gitterstruktur, besitzen die meisten Magnesiumlegierungen eine hexagonal dicht gepackte Gitterstruktur. Die Umformeigenschaften und mechanischen Eigenschaften unterscheiden sich dadurch deutlich von denen anderer Leichtbauwerkstoffe. So weisen stranggepreßte Profile aus Magnesiumlegierungen ein anisotropes Verhalten bezüglich Zug- und Druckbelastung parallel zur Strangpreßrichtung auf. Die Druckfließspannung ist dabei deutlich geringer als bei Zugbelastung. Grund dafür ist die beim Umformprozeß des Strangpressens entstehende Textur des Profils. Dadurch treten unterschiedliche Verformungsmechanismen bei Zug- und Druckbelastung in Kraft. Der Begriff Textur bezeichnet die bevorzugte kristallografische Lage der Körner in Richtung einer Vorzugsachse der betrachteten Materialprobe. Eine Analyse der Textur erfolgt beispielsweise mit der bekannten Technologie der Röntgendiffraktometrie.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen eines gepreßten Stranges mittels Strangpressen zu schaffen, mit denen die individuellen Ausführungsoptionen des Strangpressens und dessen Anwendungsmöglichkeiten erweitert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines gepreßten Stranges mittels Strangpressen nach dem unabhängigen Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Strangpressen nach dem unabhängigen Anspruch 13 gelöst.
Die Erfindung umfaßt den Gedanken, den gepreßten Strang zu bilden, indem ein Block eines preßbaren Materials mittels eines Preßwerkzeuges durch eine Matrize in eine nachgelagerte Druckkammer gepreßt wird, wobei der gepreßte Strang in der Druckkammer mit einem Druckfluid in Kontakt tritt und über das Druckfluid mit einem gegenüber Umgebungsluftdruck erhöhten Gegendruck beaufschlagt wird.
Das zur Druckbeaufschlagung des gepreßten Stranges in der Druckkammer genutzte Druckfluid paßt sich individuell an die Form des gepreßten Stranges in der Druckkammer an. Es umgibt den gepreßten Strang in der Druckkammer vollständig oder nur in Teilbereichen, beispielsweise nur stirnseitig. Der vorgegebene Gegendruck kann so wahlweise auf alle Teiloberflächen des gepreßten Stranges in der Druckkammer gegeben werden. Im Unterschied zu der im Stand der Technik vorgesehenen Nutzung eines Gegendruck-Stempels kann ein solches zusätzliches Werkzeug eingespart werden. Die Nutzung des Druckfluids hat darüber hinaus den Vorteil, daß mit diesem auch ein Abtransport von Wärmeenergie von dem gepreßten Strang ausgeführt werden kann.
Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens können auch mit anderen Verfahren nicht oder nur schwer preßbare Materialien strangepreßt werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß als das Druckfluid eine Flüssigkeit verwendet wird. Eine Druckflüssigkeit kann der jeweiligen Anwendung entsprechend individuell ausgewählt werden. Hierbei sind die Verfahrensparameter der Anwendung zu beachten. In einer Ausführungsform kann eine Druckbelastung von bis zu 700 bar auftreten. Auch eine starke thermische Belastung der Druckflüssigkeit kann auftreten. Die Temperatu ren von Matrize und gepreßtem Strang können bis zu 370 °C betragen. Mit beiden Bauteilen kommt die Druckflüssigkeit in direkten Kontakt. Derartige Anforderungen werden beispielsweise von synthetischen, organischen Wärmeträgerflüssigkeiten auf Basis isomerer Dibenzyltoluole gemäß Wärmeträgeröle Q nach DIN 51522 erfüllt.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Gegendruck auf einem im wesentlichen gleichbleibenden Wert gehalten wird, während der gepreßte Strang stückweise in die Druckkammer eintritt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Gegendruck in der Druckkammer und ein über das Preßwerkzeug auf den Block aus dem preßbaren Material gegebener Preßdruck unabhängig voneinander geregelt werden. Die voneinander unabhängige Druckregelung für den Gegendruck in der Druckkammer einerseits und den mit dem Preßwerkzeug ausgeübten Preßdruck andererseits ermöglicht eine getrennte Einstellung der beiden Druckwerte und Druckverläufe bei dem Preßvorgang. Es ist so eine verbesserte Anpassung des Verfahrens an unterschiedliche Anwendungsforderungen ermöglicht.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, daß der Gegendruck in der Druckkammer eine äußere Form des gepreßten Stranges nicht verändernd eingestellt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird der Gegendruck der Druckkammer mit Hilfe des Druckfluids so eingestellt, daß die äußere Form des gepreßten Stranges, die dieser beim Hindurchpressen durch die Öffnung der Matrize erhält, nicht verändert wird. Der mit dem Druckfluid ausgeübte Gegendruck auf den gepreßten Strang liegt also unterhalb eines Druckes, welcher notwendig wäre, um den gepreßten Strang in der Druckkammer hinsichtlich seiner äußeren Form nachträglich zu verändern.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß mittels des Gegendrucks in der Druckkammer die innere Materialstruktur in dem gepreßten Strang verändert wird. Die mit dem Gegendruck erzeugte Druckbelastung für den gepreßten Strang nach dem Durchtritt durch die Öffnung der Matrize führt in dieser Ausgestaltung zur Veränderung der inneren Materialstruktur in dem gepreßten Strang. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Verfestigung der Kristallstruktur in dem gepreßten Werkstoff handeln. Auch die Ausbildung einer Ausscheidungshartung kann vorgesehen sein. Auf diese Weise erreichte Veränderungen der inneren Materialstruktur in dem gepreßten Strang führen ihrerseits zu verbesserten Nutzungseigenschaften des gepreßten Stranges im späteren Einsatz, beispielsweise hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, daß die innere Materialstruktur in dem gepreßten Strang verändert wird, indem Zugzwillinge aktiviert werden. Für hexagonale Werkstoffe, so auch für Magnesiumlegierungen, ist die Textur für die mechanischen Eigenschaften von besonderer Bedeutung. Ursachen hierfür sind die Zugzwillingsbildung und die begrenzte Anzahl der zur Verfügung stehenden Gleitebenen. Die Aktivierung der Verformungsmechanismen, Versetzungsgleiten und Zugzwillingsbildung ist außer von der Temperatur insbesondere von der Beanspruchungsrichtung sowie ihrem Vorzeichen in Bezug auf die Textur vor der Beanspruchung abhängig. So führt speziell die Zugzwillingsbildung dazu, daß Zug- und Druckkurven deutliche Unterschiede in den Festigkeitskennwerten bei Zug- und Druckbeanspruchung aufweisen. In Magnesiumlegierungen ist dieses auf das Achsenverhältnis von c/a < √3 zurückzuführen, wobei a die Kantenlänge und c die Höhe der Einheitszelle im hexagonalen Kristall bezeichnen. Als Folge dieses Achsenverhältnisses sowie der Strangpreßtextur wird im Falle der Druckbeanspruchung in Profillängsrichtung eine Zugzwillingsbildung nach dem Zwillingsgesetz {1012} ⊲ 1011 ⊳ bewirkt. Da die Aktivierungsenergie der Zugzwillingsbildung bei Raumtemperatur bei Magnesiumlegierungen niedriger ist als die des Versetzungsgleitens, führt die Zugzwillingsbildung zur einer Druckfließgrenze, die deutlich unterhalb der unter Zugbelastung liegt. Dieses Zugzwillingssystem führt zu einer Umorientierung der Kristallite um 86,3°, d. h. die Kristalle werden so gedreht, daß die Basisebenen nicht mehr parallel zur Strangpreßrichtung liegen, sondern nach der Druckbelastung senkrecht dazu stehen. Anstatt der ursprünglichen Doppelfasertextur liegt nach der Gegendruckbelastung eine <0002> Textur vor.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Gegendruck in der Druckkammer hydraulisch geregelt wird.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Strangpressen als direktes Strangpressen ausgeführt wird, bei dem der Block des preßbaren Materials dem Preßwerkzeug in Richtung der Matrize vorgelagert auf diese zu gedrückt wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Strangpressen als indirektes Strangpressen ausgeführt wird, bei dem die Matrize dem Preßwerkzeug in Richtung des Blocks des preßbaren Materials vorgelagert auf dieses zu gedrückt wird.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, daß der Gegendruck in der Druckkammer zumindest teilweise aufgebaut und wahlweise verändert wird, indem der gepreßte Strang in die Druckkammer eintritt, wodurch ein zumindest teilweise selbstregulierender Prozeß ausgeführt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der gepreßte Strang als Halbzeug ausgebildet wird.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung zum Strangpressen des gepreßten Stranges erläutert.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, daß der Gegendruck in der Druckkammer und ein über das Preßwerkzeug auf den Block aus dem preßbaren Material zum Pressen durch die Matrize zu gebender Preßdruck unabhängig voneinander regelbar sind.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Druckkammer zumindest teilweise durch das Preßwerkzeug hindurch verlaufend gebildet ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Druckkammer zumindest teilweise als ein Hohlraum in dem Preßwerkzeug gebildet ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Druckkammer in einem von dem Preßwerkzeug getrennten Bauteil gebildet ist.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, daß die Druckkammer und das Preßwerkzeug in Preßrichtung rückseitig an die Matrize gekoppelt sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Druckkammer und das Preßwerkzeug mittels eines gemeinsamen Flansches an die Matrize gekoppelt sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, daß die Druckeinstellmittel ein Hydrauliksystem aufweisen, welches wahlweise als ein Hochdrucksystem ausgeführt ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Druckkammer rohrförmig ausgeführt ist, wahlweise in einem Druckrohr.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1A bis 1C eine schematische Darstellung zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen eines gepreßten Strangs mittels Strangpressen;
2A bis 2B schematische Darstellungen zur Kristallstruktur eines gepreßten Stranges aus einer Magnesiumlegierung;
3 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Anordnung mit einem Preßwerkzeug und einer hiervon getrennt gebildeten Druckkammer;
4 eine schematische Darstellung eines Teilabschnitts einer Anordnung mit einer Matrize, einem Preßwerkzeug und einer Druckkammer, welche für ein indirektes Strangpressen ausgelegt sind;
5 eine weitere Darstellung eines Teilabschnitts der Anordnung in 4, wobei zusätzlich ein Block eines zu verpressenden Werkstoffes gezeigt ist; und
6 eine schematische Darstellung eines Hydrauliksystems, welches zum Regeln eines Gegendruckes in einer Druckkammer beim Strangpressen genutzt wird.
1A bis 1C zeigen eine schematische Darstellung zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen eines gepreßten Strangs mittels Strangpressen
Beim Herstellen eines gepreßten Stranges 1 mittels Strangpressen wird zunächst ein Block 2 eines zu verpressenden Materials oder Werkstoffs in einem Aufnehmer 3 angestaucht und ein kleines Stück in ein leeres Druckrohr 4 mit ein hierin gebildeten Druckkammer 4a hineingepreßt. Hierdurch wird eine Abdichtung des gepreßten Stranges 1 gegenüber einer Matrize 5 erreicht. Der Preßvorgang wird anschließend unterbrochen und mit sehr langsamer Geschwindigkeit fortgeführt, indem ein Preßwerkzeug 6, beidem es sich um einen Stempel handelt, den Block 2 durch die Matrize 5 in das Druckrohr 4 preßt.
Als nächstes wird das Druckrohr 4 mit einer Druckflüssigkeit gefüllt und entlüftet. Mit Hilfe der Druckflüssigkeit wird in dem der Matrize 5 nachgelagerten Druckkammer 4a ein gewünschter Druck eingestellt, der als Gegendruck für den gepreßten Strang 1 nach dem Durchtreten der Matrize 5 dient. Nun kann der Preßvorgang mit der gewünschten Geschwindigkeit fortgesetzt werden. Mittels des gezielten Ablassens von Druckflüssigkeit aus dem Druckrohr 4, was mit Hilfe eines Druckeinstellsystems gesteuert wird, wird der Druck in der Druckkammer 4a konstant gehalten. Nach Beendigung des Preßvorgangs wird der Aufnehmer 3 zurückgefahren und der gepreßte Strang 1 matrizenseitig entfernt. Bei eher längerer Austauschgeschwindigkeit hat sich gezeigt, daß eine Unterbrechung des Preßvorganges nicht notwendig ist. Der Gegendruck kann dann nach dem Abdichten schnell genug aufgebaut.
Mit Hilfe des in der Druckkammer 4a aufgebauten Gegendrucks wird die innere Kristallstruktur des gepreßten Stranges 1 verändert und eingestellt während des Preßvorgangs. Die Kombination aus gebildeter Textur und Zugzwillingsbildung in einem stranggepreßten Magnesiumprofil ohne Gegendruck führt zu einem anisotropen mechanischen Verhalten. Die Ge gendruckbeaufschlagung beim Strangpressen führt zu einer Neuorientierung der Kristalle. Diese drehen sich um nahezu 90°, so daß die Basisebenen nun senkrecht zur Strangpreßrichtung 20 liegen, was in 2A schematisch dargestellt ist. Bei einer erneuten Druckbelastung parallel zur Strangpreßrichtung ist daher die Aktivierung von diesen Zugzwillingen nicht mehr möglich. Eine Verformung kann erst durch die Aktivierung von Gleitsystemen realisiert werden. Die Fließspannung ist erhöht.
Mittels des vorangehend beschriebenen Verfahrens zum Strangpressen erfolgt die Umorientierung der Kristalle während des Herstellungsprozesses, in dem die Gegendruckbeaufschlagung vorgesehen ist. Der gepreßte Strang 1 läuft nicht, wie im Stand der Technik vorgesehen, ins Freie, sondern in einen gegenüber dem Umgebungsluftdruck erhöhten Gegendruck in der Druckkammer 4a (vgl. 1A bis 1C). Dadurch erfahrt der gepreßte Strang 1 eine Druckbelastung, die zur oben beschriebenen Umorientierung der Kristalle führt. Die Höhe des gewählten Gegendrucks bestimmt die Anzahl der aktivierten Zugzwillinge, so daß sich sowohl die Druckfließspannung als auch die Zugfließspannung des fertigen Produktes gezielt beeinflussen lassen. So ist es beispielsweise bei der Herstellung von Karosserielängsträgern für Fahrzeuge mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens möglich, die für ein gewünschten Crashverhalten benötigte Fließspannung einzustellen.
2B zeigt mittels Röntgenanalyse ermittelte Texturausschnitte für Strangpreßprofile aus einer Magnesiumlegierung die ohne Gegendruck (linke Seite in 2B) und mit Gegendruck (rechte Seite in 2B) hergestellt wurden. Es ergibt sich eine durch die Zugzwillingsbildung verursachte Veränderung der Textur beim Strangpressen mit Gegendruck, welche zur Verdeutlichung eingekreist ist.
Bei der Herstellung des gepreßten Stranges 1 wird der Gegendruck so eingestellt, daß Zugzwillinge aktiviert werden. Hierzu ist eine vorbestimmte Druckspannung zu überschreiten. Als Richtwert hierfür wird die Druckfließspannung herangezogen, die für unterschiedliche Werkstoffe jeweils bekannt ist. Beispielsweise liegt dieser Wert bei Raumtemperatur für die Magnesiumlegierung AZ31 (Zusammensetzung gemäß DIN 1729-1 (Angaben in Gewichtsprozent): Al – 2.3 bis 3.5, Zn – 0.5 bis 1.5 und gegebenenfalls Si – 0.1, Cu – 0.1, Fe – 0.03, Ni – 0.005, Mn – 0.05 bis 0.4, sonstige – insgesamt 0.1) bei etwa 100 N/mm². Zweckmäßigerweise wird der Block 2 des zu verpressenden Materials vor dem Pressen auf Temperaturen zwischen 200°C bis 350°C erwärmt. Die Aktivierung von Zugzwillingen erfolgt bei diesen Temperaturen schon bei Druckspannungen um etwa 50 N/mm².
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Anordnung mit einem indirekten Hohlstempel 7 und der hiervon getrennt gebildeten Druckkammer 4a. Die mit dem indirekten Hohlstempel 7 aufzubringende Kraft zum Hindurchpressen des zu pressenden Materials und der Gegendruck in der Druckkammer 4a können so unabhängig voneinander eingestellt und geregelt werden. Die mechanische Stabilität des indirekten Hohlstempels 6a wird durch die Bildung der Druckkammer 4a nicht negativ beeinflußt, was der Fall sein könnte, wenn die Druckkammer 4a in einem Hohlraum (nicht dargestellt) des indirekten Hohlstempels 7 gebildet würde. Letzteres hat allerdings den Vorteil eines erhöhten Geräteintegrationsgrades. Bei getrennter Ausbildung von Druckkammer 4a und indirektem Hohlstempel 7 wird die Länge der Druckkammer 4a nicht durch die Maße des indirekten Hohlstempels 7 beschränkt.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilabschnitts einer Anordnung mit einer Matrize, einem Preßwerkzeug und einer Druckkammer, welche für ein indirektes Strangpressen ausgelegt sind. 5 zeigt eine weitere Darstellung eines Teilabschnitts der Anordnung in 4, wobei zusätzlich ein Block eines zu verpressenden Werkstoffes dargestellt ist.
Die Druckkammer 4a besteht aus mehreren Bauteilen, weshalb der Einsatz von Dichtungen zwischen den Bauteilen notwendig ist. Gemäß den Darstellungen in 4 und 5 ist die Dichtheit in den Bereichen I bis IV sicherzustellen, d. h. zwischen dem gepreßten Strang 1 und der Matrize 5, zwischen der Matrize 5 und einem Flansch 8, zwischen dem Flansch 8 und dem die Druckkammer 4a aufnehmenden Druckrohr 4 sowie zwischen dem Druckrohr 4 und einem die Druckkammer 4a abschließenden Deckel 9.
Die Abdichtung zwischen dem gepreßten Strang 1 und einer Reibfläche der Matrize 5 im Bereich I wird durch die hohe Flächenpressung beim Umformen erreicht. In den Bereichen II bis IV müssen Dichtungen eingesetzt werden. Eine Dichtung hat hierbei grundsätzlich die folgende Aufgabe zu lösen: zwischen zwei Räumen, die eine gemeinsame, bewegte Grenzfläche aufweisen, ist der Austausch des Druckfluids zu verhindern. Bei einer dynamischen Dichtung ist die Bewegung dieser Grenzfläche beträchtlich, während bei einer statischen Dichtung die Bewegung fehlt. Bei sämtlichen Dichtungen in den 4 und 5 handelt es sich um statische Dichtungen.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Hydrauliksystems, welches zum Regeln eines Gegendruckes in einer Druckkammer beim Strangpressen genutzt wird.
Ein Überströmventil 60 wirkt als Druckbegrenzungsventil. Das Überströmventil ist einstellbar, so daß wählbare Grenzdrücke in der Druckkammer festgelegt werden können. Ein vorgesehenes Handabsperrventil 61 dient zum Verschließen einer Entlüftungsleitung 62 nach dem Füllen. Es sind zwei sich gegenüberliegende Anschlüsse gebildet, deren Verbindungsbohrung mittels Eindrehen einer Spindel verschlossen werden kann.
Ein Hochdruckschlauch 63 ist so gewählt, daß ein maximaler Betriebsdruck 1500 bar beträgt, wobei der Berstdruck bei 3800 bar liegt. Der Hochdruckschlauch 63 wird in geeigneter Länge verwendet, wobei ein maximaler Biegeradius von 200 mm vorgesehen ist.
Ein Verbindungsstück 64 ist als Nippel mit integrierter Druckschraube ausgeführt. Ein Kreuzstück 65 verbindet den Hochdruckschlauch 63, ein Manometer 66, das Handabsperrventil 61 sowie das Überströmventil 60 miteinander. Das Manometer 66 ist als Rohrfedermanometer ausgeführt. Eine Pumpe 67 dient zum Druckaufbau in der Druckkammer 4a.
Das dargestellte Hydrauliksystem ist eine Ausführungsform für eine Anlage zum Einstellen des in der Druckkammer 4a auf den gepreßten Strang 1 mittels des Druckfluids gegebenen Gegendruck beim Strangpressen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines gepreßten Stranges (1) mittels Strangpressen, bei dem der gepreßte Strang (1) gebildet wird, indem ein Block (2) eines preßbaren Materials mittels eines Preßwerkzeuges (6) durch eine Matrize (5) in eine nachgelagerte Druckkammer (4a) gepreßt wird, wobei der gepreßte Strang (1) in der Druckkammer (4a) mit einem Druckfluid in Kontakt tritt und über das Druckfluid mit einem gegenüber Umgebungsluftdruck erhöhten Gegendruck beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als das Druckfluid eine Flüssigkeit verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck auf einem im wesentlichen gleichbleibenden Wert gehalten wird, während der gepreßte Strang (1) stückweise in die Druckkammer (4a) eintritt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck in der Druckkammer (4a) und ein über das Preßwerkzeug (6) auf den Block (2) aus dem preßbaren Material gegebener Preßdruck unabhängig voneinander geregelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck in der Druckkammer (4a) eine äußere Form des gepreßten Stranges (1) nicht verändernd eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Gegendrucks in der Druckkammer (4a) die innere Materialstruktur in dem gepreßten Strang (1) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Materialstruktur in dem gepreßten Strang (1) verändert wird, indem Zugzwillinge aktiviert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck in der Druckkammer (4a) hydraulisch geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangpressen als direktes Strangpressen ausgeführt wird, bei dem der Block (2) des preßbaren Materials dem Preßwerkzeug (6) in Richtung der Matrize (5) vorgelagert auf diese zu gedrückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Strangpressen als indirektes Strangpressen ausgeführt wird, bei dem die Matrize (5) dem Preßwerkzeug (6) in Richtung des Blocks (2) des preßbaren Materials vorgelagert auf dieses zu gedrückt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck in der Druckkammer (4a) zumindest teilweise aufgebaut und wahlweise verändert wird, indem der gepreßte Strang (1) in die Druckkammer (4a) eintritt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gepreßte Strang (1) als Halbzeug ausgebildet wird.
Vorrichtung zum Strangpressen eines gepreßten Stranges (1), mit einer Matrize (5) und einem Preßwerkzeug (6), welches konfiguriert ist, um einen Block (2) eines preßbaren Materials durch die Matrize (5) zu pressen, sowie einer der Matrize (5) nachgelagerten Druckkammer (4a) zum Aufnehmen des gepreßten Stranges (1), wobei die Druckkammer (4a) fluiddicht ausgeführt und mit Druckeinstellmitteln (60, ..., 67) gekoppelt ist, welche konfiguriert sind, um für den gepreßten Strang (1) über ein in der Druckkammer (4a) ein bringbares und mit dem gepreßten Strang (1) in der Druckkammer (4a) in Kontakt tretendes Druckfluid einen gegenüber Umgebungsluftdruck erhöhten Gegendruck auszubilden.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck in der Druckkammer (4a) und ein über das Preßwerkzeug (6) auf den Block (2) aus dem preßbaren Material zum Pressen durch die Matrize (5) zu gebender Preßdruck unabhängig voneinander regelbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (4a) zumindest teilweise durch das Preßwerkzeug (6) hindurch verlaufend gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer zumindest teilweise als ein Hohlraum in dem Preßwerkzeug (6) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (4a) in einem von dem Preßwerkzeug (6) getrennten Bauteil (4) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (4a) und das Preßwerkzeug (6) in Preßrichtung rückseitig an die Matrize (5) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (4a) und das Preßwerkzeug (6) mittels eines gemeinsamen Flansches (7) an die Matrize (5) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinstellmittel ein Hydrauliksystem (60, ..., 67) aufweisen, welches wahlweise als ein Hochdrucksystem ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (4a) rohrförmig ausgeführt ist, wahlweise in einem Druckrohr (4).