DE2434221C3

DE2434221C3 - Blockaufnehmer für Metallstrangpressen

Info

Publication number: DE2434221C3
Application number: DE19742434221
Authority: DE
Inventors: Kenzi Ishimoto; Takuma Maeda; Hiroyoshi Taniguchi; Toshio Wakabayashi
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1974-07-16
Filing date: 1974-07-16
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2434221B2; DE2434221A1

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bloekauf- ~'° nehmcr für Metallstrangpressen mit einem Innenzylindcr. dessen Bohrung in Anpassung an die zu verpressenden Blöcke einen unrunden, /. R ovalen, rechteckigen etc. Querschnitt aufweist, und einem auf »len Innen/ylinder aufgeschrumpften Außenzylinder. "

Derartige Blockaufnehmer werden bevorzugt beim Herstellen verhältnismäßig flacher Profile verwendet. In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein zum Stande der Technik zahlender Blockaufnehmer für Metallstrangfressen mit einem länglichen b/vv. ovalen Innenquer- ω> ichnitt 17 fur den Preßblock gezeigt. Als auszupressendes Profil ist ein flaches U-Profil 16 strichpunktiert dargestellt. Der Inneiizylinder 14 mit seinem ovalen bzw. zylindrischen Innenquerschnitt Weist äüßeii zy^ lindrische Form auf und ist in den Außenzylinder 13 eingeschrumpft, Im Zusammenhang mit Fig. 2, in der der in Fig, I gezeigte Innefizylinder im vergrößerten Maßstab dargestellt ist, werden nachfolgend die beim

Preßvorgang auftretenden Spannungen verdeutlicht.

Während des Preßvorganges, bei dem sich der Block aufgrund der Preßkraft in fließfähigem Zustand befindet, wird vom Preßblock - in erster Annäherung - auf die Innenoberfläche des Innenzylinders 14 eine Druckkraft ρ ausgeübt, die über den Umfang des Innenquerschnittes etwa gleich groß ist. Die vom Druck ρ beaufschlagten oberen und unteren Wandbereiche Al, Al und die seitlichen Wandbereiche Bl, Bl üben senkrecht zu den Wandbereichen gerichtete Kräfte aus, die sich aus dem Produkt Druck mal Wandanteil, d. h. ρ · Al, ρ · Al, ρ ■ Bl, ρ ■ Bl ergeben.

Durch die größere insgesamt in V-Richtung wirkende Kraftkomponente treten in den verhältnismäßig schmalen Wandbereichen des Innenzylinders senkrecht zu der in der y-Achse verlaufenden Schnittebene entsprechend hohe Zugkräfte auf. Diese Zugkräfte sind zudem über die Wanddicke nicht gleich groß, sondern sie nehmen von der äußeren Begrenzungsfläche der Innenbüchse zur inneren Begrenzungsfiäche ( 71, Tl) zu. Dies deshalb, weil durch die größere in y-Richtung wirkende Kraftkomponente auch ein Biegemoment erzeugt wird, das an der Innenoberfläche in den Bereichen Tl und Tl zur Vergrößerung der Zugspannung führt.

Wird die Druckbelastung in einem derartigen Blockaufnehmer zu groß, besteht in diesen Stellen 71 und Tl die Gefahr einer Rißbildung.

Dieser Gefahr kann zwar dadurch begegnet werden, daß für den Innenzylinder 14 ein Werkstoff mit hoher Zugfestigkeit verwendet wird, oder daß die Wandstärke des Außenzylinders 13 vergrößert wird. Beide Maßnahmen fühen jedoch zu einer Kosten- und Gewichtserhöhung des Blockaufnehmers und nicht zu einer Beseitigung der Ursache der Rißbildung.

Aus der DE-AS 1 121 570 ist ferner ein Blockaufnehmer zum Verpressen unrunder Blöcke bekannt, bei dem zwar ebenfalls ein Innenteil in einen Aufnehmerzylinder eingeschrumpft ist -nd bei dem der Innenteil eine Bohrung mit etwa ianglochförmigem oder rechteckigem Querschnitt aufweist. Der Innenteil ist jedoch /weigeteilt, so daß in dem Bereich der geringsten Wandstärke des Innenteils von diesem selbst keine Zugkräfte aufgenommen werden können Dies fuhrt auch hiei /u einer erhöhten Belastung des Aufnehmerzylinders und zu einer größeren Wanddicke desselben. Außerdem muli bei dieser Anordnung an den Fugcnhcreichen der beiden Innenteile jeweils ein elastisches Zwischenstück angeordnet werden, um ein Findringen von Preßgut in die Fugen /u verhindern. Diese bekannte Konstruktion zeichnet sieh einerseits durch einen größeren Aufnehmer/ylinder und andererseits durch eine Mehrzahl von gegenseitig angepaßten Einzelelementen mit /um Teil schwierig herzustellenden Oberflächenkonturen aus.

Schließlich ist es hei einem zusammengesetzten Blockaufnehmer, bestehend aus dem Außenzylinder und dem Innenzylinder mit zylindrischer Innenbohrung bekannt - vergleiche die DE-AS 1 139089 - im Außen/ylinder eine Heizvorrichtung vorzusehen. Diese dient sowohl zum Warmhalten des Preßgutes als auch zur Beeinflussung der Spannungen im Innenttnd Außenzylinder.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den eingangs beschriebeneiij wesentlich einfacher gestalteten und aufgebauten Blockaufnehmer so weiterzubilden, daß die Zugkräfte in den Bereichen kleinen

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Querschnitts des Innenzylinders herabgesetzt sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Bereich der geringsten Wandstärke des Innenzylinders nutförmige Ausnehmungen in der Bohrung des Außenzylinders oder in der Außenwand des Innenzylinders angeordnet sind.

Diese Lösung bietet den Vorteil, daß trotz kompakter und einfacher Konstruktion die Zugkräfte in den Bereichen kleinen Querschnitts des Innenzylinders erheblicl. herabgesetzt sind. Es ist nicht mehr nötig, den Innenzylinder aus einem speziellen, hochzugfesten Stahl herzustellen und die Wanddicke des Außenzylinders relativ stark zu gestalten.

Bei einem Blockaufnehmer mit einem Innenzylinder, dessen Bohrung einen Querschnitt in Form eines Langlochs aufweist, dehnt sich der Innenzylinder im Betrieb der Strangpresse aufgrund des hohen Innendruckes in der Bohrung in Richtung der Längsachse des Querschnitts aus, wodurch die Tiefe der symmetrisch gegenüber der Längsachse des Querschnitts angeordneten Ausnehmungen verkleinert und mithin eine Druckkraft auf die eine kleine Druckbeaufschidgungsfläche besitzenden Abschnitte der Bunrung ausgeübt wird. Da eine solche Druckkraft einen hohen Widerstand gegenüber dem Innendruck darstellt, kann ein Bruch des Innenzylinders an seinen Abschnitten mit den kleinen Druckbeaufschlagungsflächen verhindert werden, ohne daß für die Herstellung des Innenzylinders ein Material mit hoher Zugfestigkeit verwendet werden muß.

Versuche haben gezeigt, daß bei einem Blockaufnehmer, dessen Innenzylinder eine Bohrung mit einem Querschnitt in Form eines Langloches aufweist, die besten Ergebnisse dann erzielt werden, wenn die Ausnehmungen in Umfangsrichtung eine Längsausnehmung besitzen, die etwa gleich oder geringfügig größer ist als das Doppelte des Radius der die kleinen Druckbeiuifschlagungsflächen besitzende Abschnitte der Bohrung des Innenzylinders.

Ferner hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich die symmetrisch gegenüber der Längsachse des langlochförmigen Querschnitts angeordneten Ausnehmungen jeweils über einen Bogen von etwa 60° relativ zu den Krümmungsmittelpunkten des Bohrungsquerschnitts erstrecken. Versuchsergebnisse haben schließlich auch gezeigt, daß jede Ausnehmung vor dem Aufschrumpfen des Außenzylinders eine Tiefe von W= 1,5 bis \'_1(llJ()stel des Außendurchmessers des Innen/ylinders aufweisen soll. Außerdem sollte die Konstruktion vorteilhaft so getroffen sein, daß der Außenzyli.ider beim Aufschrumpfen schrumpft und teilweise in die Ausnehmungen hineinragt, so daß er die Tiefe W praktisch auf Null verkleinert.

Durch die in den Unteransprüchen 5 und ft beschriebenen Lösungen kann die durch die thermische Beanspruchung hervorgerufene Wirkung der Zugspannung an den Seitenwänden der Bohrung im Innenzylinder vermindert werden, wodurch der Widerstand gegenüber dem Innendruck im Inucnzylinder weiter erhöht wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläu^ tcrt. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Blockaufneh-¹ mer gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Verhältnisse der auf die Wäriite der Bohrung des Innenzylinders gemäß Fig. I einwirkende Kräfte,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen verbesserten

Blockaufnehmer mit Merkmalen nach der Erfindung, Fig. 4 eine schematische Darstellung des Kräfte-

Verhältnisses bei einem Blockaufnehmer gem. Fig. 3, Fig. 5 einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 6 eine schematisehe Darstellung der Anordnung einer bei dem erfindungsgemäßen Blockaufnehmer vorgesehenen Heizeinrichtung oder Heizspirale.

Der in Fig. 3 gezeigte Blockaufnehmer 20 weist einen Außenzylinder 21 und einen in diesen eingeschrumpften Innenzylinder 22 auf. Im Zentrum des Innenzylinders 22 ist eine elliptische bzw. Ianglochförmige Bohrung 22a ausgebildet, deren Größe einem Block 23 mit einem rechteckigen Querschnitt angepaßt ist, wobei das Verhältnis von Hauptachse zur Nebenachse des elliptischen bzw. langlochförmigen Querschritts der Bohrung 22a dem Verhältnis /wischen der Langseite und der kur? .i Seite des zu verpressenden Biocksengangepaßt isv. Im Außcnumfang des Innenzylinders 22 sind einander diametral gegenüberliegende Ausnehmungen 24, die jeweils eine vorbestimmte radiale Tiefe W besitzen und die in Axialdichtung verlaufen, an den Stellen vorgesehen, welche den die kleinen Druckbeaufschlagungsflächen besitzenden Abschnitten der Bohrung 22a entsprechen.

jo Wie oben bereits dargelegt, werden die besten Ergebnisse dann erzielt, wenn die Ausnehmungen in Umfangsrichtung eine Längsausdehnung aufweisen, die geringfügig größer gewählt ist als das Doppelte des Radius r der die kleinen Druckbeaufschlagungsflächen besitzenden Abschnitte der Bohrung 22a, wie dies in der vergrößerten Darstellung von Fig. 4 veranschaulicht ist, oder wenn der Winkel Θ zwischen der Abszisse X und einer den Mittelpunkt O₁ der bogenförmigen Endabschnitte der Bohrung 22a die den

■to Radius r besitzen und kleine Druckbeaufschlagungsflächen aufweisen, mit der umfangsmäßig äußersten K .ntc der Ausnehmung verbindenden Linie etwa 3d³ beträgt. Wie fernei oben dargelegt, zeigen die Versuchsergebnisse auch, daß die radiale Tiefe W der Ausnehmung etwa 1,5 bis \'_lll(lllstel des Durchmessers D des Innenzylinders 22 betragen sollte.

Wenn der Innenzylinder 22 auf die vorstehend beschriebene Weise ausgebildet ist, wird der beim Aufschrumpfen durch den Außen/ylinder ausgeübte Druck, außer an den Ausnehmungen 24. gleichmäßig auf die anderen Abschnitte des Innenzylinders 22 übertragen, während dieser Druck nicht auf die den Ausnehmungen 24 entsprechenden Abschnitte des Innenzylinders wirkt. Wenn beim Strangpressen dann ein Innendruck auf die Innenflächen der Bohrung 22a einwirkt, sind die \bschnitte D, und D₁. die kleinere Druckbcaufschlagungsflächen besitzen, einer größeren Verformung ausgesetzt als die Abschnitte C₁ und C₁ mit den größeren Druckheaufschlagungs- oder -aufnahmefläch· η (vgl. Fig. 4). Infolgedessen ist die Bohrung 22a, wie durch die strichpunktierten Linien angedeutet, einer größeren Verformung in Richtung ihrer Hauptachse bzw. Längsachse clesiianglochförmU gen Querschnitts unterworfen, wobei die zwischen den Ausnehmungen 24 liegenden Abschnitte des Innenzylinders 22 eine Verformung in Richtung auf den Außenzylinder 21 erfahren, wodurch ein Biegemoment auf die Abschnitte des Innenzylinders in Rieh-

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Hing der Achse X ausgeübt wird, während Druckkräfte auf die Inncnendabschnittc C des Inneiizylinders 21 einwirken. Diese Druckkräfte werden durch die infolge des Aufschrumpfe ns in Richtung der Achse Y ausgeübte Druckkraft unterstützt. Diese vorteilhafte Wirkung kann auch dann erzielt werden, wenn gemäß Fig. 5 Ausnehmungen 25 in der Innenwand der Bohrung des Außenzylinders 21 vorgesehen werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, uraß die gleiche Wirkung auch dann zu erwarten ist, wenn ein weiches Metall, etwa Aluminium oder Kupfer, in die Ausnehmungen 24 oder 25 eingebracht wird.

Im allgemeinen wird beim iVIelälistnirigpreSscn der Block vorher erwärmt. Zur Vermeidung einer Ab- '⁵ kühlung im Aufnehmer wird dieser mittels einer Heizvorrichtung ebenfalls erwärmt.

infolgedessen tritt in dem Blockaufnehmer 20 auch eine thermische Beanspruchung auf. Wenn nämlich der Blockaufnehmer durch die Heizeinrichtung 7 vom Außenzylinder 21 her erwärmt wird, ist die Temperatur des Innenzylinders niedriger als diejenige des Außenzylinders 21, wobei beide Zylinder 22 und 21 bestrebt sind, sich nach außen auszudehnen. Hierdurch vergrößert sich der Durchmesser der Bohrung 22a im Innenzylinder 22, wodurch insbesondere am Punkt C eine große Zugkraft auf die Innenwand der Bohrung

22a ausgeübt wird. Da die auf diese Weise erzeugte Zugspannung auch die mechanische Festigkeit des Innenzylinders 22 beeinträchtigt, muß diese Zugspannung vermindert werden. Gemäß Fig. 6 ist daher die Heizeinrichtung 7 an den Stellen, welche den Ausnehmungen 24 oder 25 des Innenzylinders 22 bzw. des Außenzylinders 21 entsprechen, nicht vorhanden, oder die Verteiluiigsdichte der Heizspirale ist in diesen Bereichen verkleinert. Hierdurch wird die thermische Beanspruchung in den den Ausnehmungen 24 oder 25 entsprechenden Bereichen des Innenzylinders 22 verringert, wodurch auch die Zugspannung herabgesetzt wird, die auf die Abschnitte mit den kleineren Druckbeaufschlagungsflächcn der Bohrung 22a des Innenzylinders 22 einwirkt.

Jc nach dem Blockwerkstoff wird dieser auf eine Temperatur von 400 bis 459° C erwärmt. Dabei ist es vorteilhaft, dieTemperatur der den Ausnehmungen 24 oder 25 entsprechenden Abschnitte der Außenfläche des Innenzylinders 22 in Abhängigkeit von der Form der Bohrung 22a auf weniger als 500° C zu begrenzen, indem die Heizeinrichtung 7 in einem Bereich von 2 0 = 60° entsprechend dem Von einer Ausnehmung bestrichenen Winkel weggelassen oder mit geringerer Verteilungsdichte vorgesehen wird, so daß die Temperatur an der Außenfläche des Außenzylinders etwa 550 bis 600° C beträgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

IU Patentansprüche:

1. Blockaufnehmer für Metallstrangpressen, mit einem Innenzylinder, dessen Bohrung in Anpassung an die zu verpressenden Blöcke einen unrunden, z. B. ovalen, rechteckigen etc. Querschnitt aufweist, und einem auf den Innenzylinder aufgeschrumpften Außenzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der geringsten Wandstärke des Innenzylinders (22) nutförmige Ausnehmungen (24, 25) in der Bohrung des Außenzylinders (21) oder in der Außenwand des Innenzylinders (22) angeordnet sind.

2. Blockaufnehmer nach Anspruch 1, wobei der '⁵ Querschnitt der Bohrung des Innenzylinders die Form eines Langlochs mit Krümmungsradius r besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (24, 25) in Umfangsrichtung die Längsausdehnung Ir besitzen. ^2U

3. Blocftaufnehmer nach Anspruch 1, wobei der Querschnitt der Bohrung des Innenzyiinders die Form eines Langlochs hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (24,25) symmetrisch gegenüber der Längsachse des Querschnitts angeordnet sind und sich über einen Bogen von etwa 60° relativ zu den Krümmnngsmittelpunkten des Bohrunsquerschnitts erstrecken.

4. Blockaufnehmer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausnehmung vordem Aufschrumpfen des Außenzylinders eine Tiefe von W= 1,5 bis V_1(K)Ustel des Außendurchmessers des Innenzylinder'; aufweist.

5. Blockaufnehmer nach Anspruch 1, wobei in den Außenzylinder eine Heizeinrichtung eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungsdichtc der Heizeinrichtung oder Heizspirale (7) in den den Ausnehmungen entsprechenden Bereich verringert ist.

fi. Blockaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung nur in dem Bereich des Außenzylinders vorgesehen ist. welcher die Ausnehmungen (24, 25) nicht umschließt.