DE2703341C2 - Dorn zum Strangpressen von mit Innenrippen versehenen Rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dorn zum Strangpressen von mit Innenrippen versehenen Rohren entsprechend ifcm Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Dieser aus der SU-PS 3 00 233 ^kannte Dorn besteht im wesentlichen aus drei Abschnitten, und zwar einem relativ langen, zylindrischen ers^pn Abschnitt, dem Schaft, einem Zwischenabschnitt der anschließend an den Schaft sich kegelförmig im Querschnitt verringert und dem eigentlichen formgebenden zweiten Abschnitt Der Zwischenabschnitt befindet sich in Preßrichtung gesehen von der Matrize. Der zweite formgebende Abschnitt beginnt ebenfalls noch vor dem Öffnungsquerschnitt der Matrize und er besteht — in Preßrichtung gesehen — aus einem an den Zwischenalv schnitt anschließenden zylindrischen Teil, der sich in oder unmittelbar hinter dem Öffnungsquerschnitt der Matrize stark kegelig bis zum Innendurchmesser des herzustellenden Rohres erweitert. Im kegeligen Bereich sind für die auszubildenden Innenrippen Längskanäle vorgesehen, die sich in Preßrichtung in der Breite verringern und in der Tiefe vergrößern. Das Ende des zweiten Abschnittes bildet ein Kalibrierabschnitt, in dem die Längskanäle auf das endgültige Maß der herzustellenden Innenrippen in der Breite reduziert und in der Tiefe vergrößert sind.

In diesem Kalibrierabschnitt wird für den zu verpressenden Werkstoff durch die Breitenverringerung der Längskanäle ein Radialfluß nach innen erzwungen und damit die Rippen in ihrem Spitzenbereich ausgeformt. Dieser Kalibriervorgang ist von einer erheblichen Reibung begleitet, die zu einem erhöhten eo Preßdruek zwingt= Im Falle hoher und schmaler Rippen — bei dem die Rippenhöhe die Rippendicke um mehr als das vierfache übersteigt — besteht die Gefahr des Verschlusses des Querschnittes der Längskanäle. Außerdem ist eine ausreichend saubere Ausformung der hi Rippen, insbesondere im Spitzenbereich derselben, nicht mehr gewährleistet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dorn der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß mit einfachen konstruktiven Änderungen bei hoher Dimensionsgenauigkeit eine einwandfreie Herstellung von Rohren mit Innenrippen relativ großer Höhe möglich ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I ergebenden Merkmale gelöst

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist dar Herstellen präziser Rohre mit verhältnismäßig hohen Innenrippen möglich. Dies deshalb, weil die kegelförmige Erweiterung des zweiten Dornabschnittes in Verbindung mit der Lage dieses Dornabschnittes gegenüber dem Matrizenöffnungsquerschnitt nämlich, daß dieser Abschnitt den Öffnungsquerschnitt der Matrize durchragt, einerseits ein Aufweiten des Rohres auf den gewünschten Innendurchmesser erreicht wird und außerdem in Verbindung mit dem Aufweiten ein Abheben der Rippenspitzen vom Nutgrund erreicht wird, was eine erhebliche Reibungsverringerung mit sich bringt, die für eine beschädigungsfreie Erzeugung gerader hoher Rippen bedeutsam ist

Ein Hemmen der Bewegung des verformten Metalls kann nicht auftreten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen dadurch, daß die Längskanäle einen über die Länge dahingehend veränderlichen Querschnitt aufweisen, daß dieser in Preßrichtung zunimmt Dadurch wird es ermöglicht, diese Kanalquerschnitte beim Pressen vollständig mit Metall zu füllen. Durch diesen Kaaalaufbau wird die Rippenverschiebung beim Pressen mit desto geringerer Kraft gestört, je weiter die Matrize liegt Dies ist der Fall, weil die Rippenausmaße durch den Querschnitt geformt werden, welcher genau in der Ebene der Matrize liegt und die Rippen nach deren Verlassen keine weitere Zunahme in der Stärke und Höhe erfahren. Durch die Kanalerweiterung wird die Rippe damit gleichzeitig vom wandseitigen Reibungswiderstand befreit Die Reibung der Rippen an den Kanälwändei;- wird :cit fortschreitender Verschiebung der Rippen zum Austritt aus dem Bereich der Kanäle immer mehr abnehmen, bis die Rippen sich vollständig von den Wänden lösen.

Nachstehend wird ein konkretes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig.] einen Behälter und eine Matrize mit in diesen angebrachtem erfindungsgemäßen Dorn zum Strangpressen von Rohren mit Innenrippen,

Fig.2 einen Schnitt nach der Schnittlinie N-Il von Fig. 1 im vergrößerten Maßstab, der den Querschnitt eines Rohres mit Innenrippen darstellt, die mit Hilfe des e.-findungsgemäßen Dorns hergestellt worden sind,

F i g. 3 ein Dorn gemäß der Erfindung zum Strangpressen von Rohren mit Innenrippen in einer Gesamtansicht,

Fig.4 einen Schnitt nach der Schnittlinie IV-IV von Fig. 3,

Fig.5 einen Schnitt nach der Schnittlinie V-V von F i g. 3 im vergrößerten Maßstab,

Fig,6 einen Schnitt nach der Schnittlinie V-V von Fig. 3 einer anderen Ausführungsvariante der Kanäle im vergrößerten Maßstab, und

F i g. 7 eine weitere Ausführungsvariante eines Dorns zum Strangpressen von Rohren mit Innenrippen.

Ein Dorn 1 (Fig. I) zum Strangpressen eines Rohres 2 (Fig. 2) mit Innenrippen 3 besteht aus drei Abschnitten: einem zylindrischen Abschnitt 4 (Fig. 3),

einem Abschnitt 5 mit profilierten Kanälen 6 und einem Zwischenabschnitt 7, der die Abschnitte 4 und 5 verbindet.

Der zylindrische Abschnitt 4 hat die größte Länge, da er einen in einem Preßblock 8 (Fig. 1) befindlichen Rohling A durchsetzen muß.

Der Zwischenabschnitt 7 (Fig.3) besteht aus zwei abgestumpften Kegeln 9 und 10, die mit ihren kleineren Grundflächen zueinander gekehrt sind, während der abgestumpfte Kr^eI 9 mit seiner größeren Grundfläche dem Abschnitt 4 und der abgestumpfte Kegel 10 mit seiner größeren Grundfläche dem Abschnitt 5 zugekehrt ist

Der Abschnitt 5 ist ebenfalls als abgestumpfter Kegel ausgebildet, der mit seiner kleineren Grundfläche dem zylindrischen Abschnitt 4 zugekehrt ist. Die Kegeligkeit des Abschnittes 5 wird derart gewählt, daß die Herstellung des stranzupressenden Rohres innerhalb jener Abweichungsgrenzen gewährleistet ist, die für Wandstärke und Durchmesser zugelassen sind. Je nach der Größe der zu pressenden Dicken und zugelassenen Abweichungen derselben kann die Kegelneigung im Bereich von 0,003 bis 0,5 variieren.

Seitens der größeren Grundfläche schließt an den Abschnitt 5 ein abgestumpfter Kegel 11 an, der zum leichteren Einsetzen des Doms in die öffnung einer Matrize 12 (F ig. 1) dient

Die Länge des Abschnitts 5 wird von der Länge der profilierten Längskanäle 6 bestimmt und entspricht dieser Länge. Im beschriebenen Beispiel sind die Kanäle 6 gleichmäßig über den Umfang verteilt

Die Anzahl der Kanäle und ihre Lage am Umfang des Abschnittes 5 entspricht der erforderlichen Rippenzahl und deren Lage am Rohr. Die Querschnittsform jedes Kanals 6 kann zur geometrischen Achse des Dorns (F i g. 4,5) verjüngt sein. Es ist auch eine Ausführung der Kanäle 13 (F i g. 6,7) mit parallelen Wänden möglich.

Die Kanäle 6 (F i g. 4,5) besitzen einen veränderlichen Querschnitt, der in Richtung auf die größere Grundfläche des abgestumpften Kegels zu allmählich zunimmt. Diese Zunahme der Querschnittsfläche geschieht sowohl auf Kosten der Kanalbreite wie auch auf Kosten der Kanaltiefe. Die Zunahme der Abmessungen in Breite und Länge erfolgt dadurch, daß der Abschnitt 5 eine kegelige Oberfläche besitzt. Der Abschnitt »a« (Fig.4) des Kanals 6, der näher zur kleineren Grundfläche des abgestumpften Kegels des Abschnittes 5 liegt, ist derart ausgeführt, daß die Querschnittsfläche über seine Länge sich stärker änH.ert als im Abschnitt »b«. Die Länge des Abschnittes »a« beträgt ungefähr ein Viertel der Länge des K anals 6.

Die Kanäle 13 (F i g. 7) mit parallelen Wänden sind in einem Abscl.nitt 14 ausgebildet, der von zwei aufeinanderfolgend liegenden, abgestumpften Kegeln 14a und 14ö dargestellt ist. Der abgestumpfte Kegel 14a besitzt eine bedeutend größere Kegeligkeit als der abgestumpfte Kegel 14& Der Abschnitt »a«des Kanals 13 liegt im Bereich des Kegels 14a.

Der die Abschnitte 4 und 14 verbindende Zwischenabschnitt 15 ist von zwei abgestumpften Kegeln 9 und 10, die mit ihren kleineren Grundflächen zueinandergekehrt sind, und einem zwischen diesen liegenden zylindrischen Körper 16 gebildet.

Diese Ausführung des Dorns ermöglicht vollkommcndcs Füllen von tiefen und schmalen, profilierten Kiiniilcn.

Ils sind auch andere Aiisführiingsviirianten des /.wischcmibschnitts niög|i;-'i. der der Bedingung genügt, nach welcher sein Durchmesser über die Abschnittslänge sich derart ändert, daß er zuerst ab- und dann zunimmt. Diese Ausführung des Zwischenabschnitts gewährleistet die Ansammlung eines Metallvolumens, das zum Füllen der Kanäle bei der Formgebung der Rippen erforderlich ist, und erleichtert die Befreiung der Kanäle vom Metall nach beendetem Preßvorgang beim Abtrennen des Preßrestes.
Das Strangpressen von Rohren mit Innenrippen mit Hilfe des Dorns geht folgenderweise vor sich.

In den Behälter 8 wird der Rohling »Aueingelegt, der eine zylindrische Bohrung längs seiner Achse besitzt In diese Bohrung wi.-d der Dorn 1 eingeführt, die mit ihrem profilierten Abschnitt 5 im Innern der öffnung der

I^ Matrize 12 angeordnet und in dieser Stellung fest fixiert wird.

Beim Führen des Dorns 1 durch die innere Bohrung des; Rohlings »A« und beim Anordnen derselben in der öffnung der Matrize 12 wirkt der Kegel 11 a!s Leitkegel, wodurch das geschilderte Anordnen erleichtert wird.

Der Dorn wird in einer derartigen Stellung angeordnet daß die profilierten Karate 6 mit ihren Abschnitten »ix< in der öffnung der Matrize 12 liegen und daß die Abschnitte »a« der profilierten Kanäle 6 sich dabei im Innern des Rohlings »A«befinden.

In der festgelegten Stellung muß ein Teil des Abschnitts »b« des profilierten Abschnittes 5 über die Enden der Matrize 12 in Preßrichtung hinausragen.
Die Kegeligkeit des Abschnittes 5 erleichtert dessen Anordnung in der öffnung der Matrize 12, weil dadurch dieser Abschnitt mit einer größeren Länge, und zwar von 10 bis 100 mm und mehr, ausgeführt werden kann.

Mit einem Preßstempel 17 wird über eine Preßscheibe 18 auf den Rohling »A« gedrückt, wodurch das Strangpressen des Rohres 2 in einem lichten Abstand erfolgt, der von der öffnung der Matrize 12 und der Querschnittskontur des profilierten Abschnittes 5 gebildet ist, der in die Matrize 12 eingesetzt ist.

Das Strangpressen des Rohres dauert so lange, bis der größere Volumenteil des Rohlings »A« in Form eines Rohres ausgepreßt worden ist. Im Behälter 8 wird ein Materialrest belassen, der ungefähr 8—20% des Volumens des Ausgangsrohlings beträgt Hierbei soll in der in Preßrichtung vorderen Endstellung die Preß-

scheibe 18 nicht hinter die größere Grundfläche des abgestumpften Kegels 9 gehen.

Danach erfolgt das Abtrennen des Materialrestes. Zu diesem Zweck bedient man sich eines der bekannten Verfahren. Nach einem dieser Verfahren wird der Dorn, ohne den Preßvorgang zu unterbrechen, in der Preßrichtung mit einer Geschwindigkeit vorgeschoben, die in etwa der Vervchiebegeschwindigkeit der Preßscheibe 18 entspricht. Dabei wird der kleinste Durchmesser des Übergangsabschnittes 7 in der

^⁵ öfinung der Matrize 12 angeordnet. Der Dorn wird dann in dieser Stellung fixiert, wonach der Prfßvorgang mit dem Volumen des Materialrestes fortgesetzt wird. Da der Abschnitt 5 mit den profilierten Kanälen aus der Zone der Öffnung der Matrize 12 herausgebracht

worden ist, führt de·· Pressen des Metalls des Rohlings »A« nicht zum Füllen der profilierten Kanäle 6. Zugleich breitet sich eins Metnil, das den an den Zwischcnabsclinitt 7 anliegenden Bereich füllt, in eic" Zone des abgestumpften Kegels 10 aus. wodurch der Abschnitt

'" mit den profilierten Kanülen freigegeben wird.

Hicniiic'· ■■·. ird ;!cr Πηιπ · in der /ur !'re'irii hfng entgegengesetzten Richtung ungehindert zurückgeschoben und der Ahs;hniM ΐ mn den profilierten

Kanälen 6 im Innern des Prcöstcmpcls 17 angeordnet. Sodann wird der !Behälter 8 verschoben und der Preßrest abgeschnitten.

Nach einem zweiten Verfahren wird, nachdem der Materialrest belassen ist. der Druck am Preßstempcl 17 aufgehoben und der Preßstempel in der zur Preßrichtung entgegengesetzten Richtung zurückgeschoben. Dann wird in derselben Richtung der Dorn aus dem Ma'erialrest herausgezogen.

Es können auch andere Verfahren zum Abtrennen des ' Preßrestes je nach den Abmessungen der zu pressenden Rohre angewendet werden. Beim Strangpressen von Rohren mit Inncnrippen unter Verwendung eines Dorns mit profilierten Kanälen müssen folgende Bedingungen gewährleistet werden. Die profilierten Kanäle 6 sind mit ^! Metall vollständig zu füllen, um auf diese Weise die Rippen zu formen. Die ausgeformten Rippen sind in den Kanälen in der Preßrichtung über die Grenzen der plastischen Formgebungszone, d. h. über die Matrizengrenzen, derart zu verschieben, daß sich die Kippen i des Rohres 2 nicht von der Rohrwand lösen. Schließlich sind die Ripper. 3 des Rohres 2 aus den profilierten Kanälen vor der Abtrennung des Materialrestes ganz herauszuziehen.

Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion des Dorns I und der angegebenen Anordnung derselben bezüglich der Matrize 12 füllt das Metall des Rohlings ■k\« währrnd des Strangpressens die schmalen profilierten Kanäle 6 vollständig, wodurch dünne hohe Rippen 3 am Rohr 2 geformt werden.

Das Füllen dieser Kanäle mit dem strangzupressenden Metall wird aufgrund gleichzeitigem Fließen des Metalls sowohl in radialer Richtung vom Umfang zur Achse des Abschnittes 5 als auch in axialer Richtung längs der Kanäle 5 des Abschnittes 5 erzielt. Da der Abschnitt 5 die Gestalt eines abgestumpften Kegels hat. dessen kleinere Grundfläche dem zylindrischen Abschnitt 4 des Dorns I zugewandt ist, ist die zur Preßachse gerichtete Komponente der Preßkraft beträchtlich größer als im Falle eines zylindrisch ' ausgebildeten Abschnittes mit profilierten Kanälen, wodurch das Füllen der Kanäle 6 mit Metall erleichtert wird. Die Frweilerung der Kanäle 6 in Richtung von der kleineren Grundfläche des abgestumpften Kegc's des Abschnittes 5 zur größeren Grundfläche erleichtert die ^J Verschiebung des Metalls, durch das die Rippen 3 in profilierten Kanälen 6 geformt werden, und verhindert die Ablösungsmöglichkeit der Innenrippen 3 von der Innenfläche der Wandung des Rohres 2. Dies ermöglicht i.!as Strangpressen von Rohren mit beliebiger Wand- ">' stärke, nämlich von 1.5 mm bis 50 mm.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Erweiterung der Kanäle 6 eine Reduzierung der F.inwirkung von Reibungskräften auf die Rippen 3 zur Folge hat. Nachdem die Rippen 3 über die Enden der Öffnung der Matrize 12 hinausgelangt sind, behalten sie die Abmessungen bei. mit denen sie in der Öffnung der Matrize 12 geformt wurden. Zudem erweitern sich die profilierten Kanäle außerhalb der Matrizenöffnung. so daß sie die Verschiebung der Rippen 3 riicrr. behindern.

Die Verschiebung der Rippen 3 wird auch durch die Kegdigkeit des Abschnittes 5 erleichtert, da nach dem Austritt aus der Oi nungder Matrize 12 das Rohr 2 seine Bewegung längs des kegeligen Abschnittes 5 fortsetzt iinr· hier unter Durchmesservergröß'jrung aufgeweitet wird, was zum Herausziehen der Rippen aus den Dornnuten führt.

Die Kegeligkeit des Abschnittes 5 mit den profilierten Kanälen fi gestattet es nach beendetem Preßvorgang die Kanäle 6 vor der Abtrennung des Materialrestes unabhängig vom Abtrennverfahren desselben freizulegen.

Beim Abtrennen des Materialrestes nach dem ersten vorstehend geschilderten Verfahren führt das Ausbreiten des Metalls aus der an den Zwischenabschnitt 7 anliegenden Zone nicht zum Füllen der Kanäle 6. da der Metalldruck hierzu nicht ausreicht.

Bei"! anderen Abtrennverfahren für den Materialrest. das gleichfalls oben beschrieben wurde, ist der Metalldruck beim Herausziehen des Dorns wiederum nicht ausreichend, um die Kanäle 6 mit Metall zu füllen.

Die beschriebenen Dornkonsfuktionen durchliefen bereits Betriebsversuche und ermöglichen die Herstellung von Rohren mit verschiedenen Durchmessern. Wandstärken und Rippenhöhen. Es wurden Rohre mit einem kleinsten Durchmesser von 30 mm stranggepr'eßt. die eine Wandstärke von 1,5 bis 3 mm besitzen, mit verschiedener Rippendicke von 1,5 und 2 mm sowie verschiedener Rippenhöhe von 6 und 9 mm, und mit einem größten Durchmesser von 200 mm mit einer Wandstärke von 7 und 50 mm, einer mittleren Rippendicke von 6 und 4 mm sowie einer Rippenhöhe von 25 und 40 mm. Es wurden ferner Rohre mit dazwischenliegenden Durchmessern und mit entsprechenden Verhältnissen von Rippenhöhe und Rippendikken stranggepreßt.

Die gepreßten Rohre wiesen eine hohe Qualität auf. die zum Einsatz derselben in Wärmeaustauschern erforderlich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Dorn zum Strangpressen von mit Innenrippen versehenen Rohren, mit einem zylindrischen den Preßstempel und den Preßblock durchragenden Schaft, mit einem sich vor der Matrizenöffnung kegelig verjüngenden Abschnitt und mit einem an diesen ersten Abschnitt sich anschließenden zweiten Abschnitt, der die Matrizenöffnung durchdringt und der im Querschnitt sich bis auf den Innendurchmes- m ser des herzustellenden Rippenrohres vergrößert, wobei in dem zweiten Abschnitt, dem Querschnitt der herzustellenden Innenrippen entsprechende Längskanäle vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (5,14a |_. und 146Jsich kegelförmig erweitert.

2. Dorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Längskanäle (6) einen über ihre Länge veränderlichen Querschnitt aufweist, der in Preßrichtung zunimmt.

3. Doijn nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des kegelförmigen Abschnittes (5, 14a und 14b) im Anfangsbereich (a, XAa) größer ist als im Endbereich

25