DE69307094T2

DE69307094T2 - Strangpressmatrize und Matrizeeinsatz dafür

Info

Publication number: DE69307094T2
Application number: DE69307094T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Hasegawa; Akira Inamura; Masafumi Kaneko
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd; Thermalex Inc
Current assignee: MA Aluminum Corp; Thermalex Inc
Priority date: 1992-10-01
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2013-10-02
Also published as: US5342189A; EP0595061B1; EP0595061A1; ES2098615T3; JPH06315717A; DE69307094D1; JP2866858B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strangpreßformvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Formeinsatz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13, die beispielsweise aus der US-A-2 366 344 bekannt sind. Diese Vorrichtungen sind für die Herstellung kleiner Gegenstände für die Verwendung im elektrischen, dem Automobil- und verwandtem produzierenden Gewerbe geeignet. Solche Gegenstände sind flache Röhren mit mehreren Hohlräumen, die in Wärmetauschern aus Aluminium, wie z.B. Verdampfern für Klimaanlagen von Automobilen, Kondensern, Heizungen und ähnlichem, verwendet werden. Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Strangpreßformvorrichtung und des Formeinsatzes sind derart, daß sie verglichen mit herkömmlichen Strangpreßformen einfacher herzustellen sind, und daß sie durch Aufrechterhaltung der Genauigkeit bezüglich ihrer Abmessungen auch nach längerem Gebrauch für eine lange Standzeit sorgen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird zunächst der Strangpreßvorgang erklärt. Im allgemeinen weist ein Vorgang zum Formen eines Gegenstandes mittels Strangpressen die folgenden Schritte auf: ein Strang 51 wird in einem Behälter 50 angeordnet; der Strang 51 wird mit einer Stange 53 in Richtung einer Ausgangsöffnung 54 oder eines ausgenommenen Bereichs gedrückt; das Material, das den Strang 51 bildet, fließt durch einen Raum, der durch die Öffnung 54 (den Formhohlraum), und in manchen Fällen ebenso durch einen Formkern festgelegt ist, der in die Öffnung eingeführt ist, wobei der zwischen der Öffnung und dem Formkern ausgebildete Raum in der Form des Profils des gewünschten Gegenstandes geformt ist. Durch solch einen Vorgang erhält man einen Gegenstand mit der gewünschten Querschnittsform.
Ein wesentliches Merkmal des Strangpreßvorgangs ist, daß ein Produkt mit einer sehr komplexen Querschnittsform mittels eines Verfahrensschrittes erhalten werden kann, bei dem eine Druckkraft um den in dem Behälter angeordneten Strang herum ausgeübt wird, und bei dem das Material aus dem geformten Formhohlraum gequetscht wird.
Aus diesem Grund wird der Strangpreßvorgang auch auf die Formung von Aluminiumlegierungen zur Erzeugung von flachen Röhren mit mehreren Hohlräumen für die Verwendung in Wärmetauschern, wie z.B. Verdampfern für Klimaanlagen von Automobilen, Kondensern und Heizungen verwendet.
Nachfolgend werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf die Herstellung von flachen Röhren mit mehreren Hohlräumen erklärt, aber es ist zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf diese bestimmte Anwendung beschränkt ist.
Fig. 2 zeigt die Form einer flachen Röhre mit mehreren Hohlräumen, die durch den oben erwähnten herkömmlichen Strangpreßvorgang erzeugt wurde, wie er z.B. in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 64-3171 und der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung mit der zweiten Veröffentlichungsnummer 3-295 offenbart ist.
Strangpreßformen, die für die Herstellung derartiger Formen geeignet sind, sind als einstückige Brückenform oder als Einsatz formvorrichtung bekannt.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Form des Typs einer einstückigen Brücke, bei der eine Form 60 aus einem zylindrischen Körper mit einem Brückenteil zur Stützung der Matrizen- und Stempelbereiche ausgebildet ist, die einstückig mit dem Rest des Formkörpers ausgebildet sind. Es ist ein Formhohlraum 61 vorhanden, der parallel zu der Formachse von einer Fläche zu der gegenüberliegenden Fläche der Form 60 durch die Form 60 verläuft. Bei der Form dieser Art ist der gesamte Formkörper als fehlerhaft zu erachten, wenn ein Bereich beschädigt wird, weil es nicht möglich ist, einen Bereich des Formkörpers zu ersetzen, und in manchen Fällen kann es sein, daß die Form 60 selbst ersetzt werden muß.
Um derartige Probleme, die in Verbindung mit Brückenformen auftreten, zu beheben, wurde eine Formvorrichtung in der Art eines Einsatzes entwickelt. Wie Fig. 4 zeigt, weist die Einsatzformvorrichtung einen Formhalter 80 und mehrere Formanordnungen 70 auf, die in den Formhalter 80 leicht eingesetzt oder aus diesem entnommen werden können. Der Formhalter 80 weist üblicherweise mehrere Öffnungen 81 zur Aufnahme der jeweiligen Formvorrichtungen 70 auf. Jede Formvorrichtung besteht aus zwei miteinander im Eingriff stehenden zylindrischen Formen. Die erste Form (die Matrize) weist eine bestimmte Form eines Hohlraums auf, und die zweite Form (der Stempel) weist einen Vorsprung mit einer anderen Form auf, der in die erste Form eingeführt ist. Deshalb ist es, wenn der Hohlraum eines der Formanordnungen 70 fehlerhaft wird, notwendig, nur die beschädigte Form oder nur die betroffene Formvorrichtung 70 zu ersetzen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7 die Gestalt einer jeden Formanordnung 70 der Einsatzformvorrichtung im einzelnen beschrieben werden. In sämtlichen nachfolgenden Ausführungen wird auf die Oberflächen und Richtungen im Hinblick auf die Richtung der Voranbewegung des stranggepreßten Materials Bezug genommen.
Im Fall der Fig. 5 wird der Strang gegen die zweite Form 70b (die als Stempel 70b bezeichnet wird) angeordnet, und wird in Richtung der ersten Form 70a (die als Matrize 70a bezeichnet wird) extrudiert oder stranggepreßt. Die Eingangsseite ist als diejenige Seite definiert, von der das Material in die Formanordnung eintritt, und die Ausgangsseite ist als diejenige Seite definiert, aus der das Material die Form verläßt.
Im allgemeinen weist die Formanordnung 70 eine weitgehend zylindrische Gestalt, wie gezeigt in Fig. 5 auf, und besteht aus zwei parallelen Formen 70a und 70b, deren flache Oberflächen quer zu der Achse der Formanordnung 70 angeordnet sind. Die erste Form 70a weist zwei konzentrische Teile auf: einen äußeren ausgenommenen Teil 71 mit einer großen kreisförmigen Form (ein Paßteil der Matrize, deren innere Wandfläche 71a mit der Wandfläche des Stempels, der nachfolgend beschrieben wird, zusammenpaßt); und einen inneren ausgenommenen Teil 72 mit einer vierblättrigen Form, der durch ein spanendes Verfahren aus dem mittleren Abschnitt des äußeren ausgenommenen Teils 71 ausgenommen wird. Entlang einer Durchmesserachse der Form 70a ist eine längliche Öffnung 73 ausgebildet. Wie Fig. 6 zeigt, weist die Öffnung 73 der Matrize einen Strangpreßhohlraum 73a an der Austrittsseite des vierblättrigen Teils 72 auf, und sie weist einen Ausgangsbereich 73b auf, der eine größere Öffnung als den Formhohlraum aufweist und der mit der eintrittsseitigen Oberfläche der Form 70a in Verbindung steht. Bei diesem besonderen Beispiel ist die Querschnittsform des Formhohlraums 73a, der quer zu der Formachse verläuft, gemäß Fig. 5 als ein breiter Schlitz mit abgerundeten Ecken dargestellt. In der gleichen Zeichnung ist auch dargestellt, daß zwei Anordnungsöffnungen 75 vorhanden sind, die diametral zueinander gegenüberliegend angeordnet sind, und daß zwei Gewindebohrungen 74 vorhanden sind, die in ähnlicher Weise angeordnet sind.
Die zweite Form 70b ist an der ausgangsseitigen Fläche mit einem Paßteil 76 des Stempels versehen, der mit dem oben beschriebenen Paßteil 71a der Matrize entlang seines gesamten Umfangs zusammenpaßt. Es ist ein einstückig ausgebildetes kammförmiges Element 77 (vgl. Fig. 5) vorhanden, das sich parallel zu der Formöffnung 73 der Matrize erstreckt und mehrere Vorsprünge aufweist. Das kammförmige Element 77 wirkt als ein Formkern, wenn es in den Formhohlraum 73a der Form 70a eingeführt ist. Die Öffnung 78 des Stempels ist entlang der Strangpreßrichtung unter Verfolgung der Konturen des kammförmigen Elements 77 ausgebildet. Die Öffnung 78 des Stempels steht sowohl mit der eingangsseitigen Oberfläche als auch der ausgangsseitigen Oberfläche der zweiten Form 70b in Verbindung. Wenn die Formen 70a und 70b miteinander verbunden werden, bildet die Formöffnung 78 des Stempels einen Behälter und wirkt in Verbindung mit dem vierblättrig geformten, ausgenommenen Teil 72 der zweiten Form 70a als die Strangkammer. Um eine fehlerhafte Ausrichtung der beiden Formen 70a und 70b der Formanordnung 70 zu vermeiden, sind zwei Anordnungsstifte 80 derart vorgesehen, daß sie mit den beiden Anordnungsöffnungen 75 ausgerichtet sind, und die Gewindebohrungen 79 der zweiten Form 70b sind jeweils mit Gewindebohrungen 74 der ersten Form 70a ausgerichtet.
Die Herstellung der Stempel wird unter Verwendung von Verfahren durchgeführt, die den Fachleuten auf dem Gebiet des Strangpressens geläufig sind. Die Bearbeitung weist die folgenden Schritte auf:
1. Spanende Bearbeitung, wie Drehen, Schneiden und Bohren, welche die Verwendung von Schneidspitzen erfordert;
2. Wärmebehandlungen mit Härtung;
3. Polieren; und
4. Funkenerosionsbearbeitung (electric discharge machining, EDM): nach dem oben genannten härtenden Wärmebehandlungsvorgang können die Formen nicht durch die Schneidspitzen spanend bearbeitet werden, somit werden die Formen mittels elektrischer Bogenentladung von Elektroden, wie z.B. Cu-Elektroden hergestellt, während der durch die Entladung ausgebildete Schutt mit Öl abgewaschen wird.
5. Drahtentladungsschneiden, das eine Art von EDM ist.
Mit den obengenannten Bearbeitungsschritten sind ernsthafte Probleme verbunden, insbesondere erfordern die Dreh- und Fräsbearbeitung eine hohe Anzahl von Bearbeitungsschritten und sind zeitaufwendig. Über eine Zeitdauer von etwa zehn Stunden sind von Beginn bis zu der vollständigen Erstellung eines Stempels etwa zwanzig Schritte erforderlich. Ebenso erfordern die Matrizen etwa die gleiche Anzahl von Schritten über einen Zeitraum von etwa sechs Stunden. Die einzelnen in der Praxis erforderlichen Schritte sind den Fachleuten aus der komplexen Gestalt der in Fig. 5 dargestellten Formen ersichtlich.
Es treten im Fall der oben beschriebenen Einsatzformvorrichtung zusätzliche, unten beschriebene Probleme auf.
(i) Die Größe der Eintrittsöffnung zum Aluminiumstrangpressen wird durch Erfahrung anhand der Formstärke festgelegt. Jedoch ist die erforderliche Querschnittsfläche für die meisten Aluminiumstrangpreßvorgänge vergleichsweise klein, und der erforderliche Strangpreßdruck ist bezüglich der Stärke des Formmaterials hoch. Es werden hohe Belastungen auf die Form aufgebracht, und folglich unterliegt die Form ständig kleinen Verwerfungen.
Solche Verwerfungen beeinflussen das genaue Passen des Stempels und der Matrize, was zu einem Verlust der Abmessungsgenauigkeit des Produkts führt. Die Genauigkeit der Ausrichtung infolge der Stifte und Schrauben wird ebenso beeinflußt. Sogar wenn eine Formanordnung durch eine neue Formanordnung ersetzt wird, kann die Kombination aus neuen und alten Formanordnungen nicht die ursprüngliche Abmessungsgenauigkeit reproduzieren. Wenn es zugelassen wird, daß sich die Verwerfung fortsetzt, muß die Form schließlich aussortiert werden.
(ii) Weil die Formanordnung aus zwei getrennten Formen besteht, sind Ausrichtmittel, wie z.B. Stifte und Schrauben erforderlich. Es ist erforderlich, diese Teile herzustellen, aber es ist schwierig, die für die Stiftöffnungen und Gewindebohrungen erforderliche Präzision durch Drehbearbeitung zu erhalten. Während des Betriebs wird Abrieb eingebracht, weil bei jedem Auseinandernehmen oder Zusammenbauen der Formanordnung die Stifte entfernt oder in die Formen getrieben werden, wodurch der Verlust von Standzeit für die Formanordnung beschleunigt wird.
(iii) Es sind Wärmebehandlungsvorgänge erforderlich, die Wärmeverwerfungen in die Formen einbringen und es schwierig machen, die erforderliche Präzision zu erhalten, und wegen der Komplexität der Gestalt der Form ist es schwierig, solche Verwerfungen vollständig zu korrigieren.
(iv) Viele Bearbeitungsbetriebe, die Strangpreßformen herstellen, verfügen nicht über die Fähigkeit, den Innendurchmesser der Matrize genau zu messen, so daß es schwierig wird, ein hochpräzises Verbindungsteil mittels Drehbearbeitung herzustellen.
(v) Um den Widerstand gegen Abrieb zu verbessern, ist es erwünscht, die Oberflächen der Form mit bekannten, gegen Abrieb widerstandsfähigen Schichten zu überziehen, aber es ist schwierig, die Gestalt der Form mit den Stiftöffnungen gleichmäßig mit den anwendbaren Überzugstechniken zu überziehen. Wenn die Dicke des Überzugs an der Innenfläche der Stiftöffnungen ungleichmäßig wird, wird die Genauigkeit der Ausrichtung des Stempels und der Matrize schlecht.
(vi) Die geeigneten Materialien für die Form sind z.B. Hartmetalle wie Werkzeugstähle für die Verwendung in der Warmumformung, Hochgeschwindigkeitsstähle und Sinterkarbide. Jedoch ist es wegen der großen Abmessung der meisten Einsatzformanordnungen nicht zu bevorzugen, die Einsatzformanordnung aus Hartmetallen auszuführen, die einer Rißbildung unterliegen. Die Kräfte, die für die Verursachung von derartigen Rißbildungen in der Einsatzformvorrichtung verantwortlich sind, entstehen aus der Einwirkung des anfänglichen Ladens und aus dem Strangpreßvorgang.
Deshalb bestand seit langem ein Bedarf für die Entwicklung einer dauerhaften Strangpreßformvorrichtung, die für eine lange Standzeit ohne die Verursachung von Brüchen, Abrieb und Verwerfungen infolge des Strangpreßvorgangs sorgt, die eine Überzugsbearbeitung gleichmäßig und einfach annimmt, und die durch Aufrechterhaltung der anfänglichen Herstellungsgenauigkeit der Formbestandteile für eine lange Standzeit sorgt.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Formvorrichtung und eine Einsatzform dafür zur Verfügung zu stellen, die auf einem Gestaltungskonzept eines unabhängigen Stempels anstelle eines einstückigen Stempels beruhen. Die erfindungsgemäße Formvorrichtung sorgt für mittels Strangpressen hergestellte Produkte mit einer hohen Genauigkeit bezüglich der Abmessung und für eine dauerhafte Standzeit. Der Einsatzstempel kann leicht ersetzt werden und kann wirtschaftlich unter der Verwendung von Präzisionsbearbeitungstechniken, wie Funkenerosionsbearbeitung hergestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Strangpreßformvorrichtung mit einer Einrichtung zum Halten einer Form und wenigstens einem Strangpreßformeinsatz geschaffen, der abnehmbar durch die Einrichtung zum Halten einer Form gehalten wird, wobei der Strangpreßformeinsatz folgendes aufweist:
eine Matrize mit einer im wesentlichen zylindrischen Form mit gegenüberliegenden Endflächen sowie mit einem Formhohlraum, der darin derart ausgebildet ist, daß er sich zu einer der Endflächen öffnet, ferner mit einem Ausströmkanal, der mit dem Formhohlraum verbunden ist und sich zu der anderen der Endflächen öffnet; und
einen Stempel mit einem Vorstehelement, das daran ausgebildet ist, wobei der Stempel der Matrize bei in den Formhohlraum eingepaßtem Vorstehelement zugeordnet ist,
und der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Matrize eine Paßausnehmung mit einem im wesentlichen kanalförmigen Querschnitt aufweist, die in einer ihrer Endflächen ausgebildet ist, und daß der Stempel eine im wesentlichen plattenähnliche Form mit gegenüberliegenden Flächen und einer die gegenüberliegenden Flächen verbindenden Endfläche aufweist, wobei die gegenüberliegenden Flächen und die Endfläche Abschnitte aufweisen, die einen Paßabschnitt festlegen, und daß der Stempel der Matrize bei in die Paßausnehmung eingepaßtem Paßabschnitt zugeordnet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Strangpreßformeinsatz zu schaffen, der in geeigneter Weise für die voranstehend genannte Strangpreßformvorrichtung verwendet werden kann.
Gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Strangpreßformeinsatz für ein abnehmbares Gehalten-Werden durch einen Formhalter geschaffen, wobei der Strangpreßformeinsatz folgendes aufweist:
eine Matrize mit einer im wesentlichen zylindrischen Form mit gegenüberliegenden Endflächen sowie mit einem Formhohlraum, der darin derart ausgebildet ist, daß er sich zu einer der Endflächen öffnet, ferner mit einem Ausströmkanal, der mit dem Formhohlraum verbunden ist und sich zu der anderen der Endflächen öffnet; und
einen Stempel mit einem Vorstehelement, das daran ausgebildet ist, wobei der Stempel der Matrize bei in den Formhohlraum eingepaßtem Vorstehelement zugeordnet ist,
und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Matrize eine Paßausnehmung mit einem im wesentlichen kanalförmigen Querschnitt aufweist, die in einer ihrer Endflächen ausgebildet ist, und daß der Stempel eine im wesentlichen plattenähnliche Form mit gegenüberliegenden Flächen und einer die gegenüberliegenden Flächen verbindenden Endfläche aufweist, wobei die gegenüberliegenden Flächen und die Endfläche Abschnitte aufweisen, die einen Paßabschnitt festlegen, und daß der Stempel der Matrize bei in die Paßausnehmung eingepaßtem Paßabschnitt zugeordnet ist.
Für die voranstehend genannten Elemente wird bevorzugt, daß wenigstens der Stempel aus einem Hartmetall hergestellt ist, das aus der Gruppe bestehend aus Werkzeugstahl für die Verwendung in der Warmumformung, Hochgeschwindigkeitsstahl und Sinterkarbid ausgewählt wird. Jede der Formen (Stempel und Matrize) kann eine Hartschicht, wie z.B. eine Nitritschicht, aufweisen. Das Vorstehelement des Stempels kann zwischen den gegenüberliegenden Flächen derart vorgesehen sein, daß es von der Endfläche vorsteht, und die gegenüberliegenden Flächen des Stempels können in Richtung des Vorstehelements ausgenommen sein, um für geneigte Flächen zu sorgen, die den Bereich für das Fließen der Stränge festlegen. Das Vorstehelement kann in eine Kammform mit mehreren Vorstehstücken geformt sein. Die Matrize, die eine Achse aufweist, kann eine in der einen Endfläche ausgebildete kreuzförmige Ausnehmung aufweisen, die eine erste und eine zweite Nut aufweist, die einander an der Achse schneiden, wobei die erste Nut eine Strangkammer mit einem im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt festlegt, während die zweite Nut als die Paßausnehmung dient. Die erste Nut kann derart ausgebildet sein, daß sie sich zu einer äußeren Randfläche der Matrize öffnet. Der Formhohlraum kann an dem Schnittpunkt der ersten und der zweiten Nut derart angeordnet sein, daß er sich entlang der Achse der Matrize erstreckt, und der Formhohlraum kann einen Querschnitt mit einer länglichen Form aufweisen, die sich längs der zweiten Nut erstreckt, während der Ausströmkanal in Ausrichtung mit dem Formhohlraum derart angeordnet sein kann, daß er die Form eines Pyramidenstumpfs mit einer sich in einer Richtung weg von dem Formhohlraum vergrößerten Breite aufweist. Der Stempel kann einen gestuften Abschnitt aufweisen, der an der Endfläche derart ausgebildet ist, daß ein Eingriffsabschnitt festgelegt wird, und die Matrize kann einen Absatzabschnitt aufweisen, der an dem Schnittpunkt der ersten und der zweiten Nut ausgebildet ist, und in Eingriff mit dem Eingriffsabschnitt gehalten wird, wodurch verhindert wird, daß der Stempel längs der zweiten Nut bezüglich der Matrize versetzt wird. Die gegenüberliegenden Flächen des Stempels können Berührungsabschnitte aufweisen, die in Berührungseingriff mit der zweiten Nut der Matrize gehalten werden. Die Matrize kann eine darin ausgebildete Kerbe zur Verhinderung einer Verdrehung der Matrize aufweisen, wenn die Matrize durch den Halter gehalten wird.
Fig. 1 ist eine Darstellung des herkömmlichen Strangpreßvorgangs.
Fig. 2 ist ein Beispiel eines Produkts, das durch einen Strangpreßvorgang hergestellt ist.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung einer herkömmlichen Form in der Art einer Brücke.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Formvorrichtung in der Art eines Einsatzes.
Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung, die Einzelheiten eines Formeinsatzes der herkömmlichen Einsatzformvorrichtung zeigt.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht der Form, die in einer Ebene VI-VI gemäß Fig. 5 genommen ist.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht der Form, die in einer Ebene VII-VII gemäß Fig. 5 genommen ist.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Formeinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht der Form, die entlang einer Ebene VIII-VIII in Fig. 8 genommen ist.
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht der Form, die entlang einer Ebene X-X in Fig. 8 genommen ist.
Nachfolgend wird eine Strangpreßformvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 10 beschrieben. Die Formvorrichtung wird zur Herstellung von flachen Röhren mit mehreren Hohlräumen für die Anwendung in Wärmetauschern aus Aluminium verwendet und weist einen Formhalter oder irgendein Halteelement und wenigstens einen Strangpreßformeinsatz auf, der abnehmbar durch den Formhalter gehalten wird. Der Strangpreßformeinsatz, der allgemein durch die Referenznummer 20 bezeichnet ist, weist einen im wesentlichen rechteckigen Stempel 20a und eine im wesentlichen zylindrische Matrize 20b auf.
Der Stempel 20a, der aus einer Platte mit einer im wesentlichen rechteckigen Form hergestellt ist, weist einen im wesentlichen plattenartig geformten Hauptkörper 21 mit zwei gegenüberliegenden längeren Seitenflächen 21a und einer länglichen Endfläche 20b auf, welche die gegenüberliegenden Flächen 21a verbindet. Die gegenüberliegenden Seitenflächen 21a sind derart ausgebildet, daß sie in eine Eingriffsberührung mit der Matrize gebracht werden können, um ein Verdrehen des Stempels zu verhindern, wodurch sie als ein Bereich zur Verhinderung eines Verdrehens dienen.
Einstückig an dem in Längsrichtung als Zwischenabschnitt ausgebildeten Abschnitt der Endfläche 21b ist ein gestufter Abschnitt derart ausgebildet, daß er von dieser vorsteht, wodurch zwei Eingriffswände oder Abschnitte 23 festgelegt werden, die ein seitliches Versetzen des Stempels 20a verhindern. Somit dienen der Bereich zur Verhinderung eines Verdrehens und die Eingriffsabschnitte 23 als ein Kopplungsbereich oder ein Paßabschnitt, wenn der Stempel 20a mit der Matrize 20b gekuppelt wird.
Ein kammförmiges Vorstehelement 22, das mehrere Vorstehstücke aufweist, die in einer Linie angeordnet sind, und dünner als die Dicke des Hauptkörpers 21 ist, ist an der Oberseite des gestuften Abschnitts derart ausgebildet, daß es von diesem vorsteht. In den mittleren Abschnitten der gegenüberliegenden Flächen 21a sind zwei Ausnehmungen jeweils derart ausgebildet, daß zwei geneigte Flächen festgelegt werden, die sich gleichmäßig nach innen von dem Hauptkörper in einer Richtung zu dem Vorstehelement 22 neigen. Somit legt jede der Ausnehmungen einen Fließbereich 22a fest, der sich gleichmäßig in der Fließrichtung des Metalls neigt, wodurch ermöglicht wird, daß die Stränge gleichmäßig fließen.
Die Matrize 20b, die aus einem im wesentlichen zylindrischen Körper hergestellt ist und eine Achse und gegenüberliegende Endflächen aufweist, weist eine in ihrer einen Endfläche ausgebildete kreuzförmige Ausnehmung auf, die dazu dient, sich mit dem Stempel zu verriegeln, dessen Bereich zur Verhinderung einer Verdrehung darin angeordnet wird, und die ebenso dazu dient, eine Strangkammer zu bilden. Insbesondere weist die kreuzförmige Ausnehmung eine erste und eine zweite Nut auf, die einander an der Achse unter einem rechten Winkel schneiden, wobei die erste Nut mit dem Stempel 20a zusammenwirkt, um eine im wesentlichen rechteckförmige Strangkammer 24 festzulegen, während die zweite Nut als eine Paßausnehmung 25 dient, in die der Bereich des Stempels 20a zur Verhinderung einer Verdrehung eingepaßt wird.
Die Matrize 20b weist eine Hohlraumöffnung 26 auf, die wie ein breiter Schlitz geformt ist und quer zur Strangpreßrichtung ausgebildet ist und sich von der Oberfläche der Strangkammer 24 zu der Austrittsrichtung erstreckt. Wie Fig. 9 zeigt, weist die Hohlraumöffnung einen Formhohlraum 26a, der sich zu der Strangkammer 24 öffnet, und einen Ausströmkanal 26b auf, der mit dem Formhohlraum 26a verbunden ist und sich zu der anderen Endfläche öffnet. Das kammförmige Element 22 wird in den Formhohlraum 26a eingeführt und legt mit diesem die Querschnittsform der durch Strangpressen erhaltenen flachen Röhre mit mehreren Hohlräumen fest. Der Ausströmkanal 26b ist koaxial mit dem Formhohlraum 26a ausgebildet und vergrößert sich in Richtung der Austrittsseite der Matrize 20b derart, daß die Form eines Pyramidenstumpfes an der austrittsseitigen Fläche der Matrize 20b ausgebildet wird. Die Form des Ausströmkanals ist nicht auf diese besondere Form beschränkt, und andere Formen, wie z.B. eine rechteckige Form, können verwendet werden.
Wenn der Formeinsatz verwendet wird, um ein Produkt durch Strangpressen herzustellen, wird der Bereich des Stempels 20a zur Verhinderung eines Verdrehens in der Paßausnehmung 25 der Matrize 20b angeordnet. Die Eingriffsabschnitte 23 des Stempels 20a werden mit dem Absatzabschnitt 24' gekoppelt, der an der Wandfläche des Kammerbereichs ausgebildet ist, die unmittelbar benachbart zu der Paßausnehmung 25 liegt. Durch eine derartige Kopplung des Stempels und der Matrize des Formeinsatzes wird eine Versetzung des Stempels 20a sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung (vgl. Fig. 8) verhindert.
Die Matrize 20b weist ferner an einer äußeren Randfläche an dem austrittsseitigen Ende ausgebildete Kerben 27 auf, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Durch diese Kerben 27 wird die Matrize 20b weiter daran gehindert, sich während des Strangpressens zu verdrehen.
Bei der herkömmlichen Strangpreßformvorrichtung in der Art eines Einsatzes ist es nicht erwünscht, große Komponenten aus harten Materialien herzustellen, weil eine hohe Wahrscheinlichkeit für die Ausbildung von Rissen darin besteht. Jedoch ist es, da der Stempel der Formvorrichtung der vorliegenden Erfindung klein ist, möglich, Werkzeugstähle für die Verwendung in Warmumformung, Hochgeschwindigkeitsstähle und Sinterkarbide zu verwenden. Das Herstellungsverfahren weist die Verfahrensschritte Schleifen und Polieren mit einer Oberflächenschleifvorrichtung auf, um jegliche Verwerfung des Ausgangsmaterials zu entfernen, wobei diesem Verfahrensschritt EDM und Draht-EDM folgt, um eine besondere Form herzustellen. Es wird bevorzugt, die Oberflächen des hergestellten Elements mit einem bekannten Verfahren zur Behandlung der Oberfläche, wie z.B. Kohlenstoffeinsatzhärten oder Nitrieren zu behandeln, weil derartige Verfahrensschritte die Standzeit der Formen verlängern. Ferner wird bevorzugt, daß die Oberflächen der Form mit einem Hartüberzug mit einer Dicke von etwa 3 bis 4 µm überzogen werden. Die Hartschicht kann eine Nitritschicht sein, die aus einer einzigen TiN-Schicht besteht, oder sie kann eine vielschichtige Struktur mit verschiedenen Bestandteilen aufweisen.
Das Material für die Matrize kann ein jegliches herkömmliches Material, wie z.B. Werkzeugstähle für die Verwendung in der Warmumformung sein. Der Grund dafür liegt darin, daß bei den herkömmlichen Formgestaltungen der Strangpreßdruck dazu neigt, sich in der Nähe des mittleren Abschnitts und den umgehenden Bereichen zu konzentrieren, wodurch die Form Verformungen unterliegt. Jedoch sorgt, wie nachfolgend beschrieben wird, die Formgestaltung der vorliegenden Erfindung für einen größeren Bereich, über den die Strangpreßkraft verteilt wird, wodurch die Belastungskonzentration in dem mittleren Bereich der Form vermieden wird. Ferner unterliegen die Bereiche, die den Stempel und die Matrize verriegeln, keinen erheblichen Querkräften, weil die Formen sicher in dem Formhalter mit einer präzisen Ausrichtung aufgenommen sind, wodurch vermieden wird, daß derartige Verriegelungsbereiche der unerwünschten Verwerfungskraft ausgesetzt sind. Dies kann leicht anhand der Tatsache demonstriert werden, daß die Formvorrichtung gemäß der Erfindung eine Standzeit von etwa 30 bis 40 stranggepreßten Tonnen verglichen mit der Standzeit der herkömmlichen Formvorrichtung von 10 bis 15 stranggepreßten Tonnen aufweist.
Die vorteilhaften Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend zusammengefaßt. Zusätzliche Vorteile, die nicht aufgelistet sind, sind für die Fachleute in der Strangpreßtechnik ohne weiteres ersichtlich.
(1) Die einfache Form der Komponenten der vorliegenden Erfindung kann zumeist mit EDM hergestellt werden. Die EDM-Verfahren weisen einen hohen Wirkungsgrad auf und sind wirtschaftliche Bearbeitungsverfahren, wodurch eine hohe Genauigkeit bei geringen Bearbeitungskosten erreicht wird. Insbesondere bei den Formen der herkömmlichen Gestaltung war es sehr schwierig, die kritischen Elemente, wie z.B. den Eingriffsbereich zwischen dem Stempel und der Matrize, der die höchste Genauigkeit erfordert, mit EDM herzustellen. Im Gegensatz dazu ist der Stempel gemäß der vorliegenden Erfindung ein plattenförmiger Körper mit kammförmigen Elementen, die von einem Rand vorstehen. Deshalb kann die Herstellung des Stempels auf einer Oberflächenschleifvorrichtung durchgeführt werden, die für eine Genauigkeit der Abmessungen von etwa ± 0,01 mm sorgt, wodurch ermöglicht wird, daß ein EDM-Verfahren zur Herstellung der Elemente verwendet wird, die hohe Genauigkeit erfordern, wie z.B. das kammförmige Element, die Eingriffsabschnitte und der Paßabschnitt.
(2) Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten einfachen Komponenten der Strangpreßform sind bezüglich der herkömmlichen Komponenten von kleiner Größe, wodurch ermöglicht wird, daß harte Materialien ohne die Befürchtung, daß Risse in die Formen eingebracht werden, verwendet werden. Insbesondere kann für den Stempel, da dessen Größe auf die kleinstmögliche Größe, die das kammförmige Element und sein Stützelement enthält, beschränkt werden kann, ein geeignetes hartes Material derart ausgewählt werden, daß die Eigenschaften der Form, wie z.B. Festigkeit und Widerstand gegen Abrieb, verbessert werden. Ferner ermöglichen es die einfachen Formen, daß die erforderlichen Oberflächenbehandlungsvorgänge mit hohem Wirkungsgrad und gleichmäßig aufgebracht werden.
(3) Die gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltete Formvorrichtung macht es möglich, daß Stempel und Matrize genau ausgerichtet werden können, ohne auf herkömmliche Ausrichtmittel, wie z.B. Stifte und Schrauben zurückzugreifen. Wenn eine Form beschädigt ist, kann sie unabhängig von der anderen Form gewechselt werden, weil die Formen durch Wärmebehandlungsbearbeitung gehärtet sind und mittels EDM und anderen präzisen Herstellungsverfahren genau hergestellt sind.
(4) Die Strangpreßformvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, daß das Kopplungselement mittels EDM hergestellt wird. Ferner wird, weil der Stempel und die Matrize in Richtung der X- und Y-Achse, wie gezeigt in Fig. 8, gekoppelt sind, die Ausrichtung der Formen während des Strangpreßvorgangs genau eingehalten (d.h. eine Relativbewegung der beiden Formen (Stempel und Matrize) wird verhindert).
(5) Die Formkerne (vgl. Fig. 5) der herkömmlichen Formen sind als einstückige Elemente der Öffnung eines Stempels ausgebildet, die sich durch den Durchmesser der Öffnung des Zylinders erstrecken, und deshalb ist die Öffnung der Strangkammer durch die Fläche des zylindrischen Lagerkörpers beschränkt. Wenn die Öffnung des Stempels größer ausgeführt wird, wird die Wanddicke des Stempels dünn, so daß dieser Verformungen unterliegt. Im Gegensatz dazu ist die Eintrittsöffnung der Einsatzformvorrichtung der vorliegenden Erfindung an der Matrize angeordnet, und sie kann ohne die Befürchtung, daß eine Verformung der Form auftritt, vergrößert werden (d.h. der Eintrittsbereich kann groß ausgeführt werden), so daß es ermöglicht wird, daß ein geringerer Strangpreßdruck verwendet wird.
Wie oben beschrieben, ist die Strangpreßformvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einzigartig und anders als herkömmliche Formvorrichtungen geformt, und sie kann deshalb auf einfache Weise hergestellt werden, und es können wesentliche Behandlungen, wie z.B. eine Beschichtungsbearbeitung an den Formen gleichmäßig und mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden, wodurch dauerhafte Formen geschaffen werden, die eine hohe Genauigkeit bezüglich ihrer Abmessung aufrechterhalten. Es können für die Herstellung der Stempel verglichen mit der herkömmlichen Gestaltung der Stempel härtere Materialien gewählt werden. Deshalb ermöglicht es das Gestaltungsverfahren, daß Strangpreßformen mit einer langen Standzeit hergestellt werden, die ferner einen guten Widerstand gegen Abrieb aufweisen, und nicht durch Verformungen infolge des Strangpreßdruckes beeinflußt werden, wodurch die ursprüngliche Genauigkeit von neu zusammengestellten Formen während der langen Standzeit aufrechterhalten bleibt.
Theoretisch können die Formen fast eine dauerhafte Standzeit aufweisen, wenn die Beschichtung, bevor sie von den Formen abgerieben oder abgezogen ist, wieder aufgebracht wird.
Die oben angegebene bevorzugte Ausführungsform stellt nur eine Anwendung des Gestaltungskonzepts auf den Fall einer Herstellung einer flachen Röhre mit mehreren Hohlräumen dar. Das grundlegende Konzept kann auf zahlreiche andere Fälle der Herstellung von Produkten durch Strangpressen mit ähnlichen Querschnittsformen innerhalb der in den beigefügten Ansprüchen angegebenen Beschränkungen angewendet werden. Das mit der vorliegenden Erfindung offenbarte Gestaltungskonzept ist in gleicher Weise auf andere komplexe Formen anwendbar, für die Formen in der Art eines Einsatzes oder eines Formkerns notwendig sind, und wenn die Genauigkeit der Abmessung über eine lange Betriebsdauer aufrechterhalten werden muß.
Referenznummern in den Ansprüchen sind für ein besseres Verständnis gedacht und sollen den Schutzbereich nicht einschränken.

Claims

1. Strangpreßformvorrichtung mit: einer Einrichtung zum Halten einer Form; und

wenigstens einem Strangpreßformeinsatz, der abnehmbar durch die Einrichtung zum Halten einer Form gehalten wird, wobei der Strangpreßformeinsatz folgendes aufweist:

eine Matrize (20b) mit einer im wesentlichen zylindrischen Form mit gegenüberliegenden Endflächen sowie mit einem Formhohlraum (26a), der darin derart ausgebildet ist, daß er sich zu einer der Endflächen öffnet, ferner mit einem Ausströmkanal (26b), der mit dem Formhohlraum verbunden ist und sich zu der anderen der Endflächen öffnet; und

einen Stempel (20a) mit einem daran ausgebildeten Vorstehelement (22), wobei der Stempel der Matrize bei in den Formhohlraum eingepaßtem Vorstehelement zugeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Matrize eine Paßausnehmung (25) mit einem im wesentlichen kanalförmigen Querschnitt aufweist, die in einer ihrer Endflächen ausgebildet ist, und daß der Stempel eine im wesentlichen plattenähnliche Form mit gegenüberliegenden Flächen (21) und einer die gegenüberliegenden Flächen verbindenden Endfläche aufweist, wobei die gegenüberliegenden Flächen und die Endfläche Abschnitte aufweisen, die einen Paßabschnitt festlegen, und daß der Stempel der Matrize bei in die Paßausnehmung eingepaßtem Paßabschnitt zugeordnet ist.

2. Strangpreßformvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Stempel aus einem harten Material gemacht ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Werkzeugstahl für die Verwendung in Warmumformung, Hochgeschwindigkeitsstahl und Sinterkarbid besteht.

3. Strangpreßformvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Formen (Stempel und Matrize) eine daran ausgebildete Hartschicht aufweist.

4. Strangpreßformvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartschicht eine Nitritschicht aufweist.

5. Strangpreßformvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorstehelement des Stempels zwischen den gegenüberliegenden Flächen derart vorgesehen ist, daß es von der Endfläche vorsteht, und daß die gegenüberliegenden Flächen des Stempels in Richtung des Vorstehteils ausgenommen sind, so daß geneigte Flächen geschaffen werden, die Bereiche für das Fließen der Stränge festlegen.

6. Strangpreßformvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorstehelement eine kammförmige Form mit mehreren Vorstehstücken aufweist.

7. Strangpreßformvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize eine Achse und eine kreuzförmige Ausnehmung aufweist, die in der einen Endfläche ausgebildet ist und eine erste und eine zweite Nut aufweist, die einander an der Achse schneiden, wobei die erste Nut eine Strangkammer (24) mit im wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt festlegt, während die zweite Nut als die Paßausnehmung (25) dient.

8. Strangpreßformvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Nut derart ausgebildet ist, daß sie sich zu einer Außenrandfläche der Matrize öffnet.

9. Strangpreßformvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum an dem Schnittpunkt der ersten und der zweiten Nut angeordnet ist und sich entlang der Achse der Matrize erstreckt, wobei der Formhohlraum einen Querschnitt mit einer länglichen Form aufweist, die sich längs der zweiten Nut erstreckt, und wobei der Ausströmkanal in Ausrichtung mit dem Formhohlraum angeordnet ist und die Form eines Pyramidenstumpfes aufweist, der eine Breite aufweist, die in einer Richtung weg von dem Formhohlraum größer wird.

10. Strangpreßformvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel einen an der Endfläche derart ausgebildeten gestuften Abschnitt aufweist, daß ein Eingriffsabschnitt (23) festgelegt wird, und daß die Matrize einen an dem Schnittpunkt der ersten und der zweiten Nut ausgebildeten und in Eingriff mit dem Eingriffsabschnitt gehaltenen Absatzabschnitt (24') aufweist, wodurch der Stempel daran gehindert wird, längs der zweiten Nut bezüglich der Matrize versetzt zu werden.

11. Strangpreßformvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Flächen des Stempels Berührungsabschnitte (21) aufweisen, die in Berührungseingriff mit der zweiten Nut der Matrize gehalten werden.

12. Strangpreßformvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize eine darin ausgebildete Kerbe (27) zur Verhinderung eines Verdrehens der Matrize aufweist, wenn die Matrize durch den Halter gehalten wird.

13. Strangpreßformeinsatz für ein abnehmbares Gehalten- Werden durch einen Formhalter, wobei der Strangpreßformeinsatz folgendes aufweist:

dadurch gekennzeichnet, daß