EP2877298A1 - Direktes oder indirektes metallrohrstrangpressverfahren, dorn zum pressen von metallrohren, metallrohrstrangpresse sowie stranggepresstes metallrohr - Google Patents

Direktes oder indirektes metallrohrstrangpressverfahren, dorn zum pressen von metallrohren, metallrohrstrangpresse sowie stranggepresstes metallrohr

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EP2877298A1
EP2877298A1 EP13762732.9A EP13762732A EP2877298A1 EP 2877298 A1 EP2877298 A1 EP 2877298A1 EP 13762732 A EP13762732 A EP 13762732A EP 2877298 A1 EP2877298 A1 EP 2877298A1
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EP
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mandrel
pressing
metal pipe
wall thicknesses
transition region
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Uwe Muschalik
Koos VAN PUTTEN
Anna ROTT
Jens MAGENHEIMER
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SMS Meer GmbH
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Definitions

  • Direct or indirect metal tube extrusion process mandrel for pressing metal tubes, metal tube extruder and extruded metal tube
  • the invention relates to a direct or indirect metal tube extrusion process in which a metal block is pressed through a die and a mandrel to a metal tube, wherein the mandrel has two axially offset pressing surfaces of different radial extent and optionally in two pressing positions axially with respect to the die is positioned such that in a first of the two pressing positions a first of the two pressing surfaces and in a second of the two pressing positions a second of the two pressing surfaces acts on the workpiece pressed from the metal block to the metal tube.
  • the invention also relates to a mandrel for pressing metal tubes with two axially offset pressing surfaces of different radial extent and with a transition region between the two pressing surfaces.
  • the invention relates to a metal tube extruder with a billet receiver, with a die and with a mandrel. Moreover, the invention relates to an extruded metal tube, preferably made of aluminum, with two different wall thicknesses and a transition region located between the wall thicknesses, wherein there is a constriction in the transition area.
  • Such direct or indirect metal tube extrusion methods are known per se from the prior art, wherein the inner diameter of the metal tubes pressed in this way is accordingly complementary due to a mandrel with two axially offset pressing surfaces of different radial extent, which is optionally axially displaced the respective pressing surfaces can be changed, which form as active surfaces in interaction with the die an associated gap, which is accordingly also variable and by which the workpiece is pressed forming.
  • a mandrel with two axially offset pressing surfaces of different radial extent, which is optionally axially displaced the respective pressing surfaces can be changed, which form as active surfaces in interaction with the die an associated gap, which is accordingly also variable and by which the workpiece is pressed forming.
  • Such extruded metal tubes have in their transition region between the two wall thicknesses radially outward a constriction.
  • Such metal pipe with different wall thicknesses are known for example as a drill string, but can be used for other purposes, such as a housing.
  • aluminum tubes or tubes made of aluminum or of similar metals which are correspondingly extrudable, in this regard of importance.
  • a direct or indirect metal tube extrusion process in which a metal block is pressed through a die and a mandrel to a metal tube and in which the mandrel has two axially offset arranged pressing surfaces of different radial extent and optionally in two pressing positions axially with respect to Matrices is positioned such that in a first of the two pressing positions a first of the two pressing surfaces and in a second of the two pressing positions a second of the pressing surfaces on the metal block to the metal tube pressed workpiece reshaping work, characterized in that the workpiece at the axial height of the die mandrel side is supported while the mandrel is positioned with respect to the die from the first pressing position to the second position.
  • an extruded metal tube with two different wall thicknesses and one located between the wall thicknesses Transition region, wherein there is a constriction in the transition area characterized in that the constriction has a depth which is smaller than the difference of the two wall thicknesses.
  • the deviation from this difference is at least 10%. However, it may also be 15% or more, if there is a suitable procedure.
  • the support made in the process management makes it possible for the first time to purposefully reduce the constriction in depth.
  • the support for the first time to provide an extruded metal tube with two different wall thicknesses and a transition region located between the wall thicknesses, in which there is a constriction in the transition area and which is characterized in that the constriction has a length, which is greater than the difference between the two wall thicknesses, whereby here too the deviation from the difference between the two wall thicknesses can amount to at least 10%. Depending on the specific procedure, however, the deviation from the difference may amount to up to 100%.
  • the length of the constriction can be even longer than the smaller, if necessary, even longer than the larger wall thickness. It should be noted, however, that an excessively long transitional area between the two wall thicknesses ultimately leads to a correspondingly increased material consumption in metal tube production, which accordingly can also lead to undesirable results, so that an upper limit can naturally be found here.
  • the latter can be designed with suitable process control in particular to the effect that in the region of the constriction, the wall thickness at least by 10% of the difference of the two wall thicknesses, preferably by 20% of the difference of the two wall thicknesses, greater than the smaller of the two wall thicknesses.
  • the support of the workpiece at the axial height of the die can only take place after the workpiece has formed a free surface with respect to the mandrel.
  • a free one Surface follows when the mandrel is axially offset and thus positioned from the first pressing position to the second pressing position, although the workpiece or the metal block is still pressurized. This is because the workpiece is plasticized for forming and pressed between the die and the mandrel.
  • the workpiece is therefore deformable and can adapt to a changed volume offered between the mandrel and the die, such adaptation does not take place directly, and consequently not at the rate at which the mandrel is displaced, due to the high viscosity of the plasticized material , In this respect, it takes some time for the workpiece with its plasticized areas to refill the space released by the positioning of the mandrel from the first pressing position to the second pressing position.
  • the workpiece can first of all begin a flow into this free space before a support takes place, as a result of which the necessary material displacement continues as quickly as possible initiated and the transition area between the different wall thicknesses can be kept to a minimum.
  • the support takes place only when the free surface moves in the direction of the mandrel.
  • a corresponding plastic displacement can result in far into the metal block, so that the space created by the repositioning of the mandrel free space is filled as quickly as possible with material. Accordingly, the transition area between the two wall thicknesses of the metal pipe is then kept to a minimum.
  • a mandrel for pressing metal tubes with two axially offset pressing surfaces of different radial extent and with a transition region between the two pressing surfaces can be characterized in that the mandrel has a support surface in the transition region.
  • this connection designates the term "pressing surfaces” as meaning the surfaces which, during the pressing in interaction with the die, define the gap between die and mandrel as intended and act on the workpiece in a deforming manner not in contact with the material or have any significant influence on the forming process, since the material only flows past the respective surfaces.
  • the support surface preferably has a constant cross-section over an axial support length, so that a defined support is offered to the material when it flows into the free space between the die and the mandrel.
  • a defined support is offered to the material when it flows into the free space between the die and the mandrel.
  • pressed metal tubes have a round cross section, so that a mandrel is accordingly also substantially cylindrical. This applies accordingly also for the pressing surfaces and preferably for the support surface.
  • the support length is less than or equal to 80% of the axial distance between the two press surfaces. In particular, it can be selected to be less than or equal to 60% and 50% of the axial distance between the two pressing surfaces. If necessary, it is even conceivable, in particular if a plurality of support surfaces with different cross sections are used, to select the support length of the individual support surfaces even smaller. In addition, it has been found that the support length should preferably be greater than or equal to 2% of the axial distance between the two pressing surfaces. Preferably, the support length is greater than or equal to 5% or 10% of the axial distance between the two pressing surfaces. In this way, sufficient support can be ensured.
  • the mandrel in each cross-section extending through the mandrel axis will monotonically taper from the mandrel base to the mandrel tip, that is to say, apart from any holding devices in the region of the mandrel base, there will be no radial extensions. This seems sensible for energetic reasons.
  • the different radial extent of the two pressing surfaces results at least at a certain angle about the mandrel axis, corresponding to a section through the mandrel axis, which is exactly at this angle, in a difference of the corresponding radii of these two pressing surfaces to the mandrel axis, otherwise naturally no different radial expression would be present.
  • the aligned at the same angle about the mandrel axis radius of the support surface is smaller than the larger of the two radii by more than 5% of the radius difference or as an aligned at the same angle about the mandrel axis radius of another support surface. In this way, a sufficiently large space can be reliably created, which is sufficient for a breakout of the material of the workpiece.
  • the aligned at the same angle about the mandrel axis radius of the support surface is smaller than the larger of the two radii by less than 70% of the radius difference or as the aligned at the same angle about the mandrel axis radius of another support surface.
  • the support surface may be smaller by more than 7% or more than 10% of the radius difference.
  • the radius of the support surface may be formed smaller by less than 55% or 50% of the radius difference.
  • a plurality of support surfaces may be provided, which - depending on the specific process management - also to an extruded metal tube with two different wall thicknesses and located between the wall thickness transition region in which in the transition area a constriction and which is characterized by at least two constrictions, leads.
  • Such a two-constriction design may be implemented with only one support surface, if the mandrel is not positioned in a single step from the first press position to the second press position, but if this repositioning is in multiple steps.
  • the support surface may also be conical or taper at an angle about the mandrel axis. Even with several support surfaces, a gradual repositioning can specifically influence the training and the number of constrictions.
  • the present invention is particularly suitable for aluminum or aluminum tubes and for other extrudable metals or metal tubes.
  • the present invention is suitable for example for drill pipes of such materials but also for corresponding tubular structures for other purposes of such materials.
  • Figure 1 is a schematic overview of a direct metal tube extruder with a mandrel located in the first pressing position
  • Figure 2 shows the arrangement of Figure 1, wherein the mandrel is positioned in the second pressing position
  • FIG. 3 shows the arrangement according to FIGS. 1 and 2 with the mandrel located in the second pressing position
  • FIG. 4 shows an indirect metal tube extruder in similar representations to FIGS. 1 to 3 with the mandrel in the first pressing position
  • the two metal tube extruders 10 and 20 each have a Blockaufsmelling 1, a die 2, a displaceable relative to the Blockaufrich 1 ram 3 and a mandrel 6, which together with the die 2 forms a gap through which a workpiece of a metal block 5 is pressed to a metal tube 9.
  • the direct metal tube extrusion press 10 shown in FIGS. 1 to 3 has a press die 3 arranged in the pressing direction P in front of the billet receiver 1, which in a manner known per se drives a press die 4 in the pressing direction P into the billet receiver 1, as a result of which in the billet receiver 1 available space is reduced accordingly becomes.
  • a die holder 7 is provided on the block receiver 1, on which the die 2 is held stationary with respect to the block receiver 1. If now the press ram 3 is moved in the pressing direction P, the workpiece is pressed through the gap to a metal tube 9, which leaves the gap in the pressing direction P.
  • the illustrated in Figure 4 indirect metal tube extruder 20 comprises a pressing in the direction P behind the Blockaufrich 1 arranged pressing ram 3, which is moved to press against the pressing direction P and carries the die 2, wherein the Blockaufillon 1 at its end facing away from the ram 3 has a closure piece 8, which closes this against the pressing direction P.
  • the ram 3 is displaced against the pressing direction P, so this presses the die 2 on the mandrel 6 in the direction of the closure piece 8, so that the die 2 is displaced with respect to the Blockaufêt 1, that is different than in direct metal tube extruder 10 in relation does not remain stationary on the billet 1.
  • the mandrel 6 is displaced together with the press die 3 and the die 2 with respect to the billet receiver 1.
  • the mandrel is rotationally symmetrical with respect to its mandrel axis 68, but this is not absolutely necessary in all embodiments.
  • the mandrel 6 tapers toward its mandrel tip 61 and has a first pressing surface 63 and a second pressing surface 64, which can each be brought into a position by an axial displacement of the mandrel 6 which they immediately act together with the die 2 on the material of the workpiece and can form the metal tube 9.
  • a transition region 66 is arranged, in which a support surface 62, which in this embodiment is aligned cylindrically around the mandrel axis 68, is provided.
  • the first pressing surface 63 has a length 71 and the second pressing surface 64 has a length 72.
  • a distance 73 is found, which defines the transition region 66.
  • the mandrel 6 is held in a conventional manner to her Dornfuß 67 and can be moved over this. In particular, it can be positioned from a first pressing position, in which the first pressing face 63 interacts with the die 2, into a second pressing position, in which the second pressing face 64 interacts with the die 2, as exemplified with reference to FIGS is.
  • a metal tube 9 can be provided with different wall thicknesses and provided between these transition area. This is found in the transition area a constriction E, which can be minimized by a suitable support during the repositioning of the mandrel and optionally also completely avoided.
  • the present exemplary embodiments relate to aluminum tubes as the metal tube 9, it also being possible for other metals which can be extruded into tubes by means of extrusion processes to be used accordingly as an alternative.
  • Block receiver 62 support surface

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Abstract

Weist ein Dorn (6) zum Pressen von Metallrohren mit zwei axial versetzt angeordneten Pressflächen (63; 64) unterschiedlicher radialer Ausprägung sowie mit einem Übergangsbereich (66) zwischen diesen beiden Pressflächen (63; 64) in dem Übergangsbereich (66) eine Stützfläche (62) auf, so kann der negative Effekt einer Einschnürung, welche durch ein Umpositionieren des Dorns (6) von einer ersten Pressposition, in welcher die erste (63) der beiden Pressflächen mit einer Matrize wechselwirkt, zu einer zweiten Pressposition, in welcher die zweite Pressfläche (64) mit der Matrize wechselwirkt, entsteht, minimiert werden.

Description

Direktes oder indirektes Metallrohrstrangpressverfahren, Dorn zum Pressen von Metallrohren, Metallrohrstrangpresse sowie stranggepresstes Metallrohr
[01] Die Erfindung betrifft ein direktes oder indirektes Metallrohrstrangpressverfahren, bei welchem ein Metallblock durch eine Matrize und über einen Dorn zu einem Metallrohr gepresst wird, wobei der Dorn zwei axial versetzt angeordnete Pressflächen unterschiedlicher radialer Ausprägung aufweist und wahlweise in zwei Presspositionen axial bezüglich der Matrize derart positioniert wird, dass in einer ersten der beiden Presspositionen eine erste der beiden Pressflächen und in einer zweiten der beiden Presspositionen eine zweite der beiden Pressflächen auf das vom Metallblock zum Metallrohr gepresste Werkstück umformend wirkt. Auch betrifft die Erfindung einen Dorn zum Pressen von Metallrohren mit zwei axial versetzt angeordneten Pressflächen unterschiedlicher radialer Ausprägung sowie mit einem Übergangsbereich zwischen den beiden Pressflächen. Ebenso betrifft die Erfindung eine Metallrohrstrangpresse mit einem Blockaufnehmer, mit einer Matrize und mit einem Dorn. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein stranggepresstes Metallrohr, vorzugsweise aus Aluminium, mit zwei unterschiedlichen Wandstärken und einem zwischen den Wandstärken befindlichen Übergangsgebiet, wobei in dem Übergangsgebiet eine Einschnürung vorliegt.
[02] Derartige direkte oder indirekte Metallrohrstrangpressverfahren sind an sich hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt, wobei durch einen Dorn mit zwei axial versetzt angeordneten Pressflächen unterschiedlicher radialer Ausprägung, der wahlweise axial verschoben wird, der Innendurchmesser der auf diese Weise gepressten Metallrohre dementsprechend komplementär zu den jeweiligen Pressflächen verändert werden kann, welche als Wirkflächen im Zusammenspiel mit der Matrize einen zugehörigen Spalt bilden, der dementsprechend ebenfalls veränderlich ist und durch welchen das Werkstück umformend gepresst wird. Durch eine axiale Verlagerung des Dorns derart, dass wahlweise die erste der beiden Pressflächen bzw. die zweite der beiden Pressflächen mit der Matrize dementsprechend wechselwirkt, kann dieser Spalt dementsprechend gezielt verändert werden. Während naturgemäß bei einer derartigen Ausbildung einer Metallrohrstrangpresse bzw. bei einer derartigen Verfahrensführung die Wandstärkenänderung durch eine Änderung des Innendurchmessers erfolgt, weisen derartige stranggepresste Metallrohre in ihrem Übergangsgebiet zwischen den beiden Wandstärken radial außen eine Einschnürung auf. [03] Derartige Metallrohr mit unterschiedlichen Wandstärken sind beispielsweise als Bohrgestänge bekannt, können jedoch zu anderen Zwecken, beispielsweise als Gehäuse, genutzt werden. Hierbei sind insbesondere Aluminiumrohre bzw. Rohre aus Aluminium oder aus ähnlichen Metallen, die entsprechend strangepreßbar sind, diesbezüglich von Bedeutung. [04] Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung ein direktes oder indirektes Metallrohrstrang- pressverfahren, einen Dorn zum Pressen von Metallrohren, eine Metallrohrstrangpresse sowie ein stranggepresstes Metallrohr bereit zu stellen, bei welchen die negativen Einflüsse der Einschnürungen minimiert sind.
[05] Als Lösung werden ein direktes oder indirektes Metallrohrstrangpress verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einen Dorn zum Pressen von Metallrohren mit den Merkmalen des Anspruchs 4, eine Metallrohrstrangpresse mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie eine stranggepresstes Metallrohr mit den Ansprüchen 1 1 , 12, 14 oder 15 vorgeschlagen.
[06] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
[07] Hierbei kann sich ein direktes oder indirektes Metallrohrstrangpressverfahren, bei welchem ein Metallblock durch eine Matrize und über einen Dorn zu einem Metallrohr gepresst wird und bei welchem der Dorn zwei axial versetzte angeordnete Pressflächen unterschiedlicher radialer Ausprägung aufweist und wahlweise in zwei Presspositionen axial bezüglich der Matrize derart positioniert wird, dass in einer ersten der beiden Presspositionen eine erste der beiden Pressflächen und in einer zweiten der beiden Presspositionen eine zweite der Pressflächen auf das vom Metallblock zum Metallrohr gepresste Werkstück umformen wirkt, dadurch auszeichnen, dass das Werkstück auf axialer Höhe der Matrize dornseitig gestützt wird, während der Dorn bezüglich der Matrize von der ersten Pressposition zu der zweiten Position positioniert wird.
[08] Durch eine derartige dornseitige Stütze lässt sich insbesondere die Tiefe aber auch die Länge einer derartigen Einschnürung verändern. So kann beispielsweise die Tiefe der Einschnürung verringert werden, sodass die Effekte der Einschnürung dementsprechend vermindert sind. Ebenso kann beispielsweise durch ein Abstützen die Länge der Einschnürung vergrößert werden, sodass etwaige Führungsungenauigkeiten an der Außenseite des Metallrohrs bzw. ein Auftreten von Lastspitzen innerhalb des Metallrohrs dementsprechend vermindert werden kann. [09] Dementsprechend kann sich ein stranggepresstes Metallrohr mit zwei unterschiedlichen Wandstärken und einem zwischen den Wandstärken befindlichen Ubergangsgebiet, wobei in dem Ubergangsgebiet eine Einschnürung vorliegt, dadurch auszeichnen, dass die Einschnürung eine Tiefe aufweist, die kleiner als die Differenz der beiden Wandstärken ist. Vorzugsweise beträgt die Abweichung von dieser Differenz zumindest 10%. Sie kann jedoch auch 15% oder mehr betragen, wenn eine geeignete Verfahrensführung vorliegt. Durch die in der Verfahrensführung vorgenommene Abstützung gelingt es erstmals, die Einschnürung in ihrer Tiefe gezielt zu reduzieren.
[ 10] Ebenso gelingt es durch die Abstützung erstmals, ein stranggepresstes Metallrohr mit zwei unterschiedlichen Wandstärken und einem zwischen den Wandstärken befindlichen Übergangsgebiet bereit zu stellen, bei welchem in dem Übergangsgebiet eine Einschnürung vorliegt und welches sich dadurch auszeichnet, dass die Einschnürung eine Länge aufweist, die größer als die Differenz der beiden Wandstärken ist, wobei auch hier die Abweichung von der Differenz der beiden Wandstarken zumindest 10% betragen kann. Je nach konkreter Verfahrensführung kann die Abweichung von der Differenz jedoch bis zu 100% betragen. Ebenso kann bei geeigneter Verfahrensführung die Länge der Einschnürung sogar länger als die kleinere ggf. sogar länger als die größere Wandstärke gewählt werden. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass ein zu langes Übergangsgebiet zwischen den beiden Wandstärken letztlich dazu führt, dass entsprechend erhöhter Materialverbrauch bei der Metallrohrherstellung zu verzeichnen ist, was dementsprechend ebenfalls zu unerwünschten Ergebnissen führen kann, sodass hier naturgemäß eine obere Grenze zu finden ist.
[ 1 1] Komplementär zu einer Variation der Einschnürung erfolgt eine Variation der Wandstärke im Bereich dieser Einschnürung. Dementsprechend gelingt es durch diese Verfahrensführung erstmals, die Wandstärke im Bereich der Einschnürung gezielt zu beeinflussen. Insofern kann sich ein stranggepresstes Metallrohr mit zwei unterschiedlichen Wandstärken und einem zwischen den Wandstärken befindlichen Übergangsgebiet, bei welchem in dem Übergangsgebiet eine Einschnürung vorliegt, dadurch auszeichnen, dass im Bereich der Einschnürung die Wandstärke größer als die kleinere der beiden Wandstärken ist. Letzteres lässt sich bei geeigneter Verfahrensführung insbesondere dahingehend ausgestalten, dass im Bereich der Einschnürung die Wandstärke wenigstens um 10% der Differenz der beiden Wandstärken, vorzugsweise um 20% der Differenz der beiden Wandstärken, größer als die kleinere der beiden Wandstärken ist.
[12] In einer konkreten Umsetzung der vorstehend erläuterten Verfahrensführung kann das Stützen des Werkstücks auf axialer Höhe der Matrize erst dann erfolgen, nachdem das Werkstück in Bezug auf den Dorn eine freie Oberfläche gebildet hat. Eine derartige freie Oberfläche folgt, wenn der Dorn axial versetzt und mithin von der ersten Pressposition zu der zweiten Pressposition positioniert wird, obgleich das Werkstück bzw. der Metallblock nachwievor unter Druck gesetzt ist. Dieses liegt daran, dass das Werkstück zum Umformen plastifiziert und zwischen Matrize und Dorn gepresst wird. Obgleich das Werkstück mithin verformbar ist und sich einem geänderten Volumen, welches zwischen Dorn und Matrize angeboten wird, anpassen kann, erfolgt eine derartige Anpassung aufgrund der hohen Viskosität des plastifizierten Materials nicht unmittelbar und mithin auch nicht in der Geschwindigkeit, in welcher der Dorn verlagert wird. Insofern vergeht einige Zeit, bis das Werkstück mit seinen plastifizierten Bereichen den durch die Positionierung des Dorns von der ersten Pressposition zu der zweiten Pressposition freigegebenen Raum wieder füllt. Dadurch, dass das Stützen erst dann erfolgt, nachdem das Werkstück in Bezug auf den Dorn eine freie Oberfläche gebildet hat, kann das Werkstück zunächst einmal einen Fließvorgang in diesen freien Raum beginnen, bevor ein Stützen erfolgt, wodurch die notwendige Materialverlagerung nach wie vor möglichst schnell initiiert und das Übergangsgebiet zwischen den unterschiedlichen Wandstärken bei einem Minimum gehalten werden kann.
[13] Vorzugsweise erfolgt das Stützen erst, wenn sich die freie Oberfläche in Richtung des Dorns verlagert. Bei einer derartigen Verfahrensführung kann sich eine entsprechende plastische Verlagerung bis weit in den Metallblock hinein ergeben, sodass der durch das Umpositionieren des Dorns geschaffene Freiraum möglichst schnell wieder mit Material gefüllt wird. Dementsprechend wird dann das Übergangsgebiet zwischen den beiden Wandstärken des Metallrohrs bei einem Minimum gehalten.
[14] Ein Dorn zum Pressen von Metallrohren mit zwei axial versetzt angeordneten Pressflächen unterschiedlicher radialer Ausprägung sowie mit einem Übergangsbereich zwischen den beiden Pressflächen kann sich dadurch auszeichnen, dass der Dorn in dem Übergangsbereich eine Stützfläche aufweist.
[15] Wie bereits eingangs erläutert, bezeichnet diesen Zusammenhang der Begriff der „Pressflächen" die Flächen, welche bestimmungsgemäß während des Pressens in Wechselwirkung mit der Matrize den Spalt zwischen Matrize und Dorn definieren und umformend auf das Werkstück einwirken. Andere Oberflächen des Dorns kommen gar nicht mit dem Material in Berührung oder haben auf den Umformvorgang, keinen nennenswerten Einfluss, da das Material lediglich an den entsprechenden Flächen vorbeiströmt. [ 16] Durch die Stützfläche im Übergangsbereich kann auf baulich verhältnismäßig einfache Weise eine dornseitige Stützung des Werkstücks auf axialer Höhe der Matrize realisiert werden, während der Dorn bezüglich Matrize von der ersten Pressposition zu der zweiten Pressposition positioniert wird.
[ 17] Vorzugsweise weist die Stützfläche über eine axiale Stützlänge einen konstanten Querschnitt auf, sodass dem Material eine definierte Stützung angeboten wird, wenn es in den freien Raum zwischen Matrize und Dorn fließt. In diesem Zusammenhang sei betont, dass in der Regel derartig gepresste Metallrohre einen runden Querschnitt aufweisen, sodass ein Dorn dementsprechend auch im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Dieses gilt dementsprechend auch für die Pressflächen sowie vorzugsweise für die Stützfläche. Andererseits ist ein derartiger runder Querschnitt nicht zwingend notwendig, wobei jedoch in axialer Längserstreckungsrichtung des Dorns die Pressflächen parallel zur Dornachse ausgerichtet sind, sodass durch die Dornachse gelegte Ebenen, welche in der Art von Zylinderkoordinaten um Winkel, die senkrecht zur Dornachse liegen, geneigt sind, die Pressflächen in der Regel parallel zur Dornachse ausgerichtet sind und radiale Veränderungen lediglich senkrecht zur Dornachse erfolgen.
[18] Da eine zu große Stützlänge gegebenenfalls zu nachteiligem Fließverhalten führt, wenn der Dorn abschließend positioniert ist, kann es von Vorteil sein, wenn die Stützlänger kleiner oder gleich 80 % des axialen Abstandes zwischen den beiden Pressflächen ist. Insbesondere kann sie kleiner gleich 60 % bzw. 50 % des axialen Abstandes zwischen den beiden Pressflächen gewählt werden. Gegebenenfalls ist es sogar denkbar, insbesondere falls mehrere Stützflächen mit unterschiedlichen Querschnitten zur Anwendung kommen, die Stützlänge der einzelnen Stützflächen noch geringer zu wählen. Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass die Stützlänge vorzugsweise größer oder gleich 2 % des axialen Abstandes zwischen den beiden Pressflächen betragen sollte. Vorzugsweise ist die Stützlänge größer oder gleich 5 % bzw. 10% des axialen Abstandes zwischen den beiden Pressflächen. Auf diese Weise kann eine ausreichende Abstützung sichergestellt werden.
[ 19] In der Regel wird der Dorn in jedem durch die Dornachse verlaufenden Querschnitt sich vom Dornfuß zur Dornspitze hin monoton verjüngen, das heißt - abgesehen von etwaigen Haltevorrichtungen im Bereich des Dornfußes - keine Radiuserweiterungen aufweisen. Dieses scheint schon aus energetischen Gründen sinnvoll. Insofern ist es dementsprechend von Vorteil, wenn die erste der beiden Pressflächen mit größerem Abstand zur Dornachse weiter von der Dornspitze entfernt als die zweite der beiden Pressflächen angeordnet ist. [20] Die unterschiedliche radiale Ausprägung der beiden Pressflächen resultiert zumindest in einem bestimmten Winkel um die Dornachse, entsprechend eines Schnitts durch die Dornachse, der genau in diesem Winkel gelegt ist, in einer Differenz der entsprechenden Radien dieser beiden Pressflächen zu der Dornachse, da ansonsten naturgemäß keine unterschiedliche radiale Ausprägung vorliegen würde. Vorzugsweise ist der im gleichen Winkel um die Dornachse ausgerichtete Radius der Stützfläche um mehr als 5% der Radiendifferenz kleiner als der größere der beiden Radien oder als einem im gleichen Winkel um die Dornachse ausgerichteter Radius einer weiteren Stützfläche. Auf diese Weise kann betriebssicher ein ausreichend großer Raum geschaffen werden, der für ein Ausbrechen des Materials des Werkstücks ausreicht. Insbesondere kann hierdurch sichergestellt werden, dass der Raum nicht lediglich durch eine elastische Ausdehnung des Werkstücks in diesen Bereich hinein kompensiert wird. Vorzugsweise ist der im gleichen Winkel um die Dornachse ausgerichtete Radius der Stützfläche um weniger als 70 % der Radiendifferenz kleiner als der größere der beiden Radien oder als der im gleichen Winkel um die Dornachse ausgerichtete Radius einer weiteren Stützfläche. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Stützfläche nicht zu weit von der freien Materialoberfläche entfernt ist und ein zu starker Materialfluss in diesem freien Raum auftritt, der nicht ausreichend schnell abgestützt wird. In bevorzugten Ausgestaltungen kann die Stützfläche um mehr als 7% bzw. mehr als 10% der Radiendifferenz kleiner sein. Ebenso kann der Radius der Stützfläche um weniger als 55% bzw. 50% der Radiendifferenz kleiner ausgebildet sein.
[21] Gegebenenfalls können mehrere Stützflächen vorgesehen sein, was - je nach konkreter Verfahrensführung - auch zu einem stranggepressten Metallrohr mit zwei unterschiedlichen Wandstärken und einem zwischen den Wandstärken befindlichen Übergangsgebiet, bei welchem in dem Übergangsgebiet ein Einschnürung und welches sich durch wenigstens zwei Einschnürungen auszeichnet, führt. Eine derartige Ausbildung mit zwei Einschnürungen kann unter Umständen mit lediglich einer Stützfläche umgesetzt werden, wenn der Dorn nicht in einem einzigen Schritt von der ersten Pressposition zur zweiten Pressposition positioniert wird, sondern wenn diese Umpositionierung in mehreren Schritten erfolgt. Gegebenenfalls kann hierzu die Stützfläche auch kegelförmig ausgebildet sein bzw. in einem Winkel um die Dornachse sich verjüngen. Auch bei mehreren Stützflächen kann durch eine schrittweise Umpositionierung gezielt Einfluss auf die Ausbildung und die Zahl der Einschnürungen genommen werden.
[22] Durch die wenigstens zwei Einschnürungen kann es bei geeigneter Umsetzung vorliegender Erfindung realisiert werden, dass die Einschnürung jeweils kleiner, also in ihren Effekten minimiert sind, was kumulativ dann zu einer ebensolchen Verminderung der nachteiligen Effekte führt.
[23] Vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Aluminium bzw. Aluminiumrohre sowie für andere strangpressbare Metalle bzw. Metallrohre. Insbesondere eignet sich vorliegende Erfindung beispielsweise für Bohrgestänge aus derartigen Materialien aber auch für entsprechende rohrartige Strukturen zu anderen Zwecken aus derartigen Materialien.
[24] Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
[25] Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine schematische Übersicht über eine direkte Metallrohrstrangpresse mit einem in der ersten Pressposition befindlichen Dorn;
Figur 2 die Anordnung nach Figur 1 , wobei der Dorn in die zweite Pressposition positioniert wird;
Figur 3 die Anordnung nach Figuren 1 und 2 mit dem in der zweiten Pressposition befindlichen Dorn;
Figur 4 eine indirekte Metallrohrstrangpresse in ähnlicher Darstellungen wie Figuren 1 bis 3 mit dem Dorn in der ersten Pressposition; und
Figur 5 eine Detailansicht der Dornspitze der Dorne nach Figuren 1 bis 4.
[26] Die beiden Metallrohrstrangpressen 10 und 20 weisen jeweils einen Blockaufnehmer 1 , eine Matrize 2, einen relativ zum Blockaufnehmer 1 verlagerbaren Pressstempel 3 sowie einen Dorn 6 auf, welcher gemeinsam mit der Matrize 2 einen Spalt bildet, durch welchen ein Werkstück von einem Metallblock 5 zu einem Metallrohr 9 gepresst wird. Dieses erfolgt jeweils dadurch, dass der Blockaufnehmer 1 relativ zu dem Pressstempel 3 verlagert wird, wodurch sich der Raum in dem Blockaufnehmer 1 entsprechend verringert und ein dort befindlicher Metallblock 5 jeweils durch den Spalt zwischen Matrize 2 und Dorn 6 gepresst wird.
[27] Die in Figuren 1 bis 3 dargestellte direkte Metallrohrstrangpresse 10 weist hierzu einen in Pressrichtung P vor dem Blockaufnehmer 1 angeordneten Pressstempel 3 auf, welcher in ansich bekannter Weise eine Pressscheibe 4 in Pressrichtung P in den Blockaufnehmer 1 treibt, wodurch der in dem Blockaufnehmer 1 vorhandene Raum dementsprechend vermindert wird. Hierbei ist an dem Blockaufnehmer 1 ein Matrizenhalter 7 vorgesehen, an welchem die Matrize 2 ortsfest bezüglich des Blockaufnehmers 1 gehalten ist. Wird nun der Pressstempel 3 in Pressrichtung P bewegt, so wird das Werkstück durch den Spalt zu einem Metallrohr 9 gepresst, welches den Spalt in Pressrichtung P verlässt. [28] Die in Figur 4 dargestellte indirekte Metallrohrstrangpresse 20 umfasst einen in Pressrichtung P hinter dem Blockaufnehmer 1 angeordneten Pressstempel 3, der zum Pressen entgegen der Pressrichtung P bewegt wird und die Matrize 2 trägt, wobei der Blockaufnehmer 1 an seinem dem Pressstempel 3 abgewandten Ende ein Verschlussstück 8 aufweist, welchen diesen entgegen der Pressrichtung P verschließt. Wird nun der Pressstempel 3 entgegen der Pressrichtung P verlagert, so drückt dieser die Matrize 2 über den Dorn 6 in Richtung auf das Verschlussstück 8, sodass die Matrize 2 in Bezug auf den Blockaufnehmer 1 verlagert wird, also anders als bei direkten Metallrohrstrangpresse 10 in Bezug auf den Blockaufnehmer 1 nicht ortsfest nicht verbleibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Dorn 6 gemeinsam mit dem Pressstempel 3 bzw. der Matrize 2 in Bezug auf den Blockaufnehmer 1 verlagert. [29] Es versteht sich, dass die Relativbewegung zwischen Pressstempel 3 und Blockaufnehmer 1 auf unterschiedliche Weise realisiert werden kann, indem beispielsweise der Blockaufnehmer 1 stillgehalten und der Pressstempel 3 bewegt wird bzw. andererseits der Pressstempel 3 stillgehalten und der Blockaufnehmer 1 bewegt wird. Ebenso ist es denkbar, beide Baugruppen zu bewegen, solange die zum Pressen erforderliche Relativbewegung zwischen Pressstempel 3 und Blockaufnehmer 1 realisiert bleibt.
[30] Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist der Dorn rotationssymmetrisch bezüglich seiner Dornachse 68 ausgebildet, was jedoch nicht in allen Ausführungsformen zwingend notwendig ist.
[31] Wie insbesondere in Figur 5 dargestellt, verjüngt sich der Dorn 6 zu seiner Dornspitze 61 hin und weist eine erste Pressfläche 63 und eine zweite Pressfläche 64 auf, die durch eine axiale Verlagerung des Domes 6 jeweils in eine Position gebracht werden können, in welcher sie unmittelbar gemeinsam mit der Matrize 2 umformend auf das Material des Werkstücks wirken und das Metallrohr 9 formen können.
[32] Zwischen der ersten Pressfläche 63 und der zweiten Pressfläche 64 ist ein Übergangsbereich 66 angeordnet, in welchem eine Stützfläche 62, welche bei diesem Ausführungsbeispiel zylinderförmig um die Dornachse 68 ausgerichtet ist, vorgesehen ist. [33] In axialer Richtung weist die erste Pressfläche 63 eine Länge 71 und die zweite Pressfläche 64 eine Länge 72 auf. Zwischen den beiden Pressflächen 63, 64 ist ein Abstand 73 zu finden, welcher den Übergangsbereich 66 definiert.
[34] Die Dornstange 6 ist in an sich bekannter Weise an ihrem Dornfuß 67 festgehalten und kann über diesen verlagert werden. Insbesondere kann sie von einer ersten Pressposition, in welcher die erste Pressfläche 63 mit der Matrize 2 wechselwirkt, in eine zweite Pressposition, in welcher die zweite Pressfläche 64 mit der Matrize 2 wechselwirkt, positioniert werden, wie dieses anhand der Figuren 1 bis 3 exemplarisch dargestellt ist.
[35] Durch diese Umpositionierung kann die Wandstärke entsprechend der unterschiedlichen Querschnitte der beiden Pressflächen 63, 64 verändert werden, wobei im Ergebnis ein Metallrohr 9 mit unterschiedlichen Wandstärken und einem zwischen diesen vorgesehenen Übergangsgebiet bereit gestellt werden kann. Hierbei findet sich in dem Übergangs gebiet eine Einschnürung E, welche durch eine geeignete Abstützung während der Umpositionierung des Dorns minimiert und gegebenenfalls auch zur Gänze vermieden werden kann.
[36] Vorliegende Ausführungsbeispiele betreffen Aluminiumrohre als Metallrohr 9, wobei ggf. auch andere Metalle, die über Strangpressverfahren zu Rohren gepresst werden können, dementsprechend alternativ zur Anwendung kommen können.
Bezugszeichenliste:
Blockaufnehmer 62 Stützfläche
Matrize 15 63 erste Pressfläche
Pressstempel 64 zweite Pressfläche
Pressscheibe 65 Stützlänge
Metallblock 66 Übergangsbereich
Dorn 67 Dornfuß
Matrizenhalter 20 68 Dornachse
Verschlussstiick 71 Länge der ersten Pressfläche Metallrohr 72 Länge der zweiten Pressfläche direkte Metailrohrstrangpresse 73 Abstand der Pressflächen indirekte Metailrohrstrangpresse E Einschnürung
Dornspitze 25 P Pressrichtung

Claims

Patentansprüche:
1. Direktes oder indirektes Metallrohrstrangpressverfahren, bei welchem ein Metallblock (5) durch eine Matrize (2) und über einen Dorn (6) zu einem Metallrohr (9) gepresst wird, wobei der Dorn (6) zwei axial versetzt angeordnete Pressflächen (63, 64) unterschiedlicher radialer Ausprägung aufweist und wahlweise in zwei Presspositionen axial bezüglich der Matrize derart positioniert wird, dass in einer ersten der beiden Presspositionen eine erste der beiden Pressflächen (63, 64) und in einer zweiten der beiden Presspositionen eine zweite der beiden Pressflächen (63, 64) auf das vom Metallblock (5) zum Metallrohr (9) gepresste Werkstück umformend wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück auf axialer Höhe der Matrize (2) dornseitig gestützt wird, während der Dorn (6) bezüglich der Matrize (2) von der ersten Pressposition zu der zweiten Pressposition positioniert wird.
2. Metallrohrstrangpressverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stützen erst erfolgt, nachdem das Werkstück in Bezug auf den Dorn (6) eine freie Oberfläche gebildet hat.
3. Metallrohrstrangpressverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützen erst erfolgt, wenn sich die freie Oberfläche in Richtung Dorn (6) verlagert.
4. Dorn (6) zum Pressen von Metallrohren (9) mit zwei axial versetzt angeordneten Pressflächen (63, 64) unterschiedlicher radialer Ausprägung sowie mit einem Übergangsbereich (66) zwischen den beiden Pressflächen (63 , 64), dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (6) in dem Übergangsbereich (66) eine Stützfläche (62) aufweist.
5. Dorn (6) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (62) über eine axiale Stützlänge (65) einen konstanten Querschnitt aufweist.
6. Dorn (6) nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Stützlänge (65), die kleiner oder gleich 80 %, vorzugsweise 60 % bzw. 50 , des axialen Abstandes (73) zwischen den beiden (63, 64) Pressflächen ist.
Dorn (6) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Stützlänge (65), die größer oder gleich 2 , vorzugsweise 5 % bzw. 10 %, des axialen Abstandes (73) zwischen den beiden Pressflächen (63, 64) ist.
Dorn (6) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche radiale Ausprägung der beiden Pressflächen (63, 64) in einer Differenz von im gleichen Winkel um eine Dornachse ausgerichteten Radien der beiden Pressflächen (63, 64) resultiert und der im gleichen Winkel um die Dornachse (68) ausgerichtete Radius der Stützfläche (62) um mehr als 5 % der Radiendifferenz kleiner als der größere der beiden Radien oder als ein im gleichen Winkel um die Dornachse (68) ausgerichteter Radius einer weiteren Stützfläche (62) ist.
Dorn (6) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche radiale Ausprägung der beiden Pressflächen (63, 64) in einer Differenz von im gleichen Winkel um eine Dornachse ausgerichteten Radien der beiden Pressflächen (63, 64) resultiert und der im gleichen Winkel um die Dornachse (68) ausgerichtete Radius der Stützfläche (62) um weniger als 70 % der Radiendifferenz kleiner als der größere der beiden Radien oder als ein im gleichen Winkel um die Dornachse (68) ausgerichteter Radius einer weiteren Stützfläche (62) ist.
Metallrohrstrangpresse (10, 20) mit einem Blockaufnehmer (1), mit einer Matrize (2) und mit einem Dorn (6) nach einem der Ansprüche 4 bis 9.
Stranggepresstes Metallrohr (9) mit zwei unterschiedlichen Wandstärken und einem zwischen den Wandstärken befindlichen Übergangsgebiet, wobei in dem Übergangsgebiet eine Einschnürung (E) vorliegt, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Einschnürungen (E).
Stranggepresstes Metallrohr (9) mit zwei unterschiedlichen Wandstärken und einem zwischen den Wandstärken befindlichen Übergangsgebiet, wobei in dem Übergangsgebiet eine Einschnürung (E) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einschnürung (E) die Wandstärke größer als die kleinere der beiden Wandstärken ist.
13. Metallrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einschnürung (E) die Wandstärke wenigstens um 10 % der Differenz der beiden Wandstärken, vorzugsweise um 20 % der Differenz der beiden Wandstärken, größer als die kleinere der beiden Wandstärken ist.
14. Stranggepresstes Metallrohr (9) mit zwei unterschiedlichen Wandstärken und einem zwischen den Wandstärken befindlichen Übergangsgebiet, wobei in dem Übergangsgebiet eine Einschnürung (E) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung (E) eine Tiefe aufweist, die kleiner als die Differenz der beiden Wandstärken ist.
15. Stranggepresstes Metallrohr (9) mit zwei unterschiedlichen Wandstärken und einem zwischen den Wandstärken befindlichen Übergangsgebiet, wobei in dem Übergangsgebiet eine Einschnürung (E) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung (E) eine Länge aufweist, die größer als die Differenz der beiden Wandstärken ist.
16. Metallrohr nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung von der Differenz der beiden Wandstärken zumindest 10 % beträgt.
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