NO167264B - Anordning for avkjoeling av en lettmetall-strengpresse - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for avkjøling av en lettmetall-strengpresse, som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.

Under strengpressing av lettmetaller utøves meget store krefter mot pressmaterialet. Pressboltens og pressmaterialets temperaturer, trykk, omformingsgrad, strengpressehastighet, overflatebeskaffenhet og metallurgiske egenskaper hos den strengpressede profil står derved i gjensidig avhengighetsfor-hold. Forholdene er relativt kompliserte fordi parametrene innvirker på hverandre ved forandringer. Ved omformingen av materialet oppstår innvendig omformings- og friksjonsvarme i tillegg til varmen av pressbolten som er oppvarmet til ekstruder-ingstemperatur.

Vedrørende presstemperatur og ekstruderingshastighet er ekstruderte lettmetall strengpresseprofiler særlig kritisk, fordi det lett kan oppstå varmesprekker (hot short cracking).

En mangelfri, glatt ytterflate hos den ekstruderte strengen vil forringes, særlig ved overskridelse av en kritisk temperatur i pressmaterialet, hvorved de eutektiske bestanddeler som er tilstede som rester, blir flytende og fremkaller en ru strengyt-terflate.

Disse vanskeligheter har hittil begrenset den oppnåelige ekstruderingshastighet, selv om ekstruderingspressene generelt har kunnet drives med en større pressehastighet.

Problemet med varmesprekker i den ekstruderte streng har hittil vært forsøkt avhjulpet ved anvendelse av en relativt lav pressehastighet.

Det er dessuten kjent å avkjøle selve matrisen, men derved øker fremstillingsprisen for matrisen, foruten at kjøleintensi-teten er begrenset grunnet risikoen for sprekkdannelse i matrisen.

Det er videre kjent å foreta en trinnvis reduksjon av tverrsnittet mellom pressbolt og strengprofil, og å avkjøle mellomtrinnene. Dette medfører imidlertid ekstra verktøyutgifter og egner seg i praksis bare for strengpresseverktøy av enhulls-type.

Fra US patentskrift 3 360 975 er det kjent en kjøleanordning av den innledningsvis angitte art, beregnet for pressemner av stål. Imidlertid er det der ikke selve pressemnet som avkjøles, men en "foringsholder" som sammen med kjøleinnretningen strekker seg i hele pressens lengde. Det er således i patent-skriftet hverken vist eller antydet, eller overhodet erkjent,

at det sted hvor det er viktig å fjerne varme vil være der hvor materialet, ved pressevirkningen blir sterkt deformert, nemlig umiddelbart foran matrisen, og at det er på dette spesielle sted at varme fortrinnsvis må fjernes på en effektiv måte.

Videre er det fra US patentskrift 3 112 828 kjent en innvendig avkjølt enhulls-strengpressematrise, hvor selve matrisen er utstyrt med en kjølekanal som omgir den midtre matriseåpning. Avkjølingen foregår først i selve matrisen, og følgelig etter fullført hovedomforming av materialet. Det må derved anordnes et eget kjølesystem i hver matrise, hvilket fordyrer matrisefremstillingen betydelig. Den innvendige avkjøling medfører dessuten en tverrsnittsbegrensning og svekkelse av matrisen som på grunn av temperaturfallet i matrisens indre er utsatt for stor påkjenning.

En lignende løsning for merhulls-matriser er kjent fra

DE patentskrift 2 240 391. Kjølesystemet, hvis form bestemmes av den profilform som skal fremstilles, befinner seg i dette tilfelle i formatrisen og i hovedmatrisen. Dette er også forbundet med den ulempe at kjølesystemet må innarbeides i matrisene og anpasses til den angjeldende strengpresseprofilform. Matrisen strekkes dessuten og får tendens til sprekkdannelse grunnet temperaturfallet. Videre er hovedhensikten med denne kjøleanordning først og fremst å kunne regulere utløpshastigheten for de enkelte strenger, for at strengene såvidt mulig skal få samme lengde.

Ifølge DE patentskrift 2 211 645 avkjøles matrisens utgangs-endeflate. Denne avkjølingsmåte er fremfor alt egnet for anvendelse av flytende nitrogen som kjølemedium som utstrømmer i gassform og er rettet mot strengen. Formen og virkemåten av kjølesystemet er avhengig av profilformen som skal fremstilles.

Som beskrevet i DE patentskrift 429 376, kan en matrise som er stivt forbundet med pressboltopptakeren og strekker seg inn i presskammeret, avkjøles utenfor presskammeret.

US patentskrift 4 462 234 omtaler en totrinns-matrise som avkjøles utenfor presskammeret. En slik kjøleanordning er i praksis bare egnet for enhulls-matriser. Kjøleanordningen er dessuten ikke uavhengig av matrisen.

Hensikten med oppfinnelsen er å kunne oppnå en vesentlig høyere hastighet av den ekstruderte streng ved en lettmetall-strengpresse, ved avkjøling av materialet som skal presses, under samtidig forebygging av varmesprekker og opprettholdelse av en høy overflatekvalitet hos den ekstruderte streng.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en anordning av den innledningsvis angitte art, med de nye og særegne trekk som er angitt i karakteristikken til det etterfølgende krav 1. Ved bruk av denne anordning blir således pressbolten under ekstru-der ingsprosessen avkjølt foran matrisen og uavhengig av denne ved hjelp av et kjølemedium som sirkulerer gjennom et lukket system.

Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i

de øvrige etterfølgende krav.

Oppfinnelsen er basert på den erkjennelse, at den ekstra varmen som oppstår grunnet indre friksjon under pressmaterialets omforming fra den opprinnelige, store pressboltdiameter til det vesentlig mindre tverrsnitt hos den ekstruderte profil, i stor grad er delaktig i den "varmesprøhet" som oppstår, og at varmen derfor avledes fra den sone hvor den utvikles, nemlig fra presskammeret, umiddelbart foran matrisen, og ikke først i selve matrisen eller bakenfor denne. Virkningen blir større dersom avkjølingen foregår direkte på det sted hvor den største mate-rialomformingen, og følgelig den største temperaturøkingen, finner sted, i stedet for at det gjennomføres en flertrinns-omforming med avkjøling i ett eller flere etterfølgende trinn. Den praktiske utnyttelse av denne innsikt er forbundet med vanskeligheter på grunn av at temperaturforskjellen som oppstår ved avkjølingen, medfører risiko for sprekkdannelse. Grunnet anvendelsen og utformingen av kjøleringen og den radialt utenforliggende og omsluttende, påkrympede trykkring, motvirkes denne sprekkrisiko effektivt. Videre er kjølesystemet symmetrisk anordnet i utstrakt grad.

Da kjøleinnretningen er en konstruksjonsdel som er uavhengig av matrisen, er det ikke nødvendig at de utskiftbare matriser i seg selv er utstyrt med ekstra kjølekanaler eller modifisert på annen måte, og dette vil forenkle fremstillingsprosessen og muliggjøre fortsatt anvendelse av eksisterende matriser. Den høyt belastede matrisen utsettes heller ikke for ytterligere påkjenninger grunnet temperatursprang. Den maksimale strengpres-singsdiameter vil heller ikke reduseres på grunn av kjøleinnret-ningen. Dessuten kan samme kjøleinnretning brukes for ulike profilformer, eksempelvis full- eller hulprofiler, en- eller flerhullsmatriser og ved rør med avkjølt eller uavkjølt rør-kjerne. På grunn av kjøleorganenes plassering rundt pressbolt-opptakerboringens ende mot matrisen kan kjølemediet føres nær inn mot pressmaterialet som skal avkjøles i omformingssonen, hvorved denne sonen avkjøles raskt og effektivt. Den direkte avleding av friksjons- og omformingsvarmen fra omformingssonen muliggjør drift ved en høyere inngangstemperatur hos pressbolten.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Figur 1 viser et lengdesnitt av omformingssonen og kjøleinn-retningen i en strengpresse for lettmetall. Figur 2 viser et snitt langs linjen II-II av uttrengende profilstrenger fra matrisen. Figur 3 viser et lengdesnitt av en modifisert utførelses-f orm.

Pressmaterialet, i form av en lettmetallbolt, innføres i oppvarmet men ikke flytende tilstand i boringen 9 i en streng-presses pressboltopptaker 2. En pressmatrise 3 er forsynt med enkelt- eller multippelåpninger 4 i motsvarighet til tverrsnitts-formen av strengpressingsprofiler 5 som skal fremstilles i en ettrinns-prosess. I eltings- og omformingssonen for pressmaterialet 1, umiddelbart foran pressmatrisen 3, er det anordnet en kjøleinnretning i form av en kjølering 12 i ett stykke som gjennomstrømmes av et kjølemedium som sirkulerer i lukket system. Med "lukket sirkulasjonssystem" er ment at kjølemediet ikke kommer i berøring med materialet som skal avkjøles, men innstrømmer gjennom en tilførselsledning og avledes fra kjøleringen gjennom en returledning. Kjøleringen 12 er koaksialt montert på en innerring 8 i ett stykke. Den sylind-riske midtåpning 10 i denne innerringen 8 danner en aksial forlengelse, med samme diameter, av pressbolt-opptakerboringen 9, og motsvarer følgelig diameteren av stempelet 13. I kjøleringen 12 er aksialtforløpende kanalpar 14 og 15 anordnet kransaktig og jevnt fordelt over hele ringflaten, med innbyrdes avstand av 15-50 mm langs den indre delingskrets, avhengig av diameteren av boringen 9. Hvert kanalpar 14 og 15 er, innvendig i kjøleringen 12 og nær den ende av ringen som er vendt fra pressmatrisen, anordnet i gjennomstrømningsforbindelse ved hjelp av en radialkanal 16. Hver av disse radialkanaler 16 er lukket i ytterenden med en plugg 17. Det opprettes derved et sirkulasjonssystem for kjølemediet i det indre av kjøleringen 12, slik at kjølemediet ikke bringes i direkte berøring med pressmaterialet 1. Ved kjøleringens 12 endeflate 6 nær matrisen 3 står kanalparene 14 og 15 i forbindelse med hver sin innløpsledning eller tilbakeføringsledning som hver for seg befinner seg i et ringformet deksel 18. I det ringformede dekselet er det ved endeveggen 6 av kjøleringen 12 anordnet to konsentriske ringkamre 27 og 28 med forskjellige diametre, hvor samtlige radialt ytterste munninger av kanalene 14 utmunner i det ene ringkammer, mens samtlige radialt innenforliggende munninger av kanalene 15 utmunner i det annet ringkammer. Det ringformede deksel 18 er forsynt med koplingsnipler 29 for tilknytting av rør- eller slangeledninger. I innløps- eller utløpsledningen 26 er det fortrinnsvis innkoplet en regulerbar strupeventil V hvormed gjennomstrømningen og følgelig kjøle-effekten kan anpasses konstant til behovene, f.eks. ved anvendelse av en temperaturføler, slik at temperaturen av pressmaterialet 1 i omformingssonen kan opprettholdes på optimalt nivå. Hvis det foretrukne innløps- og utløpssystem for kjølemediet ved kjøleringens ende mot matrisen ikke kan opprettes hos eksisterende presser, på grunn av plassmangel, kan innløps- og utløpsled-ningene for kjølemediet også anordnes som aksialkanaler på pressbolt-opptakersiden.

Kjølemediet kan bestå av vann, men det kan også benyttes andre væsker, damper eller gasser.

Forsiden av matrisen ligger an mot kjøleringen 12 og innerringen 8. Kjøleringens 12 aksiallengde utgjør fortrinnsvis 0,25-2 ganger diameteren av pressboltboringen 9. Videre utgjør veggtykkelsen av ringen 8 mindre enn halvdelen av kjøleringens 12 veggtykkelse. Med henblikk på en raskt reagerende kjølevirk-ning utgjør ringens 8 veggtykkelse fortrinnsvis mindre enn 1/4 av diameteren av pressboltboringen 9. De radialt innerste, tilnærmelsesvis horisontale akser for kjølekanalene 15 er anordnet på en sirkel hvis diameter er mindre enn 1,5 ganger og fortrinnsvis mindre enn 1,25 ganger diameteren av pressbolt-opptakerboringen 9.

Kjøleringen 12 omsluttes av en radialt utenforliggende, påkrympet trykkring 20. Trykkringen er fastgjort med skruer 24 til endeveggen 32 av pressboltopptakeren 2. Av stabilitetshensyn kan det også være anordnet flere trykkringer 20 som er påkrympet koaksialt ovenpå hverandre. Kjøleringen 12 er likeledes påkrympet på innerringen 8. For overføring av aksialkrefter er både innerringen 8 samt kjøleringen 12 og trykkringen 20 utstyrt med hver sine ringanslag henholdsvis 11 og 22. Istedenfor ringan-slagene kan de innbyrdes inngripende seksjoner av ringene 8, 12 og 20 være av konisk form.

Figur 3 viser en modifisert versjon hvor innerringen 8 er utelatt og kjøleringen 12' direkte utformet som koaksial begren-sning , med samme diameter, av pressboltboringen 9 nærmest matrisen. Kjøleringen 12' er forbundet med minst én koaksialt påkrympet trykkring 20. Forøvrig er samme henvisningstall benyttet om deler og funksjoner i motsvarighet til utførelseseksempelet ifølge figur 1 og 2.

Innerringen 8 og/eller kjøleringen 12, 12' kan også være av konisk form over en del av sin lengde i sonen nærmest matrisen, men inngangsenden av kanalen 10 har samme diameter som pressboltboringen 9.

Følgelig kan omformings- og friksjonsvarmen avledes direkte fra hovedomformingssonen foran pressmatrisen 3 ved avkjøling, for å opprettholde temperaturen av pressmaterialet 1 på optimalt nivå. Derved muliggjøres en sprangvis økning av presshastig-heten.

Typiske eksempler på oppnådde resultater er angitt i det etterfølgende. Lettmetallegeringen ASTM er definert i følgende normer: American Society for Testing and Materials Philadelphia

(ASTM),

Aluminium Association Washington DC 20006.

Claims (6)

1. Anordning for avkjøling av en lettmetall-strengpresse, med en pressboltopptaker (2) som er utformet med en boring (9) for opptak av en pressbolt (13) og med en matrise (3) samt med en kjøleinnretning, karakterisert ved at der foran matrisen (3) er anordnet minst én kjølering (8, 12, 12') hvorav den innerste ring (8, 12') har en boring (10) med samme diameter som pressboltens (13) opptakerboring (9), at der i denne kjølering (12, 12') er anordnet flere aksialt forløpende boringer (14, 15) som er kransaktig fordelt i ringflaten og lukket mot pressmaterialet (1) og som står i forbindelse med ved forsiden anordnete ledninger (26, 28) for tilføring og avleding av et kjølemedium, at kjøleområdet bare strekker seg over en del av pressboltboringens (9, 10) lengde umiddelbart - i ekstruderingsretning - foran matrisen (3) og uavhengig av denne, og at kjøleringen (12, 12') omsluttes av minst én radialt utenforliggende, påkrympet trykkring (20) som er stivt forbundet med pressboltopptakeren (2).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at kjøleringen (12, 12') er forsynt med et antall innvendige, aksialtforløpende boringpar (14, 15) som er parvis forbundet med hverandre i sine partier lengst fra boringmunnin-gene, gjennom hver sine radialboringer (16) med lukket boring-munning.

3. Anordning ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at de radialt innerste kjøle-boringer (15) i kjøleringen (12, 12') er anordnet på en krans hvis diameter er mindre enn 1,5 ganger og fortrinnsvis mindre enn 1,25 ganger diameteren av pressboltopptakerboringen (9).

4. Anordning ifølge krav 1 - 4, karakterisert ved at kjølemediet tilføres og avledes gjennom to konsentriske ringledninger (27, 28) ved den ende av kjøleringen som er vendt mot matrisen og hvori boringene (14, 15) munner ut.

5. Anordning ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at det, i innløps- eller utløpsledningen (26, 28) for kjølemediet er innkoplet en regulerbar strupeventil (V).

6. Anordning ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at kjøleringens (12) aksiallengde er kortere enn den doble diameter av pressboltopptakerboringen (9).