WO2013034135A1 - Anlage zur herstellung stranggepresster bauteile und halbzeuge - Google Patents

Anlage zur herstellung stranggepresster bauteile und halbzeuge Download PDF

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WO2013034135A1
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extrusion
casting
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Ralf Anderseck
Peter Stolfig
Ulrich Bruhnke
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C33/00—Feeding extrusion presses with metal to be extruded ; Loading the dummy block
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C29/00—Cooling or heating work or parts of the extrusion press; Gas treatment of work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005—Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals

Definitions

  • the invention relates to a system for producing extruded components and semi-finished products from light metal or light metal alloys, preferably from a magnesium alloys comprising a device for producing blocks, bolts or billets and at least one system for processing these components or semifinished products.
  • the simplest permanent mold-making process for producing billets, billets or billets for extrusion is tumble casting, which is primarily used for low melting point alloys.
  • a usually two-part mold, the inside of which reproduces the contours of the casting is filled with melt, after a short time forms a solidification layer and the casting is removed after further cooling of the mold.
  • blocks, bolts or billets are then supplied for further processing to appropriate companies for use in extrusion presses.
  • the blocks, bolts or billets which may have a variety of prismatic shapes, heated to deformation temperature and in
  • the cast strand is broken after reaching a certain length, for example, by a flying saw and the continuation of the casting process.
  • the molds have a primary cooling circuit, through which the strand cools outwardly rapidly. For further cooling and solidification, the strand is drawn off into a cooling tank (secondary cooling). Due to the size of the cooling pool, the length of the strand to be cast is limited.
  • a primary cooling circuit through which the strand cools outwardly rapidly.
  • the strand is drawn off into a cooling tank (secondary cooling). Due to the size of the cooling pool, the length of the strand to be cast is limited.
  • a cooling tank secondary cooling
  • the casting plants comprise a continuous casting mold with a
  • the object of the invention is a system for producing extruded components made of light metal or light metal alloys, preferably from a
  • magnesium alloy which combines the time and space, the production of blocks, bolts or billets for the strand process and the processing of these strand processing plants to be manufactured components or semi-finished products in a plant, the waste heat from the manufacturing process for the blocks, bolts or billets is exploited to get a positive energy balance.
  • the object is achieved in that the system consists of a concatenation of a device for producing press studs, a device for supporting the press stud, in which the press studs are maintained at a temperature of 250 ° C to 580 ° C, and at least one extrusion wherein the devices are interconnected by means of transfer devices.
  • the transport device can be used as a circulating transport device or as a carousel with receptacles for the casting molds be educated.
  • the transport device is provided with a separate device for cooling the mold when filling the molds with the melt, which is designed to be movable in height.
  • the means for cooling the mold on the transport means is positioned below the spout of the molten metal feed and may consist of a liquid bath or a nozzle ring for spraying liquid onto the mold.
  • the cooling device on the transport device and / or the separate cooling device can be connected to at least one heat exchanging device.
  • the heat exchanging device may be coupled with an absorption refrigeration system for controlling the temperature of the cooling media
  • the heat exchanging device may be connected to the bearing device and / or the tools of the extrusion molding.
  • the storage device fulfills two tasks in the system according to the invention. On the one hand it serves as a buffer for the press studs and on the other hand it serves to keep the press studs to a corresponding processing temperature.
  • the waste heat from the cooling device of the transport device and the separate cooling device is removed from the cooling medium via a heat exchanging device.
  • the waste heat can be used on the one hand for keeping the press studs in the storage facility and on the other hand for preheating tools of the extrusion presses. Furthermore, part of the
  • Waste heat to be supplied to an absorption chiller with the help of the cooling media for the cooling device of the transport device and the
  • Cooling device can be tempered. Reference to an embodiment of the invention will be described in more detail.
  • the associated figure 1 shows the schematic diagram of the system according to the invention.
  • the plant for the production of extruded components and semi-finished products consists essentially of a device 1 for the production of press studs, a bearing device 2 for the press stud, in which the press studs are at a corresponding processing temperature and an extrusion 3, which are linked together by transfer devices.
  • the device 1 for the production of press studs consists of a mold bearing 4, a transport device 6 for the molds, a metal melt supply 5, a cooling device 7 and a device 8 for demolding.
  • the transport device 6 is as a circulating transport device with
  • the molds are designed as block molds with a length / diameter ratio of 3.5: 1, wherein the inner wall is slightly conical. This means that with a diameter of 250mm, the length of the compression bolt is about 800 mm. To improve the heat dissipation, the outer surface of the mold may be provided with ribs. The molds are removed from the mold bearing 4 and in the
  • Transport device 6 is a cooling device in the form of a
  • the cooling device is moved in the direction of the spout of the metal melt supply 5, in such a way that the liquid level of the cooling device is always at the height of the
  • Melting mirror is located in the mold.
  • the mold initially has a large amount of cold material, to whose
  • Heating a considerable amount of heat is required. This amount of heat is removed during casting and after the casting of the melt by placing in the Casting wall flows off. Due to the during the filling of the mold tracking cooling device does not take place as in the conventional casting process, where the mold is cooled suddenly over the entire length, but there is virtually a disk-wise cooling of the press pin to be cast. Here, those parts of the melt, which are located in the vicinity of the mold wall, most of the heat removed and it forms a solid outer skin. After completion of the filling of the mold, the cooling device is moved down and the filled molds can be in the cooling device. 7
  • the storage device 2 fulfills two tasks in the system according to the invention. On the one hand it serves as a buffer for the press studs and on the other hand it serves to keep the press studs to a processing temperature of about 450 ° C.
  • the waste heat from the cooling device of the transport path 6 and the cooling device 7 is removed via the heat exchanging device 9 the cooling medium.
  • the waste heat can be used on the one hand for keeping the press studs in the storage device 2 and on the other hand for preheating tools.
  • a portion of the waste heat of an absorption chiller can be supplied, by means of which the cooling media for the cooling device of the transport device 6 and the cooling device 7 can be tempered, wherein the
  • heat exchanging device 9 consists of a combination of heat exchangers and an absorption refrigeration system.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)
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Abstract

Anlage zur Herstellung stranggepresster Bauteile und Halbzeuge Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung stranggepresster Bauteile und Halbzeuge aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen, vorzugsweise aus einer Magnesiumlegierung, umfassend eine Einrichtung zur Herstellung von Blöcken, Bolzen oder Knüppeln und wenigstens eine Anlage zur Verarbeitung dieser zu fertigenden Bauteile oder Halbzeuge. Die erfindungsgemässe Anlage besteht aus einer Verkettung einer Einrichtung (1) zur Herstellung von Pressbolzen, einer Einrichtung (2) zur Lagerung der Pressbolzen, in der die Pressbolzen auf einer Temperatur von 250°C bis zu 580°C gehalten werden, und mindestens einer Strangpresseinrichtung (3), wobei die Einrichtungen (1,2,3) mittels Transfereinrichtungen miteinander verbunden sind.

Description

Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile und Halbzeuge
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile und Halbzeuge aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen, vorzugsweise aus einer Magnesiumlegierungen umfassend eine Einrichtung zur Herstellung von Blöcken, Bolzen oder Knüppeln und wenigstens eine Anlage zur Verarbeitung dieser zu fertigenden Bauteilen oder Halbzeugen.
Das einfachste eine Dauerform nutzende Verfahren zur Herstellung von Blöcken, Bolzen oder Knüppeln für Strangpressen ist der Sturzguß, der vornehmlich bei Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt Anwendung findet. Eine meist zweiteilige Form, deren Innenseite die Konturen des Gußstückes wiedergibt, wird mit Schmelze gefüllt, nach kurzer Zeit bildet sich eine Erstarrungsschicht und das Gußstück wird nach weiterer Abkühlung der Form entnommen. Derartig
hergestellte Blöcke, Bolzen oder Knüppel werden dann zur Weiterverarbeitung an entsprechende Firmen zum Einsatz in Strangpreßanlagen geliefert. Dort werden die Blöcke, Bolzen oder Knüppel, die die unterschiedlichsten prismatischen Formen aufweisen können, auf Verformungstemperatur erwärmt und in
Strangpreßmaschinen verarbeitet.
Wesentliche Nachteile dieser Herstellungsverfahren liegen zum einen in den dezentralen Herstellungsorten und zum anderen in einer verhältnismäßig niedrigen Produktivität. Desweiteren liegt ein weiterer Nachteil in einem relativ hohen
Bestätigungskopiel Energiebedarf für die Erwärmung der Blöcke, Bolzen oder Knüppel auf Verformungstemperatur. Eine weitere Möglichkeit der Herstellung von Bolzen besteht im Stranggießen. Der Stranggießprozeß kann als diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Prozeß erfolgen. Beim diskontinuierlichen Prozeß werden Preßbolzen- auch Ronden genannt- durch die Anlage in vorgegebener Länge hergestellt. Beim
kontinuierlichen Prozeß wird der gegossene Strang nach Erreichen einer bestimmten Länge beispielsweise von einer fliegenden Säge zerteilt und das bei Fortdauer des Gießprozesses. Entsprechend der Kokillenanordnung wird zwischen horizontalem und vertikalem Stranggießen unterschieden. Beim Gießen von Preßbolzen kommen vorzugsweise Kokillensysteme zum Einsatz. Diese
ermöglichen das Gießen von mehreren Preßbolzen gleichzeitig. Die Kokillen weisen einen Primärkühlkreislauf auf, durch welchen der Strang äußerlich rasch abkühlt. Zur weiteren Abkühlung und Verfestigung wird der Strang in ein Kühlbecken ( Sekundärkühlung) abgezogen. Durch die Größe des Kühlbeckens ist die Länge des zu gießenden Stranges beschränkt. Eine derartige Anlage ist beispielsweise aus der DE 196 33 620 C2 bekannt. Eine weitere Möglichkeit bietet das Stranggießen mit einer Anlage die einen
Bogenstranggießabschnitt aufweist. Derartige Anlagen sind beispielsweise aus der DE 41 39 242 C3, DE 10 2010 007 660 AI, EP 0804 981 Bl oder WO 2006 056 423 AI bekannt. Hierbei wird der Gießstrang aus der Vertikalen in die Horizontale überführt. Die Gießanlagen umfassen eine Stranggießkokille mit einem
nachgeordneten Bogenstranggießabschnitt und eine Fördereinrichtung des Gießstranges zur nachgeschalteten Bearbeitungsstrecke, wo der Strang
umgeformt, gerichtet und weitergefördert wird. Gegebenenfalls schließen sich hier weitere Bearbeitungen wie Reduzieren oder Walzen des Gießstranges an.
Während des Austritts des Gießstranges aus dem Bogenstranggießabschnitt und der Förderung durch die Bearbeitungsstrecke wird dieser kontinuierlich gekühlt, vorzugsweise durch Abspritzen mit Kühlwasser. Alle bekannten Lösungen haben den Nachteil, daß die Herstellung der Blöcke. Bolzen oder Knüppel und die Weiterverarbeitung dieser in Strangpreßanlagen an unterschiedlichen Produktionsstandorten stattfindet, wodurch die Blöcke, Bolzen oder Knüppel vor dem Strangpressen wieder auf Verformungstemperatur erwärmt werden müssen, wodurch eine negative Energiebilanz entsteht. Hier setzt die Erfindung ein.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile aus Leichtmetall oder Leichtmetallegierungen, vorzugsweise aus einer
Magnesiumlegierung zu schaffen, die zeitlich und räumlich die Herstellung von Blöcken, Bolzen oder Knüppeln für den Strangprozeß und die Verarbeitung dieser in Strangprozeßanlagen zu fertigenden Bauteile oder Halbzeugen in einer Anlage vereinigt, wobei die Abwärme aus dem Herstellungsprozeß für die Blöcke, Bolzen oder Knüppel ausgenutzt wird, um eine positive Energiebilanz zu erhalten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anlage aus einer Verkettung einer Einrichtung zur Herstellung von Preßbolzen, einer Einrichtung zur Lagerung der Preßbolzen, in der die Preßbolzen auf eine Temperatur von 250°C bis 580°C gehalten werden, und mindestens einer Strangpreßeinrichtung besteht, wobei die Einrichtungen mittels Transfereinrichtungen miteinander verbunden sind.
Die Einrichtung zur Herstellung von Preßbolzen aus einem Gießformlager, einer Gießformtransporteinrichtung, einer Kühleinrichtung und einer
Entformungseinrichtung besteht. Die Transporteinrichtung kann als umlaufende Transporteinrichtung oder als Karussell mit Aufnahmen für die Gießformen ausgebildet sein. Die Transporteinrichtung ist mit einer separaten Einrichtung zur Kühlung der Gießform beim Befüllen der Gießformen mit der Schmelze versehen, wobei diese in der Höhe verfahrbar ausgebildet ist.
Die Einrichtung zur Kühlung der Gießform an der Transporteinrichtung ist unterhalb des Ausgusses der Metallschmelzenzuführung positioniert und kann aus einem Flüssigkeitsbad oder einem Düsenring zum Aufspritzen von Flüssigkeit auf die Gießform bestehen. Die Kühleinrichtung an der Transporteinrichtung und/oder die separate Kühleinrichtung können mit mindestens einer wärmetauschenden Einrichtung verbunden werden. Die wärmetauschende Einrichtung kann mit einer Absorptionskälteanlage zur Temperierung der Kühlmedien gekoppelt sein
Die wärmetauschende Einrichtung kann mit der Lagereinrichtung und/oder den Werkzeugen der Strangpreßeinrichtungen verbunden sein. Die Lagereinrichtung erfüllt in der erfindungsgemäßen Anlage zwei Aufgaben. Zum einen dient sie als Pufferspeicher für die Preßbolzen und zum anderen dient sie dazu, die Preßbolzen auf eine entsprechende Verarbeitungstemperatur zu halten. Die Abwärme aus der Kühleinrichtung der Transporteinrichtung und der separaten Kühleinrichtung wird über eine wärmetauschende Einrichtung dem Kühlmedium entzogen. Die Abwärme kann zum einen für das Warmhalten der Preßbolzen in der Lagereinrichtung und zum anderen für das Vorwärmen von Werkzeugen der Strangpreßeinrichtungen genutzt werden. Desweiteren kann ein Teil der
Abwärme einer Absorptionskältemaschine zugeführt werden, mit dessen Hilfe die Kühlmedien für die Kühleinrichtung der Transporteinrichtung und der
Kühleinrichtung temperiert werden können. Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden.
Die dazugehörige Figur 1 zeigt die Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anlage. Die Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile und Halbzeuge besteht im wesentlichen aus einer Einrichtung 1 zur Herstellung von Preßbolzen, einer Lagereinrichtung 2 für die Preßbolzen, in der die Preßbolzen auf eine entsprechende Verarbeitungstemperatur werden und einer Strangpreßeinrichtung 3, die durch Transfereinrichtungen miteinander verkettet sind. Die Einrichtung 1 zur Herstellung von Preßbolzen besteht aus einem Gießformlager 4, einer Transporteinrichtung 6 für die Gießformen, einer Metallschmelzenzuführung 5, einer Kühleinrichtung 7 und einer Einrichtung 8 zur Entformung.
Die Transporteinrichtung 6 ist als umlaufende Transporteinrichtung mit
Aufnahmen für die Gießformen ausgebildet. Die Gießformen sind als Blockkokillen mit einem Längen/ Durchmesserverhältnis von 3,5:1 ausgebildet, wobei die Innenwandung leicht konisch ist. Das bedeutet, daß bei einem Durchmesser von 250mm die Länge des Preßbolzen etwa 800 mm beträgt. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr kann die Außenfläche der Gießform mit Rippen versehen sein. Die Gießformen werden dem Gießformenlager 4 entnommen und in die
entsprechenden Aufnahmen der Transporteinrichtung 6 eingesetzt und in Richtung der Metallschmelzenzuführung transportiert. Unterhalb der
Transporteinrichtung 6 befindet sich eine Kühleinrichtung in Form eines
Wasserbades. Während des Gießvorganges wird die Kühleinrichtung in Richtung des Ausgusses der Metallschmelzenzuführung 5 verfahren, und zwar derart, daß sich der Flüssigkeitsspiegel der Kühleinrichtung immer auf der Höhe des
Schmelzenspiegels in der Gießform befindet.
Die Gießform besitzt zunächst eine große kalte Materialmenge, zu deren
Aufheizung eine beträchtliche Wärmemenge erforderlich ist. Diese Wärmemenge wird beim Gießen und nach dem Gießen der Schmelze entzogen, indem sie in die Gießformwand abfließt. Durch die während des Füllvorganges der Gießform nachgeführte Kühleinrichtung erfolgt nicht wie beim herkömmlichen Gießvorgang, wo die Gießform schlagartig über die gesamte Länge gekühlt wird, sondern es erfolgt quasi eine scheibenweise Kühlung des zu gießenden Preßbolzens. Hierbei wird jenen Teilen der Schmelze , die sich in der Nähe der Gießformwand befinden, die meiste Wärme entzogen und es bildet sich eine feste Außenhaut. Nach dem Abschluß des Befüllvorganges der Gießform wird die Kühleinrichtung nach unten gefahren und die befüllten Gießformen können in die Kühleinrichtung 7
transportiert werden, wo eine weitere Abkühlung der Gießform und damit des Preßbolzens auf ein Temperaturniveau von ca. 450°C Dieses Temperaturniveau entspricht dem Temperaturniveau der Preßbolzen aus einer Magnesiumlegierung beim Strangpressen. Nach dem Durchlauf der Kühleinrichtung 7 wird die Gießform einer Einrichtung 8 zum Entformen übergeben. Hier wird der Preßbolzen der Form entnommen und in einer Lagereinrichtung 2 zwischengelagert. Die Gießform wird anschließend in das Gießformenlager 4 zurückgeführt. Die Lagereinrichtung 2 erfüllt in der erfindungsgemäßen Anlage zwei Aufgaben. Zum einen dient sie als Pufferspeicher für die Preßbolzen und zum anderen dient sie dazu, die Preßbolzen auf eine Verarbeitungstemperatur von ca. 450°C zu halten. Die Abwärme aus der Kühleinrichtung der Transportstrecke 6 und der Kühleinrichtung 7 wird über die wärmetauschende Einrichtung 9 dem Kühlmedium entzogen. Die Abwärme kann zum einen für das Warmhalten der Preßbolzen in der Lagereinrichtung 2 und zum anderen für das Vorwärmen von Werkzeugen genutzt werden. Desweiteren kann ein Teil der Abwärme einer Absorptionskältemaschine zugeführt werden, mit dessen Hilfe die Kühlmedien für die Kühleinrichtung der Transporteinrichtung 6 und der Kühleinrichtung 7 temperiert werden können, wobei die
wärmetauschende Einrichtung 9 aus einer Kombination von Wärmetauschern und einer Absorptionskälteanlage besteht. Bezugszeichenausteilung
1 - Einrichtung zur Herstellung von Preßbolzen
2 - Lagereinrichtung
3 - Strangpreßeinrichtung
4 - Gießformlager
5 - Metallschmelzenzuführung
6 - Gießformtransporteinrichtung
7 - Kühleinrichtung
8 - Einrichtung zum Entformen
9 - Wärmetauschende Einrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Anlage zur Herstellung stranggepreßter Bauteile und Halbzeuge aus
Leichtmetall oder Leichtmetalllegierungen, vorzugsweise einer
Magnesiumlegierungen mittels Strangpressen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage aus einer Verkettung einer Einrichtung (1) zur Herstellung von
Preßbolzen, einer Einrichtung (2) zur Lagerung der Preßbolzen, in der die
Preßbolzen auf eine Temperatur von 250°C bis zu 580°C gehalten werden, und mindestens einer Strangpreßeinrichtung (3) besteht, wobei die Einrichtungen (1,2,3) mittels Transfereinrichtungen miteinander verbunden sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1) zur Herstellung von Preßbolzen aus einem Gießformlager (4), einer
Gießformtransporteinrichtung (6), einer Kühleinrichtung (7) und einer
Entformungseinrichtung (8) besteht.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gießformtransporteinrichtung (6) mit einer separaten Einrichtung zur Kühlung der Gießformen beim Befüllen der Gießform mit der Schmelze versehen ist, wobei diese in der Höhe verfahrbar ausgebildet ist.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kühlung der Gießform aus einem Flüssigkeitsbad besteht.
5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kühlung der Gießform aus einem Düsenring zum Aufspritzen von Flüssigkeit auf die Gießform besteht.
6. Anlage nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung an der Transporteinrichtung
(6) und/oder die Kühleinrichtung (7) mit mindestens einer wärmetauschenden Einrichtung (9) verbunden sind.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
wärmetauschende Einrichtung (9) mit einer Absorptionskälteanlage gekoppelt ist.
8. Anlage nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Einrichtung (9) mit der Lagereinrichtung (2) und/oder den Werkzeugen der Strangpreßeinrichtung (3) verbunden ist.
9. Anlage nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (6) als umlaufende Transporteinrichtung mit Aufnahmen für die Gießformen ausgebildet ist.
10. Anlage nach Anspruch 1 und mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (6) als umlaufendes Karussell mit Aufnahmen für die Gießformen ausgebildet ist.
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