Verfahren und Vorrichtung zum Strangpressen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Strangpressen.
Eine Strangpresse besteht im wesentlichen aus dem Maschinenständer, dem Zylinder mit Kolben, aus dem Blockaufnehmer oder Recipienten, dem Presstempel und dem Werkzeughalter mit Pressma- trize. Bei den bekannten Strangpressen wird der Block und der Recipient erhitzt, das Werkzeug aber häufig gekühlt. Eine Kühlung ist z.
B. für das Ver- pressen von Aluminium und Aluminium-Legierungen erforderlich, weil sich diese Metalle an den Reibflä chen der Pressmatrize bisweilen so stark erhitzen, dass es zu Anschmelzungen bzw. Wärrneriss.en kommt.
Es erschien zweckmässig, den Block und den Re- cipienten so hoch wie möglich zu erhitzen, um den Pressdruck dafür niedriger halten zu können. Der Temperatur dieser Teile wurde aber durch die Wär mefestigkeit des Recipientenwerkstoffs und die Eigen schaften der Blockmetalle ,natürliche Grenzen gesetzt. Der Recipient ist der weitaus teuerste Teil der Strangpresse und man musste bedacht sein, seine Lebensdauer nicht herabzusetzen.
Unter Berücksichtigung aller dieser Umstände liessen sich eine Anzahl von Legierungen der Schwermetallgruppe, wie Cu-P, Cu-P-Ag, Cu-Ag-Cd-Si, praktisch überhaupt nicht durch Strangpressen warm verformen. Diese Legierungen haben jedoch, besonders in der Löttechnik, grosse Anwendungsgebiete.
Wollte man Stäbe aus solchen Legierungen haben, so musste man sie bisher giessen.
Manche Legierungen lassen sich zwar nach einer Warmverformung durch Strangpressen sowohl warm wie kalt weiter verformen, andere aber lassen sich nach dem Strangpressen nur noch warm verformen (Walzen).
Die kalt oder warmverformungsfähigen Stränge mussten daher entweder durch kaltverformende Vor gänge, wie Walzen oder Ziehen, mit entsprechenden Zwischenglühungen, oder durch Warmwalzen zu den verlangten Endquerschnitten weiterverarbeitet wer den.
Im Wege des Strangpressens war es. jedenfalls bisher nicht möglich, Legierungen, die hohe Press- temperaturen erfordern und deren technologischen Eigenschaften nur eine geringe Pressgeschwindigkeit zulassen, zu dünnen Querschnitten mit einem Durch messer unter etwa 3 mm zu verpressen, wie sie vom Verbraucher für Lötmetallstäbe gefordert werden.
Es ist auch zu beachten, dass das Warmverfor- mungsintervall der genannten Legierung sehr gering ist. Manchmal beträgt der Temperaturbereich, in dem eine Warmverformung möglich ist, nur 20 -30 .
Unterhalb des Warmverformungsintervalls ist die Wärmefestigkeit des Metalls so hoch, dass .der zur Verfügung .stehende spezifische Pressdruck nicht aus reicht, um das Metall zum Fliessen zu bringen. Ober halb dieses Intervalles treten andererseits Warmrisse oder gar Verflüssigung ein.
Daraus ergibt sich, dass zum Strangpressen solcher Legierungen ein, gewisser Mindest- Querschnitt erforderlich ist, damit der spezi fische Pressdruck das Metall zum Fliessen bringt, zum anderen aber auch eine bestimmte, meist sehr niedrige Pressgeschwindigkeit eingehalten werden muss, die nicht überschritten werden, darf, damit der austretende Strang keine Risse bekommt.
Solche werden leicht beim Aufheizen des kleinen Quer- schnittes durch Reibungswärme hervorgerufen..
Es sind mehrere Massnahmen bekannt, die der Erhöhung der Pressgeschwindigkeit dienen. Sie beru- hen darauf, die entstehende Reibungswärme während des Pressvorganges abzuleiten. Hierzu wird z. B. .die Matrize oder der gesamte, die Matrize enthaltende Werkzeugkopf durch Luft oder Wasser gekühlt.
Durch solche Massnahmen kann man die Pressge schwindigkeit um ein beträchtliches erhöhen, ohne Wärmerisse am austretenden Strang befürchten zu müssen. Ohne Frage kann man auch durch diese Massnahmen kleinere als sonst übliche Querschnitte pressen. Jedoch versagen solche Massnahmen gänz lich bei spröden, schwer pressbaren Lötlegierungen.
Es hat sich nun gezeigt, dass zum Warmverfor- men die Recipiententemperatur, die Blocktemperatur und die Presswerkzeugtemperatur eine bestimmte Grösse haben müssen. Auch müssen die Temperatu ren der genannten. Teile zur Erzielung optimaler Be dingungen in bestimmter Relation zu einander ste hen. Jede Störung dieser Wärmeabstufung nach oben oder nach unten führt zu Misserfolgen beim Strang pressen. Wird der Wärmeunterschied zu hoch, so gibt es Risse am austretenden Strang; wird er zu niedrig, so friert der Strang ein.
Je geringer das oben er wähnte Presstemperaturintervall einer Legierung ist, umso exakter muss das Wärmeniveau der genannten Teile eingehalten werden.
Wird nun der Wärmeunterschied zu gross, so kann er durch Kühlen der Matrize oder des ganzen Werkzeugkopfes wieder erniedrigt werden.; wird er zu niedrig, so kann man ihn durch Erhöhen der Block und/oder Recipient-entemperatur wieder erhöhen.
Spröde Legierungen zu kleinsten: Querschnitten zu verpressen, erfordert eine erhebliche Reduzierung der Pressegeschwindigkeit insbesondere dann, wenn das Presstemperaturintervall der betreffenden Legie rung eng ist. Kleine Pressgeschwindigkeiten erzeugen jedoch nur wenig Reibungswärme in der Matrize.
Die Blocktemperatur kann nicht erhöht werden, da sonst Verflüssigung eintritt. Die Recipiententemperatur kann aus technischen Gründen auch nur auf einen gewissen Wert gebracht werden, der meist nicht aus reicht, den Wärmeverlust zu decken, der durch die lange Presszeit, bedingt durch die niedrige Pressge- schwindigkeit, verursacht wird.
Die Wärmeabstufung ist also gestört, der Strang friert ein.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Strangpressen von Metallen und Legierungen ausser Aluminium und Aluminiumlegierungen unter Erhö hung der Lebensdauer des Recipienten durch gerin gere Erhitzung desselben, das sich dadurch kenn zeichnet, dass der Werkzeugkopf regelbar geheizt wird. Bei diesem Verfahren wird die Erhaltung der Wärmeabstufung also nicht mehr dem Zufall überlas sen, sondern willkürlich von aussen her gesteuert.
Hierbei kann die Temperatur des Werkzeugkopfes zur Anpassung an die für die verschiedenen Metalle und Legierungen unterschiedliche Wärmeabstufung regelbar gemacht werden.
Der Werkzeugkopf liegt mit seiner Matrizenseite im allgemeinen direkt dem geheizten Recipienten an. Jedoch wird er mit seiner der Matrize abgewandten Seite durch den Pressdruck fest an die Druckplatte, und .diese wiederum mit samt dem Werkzeugkopf fest an den Verschlusskeil gepresst. Dieser Verschlusskeil ist nur mässig warm und wird einerseits vom Press- druck fest an den fast kalten Kopf des Maschinen ständers gedrückt.
Durch. diesen: Werkzeugaufbau entsteht ein starkes Wärmegefälle, welches bei nor malen Pressvorgängen durchaus erwünscht, ja in vie len Fällen durch geeignete Abkühlungsmassnahmen noch gefördert wird.
Beim Pressen kleinster Querschnitte aus schwer verformbaren Legierungen steigt die Presszeit um ein Vielfaches gegenüber den üblichen. Die geringe Pressgeschwindigkeit erzeugt keine wesentliche Rei bungswärme. Mithin wird ein grosser Teil der Block wärme über die Matrize und den Werkzeugkopf ab geleitet und die Grenze des sehr engen Presstempera- turintervalles unterschritten.
Wird dagegen nach dem erfindungsgemässen Verfahren der Werkzeugkopf regelbar geheizt, so kann das Temperaturgefälle wesentlich. günstiger und das Presstemperaturintervall genau eingehalten wer den.
Hinsichtlich der erforderlichen Wärmeabstufung während des Pressvorganges eines 2 mm Vier kant-Stranges konnte beispielsweise folgendes festge stellt werden.
Ein Pressblock aus einer Cu-P-Legierung wurde auf 520 C erwärmt und in einen Recipienten von 500 C eingeführt. Der Werkzeugkopf wurde nicht zusätzlich beheizt. Er war vielmehr ca. 10 Stunden der Recipiententemperatur ausgesetzt. Bei Beginn der Pressung konnte im Werkzeugkopf in unmittelbarer Nähe der Matrize eine Temperatur von 350 C ge messen werden. Schon kurze Zeit nach. Beginn der Pressung sank die Temperatur im Werkzeugkopf auf 200 C und die Pressstränge froren ein.
Der gleiche Vorgang zeigt sich auch, nachdem der Werkzeugkopf und die Matrize durch Gasflammen vor Beginn der Pressung stark erwärmt wurden. Der Block konnte zu knapp einem Drittel ausgepresst werden, und die Stränge froren wiederum ein, als die Messstelle im Werkzeug 200 C anzeigte.
Wurde dagegen ein beheizbarer Werkzeugkopf verwendet, dessen Temperatur so gesteuert war, dass er .an der Messstelle gleichmässig 350 C aufwies, so konnte ,der ganze Block mühelos ausgepresst werden.
Besonders der zweite Versuch zeigt deutlich, wie schnell die Wärme über den Werkzeugkopf in den Verschlusskeil und: den Maschinenständer abfliesst. Dies ist kaum verwunderlich, wenn man bedenkt, dass .der Werkzeugkopf mit einem spezifischen Druck von ca. 80-100 kg/qmm gegen den nur mässig war men Verschlusskeil und dieser wiederum gegen den fast kalten Kopf des Maschinenständers gedrückt wird. Blocktemperatur und Reibungswärme reichen bei weitem nicht aus, den Wärmeverlust zu decken.
Durch Anwendung des erfindungsgemässen. Ver fahrens mit regelbar beheiztem Werkzeugkopf kann man nunmehr auch bisher als nicht oder nur schwer verpressbar angesehene Legierungen mit Strangpres- sen zu allen Querschnitten verformen, sondern auch bei der Verpressung anderer Metalle und Legierun gen, die Block- und Blockaufnehmertemperatur herabsetzen, und dadurch die Lebensdauer des teuren Blockaufnehmers wesentlich verlängern.
Nur Aluminium und Aluminiumlegierungen bil den eine Ausnahme. Beim Verpressen dieser Werk stoffe wird dar Werkzeugkopf nicht beheizt, sondern unter Umständen sogar gekühlt.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch und teilweise im Schnitt zwei Ausführungsformen einer Vorrichtung der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Werkzeugkopf 10 gezeigt, in dem parallel zur Pressrichtung Bohrungen 2 angebracht sind, die an der vom Verschlusskeil gegenüberliegen den Seite durch eine Ringnut 3 miteinanderverbun- den sind.
Die Bohrungen 2 dienen zur Aufnahme von Heizpatronen 4, deren elektrische Zuleitungen in der Ringnut 3 liegen und an einer vom Verschlusskeil nicht bedeckten Stelle ins Freie geführt werden. Eine kleinere Bohrung 5 dient zur Aufnahme eines Thermoelementes 6 zur Messung und Steuerung der Werkzeu,gkopftemperatur.
Fig. 2 zeigt einen Werkzeugkopf 10, der an sei nem äusseren Umfang mehrere Ringnuten 3 aufweist, die durch eine Längsnut 7 miteinander verbunden sind. Die Ringnuten dienen zur Aufnahme je eines Heizleiters B. Die elektrischen Zuführungen liegen in der Längsnut 7, die .sich an einer vom Verschlusskeil nicht bedeckten Stelle befindet, und an der die Lei tungen ins Freie führen.
Eine parallel zur Pressrich tung liegende Bohrung dient wiederum zur Aufnahme des Thermoelementes 6. Selbstverständlich kann der Werkzeugkopf 10 anstatt durch Heizpatronen 4 oder Heizleiter 8 auch durch Induktionsheizung erwärmt werden.
Bei Verwendung von Heizpatronen 4 und Heizleitern 8 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese in ihren Aufnahmebohrungen 2 durch Eingies- sen eines hochschmelzenden Metalls zu befestigen, damit der Wärmeübergang vom Heizleiter 8 bzw. Heizpatrone 4 in, den Werkzeugkopf 2 verlustlos von- statten geht.
Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung der Er findung ist die Tatsache, dass der Werkzeugkopf 2 seine Temperatur auch dann behält, wenn er zum Anstossen des Pressrestes oder zur. Auswechslung der Matrize aus dem Maschinenständer herausgefahren und damit der Raumtemperatur ausgesetzt wird.
Beim Pressen mit geheizten Werkzeugköpfen ist der zum Auspressen nötige Druck ganz erheblich niedriger, als mit uribeheizten Werkzeugköpfen.
Auch technologisch bringt die Anwendung des geheizten Werkzeugkopfes einen überraschenden Vorteil. Die Duktilität der kalten Strangpressdrähte steigt ganz erheblich und bietet Möglichkeiten, das Material auch zu Formteilen zu biegen, wie sie in der Löttechnik gerne verwendet werden.
Dies kann dar auf zurückgeführt werden, dass bei Anwendung des geheizten Werkzeugkopfes mit optimaler Temperatur gepresst werden kann und- die Abkühlung der Stränge wesentlich langsamer erfolgt.