NO810430L - Ekstruderingsverktoey for fremstilling av hulprofiler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et ekstruderingsverktoy for fremstilling av hulprofiler, omfattende en matriseplate med en formflate for dannelse av det ytre omriss av hulprofilet, samt en kjern-jdel som er avstottet mot eller utfort i ett med matriseplaten hvilken kjernedel har minst en kjerne som er festet ved hjelp av steg for dannelse av det indre omriss av hulprofilet.

Slike verktoy kan.være utfort som "kammerverktoy" i ett stykke eller som "broverktoy" med kjernedelen separat fra matriseplaten.

Ved ekstrudering med den slags verktoy blir spesielt kjernedelen, som fremskaffer det indre omriss, så sterkt påkjent at det ofte etter allerede kort driftstid blir odelagt. Ganske visst er det mulig, ved bruk av sterkere materialer, å oke levetiden for disse vertbydeler, men det har vist seg at det ved bruk av slike hoyverdigere materialer ikke oppnåes noen vesentlig levetidsokning og at altså også disse verktoyutforelser etter kort tid odelegges.

Det har nu vist seg at disse ulemper fremfor alt kan tilbakefores til den hbye påkjenning (strekk og boying) på de steg som bærer kjernen eller kjernene og spes^ielt til spenningstoppene ved overgangene mellom steg cg kjerne. Disse spenningstopper overskrider ved bruk av verktoyet ofte de maksimalt tilliatelige verdier, slik at tidlig verktoyhavari ikke er til å unngå.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å utforme et ekstruderingsverktoy av den innledningsvis nevnte art på en slik måte at påkjenningen på kjernedelen reduseres til en akseptabel verdi.

I henhold til ©pp-f fn^euse^- er ved et ekstruderingsverktoy av den innledningsvis nevnte art en.forsatsplate anordnet foran kjernedelen, nett i presseretningen, og utformet ned hull for det material som skal tilformes, hvor forsatsplaten i' det minste i det område som ligger overfor kjernen er aksialt adskilt fra kjernedelen med en avlastningsspSåte.

Forsatsplat^n opptar derved den stbrste del av den belastning

som utoves på det emne som skal bearbeides, idet den kan boyes fritt ut over bredden av avlastningsspalten. Derved blir spenningen i kjernedelen sterkt redusert sli... at spenning st oppen på de kritiske- steder under driften kan holdes under de tillatelige verdier. Dette forer til en meget bétydéiig olcning av levitlden for verktoyet.

Den reduserte spenning i kjernedelen medfarer en tilsvarende redusert deformasjon og spesielt boyning av kjernedelen. Herved oppnås en sterre dimensjonsnøyaktighet for de pressede produkter.

Avlastningsspalten er hensiktsmessig slik dimensjonert at det heller ikke ve*.', maksimal nedboyning av forsatsplaten under belastning av onuiet oppstår noen beroring mellom kjernedel og forsatsplate.

En betydelig spenningsreduksjon av størrelsesordenen 20 - 23% kan oppnås allerede ved en utforelsesform uten avtetting av avlastningsspalten. Denne utforelsesform kan med fordel benyttes når der er flere kjerner på ett steg. Herved"trenger imidlertid metall inn i avlastningsspalten under presseoperasjonen, slik at det utoves et trykk på kjernedelen som ganske visst er mindre enn pressetrykket.

Med hensyn til spenningsreduksjon er en utforelsesform for oppfinnélseoptimal hvor avlastningsspalten, ved hjr;lp av en leppe som aksialt overlapper kjernen og som strekker seg bort fra forsatsplaten, er avtettet mot inntrengning av metall.

Her er kjernedelen i det flateområde som vesentlig overdekkes av f orsatsplaten og som vender mot det metal-lemne som skal presses fullstendig avlastet for trykk slik at det i kjernedelen kan oppnås en spenningsreduksjon på ca. 70%. Herved kan den samlede aksiale utstrekning av verktoyet inklusive forsatsplaten være omtrent lik utstrekningen av et verktoy uten forsatsplate.

Hensiktsmessig viderefores belastningen på forsat.splai.an over matriseplaten til verktoyholderen ved at forsatsplaten er avstottet mot kjernedelen radialt utenfor hullene ved hjelp av en radialt utad forsatt skulder på kjernedelen, hvilken skulder sentreres ved hjelp av en ringflens.

For en foretrukket konstruktiv utfbrelse for ekstruderingsverktoyet ifolge denne utforelsesform er det foreslått at hullene i

I

f orsatsplaten er innbyrdes ads.Ui.lt av .steg som dekker stegene i kjernedelen og har en radial ■' lenger utad liggende indre kant enn de hull som fremstår i kjernedelen mellom stegene.

Denne forste utf orelsesf orm er basert på den. grunntanke at belastningen som folge av det emne som skal presses skal holdes lengst mulig bort fra .kjernedelen.

I henhold til oppfinnelsen er det vtøfc<»>«. foreslått at kjernedelen ved bruk av verktoyet er 'utsatt for. et radialt trykk. De.tte prinsipp beror på den erkjennelse at de spenninger som virker i den sterkest belastede overgang i det vesentlige er trekkspenninger. Gtorrelsen av disse trykkspenninger kan reduseres når de overlagres med motsatt rettede trykkspenninger. Dette kan i henhold til oppfinnelsen oppnås ved at kjernedelen utvendig er konisk og opptas i en tilsvarende konisk uttagning i verktoyet, idet de koniske flater konvergerer i stromningsretningen for det metall som skal presses og idet toppvinkelen 2j* for det ytre omriss av kjernedelen bestemmes av formelen:

hvor

^k d og ^k"b ^r kje^v-ivirkningskoeffisienten ("Kerbwirkungszahl")

• .ved trykk,"-henliv.-béynihg,'.

H er den midlere verktoyhtfyde,

II er hoyden på steget,<1>

I„ er den fri■steglengde, mellom anleggsflåtene,

a<:->er avstanden mellom 'det,<s>terkest påkjente punkt og

senterlinjen, .og

0,7~ c^2 avhengig av den onskede strekkspenningskompensasjon.

I

For c 1 blir trokksponningeno fullstendig kompensert av trykkspenningene. Dotte forer imidlertid ikke alltid til optimal verktoyutnyttel.se. For det tilfelle der er overflateanriss kan det eksempelvis være hensiktsmessi.; med en trykkspenning som er storre enn trekkspenningen (cO).

Oppfinnelsen ogufordelaktige detaljer ved denne skal beskrives nærmere under henvisning til vedfoyde skjematiske tegninger. Fig. 1 viser et snitt gjennom et ekstruderingsverktoy i henhold, til oppfinnelsen, etter linjen I-l i fig. 2. Fig. 2 viser et snitt etter linjen II-II i fig. 1, idet den- nedre halvdel viser en modifisert utforelse, Fig. 3 viser skjematisk flere mulig spenningsreduserende utformninger av overgangen mellom steg og kjernehals på en kjernedel i et ekstruderingsverktoy i henhold til oppfinnelsen. Fig. h viser i den venstre halvdel e-t snitt etter linjen B-B i fig. 5?og i den hoyre halvdel et snitt etter linjen A-A i fig. 5. Fig. 5 viser delvis i snitt og i utsnitt et skjematisk oppriss av en kjernedel^utformet i overensstemmelse med oppfinnelsen. Det verktoy som er vist i fig. 1 og 2 omfatter en matriseplate 1, en kjernedel 2 som er anbragt på matriseplaten 1 over en radialt -Utad forsatt skulder eller ansats 2', samt en forsatsplate 3 som er anbragt på den motsatte side av kjernedelen 2 over en likeledes radialt utad forsatt skulder eller ansats 3'. Kjernedelen 2 og forsatsplaten 3 er sentrert ved hjelp av ringflenser 11 og 2" som omslutter og samvirker med ansatsene 2' og 3'.

Formflaten for tilfor "ting av det ytre omriss av det hulprofil som skal fremstilles er utformet ved 1" på innsiden av matriseplaten 1, mens den formflate som skal tilferme. let indre omriss av hulpr-nfilet er utformet ved 13" pa hodet på kjernen 13 på kjerne-

i

delen 2.'Begge formflater 1" og 13" er i det viste utfbrelses-eksempel sirkelsylinderiske flater. Formflatenekan imidlertid ha en annen utformning, og eksempelvis strekke seg rakt for dannelse av rektangulære tverrsnitt. Kjernen 13 er innsnevret i retning mot presseretnlngen, som er antydet med pilen F, i forhold til kjernehalsen 13' som rager med den motsatte, flate ende inn i en åpning i forsatsplaten 3« Mellom bunnen i denne åpning og endeflaten på dorhalsen 13' er det en avlastningsspalt 5 som på sidene er avtettet overfor det tilttbtende område av forsatsplaten 3 ved hjelp av en aksialtragende fleksibel leppe k. Som det fremgår av hbyre halvdel av fig. 1 og ovre halvdel av fig.

2 danner den fleksible. leppe h den fullstendige omramning av fire gjennomstrbmningsåpninger 10 som er jevnt fordelt over omkretsen av forsatsplaten 3 og som er innbyrdes adskilt av steg 15. Den nedre halvdel av fig. 2 viser en modifisert utforelse hvor leppen V omslutter gjennomstrbmningsåpningene 10 langs den indre kant

og en del av kanten i området for stegene 15. Denne modfiserte leppe strekker seg herved radialt omtrent fremstil den radialt indre kant av matriseplaten, slik det fremgår av venstre halvdel av fig. 1. Leppen kan eventuelt bare danne den indre kant på gjennomstrbmningsåpningene 10. Ved stegene 15 vil det da forbli en åpen spalt gjennom hvilken metallet i en liten utstrekning vil kunne trenge inn i avlastningsspalten 5«/

Gjennomstrbmningsåpningene 10 i forsatsplaten flukter med omtrent like store åpninger 16 som strekker seg noe lenger radialt innover 1 kjernedelen 2 og stegene 15 i forsatsplaten flukter likeledes med stegene 12 i kjernedelen 2. I det viste utfdrelseseksienpel har stegene 15 en tykkelse som er så meget stbrre enn tykkelsen av stegene 12 som det dobbelte av tykkelsen av leppen h.

Verktoyet som omfatter platene 1, 2 og 3 holdes radialt i en matriseholder 7 og holdes aksialt mellom et stbtteverktby 6 på avlbpssiden og en sokkel 8 på tillbpssiden.

Ved bruk av ekstruderingsverktbyet utover pressen et presstrykk

1 retningen for pilen F (fig. 1) på metallemnet 9. Frønet 9 trykkes i derved gjennom gje nn'omlop såpning ene 10 i f orsatsplaten 3 og deretter gjennom g j o mi oral op såpnin&en c 16 i kjernedelen 2 og langs formflatene 1" 'og 13" for dannelse av et hulprofil. Presstrykket virker derved i området ] h og over stegene 15 mot f orsatsplaten. 3

og boyer denne i retningen for pilen F. Avlastningsspalten 5 er dimensjonert tilstrekkelig stor til at forsatsplaten 3 kan boyes fritt uten at området 1^ på f orsatsplaten kommer i berorlng med. kjernen 13 på kjernedelen 2. På kjernedelen 2 virker således bare trekk-kraften på kjernen 13 som. på grunn av presstrykket multipliseres med den radiale ringflate som er avgrenset innentil av kjernehalsen 13' og utentil av den sylinderiske f or utflate 13"

på kjernehodet, og videre virker friksjonskrefter på kjernedelen 2, som folge av glidebevegelsen av metallet langs de stort sett aksiale ,flater på kjernedelen. Disse krefter er meget mindre enn . den belastning som opptas av forsatsplaten 3. Kjernedelen 2, som uten bruk av en forsatsplate frem for alt ville bli. sterkest belastet ved avlopsside-overgangen mellom steg og kjernehals som folge av ' lcj&-vv- .virkning '(.Merbvirkung) , vil nå utsettes for en spenning som er opptil 70$ lavere enn spenningen uten forsatsplate. Den totale hbyde på sammenstillingen av matriseplate 1, kjernedel

2 og forsatsplate 3 er omtrent den samme som for et vanlig verktoy som bare omfatter en matriseplate og en kjernedel, idet disse deler som folgé ev den sterkere belastning må utfores'tilsvarende kraftig ere*

Det verktoy som er vist i fig. 1 og 2 egner seg spesielt for fremstilling av hulprofiler og halvhulprofiler med store dimensjoner, hvilke profiler kan bestå av varm- eller kold-deformerbare materialer. Spesielt egner verktoyet seg for fremstilling av slike profiler av ikke-jern-metaller, spesielt 'av tungt .deformerbare alurainiumlegeringer som f.eks* AlZnMg.

Fig.'3 viser skjematisk, ét hatvsnitt gjennom kjernedeler som har forskjj.ollige overganger 101,102, 103, 10<1->)-, 106 mellom, steget 12 og kjerneiialscn 13<1>. C betegner verktoy-aksen og F betegner. ( som i fig. 1) presseretningen.

i

En vanlig I: j arm-del hur er: innsnevret r-vergang 101 med en enkel avrunding mellom det radi a1t-f nrlu no nd o steg 12 og den aksialtforlbpende kjernehals 1.3'. Overgarigene 102 og 10'!- har et omriss som folger en traktrise med avlagende krumning i retning mot kjernehalsen 13'. ilens traktrisen 102 går over i et delvis radialt-foropende steg 12 strekker traktrisen 1!-i- seg i en storre bue over hele lengden av steget 12.

Fremstillingsmessig enklere er en overgang 103 hvis kontur er en enkel av skråning mellom to avrundinger på kjernehalsen og steget,.

Spenningsreduksjonen ved overgangen mellom kjernehalsen og steget utgjor ved en utformning som vist ved 102, 103 eller 10<!->i-, sammenlignet med en utformning som vist ved 101, ca. 2$%. Ved en overgang 105, som til å begynne med forloper som konturen 101 og deretter aksialt er anleg-get .•"or kjernedelen, som f.eks. kan vccro utformet på matrisen, fortsatt en avstand J-L, mot presseretningen F. En tilsvarende forsetting oppnås også med en overgang 106 som etter en avrunding ved kjernehalsen 13' forloper fullstendig på skrå. Her er også den forsatte anleggsflate tilsvarande skråformet på samme måte som overgangen. Med overgangene 105 o;; 106 oppnås, sammenlignet med overgangen 101, en spenningsreduksjon på opptil 50*;.

Fra fig. '+ og 5 fremgår ytterligere konstruktive muligheter for spenningsreduksjon på avlbpsside-overgangen mellom steg og kjernehals.

Eksempelvis kan spenningen ved overgangen reduseres ved en forsterkning av det utsatte område, hvilket kan oppnås ved at det av skrånende parti på kjernen gjbres bredere slik det er vist ved 107 til hbyre i fig. k. Den indre kant på forsterkningen 107 har den hittil vanlige utformning. I fig. 5 er den hittil vanlige kjerneavskråning vist streket og den forbedrede kjerneavskråning vist helt opptrukket. Fig. 5 viser også okningen av kj erneav skråningen.

i

oora vist i fig. 5 er dot i ' jcrnchodet fra den ende som vender 1 avlopsretningen anordnet eo boring 10<3 som strekker seg

tu

omtrent planet for avlbpsencwjn av steget 12 og som har en avrundet bunn 109. Den spenningsreduksjon som herved over^raskendE oppnås er sterkt avhengig av de geometriske betingelser.

Med de kons tr ulet ive foranstaltninger som fremgår av fig. h og 5

kan det oppnås en spenningsreduksjon, ved overgangene mellom steg og kjernehals, med størrelsesorden 2^)%.

De spenninger som opptrer ved overgangen som folge av kjerv/- virkning (Kerbvirkung) kan uten unntak tilbakeføres til irekk-spenninger. Størrelsen på disse trekkspenninger kan reduseres ved overlagring med trykkspenninger. Det er tenkelig at slike overlagrete trykkspenninger kan frembringes ved "krympere-konstruksjoner. Ved hoye driftstemperaturer or en kryoping eller vandr»-,^ imidlertid ikke til å unngå slik at de overlagrede krympe spenninger hurtig reduseres. En bedre mulighet for utuvelse av krympespenningo.r består i at det ytre omriss av- kjernedelen, herfw. verktoyet utfores konisk. Konusvinkelen 2e(kan beregnes etter den formel s;>:.i er angitt i innledningen til denne beskrivelse. Den således utledete konusvinkel divergerer i retning mot presseretningen.

Friksjon mellom konusflatene på verktøyet og dettes holder bor unngås. Dette kan oppnås ved at flatene påfores et smøremiddel i form av en grafittpasta. eller ennu bedre av et MoSp-preparat.

Claims (1)

1. Ekstruderingsverktø y for fremstilling av hulprofiler, omfattende en matriseplate med en formflate for dannelse av det ytre omriss av hulprofilet, samt en kjernedel som er avstøttet mot eller utført i ett med matrise <p> laten med minst 03) en kjerne som er festet ved steg, for dannelse av det indre omriss av hulprofilet, karakterisert ved en forsatsplate (3) anordnet foran kjernedclen ■ (2), sett i presseretningen, og utformet med hull (10) for det metall som skal tilformes, hvor forsatsplaten (3) i det minste i det. område (14) som ligger overfor kjernen (13) er aksialt adskilt fra kjernedelen (2) med en avlastningsspalte (5), som er slik dimensjonert at forsatsplaten (3) kan bøyes under maksimal belastning og som har steg (15) som dekker stegene (12) på kjernedelen (2) .

5* . Ekstruderingsverktø y som angitt i krav "f , karakterisert ved at avlastningsspalten (5) er avtettet mot inntrengning av metall ved hjelp av en leppe (4) som aksialt overlapper kjernen (13) og som rager ut fra forsatsplaten (3).;3-- Ekstruderingsverktø y som angitt i kir.av 1 eller 2.karakterisert ved at forsatsplaten (3) er avstøttet mot kjernedelen (2) ved hjelp av en radialt utad forsatt skulder eller ansats (3') som sentreres ved hjelp av en.ringflens (2"). i;4 . Ekstruderingsverktø y som angitt i krav i - 3 , karakterisert ved at hullene (10) i forsatsplaten (3) har en radialt lenger utad liggende indre kant enn de hull (16) som fremstår i kjernedelen (2) mellom stegene (12) .. Ekstruderingsverktø y som angitt i krav 1 - , karakterisert ved at kjernedelen (2) utvendig er konisk og opptas i en tilsvarende konisk uttagning i verktøyet, idet de koniske flater konvergerer i strømnings-retningen for det metall som skal presses og idet toppvinkelen 2a for det ytre omriss av kjernedelen bestemmes av formelen: ;hvor a r^ r* t k er k jervvirkningskoef f isienten ("Kerbwirkungs zahl") ved trykk, henhv. bøyning, H er den midlere verktø yhøyde, H er høyden på steget, Is er den fri steglengde mellom anleggsflåtene, a er avstanden mellom det sterkest påkjente punkt og senterlinjen, og

0,7 <, c 2 avhengig av denø nskede strekkspenningskompensasjon.