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Verfahren zum Strangpressen von hochschmelzenden Metallen
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einzusetzen, vg. USA-Patentschrift Nr.2,773,593, welches Überzugsmaterial jedoch für Stahl, Stahlle- gierungen und andere schwer verpressbare Metalle nicht geeignet wäre.
Bisher wurde angenommen, dass das Schälen von verhältnismässig warmfesten Metallen, wie Titan und seinen Legierungen, nicht möglich sei, wenn an der hinteren Stirnfläche der Matrize ein Schmier- mittel, insbesondere ein verhältnismässig hitzebeständiges Schmiermittel, wie Glas, verwendetwird. In einem 1957 herausgegebenen Bericht über das Strangpressen von Titanlegierungen wird von einem Alu- miniumhersteller, der über erhebliche Erfahrungen mit Titan und seinen Legierungen verfügt, festgestellt, dass das Schmiermittel an der Stirnfläche der Matrize "dem Abrieb und den Erosionen nur so lange wider- stehen muss", bis sich eine Scherzone im Pressblock zwischen dem zur Düsenöffnung fliessenden Metall und dem im Winkel zwischen Düse und Aufnehmer zurückgehaltenen "toten" Metall ausgebildet hat.
Ferner wird festgestellt, dass das Schmiermittel an der hinteren Düsenfläche keine Schmierwirkung ausübt und seine einzige Aufgabe darin besteht, leichte Trennung zwischen Matrizenstirnfläche und Restblock bzw.
Abfall zu bewirken. Im Bericht heisst es dann, dass"das Hauptschmiermittel'. das nach Ausbildung der
Scherzone zum Matrizenhohlraum gelangt, auf der Blockhaut von der Aufnehmerwand mitgenommen wird".
Zum Schälen eines aus einer Titanlegierung bestehenden Pressblocks heisst es in dem genannten Bericht, dass dies bei Verwendung einer kleiner bemessenen Pressscheibe hinter dem Block möglich sei, dass aber in diesem Fall das Schmiermittel von der Aufnehmerwand nicht durch die Scherzone" befördert wird und das"blanke Metall"mit dem Matrizenhohlraum inBerührung kommt. Dem Bericht zufolge führte dies zu Verschweissen und Anfressen der Düsen, mit denen die Versuche durchgeführt wurden.
DerBericht, der massgebend für die bisherigenLehren ist, stellt weiter fest, dass in den Versuchen mit hitzebeständigen Schmiermitteln, wie Glas, kein einwandfreies Schmiermittel für die Düse gebildet wurde, obwohl Glaspulver oder -fritten vom richtigen Schmelzbereich erfolgreich" als Schmiermittel zum Auftrag auf denBlockaufnehmer" verwendet wurden. Nach dem Stand der Technik ist es somit unmöglich, Legierungen, wie Titanlegierungen, bei gleichzeitigem Schälen des Blocks strangzupressen, wenn ein Schmiermittel an der Stirnseite der Düse verwendet wird, und ein besseres Strangpressprodukt könnte erzielt werden, wenn die Drücke und Werkstoffe so gewählt würden, dass ohne Verwendung eines Schmiermittels stranggepresst werden kann.
Gemäss der Erfindung und im direkten Gegensatz zu den Lehren der Technik wurde gefunden, dass das Schälen bis zu einer genügenden Tiefe, um alle Fehler an und unmittelbar unter der Oberfläche zu entfernen, durchgeführt werden kann, wenn an der hinteren Stirnseite der Matrize eine Platte, Scheibe, ein Stopfen oder Block aus einem hitzebeständigen Schmiermittel, das die Eigenschaft hat, bei der Strangpresstemperatur zähflüssig zu werden und zu bleiben, verwendet und dann der Block unter Verwendung einer Pressscheibe stranggepresst wird, deren Durchmesser um den Betrag, der der gewünschten Dicke des abzuschälenden Oberflächenmetalls entspricht, kleiner ist als der Durchmesser des Aufnehmerdurchgangs.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nun im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass als hitzebeständiger Überzug des Rohlings ein Glas verwendet wird, das wesentlich höher schmilzt als das zur Schmierung verwendete Glas.
Für das Strangpressen von schwerverarbeitbaren Metallen unter gleichzeitigem Schälen wurde schon durch die USA-Patentschrift Nr. 2, 832, 468 eine bestimmte Formgebung von Pressstempel und Matrizeneingang empfohlen, um die abzuschälende Randschicht des Pressblocks auf rein mechanischem Wege zurückzuhalten. Die Verwendung von Glas als Schmiermittel ist für diesen Prozess nicht beschrieben. Diese Schmierung ist zwar an sich bekannt, vgl. deutsche Patentschrift Nr. 961611, nicht aber im Zusammenhang mit dem Schälvorgang beim Strangpressen von Stahl, Titan od. dgl. hochschmelzenden Metallen und Metallegierungen.
Demgegenüber beruht das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren darauf, dass beim Strangpressen von hochschmelzenden Metallen, wie Stählen, Titan usw., der Schälvorgang unter kombinierter Verwendung eines glasartigen Schmiermittels zwischen Pressblock und Matrize sowie eines hitzebeständigen Überzuges zwischenPressblock und Innenwand des Aufnehmers gearbeitet wird, wobei der hitzebeständige Überzug des Pressblocks, wie bereits gesagt ein wesentlich höher schmelzendes Glas als das zur Schmierung dienende Glas sein muss.
Bei der praktischen Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens verbleibt nach dem Pressvorgang im Aufnehmer ein dünnwandiger Zylinder bzw. die Schale. Das hitzebeständige Schmiermittel an der Düsenstirnfläche schmilzt während des Strangpressens allmählich ab und liefert dabei einen ununterbrochenen Schmiermittelfilm zwischen den Düsenflächen und dem durch die Düse'fliessenden Metall. Das Aufbringen eines Schmiermittels auf die Aussenfläche des Blocks würde in keiner Weise zur Schmierung
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Bereich von Temperaturen, bei denen das Material der Schicht 36 zähflüssig wird und bleibt, wesentlich höher als der entsprechende Bereich für das Material des Stopfens 30.
Diese Beziehung bezüglich des Tem- peraturbereichs ist aus den bereits genannten Gründen, auf die nachstehend noch ausführlicher eingegan- gen wird, von Bedeutung im Verfahren gemäss der Erfindung.
Das Überziehen der Aussenfläche des Pressblocks mit der Schicht 36 kann beispielsweise vorgenom- men werden, indem der vorher zumindest auf Strangpresstemperatur erhitzte Pressblock über eine verhält- nismässig dicke Schicht (6-10 mm) des hitzebeständigen Materials, wie Glas, gewälzt wird, das im wesentlichen gleichmässig auf einer Fläche, deren Breite wenigstens der Länge des Pressblocks und deren Länge wenigstens dem Umfang des Pressblocks entspricht, gestreut oder mit einem Rechen usw. verteilt ist. Der über die Schichtkörnigenoderfeinteiligen, hitzebeständigen Materials zur Presse hin rollende schwere heisse Block bedeckt sich aussen mit diesem Material, das infolge der Temperatur des Blocks eine den Aussenumfang einhüllende zähflüssige Schicht 36 bildet.
DerPressblock 35 wird durch hohen hydraulischen Druck (beispielsweise 2500 t) mit Hilfe eines Pressstempels 31 ausgepresst. Dargestellt ist ein rohrförmiger Pressstempel 31, der sich zum Pressen von massiven Profilen oder von rohrfömigen Strängen oder Hohlprofilen eignet. Innerhalb des Stempels ist konzen - trisch ein Dornhalter 32 angeordnet, an dem zur Herstellung von rohrförmigen bzw. hohlen Strängen Dorne austauschbar befestigt und so weit nach vorn gefahren werden können, dass sie aus der Matrize herausragen. Bei der lediglich als Beispiel dargestellten Anordnung zum Strangpressen von massiven Profilen ist ein mit Bund versehener Stift 33 im Halter 32 befestigt. Am herausragenden Ende des Stiftes ist abnehmbar eine Pressscheibe 34 mit einem Schnappring 37 befestigt.
Der Durchmesser der Pressscheibe 34 ist grösser, als der Aussendurchmesser des Pressstempels 31, jedoch um die Dicke der vom Block 35 abzuschälenden Haut 38 (Fig. 2) kleiner als der Durchmesser des Pressblocks 35. Beispielsweise kann der Durchmesser der Pressscheibe um einen Betrag in der Grössenordnung von 2, 5 mm kleiner sein als der Durchmesser des Pressblocks 35. In einem speziellen Beispiel kann die Dicke der abgeschälten Haut 38 12, 7 mm betragen. Dies reicht aus, um alle Fehler an und unter der Oberfläche des Blocks aus den Strängen fernzuhalten. Wenn der Pressstempel 31 mit der Pressscheibe 34 in den Aufnehmer vorgefahren wird, ergreift die Pressscheibe nur den Teil des Blocks 35, der sich innerhalb der Schale 38 befindet. Demgemäss wird dieser "Kern" des Pressblocks 35 durch die Düsen 25 der Matrize 20 ausgepresst.
Wie bereits erwähnt. schmilzt beim Auspressen dieses "Kerns" des Pressblocks durch die Matrize der Schmiermittelstopfen 30 allmählich ab und bildet eine Schicht bzw. einen Film des Schmiermittels zwischen Düsenflächen und Blockmetall ununterbrochen während des ganzen Pressvorganges. Der Stopfen 30 liefert die gesamte Menge des zum Strangpressen gebrauchten Schmiermittels. Die Stränge zeichnen sich durch gute Oberflächenbeschaffenheit und Masshaltigkeit aus.
Ein Anfressen der Aufnehmerfläche und eine Bewegung des Blocks in Längsrichtung des Aufnehmers wird durch die Schicht 36 des auf verhältnismässig hohe Temperatur erhitzten Glases verhindert, die die Umfangsfläche des Blocks umgibt und mit der Innenfläche des Einsatzes 12 in Berührung steht. Dieses Glas, dessen Schmelzbereich wesentlich höher liegt als der des Glases der Scheibe bzw. des Blocks 30, bildet eine Schicht von hohem Reibungswiderstand zwischen der Aussenfläche des Pressblocks und der Innenfläche des Futtereinsatzes 12. Dieser Reibungswiderstand wird erhöht durch die Zunahme der Zähflüssigkeit der Schicht 36 als Folge der Berührung mit der verhältnismässig kühlen Innenfläche des Futtereinsatzes 12.
Ferner bildet die Überzugsschicht 36 eine ununterbrochene Trennmittelschicht, die das Ausstossen der Schale 38 aus dem Futtereinsatz nach dem Pressvorgang erleichtert.
Als typische Schmiermittel für den Stopfen bzw. die Scheibe 30, die bei niedriger Temperatur zähflüssig werden, können Glassorten der folgenden prozentualen Zusammensetzung verwendet werden :
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<tb> Glas <SEP> A <SEP> SiC <SEP> 40-60
<tb> BÖ <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 20 <SEP>
<tb> N0 <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 45 <SEP>
<tb>
Dieses Glas kann bei Strangpresstemperaturen bis zu etwa 9000 verwendet werden, wie sie zum Strangpressen von Titan und Titanlegierungen zur Anwendung kommen.
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B SiO 40 - 55Dieses Glas kann bei Strangpresstemperaturen in der Grössenordnung von 930 bis 11500 verwendet werden, wie sie beim Strangpressen von Titan und seinen Legierungen sowie der weicheren korrosionsbeständigen Stähle zur Anwendung kommen.
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<tb>
<tb> SchicNa2O <SEP> 19%
<tb> CaO <SEP> 5%
<tb> SiO2 <SEP> 73%
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Ein solches Glas wird gewöhnlich bei Strangpresstemperaturen in der Grössenordnung von 1090 bis 12900 verwendet.
Für die Schicht 36 ist ferner das Glas "E" der OWem-Corning Gla3s Co. geeignet. Dieses Glas wird bei Strangpresstemperaturen von etwa 12600 verwendet.
Ein drittes für die Schicht 36 geeignetes Glas ist als"TV-Glas bekannt. Dieses Glas wird bei einer Strangpresstemperatur von etwa 12600 verwendet.
Das bei hoher Temperatur zähflüssig werdende Glas für die Schicht 36 wird vorzugsweise in körniger oder feinteiliger Form verwendet, wie bereits erwähnt, kann jedoch auch als Glasfaserbahn um den Pressblock gewickelt werden. Ausser im Fall von Matrizen mit Düsen von kleiner Querschnittsfläche kann das Glas für den Teil 30 in beliebiger Form verwendet werden, z. B. in Form einer Platte oder Scheibe aus Glas, eines geformten Stopfens, einer Scheibe aus Faserglas oder einer durch Verwendung eines Bindemittels oder durch Sintern vorgeformten Scheibe aus agglomeriertem Glaspulver.
Bevorzugt wird jedoch in allen Fällen die agglomerierte Scheibenform, die notwendig ist, wenn die Querschnittsfläche der Düsen klein ist, um Überbrückung oder Blockierung der Düsen, wie sie beispielsweise bei Verwendung von Glasfasern eintritt, zu verhindern.
Die Scheibe 30 kann aus Glaspulver, das Natriumsilikat als Bindemittel enthält, bei Verwendung folgender Mengen der Bestandteile geformt. werden :
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<tb> Glaspulver <SEP> 100 <SEP> kg
<tb> Natriumsilikat <SEP> 2812 <SEP> g
<tb> Wasser <SEP> 937 <SEP> g <SEP>
<tb>
Das Glaspulver wird durch Mahlen in der Kugelmühle hergestellt. Es braucht bezüglich der Korngrösse nicht sorgfältig abgestuft zu werden, vielmehr wurde es als brauchbar befunden, wenn wenigstens 80% des Pulvers durch ein Sieb einer Maschenweite von 0, 30 mm gehen, nicht mehr als 501o auf einem Sieb einer Maschenweite von 1, 2 mm zurückgehalten werden und nicht mehr als 25% durch ein Sieb einerMaschenweite von 0, 15 mm gehen.
Ausser Wasserglas (Natriumsilikat) können auch andere Bindemittel zur Formung der agglomerierten Glasscheiben verwendet werden. Wenn der strangzupressende Metallblock eine verhältnismässig niedrige Strangpresstemperatur hat und es demgemäss erwünscht ist, eine agglomerierte Scheibe aus Glaspulver von verhältnismässig niedrigem Erweichungspunkt zu verwenden, kann Phosphorsäure als geeignetes Bindemittel für das Glaspulver verwendet werden.
Anstatt ein Bindemittel zum Agglomerieren des Glaspulvers zu einer Scheibe zu verwenden, können agglomerierte Scheiben durch Sintern einer verdichteten oder unverdichteten Masse des Glaspulvers her-
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gestellt werden.
Die Scheibe aus agglomeriertem Glaspulver sollte eine Dichte von etwa 30 bis 85ago, vorzugsweise von 45 bis 70go der Dichte des Glases haben, aus dem das Pulver hergestellt wird. Die Dichte der Scheibe lässt sich durch die Höhe des während der Bildung der Scheibe ausgeübten Drucks leicht regulieren.