DE2256816A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen kegelstumpffoermiger metalltuben - Google Patents

Description

Societe de Conditionnement en Aluminium SCAL GP, 47, rue de Monceau, Paris, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen kegelstumpfförmiger Metalltuben ,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen weicher kegelstumpfförmiger Metalltuben aus einem Metallrohling durch Schlag-RÜckwärtsfließpressen und gleichzeitiges Dehnen des Preßlings.

Die seit langer Zeit bekannten, wr allem zum Verpacken pastösen Füllgutes dienenden Metalltuben werden im allgemeinen durch Kaltfließpressen, auch Schlag-Rückwärtsfließpressen genannt, eines Rohlings aus Metall hergestellt, wofür zunehmend Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet werden. Diese Tuben, die im Gebrauch sehr praktisch sind, haben jedoch im ungefüllten Zustand den Nachteil, daß sie infolge ihrer Herstellung durch Kaltfließpressen eine zylindrische Gestalt aufweisen. Zu ihrem Transport zwischen dem Werk, wo sie hergestellt werden, und dem Werk, wo sie gefüllt werden, sind sperrige Verpackungsmittel, im allgemeinen Kartons, erforderlich, da jede dieser Tuben, die gegen geringsten Stoß empfindlich sind, in einer getrennten Zelle untergebraucht werden muß· Der Preis der Tuben wird daher durch die Transport- und

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Lagerkosten beträchtlich erhöht. Man hat deshalb seit langem versucht, weichen Metalltuben eine leicht kegelstumpfförmige Gestalt zu geben, um sie ineinanderschachteln zu können. Damit hat man einen doppelten Zweck erreicht, nämlich einmal das Volumen des Verpackungsmittels und zum anderen die Gefahr der Beschädigung der Tuben verringert.

Ein erstes bekanntes Verfahren (deutsches Gebrauchsmuster 1 820 246) zum kegelförmigen Gestalten unter wirtschaftlichen Bedingungen besteht darin, die zylindrischen Tuben einzeln in eine kegelige Matrize einzusetzen und sie mit einem aufblasbaren Schlauch oder auch durch unmittelbares Einblasen von Luft in Jede Tube zu erweitern, wobei die Füllöffnung der Tube mit einem kegelstumpfförmigen Bauteil verschlossen wird, das mit zunehmender Aufweitung der Füllöffnung weiter vorgeschoben wird. Jedoch erleidet das Metall einer weichgeglühten zylindrischen Tube durch das Umformen in eine kegelförmige Gestalt erneut eine gewisse Kaltverfestigung, die das Ausbilden des Verschlußfalzes an der Tube erschwert, um so mehr als dieser Arbeitsschritt im Bereich der größten Kaltverfestigung vorgenommen wird, d.h. in dem die Füllöffnung der Tube umgebenden Bereich. Außerdem bleibt das Metall im Gebrauch elastisch. Im übrigen muß zur Durchführung dieses Arbeitsschrittes eine zusätzliche Arbeitsstatiori, also eine zusätzliche Maschine, in die bereits lange Fertigungsstraße, in der Metallrohlinge zu verpackungsfertigen Tuben umgeformt werden, eingefügt werden.

Jeder Versuch, die kegelförmige Gestalt unmittelbar bei der Ausformung der Tube herbeizuführen, scheiterte bisher an der Tatsache, daß man einen konischen Fließpreßstempel nicht verwenden kann. Beim Schlag-Fließpressen fließt das Metall durch einen ringförmigen Spalt zwischen einem Fließ-

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preßstempel und einer Matrize und steigt parallel zur Achse des Fließpreßstempels im Abstand von der Größenordnung eines Zehntelmillimeters von der Stempelwand auf„ Dieser Abstand ist notwendig, damit das Metall, das sich mit zunehmender Entfernung vom ringförmigen Spalt abkühlt, nicht auf den Körper des Fließpreßstempels selbst aufschrumpft; die dadurch entstehende Reibung würde das freie Fließen erschweren und den Fließpreßvorgang unkontrollierbar machen. Ea leuchtet ein, daß mit einem kegelförmigen Fließpreßstempel_; dieses Fließen des Metalls parallel zur Stempelwand nicht möglich wäre«,

Man hat ebenfalls versucht, während des Fließpreßvorganges eine Schmierung des Preßlings am Fließpreßstempel mit hochkom^ primierter Luft herbeizuführen, die man aus dem Innern des Fließpreßstempels durch in Höhe der Fließpreßschulter ausgebildete Öffnungen ausströmen ließ. Die Anzahl der dabei erhaltenen Fehlbildungen, vorallem die Anzahl der in Längsrichtung geschlitzten Tuben, verhinderte jedoch eine wirtschaftliche Anwendung dieses Verfahrens.

Schließlich wurden Versuche unternommen (deutsche Offenlegungsschrift 1 452 509), eine kegelige Formgebung unmittelbar während des Fließpreßvorganges mit einem Fließpreßstempel zu erzielen, der auf einem Teil seiner Länge kreisförmige Stege aufweist, deren Einhüllende vom Kopf des Fließpreßstempels ausgehend siph erweitert und einen Kegelstumpf bildet, dessen Achse mit der Achse des Fließpreßstempels zusammenfällt. Hierbei ist jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Stegen möglich, da jeder dieser Stege eine plötzliche Durchmesservergrößerung bewirkt und daher einen um so größeren Widerstand erzeugt, je stärker sein vorspringender Teil ausgebildet ist. Die Summe aller dieser Widerstände überschreitet schließlich die Druckfestigkeit der durch Fließpressen sich ausbildenden Tube, so daß diese sich nach Art einer Ziehharmonika faltet.

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Es ist daher praktisch unmöglich, die Konizität der Tuben mit einem Winkel auszuführen, der ausreichend wäre, um die Tuben mit einer Teilung, d.h. einem Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rändern, von etwa 20 mm, was etwa der Höhe des Tubenhalses und der Tubenverschlußkappe entspricht, ineinanderschachteln zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlich, vor allem mit geringen Ausschußquoten,durchführbaren Verfahren zum Herstellen eines Preßlings aus Metall mit ausreichend kegelstumpfförmiger Gestalt durch Schlag-Rückwärtsfließpressen sowie einen Fließpreßstempel zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf den Preßling in jedem zu seiner Achsrichtung rechtwinkligen Querschnitt nur auf einem kleinen Teil seines Umfangs radiale Dehnkräfte ausgeübt werden und die Angriffsstellen dieser Dehnkräfte von Querschnitt zu Querschnitt gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt sind.

Eine bevorzugte Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens mit einer ein- oder mehrteiligen Matrize und einem Fließpreßstempel zeichnet sich dadurch aus, daß der Fließpreßstempel auf wenigstens einem Teil seiner Länge wenigstens einen wendeiförmigen vorspringenden Steg aufweist, dessen Einhüllende vom Kopf des Fließpreßstempels ausgehend sich erweitert und einen Kegelstumpf bildet, dessen Achse mit der Achse des Fließpreßstempels zusammenfällt.

Der öffnungswinkel des Kegelstumpfes liegt im allgemeinen zwischen 1 und 2 Grad. Bei Tuben sehr großen Durchmessers und großer Länge kann dieser Winkel größer sein als 2 Grad.

Der bzw. jeder wendeiförmige Steg des Fließpreßstempels ist gegen eine zur Längsachse des Stempels normale Ebene vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 20 Grad geneigt.

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Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen eines oder mehrerer zueinander paralleler wendeiförmiger Stege auf einer Mantellinie "beträgt zwischen 12 und 20 mm.

Der mit dem angegebenen Stempel durch Fließpressen erhaltene Rohling wird auf einem kegelstumpf förmigen glattwandigen Dorn geglättet.

Das Glätten kann ebenfalls- während des Fließpreßvorganges selbst erfolgen. In diesem Fall bedient man sich eines Stempels, bei dem wenigstens der äußere Teil in Drehung versetzbar ist.

Die Erfindung ist weiterhin auf die nach dem weiter oben beschriebenen Verfahren hergestellten Tuben gerichtet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand sehematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen Schnitt, in stark vergrößertem Maßstab, durch einen Steg eiosßFließpreßstempels,

Fig. 3 eine Vorrichtung zum Glätten des Preßlings in der letzten Arbeitsphase und

Fig. 4 eine abgewandelte Ausbildungsform des Fließpreßstempels, mit dem die Tube während des Fließpreßvorganges glättbar ist.

Die in i^?ig. 1 schematisiert dargestellte VorricMang weist eine Matrize 1 des Typs auf, der normalerweise beim Herstellen von Metalltuben duroh Schlag-Rückwärtsfließpressen verwendet

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wird. Ein Fließpreßstempel 2 ist in seiner allgemeinen Gestaltgebung entsprechend der für die Tube angestrebten Konizität leicht kegelstumpffönnig ausgebildet. Der Öffnungswinkel dieser Tuben liegt normalerweise zwischen 1 und 2 Grad, d.h. der Winkel, der von einer Mantellinie mit der Längsachse gebildet wird, beträgt zwischen 30 Minuten und 1 Grad. Bei Tuben mit sehr großen Durchmessern und Längen kann dieser Winkel größer als 2 Grad sein.

Der Fließpreßstempel 2 weist an seiner Basis eine kreisförmige Fließpreßaohulter 3 auf, deren Zweck allgemein bekannt ist: Nach dem Fließpressen tritt eine Abkühlung ein, die zu einem Zusammenschrumpfen des Metalls führt. DieserSchrumpfung muß daher in dem Sinne Rechnung getragen werden, daß man den Durchmesser des Fließpreßstempels in Abhängigkeit vom Wärmeausdehnungskoeffizienten des Metalls bei den in Betracht gezogenen Temperaturen vergrößert. Für die Werkstücke, wie sie normalerweise hergestellt werden, beträgt diese Vergößerung zwischen 0,05 und 0,1 mm.

Dieser Abstand zwischen dem fließgepreßten Metall und dem Fließpreßstempel muß auch auf der ganzen Länge des kegeligen Fließpreßstempels eingehalten sein. Um dieses Ergebnis zu erreichen, ist der Stempel erfindungsgemäß so ausgebildet, daß ein oder mehrere wendeiförmige Stege 4 vorhanden sind, die mit einer auf der Längsachse des Stempels senkrecht stehenden Ebene einen Winkel a bilden, welcher vorzugsweise etwa 20 Grad beträgt.

Andererseits ist es wesentlich, daß das fließgepreßte Metall zu keinem Zeitpunkt die Wand des Stempels zwischen zwei wendeiförmigen Stegen berührt. Es ist daher erforderlich, daß entlang einer gegebenen Mantellinie des Fließpreßstempels die senkrechte Projektion des Fußes eines Steges stete innerhalb des nach unten nächstfolgenden Steges fällt.

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Sind mehrere wendeiförmige Stege vorhanden, so müssen diese gleichmäßig auf den Umfang des Fließpreßstempels verteilt und so bestimmt sein, daß der Abstand zwischen zwei Stegen ' zwischen 12 und 20 mm beträgt, gemessen senkrecht zu den unter einem Winkel von etwa 20 Grad gegen die Waagerechte geneigten · Stegen, . . ' "

Eine zweite Bestimmungsgröße für die Anzahl der zueinander parallelen Stege ist die Höhe dieser Stege, die im übrigen auf der ganzen Länge des Fließpreßstempels konstant ist. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Steg, der als Aueführungsbenspiel betrachtet sei. Seine Gestalt entspricht angenähert einem Trapez, jedoch bildet die Basis dieses Trapezes mit der Achse des Fließpreßstempels einen bestimmten Winkel, während die kleine Basis im wesentlichen parallel zur Stempelachse verläuft. Die Höhe χ dieses Pseudotrapezes, d.h. die Höhe des Steges, kann zwischen 0,2 und 0,5 mm betragen. Im gewählten Ausführungsbeispiel ist sie 0,3 mm.

Beim Fließpressen wandert das Metall in Richtung des Pfeiles 5» in Fig. 2 von unten nach oben, und trifft auf einen Steg. Der Wahl des Winkels b, der die Neigung der Schrägfläche 6 bestimmt, welche den Metallfluß ablenkt, kommt sehr große Bedeutung zu. Die Neigung dieser Fläche muß so gewählt sein, daß sie das Gleiten des Metalls begünstigt, ohne jedoch das Metall in eine langerdauernde Berührung zu zwingen. In der Praxis hat sich ein Winkel von etwa 25 Grad gut bewährt. Die kleine Basis soll mit einer ziemlich kleinen Breite ausgeführt sein, während die Hinterarbeitung der zweiten Schrägfläche ohne wirkliche Bedeutung für die Arbeit der Vorrichtung ist. Die letztgenannten Abmessungen ergeben sieh im wesentlichen aus der Art des Werkstoffes des Fließpreßstempeis und aus , seiner Bearbeitbarkeit.

Die Arbeitsweise des Verfahrens nach der Erfindung wird nun aus der folgenden Beschreibung ohne weiteres verständlich.

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Ein Zuschnitt bzw. Rohling wird in die Matrize 1 eingelegt und mit dem Stempel 2 durch einen vorgerechneten Stoß bzw. Schlag gequetscht bzw. gedrückt. Das Metall, z.B. Aluminium, fließt entlang dieses Stempels 2 und bildet die Tube bzw. die Tubenhülse 7. Diese tritt durch den zwischen der Fließpreßschulter 3 und der Matrize 1 belassenen Spalt aus und wandert parallel zur Achse des Fließpreßstempels 2, bis sie auf einen Steg 4 trifft. Aufgrund der wendeiförmigen Gestalt dieses Steges kommt dieses Zusammentreffen von Mantellinie zu Mantellinie allmählich zustande.

Die Schrägfläche 6 des Steges 4 lenkt das fließende Metall in Richtung auf seinen Scheitel ab, wo das Metall die anfängliche Fließrichtung parallel zur Achse des Fließpreßstempels 2 wieder aufnimmt, bis es erneut auf den nächsten Steg trifft. Da diese Berührungen und Ablenkungen punktweise erfolgen, ist das Metall zu keinem Zeitpunkt einer merklichen Umfangespannung ausgesetzt und der Durchmesser der Tube bzw. Tubenhülse erweitert sich allmählich.

Bei Beendigung des Arbeitsganges wird der Tubenpreßling 7 vom Fließpreßstempel 2 abgenommen. Er weist eine oder mehrere wendeiförmige Bahnen auf, die über Schultern aneinander anschließen.

Diese Gestaltgebung ist weder vom ästhetischen noch vom technischen Standpunkt aus annehmbar, da die Schultern ein wirt- ' schaftliches Stapeln der Tuben verhindern würden.

Es muß also eine Glättung vorgenommen werden, zu deren Durchführung eine zusätzliche Arbeitsstation in der Fertigungsstraße nicht erforderlich ist, da dieser Arbeitsgang gleichzeitig mit einer der normalerweise in bekannten Fertigungsstraßen vorgenommenen Fertigbearbeitungen erfolgen kann, beispielsweise beim Kantentrimmen an der Tubenhülse, beim Entgraten oder beim Herstellen des Gewindes am Tubenhals.

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Zum Durchführen dieses Arbeitsgänges wird der Preßling 7 auf einen Dorn 8 aufgebracht,- der die gleiche kegelige .Form, wie die Innenwand der fertigen 3?ube aufweist. Dieser Dorn 8 ist über eine Scheibe 9 in Drehung versetzbar. Eine oder mehrere Rollen 10, die auf einer parallel zur Erzeugenden des Dornes gerichteten Welle 11 lose aufgenommen .sind, sind über eine (nicht gezeichnete) beliebige Vorrichtung in axialer Richtung bewegbar. Unter der Wirkung der Rollen 10 werden die Schultern zwischen den wendeiförmigen Bahnen eingeebnet, so daß bei Beendjgmg des Arbeitsganges die Tube die angestrebte glatte kegelstumpfförmige Gestalt aufweist (Pig. 3).

Die vorbeschriebene Ausbildungsform ist so abwandelbar, daß die Glättung während des Arbeitsganges, mit welchem die Konizität selbst hergestellt wird, durchgeführt werden kann (Fig. 4). Zu diesem Zweck-weist ein Fließpreßstempel 12 einen zylindrischen Kern 13 auf, der ausreichend kräftig ausgebildet sein muß, um das Schlag-Fließpressen vornehmen zu können. An seinem freien Ende ist er zu einer vollständigen Schlagfläche 14, die die Fließpreßschulter 3 einschließt, erweitert. Durch diese Erweiterung ist: ein Rand 15 entstanden, der als Abstützung für einen Mantel 16 dient.

Die Außenfläche dieses Mantels 16 ist in gleicher Weise wie der Fließpreßstempel 2 gestaltet, d.h. sie ist leicht kegelstumpf förmigund weist einen oder mehrere wendeiförmige Stege 4: auf. Die Innenfläche des Mantels 16 ist zylindrisch. Der Mantel ist in seiner Geaamtheit um den Kern 13 drehbar.

An dem dem Rand 15 entgegengesetzten Ende besitzt der Mantel

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16 eine Seheibe, die beispielsweise von einem Motor 18 oder vpn einer beliebigen anderen Antriebsvorrichtung antreibbar

Während des Fließpressena wird der Mantel in schnelle Drehung versetzt und die wendeiförmigen Ungleichmäßigkeiten werden

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augenblicklich eingeebnet, so daß an der Tube keine nachträgliche Glättbearbeitung mehr vorgenommen werden muß. Die Drehrichtung des Mantels 16 ist, wie in Fig. 4 mit einem Pfeil angedeutet, derart, daß der Mantel bestrebt ist, sich mit seinem Steg oder seinen Stegen 4 in den Preßling 7 hineinzuschrauben. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Stege 4 auf das Metall des Preßlings 7 eine Förderwirkung ausüben, die den Fließpreßvorgang unterstützt»

Zwischen der Drehzahl η des Mantels 16 (gemessen in Umdrehungen je Sekunde), der axialen Fließpreßgeschwindigkeit (gemessen in mm je Sekunde) und der Steigung des bzw. jedes Stegs 4 (gemessen in mm Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schnittpunkten des Stegs mit einer bestimmten Mantellinie) besteht vorzugsweise die Beziehung

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Claims (7)

Patentansprüc he

1.J Verfahren zum Herstellen kegelstumpfförmiger Metalltuben aus einem Metallrohling durch Schlag-Rückwärtsfließpressen und gleichzeitiges Dehnen des Preßlings, dadurch g e kennzeichnet, daß auf den Preßling in Jedem zu seiner Achsrichtung rechtwinkligen Querschnitt nur auf einem kleinen Teil seines Umfangs radiale Dehnkräfte ausgeübt werden und die Angriffsstellen dieser Dehnkräfte von Querschnitt zu Querschnitt gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Preßling in mehreren Querschnitten Jeweils an zwei oder mehreren in gleichen Umfangsabständen gegeneinander versetzten Stellen radiale Dehnkräfte ausgeübt werden.

3c Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Fließpressen erhaltene Preßling auf einem glattwandigen kegelstumpfförmigen Dorn geglättet wird»

4„ Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glätten des Preßlings mit Werkzeugen geschieht, mit denen einer der zur Fertigstellung erforderlichen nachfolgenden Arbeitsschritte vorgenommen wird.

5, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling während des Fließpreßvorganges geglättet wird.

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6«, Verfahren nach Anspruch 5» dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Preßling durch eine Relativdrehung in bezug auf einen Fließpreßstempel oder wenigstens einen Mantel des Fließpreßstempels geglättet wird.

7. Vorrichtung zum Durchführen ties Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer ein- oder mehrteiligen Matrize und einem Fließpreßstempel, dadurch g e k e η η ζ e ic h n et , -daß der Fließpreßstempel (2) auf wenigstens einem Teil seiner Länge wenigstens einen wendeiförmigen vorspringenden Steg (4) aufweist, dessen Einhüllende vom Kopf des Fließpreßstempels ausgehend sich erweitert und einen Kegelstumpf bildet, dessen Achse mit der Achse, des Fließpreßstempels zusammen-, fällt, -'."".' -..·.-·,, ^: -

8, Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch g e k e η η -

ζ e ic h η e t , daß der öffnungswinkel des JCegel stumpf es zwischen 1 und. 2 Grad beträgt» _: .

9· Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k en η -? - . .... zeichnet, daß der Öffnungswinkel des Kegelstumpfes größer ist als 2 Grad.

1Oo Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ,.dadurch g e k e.n η ζ ei c h η e t _t daß der Fließpreßstempel (2.) . in bezug auf die Matrize (1) um seine Längsachse in einer Richtung drehantreibbar ist, in der er bestrebt ist, sich mit seinem Steg oder,seinen Siegen (4). in, den ireßling (7) hineinzuschrauben· - ·

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