Aluminium-ExtrusionsausrüstungAktualisiert

Behälter aus stranggepresstem Aluminium

Aluminium-Strangpresse

Die Hauptkomponenten

Die Hauptkomponenten herkömmlicher Aluminium-Strangpressen sind in Abb. dargestellt. 1. Die wichtigsten Extrusionswerkzeuge sind die drei Komponenten [1]:

  • Extrusionsbehälter mit Liner
  • Stiel mit Blindblock
  • Matrizenschlitten mit Matrizenstapel

Die Rolle der Werkzeuge im Extrusionsprozess ist scheinbar einfach [2]:

  • Ein heißer Barren wird an einem Ende der Auskleidung eingeführt und am anderen Ende herausgedrückt.
  • Dies geschieht wiederholt und so schnell wie möglich.
  • Extrusionen sollten schnell erfolgen, einer nach demanderen, ohne Unterbrechung oder Verzögerung.

Feige. 1 – Die Hauptkomponenten einer herkömmlichen (direkten) Aluminium-Strangpresse [1]

Mechanische Ausrichtung der Strangpresse

Die Presse sollte eine genaue und einstellbare Ausrichtung haben:

  • Der Stamm, Container, und Matrize sollten auf derselben Mittellinie liegen, wie in Abb. 1.

Aluminium-Extrusionsbehälter

Das schwerste Werkzeug

Unter den Extrusionswerkzeugen, Der Aluminium-Strangpressbehälter ist der schwerste und teuerste. Hier informieren wir über grundlegende Bücher zu Aluminium und Aluminiumlegierungen, Container repräsentieren ca 80% der Gesamtmasse des Werkzeugs. Zum Beispiel, ein 8-Zoll-Container wiegt etwa 4 Tonnen, während das Gesamtgewicht des Stiels, Blindblock, Matrizensatz, und das Polster wiegt weniger als eine Tonne [2].

Containermantel

Der Behältermantel hat die Aufgabe, den Liner zu stützen, um einen Bruch des Liners bei hohen Extrusionsdrücken zu verhindern. Der Druck muss gleichmäßig von der Auskleidung auf den Behälter verteilt werden. Dies sorgt für einen ordnungsgemäßen Schrumpfvorgang. Dieser äußere Druck auf den Liner gleicht den während der Extrusion erzeugten Druck aus [3].

Abbildung 2 – Round container with liner (Edelstahlwerke Buderus AG) [1]

 

Containerauskleidung

Durch den Kontakt mit der Knüppeloberfläche und dem Blindblock unterliegt die Auskleidung einem starken Verschleiß. Deswegen, Der Liner muss eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen,

Eine gute Behälterauskleidung hält stand 30,000 zu 40,000 Zyklen der Aluminiumextrusion [1]. Nach dem Ende seiner Lebensdauer, Der Behälter wird durch einen neuen ersetzt.

Zwei- oder dreiteiliges Behälterdesign

Der Behälter ist so konzipiert, dass er hohen Belastungen bei erhöhten Temperaturen standhält. Jedoch, Der Behälter wird am Matrizenende stärker beansprucht, wo der Druck und die Temperatur höher sind und über längere Zeiträume wirken, da die Barrenlänge mit fortschreitender Extrusion abnimmt. Der Behälter kann 2-teilig oder 3-teilig ausgeführt sein.

Im 2-teiligen Behälter, Der Körperinnenraum wird stärker belastet als der eines dreiteiligen Behälters, da er weiter von der unter Druck stehenden Auskleidung entfernt ist (Abbildung 3). Im 3-teiligen Behälter, Der Subliner stützt sich durch die Schrumpfpassung am Körper ab, Dadurch wird ein Teil der Belastung während des Prozesses neutralisiert und die Belastung des Subliners verringert.

Abbildung 3 – Spannungsverteilung in einem 2-teiligen und einem 3-teiligen Behälter
mit 620 MPa Flächendruck [2]

Die Kriterien für die beiden- oder dreiteiliges Design des Behälters sind [1]:

  • Innendruck im Behälterliner
  • Der maximale Außendurchmesser des Behälters

Containermontage

Der Container ist auf besondere Weise montiert [1]:

  • Wenn es Hitze ausgesetzt wird, Es dehnt sich nach allen Seiten frei aus und behält dabei seine Position relativ zur Mittellinie der Presse bei.
  • Der Behälter ist axial drehbar, um eine gleichmäßige Abnutzung des Liners zu gewährleisten.
  • Der Behälter wird im Behälterhalter verriegelt, die sich hydraulisch entlang der Längsachse der Presse bewegen lassen.

Containerheizung

Der Behälter wird auf eine Temperatur von ca. erhitzt 430 °C durch eine im Behälter selbst oder in dessen Halterung eingebaute Widerstandsheizung. Aufgrund der Masse und Länge des riesigen Behälters sind Pressen mit großer Kapazität erforderlich, Die Innentemperatur des Liners lässt sich mit herkömmlichen umlaufenden Behälterheizelementen nur schwer aufrechterhalten [2].

Feige. 4 – Die Auswirkung der Position des Heizelements
zur Temperaturverteilung im Behälter [2]:
a – Elemente auf dem Liner;
b – Elemente in der Mitte des Mantels;
C – von außen beheizter Behälter

Behältertemperatur

Wärmeerzeugung im Container

Während der Extrusion, Im Behälter entsteht eine enorme Wärmemenge, abhängig von:

  • die Knüppellänge
  • Knüppeltemperatur
  • Legierungsarten
  • Extrusionsgeschwindigkeit und
  • Extrusionsverhältnis.

Der Temperaturanstieg kann bis zu 150 °C in der Nähe des Matrizenbereichs betragen (Abb. 5).

Abbildung 5 – Temperaturverteilung während der Extrusion von 6063 Aluminiumlegierung [2].

Thermische Ausrichtung des Containers

Die Presswerkzeuge müssen nicht nur mechanisch ausgerichtet werden, sondern auch thermisch (Abb. 6) [4]:

  • Die Matrize muss immer genau in der Mitte des Behälters montiert werden.
  • Die Temperatur der Behälterauskleidung sollte gleichmäßig bleiben, unten nach oben, um die Gleichmäßigkeit der Temperatur des Knüppels zu wahren. Die Temperaturungleichmäßigkeit beeinträchtigt die Konsistenz des Metallflusses vom Behälter in die Form (Abb. 7).

Abbildung 6 – Die ideale thermische Ausrichtung von Mantel und Liner [4]

Abbildung 7 – Die Folgen einer ungleichmäßigen Auskleidungstemperatur [4]

Wartung des Extrusionsbehälters

Die Montage von Behältern und Auskleidungen gilt als Verbrauchswerkzeug und hat daher voraussichtlich nur eine begrenzte Lebensdauer. Sie gehören zu den am häufigsten beanspruchten Teilen einer Strangpresse. Mit Ausnahme der Matrizen sind sie der einzige Teil der Presse, der seine Arbeit bei konstant erhöhter Temperatur verrichten muss [5].

Im Folgenden sind die häufigsten Ursachen für vorzeitige Schäden und Ausfälle von Behältern oder Linern aufgeführt:

  • Unsachgemäßes Vorheizen
  • Überhitzung
  • Ermüdungsrisse
  • Fehlausrichtung zwischen Stiel und Behälter
  • Fehlausrichtung des Pressenrahmens (Zugstangen)
  • Unzureichende Auflagefläche zwischen Matrize und Linerfläche
  • Aluminiumablagerungen auf der Oberfläche der Matrize
  • Druckring mit gewölbter Druckplatte oder gewölbter Druckring

Quellen:

  1. Aluminium-Extrusionstechnologie / P.K. Saha – ASM International – 2000
  2. Materialauswahl für Extrusionsbehälter – Von. Mahmoodkhani und P. Robbins – Castool – 2022
  3. Strangpressbehälter – Damatool – 2023
  4. Extrusion – Eine große Änderung im Fokus / P. Robbins, Castool – 2005
  5. Pflege und Wartung von Extrusionsbehältern /James M. Papst // Werkzeuge – Wartungshandbuch für Extrusionspressen – 2022