DFG-Abschlussbericht: Analyse eines neuen Verfahrens zum kontinuierlichen Strangpressen unter Anwendung der Ähnlichkeitstheorie

Abstract

Das kontinuierliche Strangpressen ist die Kombination aus direktem und indirektem Strang- pressen mit einem stationären oder beweglichen Ventil. Dabei wird der Werkstoff von dem ersten Rezipienten mit einem direkten Stempel durch das Ventil in einen zweiten Rezipienten gepresst. Aus dem zweiten Rezipienten kann der Werkstoff mit einem Hohlstempel mit Press- werkzeug indirekte gepresst werden. Das Ventil lässt den Stofffluss nur in Pressrichtung zu, wodurch der Werkstoff aus dem zweiten Rezipient indirekt zum profilgepresst werden kann, während der nächste Pressblock in dem ersten Rezipienten eingelegt wird. Dabei kann die Austrittsgeschwindigkeit über den gesamten Zyklus konstant gehalten werden und der übliche Stillstand beim Block-auf-Block pressen wird vermieden. Da derzeitig keine Anlage zum kon- tinuierlichen Strangpressen existiert, wurde das Verfahren mit physikalischen Modellversu- chen, Ersatzversuchen mit Aluminium und numerisch untersucht. Mit Ersatzversuchen mit Alu- minium konnte die Funktionalität des stationären Ventils nachgewiesen werden. Da in dem Ersatzversuch Stempel und Hohlstempel nicht unabhängig voneinander bewegt werden kön- nen, wurde ein Modell einer kontinuierlichen Strangpresse mit Plastilin als Modellwerkstoff entwickelt, bei dem Stempel und Hohlstempel unabhängig voneinander bewegt werden kön- nen. Mithilfe der Modellversuche und numerischer Prozessvorhersage können für das konti- nuierliche Strangpressen mit beweglichem und stationärem Ventil Prozessfester aufgestellt werden. Selbst für schwer pressbare Legierungen (hier EN AW-7075) kann mit beiden Vari- anten ein kontinuierlicher Profilaustritt ermöglicht werden ohne die Solidustemperatur zu errei- chen oder die zulässige Stempellast zu überschreiten. Mit numerischen und analytischen Me- thoden konnte gezeigt werden, dass die Verschweißung der Querpressnaht deutlich verbes- sert werden kann.

Continuous extrusion is a combination of direct and indirect extrusion with a stationary or mov- able valve. The material is pressed from the first container with a direct ram through the valve into a second container. The material can be extruded indirectly from the second container using a hollow ram with the extrusion die. The valve only allows the material to flow in the extrusion direction, which means that the material can be continuously extruded from the sec- ond container while the next billet is loaded into the first container. The exit speed can be kept constant over the entire cycle and the usual standstill during billet-on-billet extrusion is avoided. As there is currently no machine for continuous hot extrusion, the process was investigated using the method of similarity with a physical model, substitute experiments with aluminium and numerical methods. The functionality of the stationary valve could be proven with substi- tute experiments with aluminium. As the ram and hollow ram cannot be moved independently of each other in the substitute experiments, a model of a continuous extrusion press was de- veloped with plasticine as the model material. Here, the ram and hollow ram can be controlled independently of each other and continuous extrusion cycles can be conducted. By numerical modelling, process windows can be established for continuous extrusion with movable and stationary valves. Even for alloys that are hard to extrude (in this case EN AW-7075), a con- tinuous profile exit can be achieved with both variants without reaching the solidus temperature or exceeding the permissible ram load. Numerical and analytic methods have shown that the welding of the transverse press seam can be significantly improved.