Strangpressen erklärt: Prozess, Vorteile & Grenzen – Technischer Überblick

Grüße von The Mechanical Post! Heute beleuchten wir das Strangpressen (Extrusion): Definition, Prozessablauf, Vor- und Nachteile.

Definition Strangpressen

Strangpressen ist ein Fertigungsverfahren, bei dem ein Metallblock (Bolzen) in einem Behälter (Presszylinder) eingeschlossen und durch eine formgebende Öffnung (Matrize) gepresst wird. Der Werkstoff fließt durch die Matrize und erhält deren Querschnittsprofil.

Wichtige Fachbegriffe

Bolzen (Billet)

Einheitliche Ausgangsblöcke des zu pressenden Materials (z. B. Aluminiumbolzen). Abmessungen richten sich nach der Pressenkapazität.

Matrize (Die)

Kreisförmige Stahlplatten (meist Warmarbeitsstahl 1.2344 / H13, gehärtet) mit einer oder mehreren formgebenden Öffnungen. Müssen extrem hohen Drücken und Temperaturen standhalten.

Presskolben (Ram Extruder)

Schwerer Kolben/Stempel, der den Bolzen durch die Matrize drückt. Analogie: Arzt-Spritze – Kolbenkraft presst Flüssigkeit durch die Nadel.

Strangpressprozess

1. Erhitzen: Bolzen auf Umformtemperatur erwärmen (materialabhängig), bis er ausreichend zäh/duktil ist.
2. Beladen: Bolzen in Presszylinder einlegen.
3. Pressen: Kolben presst Bolzen durch Matrize. Werkstoff erfährt plastische Verformung – Querschnittsreduzierung und Längserstreckung.
4. Profilbildung: Querschnitt des Strangpressprofils entspricht der Matrizenöffnung.

Vergleich: Strangpressen ähnelt dem Gesenkschmieden, jedoch ist hier der „Austrittsgrat“ (das durch die Matrize fließende Material) das gewünschte Produkt, während der Rest im Zylinder (Presskuchen) als Ausschuss verbleibt.

Hauptanwendung: Massive und hohle Profile aus NE-Metallen (Aluminiumlegierungen, Kupfer, Messing, Bronze). Mit Schmelzglasschmierung auch Stahl und ferrolegierte Werkstoffe pressbar.

Ausgangsmaterial: Guss- oder Walzbolzen. Dimensionsbereiche: Stäbe 3–25 mm Ø, Rohre 20–400 mm Ø (Wandstärke ≥ 1 mm), komplexe Profile, die nicht walzbar sind. Auch Kunststoff-Strangpressen ist weit verbreitet.

Arten des Strangpressens

Direktes Strangpressen (Vorwärtspressen)

Beheizter Bolzen im Zylinder. Kolben drückt Bolzen in Richtung Matrize. Werkstoff gleitet an Zylinderwand entlang → Reibung. Am Ende verbleibt ein Reststück (Presskuchen/Butt-end) im Zylinder. Für Hohlprofile: Hohlbolzen mit Kern (Mandel) oder massiver Bolzen mit vorgestochener Bohrung. Mandel kann am Kolben fixiert sein → Rohrbildung durch ringförmigen Spalt.

Indirektes Strangpressen (Rückwärtspressen)

Matrize sitzt am Ende eines hohlen Presskolbens. Kolben bewegt sich auf Bolzen zu, Matrize drückt in Bolzen → Material fließt entgegen der Kolbenbewegung durch den hohlen Kolben aus. Keine Reibung an Zylinderwand → geringere Presskräfte, gleichmäßigere Werkstoffbeanspruchung.

Warmstrangpressen

Bolzen wird über Rekristallisationstemperatur erhitzt. Verhindert Verfestigung, senkt Umformkräfte. Typisch: Horizontalhydraulikpressen 230–11.000 t, Drücke 30–700 MPa. Schmierung: Öl/Graphit (niedrigere Temperaturen), Glaspuder (höhere Temperaturen).

Kaltstrangpressen

Bei Raumtemperatur. Vorteile: Keine Oxidation, höhere Festigkeit durch Kaltverfestigung, engere Toleranzen, bessere Oberflächen, höhere Pressgeschwindigkeiten.

Typische Kaltpresswerkstoffe: Blei, Zinn, Aluminium, Kupfer, Zirkon, Titan, Molybdän, Beryllium, Vanadium, Niob, Stahl.

Typische Produkte: Quetschtuben, Feuerlöscherbehälter, Stoßdämpferzylinder, Zahnradrohlinge.

Voraussetzung: Hohe Duktilität des Werkstoffs. Dient auch der gezielten Eigenschaftsverbesserung (Kaltverfestigung).

Vorteile des Strangpressens

• Enormes Profilspektrum – auch Re-entrant-Querschnitte (Hohlkehlen, Unterschnitte), die Walzen nicht erzeugen kann
• Schneller Matrizenwechsel → keine Rüstzeiten bei Profilwechsel
• Hohe Maßgenauigkeit – überlegen gegenüber Walzprofilen
• Einfache Automatisierung – Einzelhübe, durchgängiger Prozess
• Leichtere, gesündere, festere Bauteile als Gussstücke
• Geringerer Nachbearbeitungsbedarf als bei Guss

Grenzen / Nachteile

• Höherer Materialverlust (Ausschuss: Presskuchen, Anschnitt) als Walzen (1–3 %)
• Hohe Werkzeugkosten (Matrizen aus teurem Warmarbeitsstahl)
• Geringere Produktivität als Walzen (insb. Strangwalzen)
• Höhere Stückkosten im Vergleich zu anderen Verfahren
• Kürzere Werkzeugstandzeiten (hohe Kontaktspannungen, Schlupf)
• Nur konstante Querschnitte entlang der Pressrichtung realisierbar