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Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung der Dicke von
Metallen oder Legierungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verringerung der Dicke von Metallen oder Le- gierungen und betrifft im besonderen eine Vorrichtung zur Verringerung der Dicke solcher Metalle oder Legierungen in Blech- oder Streifenform, die sich infolge ihrer grossen Festigkeit nur sehr schwierig unter eine bestimmte Dicke auswalzen lassen. Beispiele solcher Metalle sind Titan und seine Legierungen.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass Titanblech zwar leicht nach üblichen Walzverfahren hergestellt werden kann, doch gibt es für jede Walzvorrichtung eine untere Grenze der erreichbaren Blechdicke.
Wenn dieser Grenzwert erreicht ist, dann wird jede weitere Dickenverringerung sehr schwierig und es kann auch durch Anwendung eines noch so hohen zusätzlichen Druckes keine weitere Dickenverringerung erzielt werden.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden. einen Metallstreifen, dessen Dicke verringert werden soll, zwischen einem Paar von Formwerkzeugen durchzuführen, von denen eines in Richtung zum und vom andern Werkzeug hin-und herbewegt wird. Die zu diesem Zwecke dienende Vorrichtung arbeitet jedoch mit einem Werkzeug, welches durch eine Kurbelwelle mit unveränderbarem Hub zwangsläufig angetrieben wird. Bei der Verarbeitung von schwer verformbaren Metallen und Legierungen ergeben sich hiebei infolge des unveränderbaren Hubes dieselben Schwierigkeiten wie bei den eingangs erwähnten Walzvorrichtungen.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren zu schaffen, das die Dickenverringerung auch bei schwer verarbeitbaren Metallen und Legierungen bis auf beliebig kleine Dickenabmessungen in einwandfreier und zuverlässiger Weise ermöglicht. Sie bedient sich dazu eines Paares von Werkzeugen, von welchen wenigstens eines mit veränderbarem Hub betätigt wird.
Das Erfindungsziel wird also im wesentlichen dadurch erreicht, dass der Streifen des zu verformenden Metalles durch den Spalt zwischen den Werkzeugen in so kleinen Teilschritte vorgeschoben wird, dass der Streifen unter Vermeidung jeder wesentlichen Unstetigkeit in der Dicke zwischen aufeinanderfolgenden Teilabschnitten allmählich auf die gewünschte verminderte Dicke zusammengepresst wird und dass die zur Verringerung der Dicke erforderliche Kraft durch Umwandlung der kinetischen Energie des sich hin-und herbewegenden Werkzeugs erzeugt wird, wobei diese kinetische Energie durch Verändern der Frequenz und/oder der Hubweite der Hin- und Herbewegung des Werkzeuges veränderbar ist.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann nun zur Dickenverringerung von Streifen aus schwer verarbeitbaren Metallen oder Legierungen der Hub des Werkzeuges soweit verringert werden, dass dieses bei jedem Hub eben nur eine entsprechend kleine Verringerung der Dicke bewirkt. Dies hat aber nur zur Folge, dass die Dickenverringerung entsprechend langsamer vor sich geht, wobei aber die Nachteile des bekannten Verfahrens vermieden werden. Bei Verwendung einer Vorrichtung mit unveränderlichem Hub kann nämlich, wenn die vorgesehene Dickenverminderung des Werkstückes nicht erreicht wird, eine Beschädigung des Werkzeuges oder der Presse erfolgen oder die Presse wird überhaupt ausser Betrieb gesetzt, weil der Arbeitszyklus nicht zu Ende geführt werden kann.
Durch die erfindungsgemäss durchführbare Veränderung der Frequenz und/oder der Hubweite des Werkzeuges ist aber eine rasche und genaue Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse unter Ausschaltung der Gefahr einer Beschädigung oder plötzlichen Stillsetzung gewährleistet.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Hubweite in Abhängigkeit von der verringertenDicke des Streifens automatisch auf den zur Konstanthaltung dieser Dicke erforderlichen Wert eingeregelt werden. Zu diesem Zwecke kann vorteilhaft das Werkzeug durch eine oder mehrere in Umlauf
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versetzte, unausgewuchtete Schwungmassen hin-und herbewegt werden, wobei die Hubweite der Hinund Herbewegung des Werkzeuges von der Grösse der Unwuchtwirkung abhängt.
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erläuterten Verfahrens mit einem Paar von Formwerkzeugen, von denen mindestens eines in Richtung zum und vom andern Werkzeug hin-und herbewegbar ist, um den Metallstreifen zwischen den Werkzeugen zusammenzupressen, und mit einer Einrichtung zum Verschieben des Streifens zwischen den Werkzeugen zum Gegenstand. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Werkzeug in Richtung seiner Hin-und Herbewegung frei verschiebbar ist und zur Verringerung der Dicke des Metallstreifens durch Umwandlung der kinetischenEnergie des Werkzeuges eingerichtet ist, wobei die Grösse der für die Dickenverringerung ausgenützten kinetischen Energie durch Verändern der Hubweite und/oder Frequenz der Hinund Herbewegung des Werkzeuges veränderbar ist.
Die Vorrichtung besteht der Hauptsache nach aus einem schweren Grundrahmen, einem Oberbau und einem schweren Bär, an welchem die unausgewuchteten Schwungmassen drehbar montiert sind. Die Vorrichtung weist ein Paar von Schmiedewerkzeugen oder Stempeln auf, zwischen denen das Metall verformt wird, wobei das untere Werkzeug am schweren Grundrahmen und das obere Werkzeug am Bär befestigt ist.
Der die umlaufenden unausgewuchteten Schwungmassen bildende Teil der Vorrichtung enthält eine kompakte Metallmasse, z. B. in Form einer vollen Kugel oder eines Vollzylinders, welche Metallmasse durch eine Stegplatte mit einem hydraulischen Zylinder verbunden ist, der einen freien Kolben enthält und mittels einer Welle am Bär montiert ist. Der Antrieb erfolgt über eine biegsame Welle durch einen Elektromotor, der am Oberbau befestigt ist. Der freie Kolben kann im Zylinder hydraulisch in Richtung zur und von der kompakten Schwungmasse verschoben werden, wodurch die Schwungmassenanordnung während des Umlaufs ausgewuchtet oder unausgewuchtet werden kann.
Wenn die Schwungmassen unausgewuchtet sind, dann bewirken sie bei ihrem Umlauf eine Schwingbewegung des Bärs, welche durch Führungen am Oberbau auf eine Bewegung in einer Vertikalebene beschränkt ist. Auf diese Weise wird das mit dem Bär verbundene Werkzeug in Richtung zum und vom am Grundrahmen befestigten Werkzeug bewegt. Ein zwischen die beiden Werkzeuge oder Stempel eingeführ- tes Metallstück wird hiebei durch Strecken bis zu einem Ausmass verformt, welches von der Formfestigkeit des Metalls und vom Gewicht des Bärs abhängt. Die Schwingungszahl des Bärs hängt von der Umlaufzahl der unausgewuchteten Schwungmassen ab, wogegen der Hub von der Lage der kompakten Schwungmasse in bezug auf die Drehachse abhängt.
Je grösser also die Umlaufsgeschwindigkeit ist, desto grösser ist die Hubzahl des Bärs und je grösser der Abstand der kompakten Schwungmasse von der Drehachse ist, desto grösser ist der Hub.
Während des Arbeitsvorganges wird die Dicke des Metalls durch die Schläge des Bärs fortschreitend auf das gewünschte Dickenmass verringert. Die Abwärtsbewegung des oberen Werkzeugs wird auf die gewünsche Metalldicke mittels einer Hubregeleinrichtung eingestellt, die durch die Bärbewegung betätigt wird. Dies kann auf bequeme Weise dadurch erreicht werden, dass am Bär ein einstellbarer Arm angeordnet wird, der am Ende des Abwärtshubes des Bärs den Kern einer Induktionsspule nach unten drückt.
DieserKern wird gegen rasche Zurückbewegung nach oben durch eine Reibungseinrichtung gehemmt. Die beim Niederdrücken des Kerns in der Induktionsspule erzeugte Spannung gibt einen Messwert für den kleinsten Abstand zwischen den beiden Werkzeugen und wird einem Verstärker zugeführt. Die vom Verstärker gelieferte Ausgangsspannung wird benützt, um über eine Servosteuereinrichtung und ein Ventil den hydraulischen Druck der Flüssigkeit zu regeln, welche die Lage des freien Kolbens in bezug zur Drehachse der Schwungmassen steuert. Durch Verändern der. Lage des Kolbens wird die Unwuchtwirkung der umlaufenden Massen verändert.
Für die Herstellung von Streifen werden die Werkzeuge mit einem solchen Profil ausgestattet, dass der Streifen bei seinem Durchgang zwischen den Werkzeugen durch geneigte Arbeitsflächen der Werkzeuge fortschreitend gestreckt und hiebei in seiner Dicke verringert wird.
Der in der Vorrichtung zu streckende Streifen wird durch die Werkzeuge zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hüben des Bars um ein sehr kleines Teilstück in der Weise vorgeschoben, dass der Streifen während der Dauer der Berührung durch die Werkzeuge stillsteht. Der Vorschub kann z. B. 25-152 mm/min betragen. Die verlangte Produktionsmenge kann eine hohe Schlagzahl des Bars notwendig machen. So kann z. B. bei einem Vorschub von 76 mm/min die Schlagzahl des Bärs 1000 Hübe je Minute betragen, wobei der Streifen bei jedem Hub um 0,076 mm vorgeschoben wird.
Obgleich bestimmte Metalle kaltgestreckt werden können, kann es erforderlich sein, härtere Metalle heiss zu strecken. Zu diesem Zwecke kann man eine Induktionsheizeinrichtung verwenden, durch die das Metall vor seinem Eintritt zwischen die Werkzeuge erhitzt wird.
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Gewünschtenfalls können die Werkzeuge während des Schmiedevorganges durch Durchleiten von Wasser durch in den Werkzeugen angeordnete Kühlleitungen gekühlt werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Verringerung der Dicke von Metallen oder Legierungen soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Die Fig. l und 2 zeigen die Vorrichtung teilweise aufgeschnitten in Seitenansicht bzw. in einem Vertikalschnitt in Vorder ansicht. Fig. 3 zeigt in Horizontalschnitt eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung zur Bearbeitung sehr breiter Streifen.
Die Vorrichtung nach Fig. l und 2 hat einen schweren Grundrahmen 1, welcher vorzugsweise auf einem breiten Betonsockel von grosser Masse aufgestellt ist. Ein Teil des Grundrahmens ist als Zylinder 2 ausgebildet, in welchem ein Kolben 3 verschiebbar geführt ist. Mit dem oberen Ende des Kolbens ist ein Stempel oder Schmiedewerkzeug 4 starr verbunden. Der vom Stempel 4 abgewendete Endteil 5 des Zylinders 2 ist mit einer nicht dargestellten Druckflüssigkeitsquelle verbunden ; Kolben und Zylinder bilden eine hydraulische Sicherheitseinrichtung.
Auf dem Grundrahmen ist an jeder Seite ein Seitenrahmenteil 6 bzw. 7 montiert. Die beiden Seitenrahmenteile 6 und 7 sind an ihren oberen Enden durch ein Joch 8 miteinander verbunden. Die Seitenrahmenteile 6 und 7 sind mit Führungssäulen 9 bzw. 10 versehen.
Eine schwingende Hauptmasse oder Bär 11, an dessen unterem Ende ein Schmiedewerkzeug 12 starr befestigt ist, weist Ansätze 13, 14, 15, 16 auf, die die Führungssäulen 9 und 10 eng umschliessen, wodurch der Bär 11 nur in vertikaler Richtung bewegbar ist. Die beiden Schmiedewerkzeuge 4 und 12 liegen übereinander.
Der obere Endteil des Bärs 11 ist breiter als das untere Ende, an dem das Schmiedewerkzeug befestigt ist. Wie Fig. 2 zeigt, ist der breitere Endteil gegabelt und jede Gabel 17 bzw. 18 ist mit Lagern für eine Welle 19 bzw. 20 ausgestattet. Diese Wellen sind mit Kardanwellen verbunden (von denen in Fig. 2 nur die eine Kardanwelle 21 sichtbar ist) und werden durch einen nicht dargestellten Elektromotor über ein Zahnrädergetriebe 18'in gegenläufiger Richtung angetrieben.
Jede der beiden Wellen 19 und 20 ist mit einer Stegplatte 23 bzw. 24 verbunden, die am einen Ende eine Schwungmasse 25 bzw. 26 trägt, welche exzentrisch in bezug auf die Welle 19 bzw. 20 liegt. In jeder Stegplatte 23 bzw. 24 ist ein Zylinderraum 27 bzw. 28 ausgebildet, in welchem sich jeweils eine verschiebbare Masse 29 bzw. 30 in Form eines freien Kolbens befindet. In den von der Schwungmasse 25, 26 abgekehrten Endteil jedes Zylinderraumes 27,28 kann über eine Rohrleitung 31, die mit einer axialen Bohrung der Welle verbunden ist, aus einer nicht dargestellten, aussen liegenden Quelle Druckflüssigkeit eingeführt werden.
Diese Flüssigkeit kann durch eine zweite, in der Welle vorgesehene Bohrung, die mit einer Rohrleitung 32 verbunden ist, aus dem Zylinderraum abgelassen und zur äusseren Flüssigkeitsquelle zurückgeleitet werden.
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durch einen Elektromotor 36 angetriebene Walzen 34,35 vorgeschoben. Beim Vorschub des Streifens vor und hinter den Schmiedewerkzeugen wird der Streifen oder das Blech von Tragwalzen 37 getragen. Vor dem Eintritt zwischen die Schmiedewerkzeuge geht der Streifen oder das Blech durch eine elektrische Induktionsheizeinrichtung 38, die nahe ihren Enden Führungen 39 und 40 aufweist, welche eine Berührung des Streifens oder Bleches mit der Induktionsheizeinrichtung verhindern. Nach der Dickenverminderung wird der Streifen oder das Blech auf eine nicht dargestellte Trommel od. dgl. aufgewickelt.
Am oberen Schmiedewerkzeug 12 ist ein Arm 41 in der Weise angeordnet, dass er am Ende des Abwärtshubes den Kern einer Induktionsspule 42 nach unten drückt. Die rasche Zurückbewegung dieses Kerns nach oben wird durch einen nicht gezeigten Reibungsmechanismus gehemmt. Auf diese Weise ergibt die Ausgangsspannung der Induktionsspule 42 einen Messwert für den kleinsten Abstand zwischen den beiden Schmiedewerkzeugen. Diese Spannung wird einem Verstärker 43 zugeführt, dessen Ausgangsspannung zur Regelung des Druckes der den Zylinderräumen 27,28 zugeführten Flüssigkeit mittels einer nicht dargestellten Servosteuereinrichtung und eines ebenfalls nicht dargestellten hydraulischen Ventils benutzt wird.
Die Schwungmassen 25 und 26 und die verschiebbaren Massen 29 und 30 sind so gewählt, dass bei Verschiebung der letztgenannten Massen an die von den Schwungmassen abgekehrten Enden der Zylinderräume 27, 28 die umlaufende Anordnung ausgewuchtet ist, so dass bei sich drehenden Wellen 19 und 20 keine Auf-und Abwärtsbewegung des Bärs 11 erfolgt. Wenn hingegen die verschiebbaren Massen 29,30 in den Zylinderräumen 27,28 gegen die Wellen 19,20 hin verschoben werden, dann wird bei gegenläufiger Drehung der Wellen 19,20 der Bär 11 und mit diesem das Schmiedewerkzeug 12 in Richtung zum und vom Schmiedewerkzeug 4 auf-und abwärtsbewegt. Der Hub der Bewegung des Schmiedewerkzeugs 12 hängt
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