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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmieden eines metallenen Werkstückes mit wenigstens vier paarweise einander gegenüberliegenden und gegeneinander um die Schmiedeachse winkelversetzten Schmiedewerkzeugen, nach dem das Werkstück durch die gleichzeitig verformenden, den Werkstückquerschnitt umfassenden Schmiedewerkzeuge bei jedem Schmiedehub unter Behinderung einer Breitung verformt und einem allseitigen hydrostatischen Druck ausgesetzt wird.
Das Schmieden eines metallenen Werkstückes, insbesondere eines stranggegossenen Werkstückes, soll im wesentlichen einerseits die bei der Erstarrung der Metallschmelze entstehenden Lunker und Poren schliessen und die auftretenden Seigerungen verringern und anderseits das Erstarrungsgefüge mit seiner groben Kristallstruktur aufbrechen und in einen feinkristallinen Zustand überführen, wobei ein Aufbau eines allseitig hydrostatischen Druckes für das Verdichten und damit für die Beseitigung von Hohlräumen und eine durchgreifende Verformung mit ihrer Zerstörung der groben Kristallstruktur für eine Rekristallisation und die davon abhängige Gefügeverbesserung verantwortlich sind.
Die bekannten Schmiedeverfahren lassen sich nun grundsätzlich in das Zweihämmerverfahren und das Vierhämmerverfahren unterteilen, wobei das Werkstück beim Zweihämmerverfahren zwischen zwei relativ zueinander umformenden Schmiedewerkzeugen und beim Vierhämmerverfahren zwischen wenigsten vier paarweise einander gegenüberliegenden und gegeneinander um die Schmiedeachse winkelversetzten gleichzeitig umformenden Schmiedewerkzeugen geschmiedet wird.
Nach dem Zweihämmerverfahren kommt es durch die nur auf zwei einander gegenüberliegenden Werkstückseiten einwirkenden Schmiedewerkzeuge bei jedem Schmiedehub zu einer unbehinderten Breitung des Werkstückes, so dass das Material stark verformt und durchknetet wird, sich aber nur ein geringer hydrostatischer Druck aufbauen kann.
Dieses Zweihämmerverfahren führt daher zu einer sehr guten Gefügeverbesserung aufgrund der mit der Verformung eingeleiteten Rekristallisation, doch tritt ein entsprechendes Dichtschmieden wegen des Fehlens eines höheren hydrostatischen Druckes erst nach mehreren Schmiededurchgängen, also erst nach grossen Querschnittsreduktionen auf
Nach dem Vierhämmerverfahren wiederum, demgemäss in der Schmiedeebene gleiche Schmiedewerkzeuge synchron arbeiten, umfassen die Schmiedewerkzeuge das Werkstück bei jedem Schmiedehub, wodurch kaum eine Breitung möglich ist und die Materialverformung im wesentlichen eine Werkstücklängung mit sich bringt, so dass wegen der schwachen Knetwirkung auch nur eine geringere Gefügeverbesserung erreicht werden kann.
Ausserdem ergeben sich aufgrund der weitgehend in Längsrichtung des Werkstückes auftretenden Verformung unterschiedliche mechanische Eigenschaften des Materials in Längs- und Querrichtung, wobei vor allem die Kerbschlagzähigkeit in Querrichtung absinkt. Allerdings wird durch die den Werkstückquerschnitt allseitig umfassenden Schmiedewerkzeuge ein hoher hydrostatischer Druck aufgebaut, der ein hervorragendes Dichtschmieden gewährleistet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, das auf rationelle Weise die Vorteile der Zwei- und Vierhämmerverfahren in sich vereinigt und beim Schmieden eines Werkstückes sowohl für eine gewünschte Gefügeverbesserung als auch für eine ausreichende Dichtschmiedung sorgt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das Werkstück vor dem endgültigen Umschlie- #en des Werkstückquerschnittes und der damit verbundenen breitungsbehinderten Verformung bei jedem Schmiedehub durch eine ungleiche Verformungswirkung der gegeneinander winkelversetzten Schmiedewerkzeugpaare zusätzlich mit zumindest verringerter Breitungsbehinderung verformt wird.
Bevor der Werkstückquerschnitt beim Schmieden durch die Schmiedewerkzeuge vollständig umschlossen wird, lässt sich das Werkstück aufgrund einer entsprechend ungleichen Verformungswirkung der jeweils gegeneinander winkelversetzten Schmiedewerkzeugpaare innerhalb einer geeigneten Durchlaufzone konzentriert kneten und walken, da in dieser Durchlaufzone die Schmiedewerkzeugpaare den Werkstückquerschnitt nicht gleichmässig erfassen und bearbeiten, sondern jeweils das eine Schmiedewerkzeugpaar in seiner Bearbeitungswirkung dem oder den anderen Schmiedewerkzeugpaaren voreilt und es daher nur zu einer verringerten oder zu gar keiner Breitungsbehinderung kommt. Es tritt bei jedem Schmiedehub eine tiefgreifende Verformung
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als Voraussetzung für die gewünschte Rekristallisation des Materials auf.
Die vollständige Umfassung des Werkzeugquerschnittes durch die Schmiedewerkzeuge am Ende des Schmiedehubes bzw. im Bereich des Endquerschnittes der Schmiedewerkzeuge führt dann bei jedem Schmiedehub auch zu einem allseitig wirkenden hohen hydrostatischen Druck, der die entsprechende Dichtschmiedung sicherstellt. Die erreichbare Höhe des hydrostatischen Druckes bleibt zwar geringer als die beim üblichen Vierhämmerverfahren, doch genügt sie durchaus zur Beseitigung der gussbedingten Hohlräume des Werkstückes. Der Verzicht auf übermässige hydrostatische Druckhöhen erlaubt aber im Gegensatz zum bekannten Vierhämmerverfahren das gefügeverbessernde Werkstückverformen bei fehlender oder geringerer Breitungsbehinderung.
Entscheidend für das Verfahren ist demnach die Kombination einer Verformung mit Breitungsbehinderung und hohem hydrostatischem Druckaufbau und einer Werkstückverformung ohne stärkere Breitungsbehinderung mit nur geringerem hydrostatischen Druckaufbau, wobei es in Durchlaufrichtung durch die Schmiedewerkzeuge je nach Werkstück und Material unterschiedliche Zonen dieser Verformungsarten geben kann. Lediglich die letzte Zone beim Werkstückaustritt aus den Schmiedewerkzeugen wird bevorzugt eine Zone mit breitungsbehinderter Verformung sein, um das auslaufende Werkstück kalibrieren zu können.
Um das Nebeneinander von Verformungen mit stärkerer oder geringerer Breitungsbehinderung zu erreichen, können sowohl die Schmiedewerkzeuge entsprechend abgestimmte Schlagflächenformen aufweisen als auch die Bewegungsabläufe der Schmiedewerkzeuge in geeigneter Weise beeinflusst werden und selbstverständlich lassen sich auch beide Massnahmen miteinander kombinieren.
So wird beispielsweise die ungleiche Verformungswirkung der gegeneinander winkelversetzten Schmiedwerkzeugpaare durch den Einsatz von Schmiedewerkzeugen mit unterschiedlich geformten, aber in den gleichen Endquerschnitt auslaufenden Schlagflächen erreicht, wodurch das eine Werkzeugpaar mit im Vergleich zu den Schlagflächen des anderen Werkzeugpaares ausgebauchten Schlagflächen bei synchronen Schmiedewerkzeugbewegungen zuerst auf das Werkstück aufsetzen und in der Zeit bis zum späteren Aufsetzen des anderen Werkzeugpaares das Material in der Zone dieser Ausbauchung mit freier Breitung verformen kann. Der bei allen Werkzeugen gleiche Endquerschnitt der Schlagflächen führt dann abschliessend nicht nur zum Aufbau eines hohen allseitigen hydrostatischen Druckes, sondern auch zur Kalibrierung des die Werkzeuge verlassenden Werkstückes.
Eine weitere Möglichkeit einer ungleichen Verformungswirkung ergibt sich, wenn die gegeneinander winkelversetzten Schmiedewerkzeugpaare von einer gleichen unteren Totpunktslage aus mit unterschiedlicher Hubhöhe hubbewegt werden, wodurch es wiederum trotz des gleichzeitigen Verformens der Schmiedewerkzeuge zu einem ungleichen Eintauchen in das Werkstück kommt.
Die gemeinsame untere Totpunktslage bringt wiederum den erforderlichen hohen hydrostatischen Druck und die gewünschte Werkstückkalibrierung mit sich.
Werden die gegeneinander winkelversetzten Schmiedewerkzeugpaare, die auch identisch ausgebildet sein können, einer unterschiedlichen, jeweils für sich ansteuerbaren Hubbewegung unterworfen, kann die Ungleichheit der Verformungswirkung dieser Werkzeugpaare innerhalb weiter Bereiche variiert und an die jeweiligen Schmiedeverhältnisse angepasst werden.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch veranschaulicht, und zwar zeigen
Fig. 1. 1 bis Fig. 1. 4 die Durchführung des erfindungsgemässen Schmiedeverfahrens anhand von vier Werkzeugpositionen beim Schmiedehub im Querschnitt nach der
Linie I-I der Fig. 3 bzw. Fig. 4,
Fig. 2. 1 bis Fig. 2. 3 eine abgeänderte Arbeitsweise gemäss diesem Schmiedeverfahren an- hand dreier Werkzeugpositionen bei einem Schmiedehub ebenfalls im
Querschnitt nach der Linie I-I der Fig. 3 bzw. Fig. 4,
Fig. 3 und 4 Axialschnitte nach den Linien 111-111 bzw. IV-IV der Fig. 1. 4 bzw. 2.3 sowie
Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V der Fig. 3 bzw. Fig. 4.
Zum Schmieden eines metallenen Werkstückes W mit wenigstens vier paarweise einander gegenüberliegenden und gegeneinander um die Schmiedeachse S winkelversetzten Schmiedewerkzeugen 1, 2 wird das Werkstück W durch die den Werkstückquerschnitt umfassenden Schmiedewerkzeuge 1,2 bei jedem Schmiedehub unter Behinderung einer Breitung verformt und einem allseitigen hydrostatischen Druck ausgesetzt, so dass es zu einer guten Dichtschmiedung kommt.
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Um dabei auch für eine gewünschte Gefügeverbesserung zu sorgen, wird das Werkstück W vor dem endgültigen Umschliessen des Werkstückquerschnittes und der damit verbundenen breitungsbehinderten Verformung bei jedem Schmiedehub durch eine ungleiche Verformungswirkung der gegeneinander winkelversetzten Schmiedewerkzeugpaare 1,2 zusätzlich mit zumindest verringerter Breitungsbehinderung verformt.
Dazu werden beispielsweise, wie in den Fig. 1.1 - 1.4 angedeutet, Schmiedewerkzeugpaare 1, 2 mit unterschiedlich geformten, aber in den gleichen Endquerschnitt auslaufenden Schlagflächen 3,4 verwendet, wodurch das eine Werkzeugpaar 1 mit seinen gegenüber dem anderen Werkzeugpaar 2 ausgebauchten Schlagflächen 3 bei synchronen Schmiedewerkzeugbewegungen zuerst auf das Werkstück W aufsetzt und in der Zeit bis zum späteren Aufsetzen des anderen Werkzeugpaares 2 das Material des Werkstückes W in der Zone 5 dieser Ausbauchung mit freier Breitung verformen kann (Fig. 1.2, Fig. 1.3).
Eine andere Möglichkeit einer solchen ungleichen Verformungswirkung ergibt sich, wie in der Fig. 2.1 -2.3 angedeutet, wenn die gegeneinander winkelversetzten Schmiedewerkzeugpaare 1,2 gegenüber einer gleichen unteren Totpunktlage (Fig. 2. 3) mit unterschiedlicher Hubhöhe hubbewegt werden (Fig. 2. 1, 2. 2), so dass es wiederum zu einem ungleichen Eintauchen der Schmiedewerkzeuge in das Werkstück W kommt. Dabei kann dieses Verfahren mit unterschiedlicher Hubhöhe mit Schmiedewerkzeugen 1, 2 sowohl gleicher als auch unterschiedlich ausgebildeter Schlagflächen 3, 4 durchgeführt werden.
Das Ende des Schmiedehubes (Fig. 1.4, 2. 3) führt dann wegen der den Werkstückquerschnitt umfassenden Werkzeuge bei jedem Schmiedehub auch zu einem allseitig wirkenden hohen hydrostatischen Druck, der die entsprechende Dichtschmiedung sicherstellt. Im Bereich des Endquerschnittes der Schmiedewerkzeugpaare (Fig. 5) wird beim Werkstückaustritt aus den Schmiedewerkzeugen bevorzugt eine Zone 6 mit breitungsbehinderter und kalibrierender Verformung vorgesehen sein.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Schmieden eines metallenen Werkstückes mit wenigstens vier paarweise einander gegenüberliegenden und gegeneinander um die Schmiedeachse winkelversetz- ten Schmiedewerkzeugen, nach dem das Werkstück durch die gleichzeitig verformenden, den Werkstückquerschnitt umfassenden Schmiedewerkzeuge bei jedem Schmiedehub unter Behinderung einer Breitung verformt und einem allseitigen hydrostatischen Druck ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vor dem endgültigen Um- schliessen des Werkstückquerschnittes und der damit verbundenen breitungsbehinderten
Verformung bei jedem Schmiedehub durch eine ungleiche Verformungswirkung der ge- geneinander winkelversetzten Schmiedewerkzeugpaare zusätzlich mit zumindest verrin- gerter Breitungsbehinderung verformt wird.
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The invention relates to a method for forging a metal workpiece with at least four forging tools which are opposite one another in pairs and are angularly offset about the forging axis, according to which the workpiece is deformed by the forging stroke at each forging stroke with hindrance to a width and an all-round by the simultaneously deforming forging stroke comprising the workpiece cross section exposed to hydrostatic pressure.
The forging of a metal workpiece, in particular a continuously cast workpiece, is intended on the one hand to close the voids and pores formed during the solidification of the molten metal and to reduce the segregations that occur, and on the other hand to break up the solidification structure with its coarse crystal structure and convert it into a fine crystalline state, whereby a structure a hydrostatic pressure on all sides for the compression and thus for the removal of voids and a radical deformation with their destruction of the coarse crystal structure are responsible for recrystallization and the structural improvement dependent on it.
The known forging processes can now basically be subdivided into the two-hammer process and the four-hammer process, the workpiece being forged in the two-hammer process between two forging tools that form relatively to one another and in the four-hammer process between at least four forging tools that are opposed to one another in pairs and are mutually angularly offset about the forging axis.
According to the two-hammer process, the forging tools, which only act on two opposite sides of the workpiece, cause the workpiece to expand unobstructed with each forging stroke, so that the material is severely deformed and kneaded, but only a low hydrostatic pressure can build up.
This two-hammer process therefore leads to a very good structural improvement due to the recrystallization initiated with the deformation, but due to the lack of a higher hydrostatic pressure, a corresponding forging occurs only after several forging passes, i.e. only after large cross-sectional reductions
According to the four-hammer process, which means that the same forging tools work synchronously in the forging plane, the forging tools encompass the workpiece with each forging stroke, which means that it is hardly possible to spread them and the material deformation essentially results in workpiece elongation, so that due to the weak kneading effect, only a minor one Microstructure improvement can be achieved.
In addition, due to the deformation occurring largely in the longitudinal direction of the workpiece, there are different mechanical properties of the material in the longitudinal and transverse directions, in particular the notched impact strength in the transverse direction decreasing. However, the forging tools, which encompass the workpiece cross-section on all sides, build up a high hydrostatic pressure, which ensures excellent sealing forging.
The invention is therefore based on the object of specifying a method of the type described at the outset, which combines the advantages of the two- and four-hammer methods in a rational manner and, when forging a workpiece, ensures both a desired structural improvement and adequate sealing forging.
The invention solves this problem in that the workpiece is additionally deformed with an at least reduced expansion hindrance due to an unequal deformation effect of the mutually angularly offset forging tool pairs before the final enclosing of the workpiece cross section and the associated deformation-restricted deformation during each forging stroke.
Before the workpiece cross-section is completely enclosed by the forging tools during forging, the workpiece can be kneaded and walked concentrated within a suitable passage zone due to a correspondingly unequal deformation effect of the forging tool pairs which are mutually offset in relation to one another, since in this passage zone the forging tool pairs do not record and process the workpiece cross-section uniformly, but rather in each case one pair of forging tools leads in its machining action to the other pair of forging tools and therefore there is only a reduced or no hindrance to spreading. A deep deformation occurs with every forging stroke
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as a prerequisite for the desired recrystallization of the material.
The complete encirclement of the tool cross-section by the forging tools at the end of the forging stroke or in the area of the end cross-section of the forging tools then also leads to a high hydrostatic pressure acting on all sides, which ensures the appropriate tight forging. The achievable level of hydrostatic pressure remains lower than that of the conventional four-hammer process, but it is certainly sufficient to eliminate the casting-related cavities in the workpiece. In contrast to the known four-hammer method, the elimination of excessive hydrostatic pressure heights allows the workpiece to be deformed to improve the structure if there is no or less spread impediment.
The decisive factor for the process is therefore the combination of a deformation with expansion hindrance and a high hydrostatic pressure build-up and a workpiece deformation without severe expansion hindrance with only a lower hydrostatic pressure build-up, whereby there can be different zones of these types of deformation in the direction of travel through the forging tools depending on the workpiece and material. Only the last zone at the workpiece exit from the forging tools will preferably be a zone with deformation that is restricted in order to be able to calibrate the workpiece that is running out.
In order to achieve the coexistence of deformations with greater or lesser hindrance to spreading, both the forging tools can have suitably coordinated face shapes and the movements of the forging tools can be influenced in a suitable manner, and of course both measures can also be combined with one another.
For example, the unequal deformation effect of the forging tool pairs, which are offset at an angle to one another, is achieved by using forging tools with differently shaped, but tapering in the same final cross-section, whereby one pair of tools with bulging surfaces that are bulged in comparison to the face of the other pair of tools with synchronous forging tool movements first on the workpiece put on and in the time until the later fitting of the other tool pair the material can deform in the zone of this bulge with free spreading. The end cross-section of the striking surfaces which is the same for all tools then leads not only to the build-up of a high all-round hydrostatic pressure but also to the calibration of the workpiece leaving the tools.
A further possibility of an unequal deformation effect arises if the forging tool pairs, which are offset with respect to one another with respect to one another, are moved from a same bottom dead center position with a different lifting height, which in turn results in an uneven plunging into the workpiece despite the simultaneous deformation of the forging tools.
The common bottom dead center position in turn brings the required high hydrostatic pressure and the desired workpiece calibration with it.
If the forging tool pairs offset in relation to one another, which can also be of identical design, are subjected to a different lifting movement which can be controlled in each case, the inequality of the deformation effect of these tool pairs can be varied within wide ranges and adapted to the respective forging conditions.
In the drawing, the subject matter of the invention is illustrated schematically, namely show
Fig. 1. 1 to Fig. 1 4 the implementation of the forging process according to the invention using four tool positions during the forging stroke in cross section according to
Line I-I of Fig. 3 and Fig. 4,
Fig. 2. 1 to Fig. 2. 3 shows a modified method of operation according to this forging process using three tool positions in a forging stroke, also in the
Cross section along the line I-I of Fig. 3 or Fig. 4,
3 and 4 axial sections along the lines 111-111 and IV-IV of Fig. 1. 4 and 2.3 as well
5 shows a cross section along the line V-V of FIGS. 3 and 4.
For forging a metal workpiece W with at least four forging tools 1, 2 which are opposed to one another in pairs and are angularly offset from one another about the forging axis S, the workpiece W is deformed by the forging tools 1, 2 comprising the workpiece cross-section with each forging stroke and is prevented from spreading and exposed to all-round hydrostatic pressure , so that there is a good forged seal.
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In order to also provide for a desired structural improvement, the workpiece W is additionally deformed with an at least reduced expansion hindrance by the unequal deformation effect of the forging tool pairs 1, 2 which are offset relative to one another, before the final enclosing of the workpiece cross section and the deformation-related deformation associated therewith.
For this purpose, for example, as indicated in FIGS. 1.1-1.4, forging tool pairs 1, 2 with differently shaped, but tapering in the same final cross-section face surfaces 3, 4 are used, as a result of which one tool pair 1 with its face surfaces 3 bulged compared to the other tool pair 2 synchronous forging tool movements first placed on the workpiece W and in the time until the later application of the other tool pair 2, the material of the workpiece W in zone 5 of this bulge can deform with free width (Fig. 1.2, Fig. 1.3).
Another possibility of such an unequal deformation effect arises, as indicated in FIGS. 2.1-2.3, if the forging tool pairs 1, 2, which are angularly offset relative to one another, are moved with different stroke heights with respect to an identical bottom dead center position (FIG. 2. 3) (FIG. 2. 1, 2. 2), so that the forging tools are immersed in the workpiece W unevenly. This method can be carried out with different lifting heights using forging tools 1, 2 with the same as well as differently designed striking surfaces 3, 4.
The end of the forging stroke (Fig. 1.4, 2. 3) then also leads to a high hydrostatic pressure acting on all sides due to the tools encompassing the workpiece cross-section, which ensures the appropriate tight forging. In the area of the end cross-section of the forging tool pairs (FIG. 5), a zone 6 with expansion-restricted and calibrating deformation will preferably be provided when the workpiece exits the forging tools.
CLAIMS:
1. A method for forging a metal workpiece with at least four forging tools which are opposed to one another in pairs and are angularly offset from one another about the forging axis, according to which the workpiece is deformed by the simultaneously deforming forging tools comprising the workpiece cross section with each forging stroke, preventing a spread and an all-round hydrostatic pressure is exposed, characterized in that the workpiece before the final encapsulation of the workpiece cross section and the associated restricted expansion
Deformation is deformed with each forging stroke due to an unequal deformation effect of the forging tool pairs, which are offset at an angle to one another, with at least reduced hindrance to spreading.