DE19622586A1 - Gesenk zur Herstellung von Werkstücken mit exakt definierter Masseverteilung entlang der Längsachse - Google Patents

Description

Gesenk für die Umformung eines Stangenabschnitts mit beliebigem Querschnitt zu einem Werkstück mit exakt definierter Masseverteilung entlang der Längsach­ se als Vorformteil für eine anschließende umformende oder spanende Fertigbear­ beitung, bestehend aus einem vertikal wirkenden Oberwerkzeug und einem Un­ terwerkzeug beliebiger Kontur sowie horizontal wirkenden Umformstempeln, so daß eine horizontale und vertikale Umformung in einem Arbeitshub der Umform­ maschine erfolgt.

Bekannt sind Gesenke und Vorrichtungen mit beweglichen Werkzeugteilen aus DE 25 17 039 und DE 28 52 054 zum Herstellen von rotationssymmetrischen Werk­ stücken und aus DE 39 33 293 A1 und DE 33 43 623 C2 zum Herstellen von hinter­ schnittenen Schmiedestücken. Ebenso ist eine Vorrichtung für die spanlose Kalt­ verformung eines zylinderförmigen Rohlings aus DE 24 62 641 und DE 24 15 549 bekannt. Die beweglichen Werkzeugteile arbeiten bei allen bekannten Systemen radialsymmetrisch und wirken mit einem konischen Ring oder einem Spreizdorn zusammen. Es handelt sich hierbei jeweils um das Herstellen von rotationssym­ metrischen Werkstücken, jedoch nicht um die Herstellung von Langteilen.

Ein Gesenk für die Herstellung von Vorformteilen mit definierter Masseverteilung als Vorform zum Gesenkschmieden oder für eine spanende Fertigbearbeitung ist bislang noch nicht bekannt.

Zur Massevorverteilung für das Gesenkschmieden von Langteilen werden zur Zeit Walzverfahren eingesetzt, die ergänzend zur Gesenkschmiedemaschine ein zu­ sätzliches Umformaggregat erforderlich machen. Die hohen Umformgrade sowie die relativ großen Schwankungen der Masseverteilung bei der Herstellung von Vorformteilen mit diesen Verfahren machen eine Fertigschmiedung in der Regel in mehreren Stufen mit Grat notwendig. Das Schmieden in einem geschlossenen Gesenk ist somit nicht möglich. Einerseits können partielle Masseüberschüsse ein geschlossenes Gesenk zerstören; andererseits wird die Gravur bei partiell zu ge­ ringer Masse nicht vollkommen gefüllt. Die notwendigen Rohteile in Form von Stangenabschnitten können mit Hilfe von herkömmlichen Scherverfahrn mit aus­ reichender Genauigkeit der Gesamtmasse bereits hergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gesenk zum Umformen von Werk­ stücken mit ausgeprägter, definierter Masseverteilung entlang der Längsachse zu gestalten, die zum einen als Vorformteil zum anschließenden Fertigschmieden, zum anderen auch als Rohteil für eine spanende Nachbearbeitung verwendet werden können. Beim Schmieden wird unter Verwendung der Erfindung dabei auf eine zusätzliche Maschine zur Masseverteilung verzichtet, da dieses Werkzeug zusätzlich zu dem Fertigformwerkzeug direkt auf dem Hauptumformaggregat ein­ gesetzt werden kann. Die hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Umfor­ mung im Gesenk machen es möglich, anschließend gratlose Umformverfahren zur Fertigformung einzusetzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Umformwerkzeug mit vertikal und horizontal wirkender Umformung eingesetzt, die in einem Arbeitshub der Maschine erfolgen. Das Werkzeug besteht aus einem oder mehreren horizontal wirkenden Umform­ stempel(n), die z. B. paarweise jeweils gegenüberliegend, entlang der Längsachse angeordnet sein können. Die Anzahl der Stempel ist abhängig von der Gesamt­ länge des Bauteils und von dem erforderlichen Umformgrad. Die einzelnen Um­ formstempel wirken mit spezieller Antriebskinematik zu definierbaren Zeiten mit bestimmten Geschwindigkeiten auf das Rohteil ein, so daß eine in Längsachse gerichtete Materialverdrängung erfolgt. Der Antrieb der horizontal wirkenden Stempel kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Auf einer einfachwirkenden Umformmaschine kann der Antrieb beispielsweise mechanisch über das Zusam­ menwirken von Keilflächen an den Stempeln und entsprechenden Keilflächen am Antriebskeil erfolgen. In diesem Fall kann der Antriebskeil von dem Stößel der Presse angetrieben werden und durch energiespeichernde Elemente (z. B. Fe­ dern) von der vertikalen Bewegung der Maschine entkoppelt werden.

Nach Abschluß der horizontalen Umformung ermöglichen die energiespeichern­ den Elemente an dem Antriebskeil eine weitere Abwärtsbewegung des Maschi­ nenstößels. Eine weitere horizontale Umformung findet in diesem Fall somit nicht mehr statt. Das Oberwerkzeug dringt weiter in die sich jetzt ergebende Hohlform ein, verschließt diese exakt und bewirkt ein vollständiges Füllen der Hohlform.

Bei mehrfachwirkenden Umformmaschinen kann beispielsweise der gesteuerte Antrieb der horizontalen Umformstempel direkt mit maschineneigenen Antrieben erfolgen. Eine Entkopplung ist in diesem Fall nicht erforderlich.

Eine mögliche Gratbildung am Werkstück kann auf verschiedene Arten unterbun­ den werden. Zum einen sollte die Gravurfüllung in Spaltnähe zum Schluß der Umformung erfolgen; zum anderen sollten die Umformstempel einen Materialfluß im Kern des umzuformenden Werkstücks bewirken. An den verhältnismäßig küh­ len Umformstempeln werden die Fließeigenschaften für eine Gratbildung ungün­ stiger und dadurch wird ein Eindringen des Materials in den Spalt erschwert.

Die Erfindung verkürzt die Prozeßkette zum Schmieden von Langteilen, da zur Vorformung bzw. Massevorverteilung und zur Fertigformung lediglich eine Um­ formmaschine eingesetzt werden muß. Zudem ist eine Massevorverteilung im ge­ schlossenen Gesenk von so hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit, daß an­ schließend beispielsweise eine Fertigformung auch im geschlossenen Gesenk erfolgen kann. Man spricht in diesem Zusammenhang vom gratlosen Präzisions­ schmieden.

Anhand der Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels wird das Grundprinzip der Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels mit einem Umformstempel unten vor der Umformung, oben nach der Umformung,

Fig. 2 eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels mit drei Umformstempeln unten vor der Umformung, oben nach der Umformung,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels links vor der Umformung, rechts nach der Umformung,

Fig. 4 das offene Werkzeug vor der Umformung auf einer einfachwirkenden Ma­ schine mit Blickrichtung in Längsachse des Rohteils,

Fig. 5 das Werkzeug vor Abschluß der horizontalen Umformung auf einer ein­ fachwirkenden Maschine mit Blickrichtung in Längsachse des Rohteils,

Fig. 6 das geschlossene Werkzeug vor Abschluß der vertikalen Umformung auf einer einfachwirkenden Maschine mit Blickrichtung in Längsachse des Rohteils,

Fig. 7 das offene Werkzeug vor der Umformung auf einer mehrfachwirkenden Maschine mit Blickrichtung in Längsachse des Rohteils,

Fig. 8 das offene Werkzeug vor der Umformung mit getrenntem Seitenantrieb mit Blickrichtung in Längsachse des Rohteils.

Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der horizontalen Umformung. Ein erwärmtes Rohteil mit beliebigem Querschnitt 1 wird in ein Gesenk mit einem horizontalen Umform­ stempelpaar 6 eingelegt. Dieses bewirkt eine horizontale Umformung, so daß das Rohmaterial in Längsrichtung verdrängt wird. Das Ergebnis ist eine gestauchtes Rohteil 2 mit exakter Außenkontur, welches anschließend vertikal gestaucht wird. Bei einfachwirkenden Umformmaschinen können die Umformstempel mechanisch mit Hilfe von Keilen angetrieben werden. Hierzu ist eine Keilfläche 7 am Umform­ stempel erforderlich.

Aus Fig. 2 sieht man, daß vor der Umformung mit den horizontal wirkenden Um­ formstempeln 6 ein Rohteil mit beliebigem Querschnitt 1 in das Gesenk eingelegt wird. Die Anzahl der horizontal wirkenden Umformstempel ist aufgrund der Werk­ stückgeometrie, der Materialverdrängung und der Fließwege auf drei Stück je Seite erhöht worden. Die horizontal beweglichen Umformstempel 6 wirken in die­ sem Fall zeitlich verzögert und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf das Rohteil 1. Es wirkt zuerst das rechte, anschließend das mittlere und zum Ab­ schluß der horizontalen Umformung das linke Umformstempelpaar auf das Roh­ teil. Dadurch wird das Material gezielt in Längsrichtung des Rohteiles verdrängt.

In Fig. 3 erkennt man die vertikale Umformung, die nach Abschluß der horizonta­ len Umformung erfolgt. Dabei wirkt ein Oberwerkzeug 4 und ein Unterwerkzeug 3 auf das Rohteil, wodurch es ein definiertes Höhenprofil erhält und zu einem ge­ stauchten Rohteil 2 umgeformt wird. Die jetzt geschlossene Hohlform wird schließlich vollständig gefüllt. Mit Hilfe des Auswerfers 5 kann das umgeformte Werkstück entnommen werden.

Fig. 4, 5 und 6 verdeutlichen in einem Ausführungsbeispiel das Zusammenwirken der Umformstempel, Keile und Federn, wenn eine einfachwirkende Umformma­ schine eingesetzt wird. Nach Fig. 4 befinden sich vor der Umformung alle Werk­ zeugteile in ihrer Ausgangslage. Ein Rohteil mit beliebigem Querschnitt 1 liegt im Gesenk auf dem Unterwerkzeug 3. Die Antriebskeile 9 werden zwischen Widerla­ ger 10 und Umformstempel 6 eingedrückt. Es erfolgt die horizontale Umformung. Ober den Winkel der Keilflächen 7 läßt sich die Geschwindigkeit der Umform­ stempel und der Zeitpunkt des Eindringens in die Hohlform verändern. Nach Er­ reichen der Endposition der horizontal wirkenden Umformstempel 6, wie in Fig. 5 zu erkennen, erlauben die Entkopplungselemente 8 eine weitere Abwärtsbewe­ gung des Maschinenstößel bzw. des Oberwerkzeuges 4. Eine horizontale Umfor­ mung findet von diesem Zeitpunkt an nicht mehr statt. Das Oberwerkzeug 4 dringt, wie Fig. 6 deutlich macht, in die sich jetzt ergebende Hohlform ein und verschließt diese vollständig. Bei Berührung des Oberwerkzeugs mit dem Rohteil findet eine vertikale Umformung statt. Das Rohteil erhält ein definiertes Höhen­ profil und die Hohlform des geschlossenen Gesenkes wird komplett gefüllt. Im unteren Umkehrpunkt der Maschine ist die gesamte Umformung abgeschlossen.

Im Anschluß daran wird beim Rückhub der Maschine zuerst das Oberwerkzeug aus der Hohlform herausgezogen. Die Entkopplungselemente 8 entspannen sich, die Rückholfedern 11 bringen die Umformstempel 6 wieder in ihre Ausgangslage zurück. Der Auswerfer wird betätigt und das umgeformte Werkstück kann aus dem Gesenk entnommen werden. Das Werkzeug ist danach für die nächste Um­ formung bereit.

In Fig. 7 ist das Werkzeugprinzip für eine mehrfachwirkende Maschine, die über einen maschineneigenen zusätzlichen Antrieb 12 verfügt, dargestellt,

Fig. 8 verdeutlicht den Einsatz des Werkzeuges auf einer Maschine mit getrenn­ tem Seitenantrieb 13.

Bezugszeichenliste

1 Rohteil mit beliebigem Querschnitt
2 gestauchtes Rohteil
3 Unterwerkzeug mit beliebiger Kontur
4 Oberwerkzeug mit beliebiger Kontur
5 Auswerfer
6 Umformstempel
7 Keilflächen
8 Entkopplungselement
9 Antriebskeil
10 Widerlager
11 Rückholfeder
12 zusätzlicher, maschineneigener Antrieb
13 getrennter Seitenantrieb

Claims (3)

1. Gesenk für die Umformung eines Stangenabschnitts mit beliebigem Quer­ schnitt zu einem Werkstück mit exakt definierter Masseverteilung entlang der Längsachse als Vorformteil für eine anschließende umformende oder spanen­ de Fertigbearbeitung, bestehend aus einem vertikal wirkenden Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug beliebiger Kontur sowie horizontal wirkenden Um­ formstempeln, dadurch gekennzeichnet, daß eine horizontale und vertikale Umformung in einem Arbeitshub der Umformmaschine erfolgt.

2. Gesenk gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Umformung in Abhängigkeit von der Rohteillänge mit einem oder mehreren Umformstempeln (6) erfolgt, die entlang der Längsachse angeordnet sind und aufgrund spezieller Antriebe (9, 12, 13) zu definierbaren Zeiten und mit ein­ stellbaren Geschwindigkeiten in die Hohlform eindringen, so daß gezielt eine in Längsachse gerichtete Materialverdrängung erreicht wird.

3. Gesenk gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß spätestens zum Zeitpunkt der vollständigen Formfüllung das Gesenk eine geschlossene Hohl­ form bildet.