AT513701B1 - Verfahren zum Schmieden eines Werkstücks - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Schmieden eines Werkstücks (5) beschrieben, das mit Hilfe von drehsymmetrisch angeordneten, radial auf das Werkstück (5) einwirkenden Schmiedewerkzeugen (3) in mehreren Stichen mit zumindest teilweise entgegengesetzter Vorschubrichtung (9, 12) bearbeitet wird. Um vorteilhafte Verfahrensbedingungen sicher zu stellen, wird vorgeschlagen, dass das Werkstück (5) in Abhängigkeit von der Vorschubrichtung (9, 12) mit unterschiedlich geneigten Formflächen (10, 11) der Schmiedewerkzeuge (3) verformt wird.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmieden eines Werkstücks, das mitHilfe von drehsymmetrisch angeordneten, radial auf das Werkstück einwirkenden Schmiede¬werkzeugen in mehreren Stichen mit zumindest teilweise entgegengesetzter Vorschubrichtungbearbeitet wird.

[0002] Beim radialen Schmieden hängen die Verformungen des Werkstücks und die dabeiauftretenden Fließbedingungen von der Geometrie der Schmiedewerkzeuge ab. KommenSchmiedewerkzeuge zum Einsatz, bei denen die in Bezug auf die Vorschubrichtung des Werk¬stücks eingangsseitigen Formflächen gegenüber der Schmiedeachse geneigt verlaufen, sokann eine vergleichsweise große Querschnittsreduktion je Stich erreicht werden, was eineVerringerung der für eine vorgegebene Querschnittsreduktion benötigten Stichanzahl und damiteine Verringerung der Schmiedezeit erlaubt, insbesondere wenn das Werkstück abwechselndmit entgegengesetzter Vorschubrichtung bearbeitet wird, sodass Leervorschübe des Werkstü¬ckes vermieden werden können. Ein solches Schmieden mit aufeinanderfolgenden Stichen mitentgegengesetzter Vorschubrichtung bedingt bezüglich ihrer Längsmitte symmetrisch gestalteteSchmiedewerkzeuge.

[0003] Bei einer Schmiedebearbeitung der Werkstücke mit Schmiedewerkzeugen, die eine zurSchmiedeachse parallele Formfläche aufweisen, wird die Querschnittsreduktion je Stich durchdie Breite der Formfläche begrenzt, sodass zum Schmieden eines Werkstücks mit vorgegebe¬nen Endabmessungen eine größere Stichanzahl als bei Schmiedewerkzeugen mit geneigtenFormflächen erforderlich wird. Die Schmiedewerkzeuge weisen ja im Querschnitt senkrecht zurSchmiedeachse eine Keilform auf, was bei geneigten Formflächen zu einer Verbreiterung derFormflächen mit zunehmendem Abstand von der Schmiedeachse führt. Allerdings ergeben sichdurch die Krafteinwirkungen der unterschiedlich gegenüber dem Werkstück ausgerichtetenFormflächen der Schmiedewerkzeuge unterschiedliche Spannungen im Werkstück und damitunterschiedliche Fließbedingungen, was in manchen Fällen von Bedeutung sein kann. Solldaher diese Wirkung auf das Werkstück genützt werden, ohne auf geringe Stichanzahlen ver¬zichten zu müssen, so bleibt nichts anderes übrig, als das Werkstück zunächst mit Schmiede¬werkzeugen zu bearbeiten, die geneigte Formflächen aufweisen, und dann die Schmiedebear¬beitung in einer anschließenden Schmiedevorrichtung mit Schmiedewerkzeugen zu beenden,die eine entsprechende Werkzeuggeometrie mit parallel zur Schmiedeachse verlaufendenFormflächen besitzen. Nachteilig ist allerdings der Anlagenaufwand, der nur für größere Serienin Frage kommt. Außerdem muss unter Umständen mit einer notwendig werdenden Zwischen¬erwärmung gerechnet werden.

[0004] Um beim Walzen von vorgeschmiedeten Brammen Fehler im Endbereich zu vermeiden,ist es außerdem bekannt (EP 0 157 575 A1), beim Schmieden der Brammen ein ungeschmie-detes, verdicktes Ende vorzusehen, das allerdings gegen das stirnseitige Ende hin durch einSchmieden entgegen der Hauptvorschubrichtung im Querschnitt reduziert wird, sodass sich imBereich dieses Endabschnitts der Bramme besondere Spannungsverhältnisse einstellen, diebeim nachträglichen Walzen der Bramme zur Fehlervermeidung führen. Um diesen Endab¬schnitt vom stirnseitigen Ende her bearbeiten zu können, weisen die Schmiedehämmer unter¬schiedlich geneigte Formflächen für die entgegengesetzten Vorschubrichtungen auf, sodassnach dem Schmieden der Bramme bis zum Endabschnitt die Bramme bei geöffneten Schmie¬dehämmern aus dem Schmiedebereich in der Hauptvorschubrichtung gezogen und dann derungeschmiedete Endabschnitt vom stirnseitigen Ende der Bramme her entgegen der Hauptvor¬schubrichtung durch die Schmiedehämmer fertig bearbeitet werden kann. Ein solches Schmie¬deverfahren eignet sich nicht zum Schmieden von Werkstücken in mehreren Stichen.

[0005] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Schmiedeverfahren anzugeben, dasfür geringe Stückzahlen geeignet ist und die Möglichkeit eröffnet, besonderen Einfluss auf dieGefügestruktur im gesamten Schmiedebereich zu nehmen.

[0006] Ausgehend von einem Schmiedeverfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfin- dung die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Werkstück in Abhängigkeit von der Vorschubrich¬tung mit unterschiedlich geneigten Formflächen der Schmiedewerkzeuge verformt wird.

[0007] Aufgrund dieser Maßnahme ist es möglich, in einer einzigen Schmiedevorrichtung dasWerkstück mit unterschiedlichen Werkzeuggeometrien bearbeiten zu können, weil ja die in dergewählten Vorschubrichtung eingangsseitige Formfläche des Schmiedewerkzeugs die jeweiligeSchmiedebearbeitung maßgeblich bestimmt. Da für die entgegengesetzten Vorschubrichtungenunterschiedlich geneigte Formflächen der Schmiedewerkzeuge zum Einsatz kommen, könnendie durch diese Formflächen bedingten unterschiedlichen Schmiedebedingungen für die Werk¬stückbearbeitung genützt werden, und zwar in einer beliebigen Reihenfolge, sodass in mehrfa¬cher Weise auf die Gefügestruktur des Werkstückwerkstoffs Einfluss genommen werden kann.Es wird daher möglich, Werkstücke mit besonderen Werkstoffanforderungen herzustellen,indem beispielsweise zunächst eine vergleichsweise große Querschnittsreduktion je Stich mitHilfe entsprechend geneigter Formflächen vorgenommen wird, bevor besonderer Einfluss aufdie Gefügestruktur durch die Bearbeitung mit Formflächen genommen wird, die parallel zurSchmiedeachse oder mit einem nur geringen Neigungswinkel dazu verlaufen. Durch Leervor¬schübe kann dabei ein Temperaturausgleich innerhalb des Werkstücks erreicht werden.

[0008] Wie bereits ausgeführt wurde, wird im Allgemeinen ein vorteilhafter Einfluss auf dasSchmiedeverhalten dadurch sichergestellt, dass das Werkstück in der einen Vorschubrichtungmit einer in Vorschubrichtung gegen das Werkstück abfallenden Formfläche und in der entge¬gengesetzten Vorschubrichtung mit einer zur Schmiedeachse parallelen Formfläche verformtwird. Dies ist jedoch nicht zwingend, weil je nach den Umständen auch nur unterschiedlichgeneigte Formflächen zum Einsatz kommen können.

[0009] Eine weitere vorteilhafte Einflussnahme auf das Schmiedeverhalten kann dadurch er¬reicht werden, dass das Werkstück mit Hilfe mehrerer einander bezüglich der Schmiedeachsepaarweise gegenüberliegender Schmiedewerkzeuge verformt wird, die das Werkstück zumin¬dest in aufeinanderfolgenden Stichgruppen nacheinander oder gleichzeitig bearbeiten. Deraufeinanderfolgende Einsatz der paarweise betätigbaren Schmiedewerkzeuge kann insbeson¬dere bei der Rohrfertigung vorteilhaft genützt werden, weil für die Herstellung eines hohlenVorformlings das aufeinanderfolgende Einwirken der Werkzeugpaare auf das Werkstück jeStich Vorteile hinsichtlich der Aufweitung des Hohlkörpers mit sich bringt. Die weitere Bearbei¬tung des Vorformlings kann dann in üblicher Weise mit Hilfe der gleichzeitig zum Einsatz kom¬menden Schmiedewerkzeuge durchgeführt werden.

[0010] Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren an einem Ausführungs¬beispiel näher erläutert. Es zeigen [0011] Fig. 1 eine Schmiedevorrichtung mit Schmiedewerkzeugen zur Durchführung des Verfahrens und die [0012] Fig. 2 und 3 die unterschiedlichen Schmiedewirkungen eines Schmiedehammers bei entgegengesetzten Vorschubrichtungen des Werkstücks anhand des im

Schmiedeeingriff befindlichen Schmiedehammers in einer schematischen

Seitenansicht in einem größeren Maßstab.

[0013] Die dargestellte Schmiedevorrichtung weist in herkömmlicherweise ein Gestell 1 mit viereinander paarweise bezüglich einer Schmiedeachse 2 gegenüberliegenden Schmiedewerkzeu¬gen 3 auf, die über Stelltriebe radial zur Schmiedeachse 2 beaufschlagt werden und mitSchmiedehämmern 4 bestückt sind. Die Stelltriebe für die paarweise angeordneten Schmiede¬werkzeuge 3 können dabei je nach dem gewählten Schmiedeverfahren für die Werkzeugpaaregleichzeitig oder in einem zeitlichen Abstand nacheinander betätigt werden, sodass das Werk¬stück 5 durch die über seinen Umfang verteilten Schmiedewerkzeuge gleichzeitig oder ab¬schnittsweise bearbeitet werden. Das Werkstück 5 wird mit Hilfe von Spanneinrichtungen 6jeweils endseitig erfasst und um die Schmiedeachse 2 gedreht. Die Spanneinrichtungen 6selbst sind auf Schlitten 7 gelagert, die entlang von Führungen 8 verfahrbar sind und für entge¬gengesetzte Vorschubrichtungen des Werkstücks 5 sorgen.

[0014] Wie sich insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ergibt, weisen die Schmiedehämmer 4 inBezug auf ihre Längsmitte eine unsymmetrische Werkzeuggeometrie auf. Auf der Einlaufseitebezüglich der in Fig. 2 dargestellten Vorschubrichtung 9 bildet der Schmiedehammer 4 einegegen das Werkstück 5 abfallend geneigt verlaufende Formfläche 10, die in eine zur Schmie¬deachse 2 parallele Formfläche 11 übergeht. Die geneigte Formfläche 10 kann zum Unter¬schied zum Ausführungsbeispiel auch zwei oder mehrere Abschnitte mit unterschiedlicherNeigung aufweisen. Außerdem können die Formflächen 10, 11 abweichend von einem ebenenVerlauf in Anpassung an das zu schmiedende Werkstück auch konisch oder zylindrisch geformtsein.

[0015] Die achsparallele Formfläche 11 bildet die für die Werkstückbearbeitung maßgebendeeinlaufseitige Formfläche für die entgegengesetzte Vorschubrichtung 12, wie dies in der Fig. 3dargestellt ist. Aus dem strichpunktiert angedeuteten Umriss des Werkstücks vor dem darge¬stellten Schmiedehub des Schmiedehammers 4 ergibt sich, dass die je Schmiedehub verform¬ten Volumenelemente 13 unterschiedlich sind und dass aufgrund der unterschiedlichenKrafteinwirkungen zufolge der unterschiedlichen Ausrichtungen der Formflächen 10, 11 gegen¬über dem Werkstück 5 sich unterschiedliche Umformbedingungen ergeben, die durch Kombina¬tion aufgrund einer geeigneten Folge der Vorschubrichtungen 9, 12 in vielfältiger Weise zurErreichung bestimmter Werkstoffeigenschaften genützt werden können.

[0016] Um einen Schmiederohling mit einem Ausgangsdurchmesser von beispielsweise 380mm und einer Länge von 1100 mm zu einem Stab mit einem Durchmesser von 122 mm zuschmieden, können nach der Erfindung 8 Stiche vorgesehen werden, wobei die ersten vierStiche, die den Durchmesser stufenweise auf 325, 295, 255 und 217 mm reduzieren, mit derVorschubrichtung 9 durchgeführt werden, um aufgrund der geneigten Formfläche 10 eine hoheQuerschnittsreduktion zu erreichen. Die anschließenden vier Stiche werden abwechselnd mitden Vorschubrichtungen 12 und 9 vorgenommen, wobei in der Vorschubrichtung 12 gemäß derFig. 3 der Werkstückdurchmesser von 217 auf 192 mm reduziert wird. In den anschließendendrei Stichen mit abwechselnder Vorschubrichtung 9, 12 kann dann der Werkstückdurchmesserauf 163 und 138 mm und schließlich auf den Enddurchmesser von 122 mm reduziert werden.

[0017] Würde ein gleiches Werkstück mit Hilfe von Schmiedehämmern bearbeitet werden, dieauf beiden Einlaufseiten eine geneigte Formfläche 10 aufweisen, so würde die Querschnittsre¬duktion von 380 mm auf 122 mm ebenfalls in 8 Stichen durchgeführt werden können, allerdingsohne zusätzliche Einflussnahme auf die Gefügestruktur. Mit dem Einsatz von Schmiedehäm¬mern, die lediglich eine parallel zur Schmiedeachse 2 verlaufende Formfläche 10 aufweisen,wären für die gleiche Bearbeitung 14 Stiche erforderlich.

Claims (3)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Schmieden eines Werkstücks (5), das mit Hilfe von drehsymmetrisch ange¬ordneten, radial auf das Werkstück (5) einwirkenden Schmiedewerkzeugen (3) in mehrerenStichen mit zumindest teilweise entgegengesetzter Vorschubrichtung (9, 12) bearbeitetwird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (5) in Abhängigkeit von der Vor¬schubrichtung (9, 12) mit unterschiedlich geneigten Formflächen (10, 11) der Schmiede¬werkzeuge (3) verformt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (5) in dereinen Vorschubrichtung (9) mit einer in Vorschubrichtung (9) gegen das Werkstück (5) ab¬fallenden Formfläche (10) und in der entgegengesetzten Vorschubrichtung (12) mit einerzur Schmiedeachse (2) parallelen Formfläche (11) verformt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (5) mitHilfe mehrerer einander bezüglich der Schmiedeachse (2) paarweise gegenüberliegenderSchmiedewerkzeuge (4) verformt wird, die das Werkstück (5) zumindest in aufeinanderfol¬genden Stichgruppen nacheinander oder gleichzeitig bearbeiten. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen