AT525034A1 - Verfahren zum Warmumformen eines gegossenen Schmiedeblocks mithilfe einer Schmiedevorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Warmumformen eines gegossenen Schmiedeblocks (1) mithilfe einer Schmiedevorrichtung beschrieben, deren radial geführte Schmiedestempel (5) je zwei gegeneinander radial verlagerbare Stempelteile (7, 8) aufweisen, von denen der ein Schmiedewerkzeug (2) tragende, innere Stempelteil (7) mit dem anderen durch einen Exzentertrieb (14) antreibbaren äußeren Stempelteil (8) durch einen Hydraulikzylinder (9) antriebsverbunden ist. Um vorteilhafte Schmiedebedingungen zu sichern, wird vorgeschlagen, dass der Schmiedeblock (1) in einer Hitze zunächst mithilfe der durch den Exzentertrieb (14) angetriebenen Schmiedestempel (5) einer oberflächennahen Schmiedebearbeitung mit einem eine Rissbildung ausschließenden Umformgrad oberhalb des kritischen Umformgrads und dann bei stillgesetzten äußeren Stempelteilen (8) mithilfe der durch die Hydraulikzylinder (9) angetriebenen inneren Stempelteile (7) unter einem Schmiedepressen mit einem Bissverhältnis > 0,5 umgeformt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Warmumformen eines gegossenen Schmiedeblocks mithilfe einer Schmiedevorrichtung, deren radial geführte Schmiedestempel je zwei gegeneinander radial verlagerbare Stempelteile aufweisen, von denen der ein Schmiedewerkzeug tragende, innere Stempelteil mit dem anderen durch einen Exzentertrieb antreibbaren äußeren Stempelteil mittels

eines Hydraulikzylinders antriebsverbunden ist.

Um das Gussgefüge eines gegossenen Schmiedeblocks in ein weitgehend porenfreies, rekristallisiertes Gefüge umzuwandeln, wird der Schmiedeblock einer Warmumformung durch ein Pressschmieden unterworfen. Durch ein großes Bissverhältnis, also dem Verhältnis der gedrückten Länge des Schmiedesattels zum Durchmesser des Schmiedeblocks vor dem Presshub, soll trotz einer geringen Reduktion eine für die Porenreduktion ausreichende Kernumformung erreicht werden. Aufgrund des großen Bissverhältnisses ergeben sich jedoch erhebliche Unterschiede in Bezug auf den durch den Presshub des Schmiedewerkzeugs bedingten Umformgrad über die gedrückte Länge des Schmiedesattels, was zu

Rissbildungen im Oberflächenbereich führt.

Um mit einer Schmiedevorrichtung Werkstücke entweder durch ein Schmiedepressen mit langsamer Umformgeschwindigkeit und hohen Kräften bei einem hohen Bissverhältnis oder durch ein Radialschmieden mit höheren Umformgeschwindigkeiten und kleinen Bissverhältnissen warm umformen zu können, ist es bekannt (WO 2015/118502 A1, EP 1 093 871 A2), die ein Schmiedewerkzeug aufnehmenden radial zur Schmiedeachse geführten

Schmiedestempel aus zwei Stempelteilen zusammenzusetzen, zwischen denen ein

Unabhängig von der Art der Abkopplung des äußeren Stempelteils vom Exzenterantrieb bleibt die Schwierigkeit beim Schmiedepressen bestehen, dass bei einem großen Bissverhältnis, wie es zur Gefügebeeinflussung im Kernbereich des Schmiedeblocks erforderlich ist, eine ungleichmäßigen Belastung von Oberflächenbereichen über die gedrückte Länge des Schmiedesattels unvermeidbar ist, was die Gefahr von Rissbildungen im Oberflächenbereich mit sich

bringt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Warmumformen eines gegossenen Schmiedeblocks durch ein Schmiedepressen so auszugestalten, dass trotz einer vorteilhaften Einflussnahme auf die Gefügestruktur im Kernbereich des Schmiedeblocks Rissbildungen im Oberflächenbereich weitgehend

ausgeschlossen werden können.

Bissverhältnis > 0, 5 umgeformt wird.

Durch eine erfindungsgemäße, dem Schmiedepressen vorausgehende Schmiedebearbeitung des Schmiedeblocks je nach dessen Ausgangsquerschnitt in einem oder mehreren Stichen soll das Gussgefüge in einem oberflächennahen Bereich durch Rekristallisation so verfeinert werden, dass beim nachfolgenden Schmiedepressen die örtlich unterschiedlichen Belastungen des Schmiedeblocks über die gedrückte Länge des Schmiedesattels nicht mehr Anlass zu einer Rissbildung geben können. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, eine möglichst gleichförmige Umformung über die gedrückte Sattellänge sicherzustellen, um in diesem Bereich Totmaterial, also Material mit einem nur geringen Umformgrad, zu vermeiden. Dies gelingt durch ein Radialschmieden mit einem Umformgrad, der niedrig genug ist, um Rissbildungen zu vermeiden, aber eine ausreichende Größe für eine Rekristallisation aufweist, also oberhalb des kritischen Umformgrads liegt, der die Mindestumformung zur Bereitstellung ausreichender Rekristallisationskeime für eine Rekristallisation angibt. Die Schmiedestempel werden zu diesem Zweck durch die Exzentertriebe angetrieben, mit deren Hilfe bei einer vergleichsweise hohen Hubfrequenz eine im Vergleich zur wirksamen Eingriffslänge der Schmiedewerkzeuge geringe gedrückte Sattellänge erreicht wird, sodass sich die Fließscheide und damit das Totmaterial im Bereich der Fließscheide außerhalb der Länge der durch das Schmiedewerkzeug gedrückten, rissanfälligen Oberfläche befindet.

In der darauffolgenden Bearbeitung des Schmiedeblocks mit denselben

Schmiedewerkzeugen, die jedoch nunmehr im Sinne eines Schmiedepressens mit

Rissgefahr zu vermeiden.

Zur Verbesserung der Oberflächenqualität kann der Schmiedeblock nach dem Schmiedepressen abermals einem Radialschmieden mit denselben Schmiedewerkzeugen unterworfen werden, indem die Schmiedestempel wieder

durch die Exzentertriebe betätigt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schmiedeverfahrens kann von bekannten Schmiedevorrichtungen mit radial geführten Schmiedestempeln ausgegangen werden, die je zwei gegeneinander radial verlagerbare Stempelteile aufweisen, von denen der ein Schmiedewerkzeug tragende, innere Stempelteil durch einen Hydraulikzylinder mit dem anderen äußeren Stempelteil antriebsverbunden ist, während der äußere Stempelteil durch einen Exzentertrieb antreibbar ist. Um einfache Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, können für den Antrieb der Exzenterwelle der Exzentertriebe als Innenläufer ausgebildete Torquemotoren vorgesehen werden, deren Rotor im Anschluss an einen Mitnehmerflansch der Exzenterwelle auf der Exzenterwelle oder einem Exzenterwellenfortsatz drehbar gelagert ist, wobei zur Kupplung zwischen dem Motor und der Exzenterwelle vorzugsweise ein zur Exzenterwelle paralleler, im Rotor axial beaufschlagbar gelagerter Mitnehmer vorgesehen ist, der in der Kupplungsstellung in eine Mitnehmeraufnahme im Mitnehmerflansch formschlüssig eingreift. In der Kupplungsstellung wird somit die Exzenterwelle unmittelbar durch den zugehörigen Torquemotor angetrieben. Da in diesem Fall der Hydraulikzylinder zwischen dem inneren und dem äußeren Stempelteil gesperrt ist, werden die Schmiedestempel lediglich im Sinne eines Radialschmiedens durch die zugehörigen Exzentertriebe mit vergleichsweise kleinem Hub und hoher Hubfrequenz angetrieben. Zum Unterschied dazu können die inneren Stempelteile bei

entkoppelten Exzentertrieben durch die Hydraulikzylinder zwischen den inneren und

mittels Pumpen, die durch die Torquemotoren angetrieben werden.

Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es

zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Eingriffs der durch einen Exzentertrieb angetriebenen Schmiedewerkzeuge zur oberflächennahen Schmiedebearbeitung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung des Eingriffs der Schmiedewerkzeuge während des Pressschmiedens mithilfe der hydraulisch betätigten Schmiedestempel und

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schmiedevorrichtung zur Durchführung des Schmiedeverfahrens ausschnittsweise im Bereich eines Schmiedestempels in einem schematischen Schnitt entlang der Exzenterwelle des

Exzentertriebs.

Um eine Schmiedebearbeitung eines gegossenen Schmiedeblocks 1 im Sinne einer möglichst gleichmäßigen Rekristallisation des Gussgefüges in einem oberflächennahen Bereich zu ermöglichen, wird die gedrückte Sattellänge S, also die Länge des von den Schmiedewerkzeugen 2 je Schmiedehub gedrückten, wegen der noch fehlenden Umformung rissanfälligen Oberflächenbereichs, im Vergleich zu der wirksamen Eingriffslänge L der einander in Bezug auf den Schmiedeblock 1 gegenüberliegenden Schmiedewerkezuge 2 klein gehalten. Zur Vermeidung großer Unterschiede zwischen örtlichen Umformgraden können die Schmiedewerkzeuge 2 vorteilhaft mit einer Einlaufschräge 3 zwischen 6 und 15° versehen sein. Da sich

das je Schmiedehub einer nur geringen Umformung unterliegende Totmaterial im

Nach dieser Vorumformung im Oberflächenbereich kann der Schmiedeblock 1 in derselben Hitze der eigentlichen Umformung zur Verdichtung und Gefügeverbesserung bis in den Kernbereich durch ein Schmiedepressen unterworfen werden, und zwar mit denselben Schmiedewerkzeugen 2, die jedoch unter Bedingungen eines Schmiedepressens mit einem Bissverhältnis B = S/ho >0,5 eingesetzt werden, wie dies in der Fig. 2 veranschaulicht ist. Aufgrund des großen Bissverhältnisses wirken bei einer entsprechenden Querschnittsreduzierung die Umformungen bis in den Kern des Schmiedeblocks 1, wobei in Kauf genommen werden muss, dass die Fließscheide 4 innerhalb der gedrückten Sattellänge S zu liegen kommt. Die dadurch im Oberflächenbereich ungleichförmige Umformung spielt jedoch hinsichtlich der Rissbildung keine Rolle, weil in diesen oberflächennahen Bereichen bereits eine Rekristallisation stattgefunden hat, die

eine bei größeren Kornstrukturen auftretende Rissbildung verhindert. Die

Querschnittsreduktion je Durchgang größer als 15 % sein soll.

Im Anschluss an das Schmiedepressen kann der Schmiedeblock 1 einer der Fig. 1 ähnlichen oberflächennahen Schmiedebearbeitung unterworfen werden, um die

Maß haltigkeit und die Oberflächengüte zu verbessern.

Eine zur Durchführung des Schmiedeverfahrens gemäß den Fig. 1 und 2 vorteilhafte Schmiedevorrichtung ist in der Fig. 3 dargestellt, und zwar ausschnittsweise im Bereich eines der einander paarweise bezüglich einer Schmiedeachse gegenüberliegenden Schmiedestempel 5, die je ein Schmiedewerkzeug aufnehmen. Der radial zur Schmiedeachse in einem Gestell 6 verschiebbar geführte Schmiedestempel 5 setzt sich aus zwei Stempelteilen, nämlich einem inneren, das Schmiedewerkzeug aufnehmenden Stempelteil Zund einem äußeren Stempelteil 8 zusammen, zwischen dem und dem inneren Stempelteil 7 ein Hydraulikzylinder 9 wirksam wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass der äußere Stempelteil 8 eine Zylinderaussparung 10 bildet, in die der innere Stempelteil 7 mit einem Kolbenabschnitt 11 eingreift. Der Raum 12 zwischen dem Kolbenabschnitt 11 und der Stempelführung 13 wird dabei ebenfalls

als Zylinderraum zur Beaufschlagung des inneren Stempelteils 7 genützt.

Zum Antrieb des äußeren Stempelteils 8 dient ein Exzentertrieb 14, der eine im Gestell 6 gelagerte Exzenterwelle 15 und einen auf der Exzenterwelle 15 gelagerten Gleitstein 16 umfasst, der mit seiner Gleitfläche 17 auf der Stirnseite des äußeren Stempelteils 8 abgestützt ist. Die Anlage des äußeren Stempelteils 8 an der Gleitfläche 17 des Gleitsteins 16 wird vorteilhaft durch eine federnde Beaufschlagung des äußeren bzw. des inneren Stempelteils 7, 8 sichergestellt, vorzugsweise mithilfe hydraulischer Federn, was jedoch aus

Übersichtlichkeitsgründen nicht näher dargestellt ist.

Zum Antrieb des Exzentertriebs 14 dient ein als Innenläufer ausgebildeter, an einem

mit dem Gestell 6 verbundenen Gehäuse 18 koaxial zur Exzenterwelle 15

eine Mitnehmeraufnahme 26 im Mitnehmerflansch 22 eingreift.

In der gekuppelten Eingriffsstellung wird somit der Mitnehmerflansch 22 und die Exzenterwelle 15 durch den Torquemotor 19 angetrieben, sodass der Schmiedestempel 5 mit einer vergleichsweise hohen Frequenz angetrieben wird, weil ja durch den gesperrten Hydraulikzylinder 9 die beiden Stempelteile 7, 8 starr miteinander antriebsverbunden sind. Wird hingegen die Kupplung 23 gelöst und der Exzentertrieb 14 in der gezeichneten äußeren Totpunktlage festgehalten, so bildet der Gleitstein 16 ein festes Widerlager für den äußeren Stempelteil 8 mit der Folge, dass der innere Stempelteil 7 durch den Hydraulikzylinder 9 zwischen den beiden Stempelteilen 7, 8 unabhängig vom Exzentertrieb 14 zu Presshüben gemäß der Fig. 2 beaufschlagt werden kann. Um die auftretenden Schmiedekräfte besser auf das Gestell 6 übertragen zu können, kann in der äußeren Totpunktlage des Exzentertriebs 14 ein zusätzliches Widerlager 27 für den Gleitstein 16 vorgesehen

werden.

Wie die Fig. 3 zeigt, kann der Torquemotor 19 vorteilhaft eine Hydraulikpumpe 28 antreiben, sodass bei gelöster Kupplung 23 und fortlaufendem Torquemotor 19

Hydraulikmittel zur Beaufschlagung des Hydraulikzylinders 9 zur Verfügung steht.

Da eine Schmiedevorrichtung gemäß der Fig. 3 in einfacher Weise von einem Antrieb der Schmiedestempel 5 durch Exzentertriebe 14 für ein übliches Radialschmieden auf einen für ein Schmiedepressen ausgelegten, hydraulischen Antrieb mittels Hydraulikzylinder 9 umgeschaltet werden kann, kann diese Schmiedevorrichtung in vorteilhafter Weise zum aufeinanderfolgenden Bearbeiten eines gegossenen Schmiedeblocks 1 einerseits durch ein Radialschmieden und

anderseits durch ein Schmiedepressen in einer Hitze eingesetzt werden, um mit

Schmiedepressens zu vermeiden.

Claims (4)

(343341.1) II Patentansprüche

1. Verfahren zum Warmumformen eines gegossenen Schmiedeblocks (1) mithilfe einer Schmiedevorrichtung, deren radial geführte Schmiedestempel (5) je zwei gegeneinander radial verlagerbare Stempelteile (7, 8) aufweisen, von denen der ein Schmiedewerkzeug (2) tragende, innere Stempelteil (7) mit dem anderen durch einen Exzentertrieb (14) antreibbaren äußeren Stempelteil (8) durch einen Hydraulikzylinder (9) antriebsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiedeblock (1) in einer Hitze zunächst mithilfe der durch den Exzentertrieb (14) angetriebenen Schmiedestempel (5) einer oberflächennahen Schmiedebearbeitung mit einem eine Rissbildung ausschließenden Umformgrad oberhalb des kritischen Umformgrads und dann bei stillgesetzten äußeren Stempelteilen (8) mithilfe der durch die Hydraulikzylinder (9) angetriebenen inneren Stempelteile (7) unter einem

Schmiedepressen mit einem Bissverhältnis > 0,5 umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiedeblock (1) nach dem Schmiedepressen mithilfe der durch den Exzentertrieb

(14) angetriebenen Schmiedestempel (5) einer Nachbearbeitung unterworfen wird.

3. Schmiedevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit radial geführten Schmiedestempeln (5), die je zwei gegeneinander radial verlagerbare Stempelteile (7, 8) aufweisen, von denen der ein Schmiedewerkzeug (2) tragende, innere Stempelteil (7) durch einen Hydraulikzylinder (9) mit dem anderen äußeren Stempelteil (8) antriebsverbunden ist, mit einem den äußeren Stempelteil (8) antreibbaren Exzentertrieb (14), dessen Exzenterwelle (15) über eine Kupplung (23) an einen Elektromotor angeschlossen ist, und mit einer vom Elektromotor antreibbaren Pumpe (28) zur Beaufschlagung des Hydraulikzylinders

(9) zwischen den inneren und äußeren Stempelteilen (7, 8), dadurch

angeordnet ist.

4. Schmiedevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (23) einen zur Exzenterwelle (15) parallelen, im Rotor (20) axial beaufschlagbar gelagerten Mitnehmer (24) aufweist, der in der Kupplungsstellung in

eine Mitnehmeraufnahme (26) im Mitnehmerflansch (22) formschlüssig eingreift.