CN102216000B - 用于制造一种设有一个通孔的成型件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造一种设有一个通孔的成型件的方法，为了制造一个设有一个通孔的成型件，将一个棒形的毛坯(R)向前推进通过一个导向装置(1)一个确定的长度同心地到一个阴模(2)中并接着保持其固定。然后借助一个冲模(3)将毛坯(R)的端部区域轴向镦粗并且在此成型为一个通过阴模(2)限定的圆盘(S)。接着在一个穿通步骤中，借助一个冲头(31)从圆盘(S)中冲出一个与毛坯(R)相同横截面形状的圆盘芯部(KS)并且在此圆盘芯部被推进导向装置(1)中并且与毛坯的未变形的部分一起向后移动。紧接着将冲穿的圆盘(S)与圆盘芯部(KS)分离并且从阴模(2)取出成型件。在穿通步骤期间，沿圆盘芯部冲出方向对处于阴模(2)中的圆盘(S)施以一个轴向压力(FNH)并且相反于圆盘芯部冲出方向对毛坯(R)施以一个轴向反力(FG)。由此通过叠加压应力抵消在圆盘中产生的拉应力或剪应力并且避免在成型件的内轮廓上形成断裂现象、毛刺或其他的变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造一种设有一个通孔的成型件的方法和一种用于实施该方法的设备。
背景技术
例如由DE3147897A1已知一种这样的方法。按照该文献，相同的环形的金属件的批量生产这样实现，即从一种金属的、棒形的毛坯开始通过镦粗和由此引起的毛坯的一个端部区域的变形形成一个圆盘并且通过接着借助一个与（未镦粗的）毛坯相同横截面形状的冲头轴向冲穿圆盘并且将由冲头冲出的圆盘芯部与圆盘的分离。与未镦粗的毛坯部分一体的圆盘芯部与后者一起形成用于另一方法循环的起点，直到留下的毛坯剩余部分不再足够用于形成另外的成型件为止并作为废料丢弃。
在冲出圆盘芯部的过程中，在圆盘中在由此产生的通孔的圆周边缘上由于作用的剪应力或拉应力而形成一种不符合要求的具有裂纹和可能的毛刺的断裂面，它们可能使成型件需要精整。在DE3147897A1中虽然提到，为了实现成型件的一种较光滑的表面，在剪切过程期间通过一个下部冲头要将一个足够强度的反力施加到毛坯上。但没有为此说明更详细的内容。
在JP58070935A和JP62084849A中描述了另一些类似的用于制造环形成型件的方法和设备。为此分别将一个毛坯夹紧在一个构成为可打开和关闭的夹紧装置的导向装置中并且毛坯的一个从导向装置出来伸入到一个阴模中的端部区段借助一个冲模被轴向镦粗并且进入阴模中变形成一个圆盘。接着从圆盘中冲出一个芯部。冲模包括一个冲头和一个包围该冲头的套筒，其外部尺寸与阴模的形状匹配，这样冲模可移入到阴模中。相对于套筒可移动的冲头用于冲出圆盘芯部。而取决于剪应力或拉应力的变形、产生毛刺或其他的人为损伤问题在这些文献中并没有提及。
发明内容
本发明的目的在于，针对性地改进一种开头所述类型的方法，以致由此生产的成型件不需要或只需要至少非常少的精整。特别是成型件在其产生通孔的区域内应该没有显著的断裂现象、毛刺或其他的变形。
该目的通过按照本发明的方法和按照本发明的设备达到。
按照本发明，提出一种用于制造一种设有一个通孔的成型件的方法，其中在一个进给步骤中，将一个棒形的毛坯沿其纵向方向向前推进通过一个与毛坯相同横截面形状的导向装置一个确定的长度到一个阴模中并接着保持其固定，该阴模的内圆周壁确定待制造的成型件的外圆周，在至少一个成型步骤中，借助一个冲模将毛坯的在阴模侧处在导向装置之外的端部区域轴向镦粗并且在此成型为一个沿圆周通过阴模限定的圆盘，在一个穿通步骤中，借助一个同心于导向装置与导向装置相同横截面形状的冲头穿通处于阴模中的圆盘并且在此从圆盘中冲出一个与毛坯的未变形的部分一体的相同横截面形状的圆盘芯部，该圆盘芯部被推进导向装置中并且与毛坯的处于导向装置中的未变形的部分一起相反于毛坯的进给方向并且相反于一个传入毛坏中的轴向反力向后移动，在一个分离步骤中，将冲穿的圆盘与圆盘芯部分离，并且在一个取出步骤中，将完成的成型件从阴模中取出，其特征在于，在穿通步骤期间，通过冲模的一个套筒形的、包围冲头的、相对于冲头可移动的压紧装置沿圆盘芯部冲出方向对处于阴模中的圆盘施以一个轴向压力，轴向反力经由作用在毛坯的圆周上的夹紧装置传入毛坯中，并且轴向压力和轴向反力选择成如此之大，以致在圆盘中产生一种至少抵消产生的拉应力或剪应力的应力状态。
按照本发明，还提出一种用于实施本发明所述方法的设备，包括一个用于一个毛坯的导向装置、一个阴模、一个可移动的具有一个用于轴向镦粗和成型毛坯的一个端部区域的冲头的冲模、用于毛坯的进给装置和用于毛坯的固定装置，其特征在于，冲模具有一个套筒形的、包围冲头的、相对于冲头可移动的压紧装置，经由该压紧装置对一个处于阴模中的圆盘可施以一个轴向压力，其中固定装置具有一个作用在毛坯的圆周上的夹紧装置，该夹紧装置与导向装置和阴模分开地构成并且用于将一个轴向反力传入毛坯中。
所谓“棒料”在当前的关系中应该被理解为任何具有明显的纵伸和任意在纵伸上恒定横截面的材料形状。特别是任何尺寸的杆、棒和金属丝属于该定义。圆形横截面是常规的，但本发明并不限于如此。名称“棒形的”要类似地理解。所谓“圆盘”在当前的关系中应该被理解为任何相对毛坯在横截面尺寸上扩大的体形。具有特别为圆形外轮廓的平面圆盘是常规的，但本发明并不限于此。
本发明的本质在于下列：在一种用于制造一种设有一个通孔的成型件的方法中，在一个进给步骤中，将一个棒形的毛坯沿其纵向方向向前推进通过一个与毛坯相同横截面形状的导向装置一个确定的长度到一个阴模中并接着保持其固定，该阴模的内圆周壁确定待制造的成型件的外圆周。在至少一个成型步骤中，借助一个冲模将毛坯的在阴模侧处在导向装置之外的端部区域轴向镦粗并且在此成型为一个沿圆周通过阴模限定的圆盘。在一个穿通步骤中，借助一个同心于导向装置与导向装置相同横截面形状的冲头穿通处于阴模中的圆盘并且在此从圆盘中冲出一个与毛坯的未变形的部分一体的相同横截面形状的圆盘芯部，该圆盘芯部被推进导向装置中并且与毛坯的处于导向装置中的未变形的部分一起相反于毛坯的进给方向向后移动。在一个分离步骤中，将冲穿的圆盘与圆盘芯部分离，并且最后在一个取出步骤中，将完成的成型件从阴模中取出。按照本发明，在穿通步骤期间，通过冲模的一个套筒形的、包围冲头的、相对于冲头可移动的压紧装置沿圆盘芯部冲出方向对处于阴模中的圆盘施以一个轴向压力并且相反于圆盘芯部冲出方向对毛坯施以一个轴向反力，其中压紧装置的外轮廓基本上相应于阴模的内轮廓。
通过轴向压力和轴向反力，在适合地确定大小情况下产生一种阻止在冲穿时在圆盘中产生的通孔的圆周边缘上的显著的断裂现象、毛刺或其他的变形的应力状态。
优选即使在分离步骤期间，亦即在将从处于阴模中的圆盘中冲出的圆盘芯部与圆盘分离时，也沿圆盘芯部冲出方向将一个轴向压力施加到处于阴模中的圆盘上。
优选在成型步骤、穿通步骤和分离步骤期间，借助一个作用在毛坯的圆周上的夹紧装置保持毛坯固定。
优选借助作用在毛坯的外圆周上的夹紧装置将反力传入毛坯中。在此可以将反力或是施加在夹紧装置上并由其传到毛坯上或是通过由夹紧装置作用到毛坯上的摩擦力产生所述反力。
优选这样确定轴向压力和相反作用的反力的大小，以致在圆盘中通过叠加压应力达到一种至少抵消在穿通过程中作用的在圆盘内的剪应力和拉应力的应力状态。由此最好地避免在产生的通孔的圆周边缘上的断裂现象、毛刺或其他的变形。
按照本发明方法的一种特别有利的实施形式，从圆盘中不完全地冲出圆盘芯部，而优选只达到其高度或圆盘的厚度的约98-99%。然后紧接着在所述轴向压力持续作用到处于阴模中的圆盘上的情况下，使毛坯连同与其一体的圆盘芯部一起拉回或轴向离开处于阴模中的圆盘，直到圆盘芯部与留下的圆盘环分离。通过该措施也避免了在成型件的内边缘上形成不符合要求的变形并且还阻止冲头撞在阴模的内边缘上。按照一种同样有利的备选实施方案，保持毛坯固定并且使阴模连同处于其中的圆盘一起离开毛坯。
在所列举的DE3147897A1中描述的方法中，将毛坯保持在两个冲模之间，它们实现毛坯的进给及其镦粗。由此限制毛坯的长度继而限制用一个毛坯可制造的成型件的数量并且毛坯的不可用的剩余部分作为废料丢弃。按照本发明方法的另一种有利的实施形式，该问题这样避免，即为了支承毛坯和其位置合适的固定，在成型步骤期间并且优选还在穿通步骤期间和在分离步骤期间使用一个夹紧装置，它作用在毛坯的圆周上。该夹紧装置可以例如沿进给方向设置在导向装置之前不远处。按这种方式不通过一个第二冲模限制毛坯的长度，从而还可以加工长棒或可以说连续的例如绕成线圈存在的毛坯材料，并且与之相应地实际上不再产生值得一提的废料。
按照本发明方法的另一种有利的实施形式，在一个减径步骤中，通过横截面变小从一个较大横截面尺寸的棒料产生所述毛坯。亦即作为原材料使用一种棒料，它具有比用于制造成型件所需要的毛坯更大的横截面尺寸，并且该棒料变小到用于毛坯或待由其制造的成型件所需要的横截面尺寸。可以例如以本身已知的方式借助一个前置的减径阴模实现该变小，在进给步骤中或在一个前置的成型步骤中在毛坯的进给期间，挤压和/或拉拔棒料通过减径阴模。按这种方式，棒料的尺寸不必与毛坯的尺寸一致并且可以用同一种棒料制造不同尺寸的成型件。由此大大简化特别是棒料的购置和储存。
一种用于实施按照本发明方法的设备包括一个用于一个毛坯的导向装置、一个阴模、一个可移动的具有一个用于轴向镦粗和成型毛坯的一个端部区域的冲头的冲模、用于毛坯的进给装置和用于毛坯的固定装置。按照本发明，冲模具有一个套筒形的、包围冲头的、相对于冲头可移动的压紧装置，经由该压紧装置对一个处于阴模中的圆盘可施以一个轴向压力，其中压紧装置的外轮廓基本上相应于阴模的内轮廓，并且固定装置具有一个作用在毛坯的圆周上的夹紧装置，该夹紧装置与导向装置和阴模分开地构成并且用于将一个轴向反力传入毛坯中。此外通过该夹紧装置，可以加工很长的或可以说连续的棒料。
按照一种有利的实施形式，夹紧装置沿毛坯的纵向方向是可调的。
按照另一种有利的实施形式，设备具有一个横截面减径装置，用于从一个较大横截面尺寸的棒料成形所述毛坯。这能够实现从一种有限批的不同棒料制造不同尺寸的成型件。
按照本发明的方法和按照本发明的设备以冷成型到热成型可用于全部温度范围内。
附图说明
下面参照附图借助两个实施例详细描述按照本发明的方法和按照本发明的设备。其中：
图1-6按照本发明的设备的一个第一实施例的各重要部件的六个典型的方法阶段；
图4a图4中的细节A的放大图；
图7-12按照本发明的设备的一个第二实施例的各重要部件的六个典型的方法阶段；和
图10a图10中的细节B的放大图。
具体实施方式
下面的各实施形式只描述例如平面的环形成型件的制造，其中使用具有圆形横截面的棒料或毛坯。
图1-6说明本发明的一个第一实施例，其中只示出设备的用于理解本发明的重要部件。可看到一个导向装置1、一个设置在其上方的阴模2、一个冲模3和一个夹紧装置4以及只通过一个箭头象征性表示的进给装置5和50，用于一个具有圆形横截面的棒形毛坯R、用于夹紧装置4和用于冲模3。导向装置1、阴模2、冲模3和夹紧装置4相互同心定位。冲模3包括一个冲头31和一个包围冲头的基本上套筒形或环形的压紧装置32。导向装置1和阴模2是固定的，而冲模3和夹紧装置4轴向可移动地设置。导向装置1、阴模2、冲模3、夹紧装置4和进给装置5、50是一台成型机的部件，成型机以本身已知的方式具有驱动装置，用于实现所述各设备部件的尚待描述的运动过程以及用于产生所需要的力。对于技术人员来说对此不需要更详细说明。
固定的导向装置1具有一个贯穿的、在这里例如圆柱形的导向孔11，它具有基本上与待使用的毛坯R相同的横截面形状。同样固定的阴模2具有一个圆柱形的内腔21，其直径大于毛坯R或导向孔11的直径。冲模3的冲头31构成为圆柱形的并且具有基本上与毛坯R相同的横截面形状。冲模3的压紧装置32具有一个圆柱管的形状，其中其外径基本上相应于阴模2的内径。冲头31和压紧装置32在这里具有平面的端面31a或32a。夹紧装置4具有例如两个对置的夹紧钳41和42，它们与毛坯R的外部形状匹配。
按照本发明的方法在一个重复的循环中进行。在一个进给步骤中，借助设有一个进给装置5的夹紧装置4将毛坯R通过导向装置1和阴模2沿其纵向方向向前推进直到提供为成型所需要的材料体积。然后向前推进冲头31直到其端面31a到达在图1中所示的成型开始位置。毛坯的从导向装置1直到冲模3延伸的部分以下称为端部区域。
在接着的成型步骤中，将被施以一个夹紧力FK的夹紧装置4保持固定并且轴向固定毛坯R。紧接着将冲模3作为整体轴向压向毛坯R的端部区域，其中冲头31和压紧装置32被施以一个冲压力FSt或一个压紧力FNH。通过冲模3的进给运动将毛坯的端部区域镦粗并成型到阴模中，其中首先产生一个加粗状的变形件W，它特别是尚未填满阴模2的各角部区域（图2）。通过继续轴向向前推进冲模3，将加粗状的变形件W成型成一个填满阴模2并且具有待制造的成型件的确定的外部形状的圆盘S（图3）。
在这两个方法步骤之后，已达到待制造的成型件的外部结构。现在接着一个穿通步骤，在该穿通步骤中产生待制造的成型件的中心的环孔。为此（只）将冲模3的冲头31通过施以一个轴向冲压力FSt轴向压过圆盘S。在此仍然保持在夹紧装置4中的毛坯R与夹紧装置一起相反于一个确定的、轴向作用到夹紧装置4上的反力FG离开导向装置1。按这种方式通过冲头31从圆盘S中压出一个与毛坯一体的圆盘芯部KS并推入导向装置1中（图4）。在该步骤期间，压紧装置32使处于阴模2中的圆盘S保持固定并对其施以一个轴向压力FNH。同时所述反力FG轴向作用到毛坯和圆盘S上。轴向压力FNH和轴向反力FG在圆盘S中产生一种压应力，这种压应力叠加和抵消或甚至过度抵消在穿通圆盘时产生的剪应力和拉应力。在完全冲出圆盘芯部KS之前，终止所述穿通过程。实际上这意味着将圆盘芯部KS冲到约98-99%或以其相应于圆盘S的厚度的高度的约1-2%仍处在圆盘S内。图4a放大地详细说明了这一点。
作为下一步接着一个分离步骤。在该分离步骤期间，压紧装置32也使处于阴模2中的圆盘S保持固定并对其施以一个轴向压力FNH。一如既往地固定保持在夹紧装置4中的毛坯R在该步骤中与夹紧装置4一起在一个松开力FL的作用下相反于毛坯的进给方向离开固定的导向装置1或固定的阴模2一段短的行程，在图5中亦即向下。在此与毛坯一体的圆盘芯部KS与圆盘S分离，借此圆盘S现在具有一个中心的通孔并且由此完成的成型件具有要求的形状。通过经由压紧装置32对在阴模中保持固定的圆盘S施以轴向压力FNH，在适合地确定轴向压力FNH和反力FG的大小情况下，通过叠加压应力抵消或过度抵消在穿通圆盘时和在分离圆盘芯部KS时产生的剪应力和拉应力并由此阻止在圆盘中产生的通孔的圆周边缘上形成断裂现象、毛刺或其他的变形。
按照另一方法方案，也可以通过摩擦产生作用到毛坯上的反力FG。在此将夹紧装置4保持固定并将夹紧力FK这样地调节得稍低些，以致毛坯R可以相反于通过夹紧作用产生的摩擦阻力而移过夹紧装置4。摩擦阻力在此相应于所述反力。
按照另一方法方案，分离步骤还可以这样实施，即不使毛坯离开阴模，而是使毛坯R在夹紧装置4中保持并且使阴模2连同处于其中的圆盘S、必要时与导向装置1一起离开毛坯。为此所需要的、作用到阴模2或导向装置1上的松开力在图5中通过箭头FLa象征性地表示。
按照该方法步骤处于阴模2中完成的成型件用FT标记并且现在在一个取出步骤中从设备中取出，其中这优选通过利用一个在这里未示出的推料器推出成型件FT实现。为此将冲模3移到在图6中所示的位置并在此同时将冲头31拉入压紧装置32中，直到它们的端面重新处于一个平面内。一个只通过一个箭头象征性表示的抓取装置6抓住完成的成型件FT并将其导向例如一个未示出的接收容器或一个另外的加工站。最后将冲模3和夹紧装置4重新移到它们在图1中所示的初始位置，并且可以开始另一方法循环。
图7-12说明本发明的一个第二实施例，它与按图1-6的实施例的区别基本上仅在于，沿毛坯R的进向方向在夹紧装置4之前同心于夹紧装置设置一个减径阴模7形式的横截面减径装置。减径阴模7以到夹紧装置的固定间距设置并且可与后者一起移动。
在这种方法方案中，使用一种具有比为制造成型件所需要的实际的毛坯R更大横截面尺寸的棒料RA作为原材料，其，并且在一个减径步骤中由该更粗的棒料RA形成实际的毛坯R。换句话说，毛坯R的横截面尺寸在到达夹紧装置4或导向装置1之前减小到符合要求的或所需要的尺寸。有利的是，在方法的进给步骤的范围内实施该横截面或粗度变小，但也可以在一个前置的步骤中实现。通过横截面变小在其余的方法过程中棒料的尺寸不必与毛坯的尺寸一致并且可以用同一种棒料制造不同尺寸的成型件。
在图7-12中所示的设备的所有其余的部件完全和全部相应于图1-6的设备，其中以相同的标记标明相同的部件。除了附加的减径或变小步骤外，所有的方法步骤和运动过程与在图1-6的实施例中相同，从而不需要更详细的说明。此外与第一实施例相关说明的各方法方案也适用于按图7-12的实施例。
Claims (15)
1.用于制造一种设有一个通孔的成型件（FT）的方法，其中在一个进给步骤中，将一个棒形的毛坯（R）沿其纵向方向向前推进通过一个与毛坯（R）相同横截面形状的导向装置（1）一个确定的长度到一个阴模（2）中并接着保持其固定，该阴模的内圆周壁确定待制造的成型件（FT）的外圆周，在至少一个成型步骤中，借助一个冲模（3）将毛坯（R）的在阴模侧处在导向装置（1）之外的端部区域轴向镦粗并且在此成型为一个沿圆周通过阴模（2）限定的圆盘（S），在一个穿通步骤中，借助一个同心于导向装置（1）与导向装置（1）相同横截面形状的冲头（31）穿通处于阴模（2）中的圆盘（S）并且在此从圆盘（S）中冲出一个与毛坯（R）的未变形的部分一体的相同横截面形状的圆盘芯部（KS），该圆盘芯部被推进导向装置（1）中并且与毛坯（R）的处于导向装置（1）中的未变形的部分一起相反于毛坯（R）的进给方向并且相反于一个传入毛坏（R）中的轴向反力（FG）向后移动，在一个分离步骤中，将冲穿的圆盘（S）与圆盘芯部（KS）分离，并且在一个取出步骤中，将完成的成型件（FT）从阴模（2）中取出，其特征在于，在穿通步骤期间，通过冲模（3）的一个套筒形的、包围冲头（31）的、相对于冲头（31）可移动的压紧装置（32）沿圆盘芯部冲出方向对处于阴模（2）中的圆盘（S）施以一个轴向压力（FNH），轴向反力（FG）经由作用在毛坯（R）的圆周上的夹紧装置（4）传入毛坯（R）中，并且轴向压力（FNH）和轴向反力（FG）选择成如此之大，以致在圆盘（S）中产生一种至少抵消产生的拉应力或剪应力的应力状态。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在分离步骤期间，沿圆盘芯部冲出方向对处于阴模（2）中的圆盘（S）施以轴向压力（FNH）。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在穿通步骤中，从圆盘（S）中不完全地冲出圆盘芯部（KS）。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在穿通步骤中，从圆盘（S）中只在圆盘芯部的厚度的98-99%冲出圆盘芯部（KS）。
5.按照权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，在分离步骤中，使毛坯（R）的剩余部分连同与其一体的圆盘芯部（KS）一起轴向离开在阴模（2）中保持固定的圆盘（S），从而将圆盘芯部（KS）与圆盘（S）分离。
6.按照权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，在分离步骤中，使阴模（2）连同处于其中的圆盘（S）一起轴向离开毛坯（R）的保持固定的剩余部分和与其一体的圆盘芯部（KS），从而将圆盘芯部（KS）与圆盘（S）分离。
7.按照权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，在成型步骤、穿通步骤和分离步骤期间，借助作用在毛坯（R）的圆周上的夹紧装置（4）使毛坯保持固定。
8.按照权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，轴向反力（FG）施加到夹紧装置（4）上并且经由夹紧装置传入毛坯（R）中或通过一个由夹紧装置（4）作用到毛坯上的摩擦力产生轴向反力（FG）。
9.按照权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，在一个减径步骤中，通过横截面变小从一个较大横截面尺寸的棒料（RA）产生所述毛坯（R）。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，在进给步骤期间实现减径步骤。
11.按照权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，压紧装置（32）的外径基本上相应于阴模（2）的内径。
12.用于实施按照权利要求1所述方法的设备，包括一个用于一个毛坯（R）的导向装置（1）、一个阴模（2）、一个可移动的具有一个用于轴向镦粗和成型毛坯的一个端部区域的冲头（31）的冲模（3）、用于毛坯的进给装置（5）和用于毛坯的固定装置（4），其特征在于，冲模（3）具有一个套筒形的、包围冲头（31）的、相对于冲头（31）可移动的压紧装置（32），经由该压紧装置对一个处于阴模（2）中的圆盘（S）可施以一个轴向压力（FNH），其中固定装置具有一个作用在毛坯（R）的圆周上的夹紧装置（4），该夹紧装置与导向装置（1）和阴模（2）分开地构成并且用于将一个轴向反力（FG）传入毛坯（R）中。
13.按照权利要求12所述的设备，其特征在于，夹紧装置（4）沿毛坯（R）的纵向方向相反于轴向反力（FG）是可调的。
14.按照权利要求12所述的设备，其特征在于，该设备具有一个横截面减径装置（7），用于从一个较大横截面尺寸的棒料（RA）成形所述毛坯（R）。
15.按照权利要求12-14之一所述的设备，其特征在于，压紧装置（32）的外径基本上相应于阴模（2）的内径。
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