DD161228A1 - Einrichtung zur herstellung von schmiedestuecken aus gegossenen metallegierungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung von Schmiedestuecken aus gegossenen Metallegierungen, die aus einer Giessform, einem Schmiedegesenk und einer Entgratepresse besteht. Ziel ist eine universell einsetzbare Einrichtung. Hierbei sollen unabhaengig von Form, Groesse und Werkstoff der Schmiedestuecke giesstechnisch bedingte Fehler und unguenstige Gefuegestrukturen ausserhalb des Fertigteils entstehen. Erfindungsgemaess weist die Giessform im Bereich der spaeteren Gratspaltebene des Schmiedegesenkes ein Speisersystem auf. Die Konturen der Giessform sind gegenueber den Konturen des Schmiedegesenkes derart unterschiedlich, dass der Gussrohling unter Beibehaltung des Gesamtvolumens des spaeteren Schmiedestueckes bewusst Materialaufmasse bzw. Materialuntermasse aufweist. Die Materialanhaeufungen sind in aeusseren Randzonen und in der Naehe von durchgehenden Ausnehmungen angeordnet. Die Konturen des Schmiedegesenkes sind zwischen dem als Werkstueck vorgesehenen Teil und dem Speiser zur Erzeugung einer Einschnuerung ausgebildet und weisen einen gratmagazinaehnlichen Hohlraum auf. Beim Umformen muss in den mit Materialaufmass versehenen Bereichen ein vorwiegend stauchender und breitender Materialfluss sowie ein Mindestumformgrad von 0,2 erreicht werden. Fig. 4

Description

Titel der Erfindung

Einrichtung zur Herstellung von Schmiedestücken aus gegossenen Metallegierungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung "betrifft eine Einrichtung zur Herstellung von Schmiedestücken aus gegossenen Metallegierungen, die im wesentlichen aus einer Gießform, einem Schmiedegesenk und einer .Entgratepresse besteht und bei der Mittel zur Beseitigung von unerwünschten Gefügestrukturen und Gußfehlern vorgesehen sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits Einrichtungen zum Gießschmieden mit dem Ziel entwickelt worden, die gießtechnologisch bedingten ungünstigen Gefügestrukturen und Fehler so gering wie möglich zu halten bzw. beim nachfolgenden Schmieden zu beseitigen. Dabei werden in der Regel oben offene Formen verwendet» Es wird ohne Anschnitt- oder Speisersystem gegossen. In der DE-AS 1 677 098 wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Schmiedestücken beschrieben, bei der beim Gießvorgang zur Ableitung der Wärme ein Kupferkern in die oben offene Gießform hineinragt. Dadurch finden Schrumpfungs,vorgänge während der Abkühlung des Formteils nicht nur in seinem Ümfangsbereich sondern auch im Bereich um den Kernt herum statt. Der Kern hinterläßt eine kalottenförmige, jedoch rißfreie Vertiefung, die während des Schmiedens beseitigt wird. Ebenso werden

durch den Metallfluß im Umfangsbereich des Gußrohlings-die in diesem Bereich entstandenen Schrumpfungsfehler beseitigt.

Die beschriebene Vorrichtung ist nur für kleine Teile geeignet, bei denen auf Grund ihrer geringen Masse die Schrumpfungs- und Schwindungsvorgänge in vertretbaren Grenzen auftreten. Außerdem ist die Art der zu verwendenden Werkstoffe auf solche, die ein geringes Schwindungsverhalten aufweisen, beschränkt.

Zur Erzeugung von nahezu fehlerfreien Gußstücken mit hoher Dichtigkeit wurde eine Einrichtung entwickelt, die an Stelle einer offenen Gießform eine Niederdruck-Gießeinrichtung verwendet (SU-US 38 461). Der technologische Aufwand zur Erreichung dieses Zieles ist relativ groß und somit wirtschaftlich nur vertretbar, wenn es sich um !'lassen- bzw. Großserienproduktion handelt. Andererseits ist für dieses Gießverfahren eine besondere'gießtechnische Gestaltung der Gußteiie erforderlich, 30 daß auch dadurch Einschränkungen im Anwendungsbereich der Einrichtung in Kauf genommen werden müssen. Außerdem ist eine wirtschaftliche Anwendung des ITiederdruck-Gießverfahrens auf Hichteisenwerkstoffe begrenzt.

Schließlich ist ein Verfahren zur Dichtigkeitssteigerung gegossener Metallegierungen bekannt, das durch einen über 30 100 ms zeitlich ausgedehnten Schlag eine Verdichtung des Werkstoffes über dem gesamten Querschnitt des Rohlings erreicht, wobei der Rohling gleichzeitig unter die Umwandlungstemperatur abgeschreckt wird (DE-AS 2 14O 584). Durch dieses Verfahren können allenfalls kleinere Gußfehler beseitigt werden, indem sie während des Umformvorganges verschweißen. Größere, insbesondere durch Schwindung und Schrumpfung hervorgerufene Gußfehler sind mit dieser Verfahrensweise nicht zu beseitigen. Dadurch ist dieses Verfahren nur für kleine Teile geeignet und auf Werkstoffe beschränkt, die ein geringes Schrumpfungsverhalten aufweisen.

Alle beschriebenen technischen Lösungen sind in ihrer Anwendung erheblich eingeschränkt. Diese Einschränkungen können zunächst durch die Verwendung von Speisern, die in be-

kannter Weise große Scnwindungslunker aufnehmen, beseitigt werden. Eine derartige Lösung wurde bereits bei der Herstellung von Scheibenbremsen-Achsschenkeln erprobt (Truxell, R. "Gast Performs Crop Costs on Automotive Forgings", Steel, Cleveland, 1968 ν. 21. 10. 1968, S. 37 - 41). Allerdings wurde der Speiser sofort nach der Erfassung des Gußrohlings warm abgeschert. Zum Gesenkschmieden wurde der Rohling wieder erwärmt. Dadurch kommen die Vorteile des Gießschmiedens nicht zur Geltung. Außerdem machte sich vor dem Schmieden eine 100 $-ige Prüfung der Gußrohlinge auf Gußfehler erforderlich, da keine weiteren Maßnahmen zur Beherrschung der Gußfehler vorgesehen waren.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Einrichtungen zur Herstellung von Schmiedestücken aus gegossenen Metallegierungen zu schaffen, die mit angemessenem gerätetechnischen Aufwand und bei höher Qualität der Schmiedestücke universell - einsetzbar sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Einrichtungen zur Herstellung von Schmiedestücken aus gegossenen Metallegierungen so zu gestalten, daß unabhängig von Form, Größe und Werkstoff der Schmiedestücke die gießtechnisch bedingten Fehler und ungünstigen Gußgefüge weitestgehend außerhalb des Fertigteils entstehen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gießform im Bereich der späteren Gratspaltebene des Schmiedegesenkes vorzugsweise symmetrisch zu dieser Gratspaltebene als Einguß ein an sich bekanntes Speisersystem aufweist. Die Konturen der Gießform 3ind gegenüber den Konturen des Schmiedegesenkes- derart unterschiedlich, daß etwa unter Beibehaltung des Gesamtvolumens des späteren Schmiedestückes zur Konzentration und späteren Beseitigung der an sich, in Gußstücken unvermeidbaren Gußfehler bzw. unerwünschten Ge-

fügestrukturen bewußt Materialaufmäße und in den angrenzenden Bereichen entsprechende Materialuntermaße am Gußrohling vorgesehen sind. Dabei sind die durch die Materialaufmaße, erzielten Materialanhäufungen in den etwa parallel zur späteren .Gratspaltebene des Schmiedegesenkes verlaufenden äußeren Randzonen und in der Fähe von durchgehenden Ausnehmungen anzuordnen.

Die Konturen des Schmiedegesenkes sind zwischen dem als späteren Werkstück vorgesehenen Teil und dem.Speiser so ausgebildet, daß sie beim Schmieden eine Einschnürung vorzugsweise bis auf Gratstärke erzeugen. Sie weisen ferner einen gratmagazinähnlichen Hohlraum zur Aufnahme des nicht zu verformenden Speisers auf. Beim Umformen muß ein Umformgrad von mindestens 0,2 und .ein vorwiegend stauchender und breitender Materialfluß mindestens in den zuvor genannten mit Materialaufmaß versehenen Bereichen erreicht werden. Die Verwendung von Speisern ermöglicht das Gießen großer Teile. Dabei bildet sich der Schwindungsiunker in bekannter Weise im Speiser aus. Da der Speiser im Bereich der Gratspaltebene angeordnet ist, wird dieser beim Entgraten des fertigen Schmiedestückes mit beseitigt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ferner erreicht, daß die gießtechnisch bedingten ungünstigen Gefügestrukturen und Gußfehler vorwiegend in den mit Materialaufmaß versehenen Bereichen des Gußrohlings entstehen. Es wird somit eine bewußte Konzentration dieser Fehler im Gußrohling erzeugt. Lage, Größe und Gestalt dazu vorgesehener Konturen richten sich nach der Beschaffenheit des herzustellenden Schmiedestückes und sind durch gießtechnische Kriterien bestimmt. Beim anschließenden Umformen werden diese Bereiche, in denen die Fehler und unerwünschten Gefügestrukturen konzentriert sind, so stark umgeformt, daß ein Teil der Pehler beispielsweise durch Verschweißen von Mikrolunkern beseitigt wird und ein anderer Teil der Fehler in Bereiche der Grat ent stehung gelangen. Beim nachfolgenden Ausstanzen wird der Grat entfernt, so daß ein nahezu von Gußfehlern freies Schmiedestück ent st eht.

Ausführungsbeispiel

nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Pig. 1: einen Längsschnitt des herzustellenden Schmiedestückes,

Pig. 2: die Gießform für den dazu erforderlichen Gußrohling,

Fig. 3: einen Schnitt durch die Gießform gemäß Fig. 2 an der Stelle AA,

Fig. 4: das Schmiedegesenk für das Schmiedestück und

Fig. 5: einen Schnitt durch das Schmiedegesenk gemäß Fig. 4 an der Stelle BS.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht das herzustellende Schmiedestück im wesentlichen aus einem zylindrischen länglichen Schaft 1 mit einem Durchmesser 2, wobei ein Endbereich des länglichen Schaftes 1 einen zylindrischen Absatz 3 mit einem Durchmesser 4 und der gegenüberliegende . Endbereich einen zylindrischen Anguß 5 mit einer zylindrischen Ausnehmung 6 aufweist, wobei die Längsachse des zylindrischen Angusses 5 senkrecht zu der Längsachse des Schaftes 1 steht und die Höhe des Angusses 5 gleich dem Durchmesser 2 des Schaftes 1 ist.

In Fig. 2 wurde ein Gußrohling 7, wie er zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Schmiedestückes erforderlich ist, in einer Gießform 8 dargestellt. Aus der Darstellung wird deutlich, daß der Gußrohling 7 stehend abgegossen wird und die Gießform 8 durch eine Formteilungsebene 9 geteilt ist. Als Einguß wird ein Speisersystem 10 verwendet, das auf den zylindrischen Absatz 3 aufgesetzt ist. Im vorliegenden Beispiel ist e3 symmetrisch zur Formteilungsebene 9 angeordnet. Der zylindrische Absatz 3 weist in der Gießform 8 einen Durchmesser 11 auf. Die Kontur der Gießform 8 ist im Bereich der beiden Stirnseiten des zylindrischen Angusses 5 durch ringförmige Vertiefungen 12 gekennzeichnet, wodurch sich für den zylindrischen Anguß 5 des Gußrohlings 7 eine Höhe 13 ergibt.

Pig. 3 läßt erkennen, daß die Gießform 8 im Bereich des Schaftes 1 des Schmiedestückes einen elliptischen Querschnitt 14 aufweist, wobei die Hauptachse der Ellipse senkrecht zur Formteilungsebene 9 der Gießform 8 steht und größer als der Durchmesser 2 ist, während die kleine Achse der Ellipse kleiner als der Durchmesser 2 ist.

In Pig. 4 wurde ein Schmiedegesenk 15 mit einem aus dem Gußrohling 7 gefertigten Schmiederohling 16 dargestellt. Dieser Schmiederohling 16 besitzt im Bereich des Schaftes 1 den in Pig. 5 gezeigten kreisförmigen Querschnitt mit dem bereits in Pig. 1 bezeichneten Durchmesser 2. Das Schmiedegesenk 15 weist eine Gratspaltebene 17 auf, die im vorliegenden Beispiel mit der Pormteilungsebene 9 der Gießform 8 übereinstimmt. Somit liegt auch das Speisersystem 10 in der Gießform 8 symmetrisch zur späteren Gratspaltebene 17 des Schmiedegesenkes 15·

Perner weist das in Pig. 4 dargestellte Schmiedegesenk 15 zwischen dem als späteren Werkstück vorgesehenen Teil des Schmiederohlings 16 und dem Speisersystem 10 zur Erzeugung einer Einschnürung Konturelemente 18 und zur Aufnahme des unverformten Speisersystems 10 einen gratmagazinartigen Hohlraum 19 auf. Mit den Konturelementen 18 wird beim Schmieden ein Einstich bis auf Gratstärke erzeugt, so daß das Speisersystem 10 nur noch durch einen an dieser Stelle entstandenen Grat 20 mit dem eigentlichen Werkstück verbunden ist. Zur Aufnahme des Gußrohlings 7, insbesondere in seiner durchgehenden Ausnehmung 6 sind am Schmiedegesenk 15 Konturstücke 21 vorgesehen, die die Entstehung eines nicht durchgehenden Innengrates 22 gewährleisten.

Beim Vergleich der Konturen und der Querschnitte der Gießform 8 mit denen des Schmiedegesenkes 15 sind deutliche Unterschiede zu erkennen. Der Gußrohling 7 weist in dem Bereich des Schaftes 1 den elliptischen Querschnitt 14 auf, der während des Schmiedens in einen kreisförmigen Querschnitt mit dem Durchmesser 2 umgeformt wird. Dadurch wird ein ausreichender Umforingrad gewährleistet, d.h. durch den dabei auftretenden Materialfluß wird eine hohe Verdichtung

des Werkstoffes innerhalb des gesamten zylindrischen Schaftes 1 des Schmiedestückes erreicht. Der Durchmesser 4 des zylindrischen Absatzes 3 entsteht beim Umformen durch vorwiegend stauchenden Materialfluß aus dem bewußt mit Materialaufmaß versehenen Durchmesser 11, den die Gießform 8 an dieser Stelle aufweist. Ebenfalls sind die beiden Stirnseiten des zylindrischen Angusses 5 des Gußrohlings 7 mit Materialaufmaß versehen. Dieses Materialaufmaß wird durch die in die Gießform 8 eingearbeiteten ringförmigen Vertiefungen 12 realisiert. Da die dadurch am zylindrischen Anguß 5 erreichte Höhe 13 größer ist als die dementsprechende Fertigteilhöhe, die wie aus Fig. 4 ersichtlich, dem Durchmesser 2 des Schmiedestückes entspricht, wird auch hier beim Schmieden eine Stauchwirkung erreicht. Beide bewußt -vorgesehenen Materialaufmaße sind so gewählt, daß beim Umformen ein Mindestumformgrad von 0,2 erreicht wird. Sie werden beim Schmieden vollständig beseitigt. Dadurch entsteht in diesen Bereichen eine hohe Verdichtung.

Gleichzeitig verschweißen kleinere abkühlungsbedingte Hohlräume und ungunstige Gefügestrukturen, z. B. Widmannstättensches Gefüge werden beseitigt.

Die Materialaufmaße sind in parallel zur Gratspaltebene verlaufenden äußeren Handzonen des Gußrohling3 7 bzw. in der Nähe der durchgehenden Ausnehmung 6 angeordnet, so daß beim Umformen ein Teil des fließenden Materials und damit auch die darin enthaltenen Fehler in das Gratmagazin gelangen. Beim anschließenden Entgraten werden Innen- und Außengrat sowie auch das Speisersystem 10, in dem ein großer Teil der abkühlungsbedingten Fehler wie Schwindungsiunker u.a. enthalten ist, abgetrennt. Das Schmiedestück ist dadurch nahezu ohne Gußfehler und von hoher Dichtigkeit und besitzt somit eine gute Qualität.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch

   Einrichtung zur Herstellung von Schmiedestücken aus gegossenen Metallegierungen, die im wesentlichen aus einer Gießform, einem Schmiedegesenk und einer Entgratpresse besteht und bei der Mittel zur Beseitigung von unerwünschten Gefüge·*- Strukturen und Gußfehlern vorgesehen sind, wobei das Schmieden vorzugsweise unter Ausnutzung der Gießwärme erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß die Gießform (8) im Bereich der späteren Gratspaltebene (17) des Schmiedegesenkes (15), vorzugsweise symmetrisch zu dieser Gratspalt ebene (17) als Einguß ein an sich bekanntes Speisersystem (10) aufweist und die Konturen der Gießform (8) gegenüber den Konturen des Schmiedegesenkes (15) derart unterschiedlich sind, daß etwa unter Beibehaltung des Gesamtvolumens des späteren Schmiedestückes zur Konzentration und späteren Beseitigung der an sich in Gußstücken unvermeidbaren Gußfehler bzw. unerwünschten Gefügestrukturen bewußt Materialaufmaße und in den angrenzenden Bereichen entsprechende Materialuntermaße am Gußrohling (7) vorgesehen sind, wobei die durch die Materialaufmaße erzielten Materialanhäufungen in den etwa parallel zur späteren Gratspaltebene des Schmiedegesenkes (15) verlaufenden äußeren Randzonen und in der ITähe von durchgehenden Ausnehmungen (6) anzuordnen sind, während die Konturen des Schmiedegesenkes (15) bei Gewährleistung eines Umformgrades von mindestens 0,2 und eines vorwiegend stauchenden und breitenden Materialflusses mindestens in den zuvor genannten mit Materialaufmaß versehenen Bereichen zwischen dem als späteren Werkstück vorgesehenen Teil und dem Speisersystem (10) so ausgebildet sind, daß sie beim Schmieden eine Einschnürung vorzugsweise bis auf Gratstärke erzeugen und zur Aufnahme des nicht zu verformenden Speisersystems (10) einen gratmagazinähnlichen Hohlraum (19) aufweisen.

   Hierzu
2. 2 Blatt Zeichnungen