DE10027703A1 - Process for hot and cold deformation, especially extrusion of a metallic workpiece uses a matrix excited using an oscillating device relative to the workpiece - Google Patents
Process for hot and cold deformation, especially extrusion of a metallic workpiece uses a matrix excited using an oscillating device relative to the workpieceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warm- und Kaltumformen, insbesondere zum Fließpressen eines metallischen Werkstücks unter Verwendung einer Matrize und einer Vorschubeinrichtung für das Werkstück. Weiterhin betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.The invention relates to a method for hot and cold forming, in particular for extruding a metal workpiece using a die and a feed device for the workpiece. The invention further relates to a device suitable for carrying out the method.
Verfahren und Vorrichtungen zum Warm- und Kaltumformen, insbesondere zum Fließpressen metallischer Werkstücke sind allgemein bekannt, ohne dass sie im einzelnen näher beschrieben werden müssen. Sie basieren allgemein auf einer Nutzung der Fließfähigkeit metallischer Werkstoffe, insbesondere duktieler Werk stoffe, und beruhen darauf, dass das zu verformende Material durch Einwirken äußerst hoher Press- oder Schlagkräfte im geschlossenen Formraum einer fest stehenden Matrize, oder beim Hindurchtreten durch eine sich verengende Matrize in eine gewünschte Form gebracht werden.Methods and devices for hot and cold forming, in particular for Extrusion of metallic workpieces are generally known without being in the individual must be described in more detail. They are generally based on one Use of the flowability of metallic materials, especially ductile works substances, and are based on the fact that the material to be deformed by action extremely high press or impact forces in a closed mold space standing matrix, or when passing through a narrowing matrix can be brought into a desired shape.
Eine Weiterentwicklung eines Verfahrens sowie einer Vorrichtung zum Kaliverfor men, insbesondere zum Kaltfließpressen metallischer Werkstücke ist durch das Dokument DE 197 35 486 A1 bekannt geworden. A further development of a method and a device for Kaliverfor men, especially for cold extrusion of metallic workpieces Document DE 197 35 486 A1 has become known.
Die daraus bekannte Vorrichtung zur Kaltverformung, insbesondere zum Kaltfließ pressen eines Werkstücks, die eine Verformungsmatrize und eine Vorschubein richtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Werkstück und Verfor mungsmatrize aufweist, zeigt eine mit der Vorschubeinrichtung zusammenwirken de Frequenzerzeugungseinrichtung, durch welche die von der Vorschubeinrich tung erzeugte Relativbewegung zwischen Werkstück und Verformungsmatritze derart modulierbar ist, dass nach einem Vorwärtshub, bei dem das Werkstück und/oder die Verformungsmatrize in Vorschubrichtung einen ersten Hubweg durchläuft, in einem darauffolgenden Rückwärtshub eine Bewegung der Verlor mungsmatrize und/oder des Werkstücks in einer der Vorschubrichtung entgegen gesetzten Richtung um einen zweiten Hubweg durchführbar ist.The known device for cold forming, in particular for cold flow pressing a workpiece, which includes a deformation die and a feed direction for generating a relative movement between workpiece and deform mungsmatrize shows a cooperate with the feed device de frequency generating device through which the of the feed device device generated relative movement between workpiece and deformation die can be modulated such that after a forward stroke in which the workpiece and / or the deformation die has a first stroke in the feed direction undergoes a movement of the lost in a subsequent reverse stroke mungsmatrize and / or the workpiece in one of the feed direction set direction is feasible by a second stroke.
Dabei ist vorgesehen, dass der beim Vorwärtshub in Vorschubrichtung zurückge legte erste Hubweg größer als der beim darauffolgenden Rückwärtshub zurück gelegte zweite Hubweg ist. Die erzeugte Modulationsfrequenz liegt im Bereich von etwa 5 bis 30 Hz.It is provided that the back in the forward stroke in the feed direction covered the first stroke distance greater than that of the subsequent reverse stroke placed second stroke is. The modulation frequency generated is in the range of about 5 to 30 Hz.
Bei der Frequenzerzeugungseinrichtung kann es sich um eine hydraulisch, pneu matisch, mechanisch oder elektromagnetisch arbeitende Frequenzerzeugungsein richtung handeln.The frequency generating device can be hydraulic, pneumatic matically, mechanically or electromagnetically operating frequency generation act in the direction.
Ein mit der vorgenannten Vorrichtung durchführbares Verfahren zur Kaltverfor mung eines Werkstücks, bei dem durch eine Vorschubeinrichtung eine Relativbe wegung zwischen dem Werkstück und einer Verformungsmatrize erzeugt wird, zeigt, dass die von der Vorschubeinrichtung erzeugte Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Verformungsmatrize durch die Frequenzerzeugungsein richtung derart moduliert wird, dass nach einem Vorwärtshub, bei dem in Vor schubrichtung das Werkstück und/oder die Verformungsmatrize einen ersten Hubweg durchläuft, in einem darauffolgenden Rückwärtshub eine Bewegung der Verformungsmatrize und/oder des Werkstücks in einer zu der Vorschubrichtung entgegengesetzten Richtung um einen zweiten Hubweg durchführbar ist.A method for cold forming which can be carried out with the aforementioned device tion of a workpiece in which a Relativbe movement between the workpiece and a deformation die is generated, shows that the relative movement generated by the feed device between the workpiece and the deformation matrix by the frequency generation direction is modulated such that after a forward stroke, in which in front direction of the workpiece and / or the deformation die a first Stroke passes, in a subsequent reverse stroke a movement of the Deformation die and / or the workpiece in one of the feed direction opposite direction is feasible by a second stroke.
Mit der bekannten Vorrichtung und dem damit durchführbaren Verfahren soll er reicht werden, dass die zur Kaltverformung, insbesondere zum Kaltfließpressen eines Werkstücks erforderlichen Vorschubkraft, die zur Erzielung einer definierten Endverformung eines Werkstücks erforderlich ist, deutlich geringer ist als bei einer konventionellen Vorrichtung.With the known device and the method that can be carried out with it, it should be enough that for cold forming, especially for cold extrusion of a workpiece, the feed force required to achieve a defined Final deformation of a workpiece is significantly less than that of a conventional device.
Ausgehend vom vorgehenden Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dass bekannte Verfahren zum Warm- und Kaltumformen, insbesondere zum Fließpressen eines metallischen Werkstücks, weiter zu vervollkommnen und zu verbessern, mit dem Ziel, einer noch rationelleren Arbeitsweise mit verringer tem maschinenbaulichen Aufwand bei verbesserter Ausgestaltung des matrizen artigen Werkzeuges.Starting from the above prior art, the object of the invention based on that known methods for hot and cold forming, in particular for extrusion of a metallic workpiece, to further perfect and to improve, with the aim of an even more rational way of working with less tem mechanical engineering effort with improved design of the matrices like tool.
Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Warm- und Kaltumformen der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art mit der Erfindung vorgeschla gen, dass die Matrize mit einer Oszillationsvorrichtung in oszillierende Relativbe wegungen zum Werkstück erregt wird und das Werkstück in einem Arbeitsgang in mehreren in Materialdurchlaufrichtung hintereinanderliegenden Reduktionskam mern der Matrize gleichzeitig einer Reihe von Umformungsschritten unterzogen wird.The problem is solved in a method for hot and cold forming proposed in the preamble of claim 1 with the invention gene that the matrix with an oscillating device in oscillating Relativbe movements to the workpiece is excited and the workpiece in one operation several reduction series one behind the other in the material flow direction undergo a series of forming steps at the same time becomes.
Mit Hilfe der oszillierenden, als Mehrfach-Verformungswerkzeug ausgebildeten Matrize können in einem Arbeitsgang qualitativ hochwertige Produkte mit ver gleichsweise minimalem maschinenbaulichem Aufwand sowie mit einem Minimum an Arbeitszeit hergestellt werden, da erfindungsgemäß mit der Reihe gleichzeitig erfolgender Umformungsschritte eine vergleichsweise große Umformung durch geführt wird. With the help of the oscillating, designed as a multiple deformation tool Matrix can produce high quality products with ver equally minimal mechanical engineering effort and with a minimum in terms of working hours, because according to the invention with the series at the same time subsequent forming steps by a comparatively large deformation to be led.
Dabei sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung vor, dass die Matrize bei jedem Vorwärtshub durch die konische Verjüngung jeder Reduktions kammer Materialvolumina, teils als Material-Wulst radial nach außen und teils als Materialstreckung in Richtung des Vorwärtshubes verdrängt und dass die Mate rialwülste beim Rückwärtshub der Matrizenoszillation eingeebnet und geglättet werden.An embodiment of the method according to the invention provides that the Die with each forward stroke through the conical taper of each reduction chamber material volumes, partly as a material bead radially outwards and partly as Material stretch displaced in the direction of the forward stroke and that the mate rial beads leveled and smoothed during the backward stroke of the die oscillation become.
Und schließlich sieht das Verfahren nach der Erfindung vor, dass die Oszillation der Matrize bei einer Frequenz zwischen 5 und 50 Hz eine Amplitude zwischen 50 und 0,7 mm erzeugt.And finally, the method according to the invention provides that the oscillation the matrix at a frequency between 5 and 50 Hz an amplitude between 50 and generated 0.7 mm.
Für eine Vorrichtung zum Warm- und Kaltumformen, insbesondere zum Fließ pressen eines metallischen Werkstücks, speziell zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, umfassend eine Umformungsmatrize, eine Werkstück- Vorschubeinrichtung sowie eine Oszillationsvorrichtung für die Matrize, wird erfin dungsgemäß vorgeschlagen, dass der Körper der Matrize in Material- Durchlaufrichtung eine Anzahl von Umformungskammem aufweist, die mit stufen weise abnehmenden Materialdurchlassweiten in Reihe hintereinander angeordnet sind.For a device for hot and cold forming, especially for flow pressing a metallic workpiece, especially to carry out the process according to the invention, comprising a forming die, a workpiece Feed device and an oscillation device for the die is invented proposed according to the invention that the body of the die in material Passage direction has a number of Ummungskammem, with steps decreasing material passage widths arranged in a row one behind the other are.
Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung sind entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen.Further configurations of the device according to the invention are corresponding provided the subclaims.
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachste henden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausfüh rungsbeispieles. Es zeigen:Details, features and advantages of the invention will emerge from the next Explanation of an embodiment shown schematically in the drawings example. Show it:
Fig. 1 im Schnitt einer mit der Mittelachse x-x zusammenfaltenden Ebene eine bspw. fünf Umformungskammem aufweisende Matrize; . Fig. 1 in section along xx a folding with the central axis plane of a five Umformungskammem die having, for example;
Fig. 2 im Schnitt einer mit der Mittelachse x-x zusammenfallenden Ebene eine Vorrichtung zum Warm- und Kaltumformen, insbesondere zum Fließpressen eines metallischen Werkstückes, umfassend eine Um formungsmatrize, eine Werkstück-Vorschubeinrichtung sowie eine Oszillationsvorrichtung für die Matrize; Figure 2 in section of a plane coinciding with the central axis xx, a device for hot and cold forming, in particular for extruding a metallic workpiece, comprising a forming die, a workpiece feed device and an oscillation device for the die;
Fig. 3 ebenfalls im Schnitt einer mit der Mittelachse x-x zusammenfallenden Schnittebene, die Umformungsmatrize beim Durchlauf eines rohr förmigen Werkstücks auf einem zylinderförmigen Dorn. Fig. 3 also in section of a sectional plane coinciding with the central axis xx, the forming die when passing through a tubular workpiece on a cylindrical mandrel.
Fig. 1 zeigt eine oszillierende Matrize 13 mit dem Einlaufdurchmesser N1 und dem Auslaufdurchmesser Nx. Die Matrize 13 besteht ein- oder mehrstückig aus einer Anzahl von Umformungskammem 1a bis 5f. Diese dienen zum Warm- und Kaltumformen, insbesondere zum Fließpressen eines metallischen Werkstücks 12 gemäß Darstellung in Fig. 2. Die Matrize ist mit den Umformungskammem 1a bis 5f erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie über eine bestimmte Frequenz, bspw. zwischen 2 und 10 Hz, in Material-Durchlaufrichtung 16 kontinuierlich in oszillierende Relativbewegungen zum Werkstück 12 bewegt wird und das Werk stück einer gleichzeitigen Reihe von Umformungsschritten unterzogen wird. Dabei wird das Werkstück 12 mit Hilfe der nicht näher dargestellten Vorschubeinrichtung 15 gemäß Fig. 2 vorgeschoben und infolge der oszillierenden Bewegung der Ma trize 13 reduzierend gestreckt. Fig. 1 shows an oscillating die 13 with the inlet diameter N 1 and the outlet diameter N x . The die 13 consists of one or more pieces from a number of forming chambers 1 a to 5 f. These are used for hot and cold forming, in particular for the extrusion molding of a metallic workpiece 12 as shown in FIG. 2. According to the invention, the die is formed with the forming chambers 1 a to 5 f in such a way that it over a certain frequency, for example between 2 and 10 Hz, in the material flow direction 16 is continuously moved in oscillating relative movements to the workpiece 12 and the workpiece is subjected to a simultaneous series of forming steps. The workpiece 12 is advanced with the aid of the feed device 15, not shown, shown in FIG. 2 and stretched due to the oscillating movement of the Ma trize 13 reducing.
Die Matrizen 13 besteht aus mehreren in Produktlaufrichtung 16 mit abnehmen den Mittenabständen hintereinander angeordneten Materialumformungskammem 1a bis 5f, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.The dies 13 consist of several material-forming chambers 1 a to 5 f arranged one behind the other in the product running direction 16 with decreasing center distances, as is shown in FIG. 1.
Durch die oszillierende Matrizen-Vorwärtsbewegung schlägt die Schräge 1.1 der Kammer 1a den Anfang des einlaufenden Werkstücks 12 konisch. Bei der Rück wärtsbewegung glättet die hintere Schräge 1.2 den entstandenen Materialwulst 14. Damit ist der erste Umformungsschritt durchgeführt.Due to the oscillating die forward movement, the slope 1.1 of the chamber 1 a conically tapes the beginning of the incoming workpiece 12 . In the reverse movement, the rear bevel 1.2 smoothes the resultant bead of material fourteenth The first forming step has thus been carried out.
Anschließend gelangt der reduzierte Anfang des Werkstücks 12 in die Umfor mungskammer 2b. Diese ist mit konischen Flächen, den Schrägen 2.1 und 2.2 ausgebildet. Das von diesen Flächen umgrenzte Kammervolumen ist etwas grö ßer als das vorgebildete Produktvolumen. Der zweite Umformungsschritt ent spricht im wesentlichen dem ersten Umformungsschritt. Die Schräge 2.1 schlägt den Anfang des Werkstücks 12 konisch. Bei der Rückwärtsbewegung glättet die hintere Schräge 2.2 den entstandenen Materialwulst. Nach Beendigung des zweiten Verformungsvorganges schließt sich beim nächsten Arbeitshub eine Ver formung des Werkstücks 12 in der Reduktionskammer 3c an usw.Then the reduced beginning of the workpiece 12 passes into the shaping chamber 2 b. This is designed with conical surfaces, bevels 2.1 and 2.2 . The chamber volume delimited by these areas is slightly larger than the pre-formed product volume. The second shaping step corresponds essentially to the first shaping step. The bevel 2.1 conically tapes the beginning of the workpiece 12 . During the backward movement, the rear bevel 2.2 smoothes the material bulge. After completion of the second shaping process a Ver closes at the next working stroke of deformation of the workpiece 12 in the reduction chamber 3 at c etc.
Auf diese Weise wird das Werkstück 12 unter Entstehung einer Summe von Vo lumendifferenzen in bzw. durch die Matrize 13 geschoben und verlässt als redu ziertes Fertigprodukt die Verformungsstufe der Kammern 1a bis 5f. Die Speicher volumina von Kammer 1a zu Kammer 2b, von dort zur Kammer 3c usw. weisen konstante Volumendifferenzen auf.In this way, the workpiece 12 is pushed into or through the die 13 to produce a sum of volume differences and leaves the deformation stage of the chambers 1 a to 5 f as a reduced finished product. The storage volumes from chamber 1 a to chamber 2 b, from there to chamber 3 c etc. have constant volume differences.
In dem in Fig. 2 gezeigten Versuchsaufbau wird eine Durchmesserverringerung eines Probestabes 12 aus Metall durchgeführt. Die Vorrichtung besitzt eine Rie menscheibe 1 zum Antrieb der damit rotativ verbundenen Wellenscheibe 2. Diese rotiert relativ zur Gegenscheibe 4 und wird bei jeder Umdrehung mit Hilfe von ra dialen Ausbuchtungen der Scheiben gegen die Kraft der vorgespannten Druckfe der 5 in Richtung der Rotationsachse x-x bewegt und springt bei der weiteren Re lativdrehung mit der Kraft der Druckfeder 5 federnd zurück. Dadurch wird eine os zillierende Bewegung der im Matrizenhalter 3 undrehbar, jedoch in axialer Rich tung oszillierbar gehaltenen Matrize 13 erzeugt. In the experimental setup shown in FIG. 2, the diameter of a test rod 12 made of metal is reduced. The apparatus has a Rie menscheibe 1 for driving the thus rotationally connected to the shaft washer. 2 This rotates relative to the counter disk 4 and is moved with the help of ra dialen bulges of the disks against the force of the biased Druckfe 5 in the direction of the axis of rotation xx and jumps back in the further Re relative rotation with the force of the compression spring 5 . As a result, an oscillating movement of the non-rotatable in the die holder 3 , but oscillating in the axial Rich device 13 is generated.
Dabei stützt das Axiallager 6 die rotierende Einheit gegen den Gehäusedeckel 7 ab. Das in den Einlauf 8 eingeführte Werkstück 12, im gezeigten Beispiel ein me tallischer Rundstab, wird in der beschriebenen Weise im Durchlauf durch die Re duktionskammern 1a bis 5f im Durchmesser reduziert und tritt durch die Bohrung der nachgeordneten Spannmutter 9 aus der Matrize 13 aus. Der Deckel 10 hält die Feder 5 in der erforderlichen Vorspannung gegen den Matrizenhalter 3 in Po sition.The axial bearing 6 supports the rotating unit against the housing cover 7 . The workpiece 12 introduced into the inlet 8 , in the example shown a metallic round rod, is reduced in the manner described in the passage through the reduction chambers 1 a to 5 f in diameter and emerges from the die 13 through the bore of the downstream clamping nut 9 . The lid 10 holds the spring 5 in the required bias against the die holder 3 in position.
Anstelle der hier gezeigten rein mechanischen Oszillationsvorrichtung mit Wellen scheiben 2,4 kann jede andere Oszillationsvorrichtung mit hydraulischem, elektri schem, magnetischem oder einem anderen Antrieb zur Anwendung gelangen.Instead of the purely mechanical oscillation device shown here with wave disks 2 , 4 , any other oscillation device with hydraulic, electrical, magnetic, or another drive can be used.
Fig. 3 zeigt die Reduktion eines rohrförmigen Werkstückes 12 in der erfindungs gemäßen Vorrichtung. Das Werkstück 12 befindet sich auf einem Dom 17, bspw. aus Stahl und wird beim Durchlauf durch die Matrize 13 vom ursprünglichen Au ßendurchmesser von 60 mm auf einen Außendurchmesser von 50 mm stufenwei se reduziert. Die Reduktion beträgt von Stufe zu Stufe jeweils 2 mm im Durch messer. Dabei entsteht in jeder Reduktionsstufe ein äußerer Materialwulst 14, 14', 14" usw. und zwar beim Vorwärtshub der Matrize 13. Dieser Materialwulst 14, 14', 14" wird anschließend beim Rückwärtshub der Matrize eingeebnet und geglättet. Fig. 3 shows the reduction of a tubular workpiece 12 in the device according to the Invention. The workpiece 12 is located on a dome 17 , for example made of steel, and is reduced in stages as it passes through the die 13 from the original outer diameter of 60 mm to an outer diameter of 50 mm. The reduction from stage to stage is 2 mm in diameter. In this case, an external material bead 14 , 14 ', 14 "etc. is produced in each reduction stage, specifically during the forward stroke of the die 13. This material bead 14 , 14 ', 14 " is then leveled and smoothed during the backward stroke of the die.
1abis 5f Umformungs-/Reduktionskammer
1abis 5f transformation / reduction chamber
11
Riemenscheibe
Pulley
22
Wellenscheibe
Wave washer
33rd
Matrizenhalter
Die holder
44
Gegenscheibe
Counter disc
55
Druckfeder
Compression spring
66
Axiallager
Thrust bearing
77
Gehäusedeckel
Housing cover
88th
Einlauf
enema
99
Spannmutter
Clamping nut
1010th
Deckel
cover
1111
Vorrichtungsgehäuse
Device housing
1212th
Werkstück/Probestab
Workpiece / test bar
1313
Matrize
die
1414
Materialwulst
Bead of material
1515
Vorschubeinrichtung
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Material-Durchlaufrichtung
Material flow direction
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