DE1003542B - Verfahren und Einrichtung zum Verformen bildsamer fester Werkstoffe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verformen bildsamer fester Werkstoffe, wie schmiedbare Metalle, bei denen das Werkstück einer schwingenden Kraft ausgesetzt wird, die einer stetigen Verformungskraft überlagert ist. Bekanntlich werden die Randreibung und die innere Reibung fester Werkstoffe vermindert, wenn man schwingende Kräfte auf das Werkstück einwirken läßt.

Erfindungsgemäß lassen sich die Randreibung und die innere Reibung dadurch weiter vermindern, daß schwingende Kräfte gleicher Frequenz auf verschiedene Stellen des Werkstückes einwirken. Da die Verformungskräfte durch das Verfahren nach der Erfindung verhältnismäßig klein werden, lassen sich größere Arbeitsgeschwindigkeiten und damit kürzere Fertigungszeiten erzielen.

Nach der Erfindung können zwei schwingende Kräfte parallel zur Richtung der stetigen Verformungskraft angesetzt werden und zweckmäßig von entgegengesetzten Seiten auf das Werkstück einwirken. Besonders vorteilhaft ist es, die schwingenden Kräfte verschieden groß zu wählen und/oder die Schwingungen unter einem Winkel von 0 bis 180° phasenverschoben wirken zu lassen. Wenn die zueinander parallelen, von entgegengesetzten Seiten, auf das Werkstück einwirkenden schwingenden Kräfte gleich, groß und nicht phasenverschoben sind, so wird das unter statischem Druck stehende Werkstück lediglich Beschleunigungskräften ausgesetzt, deren Richtung sich periodisch umkehrt. Sind beide Schwingungen um 180° phasenverschoben, so wirkt jeweils die Summe beider Schwingungskräfte auf das Werkstück ein. In diesem Falle wird die größte Pressung dann erzielt, wenn beide Schwingkräfte gleich groß sind, so daß sie sich gegenseitig aufheben, wobei das Werkstück keine periodische Beschleunigung erfährt. Bei verschieden großen Schwingkräften wird das Werkstück nicht nur periodisch gepreßt, sondern auch dem jeweiligen Unterschied der Kräfte entsprechend periodisch beschleunigt. Eine wirkungsvolle periodische Pressung und Beschleunigung kann unter Umständen erzielt werden, wenn der Phasenverschiebungswinkel der beiden Schwingungen, zwischen 0 und 180° gewählt wird.

Besonders vorteilhaft können erfindungsgemäß auch zwei nebeneinander angreifende und einander parallel gerichtete schwingende Kräfte von einer Seite her auf das auf einer Unterlage abgestützte, statisch vorbelastete Werkstück einwirken, welches parallel zur germeinsamen Schwingungsrichtung fortbewegt wird. Dieses Verfahren läßt sich vor allem beim Ziehen von Stangenwerkstoffen od. dgl. zweckmäßig anwenden.

Außerdem bezieht sich die Erfindung noch auf eine Einrichtung zur Ausübung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, welche im wesentlichen gekennzeich-

Verfahren und Einrichtung

zum Verformen bildsamer fester

Werkstoffe

Anmelder:

Dr. Reutlinger & Söhne,
Darmstadt, Heinrichstr. 152/158,

und Eugen Kritzler,
Weidenau, Jung-Stilling-Str. 8

Dr. Georg Reutlinger, Darmstadt,

und Eugen Kritzler, Weidenau,
sind als Erfinder genannt worden

net ist durch zwei Schwingungserreger, welche zwei schwingungsfähige Systeme, insbesondere Platten, zu

, periodischen Schwingungen anregen, wobei die schwingungsfähigen Systeme in einem Gestell gegeneinander bewegbar und federnd gegen den- auf der betreffenden Seite wirksamen, die stetige Kraft bzw. Reaktionskraft ausübenden Teil abgestützt werden. Zweckmäßig werden dabei die Schwingungserreger in bezug auf Phasenlage und/oder Größe der Schwingkräfte regelbar ausgebildet. Einem anderen Erfindungsmerkmal zufolge kann auf ein von außen her bewegtes, schwingungsfähiges System, bestehend aus einer Masse und einer abstützenden Federung, ein zweites schwingungsfähiges System aufgesetzt werden, das durch die periodische Beschleunigung des ersten Systems erregt wird. Die Abstimmung des zweiten schwingungsfähigen Systems kann erfindungsgemäß durch geeignete Wahl seiner Masse und/oder seiner Federung erzielt werden.

Die periodische Beschleunigung, d. h. die Schüttelbewegungen des Werkstücks treten bei Phasengleichheit der beiden gleich großen Schwingkräfte am stärksten in Erscheinung und verringern sich bis auf Null bei Phasenverschiebung der beiden periodischen Kräfte um 180°. Bei Ungleichheit der beiden periodischen Kräfte treten auch bei Gegenphasigkeit — also bei 180° Phasenverschiebung der beiden periodischen Kräfte — periodische Beschleunigungen des Werk-Stücks auf. Die periodischen Beschleunigungen sind lediglich Nebenerscheinungen, die bei der Verformung des Werkstücks durch die Schwingkräfte auftreten, und haben keinen wesentlichen Einfluß auf die Schwingverformung durch die periodischen Kräfte.

60Ϊ 837/253

Wesentlich, ist gemäß der vorliegenden Erfindung, daß die auf das Werkstück einwirkenden periodischen Kräfte bei Gegenphasigkait ein Maximum an Schwingverformungsarbeit leisten.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben werden, und zwar zeigt

Abb. 1 eine Ausführungsform der Erfindung, wobei zwei Schwingungssysteme von entgegengesetzten Seiten auf ein Werkstück einwirken,

Abb. 2 a die Krafteinwirkung auf das Werkstück, wenn zwei gleich starke Schwingungssysteme ohne Phasenverschiebung auf ein statisch vorbelastetes Werkzeug einwirken,

Abb. 2 b die in Abb. 2 a wiedergegebene Krafteinwirkung, wenn der Phasenverschiebungswinkel zwischen den beiden Schwingungen 180° ist,

Abb. 3 eine andere Ausbildungsform der Erfindung, wobei zwei zueinander parallel gerichtete Schwingungskräfte auf ein auf einer Unterlage abgestütztes, vorbelastetes Werkstück einwirken, während in

Abb. 4 eine weitere Ausbildungsform der Erfindung wiedergegeben ist, wobei sich ein zweites Schwingungssystem auf einem ersten abstützt.

Gemäß Abb. 1 wird das zu behandelnde Werkstück 1 in eine Form eingebracht, die aus einer Unterform 2 und einem Kolben 3 besteht. Die Unterform 2 ist mit einem Schwingungssystem I verbunden. Dieses System besteht aus einem Schwingungserreger 4, dessen gegenläufig umlaufende Unwuchtmassen das Schwingungssystem I in periodische transversale Schwingungen versetzen, einer Federung 5 und ainer Platte 6, wobei der Schwingungserreger 4 über die Federung S an der Platte 6 abgestützt ist. Der Kolben 3 ist mit dem Schwingungssystem II, das ebenso wie das System I aus einem Schwingungserreger 7, einer Federung 8 und einer starren Platte 10 besteht, verbunden. Die Platten 6 und 10 können über mechanischei Spindeln, eine hydraulische Presse od. dgl. in bekannter Weise gegeneinander verspannt werden;, wobei die statische Vorspannkraft P dem Werkstück 1 jeweils von den Platten 6 und 10 her über die Federungen 5 und 8, die Schwingerreger 4 und. 7 sowie die Unterform. 2 bzw. den. Kolben 3 übermittelt werden, Der Antrieb der Unwuchtmassen in den beiden Schwingerregern: 4 und 7 kann über biegsame Wellen, erfolgen:, die beispielsweise über mit großen Antriebsdrehzahlen laufende Zahnradgetriebe od. dgl. angetrieben werden. Zweckmäßig wird zwischen den Antrieben für die Unwuchten der oberen und unteren Schwingungssysteme ein Phasenschieber vorgesehen, so daß der Phasenverschiebungswinkel zwischen den beiden Schwingungssystemen im Bereich von 0 bis 180° regelbar ist. Dadurch wird es möglich, die Massenkräfte der Unwuchten beider Schwingungserreger 4 und 7 so· zu steuern, daß sie, beispielsweise bei einer Phasenverschiebung von 0°, jeweils in der gleichen. Richtung oder bei einer Phasenverschiebung von 180° in entgegengesetzter Richtung wirksam sind.

In Abb. 2 a ist die Krafteinwirkung, die von den beiden Schwingungssystemen I und II auf das Werkstück 1 ausgeübt wird, schaubildlich dargestellt, wo>bei die untere Grenzkurve den Schwingungskräften des unteren Schwingungssystems I und die obere Grenzkurve den Schwingungskräften, des oberen Schwingungssystems II entspricht. Die senkrechte Versetzung der beiden Schwingungskraft-Grenzkurven entspricht dabei der statischen Vorlast, die in der zuvor beschriebenen Weise durch Verspannen der Platten 6 und 10 gegeneinander auf das Werkstück I ausgeübt werden kann. Wenn beide Schwingungskräfte gleich groß sind und wenn die Phasenverschiebung zwischen diesen 0° ist, wird das Werkstück 1 zusätzlich zu der statischen Vorspannkraft nur periodisch in beiden Richtungen beschleunigt. Abb. 2 b zufolge sind beide Schwingungen einander entgegengesetzt gerichtet, wobei auf das Werkstück keine periodische Beschleunigung ausgeübt wird, da die von beiden Schwingungssystemen I und II erzeugten Kräfte sich gegenseitig aufheben. Dabei wird eine maximale periodische Pressung erzeugt. Über einen Phasenschieber lassen sich beliebige Zwischenstufen in der Kraft- und Beschleunigungswirkung einstellen, während der statische Druck in bekannter Weise durch Verstellen von Spindeln oder durch Veränderung des hydraulischen Druckes in einem Druckmittelzylinder verändert werden kann.

Gemäß Abb. 3 kann ein Werkstück 11 auch veirforrnt werden, wenn eine Form, in diesem Fall die Unterform 12, ortsfest ausgebildet ist. Im vorliegenden Fall ist die Unterform 12 fest mit einem Tisch 14 verbunden, während die Oberform aus zwei Teilen 13, 28 besteht, die mit je einem der beiden Schwingungssysteme I und II verbunden sind. Dabei wird das Schwingungssystem I von einem Schwingungserreger 12, Federn 16 und einer Gegenplatte 17 gebildet und durch eine äußere statische Kraft P über die Federung 16 und die Form 13 gegen das zu verformende Werkstück 11 gepreßt. Das Schwingungsgebilde II setzt sich zusammen aus einem Schwingungserreger 18, einer Federung 19 und einer Gegenplatte 20 und wirkt gleichfalls durch eine äußere Kraft P über den Formteil 28 auf das zu verformende Werkstück 11. In diesem Falle wirken auf das Werkstück 11 gleichzeitig zwei statische Kräfte und zwei periodisch wechselnde Kräfte ein, was besonders vorteilhaft ist, wenn, lange Werkstücke »gezogen« werden sollen oder wenn das Werkstück während des Formvorganges parallel zur Schwingungsrichtung fortbewegt wird.

Eine weitere Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ist in Abb. 4 wiedergegeben. Dabei ist das zu bearbeitende Werkstück 21 in einer Unterform 22 angeordnet und wird von oben über eine Oberform 23 gepreßt. Die Unterform 22 ist formschlüssig verbunden, mit einem Rüttel- oder Schwingtisch 24 eines unteren Schwingungssystems. Auf dem Tisch 24 ist ein Galgen 25 aufgeschraubt, an- dem eine Masse 26 mittels Federn 27 aufgehängt ist. Die Teile 25 bis 27 bilden ein zweites Schwingungssystem, welches erzwungene Schwingungen ausführen kann und durch die Wechselbeschleunigung des Schwingtisches 24., die über den Galgen 25 auf das zweite System 25 bis 27 einwirken, angeregt wird. Dieses System kann durch Verändern der Masse 26 und/oder der Federn 27 auf bestimmte Eigenschwingzahlen abgestimmt werden.

Die Wirkung der Federung der elastischen. Glieder der auf das Werkstück einwirkenden Schwingvorrichtung ist durch eine federnde Wirkung des zu verformenden Werkstückes zu verstärken.

Gegebenenfalls läßt sich auch der Arm einer aufgesetzten Kniehebelpresse als Zug- oder Druckfeder ausbilden.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Verformen bildsamer fester Werkstoffe, wie schmiedbare Metalle, bei dem das Werkstück einer schwingenden Kraft ausgesetzt wird, der eine stetige Verformungskraft überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß schwingende

Kräfte gleicher Frequenz auf verschiedene Stellen des Werkstücks einwirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei schwingende Kräfte parallel zur Richtung der stetigen Verformungskraft wirksam sind.

3. Verfahren, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei schwingende Kräfte von entgegengesetzten Seiten auf das Werkstück einwirken (Abb. 1, 4). ίο

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte der schwingenden Kräfte verschieden groß sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen unter einem Winkel von 0 bis 180° phasenverschoben wirken.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei nebeneinander angreifende und einander parallele schwingende Kräfte von einer Seite her auf das auf einer festen Unterlage abgestützte, statisch vorbelastete Werkstück einwirken, welches parallel zur gemeinsamen Schwingungsrichtung fortbewegt wird (Abb. 3).

7. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zwei Schwingungserreger, welche zwei schwingungsfähige Systeme (7), insbesondere Platten (4, 7), zu periodischen Schwingungen anregen, wobei die schwingungsfähigen Systeme in einem Gestell gegeneinander bewegbar und federnd gegen den auf der betreffenden Seite wirksamen, die stetige Kraft bzw. Reaktionskraft (P) ausübenden Teil (6, 10, 17, 20) abgestützt sind (Abb. 1, 3).

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungserreger in bezug auf die Phasenlage und die Größe der Schwingungskräfte regelbar sind.

9. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis. 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein von außen her bewegtes, schwingungsfähiges System, bestehend aus einer Masse und einer abstützenden Federung, ein zweites schwingungsfähiges System aufgesetzt ist, das durch die periodische Beschleunigung des ersten Systems erregt wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung der Eigenschwingungszahl des zweiten schwingungsfähigen Systems durch Wahl seiner Masse und/oder seiner Federung erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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