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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schmiedeverfahren, das eine Verbesserung der Präzision eines geschmiedeten Gegenstands und eine Reduzierung des Produktionsaufwands ermöglichen.
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2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
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Aus der Vergangenheit ist das Verfahren eines Formens eines zum Schmieden verwendbaren Materials bekannt, welches eine Presskraft auf ein aus einem Metall hergestelltes Material übermittelt, um so das Material in eine vorbestimmte Form zu schmieden.
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Ferner ist es bei dem allgemeinen Schmiedeverfahren schwierig, einen geschmiedeten Gegenstand der gewünschten Abmessungspräzision zu erhalten, sodass der geschmiedete geformte Gegenstand durch maschinelles Bearbeiten in einem getrennten Verfahren fertiggestellt wird, um ihm eine gewünschte Abmessungspräzision zu geben. Wenn diese zusätzliche maschinelle Bearbeitung durchgeführt wird, um die gewünschte Abmessungspräzision sicherzustellen, gibt es das Problem, dass das maschinelle Bearbeiten die Zahl der Produktionsverfahren erhöht.
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Um dieses Problem zu lösen, gibt es das Verfahren des Abstreckens der äußeren umfangsmäßigen Abschnitte eines Werkstücks, um die Abmessungspräzision der äußeren umfangsmäßigen Abschnitte zu verbessern (siehe Japanische Patentveröffentlichung
JP 2004-3449311 A ). Wenn jedoch das Material der Endfläche des Werkstücks fließend gemacht wird, um es in vertiefte/vorspringende Formen zu schmieden, insbesondere beim Bilden einer Rillenform, die mit der Endfläche des Werkstücks nicht punktsymmetrisch ist (im Folgenden wird darauf als eine „nicht punktsymmetrische Form” Bezug genommen) (siehe
3), wird die Dicke ungleichmäßig, sodass es schwer wird, die innere Spannung an verschiedenen Positionen innerhalb des Werkstückmaterials gleich bleibend zu machen. In diesem Fall treten eine Unterfüllung und andere Defekte auf. Ferner sind die Wände der Rille nicht vertikal gebildet, sondern werden letztendlich schräg gebildet, sodass es ebenfalls die Probleme gab, dass die gewünschte Präzision nicht sichergestellt werden konnte und das erforderliche Verhalten nicht ohne maschinelles Bearbeiten erfüllt werden konnte.
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Dieses Problem wird im Detail erklärt werden. 3A bis 3C sind Ansichten, die einen geformten Gegenstand zeigen, der durch Formen eines Werkstücks erhalten wurde, wobei 3A eine Ansicht des geformten Gegenstands aus der X-Richtung gesehen ist, 3B eine Querschnittsansicht eines geformten Gegenstands ist, und 3C eine Ansicht des geformten Gegenstands aus der Y-Richtung gesehen ist. 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Rillenteils eines geformten Gegenstands. 6 ist eine Ansicht, die basierend auf tatsächlichen Messdaten die Präzision eines Rillenteils eines geformten Gegenstands zeigt, der durch ein herkömmliches Schmiedeverfahren geschmiedet wurde. 8 ist eine Ansicht des Erscheinungsbildes eines Werkstücks, das durch ein herkömmliches Verfahren bearbeitet wurde. 9 ist eine Ansicht zum Erklären des herkömmlichen Schmiedeverfahrens und eine Ansicht in dem Zustand mitten bei der plastischen Verformung des Werkstücks.
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Wie in 3A bis 3C gezeigt, ist der geformte Gegenstand 90 zum Beispiel ein Automobil-Bremsenteil und bildet insgesamt im Wesentlichen eine säulenartige Form. Er hat eine Rille 93 und einen Außenwandteil 91, die eine „nicht punktsymmetrische Form” hinsichtlich der axialen Mitte Z der Säule haben. Das heißt, dass die im Wesentlichen kreisförmig geformten Kurven der Rillenwände 93a und 93c „nicht punktsymmetrische Formen” bilden, und sie so nicht mit den ursprünglichen im Wesentlichen kreisförmig geformten Kurven überlappen, wenn sie halb um die axiale Mitte Z der Säule gedreht werden. Das heißt, dass die Mitte der im Wesentlichen kreisförmig geformten Kurven der Rillenwände 93a oder 93c von der axialen Mitte Z der Säule versetzt ist. Durch die Bildung der Rille 93 ist ein elliptischer Inselteil 94 in der Mitte gebildet, während bei ihrem äußeren Umfang ein dammförmiger Außenwandteil 91 gebildet ist. Der Außenwandteil 91 hat einen breiten Teil (dicken Teil) 91a und einen schmalen Teil (dünnen Teil) 91b.
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Das Bezugszeichen 50 in 9 zeigt eine herkömmliche formende Vorrichtung. 51 gibt einen oberen Stempel an, der den oberen Teil der Pressform bildet, 52 gibt einen unteren Stempel an, der den unteren Teil der Pressform bildet, 3 gibt eine Pressform an, W gibt ein Werkstück vor dem Schmieden an (Endfläche des Werkstücks vor dem Schmieden durch Ein-Punkt-Strich-Linie gezeigt), W1 gibt das Werkstück in dem Zustand mitten bei dem Schmieden an (gezeigt durch eine durchgezogene Linie), und C gibt einen Pressformhohlraum zum Bilden vertiefter/vorspringender Formen an der Endfläche des Werkstücks W an. Es sei bemerkt, dass der obere Stempel 51 und der untere Stempel 52 im Wesentlichen identische Glieder sind, während die Hohlräume C des oberen Stempels 51 und des unteren Stempels 52 gleich geformt sind.
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Der obere Stempel 51 und der untere Stempel 52 sind hinsichtlich der Pressform 3 verschiebbar angeordnet. Der untere Stempel 52 und die Pressform 3 sind an dem Körper der Schmiedevorrichtung (nicht gezeigt) angebracht und werden sich nicht bewegen. Wenn ein Werkstück W auf den unteren Stempel 52 gesetzt wird, wird der obere Stempel 51 in die Öffnung 3a in der Mitte der Pressform 3 eingeführt und direkt über das Werkstück W gesetzt. Als Nächstes presst der obere Stempel 51 das Werkstück W durch eine Antriebsvorrichtung (nicht gezeigt) mit einer Last P0, um es in der axialen Richtung abwärts zu bewegen. Der obere Stempel 51 bewegt sich abwärts auf eine vorbestimmte Position und steigt dann. Auf diese Weise wird die Form der unteren Endfläche des oberen Stempels 51 (einschließlich des Hohlraums C) auf die obere Endfläche des Werkstücks W übertragen.
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Wenn der obere Stempel 51 startet, das Werkstück W zu pressen, wird das Material der zwei Endflächen des Werkstücks W durch die Presskräfte des Vorsprungs 51a des oberen Stempels 51 und des Vorsprungs 52a des unteren Stempels 52 plastisch verformt und fließt in den Hohlraum C. Zu dieser Zeit wird die Form des Werkstücks W durch W1 ausgedrückt. Es sei bemerkt, dass die Breite des Vorsprungs 51ax des oberen Stempels 51 breiter als die Breite des Vorsprungs 51y ist, während die Breite des C2-Teils des Hohlraums breiter als die Breite des C3-Teils ist.
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Wie in 9 gezeigt, ist das Ausmaß eines Flusses des Werkstücks W in den Teil C2 des Hohlraums mit breiter Breite groß, während das Ausmaß eines Flusses des Werkstücks W in den Teil C3 des Hohlraums mit schmaler Breite klein ist. Dies ist auf die Tatsachen zurückzuführen, dass der Widerstand gegen den Fluss des Materials zu dem Teil C2 des Hohlraums mit breiter Breite kleiner ist als zu C3, und dass die Breite des Vorsprungs 51ax breit ist, sodass es viele Teile des Werkstückmaterials gibt, die die pressende Last aufnehmen. Ferner hat der Abschnitt des Werkstücks, der an den Vorsprung 51ax stößt, eine hohe innere Spannung. Aus diesem Grund füllt das Werkstückmaterial bei dem Teil C3 des Hohlraums mit schmaler Breite das Innere des Hohlraums nicht aus, und es tritt leicht eine Unterfüllung auf, wobei ein Teil des Abschnitts, der dem Werkstück nach dem Schmieden entspricht, fehlt.
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Wie in 8 gezeigt, ist es ersichtlich, dass bei einem geformten Gegenstand, der durch ein herkömmliches Schmiedeverfahren erhalten wurde, der mit einem Pfeil markierte Teil zu dünn wird. Ferner ist die Wand 93ay an der Seite des Inselteils 94, die dem schmalen Rillenteil 93 entspricht, nicht vertikal gebildet, sondern schräg gebildet. Gemäß Experimenten war bei einem geformten Gegenstand mit einem Durchmesser von 40 mm, einer Höhe von 30 mm und einer Rillentiefe von 5 mm das maximale Ausmaß der Schräge bezüglich der Wand 93ay etwa 100 μm (siehe 6). Es sei bemerkt, dass der erforderliche Zielwert dieses maximalen Ausmaßes der Schräge innerhalb von 50 μm liegt. Bei einem geformten Gegenstand, der durch das herkömmliche Verfahren hergestellt wurde, wurde der erforderliche Zielwert nicht erreicht.
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4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Rillenteils 93 eines geformten Gegenstands 90. Ferner ist 6 eine Ansicht, die die Präzision eines geformten Gegenstands, der durch ein herkömmliches Verfahren geschmiedet wurde, basierend auf tatsächlich gemessenen Daten ausdrückt. 4 ist eine Ansicht zum Erklären der Definitionen der Abszisse x und der Ordinate y von 6 (und der später erklärten 5). In 4 ist s der Bezugspunkt, und t ist die Messposition. Ferner gibt x die Entfernung von dem Bezugspunkt s bei der Messposition t an, während y das Ausmaß der Schräge der Rillenwand 93a von dem Bezugspunkt s bei der Messposition t angibt. Wie in 6 gezeigt, war das maximale Ausmaß der Schräge der Rillenwand an der Stelle B, die dem dünnen Teil 91b (siehe 3A) entspricht, bei einem tatsächlichen Messwert etwa 100 μm, während das maximale Ausmaß der Schräge der Rillenwand an der Stelle A, die dem dicken Teil 91a entspricht, etwa 60 μm war. Es ist offensichtlich, dass sich die Stelle A und die Stelle B in dem Ausmaß der Schräge der Rillenwand erheblich unterscheiden. Es sei bemerkt, dass der Zielwert des maximalen Ausmaßes der Schräge der Rillenwand 50 μm ist.
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Ferner ist aus der
US 6 151 777 A ein Verfahren zum Herstellen einer Schlauchverschraubung bekannt, bei welchem eine Pressform Verwendung findet. Ein entsprechendes Werkstück wird dabei in der Pressform in axialer Richtung nach unten gepresst.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des vorhergehenden Problems gemacht und hat als ihre Aufgabe die Schaffung eines Schmiedeverfahrens, das fähig ist, die Abmessungspräzision eines geschmiedeten Gegenstands zu verbessern und maschinelle Bearbeitungsverfahren stark zu reduzieren und dadurch den Aufwand zu reduzieren. Insbesondere hat sie die Schaffung eines Schmiedeverfahrens, das das Material der Endfläche des Werkstücks fließend macht, um es in vertiefte/vorspringende Formen zu formen, wobei das Schmiedeverfahren frei von einer begleitenden Unterfüllung und anderen Defekten ist, die Abmessungspräzision des geschmiedeten Gegenstands verbessert und die maschinellen Bearbeitungsverfahren stark reduziert sowie den Aufwand reduziert, als ihre Aufgabe.
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Die vorliegende Erfindung schafft die folgenden Aspekte eines Schmiedeverfahrens als ein Mittel zum Lösen der vorhergehenden Probleme. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schmiedeverfahren durch ein Anlegen einer ersten äußeren Kraft, zur Zeit des pressenden Bildens, an die Endfläche des Werkstücks durch den oberen Teil, die es in der axialen Richtung hin zu der Seite des unteren Teils presst, und durch ein Anlegen einer zweiten äußeren Kraft, die unabhängig von der ersten äußeren Kraft ist, um die Endfläche des Werkstücks zu pressen und zu halten und dadurch die Endfläche des Werkstücks in vertiefte/vorspringende Formen zu bilden, gekennzeichnet.
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Aufgrund dessen wird, insbesondere beim Bilden nicht punktsymmetrischer vertiefter/vorspringender Formen an der Endfläche des Werkstücks, durch Anlegen einer zweiten äußeren Kraft, die unabhängig von der ersten äußeren Kraft ist, die innere Spannung an der Endfläche des Werkstücks ausgeglichen, und innerhalb des Pressformhohlraums kann ein plastischer Fluss ohne Abweichung verursacht werden. Das heißt, dass das plastisch fließende Werkstückmaterial mit einer gleich bleibenderen inneren Spannung als in der Vergangenheit und ebenso mit gleich bleibender Fluidität in jede Ecke des Pressformhohlraums gefüllt wird. Auf diese Weise wird es möglich, Unterfüllung und andere Defekte zu beseitigen und die Abmessungspräzision eines geschmiedeten Gegenstands zu verbessern, und es wird möglich, die maschinellen Bearbeitungsverfahren des Werkstücks erheblich zu reduzieren.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schmiedeverfahren dadurch gekennzeichnet, dass zur Zeit des pressenden Bildens der obere Teil und der untere Teil unabhängige Press- und Halteeinrichtungen verwenden, die das Werkstück unabhängig in der axialen Richtung pressen und halten. Aufgrund dessen wird eine spezifische Einrichtung zum Erzeugen einer zweiten äußeren Kraft geschaffen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schmiedeverfahren dadurch gekennzeichnet, dass die zweite äußere Kraft eine Press- und Haltekraft durch die unabhängige Press- und Halteeinrichtung ist. Dies zeigt einen spezifischen Aspekt der zweiten äußeren Kraft.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Schmiedeverfahren durch Verwenden einer Mehrzahl von unabhängigen Press- und Halteeinrichtungen gekennzeichnet, um Press- und Haltekräfte durch eine Mehrzahl von unabhängigen Press- und Halteeinrichtungen gegenseitig unabhängig zu erzeugen. Aufgrund dessen kann der plastische Fluss des Werkstückmaterials zur Zeit des Schmiedens äußerst fein gesteuert werden und die Abmessungspräzision des geschmiedeten Gegenstands kann weiter verbessert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, die unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen angegeben wird, klarer werden. Es zeigen:
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1 eine Ansicht zum Erklären des Schmiedeverfahrens und der Schmiedevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des oberen Stempels von 1,
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3A bis 3C Ansichten, die einen geschmiedeten Gegenstand zeigen, der durch Schmieden eines Werkstücks erhalten wurde, wobei 3A eine Ansicht des geformten Gegenstands aus der X-Richtung gesehen ist, 3B eine Querschnittsansicht eines geformten Gegenstands ist, und 3C ein geformter Gegenstand aus der Y-Richtung gesehen ist,
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4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Rillenteils von 3,
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5 eine Ansicht, die die Präzision eines geschmiedeten Gegenstands, der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, durch tatsächliche Messwerte zeigt,
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6 eine Ansicht, die die Präzision eines geschmiedeten Gegenstands, der durch das herkömmliche Verfahren erhalten wurde, durch tatsächliche Messwerte zeigt,
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7 eine Ansicht des Erscheinungsbildes eines geschmiedeten Gegenstands, der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde,
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8 eine Ansicht des Erscheinungsbildes eines geschmiedeten Gegenstands, der durch das herkömmliche Verfahren erhalten wurde, und
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9 eine Ansicht zum Erklären eines herkömmlichen Schmiedeverfahrens.
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BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Im Folgenden werden basierend auf den Zeichnungen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erklärt. 1 ist eine Ansicht zum Erklären des Schmiedeverfahrens und der Schmiedevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines oberen Stempels von 1. 5 ist eine Ansicht, die die Präzision einer Rille eines geformten Gegenstands, der durch ein Schmiedeverfahren und eine Schmiedevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geschmiedet wurde, unter Verwendung tatsächlicher Messwerte zeigt. 7 ist eine Ansicht des Erscheinungsbildes eines Werkstücks, das durch das Schmiedeverfahren und die Schmiedevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bearbeitet wurde.
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Zuerst wird die Schmiedevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. In 1 zeigt 10 die Schmiedevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt einen oberen Stempel, der einen oberen Teil einer Pressform bildet, 2 zeigt einen unteren Stempel, der einen unteren Teil einer Pressform bildet, 3 zeigt eine Pressform, W zeigt ein säulenartiges Werkstück, und C zeigt einen Pressformhohlraum. Bezugsziffer 4 ist eine erste Press- und Halteeinrichtung, die unabhängig von dem oberen Stempel 1 ist, 5 ist eine zweite Press- und Halteeinrichtung, die unabhängig von dem unteren Stempel 2 ist, und 6 ist eine dritte Press- und Halteeinrichtung, die unabhängig von dem unteren Stempel 2 ist.
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Die Pressform 3 hat eine im Wesentlichen zylindrische Struktur mit einer hohen Steifigkeit und hat eine zylindrische Öffnung 3a, in die das Werkstück W in die Mitte eingesetzt wird. Innerhalb dieser zylindrischen Öffnung 3a wird, an der oberen Seite, die zylindrische erste Press- und Halteeinrichtung 4 verschiebbar eingeführt, das Werkstück W wird in die Mitte eingesetzt, und an der unteren Seite wird die zweite Press- und Halteeinrichtung 5 verschiebbar eingeführt. Die Zwischenräume zwischen der zylindrischen Öffnung 3a, der ersten Press- und Halteeinrichtung 4, dem Werkstück W und der zweiten Press- und Halteeinrichtung 5 nähern sich ausreichend an null an, jedoch nicht genug, um gegenseitiges Verschieben zu verhindern.
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Ferner ist in der Mitte der ersten Press- und Halteeinrichtung 4 eine Öffnung 4b gebildet. Der obere Stempel 1 ist in diese verschiebbar eingeführt und direkt über das Werkstück W gesetzt. Ferner ist in der Mitte der zweiten Press- und Halteeinrichtung 5 ebenfalls eine Öffnung 5b gebildet. Der untere Stempel 2 ist in diese verschiebbar eingeführt. In der Mitte des unteren Stempels 2 ist eine Öffnung 2b gebildet. Die dritte Press- und Halteeinrichtung 6 ist in diese verschiebbar eingeführt. Ein formender Vorsprung 1a des oberen Stempels 1 und ein formender Vorsprung 2a des unteren Stempels 2 sind gleich geformt. Es sei bemerkt, dass der formende Vorsprung 1a hinsichtlich der Form annähernd zylindrisch ist. Die Mitte dieser annähernd zylindrischen Form ist von der axialen Mitte des Stempels 1 versetzt. Ferner ist der formende Vorsprung 1a so gebildet, dass er in der axialen Richtung von dem Stempel 1 absteht. Die Breite ist bei einer Seite schmal und bei einer anderen breit gebildet.
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Der obere Stempel 1, die erste Press- und Halteeinrichtung 4, die zweite Press- und Halteeinrichtung 5, und die dritte Press- und Halteeinrichtung 6 haben gegenseitig unabhängige entsprechende Antriebseinrichtungen 7a bis 7d, die mit ihnen verbunden sind. Diese werden jeweils Antriebseinrichtung 7a des oberen Stempels, erste Antriebseinrichtung 7b, zweite Antriebseinrichtung 7c und dritte Antriebseinrichtung 7d genannt. Diese Antriebseinrichtungen werden zum Beispiel durch hydraulische Motoren angetrieben.
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Der untere Stempel 2 und die Pressform 3 sind an dem Körper der Schmiedevorrichtung angebracht und werden sich nicht verlagern. Die Mitte des unteren Stempels 2 und die Mitte des oberen Stempels 1 sind verschoben in der Position angebracht. Ferner sind die Endflächen des unteren Stempels 2 und der zweiten Press- und Halteeinrichtung 5 und der dritten Press- und Halteeinrichtung 6 auf die gleiche Ebene gesetzt. In diesem Zustand werden, wenn das Werkstück W auf die Endfläche des unteren Stempels 2 und die zweite Press- und Halteeinrichtung 5 und die dritte Press- und Halteeinrichtung 6 gesetzt ist, der obere Stempel 1 und die erste Press- und Halteeinrichtung 4 in die Öffnung 3a in der Mitte der Pressform 3 eingeführt und direkt über das Werkstück W gesetzt.
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Als Nächstes werden das Schmiedeverfahren, das die Schmiedevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, und die Funktion und Wirkungen desselben erklärt. Wenn die Antriebseinrichtung 7a des oberen Stempels und die erste Antriebseinrichtung 7b mit Spannung versorgt werden, verlagern sich die Antriebseinrichtung 7a des oberen Stempels und die erste Antriebseinrichtung 7b abwärts entlang der axialen Richtung, und, wie in 1 gezeigt, stoßen die unteren Oberflächen des oberen Stempels 1 und der ersten Press- und Halteeinrichtung 4 an die obere Oberfläche des Werkstücks W. Von dieser Anstoßzeit an (im Folgenden wird darauf als die „Anstoßzeit des oberen Stempels” Bezug genommen), ist der obere Stempel 1 einem Druck von zum Beispiel P0 = 1000 MPa durch die Antriebseinrichtung 7a des oberen Stempels ausgesetzt, während die erste Press- und Halteeinrichtung 4 einem Druck von zum Beispiel P1 = 300 Mpa durch die erste Antriebseinrichtung 7b ausgesetzt ist. Die erste Press- und Halteeinrichtung 4 behält die Position in der vertikalen Richtung bei und presst und hält die Endfläche des Werkstücks W, wenn die Presskraft 300 MPa erreicht.
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Als Nächstes verursacht, wie in 2 gezeigt, die Antriebseinrichtung 7a des oberen Stempels 1, dass sich der obere Stempel 1 von der Endfläche des Werkstücks weiter abwärts verlagert, wobei die Vorsprünge 1ax, 1ay des oberen Stempels 1 in das Werkstück W gepresst werden, und das Material der äußeren Umfangsseite der Endfläche des Werkstücks W in den Raum fließt, der zwischen der inneren umfangsmäßigen Oberfläche 3a der Pressform 3 und der äußeren umfangsmäßigen Oberfläche 1d des oberen Stempels 1 (Abschnitt, der durch Wa und Wb gezeigt ist) gebildet ist. Zu dieser Zeit wird das Material bei der äußeren Umfangsseite der Endfläche des Werkstücks W ständig durch die erste Press- und Halteeinrichtung 4, an die ein Druck von 300 MPa angelegt ist, gepresst und gehalten. Aus diesem Grund, aufgrund eines Drucks P1, der von außen angelegt ist, das heißt, von der ersten Antriebseinrichtung 7b, die von der Antriebseinrichtung 7a des oberen Stempels unabhängig ist, wird der Druck innerhalb des Werkstücks bei den Teilen genau unterhalb der Vorsprünge 1ax, 1ay des oberen Stempels 1 ausgeglichen, und das Material bei dem äußeren Umfang (Wa- und Wb-Teile) fließt gleichmäßig, ohne Abweichung, in den Raum. Das heißt, die unterschiedlichen Abschnitte des Materials bei dem äußeren Umfang sind einer gleich bleibenden inneren Spannung von annähernd 300 MPa ausgesetzt. Auf diese Weise wird der Raum mit dem fließenden Material des Werkstücks W gefüllt.
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Ferner fließt, wenn die Vorsprünge 1ax, 1ay des oberen Stempels 1 in das Werkstück W hinein gepresst werden, gleichzeitig das Material des Abschnitts der Endfläche des Werkstücks W, das an den oberen Stempel 1 stößt, in den Hohlraum C des oberen Stempels 1. Zu dieser Zeit verursacht der Druck P1, der von außen durch die erste Press- und Halteeinrichtung 4 angelegt ist, dass die Drücke innerhalb des Werkstücks bei den Teilen genau unter den Vorsprüngen 1ax, 1ay des oberen Stempels 1 gleich bleibend werden, sodass das Material des Werkstücks bei den Teilen genau unter den Vorsprüngen 1ax, 1ay ebenfalls gleichmäßig, ohne Abweichung, in den Raum C fließt.
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Auf der anderen Seite nimmt, startend von der Anstoßzeit des oberen Stempels, die zweite Press- und Halteeinrichtung 5, wie die erste Press- und Haltevorrichtung 4, einen Druck von zum Beispiel P2 = 100 MPa durch die zweite Antriebseinrichtung 7c auf und presst und hält die untere Endfläche des Werkstücks W. Ferner nimmt die dritte Press- und Halteeinrichtung 6 zum Beispiel P3 = 200 MPa durch die dritte Antriebseinrichtung 7d auf und presst und hält, wie die zweite Press- und Halteeinrichtung 5, die untere Endfläche des Werkstücks W. In diesem Zustand fließt, wenn der untere Stempel 2 in das Werkstück W gepresst wird, das Material des Abschnitts der Endfläche des Werkstücks W, das an den unteren Stempel 2 stößt, in die Umgebung. Zu dieser Zeit verursachen der Druck P2, der durch die zweite Press- und Halteeinrichtung 5 von außen angelegt ist, und der Druck P3, der durch die dritte Press- und Halteeinrichtung 6 von außen angelegt ist, dass der Druck innerhalb des Werkstücks bei dem Teil genau unterhalb davon, wo der untere Stempel 2 an das Werkstück W stößt, ausgeglichen wird, sodass das Material des Werkstücks ebenfalls gleichmäßig, ohne Abweichung fließt. Ferner werden die Press- und Haltekräfte, die an die erste, zweite und dritte Press- und Halteeinrichtung 4, 5, und 6 angelegt sind, prinzipiell kleiner gemacht als die Presskräfte, die an die Stempel 1 und 2 angelegt sind. Dies liegt daran, dass der Haltedruck lediglich einer zu sein braucht, der zum Halten des Materials, das fließt, wenn die Presskräfte der Stempel 1, 2 verursachen, das sich das Werkstück W verformt, erforderlich ist.
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Wenn sich der obere Stempel 1 und der untere Stempel 2 auf vorbestimmte Tiefen bewegen und eine vorbestimmte Form gebildet ist, stoppen die Antriebseinrichtung 7a des oberen Stempels und die Antriebseinrichtung 7d des unteren Stempels die Bewegungen der zwei Stempel. Als Nächstes bewirken die Antriebseinrichtung 7a des oberen Stempels und die erste Antriebseinrichtung 7b, dass sich der obere Stempel 1 und die erste Press- und Halteeinrichtung nach oben verlagern. Der obere Stempel 1 und die erste Press- und Halteeinrichtung 4 werden von dem Werkstück W getrennt, dann wird die dritte Press- und Halteeinrichtung 6 aufwärts verlagert und das geformte Werkstück W aus der Pressform 3 genommen. Das heißt, dass die dritte Press- und Halteeinrichtung 6 ebenfalls eine Einrichtung zum Pressen des geformten Gegenstands ist. 3 wurde zum Erklären eines herkömmlichen geschmiedeten Gegenstands verwendet, zeigt jedoch ebenfalls einen geformten Gegenstand, der unter Verwendung des Schmiedeverfahrens und der Schmiedevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geschmiedet wurde. Die allgemeine Form ist ähnlich zu einem herkömmlichen geschmiedeten Gegenstand, sodass die Erklärung weggelassen wird.
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5 zeigt, durch tatsächliche Messwerte, die Präzision einer Rille eines geschmiedeten Gegenstands in 3, der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung (im Folgenden wird darauf als der „erfindungsgeformte Gegenstand” Bezug genommen) geformt wurde. Die Abszisse x und die Ordinate y von 5 sind ähnlich zu den Zahlenwerten, die unter Bezugnahme auf 4 in 6 erklärt wurden. Das heißt, 4 ist eine Ansicht zum Erklären der Definitionen der Abszisse x und Ordinate y von 5. In 4 gibt s den Bezugspunkt an, während t die Messposition angibt. Ferner zeigt x die Entfernung von dem Bezugspunkt s bei der Messposition t, während y das Ausmaß der Schräge der Rillenwand 93a von dem Bezugspunkts bei der Messposition zeigt. Wie in 5 gezeigt, ist das maximale Ausmaß der Biegung y etwa 10 μm bei dem Punkt B. Dies ist verglichen mit dem maximalen Ausmaß der Biegung eines bekannten geschmiedeten Gegenstands von etwa 100 μm erheblich reduziert. Der Zielwert des maximalen Ausmaßes der Biegung ist, sowohl für den Punkt A als auch den Punkt B, 50 μm oder weniger, und fällt so in den Zielwert. Ferner verschwindet der Unterschied zwischen Punkt A und Punkt B hinsichtlich des maximalen Ausmaßes der Biegung des erfindungsgeformten Gegenstands fast vollständig. Auf diese Weise erreicht der geformte Gegenstand der Erfindung eine gute Präzision. Es besteht keine Notwendigkeit, die Rillenwand 93a maschinell zu bearbeiten. Es sei bemerkt, dass das maschinelle Bearbeiten der Rillenwand 93a eines geformten Gegenstands durch das herkömmliche Verfahren eine extrem lange Zeit in Anspruch nimmt. Die Qualitätskontrolle war ebenfalls nicht leicht.
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Auf die vorhergehende Weise wird das Werkstück W durch den oberen Teil und den unteren Teil der Pressform geformt, während es durch die Mehrzahl von Press- und Halteeinrichtungen gepresst und gehalten wird, sodass ein Schmieden eines geformten Gegenstands ohne Unterfüllung und mit einer hohen Präzision möglich wird. Aus diesem Grund sind die getrennten Schritte des maschinellen Bearbeitens nach dem Schmieden des Werkstücks W und die Werkzeugmaschinen für dieselben nicht länger notwendig, sodass der Kapitalaufwand gesenkt und das Produktionsverfahren verkürzt werden kann.
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Ferner war die vorhergehende Vorrichtung mit einem Stempel und Press- und Halteeinrichtungen versehen konfiguriert, um so vertiefte/vorspringende Formen an den zwei Endflächen des Werkstücks W zu bilden, aber eine ähnliche Wirkung entsteht sogar, wenn die vertieften/vorspringenden Formen nur an der Seite des oberen Stempels gebildet werden. In diesem Fall wird eine Schmiedevorrichtung, die eine exzentrische ringförmige Vertiefung und einen Vorsprung im Inneren der Vertiefung nur bei der oberen Oberfläche des zylindrischen Werkstücks W schmiedet, verwendet, und hat die folgende Konfiguration: Das heißt, diese Schmiedevorrichtung ist mit einem oberen Stempel 1, der den oberen Teil der Pressform bildet, einer unteren Halteeinichtung, die den unteren Teil der Pressform bildet, einer zylindrischen Pressform 3 und einer ersten Press- und Halteeinrichtung 4 versehen. Ferner ist das Werkstück W zwischen den oberen Stempel 1 und die untere Halteeinrichtung gesetzt, wobei der obere Stempel 1, der dem Werkstück W gegenüberliegt, mit einem Hohlraum C, der den Vorsprung bildet, und mit einem formenden Vorsprung 1a, der die Vertiefung um den Hohlraum C bildet, gebildet ist. Die erste Press- und Halteeinrichtung 4 ist unabhängig von dem oberen Stempel 1 um den oberen Stempel 1 angeordnet, und ist mit einer Öffnung 4b in ihrer Mitte gebildet. Die zylindrische Pressform 3 hat eine Öffnung 3a, in die das Werkstück W in ihrer Mitte eingesetzt wird. Die Öffnung 3a hat eine erste Press- und Halteeinrichtung 4, die von der oberen Seite verschiebbar in sie eingeführt ist, die Öffnung 4b der ersten Press- und Halteeinrichtung 4 hat den oberen Stempel, der verschiebbar in sie eingeführt ist, und die untere Halteeinrichtung ist an der unteren Seite der Öffnung 3a der Pressform 3 angebracht. Der formende Vorsprung 1a ist von zylindrischer Form und so gebildet, dass er in der axialen Richtung des Stempels 1 absteht. Ferner ist die Breite des formenden Vorsprungs 1a bei einer Seite schmal und bei der anderen breit. Die untere Halteeinrichtung und die Pressform 3 sind so angebracht, dass sie sich bezüglich des Körpers der Schmiedevorrichtung nicht verlagern.
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Gemäß der vorhergehenden Konfiguration werden, wenn das Werkstück W über die Endfläche der unteren Halteeinrichtung gesetzt ist, der obere Stempel 1 und die erste Press- und Halteeinrichtung 4 in die Öffnung 3a der Pressform 3 eingeführt und direkt über das Werkstück W gesetzt. Zu dieser Zeit stoßen die unteren Oberflächen des oberen Stempels 1 und der ersten Press- und Halteeinrichtung 4 an die obere Oberfläche des Werkstücks W. Von dieser Anstoßzeit an, das heißt, der Anstoßzeit des oberen Stempels, wird dem oberen Stempel 1 zum Beispiel ein Grunddruck P0 = 1000 MPa gegeben und der ersten Press- und Halteeinrichtung 4 zum Beispiel ein erster Druck P1 = 300 MPa, der kleiner als der Grunddruck ist, gegeben. Die erste Press- und Halteeinrichtung 4 behält ihre Position in der vertikalen Richtung bei und presst und halt die Endfläche des Werkstücks W, wenn die Presskraft den ersten Druck P1 (300 Mpa) erreicht. Aufgrund der Verlagerung des oberen Stempels 1 weiter unter die Endfläche des Werkstücks, wird der formende Vorsprung 1a des oberen Stempels 1 in das Werkstück W gepresst. Das Material bei der Seite des äußeren Umfangs der Endfläche des Werkstücks W fließt zu den Räumen Wa und Wb, die zwischen dem inneren Umfang der Pressform 3 und dem äußeren Umfang des oberen Stempels 1 gebildet sind. Zu dieser Zeit wird das Material bei der Seite des äußeren Umfangs der Endfläche des Werkstücks W durch die erste Press- und Halteeinrichtung 4, an die der Druck des ersten Drucks P1 (300 MPa) angelegt ist, gepresst und gehalten. Aus diesem Grund verursacht der erste Druck P1 (300 Mpa), dass der Druck innerhalb des Werkstücks bei dem Teil genau unterhalb des formenden Vorsprungs 1a des oberen Stempels 1 gleich bleibend wird und dass das Material bei der Seite des äußeren Umfangs der Räume Wa und Wb gleichmäßig, ohne Abweichung, in die Räume fließt. Das heißt, die unterschiedlichen Teile des Materials bei der Seite des äußeren Umfangs sind einer gleich bleibenden inneren Spannung von etwa 300 Mpa aufgrund des ersten Drucks P1 ausgesetzt. Auf diese Weise werden die Räume durch das fließende Material des Werkstücks W gefüllt. Ferner fließt, wenn der formende Vorsprung 1a des oberen Stempels 1 in das Werkstück W gepresst wird, gleichzeitig das Material des Abschnitts der Endfläche des Werkstücks W, der an den oberen Stempel 1 stößt, in den Hohlraum C des oberen Stempels 1. Zu dieser Zeit wird, aufgrund des ersten Drucks P1, der durch die erste Press- und Halteeinrichtung 4 von außen angelegt ist, der Druck innerhalb des Werkstücks W bei dem Teil genau unter dem formenden Vorsprung 1a des oberen Stempels 1 gleichmäßig gemacht, sodass das Material des Teils genau unter dem formenden Vorsprung 1a ebenfalls gleichmäßig, ohne Abweichung, in den Hohlraum C fließt. Ferner presst und hält zu dieser Zeit die untere Halteeinrichtung die untere Endfläche des Werkstücks W. Wenn der obere Stempel 1 sich zu einer vorbestimmten Tiefe bewegt und eine vorbestimmte Form gebildet ist, wird die Bewegung des oberen Stempels gestoppt. Als Nächstes werden der obere Stempel 1 und die erste Press- und Halteeinrichtung 4 aufwärts verlagert, der obere Stempel 1 und die erste Press- und Halteeinrichtung 4 werden von dem Werkstück W getrennt, dann wird das geformte Werkstück W aus der Pressform 3 genommen.
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Das Schmieden gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann unter verschiedenen Bedingungen, ungeachtet der Anwesenheit oder der Abwesenheit eines Erhitzens des geschmiedeten Materials, der Erhitzungstemperatur, etc., durchgeführt werden. Das heißt, das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können nicht nur vorteilhaft auf Kaltschmieden angewandt werden, sondern ebenfalls auf Warmschmieden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, insbesondere beim Bilden nicht punktsymmetrischer vertiefter/vorspringender Formen an der Endfläche des Werkstücks, durch Anlegen einer zweiten äußeren Kraft, die unabhängig von der ersten äußeren Kraft ist, an die Endfläche des Werkstücks, um dieselbe zu pressen und zu halten, die innere Spannung der Endfläche des Werkstücks gleichmäßig gemacht und ein plastischer Fluss ohne Abweichungen in dem Pressformhohlraum bewirkt. Das heißt, das plastisch fließende Werkstückmaterial wird durch eine innere Spannung, die gleich bleibender ist als in der Vergangenheit, hinsichtlich der Fluidität gleich bleibend gemacht und zu jeder Ecke des Pressformhohlraums aufgefüllt. Auf diese Weise wird es möglich, die Abmessungspräzision eines geschmiedeten Gegenstands ohne begleitende Unterfüllung oder andere Defekte zu verbessern, und es wird möglich, die maschinellen Bearbeitungsverfahren eines Werkstücks stark zu reduzieren.
