DE102011105244A1

DE102011105244A1 - Verwendung eines Warmstauchverfahrens, Verwendung eines Umformwerkzeuges, Verfahren zum Erzeugen einer Schmiedevorform und Umformvorrichtung oder Warmstauchvorrichtung

Info

Publication number: DE102011105244A1
Application number: DE102011105244A
Authority: DE
Inventors: Volker Wengenroth
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-08-09
Also published as: EP2484462A2; EP2484462B1; EP2484462A3

Abstract

Um Nachteile beim Erzeugen einer Schmiedevorform mittels herkömmlicher Quer- und/oder Reckwalzverfahren zu beheben, schlägt die Erfindung eine Verwendung eines Warmstauchverfahrens zum Erzeugen einer Schmiedevorform mit veränderlichen Querschnitten zum Herstellen eines Schmiedeteils vor.

Description

Die Erfindung betrifft zum einen eine Verwendung eines Warmstauchverfahrens.
Die Erfindung betrifft zum anderen eine Verwendung eines Umformwerkzeugs.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Schmiedevorform für das Schmieden eines Schmiedeteils, bei welchem mit einem Umformwerkzeug eine Kontur eines Werkstücks zu einer Schmiedevorformkontur umgeformt wird, wobei die Schmiedevorformkontur einer ersten Schmiedeteilkontur mit einer erforderlichen Volumenvorverteilung des zu schmiedenden Schmiedeteils entspricht.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Umformvorrichtung zum Erzeugen einer Schmiedevorform für das Schmieden eines Schmiedeteils mit einem Umformwerkzeug, bei welcher das Umformwerkzeug eine Werkstückumformkontur mit veränderlichen Querschnitten aufweist, mittels welcher eine Volumenvorverteilung an der Schmiedevorform erzeugbar ist.
Auch betrifft die Erfindung eine Umformvorrichtung oder eine Warmstauchvorrichtung zum Umformen eines Werkstücks umfassend ein Umformwerkzeug mit einer Kavität als Werkstückumformkontur, bei welcher das Umformwerkzeug eine Festmatrize und eine hierzu korrespondierende Klemmmatrize aufweist, wobei die Festmatrize und die Klemmmatrize gemeinsam die Kavität ausgestalten.
Es ist bekannt, für ein Schmieden von Schmiedeteilen noch vor einer ersten Schmiedestufe aus einem im Wesentlichen zylindrischen Werkstück eine Schmiedevorform mit veränderlichen Querschnitten zu erzeugen, die anschließend in Gestalt eines Halbzeugs für eine erste Schmiedestufe bereitgestellt wird. Hierbei dient das Erzeugen einer Vorform insbesondere dazu, bereits Volumenanhäufungen zu erzielen, so dass die nachfolgenden Schmiedestufen einfacher und insbesondere unter minimalem Materialverlust durchgeführt werden können.
Das Umformen des im Wesentlichen zylindrischen Werkstücks zu der Schmiedevorform geschieht im Stand der Technik mittels Quer- und/oder Reckwalzverfahren, bei welchen an dem im Wesentlichen zylindrischen Werkstück eine Schmiedevorform mit einer bereits definierten Volumenvorverteilung angearbeitet wird. Hierdurch gelingt der Einstieg in den eigentlichen Schmiedeprozess wesentlich leichter.
Entsprechende Walzwerkzeuge für die bekannten Quer- und/oder Reckwalzverfahren sind jedoch nicht nur kostenintensiv in der Herstellung, sondern bieten darüber hinaus speziell hinsichtlich einer erforderlichen Volumenverteilung an der Schmiedevorform nur geringe Nachstell- bzw. Korrekturmöglichkeiten.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung insbesondere die vorstehend genannten Nachteile beim Erzeugen einer Schmiedevorform mittels herkömmlicher Quer- und/oder Reckwalzverfahren zu beheben.
Nach einem ersten Aspekt wird die Aufgabe der Erfindung von einer Verwendung eines Warmstauchverfahrens zum Erzeugen einer Schmiedevorform mit veränderlichen Querschnitten zum Herstellen eines Schmiedeteils gelöst.
Erfindungsgemäß können durch die Verwendung des Warmstauchverfahrens die vorstehend genannten Nachteile abgestellt werden. Zudem sind Umformwerkzeuge für das Warmstauchverfahren wesentlich günstiger.
Darüber hinaus können vorteilhafter Weise auch geometrisch komplexere Schmiedevorformen erzeugt werden, wenn dieses erforderlich erscheint.
Die Beschreibung „veränderliche Querschnitte” bezeichnet im Sinne der Erfindung Querschnitte, welche in Längserstreckung der Schmiedevorform unterschiedlich sind.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die vorliegende Aufgabe auch von der Verwendung eines Umformwerkzeugs mit einer Kavität zum Erzeugen einer Schmiedevorform mit veränderlichen Querschnitten zum Herstellen eines Schmiedeteils gelöst.
Bisher wurde eine Schmiedevorformkontur mittels einer rotationssymmetrischen Werkzeugaußenseite eines Walzwerkzeugs erzeugt, Diese rotationssymmetrischen Walzwerkzeuge sind in der Herstellung jedoch teurer als eine Kavität aufweisende Umformwerkzeuge.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung auch von einem Verfahren zum Erzeugen einer Schmiedevorform für das Schmieden eines Schmiedeteils, bei welchem mit einem Umformwerkzeug eine Kontur eines Werkstücks zu einer Schmiedevorformkontur umgeformt wird, gelöst, wobei das Werkstück in eine Kavität des Umformwerkzeugs eingebracht, das Werkstück in dem Umformwerkzeug zu einer Schmiedevorform mit veränderlichen Querschnitten gestaucht und daran anschließend als Schmiedevorform mit einer definierten Volumenvorverteilung für einen nachfolgenden Schmiedeprozess bereitgestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird das Werkstück mittels einer Kavität des Umformwerkzeugs zu der Schmiedevorform umgeformt. Hierdurch können vorteilhafter Weise geometrisch wesentlich komplexere Geometrien an der Schmiedevorform erzeugt werden.
Eine weiterführende Verfahrensvariante sieht vor, dass die Schmiedevorform mit einer ersten Schmiedeteilkontur erzeugt wird.
Idealerweise entspricht die Schmiedevorformkontur bereits einer Kontur eines Schmiedeteils nach einer ersten Schmiedestufe. Hierdurch können hochwertigere Schmiedeteile mit einer noch homogeneren Materialstruktur hergestellt werden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass es sich bei dem hier verwendeten Werkstück im Wesentlichen um ein zylindrisches Werkstück ohne eine differenziertere Volumenverteilung entlang seiner Längserstreckung handelt. Die hieraus herzustellenden Schmiedeteile, wie beispielsweise Pleuel oder Kolbenstangen, hingegen weisen eine äußerst komplexe Form auf, was dazu führt, dass selbst bei einem Bereitstellen einer Vorform verhältnismäßig viel Material während des Schiedens verloren geht.
Die Aufgabe der Erfindung wird vorrichtungstechnisch von einer Umformvorrichtung zum Erzeugen einer Schmiedevorform für das Schmieden eines Schmiedeteils mit einem Umformwerkzeug, insbesondere zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens, gelöst, bei welcher das Umformwerkzeug eine Werkstückumformkontur mit veränderlichen Querschnitten aufweist, mittels welcher eine Volumenvorverteilung an der Schmiedevorform erzeugbar ist, wobei das Umformwerkzeug eine Kavität mit veränderlichen Querschnitten aufweist.
Erfindungsgemäß weist das Umformwerkzeug der Umformvorrichtung zum Erzeugen der Schmiedevorform erstmals eine Kavität auf, wodurch sich speziell eine Umformvorrichtung zum Erzeugen einer Schmiedevorform von bisher bekannten gattungsgemäßen Umformvorrichtungen mit einem Walzwerkzeug erfindungswesentlich unterscheidet.
Vorteilhafter Weise kann ein Umformwerkzeug wesentlich einfacher und kostengünstiger hergestellt werden als ein entsprechendes Walzwerkzeug.
Ist die Kavität von einer Festmatrize und einer hierzu korrespondierenden Klemmmatrize ausgestaltet, kann das Umformwerkzeug zum Erzeugen der Schmiedevorform besonders einfach hergestellt werden.
Zudem lassen sich problemlos rotationsunsymmetrische Schmiedevorformkonturen erzeugen, indem eine Festmatrize und eine hierzu radial gegenüberliegende Klemmmatrize hinsichtlich Ihrer Teilkavitäten unterschiedlich gestaltet sind. Insbesondere wird hierdurch ein Entnehmen der Schmiedevorform erheblich erleichtert, da durch die Volumenanhäufung die längliche Struktur des Werkstücks derart verändert werden kann, dass ein axiales Entnehmen aus dem Umformwerkzeug ausgeschlossen ist.
Eine außerordentlich bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass das Umformwerkzeug mehr als ein Längssegment umfasst und dass die Längssegmente axial hintereinander an einer gemeinsamen Axialführungseinrichtung angeordnet sind.
Vorteilhafter Weise splittet sich das für die Umformvorrichtung zum Erzeugen einer Schmiedevorform erfinderische Umformwerkzeug in wenigstens zwei Längssegmente auf. Hierdurch ergeben sich vorteilhafter Weise sehr flexible Änderungsmöglichkeiten hinsichtlich einer zu gestaltenden Schmiedevorformkontur, da durch ein Auswechseln einzelner Längssegmente die Kavität des Umformwerkzeugs auf baulich sehr einfache Weise vielfältig variiert werden kann.
Die Längssegmente können zudem besonders einfach zueinander positioniert werden, wenn sie axial hintereinander auf der gemeinsamen Axialführungseinrichtung angeordnet sind.
Insofern wird die Aufgabe der Erfindung alternativ oder kumulativ auch von einer Umformvorrichtung oder einer Warmstauchvorrichtung, insbesondere zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens, zum Umformen eines Werkstücks umfassend ein Umformwerkzeug mit einer Kavität als Werkstückumformkontur, bei welcher das Umformwerkzeug eine Festmatrize und eine hierzu korrespondierende Klemmmatrize aufweist, wobei die Festmatrize und die Klemmmatrize gemeinsam die Kavität ausgestalten, gelöst, und wobei sich die Umformvorrichtung dadurch auszeichnet, dass das Umformwerkzeug mehr als ein Längssegment umfasst und dass die Längssegmente axial hintereinander an einer gemeinsamen Axialführungseinrichtung angeordnet sind.
Idealerweise können die einzelnen Längssegmente konstruktiv einfach zu dem Umformwerkzeug zusammengefügt werden, insbesondere wenn sie axial hintereinander auf der gemeinsamen Axialführungseinrichtung befestigt werden. Je nach konkreter Umsetzung vorliegender Erfindung ist es möglich, dass die Längssegmente erst während des Umformvorgangs zu einer gemeinsamen Kavität, insbesondere in Längsrichtung, zueinander positioniert werden. Insofern kann beispielsweise ggf. ein Werkstück zu Anwendung kommen, welches länger ist als die durch das Umformwerkzeug bereitgestellt Kavität. Die Längssegmente werden dann zu beginn des Stauchvorgangs voneinander beabstandet angeordnet. Erfolgt nun ein Stauchvorgang in Längsrichtung so kann durch geeignete Wahl der freien Strecken des Werkstücks beim Beginn des Stauchens gewährleistet werden, dass Volumen zunächst in vorbereiteten Kavitäten des Werkzeugs und nicht in den freien Bereichen zwischen den Längssegmenten angehäuft wird. Insofern schrumpft die Längserstreckung des Werkzeugs durch die erste Materialanhäufung in diese Kavitäten, wodurch die Längssegmente zu einer Gesamtkavität zusammengeschoben werden, was letztlich dann ein Ausbrechen von Material in die Zwischenräume zwischen den Längssegmenten verhindert. je nach konkreter Umsetzung dieses Teilaspekts der vorliegender Erfindung kann eines oder jedes der Längssegmente einen Gegenanschlag, Positionieranschlag oder einen eigenen Antrieb aufweisen, so dass gewährleistet ist, dass das entsprechende Längssegment in einer vorbestimmen Ausgangsposition positioniert ist, wenn der Stauchvorgang beginnt.
Insofern ist es vorteilhaft, wenn die Umformvorrichtung eine Halteeinrichtung mit Halteelemente aufweist und die Halteelemente eine erste Aufnahme für Längssegmente des Umformwerkzeugs und eine zweite Aufnahme für eine gemeinsame Axialführungseinrichtung aufweisen.
Sind die Längssegmente des Umformwerkzeugs austauschbar an der gemeinsamen Axialführungseinrichtung angeordnet, kann die Umformvorrichtung besonders schnell auf eine Schmiedevorform mit einer anderen Schmiedevorformkontur umgerüstet werden.
Nahezu jegliche Arbeiten an dem Umformwerkzeug können zügiger erledigt werden, wenn wenigstens eines der Längssegmente gegenüber einem weiteren der Längssegmente axial verschieblich an der Axialführungseinrichtung gelagert ist. Hierbei kann es, insbesondere um zu Beginn des Verpressens einen Abstand zwischen den Längssegmente belassen zu können, von Vorteil sein, wenn die Axialführungseinrichtung einen Axialschiebweg aufweist, der länger als die hintereinander angeordneten Längssegmente ist.
Beispielsweise kann durch eine simpel gestaltete Verstellung der einzelnen Matrizen zueinander eine Volumenaufteilung des Ausgangsmaterials des Werkstücks nachträglich im Umformwerkzeug vorteilhaft korrigiert werden.
Weist jedes der Längssegmente eine Festmatrize und eine Klemmmatrize auf, können Werkstückumformkonturen an dem Umformwerkzeug noch variantenreicher angearbeitet werden.
Insofern hat es sich auch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Umformwerkzeug mehr als eine Festmatrize und/oder mehr als eine Klemmmatrize aufweist.
Ein besonders schneller Austausch von einzelnen oder auch allen Längssegmenten kann erzielt werden, wenn zwei jeweils axial benachbarte Festmatrizen und/oder zwei jeweils axial benachbarte Klemmmatrizen des Umformwerkzeugs axial lose aneinander liegend angeordnet sind.
Somit ist es auch vorteilhaft, wenn eine Axialführungseinrichtung einen Axialanschlag für das Umformwerkzeug bzw. für Längssegmente des Umformwerkzeugs, insbesondere für eine Festmatrize des Umformwerkzeugs, aufweist. Idealweise liegt der Axialanschlag derjenigen Seite des Umformwerkzeugs gegenüber, an welcher ein axial verschieblicher Stauchstempel zum Stauchen des Werkstücks vorgesehen ist. Insofern können Stauchkräfte besonders gut in den Axialanschlag eingeleitet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Umformvorrichtung einen einzigen Axialanschlag für das Umformwerkzeug und mehr als eine Radialhalteeinrichtung für das Umformwerkzeug aufweist. Insbesondere durch den einzigen Axialanschlag kann die Umformvorrichtung wesentlich einfacher gebaut werden. Und mittels der Radialhalteeinrichtungen kann baulich einfach ein radiales Ausbrechen der einzelnen Längssegmente verhindert werden.
(40] Werden die Längssegmente mittels der gemeinsamen Axialführungseinrichtung sowohl axial als auch radial zusammengehalten, kann der konstruktive Aufwand an der vorliegenden Umformvorrichtung werter reduziert werden.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Umformwerkzeug mittels wenigstens einer Festmatrize an einer gemeinsamen Axialführungseinrichtung angeordnet ist. Hierdurch kann insbesondere ein Montage- bzw. Demontageaufwand vereinfacht werden.
Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn eine Klemmmatrize des Umformwerkzeugs an einer Festmatrize des Umformwerkzeugs jeweils fest, aber gelenkig angeordnet ist. Insofern kann die Klemmmatrize konstruktiv einfach mittels der zugehörigen Festmatrize an der gemeinsamen Axialführungseinrichtung befestigt werden. Darüber hinaus ist die Kavität gut zugänglich.
Zudem lassen sich problemlos rotationsunsymmetrische Schmiedevorformkonturen erzeugen, wenn das vorliegende Umformwerkzeug eine unsymmetrische Werkstückumforminnenkontur aufweist.
Speziell mit Blick auf die Kavität des vorliegenden Umformwerkzeugs ist es vorteilhaft, wenn die Kavität sowohl radial als auch axial mehrteilig ausgestaltet, insbesondere veränderlich ausgestaltbar, ist. Hierdurch ist insbesondere eine hohe Anpassungsmöglichkeit hinsichtlich der Schmiedevorformkontur gegeben.
Um bei einer größeren Kavität während des Umformens des Werkstücks die Gefahr eines Ausknicken des Werkstücks innerhalb der Kavität zu vermeiden, sieht eine sehr vorteilhafte Ausführungsvariante vor, dass das Umformwerkzeug an einer einem Stauchstempel zugewandten Seite einen designierten Innendurchmesser, insbesondere beispielsweise zum verbesserten Führen des Stauchstempels, aufweist, wobei das Umformwerkzeug in Teilräumen der Kavität mit einem größeren Teilraumdurchmesser als der designierte Innendurchmesser Mittel zum partiellen Reduzieren des Teilraumdurchmessers aufweist.
Diese Reduktion erfolgt vorzugsweise senkrecht zu dem größeren Teilraumdurchmesser.
Die Mittel zum partiellen Reduzieren ermöglichen einen früheren Eingriff des Umformwerkzeugs an bzw. in das umzuformende Werkstück und führen bzw. halten es bereits dann in Position, lange bevor die übrigen Ränder der Kavität mit dem Werkstück in Kontakt kommen.
Es versteht sich, dass die Mittel zum Partiellen Reduzieren des Teilraumdurchmessers entlang der gesamten Stauchachse vorgesehen werden können. Besonders vorteilhaft sind sie jedoch dort, wo die Kavität Bereiche umfasst, in welchen eine Kavitätslänge 1,5-mal oder 2-mal so groß ist wie der dazugehörige Kavitätsinnendurchmesser des Umformwerkzeugs.
Insofern ist es vorteilhaft, wenn das Umformwerkzeug in Teilräumen mit einer Teilraumlänge größer als 1,5-mal des Teilraumdurchmessers des diesbezüglichen Teilraums Mittel zum partiellen Reduzieren des Teilraumdurchmessers aufweist.
Konstruktiv einfach können die Mittel zum partiellen Reduzieren innerhalb der Kavität ausgestaltet sein, wenn die Mittel zum partiellen Reduzieren des Teilraumdurchmessers einen Flankendorn aufweisen, welcher in die Kavität des Umformwerkzeugs partiell hinein ragt.
Bei einer diesbezüglich vorteilhaften Verfahrensvariante üben dementsprechend Flankendorne oder sonstige Mittel zum partiellen Reduzieren bereits während eines Schließens des Umformwerkzeugs zumindest bereichsweise auf das Werkstück Radialpresskräfte aus, die insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur axialen Stauchrichtung verlaufen. Vorteilhafter Weise wird das Werkstück hierbei zumindest partiell angeformt, so dass schon vor dem eigentlichen Axialstauchprozess ein Sollfließverhalten erzielt wird, welches ein seitliches, insbesondere asymmetrisches, Ausbrechen des Werkstückmaterials innerhalb der Kavität verhindert. Somit kann sichergestellt werden, dass die Kavität in gewünschter Weise von dem Werkstück ausgefüllt wird, auch wenn diese verhältnismäßig groß gewählt ist.
Insofern kann vorteilhafter Weise die Gefahr eines Ausknickens des Werkstücks während seines Umformens nahezu ausgeschlossen werden.
Die Radialpresskräfte können hierbei gut von den Mitteln zum partiellen Reduzieren auf das Werkstück ausgeübt werden.
Da die vorliegenden Mittel zum partiellen Reduzieren ein Umformwerkzeug bereits für sich vorteilhaft weiter entwickeln, sind die diesbezüglichen konstruktiven und verfahrenstechnischen Merkmale auch ohne die übrigen Merkmale der Erfindung erfinderisch.
Die vorliegend erläuterten Verfahren und Vorrichtungen eignen sich insbesondere für Werkstücke, die im Wesentlichen in einer axialen Längserstreckungsrichtung vorliegen, wie beispielsweise für Stangen o. ä., und die dann entsprechend geschmiedet werden sollen, wobei es in der Regel auch darauf ankommt, dass die bei derartigen axial längsgestreckten Werkstücken die Schmiederichtung in Bezug auf die Korn- und Gefügelinien und -flächen des Ausgangswerkstückes in geeigneter Richtung liegt, damit eine möglichst hohe Festigkeit des Endprodukt gewährleistet werden kann. Insofern ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Stauchprozesse dementsprechend parallel zur Längserstreckungsrichtung erfolgen bzw. wenn ein entsprechender Stauchstempel parallel zu dieser Längserstreckungsrichtung auf das Werkstück wirkt.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert, in welchen einerseits beispielhaft eine Warmstauchvorrichtung, welche erfindungsgemäß ein Schmiedevorform-Werkzeug aufweist, und andererseits eine Umformvorrichtung zum Umformen eines Werkstücks dargestellt und beschrieben sind.
Mittels der vorstehend beschriebenen Umformvorrichtung gelingt insbesondere eine komplexe Ausbildung einer Werkzeuggravur, mittels welcher vorteilhafter Weise verhindert werden kann, dass der Rohling bzw. das Werkstück bei der Umformung auch oberhalb des möglichen Stauchverhältnisses ausknickt.
In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch eine erste Ansicht einer Warmstauchvorrichtung mit einem geöffneten Umformwerkzeug zum Erzeugen einer Schmiedevorformkontur an einem Werkstück;
2 schematisch eine weitere Ansicht des geöffneten Umformwerkzeugs aus der 1 mit eingelegtem Werkstück vor einer Stauchphase;
3 schematisch eine Ansicht des Umformwerkzeugs aus den 1 und 2 in geschlossenem Zustand während einer Stauchphase;
4 schematisch nochmals eine Ansicht des wiedergeöffneten Umformwerkzeugs aus den 1 bis 3 mit einer fertig gestauchten Schmiedevorform nach der Stauchphase;
5 schematisch eine Querschnittsansicht durch ein vorderes Längssegment der Warmstauchvorrichtung aus den 1 bis 4 bei geöffnetem Umformwerkzeug;
6 schematisch eine Querschnittsansicht durch das vordere Längssegment der Warmstauchvorrichtung aus den 1 bis 5 bei geschlossenem Umformwerkzeug;
7 schematisch eine Ansicht einer vorderen Festmatrize des Umformwerkzeugs;
8 schematisch eine Ansicht einer mittleren Festmatrize des Umformwerkzeugs; und
9 schematisch eine Ansicht einer hinteren Festmatrize des Umformwerkzeugs.
Die in den 1 bis 4 gezeigte Umformvorrichtung 1 umfasst ein Umformwerkzeug 2, welches in der Darstellung gemäß der 1 geöffnet abgebildet ist.
Die Umformvorrichtung 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Warmstauchvorrichtung 3.
Das Umformwerkzeug 2 ist hinsichtlich einer Stauchachse 4 eines Stauchstempels 5 der Umformvorrichtung 1 radial in eine Oberteil 6 und in ein Unterteil 7 zweigeteilt ausgestaltet.
Der Stauchstempel 5 ist durch eine Stempelführung 8 hindurch geführt und er kann durch einen hier nicht weiter gezeigten Antrieb fluchtend zur Stauchachse 4 in das Umformwerkzeug 2 hinein oder aus das Umformwerkzeug 2 heraus bewegt werden.
Das Umformwerkzeug 2 weist eine Kavität 8 mit veränderlichen Querschnitten 9 auf, die dementsprechend innerhalb des Umformwerkzeugs 2 eine unsymmetrische Werkstückumforminnenkontur 10 bereitstellt.
Das Umformwerkzeug 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich in drei Längssegmente 11, 12 und 13 unterteilt, wobei das vordere Längssegment 11 eine vordere Festmatrize 14 und eine vordere Klemmmatrize 15, das mittlere Längssegment 12 eine mittlere Festmatrize 16 und eine mittlere Klemmmatrize 17 sowie das hintere Längssegment 13 eine hintere Festmatrize 18 und eine hintere Klemmmatrize 19 umfasst.
Insofern ist die Kavität 8 sowohl radial als auch axial mehrteilig ausgestaltet.
Jede der Klemmmatrizen 15, 17 bzw. 19 ist an der ihr zugeordneten Festmatrize 14, 16 bzw. 18 mittels einer entsprechenden Gelenkverbindung 20 fest, aber gelenkig angeordnet.
Die Umformvorrichtung 2 zeichnet sich darüber hinaus durch eine gemeinsame Axialführungseinrichtung 21 aus, an welcher alle Festmatrizen 14, 16 und 18 über die jeweilige Gelenkverbindung 20 – und somit indirekt auch alle Klemmmatrizen 15, 17 und 19 – axial verschieblich hintereinander befestigt sind.
Die Axialführungseinrichtung 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel konstruktiv einfach als eine einzige Lineartraverse ausgestaltet. Sie kann aber auch als mehrteiliges Bauteil bzw. Bauteilgruppe realisiert sein, sollte dies erforderlich sein.
Damit die einzelnen Längssegmente 11, 12 und 13 an der gemeinsamen Axialführungseinrichtung 21 zudem schnell ausgetauscht werden können, verfügt die Umformvorrichtung 1 noch über eine Halteeinrichtung 22 mit Halteelementen 23, 24 und 25.
Mittels der Halteelemente 23, 24 und 25 werden die Längssegmente 11, 12 bzw. 13 verschieblich an der gemeinsamen Axialführungseinrichtung 21 fixiert.
Die einzelnen Festmatrizen 14, 16 bzw. 18 sind hierbei mittels Schraubverbindungen 26 an den jeweiligen Halteelementen 23, 24 und 15 angeschraubt.
Da insbesondere zwei jeweils axial benachbarte Festmatrizen 14, 16, 18 des Umformwerkzeugs 2 axial lose aneinander liegend angeordnet sind, weist die Umformvorrichtung 1 einen Axialanschlag 27 auf, an welchem sich speziell die Festmatrizen 14, 16, 18 während eines Stauchprozesses axial abstützen können.
Der Axialanschlag 27 ist in diesem Ausführungsbeispiel konstruktiv einfach als eine austauschbare Komponente der Axialführungseinrichtung 21 ausgebildet.
Zum Erzeugen einer Schmiedevorform 30 (siehe 4) mit einer Schmiedevorformkontur 31 mit veränderlichen Querschnitten 32 für das anschließende Schmieden eines hier nicht gezeigten Schmiedeteils wird in die Kavität 8 ein Werkstück 33 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Kontur 34 eingelegt (siehe 2).
Anschließend wird das Umformwerkzeug 2 geschlossen, so wie es in der 3 dargestellt ist. Die jeweils auf die Festmatrizen 14, 16 bzw. 18 abgesenkten Klemmmatrizen 15, 17 bzw. 19 werden jeweils mittels einer Schnellklemmeinrichtung 35, 36 bzw. 37 verriegelt. Insofern ist ein Aufspringen der Umformvorrichtung 2 während des Stauchprozesses ausgeschlossen.
Nun kann die eigentliche Stauchphase gemäß einer Stauchbewegung 38 (siehe 3) erfolgen, in welchem die Anordnung um den Stauchstempel 5 und der Stempelführung 8 herum einerseits die einzelnen Längssegmente 11, 12 und 13 gegen den Axialanschlag 27 schiebt und andererseits gleichzeitig der Stauchstempel 5 das Werkstück 33 innerhalb der Kavität 8 staucht, wobei das Werkstück 33 zu der Schmiedevorform 30 mit den veränderlichen Querschnitten 32 umgeformt wird.
Vorteilhafter Weise hat die Schmiedevorform 30 nun eine definierte Volumenverteilung, welche im Wesentlichen derjenigen eines Schmiedeteils nach einem ersten Schmiedeschritt entspricht.
Insofern wird erfindungsgemäß erstmals ein Warmstauchverfahren zum Erzeugen einer Schmiedevorform 30 mit veränderlichen Querschnitten 32 zum Herstellen eines Schmiedeteils verwendet.
Die Schnittdarstellung gemäß der 5 zeigt die Umformvorrichtung 1 im Bereich des vorderen Längssegmentes 11 mit geöffnetem Umformwerkzeug 2.
Die vordere Festmatrize 14 des Umformwerkzeugs 2 ist mit zwei ersten Schrauben 40 und 41 der Schraubverbindung 26 an dem ersten Halteelement 23 der Halteeinrichtung 22 befestigt.
Nach der gezeigten Schnittdarstellung erkennt man gut, dass das erste Halteelement 23 einen der vorderen Festmatrize 14 zugewandten oberen Teil 42 und einen der Axialführungseinrichtung 21 zugewandten unteren Teil 43 aufweist.
Das obere Teil 42 ist hierbei mit zwei Innensechskantschrauben 44 und 45 an dem unteren Teil 43 angeschraubt.
Die Axialführungseinrichtung 21 umfasst ein Fußteil 46 und ein Führungsteil 47, an welchem die Längssegmente 11, 12 und 13 des Umformwerkzeugs 2 verschieblich gelagert sind.
Das Führungsteil 47 ist entlang der Axialführungseinrichtung 21 mit einer Reihe von weiteren Schrauben 48 an dem Fußteil 46 geschraubt.
An das obere Teil 42 des ersten Halteelements 23 ist die erste Schnellklemmverbindung 35 der Gelenkverbindung 20 mit einer Flanschverschraubung 49 angeflanscht.
Die Schnellklemmverbindung 35 weist einen Hebelmechanismus 50 auf, mittels welchem das vordere Längssegment 11 des Umformwerkzeugs 2 manuell geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
Während die Schnellklemmverbindung 35 mittels eines unteren Schenkels 51 mit dem oberen Teil 42 korrespondiert, ist die Schnellklemmverbindung 35 mit einem entsprechenden oberen Schenkel 52 an der vorderen Klemmmatrize 15 angeschraubt. Hierfür ist eine Schraubbefestigung 53 vorgesehen.
Die Schnittdarstellung gemäß der 6 zeigt die Umformvorrichtung 1 in einem geschlossen Zustand, bei welchem die vordere Festmatrize 14 auf der vorderen Klemmmatrize 15 abgesenkt ist. Hierbei ist die Kavität 8 zumindest im Bereich des vorderen Längssegmentes 11 geschlossen.
Der Schnellklemmmechanismus 35 befindet sich hierbei in einer verriegelten Position 54, so dass sich die vordere Klemmmatrize 15 während eines Umformprozesses von der vorderen Festmatrize 14 nicht abhebt und dadurch das Umformwerkzeug 2 zumindest teilweise geöffnet werden würde.
Die Merkmale zu dem hier erläuterten ersten Längssegment 11 können auf die weiteren Längssegmente 12 und 13 übertragen werden, so dass diese nicht zusätzlich erläutert werden müssen.
Jeweils in einer schematischen Aufsicht gemäß der 7, 8 und 9 sind die vordere Festmatrize 14 (7), die mittlere Festmatrize 16 (8) und die hintere Festmatrize 18 (9) nochmals beispielhaft gezeigt. Die Festmatrizen 14, 16 und 18 sind entlang der Stauchachse 4 axial hintereinander angeordnet.
Die vordere Festmatrize 14 gestaltet einen ersten unteren Teilraum 55 der Kavität 8 des Umformwerkzeugs 2 aus. Entsprechend bilden die mittlere Festmatrize 16 einen zweiten unteren Teilraum 56 und die hintere Festmatrize 18 einen dritten unteren Teilraum 57 der Kavität 8 aus. Hinzu kommen noch entsprechende obere Teilräume (nicht gezeigt) der Klemmmatrizen 15, 17 und 19. Es ist leicht verständlich, dass hierdurch die Kavität 8 hinsichtlich der Werkstückumforminnenkontur 10 insgesamt komplex und vielseitig variiert werden kann.
Die Teilräume 55, 56 und 57 sind in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Erodierverfahrens verfahrenstechnisch relativ einfach in die jeweilige Matrize 14, 15, 16, 17, 18 und 19 eingearbeitet.
Hierdurch und durch die hohe Vielzahl an einzelnen Teilräumen 55, 56 und 57 etc. sind wesentlich komplexere Schmiedevorformkonturen 31 herstellbar als dies mit herkömmlichen Walzverfahren hinsichtlich des Erzeugens einer Schmiedevorform 30 möglich ist.
Die vordere Festmatrize 14 weist zwei Senkbohrungen 58 und 59 für die beiden zuvor beschriebenen Schrauben 40 und 41 auf.
Entsprechende Senkbohrungen (hier nicht mehr gesondert beziffert) finden sich an denbeiden Festmatrizen 16 und 18.
Da der erste Teilraum 55 einen Teilraumdurchmesser 60 aufweist, der kritisch größer ist als eine dazugehörigen Teilraumlänge 61 des ersten Teilraums 55, sind in dem Teilraum 55 Mittel 62 zum partiellen Reduzierens des Teilraumdurchmessers 60 vorgesehen, welche in diesem Ausführungsbeispiel als ein Flankendorn 63 realisiert sind.
Der Flankendorn 63 umfasst vorliegend einen klemmmatrizenseitigen feststehenden Längsdorn 64 und einen festmatrizenseitigen feststehenden Längsdorn 65 (siehe 5), die in die Kavität 8 hineinragen.
Insofern ist innerhalb der Kavität 8 Mittel zum indizieren eines Sollfließverhaltens angeordnet; und zwar in Bereichen der Kavität 8, in welchen der Teilraumdurchmesser 60 größer ist als ein designierter Innendurchmesser 66 des Umformwerkzeugs 2, in welchem der Stauchstempel 5 angeordnet bzw. geführt ist.
Somit können konstruktiv besonders einfach bereits während des Schließens des Umformwerkzeugs 2 zumindest bereichsweise auf das Werkstück 33 Radialpresskräfte ausgeübt werden, die insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur axialen Stauchrichtung 38 verlaufen.
Insofern wird hierdurch das Werkstück 33 zumindest partiell angeformt, so dass das entsprechende Werkstückmaterial innerhalb des Teilraums 55 vor dem eigentlichen Axialstauchprozess mit einem gewünschten Fließverhalten fließt, wodurch ein Ausbrechen des Werkstücks 33 während des axialen Stauchens nahezu ausgeschlossen ist.
Sämtliche in den Anmeldeunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste

1: Umformvorrichtung
2: Umformwerkzeug
3: Warmstauchvorrichtung
4: Stauchachse
5: Stauchstempel
6: Oberteil
7: Unterteil
8: Kavität
9: veränderliche Querschnitte
10: Werkstückumforminnenkontur
11: vorderes Längssegment
12: mittleres Längssegment
13: hinteres Längssegment
14: vordere Festmatrize
15: vordere Klemmmatrize
16: mittlere Festmatrize
17: mittlere Klemmmatrize
18: hintere Festmatrize
19: hintere Klemmmatrize
20: Gelenkverbindung
21: Axialführungseinrichtung
22: Halteeinrichtung
23: erstes Halteelement
24: zweites Halteelement
25: drittes Halteelement
26: Schraubverbindungen
27: Axialanschlag
30: Schmiedevorform
31: Schmiedevorformkontur
32: veränderliche Querschnitte
33: Werkstück
34: zylindrische Kontur
35: erste Schnellklemmeinrichtung
36: zweite Schnellklemmeinrichtung
37: dritte Schnellklemmeinrichtung
38: Stauchbewegung
40: erste Schraube
41: zweite Schraube
42: oberer Teil
43: unterer Teil
44: erste Innensechskantschraube
45: zweite Innensechskantschraube
46: Fußteil
47: Führungsteil
48: weitere Schrauben
49: Flanschverschraubung
50: Hebelmechanismus
51: unterer Schenkel
52: oberer Schenkel
53: Schraubbefestigung
54: verriegelte Position
55: erster unterer Teilraum
56: zweiter unterer Teilraum
57: dritter unterer Teilraum
58: erste Senkbohrung
59: zweite Senkbohrung
60: Teilraumdurchmesser
61: Teilraumlänge
62: Mittel zum Reduzieren
63: Flankendorn
64: Längsdorn
65: Längsdorn
66: designierter Innendurchmesser

Claims

Verwendung eines Warmstauchverfahrens zum Erzeugen einer Schmiedevorform (30) mit veränderlichen Querschnitten (32) zum Herstellen eines Schmiedeteils.
Verwendung eines Umformwerkzeugs (2) mit einer Kavität (8) zum Erzeugen einer Schmiedevorform (30) mit veränderlichen Querschnitten (32) zum Herstellen eines Schmiedeteils.
Verfahren zum Erzeugen einer Schmiedevorform (30) für das Schmieden eines Schmiedeteils, bei welchem mit einem Umformwerkzeug (2) eine Kontur (34) eines Werkstücks (33) zu einer Schmiedevorformkontur (31) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (33) in eine Kavität (8) des Umformwerkzeugs (2) eingebracht, das Werkstück (33) in dem Umformwerkzeug (2) zu einer Schmiedevorform (30) mit veränderlichen Querschnitten (32) gestaucht und daran anschließend als Schmiedevorform (30) mit einer definierten Volumenvorverteilung für einen nachfolgenden Schmiedeprozess bereitgestellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiedevorform (30) mit einer ersten Schmiedeteilkontur erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum partiellen Reduzieren, wie beispielsweise Flankendorne (63), bereits während eines Schließens des Umformwerkzeugs (2) zumindest bereichsweise auf das Werkstück (33) Radialpresskräfte, die insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einer axialen Stauchrichtung (38) verlaufen, ausüben, und das Werkstück (33) zumindest partiell angeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) mehr als ein Längssegment (11, 12, 13) umfasst, die zu Beginn des Stauchvorgangs voneinander beabstandet angeordnet sind und während des Stauchens zu einer gemeinsamen Kavität zueinander positioniert werden.
Umformvorrichtung (1), insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3 bis 5, zum Erzeugen einer Schmiedevorform (30) für das Schmieden eines Schmiedeteils mit einem Umformwerkzeug (2), bei welcher das Umformwerkzeug (2) eine Werkstückumformkontur (10) mit veränderlichen Querschnitten (9) aufweist, mittels welcher eine Volumenvorverteilung an der Schmiedevorform (30) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) eine Kavität (8) mit veränderlichen Querschnitten (9) aufweist.
Umformvorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (8) von einer Festmatrize (14, 16, 18) und einer hierzu korrespondierenden Klemmmatrize (15, 17, 19) ausgestaltet ist.
Umformvorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) mehr als ein Längssegment (11, 12, 13) umfasst und dass die Längssegmente (11, 12, 13) axial hintereinander an einer gemeinsamen Axialführungseinrichtung (21) angeordnet sind.
Umformvorrichtung (1) oder Warmstauchvorrichtung (3), insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4, zum Umformen eines Werkstücks (33) umfassend ein Umformwerkzeug (2) mit einer Kavität (8) als Werkstückumformkontur (10), bei welcher das Umformwerkzeug (2) eine Festmatrize (14, 16, 18) und eine hierzu korrespondierende Klemmmatrize (15, 17, 19) aufweist, wobei die Festmatrize (14, 16, 18) und die Klemmmatrize (15, 17, 19) gemeinsam die Kavität (8) ausgestalten, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) mehr als ein Längssegment (11, 12, 13) umfasst und dass die Längssegmente (11, 12, 13) axial hintereinander an einer gemeinsamen Axialführungseinrichtung (21) angeordnet sind.
Umformvorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längssegmente (11, 12, 13) des Umformwerkzeugs (2) austauschbar an der gemeinsamen Axialführungseinrichtung (21) angeordnet sind.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Längssegmente (11, 12, 13) gegenüber einem weiteren der Längssegmente (11, 12, 13) axial verschieblich an der Axialführungseinrichtung (21) gelagert ist.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Längssegmente (11, 12, 13) eine Festmatrize (14, 16, 18) und eine Klemmmatrize (15, 17, 19) aufweist.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei jeweils axial benachbarte Festmatrizen (14, 16, 18) und/oder zwei jeweils axial benachbarte Klemmmatrizen (15, 17, 19) des Umformwerkzeugs (2) axial lose aneinander liegend angeordnet sind.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Längssegmente (11, 12, 13) mittels der gemeinsamen Axialführungseinrichtung (21) sowohl axial als auch radial zusammengehalten werden.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) mittels wenigstens einer Festmatrize (14, 16, 18) an einer gemeinsamen Axialführungseinrichtung (21) angeordnet ist.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Klemmmatrize (15, 17, 19) des Umformwerkzeugs (2) an einer Festmatrize (14, 16, 18) des Umformwerkzeugs (2) jeweils fest, aber gelenkig angeordnet ist.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) mehr als eine Festmatrize (14, 16, 18) und/oder mehr als eine Klemmmatrize (15, 17, 19) aufweist.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) eine unsymmetrische Werkstückumforminnenkontur (10) aufweist.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (8) sowohl radial als auch axial mehrteilig ausgestaltet, insbesondere veränderlich ausgestaltbar, ist.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformvorrichtung (1) eine Halteeinrichtung (22) mit Halteelemente (23, 24, 25) aufweist und die Halteelemente (23, 24, 25) eine erste Aufnahme für Längssegmente (11, 12, 13) des Umformwerkzeugs (2) und eine zweite Aufnahme für eine gemeinsame Axialführungseinrichtung (21) aufweisen.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axialführungseinrichtung (21) einen Axialanschlag (27) für das Umformwerkzeug (2) bzw. für Längssegmente (11, 12, 13) des Umformwerkzeugs (2), insbesondere für eine Festmatrize (14, 16, 18) des Umformwerkzeugs (2), aufweist.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformvorrichtung (1) einen einzigen Axialanschlag (27) für das Umformwerkzeug (2) und mehr als eine Radialhalteelemente (23, 24, 25) für das Umformwerkzeug (2) aufweist.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) an einer einem Stauchstempel (5) zugewandten Seite einen designierten Innendurchmesser (66) aufweist, wobei das Umformwerkzeug (2) in Teilräumen (55) der Kavität (8) mit einem größeren Teilraumdurchmesser (60) als der designierte Innendurchmesser (66) Mittel (62) zum partiellen Reduzieren des Teilraumdurchmessers (60), vorzugsweise senkrecht zu dem größeren Teilraumdurchmesser (60), aufweist.
Umformvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (2) in Teilräumen (55, 56, 57) mit einer Teilraumlänge (61) größer als 1,5-mal des Teilraumdurchmessers des diesbezüglichen Teilraums (55) Mittel zum partiellen Reduzieren des Teilraumdurchmessers (60) aufweist.
Umformvorrichtung (1) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass, die Mittel (62) zum partiellen Reduzieren des Teilraumdurchmessers (60) einen Flankendorn (63) aufweisen, welcher in die Kavität (8) des Umformwerkzeugs (2) partiell hinein ragt.