DE102016209404A1

DE102016209404A1 - Schmiedeverfahren und Schmiedevorrichtung

Info

Publication number: DE102016209404A1
Application number: DE102016209404.1A
Authority: DE
Inventors: Ichitami MIYASHITA
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2016-12-08
Also published as: JP2017001039A; US9718117B2; JP6588240B2; US20160354835A1

Abstract

Ein Schmiedematerial ist in ein Formungsloch eines Formkörpers eingesetzt und das Schmiedematerial wird mit einem Stempel gepresst, um ein plastisches Verformen des Schmiedematerials durchzuführen. Ultraschallvibration, die eine Vibrationsfrequenz aufweist, wird an dem Formkörper mit einem Vibrationsaufbringungsmittel während der plastischen Verformung des Schmiedematerials aufgebracht. Die Vibrationsfrequenz wird zu einer Resonanzfrequenz des Formkörpers konvergiert, wenn die Vibrationsfrequenz in einem Nachführbereich des Vibrationsaufbringungsmittels während der plastischen Verformung des Schmiedematerials ist. Wenn der Nachführbereich in Übereinstimmung mit einer diskontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz während der plastischen Verformung des Schmiedematerials verändert wird, sodass dieser von der Vibrationsfrequenz abweicht, wird die Referenzfrequenz auch geändert, sodass sie in einen veränderten Nachführbereich fällt.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Erfindung nimmt die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-113967 , die am 4. Juni 2015 eingereicht wurde, in Anspruch und die gesamte Offenbarung dieser ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Schmiedeverfahren und eine Schmiedevorrichtung, die ein Schmieden durchführt, während eine Ultraschallvibration an einer Form aufgebracht wird.
Beschreibung des Stands der Technik
Die folgende Beschreibung des Stands der Technik legt das Wissen des Stands der Technik der Erfinder und bestimmten Problemen darin dar und sollte nicht als ein Anerkennen des Kennens des Stands der Technik ausgelegt werden.
Konventionell ist Ultraschallschmieden im Allgemeinen bekannt, in welchem Ultraschallvibrationen an einer Form während der Formungsbetätigung beim Durchführen des Schmiedens angelegt wird. Beim Ultraschallschmieden, wie beschrieben in dem Nicht-Patentdokument (Masahiko Jin, "Fundamental Study an Ultrasonic Micro Coining (Ver. 4)." "56th Plastic Shaping Association Lecture Presentation Lecture Collection of Paper." 2005, p.583–584" oder Patentdokument 1 ( japanische Offenlegungsschrift 2009-279596 ) ist es möglich, eine Formungslast zu verringern und/oder eine Formübertragungseigenschaft zu verbessern.
Eine solche Schmiedevorrichtung zum Durchführen von Ultraschallschmieden ist mit einem Formaufbau bereitgestellt, der eine Form und einen Stempel, einen Vibrator, der an dem Stempel angebracht ist, und einer Ultraschallvibrationseinrichtung, die den Vibrator antreibt, bereitstellt. Zu dem Zeitpunkt, wenn ein Druck an einem Schmiedematerial in der Form mit dem Stempel aufgebracht wird, wird der Vibrator durch die Ausgabe von der Ultraschallvibrationseinrichtung angetrieben, um eine Ultraschallvibration auf die Form aufzubringen.
Auf der anderen Seite ist die oben genannten Schmiedeeinrichtung angepasst, sodass der Vibrator bei einer Resonanzfrequenz der Form durch die Ultraschallvibrationseinrichtung angetrieben wird. Zum Beispiel, wie beschrieben im Patentdokument 2 ( japanische Offenlegungsschrift 2000-42490 ), Patentdokument 3 ( japanisches Patent Nr. 2681603 ), usw. ist eine Ultraschallvibrationseinrichtung mit einer Nachführfunktion bereitgestellt. Ein Anfangswert (Referenzfrequenz) der Vibrationsfrequenz durch die Ultraschallvibrationseinrichtung wird in der Nähe der Resonanzfrequenz gesetzt und die Vibrationsfrequenz konvergiert zu der Resonanzfrequenz durch die Nachführfunktion, um die Form unter Resonanzbedingungen zu vibrieren.
Im Übrigen, wenn die vorliegenden Erfinder Ultraschallschmieden unter Verwendung der vorgenannten Schmiedevorrichtung durchgeführt haben, wurde bestätigt, dass ein Fall existiert, in welchem die Form nicht bei der Resonanzfrequenz vibriert und nicht mit einer ausreichenden Amplitude vibriert, unabhängig davon, dass die Ultraschallvibrationseinrichtung mit einer Nachführfunktion ausgestattet war. Als ein Ergebnis hat dieses Probleme verursacht, dahingehend, dass es schwierig war, zum Beispiel die Formungslast sicher zu verringern und die Formübertragungseigenschaft (Formbarkeit von kleinen Formen) zu verbessern.
Die Beschreibung der Vorteile und Nachteile hierin von verschiedenen Merkmalen, Ausführungsformen, Verfahren und Vorrichtungen, die in anderen Publikationen offenbart sind, ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung zu beschränken. Zum Beispiel können bestimmte Merkmale der bevorzugten, beschriebenen Ausführungsformen der Offenbarung dazu in der Lage sein, bestimmte Nachteile zu überkommen und/oder bestimmte Vorteile bereitzustellen, sowie zum Beispiel Nachteile und/oder Vorteile die hier diskutiert werden, während einige oder alle Merkmale, Ausführungsformen, Verfahren und Vorrichtungen, die hier offenbart sind, behalten werden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden im Hinblick auf die oben genannten und/oder anderen Problemen im Stand der Technik entwickelt. Die Ausführungsformen dieser Offenbarung können existierende Verfahren und/oder Vorrichtungen wesentlich verbessern.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden in Anbetracht der vorgenannten Probleme gemacht.
Ein Ziel von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schmiedeverfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, einen Formkörper akkurat bei einer Resonanzfrequenz zu vibrieren und auch dazu in der Lage ist, sicher Effekte aufgrund von Vibrationsaufbringung wie zum Beispiel Verringern der Formungslast und Verbessern einer Formübertragungseigenschaft zu erlangen.
Ein anderes Ziel von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schmiedevorrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, einen Formkörper akkurat bei einer Resonanzfrequenz zu vibrieren und auch dazu in der Lage ist, sicher Effekte aufgrund der Vibrationsaufbringung wie zum Beispiel Verringern einer Formungslast und Verbessern einer Formübertragungseigenschaft zu erlangen.
Die anderen Zwecke und Vorteile von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden durch die folgenden bevorzugten Ausführungsformen dargelegt.
Um die vorgenannten Ziele zu erreichen, haben die vorliegenden Erfinder sich bemüht, detailliert den Grund zu untersuchen, der die Vibration bei der Resonanzfrequenz während des Schmiedeverfahrens durch Ultraschallschmieden verhindert.
Die Untersuchung hat ergeben, dass sich die Formresonanzfrequenz während des Schmiedeprozesses beim Ultraschallschmieden ändert und die Formresonanzfrequenz sich manchmal diskontinuierlich (in einer stufenartigen Weise) in Abhängigkeit von dem Zustand des Schmiedematerials ändert. Es wurde auch erkannt, dass eine solche diskontinuierliche Änderung der Resonanzfrequenz ein Verschieben des Nachführbereichs in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenzänderung verursacht, was in einem Abweichen von dem Nachführbereich von der Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung führt. Als ein Ergebnis konvergiert die Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung nicht zu der Resonanzfrequenz, sondern konvergiert zu einer anderen Frequenz, was eine Vibration der Form in einem Resonanzzustand verhindert.
Ferner, haben die vorliegenden Erfinder wiederholt Experimente und Studien durchgeführt, und haben einen Aufbau gefunden, der dazu in der Lage ist, die vorliegenden Ziele zu erreichen, und haben die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
Das heißt, dass die vorliegende Erfindung den folgenden Aufbau aufweist.

[1] Entsprechend einem ersten Aspekt von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Schmiedeverfahren: Einsetzen eines Schmiedematerials in ein Formloch eines Formkörpers; Drücken des Schmiedematerials mit einem Stempel, um plastische Verformung des Schmiedematerials durchzuführen; Aufbringen einer Ultraschallvibration, die eine Referenzfrequenz als einen Anfangswert einer Vibrationsfrequenz aufweist, auf den Formkörper mit einem Vibrationsaufbringungsmittel während der plastischen Formung des Schmiedematerials; und Konvergieren der Vibrationsfrequenz zu einer Resonanzfrequenz des Formkörpers während der plastischen Formung des Schmiedematerials, wenn die Vibrationsfrequenz in einem Nachführbereich des Vibrationsaufbringmittels ist. Wenn der Nachführbereich in Übereinstimmung mit einer diskontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz während der plastischen Verformung des Schmiedematerials verschoben ist, sodass diese von der Vibrationsfrequenz abweicht, wird die Referenzfrequenz so geändert, dass sie in einen verschobenen Nachführbereich fällt.
[2] Das Schmiedeverfahren nach Punkt [1] kann ausgestaltet sein, sodass das Vibrationsaufbringungsmittel eine Nachführfunktion zum Konvergieren der Vibrationsfrequenz zu der Resonanzfrequenz des Formkörpers aufweist, wenn die Vibrationsfrequenz in dem Nachführbereich ist und das Vibrationsaufbringungsmittel ist dazu ausgestaltet, die Referenzfrequenz zu ändern, sodass sie in den verschobenen Nachführbereich fällt.
[3] Das Schmiedeverfahren nach Punkt [1] oder [2] kann so ausgestaltet sein, dass ein Kontaktzustand des Schmiedematerials bezüglich einer umfänglichen inneren Oberfläche des Formungslochs des Formkörpers sich während der plastischen Formung des Spiegelmaterials von einem nicht ausreichendem Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand ändert und die Resonanzfrequenz wird nach dem Verändern des Kontaktzustands von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand geändert.
[4] Das Schmiedeverfahren nach einem der Punkte [1] bis [3] kann so ausgestaltet sein, dass das Schmiedematerial nach hinten extrudiert wird, sodass es in einen äußeren umfänglichen Freiraum des Stempels zwischen einer äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels und einer inneren umfänglichen Oberfläche eines Formungslochs während der plastischen Verformung des Schmiedematerials gefüllt wird, ein Kontaktzustand des Schmiedematerials der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels sich während einer Verarbeitung, in der das Schmiedematerial in den äußeren umfänglichen Freiraum des Stempels von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand gefüllt wird, sich ändert, und die Referenzfrequenz geändert wird, nach einem Verändern des Kontaktzustands des Schmiedematerials bezüglich der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand.
[5] Das Schmiedeverfahren nach einem der vorgenannten Punkte [1] bis [4] kann dazu ausgestaltet sein, ferner zu beinhalten: Erhalten einer Zeit des Veränderns eines Kontaktzustands des Schmiedematerials bezüglich einer inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs des Formkörpers von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand basierend auf der verstrichenen Zeit von einem Start der plastischen Verformung des Schmiedematerials durch den Stempel; und Bestimmen einer Zeit der Änderung der Referenzfrequenz basierend auf der erhaltenen Zeit.
[6] Das Schmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Punkte [1] bis [5] kann dazu ausgestaltet sein, ferner zu beinhalten: Erhalten einer Stempellast zu einem Zeitpunkt eines Veränderns eines Kontaktzustands des Schmiedematerials bezüglich einer inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs des Formkörpers zu einem ausreichenden Kontaktzustand; und Bestimmen eines Zeitpunkts des Änderns der Referenzfrequenz basierend auf der erhaltenen Stempellast.
[7] Das Schmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Punkte [1] bis [6] kann dazu ausgestaltet sein, ferner zu beinhalten: Erhalten eines Zeitpunkts des Veränderns des Kontaktzustands von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand basierend auf einer verstrichenen Zeit von einem Startzeitpunkt der plastischen Verformung des Schmiedematerials durch den Stempel; und Bestimmen einer Zeit einer Veränderung des Referenzfrequenz basierend auf dem erhaltenen Zeitpunkt.
[8] Das Schmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Punkte [1] bis [7] kann dazu ausgestaltet sein, ferner zu beinhalten: Erhalten einer Stempellast zu einer Zeit eines Veränderns des Kontaktzustands von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand; und Bestimmen einer Zeit der Änderung der Referenzfrequenz basierend auf der erhaltenen Stempellast.
[9] Das Schmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Punkte [1] bis [8] kann so ausgestaltet sein, dass das Aufbringen der Vibration durch das Vibrationsaufbringungsmittel unmittelbar vor einer Änderung der Referenzfrequenz gestoppt wird und das Aufbringen der Vibration durch das Vibrationsaufbringungsmittel wieder gestartet wird, wenn die Referenzfrequenz geändert ist.
[10] Entsprechend einem zweiten Aspekt einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Schmiedevorrichtung: einen Formkörper, der ein Formungsloch aufweist; einen Stempel, der dazu ausgestaltet ist, in das Formungsloch angetrieben zu werden, um ein plastisches Verformen des Schmiedematerials in dem Formungsloch durchzuführen, und ein Vibrationsaufbringungsmittel, das dazu ausgestaltet ist, eine Ultraschallvibration auf dem Formkörper aufzubringen, die eine Referenzfrequenz als einen Anfangswert einer Vibrationsfrequenz aufweist. Das Vibrationsaufbringungsmittel ist dazu ausgestaltet, die Referenzfrequenz während der plastischen Verformung des Schmiedematerials zu ändern.
[11] Die Schmiedevorrichtung nach Punkt [10] kann so ausgestaltet sein, dass das Vibrationsaufbringungsmittel dazu ausgestaltet ist, die Vibrationsfrequenz zu einer Resonanzfrequenz des Formkörpers während der plastischen Verformung des Schmiedematerials zu konvergieren, wenn die Vibrationsfrequenz in einem Nachführbereich des Vibrationsaufbringungsmittels ist.
[12] Die Schmiedevorrichtung nach Punkt [10] oder [11] ist so ausgestaltet, dass ein Kontaktzustand des Schmiedematerials bezüglich einer Oberfläche des Formungslochs des Formkörpers sich während der plastischen Verformung des Schmiedematerials von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand ändert und die Vibrationsaufbringungsmittel dazu ausgestaltet ist, die Referenzfrequenz nach einem Verändern des Kontaktzustands von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand zu ändern.
[13] Die Schmiedevorrichtung nach einem der vorhergehenden Punkte [10] bis [12] ist so ausgestaltet, dass das Schmiedematerial nach hinten extrudiert wird, sodass es in eine äußeren umfänglichen Freiraum des Stempels zwischen einer äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels und einer inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs des Formkörpers während dem plastischen Verformen des Schmiedematerials extrudiert wird, sich ein Kontaktzustand des Schmiedematerials bezüglich der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels während einer Verarbeitung ändert, in welcher das Schmiedematerial in den äußeren umfänglichen Freiraum des Stempels von einem nicht ausreichendem Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand gefüllt wird, und das Vibrationsaufbringungsmittel dazu ausgestaltet ist, die Referenzfrequenz nach dem Verändern des Kontaktzustands des Schmiedematerials bezüglich der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand zu schalten.
[14] Schmiedevorrichtung nach einem der vorhergehenden Punkte [10] bis [13] kann so ausgestaltet sein, dass, wenn der Nachführbereich in Übereinstimmung mit einer diskontinuierlichen Änderung einer Resonanzfrequenz des Formkörpers, während der plastischen Verformung des Schmiedematerials verändert wird, sodass dieser von der Vibrationsfrequenz abweicht, das Vibrationsaufbringungsmittel die Referenzfrequenz ändert, sodass sie in den umgeschalteten Nachführbereich fällt.
[15] Die Schmiedevorrichtung nach einem der vorgenannten Punkte [10] bis [14] kann so ausgestaltet sein, dass das Vibrationsaufbringungsmittel einen Vibrator, der an dem Formkörper angebracht ist, und ein Ultraschallvibrationsmittel beinhaltet.
[16] Die Schmiedevorrichtung nach einem der vorhergehenden Punkte [10] bis [15] kann so ausgestaltet sein, dass das Vibrationsaufbringungsmittel dazu ausgestaltet ist, die Referenzfrequenz zu ändern, nachdem eine bestimmte Zeit von einem Start des plastischen Verformen des Schmiedematerials durch den Stempel verstrichen ist, während dem plastische Verformen des Schmiedematerials während die Ultraschallvibration auf den Formkörper aufgebracht wird.
[17] Die Schmiedevorrichtung nach einem der vorgenannten Punkte [10] bis [16] kann dazu ausgestaltet sein, ferner zu beinhalten: einen Zeitmesser, der dazu ausgestaltet ist, eine verstrichene Zeit von einem Start der plastischen Verformung des Schmiedematerials durch den Stempel während der plastischen Verformung des Schmiedematerials zu messen; und ein Referenzfrequenzänderungsmittel, das dazu ausgestaltet ist, die Referenzfrequenz basierend auf der verstrichenen Zeit zu ändern.
[18] Schmiedevorrichtung nach einem der vorhergehenden Punkte [10] bis [17] kann dazu ausgestaltet sein, ferner zu beinhalten: einen Lastdetektor, der dazu ausgestaltet ist, eine Last des Stempels, die auf dem Schmiedematerial aufgebracht ist, zu detektieren; und ein Referenzfrequenzänderungsmittel, das dazu ausgestaltet ist, die Referenzfrequenz zu einem Zeitpunkt zu ändern, wenn die Last des Stempels einen Lastwert für eine Änderung der Referenzfrequenz erreicht hat, der vorher basierend auf einer Information von dem Lastdetektor während der plastischen Verformung des Schmiedematerials gesetzt wurde, während die Ultraschallvibration an dem Formkörper aufgebracht wurde.

Entsprechend dem Schmiedeverfahren für einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nach einem der vorgenannten Punkte [1] oder [2], da die Referenzfrequenz als ein Anfangswert der Vibrationsfrequenz geändert wird, sodass diese in einen Nachführbereich entsprechend der geänderten Resonanzfrequenz fällt, wenn die Resonanzfrequenz sich in einer diskontinuierlichen Weise ändert, kann die Vibrationsfrequenz sicher zu der Resonanzfrequenz konvergieren, was ein Sicherstellen der Vibration des Formkörpers bei einer Resonanzbedingung ermöglicht. Entsprechend können die Effekte der Vibrationsaufbringung, wie zum Beispiel ein Verringern der Formungslast und ein Verbessern der Formübertragungseigenschaft sicher erhalten werden.
Entsprechend dem Schmiedeverfahren von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie in den vorgenannten Punkten [3] und [4] ist es möglich, den Formkörper sicherer bei einer Resonanzbedingung zu vibrieren.
Entsprechend dem Schmiedeverfahren einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie in dem vorgenannten Punkt [5] genannt, kann die Zeit des Änderns der Referenzfrequenz einfach erhalten werden.
Entsprechend dem Schmiedeverfahren von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie in dem vorgenannten Punkt [6] genannt, kann der Zeitpunkt der Änderung der Referenzfrequenz genau erhalten werden.
Entsprechend dem Schmiedeverfahren von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie in dem vorgenannten Punkt [7] genannt, kann die Zeit zum Ändern der Referenzfrequenz einfacher erhalten werden.
Entsprechend dem Schmiedeverfahren von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie in dem vorgenannten Punkt [8] genannt, kann der Zeitpunkt der Änderung der Referenzfrequenz genauer erhalten werden.
Entsprechend dem Schmiedeverfahren von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie in dem vorgenannten Punkt [9] genannt, ist es möglich, zu verhindern, dass die Vibrationsweise unmittelbar vor dem Ändern der Referenzfrequenz instabil wird, was effektiv das Auftreten von zum Beispiel Überlastfehlern verhindern kann.
Entsprechend der Schmiedevorrichtung nach einem der vorgenannten Punkte [10] bis [18] ist es möglich eine Schmiedevorrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, ein Schmieden sicher durchzuführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mittels Beispiel in den begleitenden Figuren gezeigt und sind dadurch nicht durch beschränkt.
1 ist ein Blockdiagramm, die eine Schmiedevorrichtung zeigt, die dazu in der Lage ist ein Schmiedeverfahren entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen.
2A ist ein Blockdiagramm, das einen Zustand unmittelbar nach einem Einführen eines Schmiedematerials in eine Schmiedevorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
2B ist ein Blockdiagramm, das einen Zustand unmittelbar nach dem Beginnen des Formens in der Schmiedevorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
2C ist ein Blockdiagramm, das einen Zustand unmittelbar nach einem Verändern eines Kontaktzustands zu einem ausreichenden Kontaktzustand zeigt, in welchem das Schmiedematerial in ausreichendem Kontakt mit einem inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs in der Schmiedevorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform ist.
2D ist ein Blockdiagramm, das einen Zustand unmittelbar nach dem Start des Füllens des Schmiedematerials in einen äußeren umfänglichen Freiraum des Stempels der Schmiedevorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
2E ist ein Blockdiagramm, das einen Zustand unmittelbar nach einem Start des Füllens des Schmiedematerials in den äußeren umfänglichen Freiraum des Stempels in der Schmiedevorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
2F ist ein Blockdiagramm, das einen Zustand unmittelbar nach einem Abschließen des plastischen Verformens des Schmiedematerials in der Schmiedevorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
3A ist ein Blockdiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Formungsbearbeitungszeit in der Schmiedevorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
3B ist ein Blockdiagramm, das eine Beziehung zwischen Referenzfrequenz und einer Formungsbearbeitungszeit in der Schmiedevorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt.
4A ist ein Graph, der eine Impedanzkurvenlinie unmittelbar nach dem Formen in der Schmiedevorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt, und 4B ist ein Graph, der eine Impedanzkurvenlinie unmittelbar nach einem Verändern des Kontaktzustands zu einem ausreichenden Kontaktzustand zeigt, in welchem das Schmiedematerial in einem ausreichenden Kontakt mit einer inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs ist.
5 ist ein Graph, der eine Impedanzkurvenlinie zum Erklären eines Nachführbereichs einer Resonanzfrequenz zeigt.
6 ist ein Graph, der eine Impedanzkurvenlinie zeigt, zu welcher ein gesetzter Überlastwert, addiert wird, unmittelbar nach dem Starten des Verformens in der Schmiedevorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform.
7A bis 7E sind jeweils Ansichten zum Erklären eines Kontaktzustands des Schmiedematerials bezüglich einer inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs der Form.
8A ist ein Blockdiagramm zum Erklären einer Beziehung zwischen einem Oberflächendruck und einer Vibrationsbelastung in der Schmiedeform.
8B ist ein Blockdiagramm zum Erklären einer Beziehung zwischen einem Oberflächendruck und einer Vibrationsbelastung in der Schmiedeform.
8C ist ein Blockdiagramm zum Erklären einer Beziehung zwischen einem Oberflächendruck und einer Vibrationsbelastung in der Schmiedeform.
9 ist ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Schmiedevorrichtung, die dazu in der Lage ist, ein Schmiedeverfahren entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen.
10A ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Kontaktzustand eines Schmiedematerials bezüglich einer inneren umfänglichen Oberfläche eines Formungslochs und einer verstrichenen Verarbeitungszeit zeigt.
10B ist ein Graph, der eine Relation zwischen einem maximalen Wert θmax eines zentralen Winkels zwischen Kontaktpunkten und einer verstrichenen Verarbeitungszeit zeigt.
10C ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und einer verstrichenen Bearbeitungszeit zeigt.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Schmiedevorrichtung zeigt, die dazu in der Lage ist, ein Schmiedeverfahren entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen.
12A ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Kontaktzustand eines Schmiedematerials bezüglich einer inneren umfänglichen Oberfläche eines Formungslochs und einer verstrichenen Verarbeitungszeit zeigt.
12B ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem maximalen Wert θmax eines zentralen Winkels zwischen Kontaktpunkten und einer Stempellast zeigt.
12C ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und einer verstrichenen Verarbeitungszeit zeigt.
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
In den folgenden Absätzen werden einige Ausführungsformen dieser Offenbarung durch Beispiele und nicht beschränkend beschrieben. Es sollte verstanden werden, basierend auf dieser Offenbarung, dass verschiedene andere Modifikationen durch den Fachmann basierend auf diesen beschreibenden Ausführungsformen gemacht werden können. In den Figuren können die Größe und Position von verschiedenen Elementen aus Gründen der Klarheit überzeichnet oder vereinfacht werden.
(1) ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Schmiedevorrichtung zeigt, die dazu in der Lage ist, ein Schmiedeverfahren entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Wie in 1 gezeigt, ist diese Schmiedevorrichtung als ein fundamental strukturelles Element mit einer Form 1 als eine untere Form, einen Stempel 2 als eine obere Form, einem Antriebsmechanismus 3 für ein Anheben und Absenken zum Anheben und Absenken des Stempels 2, einem Vibrator 4 zum Generieren einer Ultraschallvibration und einer Ultraschallvibrationseinrichtung 5 zum Antreiben des Vibrators 4 bereitgestellt.
Die Form 1 ist mit einem zylindrisch geformten oder Donut-geformten Formkörper 11 bereitgestellt, der ein Loch in einer Säulenform 12 in seinem Zentrum aufweist und ein Formungsstift 15 ist an einem unteren Endabschnitt in dem Formungsloch 12 des Formkörpers 11 angeordnet. Die innere umfängliche Oberfläche des Formungslochs 12 bildet eine äußere umfängliche Oberfläche des geschmiedeten Gegenstands W2 und die obere Endoberfläche des Formungsstifts 15 formt eine untere Oberfläche des geschmiedeten Gegenstands W2.
Der Formungsstift 15 kann dazu ausgestaltet sein, beweglich in der oben-unten-Richtung zu sein, und als ein Ausdrückstift zum Ausdrücken des geschmiedeten Gegenstandes W2 von dem Formungsloch 12 nach dem Schmieden verwendet werden. Alternativ kann anstelle des momentan verwendeten Formungsstifts 15 als ein Ausdrückstift ein separater Ausrückmechanismus bereitgestellt werden.
Der Stempel 2 ist koaxial in dem Formungsloch 12 angeordnet und ist nach oben und unten durch den Antriebsmechanismus 3 für ein Anheben und Absenken beweglich. Wie in 2A gezeigt, wird in einem Zustand, in welchem ein Schmiedematerial W1 in dem Formungsloch 12 des Formkörpers 11 platziert ist, der Stempel 2 in das Formungsloch 12 des Stempels 2 getrieben. Dies prägt eine vorbestimmte Formungslast auf das Schmiedematerial W1 auf, sodass ein Tassenförmiger geschmiedeter Gegenstand entsprechend einer inneren Form der Form 1, wie in 2F gezeigt, ausgebildet wird.
In dieser Ausführungsform wird unter Verwendung eines plattenförmigen Materials als ein Schmiedematerial W1 ein tassenförmiger geschmiedeter Gegenstand W2 erhalten. Unabhängig davon ist jedoch in der vorliegenden Ausführungsform die Form des Schmiedematerials W1 nicht auf eine Scheibenform beschränkt, sondern kann jede Form aufweisen, wie zum Beispiel eine polygonale Säulenform, eine sphärische Form und eine polygonale Form. Ferner ist der geschmiedete Gegenstand W2 nicht auf einen tassenförmigen Gegenstand beschränkt, sondern kann jede Form aufweisen.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Vibrator 4 an einer äußeren umfänglichen Oberfläche des Formkörpers gekoppelt oder angebracht. Der Vibrator 4 ist dazu ausgestaltet, eine Ultraschallvibration in Abhängigkeit von einem Ausgabewert der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 zu generieren. Die Ultraschallvibrationswelle, die durch den Vibrator 4 generiert wird, wird zu dem Formkörper 11 via der Kontaktoberfläche, die den Formkörper 11 kontaktiert, übertragen.
Die vorliegenden Erfindung kann so ausgestaltet sein, dass ein Horn zwischen dem Vibrator 4 und dem Formkörper 11 bereitgestellt ist, um die Ultraschallvibration, die durch den Vibrator 4 generiert wird, zu dem Körper 11 via dem Horn zu übertragen.
In dieser Ausführungsform bilden der Vibrator 4 und die Ultraschallvibrationseinrichtung 5 ein Vibrationsaufbringungsmittel. In Fällen, in denen ein Horn bereitgestellt ist, bilden das Horn, der Vibrator 4 und die Ultraschallvibrationseinrichtung 5 ein Vibrationsaufbringungsmittel.
In dieser Ausführungsform, wird als ein Material des Schmiedematerials W1 ein Material, das zum Beispiel mit einem Verfahren, wie Schneiden von Aluminium (inklusive Aluminiumlegierung) kontinuierlichem Gießen von Material in vorbestimmter Länge, einem Material, das durch ein Verfahren wie zum Beispiel Kompressionsformen eines Aluminiumpulvers in einer Stangenabschnittsform, danach Ausformen in eine runde Stangenform durch warmes Extrudieren und Schneiden des extrudierten Materials in einer vorbestimmten Länge, einem gezogen Material oder einem gepressten Material usw. hergestellt ist, können auch verwendet werden.
In dieser Ausführungsform ist die Ultraschallvibrationseinrichtung 5 so ausgestaltet, dass zu einem Zeitpunkt des Vibrierens des Vibrators 4 die Referenzfrequenz als ein Anfangswert einer Vibrationsfrequenz willkürlich geändert werden kann und dass die Referenzfrequenz willkürlich während der Formungsbetätigung geändert werden kann. Ferner ist die Ultraschallvibrationseinrichtung dieser Ausführungsform mit einer Nachführfunktion bereitgestellt, die später beschrieben wird, und wenn der Vibrator 4 in einem Zustand angetrieben wird, in welchem die Referenzfrequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz des Formkörpers 11 gesetzt ist, konvergiert die Vibrationsfrequenz des Vibrators 4 von der anfänglichen Referenzfrequenz zu der Resonanzfrequenz und wird gleich der Resonanzfrequenz.
<Erklärung des Änderns der Resonanzfrequenz>
In der Schmiedevorrichtung dieser Ausführungsform, wie im Folgenden beschrieben, ändert sich während der Verarbeitung der plastischen Verformung des Schmiedematerials W1 die Resonanzfrequenz des Formkörpers 11.
3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz des Formkörpers 11 und eine Formungsbearbeitungszeit entsprechend dem Ultraschallschmieden in dieser Ausführungsform zeigt. Die vertikale Achse deutet eine Resonanzfrequenz an und die horizontale Achse deutet eine Formungsverarbeitungszeit an.
In diesen Graphen entspricht die Zeit „0” der Formungsverarbeitungszeit der Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 in das Formungsloch 12 der Form 1 geladen wird. In diesem Zustand, wie in 2A gezeigt, sind das Schmiedematerial W1 und die innere umfängliche Oberfläche des Formungslochs im Wesentlichen nicht in Kontakt miteinander und es existiert ein bestimmter Freiraum zwischen diesen.
Die Zeit „t0” entspricht, wie in 2B gezeigt, der Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 mit dem absenkenden Stempel 2 gedrückt wird und das Schmiedematerial W1 beginnt die innere umfängliche Oberfläche des Formungslochs zu kontaktieren. Diese Zeit „t0” entspricht der Zeit, wenn das Formen des Schmiedemateriales W1 durch den Stempel 2 beginnt.
Bei dem Schmieden beginnen nach dem Zeitpunkt „t0” Kontaktpunkte des Schmiedematerials W1 mit der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs aufzutreten und danach, während der Formungsprozess fortschreitet, werden Kontaktpunkte wahrscheinlichkeitsphänomenologisch generiert und erhöht.
Die Zeit „t1” entspricht, wie in 2C gezeigt, der Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 ausreichend und plastisch nach außen deformiert ist (in der radialen Richtung nach außen) und das Schmiedematerial W1 beginnt die innere umfängliche Oberfläche des Formungslochs ausreichend zu kontaktieren. Folglich zwischen der Zeit „t0” und unmittelbar vor der Zeit „t1” wird ein Zustand, in welchem das Schmiedematerial nicht ausreichenden Kontakt mit der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs ist, sozusagen ein nicht ausreichender Kontaktzustand erhalten, und zu einem ausreichenden Kontaktzustand zu der Zeit „t1” verändert. Hier ist zu der Zeit „t0” die Resonanzfrequenz des Formkörpers 11 „fr0”. Auf der anderen Seite ist zu der Zeit „t1” die Resonanzfrequenz nahezu instantan auf „fr1” diskontinuierlich (signifikant) erhöht.
Zwischen der Zeit „t1” und der Zeit „t2” verschiebt sich der Kontaktzustand des Schmiedematerials W1 bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem im Wesentlichen perfekten Kontaktzustand (vollständiger Kontaktzustand).
Die spätere Zeit „t2” entspricht, wie in 2D gezeigt, der Zeit, zu welcher das Schmiedematerial W1 in einen Freiraum zwischen dem Stempel 2 und dem Formungsloch 12 (äußerer umfänglicher Freiraum des Stempels) sich zu füllen beginnt, sozusagen, die Zeit, wenn das hintere Extrudieren beginnt. Hier erhöht sich von der Zeit „t1” zu der Zeit „t2” die Resonanzfrequenz graduell von „fr1” zu „fr2” in einer kontinuierlichen Weise.
Die Zeit „t3” entspricht, wie in 2E gezeigt, der Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 mittendrin ist, in den äußeren umfänglichen Freiraum des Stempels, durch das hintere Extrudieren gefüllt zu werden und das Schmiedematerial W1 beginnt die innere umfängliche Oberfläche des Formungslochs ausreichend zu kontaktieren. Folglich zwischen der Zeit „t2” und unmittelbar vor der Zeit „t3” wird ein vollständiger Kontaktzustand erhalten, in welchem das Schmiedematerial W1 in vollständigem Kontakt mit der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs (die innere umfängliche Seitenoberfläche) ist, und zu der Zeit „t3” wird dieses ein Zustand, in welchem das Schmiedematerial W1 in ausreichendem Kontakt mit der äußeren Seitenoberfläche des Stempels ist. Hier ist zu der Zeit „t2” die Resonanzfrequenz des Formkörpers 11 „fr2”. Auf der anderen Seite erhöht sich bis zur Zeit „t3” die Resonanzfrequenz auf „fr3” instantan und diskontinuierlich (signifikant).
Die Zeit „t4” entspricht, wie in 2F gezeigt, der Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 vollständig in den äußeren umfänglichen Freiraum des Stempels gefüllt ist und das Formen vollständig ist. Folglich zwischen der Zeit „t3” und unmittelbar vor der Zeit „t4” wird ein Zustand erhalten, in welchem das Schmiedematerial W1 ausreichenden Kontakt mit einer äußeren umfänglichen Oberfläche des Stempels ist. Hier erhöht sich zwischen der Zeit „t3” und der Zeit „t4” die Resonanzfrequenz graduell von „fr3” auf „fr4” kontinuierlich.
In dieser Ausführungsform in einem Kontaktzustand, in welchem das Schmiedematerial W1 in Kontakt mit der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs ist, bedeutet ein „nicht ausreichender Kontaktzustand” einen Zustand, in welchem Kontaktpunkte des Schmiedematerials W1 an der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs exzentrisch an einem Teil der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs in der umfänglichen Richtung angeordnet sind. Ein ausreichender Kontaktzustand bedeutet ein Zustand, in welchem Kontaktpunkte des Schmiedematerials W1 an der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs verteilt über einen langen Bereich in der umfänglichen Richtung sind. Ein „vollständiger Kontaktzustand” bedeutet einen Zustand, in welchem das Schmiedematerial W1 in Kontakt mit der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs über die gesamte Fläche in der umfänglichen Richtung der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs ist.
Ferner, in einem Kontaktzustand, in welchem das Schmiedematerial W1 in Kontakt mit der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels ist, bedeutet ein „nicht ausreichender Kontaktzustand” einen Zustand, in welchem das Schmiedematerial W1 nicht ausreichend in den äußeren umfänglichen Freiraum des Stempels gefüllt ist. Ein „ausreichender Kontaktzustand” bedeutet einen Zustand, in welchem das Schmiedematerial W1 ausreichend in den äußeren umfänglichen Freiraum des Stempels gefüllt ist.
Der nicht ausreichende Kontaktzustand und der ausreichende Kontaktzustand bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs und der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels wird erklärt.
<Erklärung des Nachführbereichs>
4A ist ein Graph, der eine Impedanzkurvenlinie zu der Zeit ”t0” in dieser Ausführungsform zeigt und die vertikale Achse deutet eine Impedanz proportional zu einer Vibratorlast an und die horizontale Achse deutet eine Frequenz an.
Wie in diesem Graphen gezeigt, ist in dem Zustand zu der Zeit ”t0” in welcher das Schmiedematerial W1 nicht in ausreichendem Kontakt mit der formenden inneren umfänglichen Oberfläche ist, die Resonanzfrequenz des Formkörpers 11 ”fr0”, die eine Frequenz ist, bei welcher der Formkörper 11 in der radialen Richtung vibriert und die Impedanz des Vibrators 4 ist auch ein minimaler Wert. Das bedeutet, dass eine Vibrationskraft (Vibratorlast), die für den Vibrator 4 benötigt wird, minimal zu einer Zeit wird, wenn die Vibrationsfrequenz gleich der Resonanzfrequenz durch Ändern der Vibrationsfrequenz des Vibrators 4 wird, während gesteuert wird, sodass die Amplitude der Vibration durch den Vibrator 4 konstant gehalten wird. Dieser Zustand ist der effizienteste Vibrationszustand. Ferner existieren Subresonanzfrequenzen „fa0” und „fb0” um die Resonanzfrequenz ”fr0” und diese Subresonanzfrequenzen „fa0” und „fb0” sind jeweils ein Talboden der Impendazkurvenlinie in derselben Weise wie die Resonanzfrequenz ”fr0”. Jedoch unterscheidet sich die Vibrationsweise bei den Subresonanzfrequenzen ”fa0” und ”fb0” von der Vibrationsweise der Resonanzfrequenz ”fr0” und beinhaltet zum Beispiel Torsionsvibrationen und Biegevibrationen und die Amplitude der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs sind ungleich. Ferner ist die Impedanz bei den Subresonanzfrequenzen ”fa0” und ”fb0” im Vergleich mit einem Fall bei der Resonanzfrequenz ”fa0” erhöht und die Last des Vibrators 4 erhöht sich, was eine effektive Vibration des Formkörpers 11 schwierig macht.
Auf der anderen Seite ist als ein Nachführverfahren, das generell in der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 verwendet wird, ein PLL-(phasengesperrter Kreis-)Verfahren bekannt. In diesem Verfahren wird die Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 nachgeführt, sodass sie mit der Resonanzfrequenz durch Konvergieren auf den Talboden der Impedanzkurvenlinie der Antriebsfrequenz (Vibrationsfrequenz) des Vibrators 4 durch die Ultraschallvibrationseinrichtung 5 übereinstimmt. Zum Beispiel, wie in 5 gezeigt, wenn die Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 in einem Bereich des Nachführbereichs fl der Resonanzfrequenz ist, konvergiert die Vibrationsfrequenz zu der Resonanzfrequenz fr, und wenn diese nicht innerhalb des Nachführbereichs fl ist, konvergiert die Vibrationsfrequenz zu der Subresonanzfrequenz fa oder fb in einen anderen Frequenzbereich. Darum bedeutet der Nachführbereich einen Bereich in welchem die Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 zu einer Resonanzfrequenz konvergiert werden kann und ist ein spezifischer Bereich, der die Resonanzfrequenz ”fr0” beinhaltet.
Bei einem Ultraschallformen unter Verwendung eines normalen PLL-Verfahrens ist dieses so ausgestaltet, dass die Referenzfrequenz als eine Anfangsvibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 auf „fs0” gesetzt ist, wie durch ”0” in 4A in dem Nachführbereich gezeigt und ein Antreiben des Vibrators 4 wird bei dieser Frequenz ”fs0” initiiert und die Vibrationsfrequenz wird zu der Resonanzfrequenz ”fr0” konvergiert, wodurch der Formkörper 11 bei der Resonanzbedingung vibriert wird.
In dem PLL-Verfahren wird die Impendanz nicht direkt gemessen und wie in dem vorgenannten Patentdokument 2 usw. offenbart, ist es gewöhnlich, dass die Vibrationsfrequenz dazu gebracht wird, zu dem Talboden der Impedanzkurvenlinie durch Konvergieren der Phasendifferenz zwischen dem Strom und der Spannung des Vibrators auf null zu konvergieren.
Die Resonanzfrequenz „fr” ändert sich während des Schmiedeprozesses wie oben erklärt mit Bezug zu 3A. In Übereinstimmung mit der Änderung ändert sich auch der Nachführbereich ”fl”. Zum Beispiel, wie in 3B gezeigt, wird ein vorbestimmter Frequenzbereich, der eine Resonanzfrequenz ”fr” beinhaltet ein Nachführbereich ”fl” und der Nachführbereich ”fl” erhöht sich kontinuierlich, sodass dieser der kontinuierlichen Erhöhung der Resonanzfrequenz ”fr” folgt.
Hier, wie in 3A und 3B gezeigt, erhöht sich die Resonanzfrequenz ”fr” instantan in einer diskontinuierlichen Weise wenn von der Zeit ”t0” zu der Zeit ”t1” übergeht und in Übereinstimmung mit der instantanen Erhöhung wird auch der Nachführbereich ”f1” instantan in einer diskontinuierlichen Weise geändert. Zum Beispiel ist die Impedanzkurve zu der Zeit ”t0” in einen Zustand, der in 4A gezeigt ist. Auf der anderen Seite ändert sich zu der Zeit ”t1” die Impedanzkurvenlinie instantan zu dem Zustand, der in 4B gezeigt ist. Aus diesem Grund, sogar wenn die Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 mit der Resonanzfrequenz ”fr0” unmittelbar vor der Zeit ”t1” übereinstimmt, ändert sich die Resonanzfrequenz kontinuierlich auf ”fr1” zu der Zeit ”t1” und in Übereinstimmung damit verändert sich der Nachführbereich fl instantan. Als ein Ergebnis, wie durch ”0” in 4B gezeigt, bewegt sich die Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 von dem veränderte Nachführbereich weg. Als ein Ergebnis konvergiert die Vibrationsfrequenz des Vibrators 4 nicht zu der veränderten Resonanzfrequenz ”fr1”, sondern konvergiert zum Beispiel zu der veränderten Subresonanzfrequenz ”fa1”. Aus den oben beschriebenen Gründen kann der Formkörper 11 nicht in einer resonanten Bedingung vibriert werden und daher können die erwünschten Effekte nicht erhalten werden.
Unter den Bedingungen in dieser Ausführungsform, wenn die Resonanzfrequenz sich in einer diskontinuierlichen Weise verändert insbesondere wenn die sich Zeit von der Zeit ”t0” zu der Zeit ”t1” verändert, wie durch ”•” in 4B gezeigt, wird die Resonanzfrequenz auf ”fs1” in den Nachführbereich der veränderten Resonanzfrequenz ”fr1” verändert. Damit konvergiert die Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 zu der Resonanzfrequenz ”fr1”, was eine effektive Vibration des Formkörpers 11 unter einer resonanten Bedingung ermöglicht. Folglich können die gewünschten Effekte erhalten werden.
In derselben Weise, wenn die Zeit von der Zeit ”t2” zu der Zeit ”t3” übergeht und die Resonanzfrequenz sich diskontinuierlich zu ”fr3” verändert, wie in 3A und 3B gezeigt, wird die Resonanzfrequenz auf ”fs3” geändert, was in dem Nachführbereich ”fl” für die veränderte Resonanzfrequenz ”fr3” liegt. Damit konvergiert die Vibrationsfrequenz des Vibrators 4 zu der Resonanzfrequenz ”fr3” was eine effektive Vibration des Formkörpers 11 unter einer resonanten Bedingung ermöglicht. Folglich kann der gewünschte Effekt erhalten werden.
Beim Ultraschallschmieden wird normalerweise ein Überlastwert gesetzt, um einen zu hohen Stromfluss in der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 zu verhindern, und der wesentliche Nachführbereich ändert sich auch durch den gesetzten Überlastwert. Das heißt, wenn eine Spannung gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert an der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 angelegt wird, wird die Ultraschallvibrationseinrichtung 5 deaktiviert, um das Generieren der Vibration zu stoppen, sodass ein Überlastfehler generiert wird. Zu dieser Zeit, wenn der Strom konstant gehalten wird, um eine konstante Amplitude zu erhalten, steigt die Spannung wenn die Impedanz sich erhöht und darum verursacht eine Impedanz, die einen vorbestimmten Wert übersteigt einen Überlastfehler, was in einem Stoppen der Vibration resultiert. Zum Beispiel, wie in 6 gezeigt, in einem Fall, in welchem die Impedanz den Überlastwert ”Ls” an einem Ort übersteigt, der nicht die Nähe der Resonanzfrequenz ”fr0” ist, wird der Nachführbereich ”fl” im Wesentlichen auf einen Innenbereich beschränkt, der gleich oder unterhalb des gesetzten Überlastwerts ”ls” ist, und darum ist es nötig, die Referenzfrequenz ”fs0” in diesem engen Bereich zu setzen.
Ferner in Fällen, in welchen ein Überlastfehler an einem Ort, der nicht die Nähe der Resonanzfrequenz ist, durch den gesetzten Überlastwert ”Ls” auftritt, um das Auftreten eines Überlastfehlers zu verhindern, wenn die Referenzfrequenz auf ”fs1” geändert wird, nach der Zeit ”t0” zu ”t1”, zu der sich die Resonanzfrequenz in einer diskontinuierlichen Weise verändert, ist es bevorzugt, dass die Vibration unmittelbar gestoppt wird, bevor die Zeit ”t0” erreicht wird und die Referenzfrequenz auf ”fs1” geändert wird, die an die Resonanzfrequenz ”fr1” nach dem Erreichen der Zeit ”t1” angenähert wird und danach wird die Vibration erneut gestartet.
In derselben Weise, um das Auftreten eines Überlastfehlers zu verhindern, wenn die Referenzfrequenz auf ”fs3” zu der Zeit von ”t2” auf t3 geändert wird, ist es bevorzugt, dass die Vibration unmittelbar bevor die Zeit ”t2” erreicht wird, gestoppt wird und die Referenzfrequenz wird auf ”fs3” geändert, was an die Resonanzfrequenz ”fr3” nach dem Erreichen der Zeit t3 angenähert ist, und danach wird die Vibration erneut gestartet.
<Erklärung des Kontaktzustands des Schmiedematerials an der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs>
Als nächstes wird in dieser Ausführungsform ein Kontaktzustand des Schmiedematerials W1 bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs detailliert mit spezifischen Beispielen erklärt.
7A bis 7E sind eine Ansicht zum Erklären eines Kontaktzustands des Schmiedematerials W1 bezüglich einer inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs (innere umfängliche Seitenoberfläche) einer Form. Wie in diesen Figuren in einem Aufsichtszustand oder einer horizontalen Querschnittsansicht gezeigt, ist der Kontaktpunkt des Schmiedematerials W1 bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs der Form 1 als ”A” definiert. In einem Fall, in welchem zwei oder mehr (mehrere) Kontaktpunkte ”A” existieren, ist ein Winkel zwischen dem Liniensegment AO, das einen der Kontaktpunkte zwischen benachbarten zwei Kontaktpunkten ”A” und das Zentrum ”O” des Formungslochs 12 verbindet, und dem Liniensegment AO, das den anderen Kontaktpunkt A und das Zentrum ”O” des Formungslochs 12 verbindet, als ”θ” definiert. Wenn der maximale wert θmax unter den Zentrumswinkeln θ der benachbarten Kontaktpunkte 180 Grad überschreitet (θmax > 180 Grad) ist der Kontaktzustand als ein ”nicht ausreichender Kontaktzustand” definiert. Wenn der maximale Wert θmax gleich oder weniger als 180 Grad (θmax ≤ 180 Grad) ist, wird der Kontaktzustand als ein ”ausreichender Kontaktzustand” definiert.
Zum Beispiel in dem Fall von 7A und 7B da θmax 180 Grad übersteigt, ist der Kontaktzustand als ein nicht ausreichender Kontaktzustand definiert. Ferner in dem Fall von 7C, da θmax gleich oder weniger als 180 Grad ist, ist der Kontaktzustand als ein ausreichender Kontaktzustand definiert.
Ferner, sogar in Fällen, in denen das Schmiedematerial W1 in Linienkontakt mit der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs in einer Aufsicht (horizontale Querschnittsansicht) ist, können die Kontaktzustände basierend auf dem maximalen Wert des zentralen Winkels θmax klassifiziert werden. Zum Beispiel in dem Fall von 7D, da θmax 180 Grad überschreitet, ist der Kontaktzustand als ein nicht ausreichender Kontaktzustand definiert. Ferner in dem Fall von 7E, da θmax kleiner als 180 Grad ist, ist der Kontaktzustand als ein ausreichender Kontaktzustand definiert.
Als Hinweis, in Fällen, in denen die Anzahl der Kontaktpunkte A zwei ist und der zentrale Winkel 180 Grad ist, ist der Kontaktzustand als ein ausreichender Kontaktzustand definiert. Ferner in Fällen, in denen die Anzahl der Kontaktpunkte A eins ist, ist der Kontaktzustand als ein nicht ausreichender Kontaktzustand definiert.
In dieser Ausführungsform ist das Zentrum des Formungslochs 12 ein Kreis kleinster Quadrate, die an der Kontourlinie des Formungslochs angelegt sind (innere umfängliche Oberfläche). Dieser Kreis kleinster Quadrate wird durch die Methode der kleinsten Quadrate erhalten.
Hier in dieser Ausführungsform ist der Abstand entlang der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs zwischen zwei benachbarten Kontaktpunkten (umfängliche, gerichtete Länge) als ein Abstand zwischen benachbarten Kontaktpunkten definiert. Ein Fall, in welchem der maximale Wert zwischen benachbarten Kontaktpunkten die Hälfte der gesamten umfänglichen Länge des Formungslochs überschreitet, ist als ein Zustand definiert, in dem mehrere Kontaktpunkte A disproportional in einem Bereich kleiner als die Hälfte der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs angeordnet ist. Dieser Zustand entspricht dem Zustand in welchem θmax 180 Gad überschreitet (der Zustand von [θmax > 180 Grad]) und ist als ein nicht ausreichender Kontaktzustand definiert. Ferner ist der Fall, in welchem der maximale Wert zwischen benachbarten Kontaktpunkten kleiner als die Hälfte der gesamten umfänglichen Länge des Formungslochs ist, als ein Zustand definiert, in welchem mehrere Kontaktpunkte A in einem Bereich mehr als die Hälfte der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs angeordnet sind. Dieser Zustand entspricht dem Zustand in welchem θmax 180 Grad überschreitet und ist gleich oder weniger als 180 Grad (der Zustand von [θ ≤ 180 Grad]) und ist als ein ausreichender Kontaktzustand definiert.
In dieser Ausführungsform ist die Querschnittsform (planare Form) des Formungslochs 12 des Formkörpers 11 in einer kreisförmigen Form ausgebildet aber nicht darauf beschränkt. In der vorliegenden Erfindung kann die Querschnittsform des Formungslochs 12 eine nicht kreisförmige Form wie zum Beispiel eine polygonale Form, eine elliptische Form, eine ovale Form und eine irreguläre Form sein. In diesem Fall, mit Bezug zu dem zentralen Winkel θ zwischen benachbarten Kontaktpunkten, können die Kontaktzustände in einen nicht ausreichenden Kontaktzustand und eine ausreichenden Kontaktzustand klassifiziert werden. Alternativ mit Bezug zu dem Abstand zwischen benachbarten Kontaktpunkten (umfängliche gerichtete Länge) können die Kontaktzustände in einen nicht ausreichenden Kontaktzustand und einen ausreichenden Kontaktzustand klassifiziert werden.
In dieser Ausführungsform wird der Zustand von der Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 beginnt, die innere umfängliche Oberfläche des Formungslochs zu kontaktieren, (Formungsstartzeit) bis zu der Zeit, wenn der Kontaktzustand ein ausreichender Kontaktzustand wird, als ein nicht ausreichender Kontaktzustand definiert, ist allerdings nicht darauf beschränkt. In der vorliegenden Erfindung kann der Zustand von der Zeit wenn das Schmiedematerial W1 in das Formungsloch 12 geladen wird, bis zu der Zeit, wenn das Formen beginnt, (das heißt nicht Kontaktzustand) in einem nicht ausreichenden Kontaktzustand beinhaltet sein. Mit anderen Worten ein Fall, in welchem das Schmiedematerial W1 keinen Kontaktpunkt mit der inneren umfänglichen Formungsoberfläche aufweist (das heißt ein Zustand, in welchem die Kontaktpunkte null sind), kann der Fall dieses Zustands als ein nicht ausreichender Kontaktzustand definiert sein.
<Erklärung der Resonanzfrequenzänderung aufgrund der Änderungen der Vibrationsweise>
In dieser Ausführungsform, wenn der Kontaktzustand des Schmiedematerials W1 mit der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs sich von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand verändert, ändert sich die Resonanzfrequenz in einer diskontinuierlichen Weise. Jedoch hat die detaillierte Analyse ergeben, dass die Vibrationsweise sich instantan und unmittelbar vor einem Verändern zu dem ausreichenden Kontaktzustand ändert und die Resonanzfrequenz sich in einer diskontinuierlichen Weise zu einer Zeit des Veränderns auch verändert.
Das heißt, wie in 8A bis 8C gezeigt, dass sich die Vibrationsweise instantan zu der Zeit ändert, wenn das sich Verhältnis zwischen dem Oberflächendruck P des Schmiedematerials W1 und der Vibrationsbelastung V durch die Ultraschallvibration während dem Schmieden in dieser Ausführungsform umkehrt und in Übereinstimmung damit ändert sich auch die Resonanzfrequenz instantan.
Die Vibrationsbelastung V bedeutet eine Vibrationsbelastung an der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs des Formkörpers 11, der durch Vibrationen, die durch den Vibrator 4 abgegeben werden, vibriert. Diese Vibrationsbelastung V ist eine Belastung, die generiert wird, wenn der Formkörper 11 sich durch Vibration und entsprechend einer Vibrationsbelastung ausdehnt und kontrahiert, die in einer radialen Richtung an der Grenzfläche zwischen der inneren umfänglichen Oberfläche des Schmiedematerials W1 generiert wird. Diese Vibrationsbelastung V wird durch die Vibration des Vibrators 4 verursacht und darum ist die Vibrationsbelastung V unabhängig von der Bearbeitungszeit im Allgemeinen konstant gehalten.
Unter diesem Umstand, wenn der Oberflächendruck P des Schmiedematerials geringer als die Vibrationsbelastung V ist, wie in 8A gezeigt, zu dem Zeitpunkt wenn der Formkörper 11 durch die Vibration kontrahiert wird, kommen die innere umfängliche Oberfläche des Formungslochs und des Schmiedematerials W1 in Kontakt miteinander, und, wie in 8B gezeigt, zu dem Zeitpunkt, wenn der Formkörper 11 durch die Vibration expandiert wird, sind die innere umfängliche Oberfläche des Formungslochs und das Schmiedematerial W1 getrennt. Mit anderen Worten, wenn der Oberflächendruck P geringer als die Vibrationsbelastung V ist, werden das Kontaktieren und das Trennen wiederholt. In einem Fall, in dem das Kontaktieren und das Trennen wiederholt wird, ist der Vibrationszustand des Formkörpers 11 nicht durch die Vibration von dem Schmiedematerial W1 beeinflusst.
Auf der anderen Seite, wenn der Oberflächendruck P des Schmiedematerials W1 größer als die Vibrationsbelastung V ist, sogar in dem Moment, wenn der Formkörper 1 kontrahiert ist, wie in 8A gezeigt, oder sogar zu dem Zeitpunkt wenn der Formkörper 1 wie in 6C expandiert ist, wird der geschlossene Kontaktzustand der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs und des Schmiedematerials W1 erhalten. Das heißt, dass an dem Kontaktabschnitt der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs und des Schmiedematerials W1 das Schmiedematerial W1 nicht von der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs getrennt wird und in einer gewissen Weise damit integral ist. Aus diesem Grund wird an den Kontaktabschnitt die Vibration des Formkörpers 11 auf das Schmiedematerial W1 übertragen und die Vibrationen des Schmiedematerials W1 wird an den Formkörper 11 übertragen. In diesem Zustand erhöht sich die Festigkeit des Vibrationssystems und die Frequenz sinkt plötzlich. Zu dieser Zeit, wenn der Oberflächendruck P größer als die Vibrationsbelastung V wird, ändert sich die Frequenz instantan, jedoch wenn der Kontaktzustand sich nicht zu einem ausreichenden Kontaktzustand verändert hat (wenn der Kontaktabschnitt disproportional angeordnet ist, ist die Vibrationsweise instabil). Wenn die Ultraschallvibration an dem Formkörper 11 von dem Vibrator 4 in einem Zustand aufgebracht wird, in welchem die Vibrationsweise instabil ist, tritt in der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 eine Überlast auf. Darum ist es in dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn der Kontaktzustand der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs nicht ausreichend ist, dass das Aufbringen der Ultraschallvibration ausgesetzt ist und begonnen wird, nachdem eine Veränderung zu dem ausreichenden Kontaktzustand stattgefunden hat.
<Erklärung des Kontaktzustands des Schmiedematerials mit äußerer umfänglicher Seitenoberfläche des Stempels>
In der Formungsverarbeitung dieser Ausführungsform wird das Schmiedematerial W1 in der radialen Richtung, wie in 2A bis 2C gezeigt expandiert und danach nach hinten extrudiert, um in eine äußere umfängliche Lücke des Stempels gefüllt zu werden, wie in 2D bis 2F gezeigt. Der Fall, in welchem der maximale Oberflächendruck, der an der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels zu einer Zeit generiert wird, wenn die Verdrängung nach hinten initiiert wird (entsprechend 2D), kleiner als die Vibrationsbelastung in einem Kontaktzustand ist, in welchem der Kontaktzustand des Schmiedematerials an der äußeren umfänglichen Oberfläche des Stempels nicht ausreichend ist, wird als ein Kontaktzustand betrachtet, in welchem der Kontaktzustand des Schmiedematerials an der äußeren umfänglichen Oberfläche des Stempels nicht ausreichend ist. Der Fall, in welchem der maximale Oberflächendruck an der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels größer als die Vibrationsbelastung (entsprechend zu 2E usw.) ist, wird als ein ausreichender Kontaktzustand betrachtet.
<Struktur und Defekte>
Wie oben erklärt, ändert sich beim Ultraschallschmieden die Vibrationsweise von der Zeit ”t0” unmittelbar bevor sich der Kontaktzustand des Schmiedematerials W1 bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand zu der Zeit ”t1” verändert, wenn der Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand geändert ist. Zu dieser Zeit ändert sich die Resonanzfrequenz des Formkörpers 11 plötzlich und in Übereinstimmung mit der plötzlichen Änderung ändert sich auch der Nachführbereich plötzlich. Aus diesem Grund weicht die Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 von dem veränderten Nachführbereich ab, was manchmal verhindert, dass die Vibrationsfrequenz zu der geänderten Resonanzfrequenz konvergiert. Als ein Ergebnis wird es unmöglich, den Formkörper 11 unter einer resonanten Bedingung zu vibrieren, was eine Schwierigkeit verursacht, ausreichende Effekte durch Aufbringen der Vibration zu erhalten.
Unter diesen Umständen in dieser Ausführungsform, wenn der Nachführbereich aufgrund der Änderung der Resonanzfrequenz verändert ist, wird die Referenzfrequenz in dem veränderten Nachführbereich geändert. Insbesondere unmittelbar nach dem Verändern von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand wird die Referenzfrequenz geändert, sodass sie in einen Nachführbereich entsprechend einer veränderten Resonanzfrequenz fällt. Als ein Ergebnis kann die Vibrationsfrequenz sicher zu der geänderten Resonanzfrequenz konvergieren. Entsprechend wird es möglich, den Formkörper 11 mit einer ausreichenden Amplitude unter einer resonanten Bedingung zu vibrieren, was Effekte durch Vibrationsaufbringen wie zum Beispiel Verringern der Formungslast und verbessern der Formübertragungseigenschaft sicherstellt.
Ferner ändert sich in dieser Ausführungsform die Resonanzfrequenz in einer diskontinuierlichen Weise und der Nachführbereich ändert sich auch instantan, wenn der Kontaktzustand des Schmiedematerials W1 bezüglich der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels sich ändert (”t2” zu ”t3”) und zu der Zeit, wenn die Vibrationsfrequenz geändert wird, sodass sie in einen veränderten Nachführbereich fällt. Damit kann in derselben Weise wie oben erklärt, die Vibrationsfrequenz zu einer veränderten Resonanzfrequenz konvergiert werden, was ein effektives Vibrieren des Formkörpers 11 unter einer resonanten Bedingung ermöglicht. Insbesondere unmittelbar nach dem Verändern von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand des Schmiedematerials W1 bezüglich einer äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels zu einem ausreichenden Kontaktzustand wird die Referenzfrequenz geändert, sodass sie in den Nachführbereich entsprechend einer veränderten Resonanzfrequenz fällt. Darum kann die Vibrationsfrequenz sicher zu der geänderten Resonanzfrequenz konvergieren.
In dieser Ausführungsform sind die ”fa1” und ”fa3” als Referenzfrequenzen Werte, die basierend auf experimentellen Daten oder Daten von vorhergehenden Schmieden erhalten wurden.
Ferner ist in dieser Ausführungsform die Vibration einmal angehalten bevor der Nachführbereich sich in einer diskontinuierlichen Weise aufgrund der diskontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz ändert, wobei die Referenzfrequenz so geändert ist, dass sie in einen veränderten Nachführbereich nach dem Verändern des Nachführbereichs fällt und danach wird die Vibration erneut gestartet. Aus diesem Grund können Probleme, die aufgrund von einem kontinuierlichen Aufbringen der Vibration zum Beispiel, dass die Vibrationsweise instabil wird, bevor die Referenzfrequenz geändert wird, Ändern der Vibrationsfrequenz in einem Bereich, der einen gesetzten Überlastwert übersteigt, was als Folge Überlastfehler verursacht, effektiv verhindert werden.
(2) ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
In einem Schmiedeprozess eines Ultraschallschmiedens, wie oben beschrieben, ändert sich der Kontaktzustand des Schmiedematerials W1 bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs mit der Zeit. Darum, basierend auf der verstrichenen Bearbeitungszeit, kann die Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 sich von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs zu einem ausreichenden Kontaktzustand ändert, das heißt die Zeit, wenn die Resonanzfrequenz sich in einer diskontinuierlichen Weise ändert, vorhergesagt werden. Ferner ändert sich der Kontaktzustand des Schmiedematerials W1 bezüglich der äußeren umfänglichen Seitenoberflächen des Stempels mit der Zeit. Darum kann basierend auf der verstrichenen Bearbeitungszeigt die Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 sich von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand bezüglich der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels zu einem ausreichenden Kontaktzustand ändert, das heißt, die Zeit, wenn die Resonanzfrequenz sich in einer diskontinuierlichen Weise ändert, vorhergesagt werden.
In dieser zweiten Ausführungsform wird zu einer vorhergesagten Zeit, die Referenzfrequenz (Vibrationsfrequenz) der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 geändert, sodass sie in einen Nachführbereich entsprechend der geänderten Resonanzfrequenz fällt, um den Formkörper 11 effektiv zu vibrieren.
9 ist ein Blockdiagramm, das eine Schmiedevorrichtung (Schmiedeform) zeigt, die dazu in der Lage ist, ein Schmiedeverfahren entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Wie in dieser Figur gezeigt, ist die Schmiedevorrichtung mit einer Steuerungseinrichtung 6 für ein Anheben und Absenken und einem Änderungsmittel 7 für eine Referenzfrequenz ausgestattet. In dem Änderungsmittel 7 für eine Referenzfrequenz werden eine Resonanzfrequenz und eine Frequenzveränderungszeit, die durch das folgende Verfahren erhalten wird, usw. vorher gesetzt.
Die Steuerungseinrichtung 6 für ein Anheben und Absenken detektiert die Zeit, wenn der Stempel 2 abgesenkt wird, um das Schmiedematerial W1 zu pressen, um ein Formen des Schmiedematerials W1 basierend auf der Information von dem Antriebsmechanismus 3 für ein Anheben und Absenken durchzuführen. Zum Beispiel in dem Fall eines Antriebsmechanismus 3 (Presse) für ein Anheben und Absenken eines mechanischen Typs basierend auf einer Ausgabeinformation von einem Sensor, welcher einen Rotationswinkel einer Kurbelwelle der Presse 3 detektiert, detektiert die Steuerungseinrichtung 6 für ein Anheben und Absenken eine Zeit, wenn der Stempel 2 die Formungsinitiierungshöhe erreicht hat, als eine Formungsstartzeit oder basierend auf einer Ausgabeinformation von einem Sensor, welcher eine Position des Stempels detektiert, wobei die Steuerungseinrichtung 6 für ein Anheben und Absenken eine Zeit detektiert, zu welcher der Stempel 2 die Formungsinitiierungshöhe erreicht hat, als eine Formungsstartzeit (entsprechend zu der Zeit ”t0” in 3A). Die Steuerungseinrichtung 6 für ein Anheben und Absenken, welche die Formungsstartzeit ”t0” wie oben beschrieben detektiert hat, gibt ein Signal für die Formungsstartzeit an das Änderungsmittel 7 für die Frequenz aus.
Das Änderungsmittel 7 für die Referenzfrequenz, die das Signal empfängt, misst basierend auf dem eingebauten Zeitnehmer 71 eine Zeit der Formungsstartzeit ”t0” (verstrichene Bearbeitungszeit) und überträgt ein Vibrationsstartsignal an die Ultraschallvibrationseinrichtung 5. Die Ultraschallvibrationseinrichtung 5, die das Vibrationsstartsignal empfängt, treibt den Vibrator 4 bei einer Vibrationsfrequenz als eine initiale Referenzfrequenz (entsprechend ”fs0” in 3B) an, um die Vibration des Formkörpers 11 zu starten. Darauffolgend überträgt das Referenzänderungsmittel ein erstes Referenzfrequenzänderungssignal an die Ultraschallvibrationseinrichtung 5 unmittelbar nachdem die gemessene Zeit eine erste Frequenzänderungszeit erreicht hat (entsprechend der Zeit ”t1” in 3A).
Die Ultraschallvibrationseinrichtung 5, die das erste Referenzfrequenzänderungssignal empfängt, ändert die Vibrationsfrequenz auf eine erste Referenzfrequenz (entsprechend ”fs1” in 3B) und treibt den Vibrator 4 an, um den Formkörper 11 zu vibrieren. Darauffolgend überträgt das Änderungsmittel 7 für die Referenzfrequenz ein zweites Referenzfrequenzänderungssignal an die Ultraschallvibrationseinrichtung 5 unmittelbar nachdem die gemessene Zeit die zweite Referenzfrequenzänderungszeit erreicht hat (entsprechend der Zeit ”t3” in 3A). Die Ultraschallvibrationseinrichtung 5, die das zweite Referenzfrequenzänderungssignal empfängt, ändert die Vibrationsfrequenz auf die zweite Referenzfrequenz (entsprechend ”fs3” in 3B) und treibt den Vibrator 4 an, um den Formkörper 11 zu vibrieren.
Auf der anderen Seite, wenn das Schmieden vollständig ist, wird das Aufbringen der Ultraschallvibration gestoppt. Das heißt, dass die Steuerungseinrichtung 6 für ein Anheben und Absenken die Zeit detektiert, zu welcher das Formen abgeschlossen ist (entsprechend der Zeit ”t4” in 3A) basierend auf der Information von dem Antriebsmechanismus 3 für ein Anheben und Absenken. Zum Beispiel basierend auf der Ausgabeinformation von einem Sensor, der einen Rotationswinkel einer Kurbelwelle der Presse detektiert oder der Ausgabeinformation von einem Sensor, der eine Position der Presse detektiert, detektiert die Steuerungseinrichtung 6 für ein Anheben und Absenken eine Zeit, zu welcher die Presse den unteren Totpunkt erreicht, als eine Zeit, zu welcher das Formen abgeschlossen ist. Die Steuerungseinrichtung 6 für ein Anheben und Absenken, welche die Zeit, zu der das Formen abgeschlossen ist, detektiert, überträgt das Signal über das Abschließen des Formens an die Ultraschallvibrationseinrichtung 5. Die Ultraschallvibrationseinrichtung 5, die das Signal, dass das Formen abgeschlossen ist, empfängt hört auf, ein Signal an den Vibrator 4 abzugeben. Damit wird die Ultraschallvibration des Formkörpers 11 durch den Vibrator 4 beendet.
Solch ein Schmieden wird wiederholt, sodass geschmiedete Gegenstände nacheinander hergestellt werden.
In dieser Ausführungsform sind die Steuerungseinrichtung 6 für ein Anheben und Absenken und das Änderungsmittel 7 für die Referenzfrequenz zum Beispiel durch einen Mikrocomputer gebildet. In dieser Ausführungsform dient das Änderungsmittel 7 für die Referenzfrequenz als ein Frequenzänderungsmittel.
In dieser Schmiedevorrichtung entsprechend der zweiten Ausführungsform, um ein Auftreten von Überlastfehlern sicher zu verhindern, kann die Vibration wie oben beschrieben unmittelbar vor dem Ändern der ersten Referenzfrequenz oder unmittelbar vor dem Ändern der zweiten Referenzfrequenz gestoppt werden
<Erhalten der Schaltungszeit für die Resonanzfrequenz>
Als nächstes wird ein Verfahren zum Erhalten der Resonanzfrequenzänderungszeit genau beschrieben.
10A ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Kontaktzustand des Schmiedematerials bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs und einer verstrichenen Bearbeitungszeit zeigt. 10B ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem maximalen Wert eines zentralen Winkels θmax zwischen den Kontaktpunkten und der verstrichenen Bearbeitungszeit zeigt. 10C ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und einer verstrichenen Bearbeitungszeit zeigt.
In diesen Graphen bezeichnet in derselben Weise wie in den Graphen von 3A und 3B ”t0” eine Zeit, die eine Zeit zeigt, wenn der Stempel 2 abgesenkt wird, um ein Formen zu beginnen, ”t1” bezeichnet eine Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 sich von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs (θmax > 180 Grad) zu dem ausreichenden Kontaktzustand (θmax ≤ 180 Grad) verändert und die Zeit ”t1.5” bezeichnet eine Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 von dem ausreichenden Kontaktzustand zu dem nicht ausreichenden Kontaktzustand (θmax = 180 Grad) sich verändert. Es wird durch diese Graphen verstanden, da die Resonanzfrequenz sich diskontinuierlich ändert, unmittelbar bevor ”t1” erreicht wird, und der Nachführbereich sich auch instantan, wenn eine Zeit ”t1” erreicht wird, mit der Frequenz zu der Zeit ändert, wenn eine Zeit noch nicht ”t1” erreicht hat (Bereich der durch ”x” in dem Graphen gezeigt ist), wobei die Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 von dem veränderten Nachführbereich abweicht, was verhindert, dass die Vibrationsfrequenz zu der Resonanzfrequenz konvergiert. Andererseits, wenn die Referenzfrequenz geändert wird, sodass sie in den veränderten Nachführbereich zu einer Zeit nach ”t1” fällt, (in dem Bereich der durch ”o” in dem Graphen gezeigt ist), kann die Vibrationsfrequenz zur Resonanzfrequenz konvergieren, was eine Vibration unter der resonanten Bedingung ermöglicht.
Unter Beachtung dieser Umstände wird verstanden, dass in der Schmiedevorrichtung, die in 9 gezeigt ist, die Zeit, die ”t1” entspricht, als eine Referenzfrequenzänderungszeit ”tc1” gesetzt ist.
Anfänglich wird in der Schmiedevorrichtung in dieser Ausführungsform, die in 9 gezeigt ist, die Referenzfrequenzänderungszeit ”tc1” vorläufig auf ”t0” gesetzt, um ein Schmieden zu beginnen.
In diesem Schmieden ist die Zeit zum Ändern der Referenzfrequenz zu früh, was in einem abweichen der Vibrationsfrequenz von dem Nachführbereich resultiert, was verhindert, dass die Vibrationsfrequenz zu der Resonanzfrequenz konvergiert. Als ein Ergebnis wird der Vibrationszustand unbestimmt und verursacht einen Überlastfehler, der bestätigt werden kann. Als nächstes wird die Referenzfrequenzänderungszeit ”tc1” auf eine Zeit gesetzt, die leicht von der vorgenannten vorläufig gesetzten Zeit ”t0” nach hinten abweicht und ein Schmieden wird in derselben Weise durchgeführt, um zu bestätigen, dass ein Überlastfehler auftritt. Durch Wiederholen dieser Betätigungen wird die Referenzfrequenzänderungszeit ”tc1” vorläufig graduell und aufeinanderfolgend auf eine verzögerte Zeit gesetzt, um experimentell die frühste Zeit unter den Zeiten herauszufinden, bei welcher der Vibrationszustand nicht unbestimmt ist und kein Überlastfehler auftritt. Die Zeit wird als eine qualifizierte Referenzfrequenzänderungszeit ”tc1” bezeichnet und die Zeit ”tc1” wir in der Schmiedevorrichtung, die in 9 gezeigt ist, gesetzt.
Auf der anderen Seite wird in derselben Weise, wie oben beschrieben, basierend auf einer Zeit, wenn der Kontaktzustand des Schmiedematerials W1 bezüglich der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche der Form von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand verändert, eine Referenzfrequenzänderungszeit ”tc3” entsprechend zu ”t3” aus 3A ermittelt. Das heißt, dass eine Zeit zwischen ”t1” und ”t2”, die in 3A gezeigt ist, als eine zweite Referenzfrequenzänderungszeit ”tc3” gesetzt ist und Schmieden durchgeführt wird.
In diesem Schmieden ist die Zeit zum Ändern der Resonanzfrequenz zu früh, was in einer großen Abweichung der Vibrationsfrequenz von dem Nachführbereich resultiert, was verhindert, dass die Vibrationsfrequenz zu der Resonanzfrequenz konvergiert. Als nächstes wird eine zweite Resonanzfrequenzänderungszeit ”tc3” auf eine Zeit gesetzt, die leicht von der vorgenannten vorläufig gesetzten Zeit nach hinten abweicht, und Schmieden wird in derselben Weise durchgeführt, um zu bestätigen, dass ein Überlastfehler auftritt. Durch Wiederholen dieser Betätigung wird die Referenzfrequenzänderungszeit ”tc3” vorläufig graduell und sequentiell nach hinten verschoben, um experimentell herauszufinden, was die frühste Zeit unter den Zeiten ist, bei welcher der Vibrationszustand nicht gestört ist und kein Überlastfehler auftritt. Die Zeit wird als eine qualifizierte zweite Referenzfrequenzänderungszeit ”tc3” bezeichnet und die Zeit ”tc3” wird in der Schmiedevorrichtung, die in 9 gezeigt ist, gesetzt.
Durch Ausführen des Schmiedens wie oben beschrieben unter Verwendung der Schmiedevorrichtung, in welcher die erste und zweite Referenzfrequenzänderungszeit ”tc1” und ”tc2” gesetzt ist, kann das Schmiedematerial sicher unter einer resonanten Bedingung vibriert werden, was sicher Effekte durch eine Ultraschallvibration wie zum Beispiel ein Verringern der Formungslast und ein Verbessern der Formtransfereigenschaften sicherstellt.
In dieser Ausführungsform wird die Frequenzänderungszeit ”tc1” und ”tc3” auf die frühste Zeit gesetzt, die keinen Überlastfehler verursacht, aber ist nicht darauf beschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform, solange kein Überlastfehler auftritt, kann jede Zeit als die qualifizierte Referenzfrequenzänderungszeit ”tc1” und ”tc3” gesetzt sein.
Entsprechend dem Schmiedeverfahren dieser zweiten Ausführungsform, da die Zeit zum Ändern der Referenzfrequenz basierend auf der verstrichenen Zeit bestimmt wird, kann das Schmieden einfach durchgeführt werden.
In dem Fall des Vorhersagens der Zeit (Referenzfrequenzänderungszeit) zum Verändern eines ausreichenden Kontaktzustands basierend auf der verstrichenen Bearbeitungszeit ist der vorhergesagt Wert stochastisch und ein Teilwert. Zusätzlich ändert sich die Formungsgeschwindigkeit des Schmiedematerials W1 aufgrund von verschiedenen Faktoren. Entsprechend wird der vorhergesagte Wert der Zeit des Veränderns zu einem ausreichenden Kontaktzustand vorzugsweise mit einer Sicherheit gesetzt. Zum Beispiel kann ein geschätzter Wert, der eine bestimmte Sicherheit (Bereich) aufweist, erhalten werden, und die Umgebung, Formungsbedingung usw. können beachtet werden, wodurch eine geeignete Zeit in einem Bereich als eine Referenzfrequenzänderungszeit ”tc1” und ”tc3” gesetzt ist.
(3) DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Experimente durch die vorliegenden Erfinder haben ergeben, dass eine Beziehung zwischen einer Laständerung des Stempels und einem Kontaktzustand des Schmiedematerials existiert. Folglich wird in dieser dritten Ausführungsform eine Stempellast, die verursacht, dass das Schmiedematerial W1 den Kontaktzustand bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs und der äußeren seitlichen Oberfläche des Stempels von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand verändert, das heißt, eine Stempellast bei welcher sich die Resonanzfrequenz in einer diskontinuierlichen Weise ändert, erhalten. Und basierend auf der Stempellast (Referenzfrequenzänderungslastwert) ändert sich die Referenzfrequenz (Vibrationsfrequenz) der Ultraschallvibrationseinrichtung, sodass diese in einem Nachführbereich entsprechend der geänderten Resonanzfrequenz fällt, um den Formkörper 11 effektiv zu vibrieren.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Schmiedevorrichtung (Schmiedeform) zeigt, die dazu in der Lage ist, ein Schmiedeverfahren entsprechend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen. Wie in dieser Figur gezeigt ist die Schmiedevorrichtung mit einem Lastdetektor 81 bereitgestellt, der die Last des Stempels 2, die an dem Schmiedematerial W1 anliegt, detektiert, und ein Änderungsmittel 8 für eine Referenzfrequenz bereitgestellt, die ein Signal von dem Lastdetektor 81 für die Stempellast erhält.
In dem Referenzfrequenzänderungsmittel 8 wird ein Referenzfrequenzänderungslastwert, der durch das folgende Verfahren erhalten wird, vorher gesetzt. Das Referenzfrequenzänderungsmittel 8 detektiert die Last (Stempellast) des Stempels 2, die an dem Schmiedematerial W1 aufgebracht wird, wenn der Stempel 2 abgesenkt wird, basierend auf der Information von dem Lastdetektor 81 und überträgt ein Referenzfrequenzänderungssignal an die Ultraschallvibrationseinrichtung zu der Zeit, bei der die Stempellast den Referenzfrequenzänderungslastwert erreicht hat.
Die Ultraschallvibrationseinrichtung 5, die das Referenzfrequenzänderungssignal empfängt ändert die Vibrationsfrequenz des Vibrators 4 durch Anpassen der antreibenden elektrischen Leistung des Vibrators, um die Vibrationsfrequenz zu ändern, die an dem Formkörper 11 aufgebracht wird. Folglich wird die Referenzfrequenz geändert und ein Schmieden wird durchgeführt.
Auf der anderen Seite, wenn das Schmieden abgeschlossen ist, wird das Aufbringen der Ultraschallvibration beendet. Das heißt, dass die Steuerungseinrichtung 6 für ein Anheben und Absenken die Zeit detektiert, wenn das Formen vollständig ist, basierend auf der Information von dem Antriebsmechanismus 3 zum Anheben und Absenken. Die Ultraschallvibrationseinrichtung 5, die das Formen-Abgeschlossensignal empfängt, stoppt den Vibrator 4. Dadurch wird die Ultraschallvibration des Formkörpers 11 durch den Vibrator 4 gestoppt.
Solch ein Schmieden wird wiederholt, sodass geschmiedete Gegenstände sequentiell produziert werden.
In dieser Ausführungsform ist die Änderungseinrichtung 8 für die Referenzfrequenz durch einen Mikrocomputer usw. gebildet und dient als ein Referenzfrequenzänderungsmittel. Ferner dient der Lastdetektor 81 als eine Detektionsvorrichtung für eine Last.
In der Schmiedevorrichtung entsprechend der dritten Ausführungsform kann in derselben Weise wie oben beschrieben die Vibration unmittelbar vor dem Ändern der Vibrationsfrequenz gestoppt werden.
<Erhalten des Referenz frequenzschaltungslastwerts>
Als nächstes wird ein Verfahren zum Erhalten einer Referenzfrequenzänderungszeit beschrieben.
12A ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Kontaktzustand des Schmiedematerials und einer Stempellast zeigt. 12B ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen maximalem Wert θmax eines zentralen Winkels eines Kontaktpunkts und einer Stempellast zeigt. 12C ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Stempellast zeigt.
In diesen Graphen bezeichnet ”L0” einen Lastwert zu der Zeit, wenn der Stempel 2 abgesenkt wird um ein Formen zu beginnen, ”L1” bezeichnet einen Lastwert zu der Zeit, wenn das Schmiedematerial W1 sich von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs (θmax > 180 Grad) zu dem ausreichenden Kontaktzustand (θmax ≤ 180 Grad) verändert und ”L1.5” bezeichnet einen Lastwert zu dem Zeitpunkt, wenn das Schmiedematerial W1 von dem ausreichenden Kontaktzustand bezüglich der inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs zu dem nicht ausreichenden Kontaktzustand (θmax = 180 Grad) verändert.
Wie durch diese Graphen verstanden wird, da sich die Resonanzfrequenz diskontinuierlich und unmittelbar, bevor sie ”L1” erreicht, ändert, und der Nachführbereich sich auch instantan verändert, wenn sie ”L1” erreicht, wobei die Frequenz zu der Zeit ”L1” noch nicht erreicht hat (Bereich, der durch ”x” in dem Graphen gezeigt ist), weicht die Vibrationsfrequenz der Ultraschallvibrationseinrichtung 5 von dem veränderten Nachführbereich ab, was verhindert, dass die Vibrationsfrequenz zu der Resonanzfrequenz konvergiert. Auf der anderen Seite, wenn die Referenzfrequenz geändert wird, sodass sie in den veränderten Nachführbereich zu der Zeit nach ”L1” fällt (in dem Bereich, der durch ”0” in dem Graphen gezeigt ist), kann die Vibrationsfrequenz zu der Resonanzfrequenz konvergieren, was eine Vibration in der resonanten Bedingung ermöglicht.
Unter Beachtung dieser Umstände wird verstanden, dass in der Schmiedevorrichtung, die in 8 gezeigt ist, der Referenzfrequenzänderungslastwert ”Lc1” auf ”L1” gesetzt ist.
Anfänglich wird in dieser Ausführungsform in der Schmiedevorrichtung, die in 11 gezeigt ist, der Referenzfrequenzänderungslastwert ”Lc1” vorläufig auf keine Last (0 kN) gesetzt, um das Schmieden zu beginnen. Bei diesem Schmieden ist die Zeit zum Ändern der Referenzfrequenz zu früh, was in einem Abweichen der Vibrationsfrequenz von dem Nachführbereich führt, was verhindert, dass die Vibrationsfrequenz zu der Resonanzfrequenz konvergiert. Als ein Ergebnis wird der Vibrationszustand instabil und verursacht einen Überlastwert, was bestätigt werden kann. Als nächstes wird der vorläufig gesetzte Frequenzänderungslastwert ”Lc1” auf einen Wert gesetzt, der leicht höher als 0 kN ist und ein Schmieden wird in derselben Weise ausgeführt, um zu bestätigen, dass ein Überlastfehler auftritt. Durch Wiederholen dieser Betätigung wird der vorläufig gesetzte Referenzfrequenzänderungslastwert ”Lc1” auf einen graduell erhöhten Wert gesetzt, um experimentell die minimale Last unter den Lasten herauszufinden, in welche der Vibrationszustand nicht gestört ist und kein Überlastfehler auftritt. Der Lastwert wird als ein qualifizierter Referenzfrequenzänderungslastwert ”Lc1” bezeichnet und der Lastwert ”Lc1” wird in der Schmiedevorrichtung, die in 8 gezeigt ist, gesetzt.
Auf der anderen Seite, in derselben Weise wie oben beschrieben basierend auf der Zeit, wenn der Kontaktzustand des Schmiedematerials W1 bezüglich der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels sich von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand verändert, kann eine Referenzfrequenzänderungszeit ”Lc3” entsprechend zu ”t3” von 3A gewählt werden. Das heißt, dass der Lastwert entsprechend einem Lastwert zwischen ”t1” und ”t2”, der in 3A gezeigt ist, vorläufig als der zweite Referenzfrequenzänderungslastwert ”Lc3” gesetzt wird und Schmieden wird durchgeführt.
In diesem Schmieden ist die Zeit zum Ändern der Referenzfrequenz zu früh, was in einer großen Abweichung von der Vibrationsfrequenz von dem Nachführbereich resultiert, was verhindert, dass die Vibrationsfrequenz zu der Resonanzfrequenz konvergiert. Als nächstes wird der zweite Referenzfrequenzänderungslastwert ”Lc3” auf einen Wert gesetzt, der leicht höher als der vorgenannte vorläufig gesetzte Lastwert ist und ein Schmieden wird in derselben Weise durchgeführt, um zu bestätigen, dass ein Überlastfehler auftritt. Durch Wiederholen dieser Betätigung, kann der Referenzfrequenzlastwert ”Lc3”, der vorher zu setzen ist, auf einen graduell erhöhten Wert gesetzt werden, um experimentell die minimale Last unter den Lasten herauszufinden, in welcher der Vibrationszustand nicht gestört ist und kein Überlastfehler auftritt. Der Lastwert wird als ein qualifizierter zweiter Referenzfrequenzänderungslastwert ”Lc3” bezeichnet und der Lastwert ”Lc3” wird in der Schmiedevorrichtung, die in 11 gezeigt ist, gesetzt.
Durch Durchführen des Schmiedens wie oben beschrieben unter Verwendung der Schmiedevorrichtung, bei welcher die erste und zweite Referenzfrequenzänderungslastwerte ”Lc1” und ”Lc3” gesetzt sind, kann das Schmiedematerial sicher unter einer resonanten Bedingung vibriert werden, sodass die Effekte durch die Ultraschallvibration wie zum Beispiel Verringern der Formungslast und Verbessern der Formtransfereigenschaften sicher erhalten werden können.
In dieser Ausführungsform sind die Referenzlastwerte ”Lc1” und ”Lc3” die kleinsten Lasten, die keinen Überlastfehler verursachen, die gesetzt sind, aber nicht darauf beschränkt sind. In der vorliegenden Erfindung, solange kein Überlastfehler auftritt, kann eine beliebige Last als die Referenzlastwerte ”Lc1” und ”Lc3” gesetzt werden.
In diesem Schmiedeverfahren entsprechend der dritten Ausführungsform, da die Zeit (Zeit des Änderns der Referenzfrequenz) zum Verändern des Kontaktzustands zu einem ausreichenden Kontaktzustand basierend auf der Stempellast vorhergesagt ist, beeinflusst die Änderung der Formungsgeschwindigkeit des Schmiedematerials W1 nicht. Aus diesem Grund kann das Schmiedeverfahren entsprechend der dritten Ausführungsform die Zeit zum Ändern der Referenzfrequenz mit einer hohen Genauigkeit im Vergleich zu einem Schmiedeverfahren entsprechend der zweiten Ausführungsform vorhersagen, in welchem die Änderungszeit durch die verstrichene Verarbeitungszeit geschätzt wird. Als ein Ergebnis kann ein Auftreten eines Überlastfehlers sicherer verhindert werden und ein Verändern der Formungslast und ein Verbessern der Formtransfereigenschaften kann sicherer erhalten werden.
In dem Ultraschallschmieden ist es bevorzugt, die Frequenzänderung so früh wie möglich durchzuführen. Darum ist das Schmiedeverfahren entsprechend der dritten Ausführungsform dazu in der Lage, die Zeit zum Verändern zu einem ausreichenden Kontaktzustand genau zu erfassen, wodurch die Referenzfrequenz akkurat so früh wie möglich geändert werden kann. Aus dieser Sicht können die vorgenannten Effekte sicherer erhalten werden.
Das Schmiedeverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung kann an einer Schmiedevorrichtung usw. angewendet werden, die Schmieden unter Verwendung von Ultraschallvibration durchführt.
Es sollte verstanden werden, dass die Begriffe und Ausdrücke, die hier verwendet werden, zum Erklären verwendet werden und nicht dazu gedacht sind in einer beschränkenden Weise ausgelegt zu werden, nicht irgendwelche äquivalente von Merkmalen, die hier gezeigt und genannt sind, ausschließen und verschiedene Modifikationen erlauben, die in den beanspruchten Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.
Während die vorliegende Erfindung in verschiedenen Weisen ausgeführt werden kann, werden hier einige beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, mit dem Verständnis, dass die vorliegenden Offenbarung dazu dient, Beispiele der Prinzipien der Erfindung bereitzustellen und solche Beispiel nicht dazu gedacht sind die Erfindung auf bevorzugte Ausführungsformen, die hier beschrieben und/oder dargestellt sind, zu beschränken.
Während darstellende Ausführungsformen der Erfindung hier beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die verschiedenen bevorzugten Ausführungsform, die hier beschrieben sind, beschränkt, sondern beinhaltet beliebige und alle Ausführungsformen, die äquivalente Elemente, Modifikationen, Auslassungen, Kombinationen (zum Beispiel Aspekte über verschiedene Ausführungsformen hinweg), Anpassungen und/oder Änderungen aufweisen, die durch die in der Technik basierend auf der vorliegenden Offenbarung erkannt werden. Die Beschränkung der Ansprüche sind breit basierend auf der Sprache zu interpretieren, die in den Ansprüchen verwendet wird, und ist nicht auf Beispiele, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben wurden oder während dem Erteilungsverfahren der Anmeldung beschrieben wurden, zu beschränken, die nicht als exklusiv auszulegen sind.
Bezugszeichenliste

1: Form
11: Formkörper
12: Formungsloch
2: Stempel
4: Vibrator (Vibrationsaufbringungsvorrichtung)
5: Ultraschallvibrator (Vibrationsaufbringungsvorrichtung)
7, 8: Referenzfrequenzänderungseinrichtung (Änderungsmittel für eine Referenzfrequenz)
81: Lastdetektor (Lastdetektionsvorrichtung)
f1: Nachführbereich
fr, fr0 bis fr4: Resonanzfrequenz
fs0, fs1, fs3: Referenzfrequenz
Lc1: Resonanzfrequenzänderungslastwert
Lt1: Referenzfrequenzänderungszeit
t0: Startzeit des Formens
W1: Schmiedematerial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015-113967 [0001]
JP 2009-279596 [0004]
JP 2000-42490 [0006]
JP 2681603 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Masahiko Jin, ”Fundamental Study an Ultrasonic Micro Coining (Ver. 4).” ”56th Plastic Shaping Association Lecture Presentation Lecture Collection of Paper.” 2005, p.583–584” [0004]

Claims

Schmiedeverfahren umfassend: Einsetzen eines Schmiedematerials in ein Formungsloch einer Formkörpers; Pressen des Schmiedematerials mit einem Stempel, um ein plastisches Verformen des Schmiedematerials durchzuführen; Aufbringen einer Ultraschallvibration, die eine Referenzfrequenz als einen Anfangswert einer Vibrationsfrequenz aufweist, an dem Formkörper mit einem Vibrationsaufbringungsmittel während der plastischen Verformung des Schmiedematerials; Konvergieren der Vibrationsfrequenz auf eine Resonanzfrequenz des Formkörpers während der plastischen Verformung des Schmiedematerials, wenn die Vibrationsfrequenz in einem Nachführbereich des Vibrationsaufbringungsmittels ist, wobei, wenn der Nachführbereich in Übereinstimmung mit einer diskontinuierlichen Änderung der Resonanzfrequenz während dem plastischen Verformen des Schmiedematerials verändert ist, sodass diese von der Vibrationsfrequenz abweicht, die Referenzfrequenz geändert wird, sodass sie in einen veränderten Nachführbereich fällt.
Schmiedeverfahren nach Anspruch 1, wobei ein Kontaktzustand des Schmiedematerials bezüglich einer inneren umfänglichen Oberfläche eines Formungslochs des Formkörper sich während der plastischen Verformung des Schmiedematerials von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand ändert, und wobei die Referenzfrequenz nach der Veränderung des Kontaktzustands von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand geändert wird.
Schmiedeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schmiedematerial nach hinten extrudiert wird, sodass es in eine äußere umfängliche Lücke des Stempels zwischen einer äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels und einer inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs des Formkörpers während der plastischen Verformung des Schmiedematerials gefüllt wird, wobei ein Kontaktzustand des Schmiedematerials bezüglich der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels sich während einer Verarbeitung, in der das Schmiedematerial in die äußere umfängliche Lücke des Stempels gefüllt wird, von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand ändert, und wobei die Referenzfrequenz nach dem Verändern des Kontaktzustands des Schmiedematerials bezüglich der äußeren umfänglichen Seitenoberfläche des Stempels von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand geändert wird.
Schmiedeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: Erhalten einer Zeit des Veränderns des Kontaktzustands des Schmiedematerials bezüglich einer inneren umfänglichen Oberfläche des Formungslochs des Formkörpers von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand basierend auf einer verstrichenen Zeit von einer Startzeit der plastischen Verformung des Schmiedematerials durch den Stempel; und Bestimmen einer Zeit des Änderns der Referenzfrequenz basierend auf der erhaltenen Zeit.
Schmiedeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: Erhalten einer Stempellast zu einer Zeit des Veränderns eines Kontaktzustands des Schmiedematerials bezüglich einer inneren umfänglichen Oberfläche eines Formungslochs des Formkörpers von einem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu einem ausreichenden Kontaktzustand; und Bestimmen einer Zeit des Änderns der Referenzfrequenz basierend auf der erhaltenen Stempellast.
Schmiedeverfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Erhalten einer Zeit der Veränderung des Kontaktzustands von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand basierend auf einer verstrichenen Zeit von einer Startzeit der plastischen Verformung des Schmiedematerials durch den Stempel; und Bestimmen einer Zeit des Änderns der Referenzfrequenz basierend auf der erhaltenen Zeit.
Schmiedeverfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Erhalten einer Stempellast zu einer Zeit des Veränderns des Kontaktzustands von dem nicht ausreichenden Kontaktzustand zu dem ausreichenden Kontaktzustand; und Bestimmen einer Zeit des Änderns der Referenzfrequenz basierend auf der erhaltenen Stempellast.
Schmiedeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Aufbringen der Vibration durch das Vibrationsaufbringungsmittel unmittelbar vor dem Ändern der Referenzfrequenz gestoppt wird und das Aufbringen der Vibration durch das Vibrationsaufbringungsmittel wieder gestartet wird, wenn die Referenzfrequenz geändert ist.
Schmiedevorrichtung umfassend: einen Formkörper, der ein Formungsloch aufweist; einen Stempel, der dazu ausgestaltet ist, in das Formungsloch getrieben zu werden, um ein plastisches Verformen eines Schmiedematerials in dem Formungsloch auszuführen, ein Vibrationsaufbringungsmittel, das dazu ausgestaltet ist, eine Ultraschallvibration aufzubringen, die eine Referenzfrequenz als ein Anfangswert einer Vibrationsfrequenz an dem Formkörper aufweist; und ein Referenzfrequenzänderungsmittel, das dazu ausgestaltet ist, die Referenzfrequenz des Vibrationsaufbringungsmittels während der plastischen Verformung des Schmiedematerials zu verändern.
Schmiedevorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Vibrationsaufbringungsmittel einen Vibrator, der an dem Formkörper angebracht ist, und eine Ultraschallvibrationseinrichtung beinhaltet.
Schmiedevorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend: einen Zeitnehmer, der dazu ausgestaltet ist, eine verstrichene Zeit von einem Start der plastischen Verformung des Schmiedematerials durch den Stempel während der plastischen Verformung des Schmiedematerials zu messen, wobei das Referenzfrequenzänderungsmittel dazu ausgestaltet ist, die Referenzfrequenz basierend auf der verstrichenen Zeit zu ändern.
Schmiedevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner umfassend: einen Lastdetektor, der dazu ausgestaltet ist, eine Last des Stempels, die auf das Schmiedematerial aufgebracht ist, zu detektieren, wobei das Referenzfrequenzänderungsmittel dazu ausgestaltet ist, die Referenzfrequenz zu einer Zeit zu ändern, wenn die Last des Stempels einen Referenzfrequenzänderungslastwert erreicht, der vorher basierend auf der Information von dem Lastdetektor während der plastischen Verformung des Schmiedematerials gesetzt ist, während die Ultraschallvibration an dem Formkörper aufgebracht wird.