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Die Erfindung betrifft eine Freiform-Schmiedepresse für das Umformen eines Werkstückes, mit zumindest
- - einem Festholm und einem gegen den Festholm beweglichen Laufholm,
- - zumindest einem Presszylinder, mit dem der Laufholm gegen den Festholm (unter Zwischenschaltung des umzuformenden Werkstücks) beaufschlagbar ist,
- - zumindest einem an dem beweglichen Laufholm oder Festholm befestigten Schmiedesattel für das Freiformschmieden des Werkstückes. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umformen eines Werkstückes durch Freiformschmieden in einer solchen Freiform-Schmiedepresse. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umformen eines Werkstückes in einer F reiform-Schmiedepresse.
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Das umzuformende Werkstück besteht in der Regel aus Metall. Die Freiform-Schmiedepresse weist bevorzugt ein Pressengestell mit (z. B. festem) Oberholm und (z. B. festem) Unterholm und mit den Oberholm und den Unterholm verbindenden, vertikalen Pressensäulen oder Pressenständern auf. Die Pressensäulen verbinden folglich den Oberholm und den Unterholm und bilden mit ihnen ein Pressengestell oder einen Pressenrahmen. Alternativ zu einer Bauweise mit separaten Säulen und Holmen kann dieser auch in kombinierter Rahmenbauweise, z. B. mit geschlossenen Pressenrahmen, ausgeführt sein. Stets ist ein mit zumindest einem Presszylinder beaufschlagter Laufholm vorgesehen, der z. B. gegen den Unterholm als Festholm oder alternativ auch gegen den Oberholm als Festholm verfahrbar ist. Im Übrigen kann die Presse auch als Unterflurpresse mit beweglichem Pressenrahmen als Laufholm ausgebildet sein. Bei den Presszylindern handelt es sich bevorzugt um hydraulische Presszylinder, mit denen entsprechend hohe Pressdrücke für die Schmiedeumformung erzeugbar sind.
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Als Schmiedesattel kommt in der Regel ein Sattelpaar zum Einsatz, das sich aus Obersattel und Untersattel zusammensetzt, wobei der Obersattel z. B. an dem Laufholm und der Untersattel an dem Festholm oder umgekehrt der Obersattel an dem Festholm und der Untersattel an dem Laufholm befestigt sind.
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In einer solchen Freiform-Schmiedepresse kommen zur Erzeugung der Schmiedeteile je nach Produktionsschritt in der Regel verschiedene Schmiedesättel und folglich Schmiedesättel mit unterschiedlicher Geometrie zum Einsatz, z. B. ein Flachsattel, ein Rundsattel, ein V-Sattel oder ein Messersattel. In der Praxis ist folglich ein häufiger Austausch des Schmiedesattels erforderlich und zur Erzielung möglichst geringer Produktionszeiten gilt es, den Werkzeugwechsel möglichst schnell durchzuführen. Ein schneller Werkzeugwechsel vermeidet auch eine Abkühlung des Schmiedegutes durch zu lange Bearbeitungszeit auf der Schmiedepresse, so dass auch vermieden werden kann, das Werkstück in einer zeit- und energieintensiven Zwischenhitze erneut auf Schmiedetemperatur zu bringen.
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Um die Schmiedesättel ohne aufwendigen Einsatz von zusätzlichen Hilfseinrichtungen, wie z. B. Kränen oder anderen Hubgeräten, zu wechseln, werden in der Praxis seit längerem sogenannte Sattelwechselvorrichtungen oder Sattelwechselsysteme eingesetzt.
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So wird z. B. in der
DE 1 885 386 U eine Sattelwechselvorrichtung für Freiform-Schmiedepressen beschrieben, die aus einer Einrichtung zum Transport der Schmiedesättel aus dem Schmiedebereich und einer weiteren Einrichtung zum Abschieben der Sättel von der genannten Einrichtung besteht. Der untere Schmiedesattel ist bei an sich bekannter Befestigung unmittelbar auf dem Verschiebetisch mit diesem bis in den Bereich einer Querverschiebeeinrichtung verschiebbar, welche außerhalb eines rechteckigen Bodenbereichs angeordnet ist, der durch die parallel zu den Pressenachsen verlaufenden Säulentangenten begrenzt ist.
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Im Stand der Technik versucht man, Umrüstzeiten weiter zu reduzieren, indem manuelle Arbeiten zur Befestigung der Schmiedesättel, wie z. B. Rammen von Keilen, Schrauben oder Einlegen von Kupplungsstücken vermieden werden.
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Die
DE 2 225 528 A beschreibt eine Vorrichtung zum Verschieben und Arretieren von Schmiedesätteln an waagerecht arbeitenden Schmiedemaschinen, wobei jeder Schmiedesattel mindestens zwei voneinander verschiedene Gravuren aufweist, die in Arbeitsstellung vertikal untereinander angeordnet sind. Die Schmiedesättel sind an horizontal wirkenden Schmiedeplungern vertikal verschiebbar und hydraulisch in den jeweiligen Arbeitsstellungen arretierbar.
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Aus der
DE 10 2015 119 927 A1 ist ein Linearhammer sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einem Linearhammer bekannt, wobei dieser Linearhammer zumindest zwei Umformprozesse auf ein Werkstück ausübt, wobei wenigstens ein Umformprozess einen Pressvorgang umfasst. Außerdem kann wenigstens ein Umformprozess einen Schmiedevorgang umfassen. Dazu kann ein Schmiedegesenk verwendet werden, das mehrere Gravuren aufweist, wobei eine erste Gravur zum Schmieden des Werkstückes ausgestaltet ist und eine zweite Gravur zum Pressen des Werkstückes ausgestaltet ist.
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Im Übrigen offenbart die
DE 883 552 B eine Gesenkwechselvorrichtung für Freiform-Schmiedepressen. Dabei sind die Schmiedesättel auf einem Drehtisch angebracht.
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In der
DE 81 05 099 U1 wird darüber hinaus eine Satteldreh- und Schwenkvorrichtung für Schmiedepressen beschrieben, die eine an einem beweglichen Maschinengestell der Presse vertikal gelagerte und mit einem Drehantrieb versehene Drehwelle aufweist, die über einen an ihrem unteren Ende angeordneten Hammerkopf in den Fuß des Obersattels dreh- und zugfest eingreift. Dabei ist die Drehwelle zum Drehen des Sattels mit ihrer Achse exzentrisch in einer vertikal und zentrisch zur Pressenachse im beweglichen Maschinengestell drehbar gelagerten Drehhülse angeordnet. So sollen Umformvorgänge unter Anwendung der Sattelaußenkanten erlaubt werden, ohne hohe exzentrische Kräfte zu generieren und somit Spitzenbelastungen der Presse hervorzurufen.
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Trotz der bekannten Verbesserungen ist der Sattelwechsel bei einer Freiform-Schmiedepresse mit Aufwand verbunden. Hier setzt die Erfindung ein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freiform-Schmiedepresse der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die sich durch eine höhere Produktivität und besonders bevorzugt einen reduzierten Energiebedarf des Produktionsprozesses auszeichnet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung eine Freiform-Schmiedepresse mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 7. Erfingungsgemäß ist vorgesehen, dass der Schmiedesattel (oder die Schmiedesättel) mit mehreren, nebeneinander (in einer X-Richtung) angeordneten Gravuren versehen ist, die eine unterschiedliche Gravurgeometrie aufweisen, so dass ein Gravurwechsel ohne Wechsel des Schmiedesattels durch die Auswahl unterschiedlicher Gravuren desselben Schmiedesattels erfolgt. In der Regel werden als Schmiedesattel ein Obersattel und ein Untersattel und folglich ein Sattelpaar eingesetzt, wobei der Obersattel z. B. an dem Laufholm und der Untersattel an dem Festholm befestigt oder umgekehrt der Obersattel an dem Festholm und der Untersattel an dem Laufholm befestigt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Obersattel und/oder der Untersattel (bzw. das Sattelpaar) als Multi-Gravur-Sattel mit jeweils mehreren nebeneinander (in einer X-Richtung) angeordneten Gravuren versehen ist bzw. versehen sind, welche eine unterschiedliche Gravurgeometrie aufweisen, so dass ein Gravurwechsel ohne Wechsel des Sattelpaares (bzw. ohne Wechsel von Obersattel und/oder Untersattel) durch die Auswahl unterschiedlicher Gravuren desselben Sattelpaares (bzw. desselben Obersattels und/oder Untersattels) erfolgt.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der beim Stand der Technik erforderliche Wechsel der Gravurgeometrie (z. B. Flachgeometrie oder V-Geometrie oder Rund-Gravur) durch einen kompletten Wechsel des Schmiedesattels bzw. des Schmiedesattelsatzes nachteilig ist. Denn trotz stetiger Weiterentwicklung von Sattelwechsel- und Sattelklemmsystemen ist der zeitliche Aufwand nach wie vor enorm. Der Obersattel muss in der Regel zunächst auf den Untersattel abgesetzt werden, die Sattelklemmungen müssen gelöst werden, das Sattelpaar muss aus der Presse herausgefahren werden, dass neue Sattelpaar mit der benötigten Gravurgeometrie muss in die Presse eingefahren und letztendlich erneut gespannt und verriegelt werden. Demgegenüber kann erfindungsgemäß auf einen Wechsel des Schmiedesattels bzw. des Sattelpaares verzichtet werden, da ein Schmiedesattel eingesetzt wird bzw. Schmiedesättel eingesetzt werden, welche - anders als die bisher bekannten Sättel - selbst (jeweils) mehrere Gravuren mit unterschiedlicher Gravurgeometrie und folglich selbst mehrere Gravurgeometrien aufweisen. Ein Sattelwechsel entfällt folglich, da der Gravurwechsel erfindungsgemäß einfach durch Auswahl der jeweils erforderlichen Gravur ein und desselben Schmiedesattel erfolgen kann.
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So ist es in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lediglich erforderlich, für einen Gravurwechsel das Werkstück mit einer geeigneten Handhabungseinrichtung entlang der X-Richtung durch Querversatz in der ausgewählten Gravur zu positionieren. Der bislang erforderliche Sattelwechsel wird folglich durch einen einfachen Gravurwechsel mittels eines Querversatzes des Werkstückes mit Hilfe von Handlingsystemen, z. B. Manipulatoren oder Robotern, ersetzt. Ein Wechsel der Schmiedesättel und die damit verbundenen Werkzeugwechselzeiten entfallen vollständig. Dadurch lässt sich die Produktivität der Schmiedepresse erhöhen. Außerdem reduziert sich durch eine Vermeidung oder Reduzierung von Zwischenhitzen der Energiebedarf des Produktionsprozesses. Denn für die Auswahl der in einzelnen, zeitlich nacheinander durchzuführenden Produktionsschritten erforderlichen, unterschiedlichen Gravurgeometrien lassen sich einfach ohne Sattelwechsel einsetzen.
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In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann der Schmiedesattel bzw. das Sattelpaar (bzw. Obersattel und/oder Untersattel) nebeneinander (jeweils) mehrere Gravuren mit unterschiedlicher Grundgeometrie aufweisen, z. B. eine Flachgeometrie, eine Rundgeometrie und/oder eine V-Geometrie. Der erfindungsgemäße Sattel kann folglich in einem einzigen Sattel bzw. einem einzigen Sattelpaar eine Flachgravur, eine V-Gravur und/oder eine Rund-Gravur aufweisen, so dass während der Produktion bei Bedarf bei einem Wechsel von einer Flachgravur auf eine V-Gravur einfach ein Gravurwechsel durch Querversatz des Werkstückes erfolgen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Schmiedesattel bzw. das Sattelpaar (bzw. Obersattel und/oder Untersattel) mehrere Gravuren mit gleicher Grundgeometrie, jedoch unterschiedlichen Geometrieparametern aufweisen. Gleiche Grundgeometrie meint z. B. mehrere Gravuren mit Rundgeometrie, die jedoch unterschiedliche Geometrieparameter, z. B. unterschiedlichen Gravurdurchmesser und/oder unterschiedliche Gravurlänge aufweisen. Ferner besteht die Möglichkeit, die beschriebenen Varianten zu kombinieren, indem z. B. ein Sattel bzw. Sattelpaar mehrere Gravuren mit gleicher und/oder unterschiedlicher Grundgeometrie und/oder unterschiedlichen Geometrieparametern aufweist, z. B. eine Gravur in V-Geometrie und zwei Rundgravuren mit unterschiedlichen Geometrieparametern.
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Sofern in der beschriebenen Weise ein Gravurwechsel durch einfachen Querversatz des Werkstückes ohne Positionsveränderung des Sattels erfolgt, können exzentrische Schmiedeoperationen mit unsymmetrischen bzw. exzentrischen Belastungen auftreten. Diese lassen sich z. B. durch entsprechende Festigkeitsauslegung der mechanischen Strukturteile auffangen.
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Alternativ oder ergänzend können Systeme zur aktiven Momentenkompensation eingesetzt werden, so dass exzentrische Belastungen durch geeignete Kompensationssysteme kompensiert werden, indem z. B. mit Kompensationszylindern und/oder Rückzugzylinder Kompensationsmomente erzeugt werden. Ferner besteht die Möglichkeit einer steuerungsseitigen Limitierung der Presskraft bei Schmiedeoperationen in außermittigen Gravu rgeometrien.
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Bei dem erfindungsgemäßen Multi-Gravur-Sattel ist vorgesehen, dass die Gravurgeometrie mit der höchsten prozessbedingt zu erwartenden Presskraft in der Mitte des Schmiedesattels angeordnet ist. Es sind folglich mehrere Gravuren nebeneinander angeordnet, die während des Schmiedens unterschiedliche Presskräfte erfordern. Die Gravur für die höhere Presskraft wird in der Mitte des Schmiedesattels oder in etwa in der Mitte des Schmiedesattels und eine Gravur für demgegenüber geringere Presskraft wird seitlich nach außen versetzt angeordnet. Jedenfalls ist es vorteilhaft, wenn die für höhere Presskräfte vorgesehene Gravur weiter in Richtung Pressenmitte angeordnet ist, als die Gravur für die geringere Presskraft, wobei sich die Mitte hier bevorzugt auf die Mittelachse der Presskraft aufbringenden Elemente, insbesondere die (vertikale) Mittelachse des Presszylinders bezieht. Jedenfalls wird durch diese Maßnahmen erreicht, dass die hohen Presskräfte zentrisch angreifen und exzentrische Belastungen möglichst gering gehalten werden.
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Die Erfindung betrifft nicht nur die beschriebene Freiform-Schmiedepresse, sondern außerdem ein Verfahren zum Umformen eines Werkstückes durch Freiformschmieden in einer solchen Freiform-Schmiedepresse, wobei zumindest ein Schmiedesattel mit mehreren, nebeneinander angeordneten Gravuren verwendet wird, die eine unterschiedliche Gravurgeometrie aufweisen und wobei ein Gravurwechsel ohne Wechsel des Schmiedesattels durch die Auswahl unterschiedlicher Gravuren desselben Schmiedesattels erfolgt. Besonders bevorzugt wird bei einem Gravurwechsel lediglich das Werkstück mit einer Handhabungseinrichtung (in der X-Richtung durch Querversatz) in der ausgewählten Gravur positioniert, ohne dass der Sattel oder das Sattelpaar ausgetauscht oder verschoben wird.
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Alternativ zu der beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform, bei der der Sattel bei Gravurwechsel innerhalb der Schmiedepresse nicht verschoben wird, sondern in exakt derselben Position verbleiben kann, erfasst die Erfindung alternativ aber auch eine abgewandelte Ausführungsform, bei der für einen Gravurwechsel der Obersattel und/oder Untersattel innerhalb der Presse verschoben wird, und zwar bevorzugt ohne Veränderung der Werkstückposition bzw. der Schmiedeposition. Auch bei dieser Ausführungsform wird folglich in der zuvor beschriebenen Weise ein Sattel bzw. Sattelpaar mit einer Mehrzahl von Gravurgeometrien (Multi-Gravur-Sattel) eingesetzt und die Relativbewegung zwischen Werkstück und Sattel erfolgt in diesem Fall nicht durch Verschiebung des Werkstücks, sondern durch Verschiebung des Sattels bzw. Sattelpaar. Auch bei dieser Ausführungsform wird jedoch auf einen Austausch des Sattels oder des Sattelpaares verzichtet. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die Tatsache, dass die jeweils aktive Gravurgeometrie bevorzugt in die Pressenmittenachse gelegt werden kann, so dass exzentrische Belastungen reduziert bzw. weitestgehend vermieden werden. Gegenüber der beschriebenen Ausführungsform, bei der das Werkstück verschoben wird, erfordert diese Variante einen etwas aufwändigeren Systemaufbau und erhöhten Zeitbedarf zum Lösen der Sattelklemmung, zur Neupositionierung der beiden Schmiedesättel und zur erneuten Sattelklemmung. Allerdings lassen sich exzentrische Belastungen der Presse vermeiden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- 1 schematisch stark vereinfacht eine erfindungsgemäße Schmiedepresse und
- 2 einen Multi-Gravur-Sattel für eine Presse nach 1 in einer perspektivischen Darstellung.
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In 1 ist in stark vereinfachter Darstellung eine Schmiedepresse zum Umformen eines (metallischen) Werkstückes 9 durch Freiformschmieden dargestellt. 1 zeigt beispielhaft eine Oberflur-Freiformschmiedepresse in einer zwei-Säulen-Bauweise. Die Presse weist ein ortsfestes Pressengestell, bzw. einen ortsfesten Pressenrahmen auf, der sich aus einem Unterholm 1, einem Oberholm 2 und vertikalen Pressensäulen 3, 3' zusammensetzt, wobei die Pressensäulen 3, 3' den Oberholm 2 und den Unterholm 1 miteinander verbinden. Ferner ist ein beweglicher Laufholm 4 vorgesehen, der z. B. an den Pressensäulen oder an geeigneten Führungen in vertikaler Richtung Z geführt und folglich anhebbar und absenkbar ist. Der Laufholm 4 ist mit einem oder mehreren Presszylindern 5 beaufschlagbar, indem z. B. der Kolben des Presszylinders 5 an den Laufholm 4 angeschlossen ist, während sich der Presszylinder 5 am Oberholm 2 abstützt. Mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Presszylindersteuerung lässt sich während des Freiformschmiedens mit dem Presszylinder 5 eine Umformkraft auf ein Werkstück 9 ausüben. Dazu sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Schmiedesättel, nämlich ein Untersattel 7 und ein Obersattel 8 vorgesehen, die gemeinsam ein Sattelpaar bilden. Im Ausführungsbeispiel ist der Untersattel 7 an dem Unterholm 1 als Festholm befestigt, während der Obersattel 8 an dem Laufholm 4 befestigt ist, so dass der Obersattel 8 relativ zu dem Untersattel 7 in der Z-Richtung absenkbar ist. Über Rückzugszylinder 6, 6' kann mit einer nicht näher dargestellten Rückzugssteuerung die Schmiedepresse nach erfolgtem Umformvorgang geöffnet werden.
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Erfindungsgemäß sind die Schmiedesättel, das heißt Untersattel 7 und Obersattel 8 mit mehreren, nebeneinander (in einer X-Richtung) angeordneten Gravuren 10a, 10b, 10c versehen, die eine unterschiedliche Gravurgeometrie aufweisen. Im Ausführungsbeispiel nach 1 sind drei unterschiedliche Rundgravuren angedeutet, das heißt das Sattelpaar weißt nebeneinander mehrere Gravuren 10a, 10b, 10c mit einer identischen Grundgeometrie, nämlich mit einer runden Geometrie auf, die jedoch unterschiedliche Geometrieparameter aufweisen, insbesondere einen unterschiedlichen Gravurdurchmesser. 2 zeigt dabei eine mögliche dreidimensionale Ausführung eines solchen Sattels (beispielhaft eines Obersattels), bei dem zusätzlich zu den unterschiedlichen Gravurdurchmessern auch unterschiedliche Gravurlängen (in der Y-Richtung) dargestellt sind.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt der Wechsel der Gravurgeometrie nun nicht mehr - wie beim Stand der Technik - durch einen Sattelwechsel, sondern allein durch eine Positionierung bzw. einen einfachen Querversatz des Schmiedestückes 9 entlang der X-Achse, und zwar z. B. mittels entsprechender Handlingsysteme (z. B. Manipulatoren oder Roboter), die in den Zeichnungen jedoch nicht dargestellt sind. Erfindungsgemäß lässt sich der Schmiedeprozess folglich in verschiedenen Produktionsschritten mit unterschiedlicher Gravurgeometrie ohne Wechsel des Schmiedesattels 7,8 durchführen.
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Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Positionierung der verschiedenen Gravurgeometrien so gewählt, dass die Gravurgeometrie 10a mit der höchsten prozessbedingt zu erwartenden Presskraft (verglichen mit den Gravuren 10b, 10c) in der Mitte des Schmiedesattels angeordnet ist. Dies sorgt dafür, dass die hohen Presskräfte zentrisch angreifen und exzentrische Belastungen möglichst gering gehalten werden. Unabhängig davon besteht die Möglichkeit, exzentrische Lasten entweder durch eine entsprechende Festigkeitsauslegung der mechanischen Strukturteile aufzufangen oder durch Systeme zur aktiven Momentenkompensation zu kompensieren. Auch eine steuerungsseitige Limitierung der Presskraft bei Schmiedeoperationen in außermittigen Gravurgeometrien ist möglich.
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In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform kann die Presse auch als Viersäulenpresse mit vier Pressensäulen oder auch mehr als vier Pressensäulen ausgestaltet werden.
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Ferner besteht die Möglichkeit, die Presse als Unterflurpresse einzusetzen. Auch eine solche Ausführungsform ist nicht dargestellt, die beschriebenen Überlegungen gelten jedoch gleichermaßen für eine Unterflurpresse.
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Im Übrigen besteht auch die Möglichkeit, ein Sattelpaar bzw. einen oder mehrere Schmiedesättel zu verwenden, die mehrere Gravuren in unterschiedlicher Grundgeometrie aufweisen, z. B. ein Sattelpaar, das einerseits einen oder mehrere Flachgeometrien und andererseits eine oder mehrere Rundgeometrien und/oder eine oder mehrere V-Geometrien aufweist.
