DE10211539A1

DE10211539A1 - Druckziehwerkzeug zum Ziehen von rundem und nichtrundem strangförmigem metallischem Umformgut

Info

Publication number: DE10211539A1
Application number: DE10211539A
Authority: DE
Inventors: Joerg Eickemeyer; Harri Weinhold
Original assignee: Ecoform Umformtechnik GmbH; Institut fuer Festkoerper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Ecoform Umformtechnik 01069 Dresden De Leib GmbH
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2002-10-02
Also published as: WO2002072291A1; KR20020093141A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckziehwerkzeug zum Ziehen von rundem und nichtrundem strangförmigem metallischen Umformgut, mit dem ausgezeichnete Schmierungsbedingungen, sehr hohe Werkzeugstandzeiten und eine hohe Erzeugnisqualität erreichbar sind. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Druckziehwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehkern des Werkzeugs aus nur einem Stück besteht und dass das Ziehhol des Ziehkerns in Ziehrichtung (Z) gesehen eine trichterförmige Einlaufzone (A), eine Druckaufbauzone (B), einen Einlaufbereich (C), eine Umformzone (D), eine Führungslänge (E) und einen Auslauftrichter (F) aufweist, wobei die Druckaufbauzone (B) einen Spalt mit dem einlaufenden Umformgut bildet, dessen Spaltweite s konstant oder annähernd konstant ist und wobei der Einlaufbereich (C) durch die Beziehungen DOLLAR A tan alpha = s/l und l = n x d¶0¶ DOLLAR A mit n = 0,003 bis 0,5 definiert ist, DOLLAR A worin bedeuten: DOLLAR A alpha = der halbe Ziehholöffnungswinkel DOLLAR A l = die Länge des Einlaufbereiches (C) DOLLAR A d¶0¶ = die Dickenabmessung des einlaufenden Umformgutes (U). DOLLAR A Das Druckziehwerkzeug kann beispielsweise zum Ziehen von Drähten, Stangen und Profilen verwendet werden.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Druckziehwerkzeug zum Ziehen von rundem und nichtrundem strangförmigem metallischem Umformgut. Bei diesem Druckziehwerkzeug können sich sehr hohe Schmierstoffdrücke in seinem Ziehhol einstellen. Damit werden ausgezeichnete Schmierungsbedingungen, sehr hohe Werkzeugstandzeiten und eine hohe Erzeugnisqualität erreicht. Das Werkzeug kann beispielsweise zum Ziehen von Drähten, Stangen und Profilen verwendet werden.

Stand der Technik

Bekannt ist, dass beim Gleitziehen von Drähten, Stangen und Profilen zur Unterstützung des Schmierungsprozesses Werkzeugkombinationen entwickelt wurden, die für einen zusätzlichen hydrostatischen oder hydrodynamischen Druckaufbau im Schmierfilm geeignet sind (DE 58 42 82). Bei diesen Ziehwerkzeugen handelt es sich stets um mehrteilige konstruktive Lösungen, die im Falle der praktisch relevanten hydrodynamischen Druckdüsen meistens aus zwei oder mehreren Ziehsteinen bestehen (V. Kolmogorov: Neue Hütte 14 (1969) 404-409). Diese Mehrfachwerkzeuge sind in kompakten Gehäusen untergebracht und fest verspannt, damit die bei der Anwendung entstehenden hohen Schmierstoffdrücke für die Wirkfuge zwischen dem Arbeitsstein und dem Umformgut effektiv genutzt werden können (L. Godecki and T. Prajsnar: Draht 23 (1972) 768-771).

Bekannt ist auch, dass es neben den Ziehsteinkombinationen zur hydrodynamischen Druckerzeugung auch andere Lösungen gibt, bei denen konstruktiv geeignete Formteile vor dem eigentlichen Arbeitsziehstein angeordnet sind (A. Middlemiss: ISI Publication 125, London (1970) 47-54). Diese sind bei Verwendung von flüssigen Schmierstoffen im allgemeinen längere Vorsatzteile als bei Verwendung von Festschmierstoffen, damit die erforderlichen Kanallängen für den hydrodynamischen Druckaufbau auch im flüssigen Schmierfilm erreicht werden (D.G. Christofferson and H. Naylor: Proc. Inst. Mech. Eng. 169 (1955) 643-655).

In jüngerer Zeit wurden auch Lösungen für den hydrodynamischen Druckaufbau erarbeitet, bei denen im vorgeschalteten Druckvorsatz sowohl konische als auch zylindrische Löcher eingearbeitet sind (EP 0 908 249 A3). Des weiteren wurde darauf orientiert, nicht die Hartmetall- Ziehsteine samt Stahlfassung in die Druckdüsen einzusetzen, sondern nur die wesentlich kleineren Hartmetallkerne (US 5,402,664). Dabei wurden die Gehäuse für die Aufnahme der Ziehkerne sehr dickwandig ausgelegt, um die hohen Schmierstoffdrücke in dem Druckbehälter beherrschen zu können.

Durch diese angeführten konstruktiven Veränderungen konnten einerseits die Druckdüsen besser an die praktischen Anforderungen der Druckschmierung angepasst werden. Andererseits gibt es aber nach wie vor nachteilige mechanische Nachgiebigkeiten durch die in der Regel beigefügten Pass- und Abdichtelemente im Gehäuse sowie die Schraubverbindung zum Vorspannen der im Inneren befindlichen Werkzeuge und Zusatzelemente.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckziehwerkzeug zu schaffen, das eine konstruktiv besonders einfache Lösung darstellt und dabei insbesondere ohne mehrteiliges Gehäuse, Schraubverbindungen, Dichtelemente und spezielle Einrichtungen zur Erzeugung der gewünschten Schmierstoffdrücke auskommt und welches eine stabile Schmierung bis hin zu sehr hohen Schmierstoffdrücken ermöglicht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit dem in den Patent ansprüchen beschriebenen Druckziehwerkzeug gelöst.

Das erfindungsgemäße Druckziehwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehkern des Werkzeugs aus nur einem Stück besteht und dass das Ziehhol des Ziehkerns in Ziehrichtung gesehen eine trichterförmige Einlaufzone, eine Druckaufbauzone, einen Einlaufbereich, eine Umformzone, eine Führungslänge und einen Auslauftrichter aufweist, wobei die Druckaufbauzone einen Spalt mit dem einlaufenden Umformgut bildet, dessen Spaltweite s konstant oder annähernd konstant ist, und wobei der Einlaufbereich durch die Beziehungen
tan α = s/l und l = n × d₀
mit n = 0,003 bis 0,5 definiert ist,
worin bedeuten:
α = der halbe Ziehholöffnungswinkel
l = die Länge des Einlaufbereiches
d₀ = die Dickenabmessung des einlaufenden Umformgutes.

Gemäß zweckmäßiger Ausgestaltungen der Erfindung kann die Druckaufbauzone konisch oder gewölbt verlaufen und/oder eine zumindest teilweise unpolierte rauhe Oberfläche mit Rauhtiefen R < 1,5 µm aufweisen.

Die Druckaufbauzone und der Einlaufbereich und die Umformzone können eine zumindest teilweise unpolierte rauhe Oberfläche mit Rauhtiefen R < 1,5 µm aufweisen.

Dabei können die Druckaufbauzone und der Einlaufbereich und die Umformzone eine zumindest teilweise rauhe Oberfläche aufweisen, deren Profilkappen und Profiltäler zumindest überwiegend quer zur Längsachse des Ziehhols ausgerichtet sind.

Die Spaltweite s sollte in vorteilhafter Weise mit einem Wert zwischen 5 µm und 250 µm bemessen sein.

Der Einlaufbereich und die Umformzone sollten einen zumindest annähernd einheitlichen Ziehholöffnungswinkel 2α besitzen.

Zweckmäßigerweise sollten der Einlaufbereich und die Umformzone zwei oder mehrere ineinander übergehende Ziehkegel mit unterschiedlichen Ziehholöffnungswinkeln 2α aufweisen. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind der Einlaufbereich und die Umformzone zumindest annähernd trompetenförmig ausgebildet.

Die Übergänge zwischen der Einlaufzone, der Druckaufbauzone, dem Einlaufbereich, der Umformzone, der Führungslänge und dem Auslauftrichter sollten mit Radien versehen sein.

Der Ziehholöffnungswinkel 2α des Einlaufbereiches und der tJmformzone sollten im Bereich von 5° bis 20° liegen.

Die Druckaufbauzone kann an ihrer Oberfläche eine Grobstrukturierung aufweisen.

Die Länge der Druckaufbauzone sollte einen Wert im Bereich von 0,25 × d₀ bis 2 × d₀ haben.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird den Nachteilen der mehrteiligen Druckdüsen entscheidend begegnet, indem das erfindungsgemäße Druckziehwerkzeug aus nur einem Stück besteht. Damit wird zum einen die Abdichtproblematik der herkömmlichen Druckdüsen eliminiert und es gibt keine Werkzeugmontage in einem Gehäuse mehr und somit auch keine Schraubverbindung. Auf diese Weise werden zugleich noch wesentlich höhere hydrodynamisch erreichbare Schmierstoffdrücke beim Ziehprozess ohne technische Probleme beherrschbar. Zum anderen gestattet die hinsichtlich des Ziehholöffnungswinkels 2α uneingeschränkt variable geometrische Gestaltung im Bereich der Umformzone zugleich das gesamte Anwendungsfeld des Ziehens strangförmiger Werkstoffe.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert.

Das in der Zeichnung dargestellte Druckziehwerkzeug ist einstückig ausgeführt und besteht aus einem Hartmetallziehstein. Das zentrisch in diesem Hartmetallziehstein vorhandene Ziehhol, in dem die Umformung eines Umformgutes U erfolgt, weist eine besondere Geometrie auf. Das Ziehhol ist in Ziehrichtung Z des Umformgutes U gesehen in eine trichterförmige Einlaufzone A, eine Druckaufbauzone B, einen Einlaufbereich C, eine Umformzone D, eine Führungslänge E und einen Auslauftrichter F gegliedert. Die Oberfläche des Ziehhols ist in seiner gesamten Länge poliert ausgeführt.

Dieses Druckziehwerkzeug dient zum Umformen eines Stahldrahtes mit einem Ausgangsdurchmesser d₀ von 5,0 mm, der mit einem festhaftenden homogenen Festschmierstofffilm überzogen ist.

Im Ziehhol ist der innere Durchmesser der Druckaufbauzone B so bemessen, dass zwischen der metallischen Oberfläche des Umformgutes U und der inneren Wandung der Druckaufbauzone B ein Spalt mit einer Spaltweite s = 0,05 mm vorhanden ist. Die Länge der Druckaufbauzone beträgt 5,0 mm und entspricht damit dem Durchmesser d₀ des Umformgutes U.

Der Einlaufbereich C zur Umformzone D ist durch einen Wert für tan α = 0,105, mit einer Länge l= 0,476 mm und mit n = 0,0952 entsprechend der im Anspruch 1 angegebenen Beziehung gekennzeichnet.

Die Umformzone D weist einen Ziehholöffnungswinkel 2α von 12° auf und hat an ihrem Ende vor der Führungslänge E einen inneren Durchmesser von 4,3 mm. Die Führungslänge E ist 0,5 × d₀ = 2,5 mm lang.

Zum Umformen wird das Umformgut U durch das Ziehhol des Druckziehwerkzeugs gezogen und dabei in der Umformzone D auf einen Enddurchmesser d1 von 4,3 mm reduziert. Der dabei erreichte Umformgrad beträgt 25,5%.

Im Umformprozess wird infolge des zwischen dem einlaufenden Umformgut U und der inneren Wandung der Druckaufbauzone B und des Einlaufbereichs C gebildeten Spaltes s der von der Umformzone D entgegen der Ziehrichtung zurückdrängende Schmierstoff am Rückfluss gehemmt. Dadurch baut sich sowohl unmittelbar vor der Umformzone D als auch innerhalb der Umformzone D ein sehr hoher Schmierstoffdruck selbsttätig auf. Daraus ergeben sich ausgezeichnete Schmierungsbedingungen, sehr hohe Werkzeugstandzeiten und eine hohe Erzeugnisqualität, insbesondere bezüglich der Oberflächenqualität.

Bei Bedarf und in Abhängigkeit von der Zahl der durchzuführenden Züge kann zusätzlich zwischen den Zügen Schmierstoff auf das Umformgut aufgebracht werden, wenn dies für den Umformprozess zweckmäßig oder vorteilhaft ist.

Claims

1. Druckziehwerkzeug zum Ziehen von rundem und nichtrundem strangförmigem metallischem Umformgut, dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehkern des Werkzeugs aus nur einem Stück besteht und dass das Ziehhol des Ziehkerns in Ziehrichtung (Z) gesehen eine trichterförmige Einlaufzone (A), eine Druckaufbauzone (B), einen Einlaufbereich (C), eine Umformzone (D), eine Führungslänge (E) und einen Auslauftrichter (F) aufweist, wobei die Druckaufbauzone (B) einen Spalt mit dem einlaufenden Umformgut bildet, dessen Spaltweite s konstant oder annähernd konstant ist, und wobei der Einlaufbereich (C) durch die Beziehungen
tan α = s/l und l = n × d₀
mit n = 0,003 bis 0,5 definiert ist,
worin bedeuten:
α = der halbe Ziehholöffnungswinkel
l = die Länge des Einlaufbereiches (C) d₀ = die Dickenabmessung des einlaufenden Umformgutes (U).

2. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckaufbauzone (B) konisch oder gewölbt verläuft.

3. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckaufbauzone (B) eine zumindest teilweise unpolierte rauhe Oberfläche mit Rauhtiefen R < 1,5 µm aufweist.

4. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckaufbauzone (B) und der Einlaufbereich (C) und die Umformzone (D) eine zumindest teilweise unpolierte rauhe Oberfläche mit Rauhtiefen R < 1,5 µm aufweisen.

5. Druckziehwerkzeug nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckaufbauzone (B) und der Einlaufbereich (C) und die Umformzone (D) eine zumindest teilweise rauhe Oberfläche aufweisen, deren Profilkappen und Profiltäler zumindest überwiegend quer zur Längsachse des Ziehhols ausgerichtet sind.

6. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltweite s Werte zwischen 5 µm und 250 µm aufweist.

7. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbereich (C) und die Umformzone (D) einen zumindest annähernd einheitlichen Ziehholöffnungswinkel 2α besitzen.

8. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbereich (C) und die Umformzone (D) zwei oder mehrere ineinander übergehende Ziehkegel mit unterschiedlichen Ziehholöffnungswinkeln 2α aufweisen.

9. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbereich (C) und die Umformzone (D) zumindest annähernd trompetenförmig ausgebildet sind.

10. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen der Einlaufzone (A), der Druckaufbauzone (B), dem Einlaufbereich (C), der Umformzone (D), der Führungslänge (E) und dem Auslauftrichter (F) mit Radien versehen sind.

11. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass der Ziehholöffnungswinkel 2α des Einlaufbereiches (C) und der Umformzone (D) im Bereich von 5° bis 20° liegt.

12. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckaufbauzone (B) an ihrer Oberfläche eine Grobstrukturierung aufweist.

13. Druckziehwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Druckaufbauzone (B) einen Wert im Bereich von 0,25 × d₀ bis 2 × d₀ hat.