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Die
Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug, insbesondere ein Knetwerkzeug,
das einen Grundkörper
besitzt in dem mindestens ein unter einer Einlaufschräge geneigt
verlaufendes Farmelement angeordnet ist.
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Derartige
Umformwerkzeuge, insbesondere Knetwerkzeuge, sind bekannt und werden
zum Umformen, insbesondere zum Rundkneten, von Werkstücken verwendet.
Beim Rundkneten von Werkstücken
mittels der bekannten Umformwerkzeuge im sogenannten Vorschubverfahren,
aber auch beim sogenannten Einstechverfahren, entstehen je nach dem
Winkel der Einlaufschräge
des Formelements des das Werkstück
in radialer Richtung beaufschlagenden Umformwerkzeugs erhebliche
auf das Werkstück
in axialer Richtung wirkende Kräfte.
Dies führt in
nachteiliger Art und Weise am Werkstück zu Schadensbildern, die
sich in Form von Aufbauchungen oder Knickungen darstellen. Die durch
die Umformwerkzeuge hervorgerufene axiale Kraft belastet darüber hinaus
in nachteiliger Art und Weise sowohl die Umformmaschine als auch
das Vorschubsystem für das
Werkstück
und die das Werkstück
haltende Spanneinrichtung, da durch die vorgenannten Einrichtungen
die beim Umformvorgang mit Umformwerkzeugen mit schräg verlaufenden
Formelementen hervorgerufenen Axialkräfte von diesen Einrichtungen
kompensiert werden müssen.
Hierdurch wird in nachteiliger Art und Weise ein erhöhter Verschleiß dieser
Einrichtungen hervorgerufen.
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Um
den vorstehend beschriebenen Nachteilen entgegenzuwirken, ist bekannt,
daß die
Einlaufschräge
des oder der Formelemente des Umformwerkzeugs mit einer Oberflächenstruktur
versehen wird, um die Rauhigkeit der Oberfläche des Formelements zu erhöhen. Hierzu
ist es z. B. bekannt, daß auf
die Oberfläche
der Formelemente eine rauhigkeitserhöhende Oberflächenschicht,
z. B. mittels einer Elektrode Wolframcarbit, aufgetragen wird, oder daß in die
Oberfläche
des Formelements vertiefte Strukturen, z. B. in der Form von Kreuzrillen,
eingebracht werden.
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Diese
Maßnahmen
bringen wiederum den Nachteil mit sich, daß derart ausgebildete Umformwerkzeuge
relativ schnell verschleißen
und die Werkzeuge daher oft nachbearbeitet werden müssen. Noch
viel gravierender ist, daß die
bei den bekannten Umformwerkzeugen vorgesehenen rauhigkeitserhöhenden Strukturen
am bearbeiteten Werkstück
teilweise erhebliche Oberflächenfehler
hinterlassen, d. h., daß die
Oberflächengüte der bearbeiteten
Werkstücke
teilweise erheblich verschlechtert wird. Grund hierfür ist, daß die Beaufschlagung
des Werkstücks mittels
derart ausgebildeten Umformwerkzeugen aufgrund der rauhen und somit
aggressiven Werkzeugoberfläche
Werkstoffpartikel (Flitter) aus der Werkstoffoberfläche abgelöst werden.
Dies führt
in nachteiliger Art und Weise außer zu einer in einer Vielzahl von
Anwendungsfällen
nicht genügenden
Oberflächengüte auch
zu einer starken Verschmutzung des Kühl- und Schmieröls und somit
auch der Umformmaschine.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Umformwerkzeug der eingangs
genannten Art derart weiterzubilden, daß bei einer einfachen Ausbildung
eine gegenüber
den bekannten Umformwerkzeugen verbesserte Oberflächengüte des zu
bearbeitenden Werkstücks
erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß auf
der Oberfläche
des oder mindestens eines der Formelemente des Umformwerkzeugs eine
reliefartige, wellenförmige
Oberflächenstruktur
vorgesehen ist, die mindestens zwei Erhebungen aufweist.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird
in vorteilhafter Art und Weise ein Umformwerkzeug geschaffen, bei
dem nun nicht mehr – um
durch den Umformvorgang hervorgerufene Axialkräfte zumindest teilweise kompensieren
zu können – vorgesehen
sein muß,
daß die
Oberfläche
des Formelements des Umformwerkzeugs mit aggressiven, rauhigkeitserhöhenden Oberflächenstrukturen
versehen ist. Denn:
Im Gegensatz zu der bekannten Vorgangsweise
der Rauhigkeitserhöhung
durch Oberflächenbeschichtung
oder das Einbringen von vertieften Strukturen in die Oberfläche des
Formelements sieht die Erfindung nun vor, daß die Oberfläche des
oder der Formelemente mit einer reliefartigen, wellenförmigen Struktur versehen
ist. Hierbei hat sich überraschendeniveise gezeigt,
daß durch
die erfindungsgemäße Struktur des
erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs
eine Werkstückoberfläche des
bearbeiteten Werkstücks mit
einer hohen Oberflächengüte erzielt
wird.
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Ein
weiterer Vorteil, der beim Einsatz der erfindungsgemäßen Umformwerkzeuge
auftritt, ist, daß eine
verbesserte Durchmessertoleranz des bearbeiteten Werkstücks erzielt
wird, da die radial auf das Werkstück einwirkenden Umformkräfte infolge der
durch die erfindungsgemäßen Umformwerkzeuge
erzielten, verminderten Axialkraft ein verbessertes Fließen des
Werkstückmaterials
bewirken, so daß auch
die Effizienz der beim Umformvorgang eingesetzten Umformkräfte verbessert
wird. Dies hat dann desweiteren zur Folge, daß in vorteilhafter Art und Weise
die Leistungsaufnahme der die erfindungsgemäßen Umformwerkzeuge verwendenden
Umformmaschine gegenüber
bekannten Werkzeugauslegungen geringer ist.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß mindestens
eine Erhebung, vorzugsweise aber alle Erhebungen der reliefartigen,
wellenförmigen
Oberflächenstruktur
mindestens eines Formelements orthogonal oder im wesentlichen orthogonal
zur Längserstreckung
des Formelements des Umformwerkzeugs angeordnet sind. Diese Maßnahme besitzt
den Vorteil, daß eine
derartige Art der Ausbildung der Erhebungen der erfindungsgemäßen Oberflächenstruktur
bewirkt, daß nur
eine äußerst geringe
Torsionsbelastung auf das Werkstück
aufgebracht wird, welche dadurch entsteht, daß das laufende Umformwerkzeug
während
des Umformvorgangs sich um das stillstehende Werkstück in Umfangsrichtung
dreht. Die orthogonal zur Längserstreckung
und somit zur Vorschubrichtung des Werkstücks angeordneten Erhebungen
bringen daher in vorteilhafter Art und Weise keine oder nur geringe eine
Torsion des Werkstücks
bewirkenden Kräfte
in dieses ein.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß mindestens
zwei Erhebungen der reliefartigen, wellenförmigen Oberflächenstruktur
mindestens eines Formelements des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs parallel
oder im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Eine derartige
Maßnahme
besitzt wiederum im Hinblick auf eine geringe Torsionsbelastung
des vom erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs
zu bearbeitenden Werkstücks
Vorteile, und zwar insbesondere dann, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, daß mindestens zwei Erhebungen
der reliefartigen, wellenförmigen Oberflächenstruktur
mindestens eines Formelements einen im wesentlichen geradlinigen
Verlauf besitzen.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß mindestens
zwei Erhebungen der reliefartigen, wellenförmigen Oberflächenstruktur
des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs schräg zur Längserstreckung
des Formelements angeordnet sind. Hierdurch wird zwar auf das Werkstück eine
größere Torsionsbelastung
durch das erfindungsgemäße Umformwerkzeug
ausgeübt
als dies bei orthogonal zur Längserstreckung
des Formelements und somit zur Vorschubrichtung des Werkstücks angeordneten
Erhebungen der Oberflächenstruktur
der Fall ist. Jedoch besitzt die schräge Anordnung der Erhebungen
der reliefartigen, wellenförmigen
Oberflächenstruktur
den Vorteil, daß bei Werkstücken, bei
denen die auftretende Torsionsbelastung sich nicht störend bemerkbar
macht, infolge der beschriebenen Anordnung der Erhebungen ein zusätzlicher
Vorschub bewirkt wird, da die Erhebung der Oberflächenstruktur
des während
dem Umformvorgang umlaufenden Umformwerkzeugs das Werkstück gewindeartig
beaufschlagen und damit eine Vorschubkraft erzeugen.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel
zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird.
Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines Umformwerkzeugs,
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2 das
Detail A der 1,
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3 einen
Schnitt entlang der Linie B-B der 1 in zehnfach
vergrößertem Maßstab, und
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4 eine
schematische Darstellung eines Werkzeugkopfs einer Rundknetmaschine
mit den Umformwerkzeugen der 1–3.
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Bevor
nun im Detail das in 1–3 dargestellte
Ausführungsbeispiel
eines allgemein mit 12 bezeichneten Umformwerkzeugs beschrieben
wird, sollen der leichteren Verständlichkeit halber die grundlegenden
Vorgänge
bei einem Umformvorgang mittels eines derartigen Umformwerkzeugs
beschrieben werden: In 4 ist nun ein allgemein mit 1 bezeichneter
Rundknetkopf einer Rundknetmaschine, also ein Werkzeugkopf einer
Umformmaschine, dargestellt, der bekanntermaßen eine Knetwelle 2,
in der – im
hier gezeigten Fall – vier
Knetmodule radial verschiebbar geführt sind, aufweist. Jedes Knetmodul besitzt
einen Knetstößel 10,
der an seinem in radialer Richtung äußeren Ende eine Ablaufbahn 4 aufweist, welche
von in einem Rollenkäfig 5 gelagerten
Druckrollen 6 periodisch beaufschlagt werden, indem die Knetwelle 2 und/oder
der Rollenkäfig 5 über einen Außenring 7 drehangetrieben
werden. Die Druckrollen 6 stützen sind hierbei an dem Außenring 7 ab.
Die Knetmodule weisen außer
dem Knetstößel 10 noch eine
Ausgleichsplatte 11 und jeweils ein Umformwerkzeug 12 auf.
Ein derartiger Rundknetkopf 1 ist an und für sich bekannt
und muß daher
nicht mehr näher
beschrieben werden.
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Um
nun aus einem rohr- oder stabförmigen Ausgangswerkstück ein Endprodukt
zu schaffen, welches in einem ersten Bereich weiterhin den nicht-reduzierten
Ausgangsdurchmesser des Ausgangswerkstücks, in einem zweiten Bereich
einen gegenüber
dem Ausgangsdurchmesser durch das Umformen reduzierten Durchmesser
und zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich einen Übergangsbereich
aufweist, in dem der Außendurchmesser
des Werkstücks
kontinuierlich vom reduzierten Durchmesser auf den Ausgangsdurchmesser
ansteigt, daß also
ein in axialer Richtung schräg
verlaufender Übergangsbereich
bei dem Endwerkstück vorhanden
ist, wird bekanntermaßen
derart vorgegangen, daß das
Umformwerkzeug 12 – wie
aus 1 ersichtlich – ein Formelement 21 besitzt,
das in einem definierten Winkel zur Längsrichtung des Umformwerkzeugs 12 und
somit zur Vorschubrichtung des Werkstücks angeordnet ist. Auch ein
derartig ausgebildetes Umformwerkzeug 12 ist an und für sich bekannt
und muß daher
nicht mehr näher
beschrieben werden.
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Um
nun die eingangs geschilderten Nachteile der bekannten Umformwerkzeuge,
welche dadurch hervorgerufen werden, daß die von dem Werkzeugkopf 1 erzeugte
radiale Umformkraft, mit der die Umformwerkzeuge 12 beaufschlagt
werden, infolge der schrägen
Anordnung der Formelemente 21 in einer in axialer Richtung
des Werkstücks
wirkenden Kraft resultiert, ist nun bei dem beschriebenen Umformwerkzeug 12 vorgesehen,
daß auf
der Oberfläche 21' des Formelements 21 des
Umformwerkzeugs 12 eine reliefartige, wellenförmige Oberflächenstruktur 22 vorgesehen
ist, die mindestens zwei Erhebungen 23 (siehe dazu 2)
besitzt. Die wellenförmige
Ausbildung der Oberflächenstruktur 22 des
Formelements 21 des Umformwerkzeugs 12 ist hierbei
in zehnfach vergrößerter Darstellung
aus der 3 ersichtlich.
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Wie
insbesondere aus 2 ersichtlich ist, weist die
Oberflächenstruktur 22 mindestens
zwei, in der Praxis aber eine Vielzahl von Erhebungen 23 auf, die
vorzugsweise parallel oder im wesentlichen parallel zueinander und – wiederum
vorzugsweise – im wesentlichen
orthogonal zur Längsrichtung
des Umformwerkzeugs 12 und somit zur Vorschubrichtung des
Werkstücks
angeordnet sind.
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Eine
derartige Ausgestaltung besitzt den Vorteil, daß ein damit bearbeitetes Werkstück über eine
hohe Oberflächengüte in seinem
Bearbeitungsbereich sowie über
eine verbesserte Durchmessertoleranz verfügt.
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Die
vorstehend beschriebene Ausgestaltung und Anordnung der Erhebungen 23 der
Oberflächenstruktur 22 des
Formelements 21 mit im wesentlichen geradlinigen verlaufenden
Erhebungen 23 ist aber nicht die einzig mögliche.
Es ist auch möglich,
daß die
Erhebungen 23 in ihrer Längserstreckung wellenförmig – z. B. S-förmig – ausgebildet
sind. Auch ist es möglich,
daß mindestens
eine der Erhebungen 23 der Oberflächenstruktur 22 nicht
von einem Ende zu ihrem anderen Ende durchgehend verläuft, sondern segmentartig
ausgebildet ist, d. h. daß eine
Erhebung 23 durch eine Abfolge von einzelnen Segmenten ausgebildet
ist, wobei hierzu wiederum bevorzugt wird, daß auch in diesem Fall eine
wellenförmige Struktur
der betreffenden Erhebung 23 ausgebildet ist.
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Auch
ist es möglich,
daß die
oder einige der Erhebungen 23 der Oberflächenstruktur 22 nicht – wie in 1 und 2 gezeigt – orthogonal
zur Längsrichtung
des Umformwerkzeugs 12 verlaufend angeordnet sind, sondern
unter einem definierten Winkel hierzu verlaufen.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, daß durch
die beschriebene Ausgestaltung des Umformwerkzeugs 12 mit
einer erhabenen Oberflächenstruktur 22 auf
der Oberfläche 21' des Formelements 21 ein
Umformwerkzeug 12 geschaffen wird, welches sich dadurch
auszeichnet, daß die
mit dem beschriebenen Umformwerkzeug 12 bearbeiteten Werkstücke sich
durch eine hohe Oberflächenqualität des bearbeiteten
Bereichs auszeichnen.
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Ein
weiterer Vorteil der beschriebenen Umformwerkzeuge 12 besteht
darin, daß die
Werkstücke eine
verbesserte Durchmessertoleranz besitzen. In vorteilhafter Art und
Weise ist auch die Leistungsaufnahme der die Umformwerkzeuge 12 verwendenden Umformmaschine 1 gegenüber den
bekannten Werkzeugauslegungen geringer, was aus einem verbesserten
Fließverhalten
des Materials der Werkstücke resultiert.