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Einrichtung zur Führung des Werkstücks gegen radiales Ausweichen sowie
gegen Flattern und Schwingen in Längsrichtung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Führung des U'erkstücks gegen radiales Ausweichen sowie gegen Flattern und Schwingen
in Längsrichtung in einer den Werkstückquerschnitt zunächst spangebend und anschließend
spanlos verkleinernden Arbeitseinrichtung zur Kaltfertigbearbeitung von Barren,
Stangen oder Drähten aus Metall.
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Die Barren oder Stangen können dabei ovalen, quadratischen oder beliebig
gekrümmten oder vieleckigen ()verschnitt haben und z. B. aus Stahl, Kupfer, Messing.
Aluminium, Titan, Magnesium und anderen Metallen bestehen.
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Beim Bearbeiten von Barren oder Stangen im Sinne des oben Gesagten
bedient man sich häufig des Zieh-oder Schälverfahrens.
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Es ist auch bereits bekannt, Barren, Stangen od. dgl. aus Metall auf
Einrichtungen fertig zu bearbeiten, in denen einer Schäldüse eine dieser koaxial
nachgeordnete sowie das Werkstück spanlos verformende Ziehdüse folgt. Bei solchen
Einrichtungen macht die Führung des Werkstücks gegen radiales Ausweichen sowie gegen
Flattern und Schwingen in Längsrichtung besondere Schwierigkeiten. Im allgemeinen
verwendet man hierfür Führungsbüchsen oder benutzt die Ziehwerkzeuge selbst als
Führungsorgane. Derartige Führungen sind aber entweder sehr umfangreich und damit
lästig und teuer oder aber ungenau und haben dann schlechte Ergebnisse zur Folge.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß im wesentlichen darin,
daß in einer solchen Einrichtung die Schäl- und die Ziehdüse eine bauliche Einheit
bilden und zwischen diesen ein beim Durchlauf des Werkstücks beiderseits abgeschlossenerRingraum
besteht, der an eine Flüssigkeits-, z. B. Oruckmittelquelle, angeschlossen ist.
Vorzugsweise ist das Druckmittel mit einem Überdruck bis zu 700 kg/cmz durch
den abgeschlossenen Ringraum pumpbar.
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Hier ist allerdings zum Stand der Technik zu sagen, daß es beim Ziehen
von Drähten mittels in einer Fassung vereinigter Ziehmatrizen schon bekannt ist,
zwischen den zwei formgebenden und das Abfließen der Flüssigkeit verhindernden Werkzeugen
einen unter hohem Flüssigkeitsdruck stehenden Raum vorzusehen, um einen einwandfreien
Schmierzug zu ermöglichen.
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Der Vorteil der neuen Einrichtung ist vor allen Dingen darin zu sehen,
daß sie verhältnismäßig klein ist, weil die Schäldfise und die Ziehdüse verhältnismäßig
nahe beieinander angeordnet sind, und daß die Bearbeitung des Werkstücks völlig
einwandfrei erfolgt.
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In der nun folgenden Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung
eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt Fig. 1 den Querschnitt durch eine Einrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 die schaubildliche Darstellung dieser Einrichtung, Fig.3 die vergrößerte
Schnittansicht desjenigen Teils der Einrichtung nach Fig. 1, die das Metall schneidet,
Fig. 4 eine abgeänderte Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 1.
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Eine Schwierigkeit, die beim Schälen auftritt, besteht darin, daß
es möglich ist, den Barren oder die Stange innerhalb des Werkzeuges zu zentrieren.
Daraus ergibt sich, daß die Stange dazu neigt, von der einen zu der anderen Seite
der Düse auszuwandern. Dadurch entsteht eine wellige Oberfläche; mitunter wandert
das Werkstück so weit auf die andere Seite aus, daß das Werkzeug in gutes Metall
einschneidet, während entbehrliches Metall auf der entgegengesetzten Seite noch
am Werkstück verbleibt.
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Außer der Welligkeit entstehen noch weitere Unannehmlichkeiten aus
dem erheblichen Flattern und Schwingen des Werkstücks in Längsrichtung, das dann
auftritt,
wenn einerseits das Werkstück unter Schnitteinwirkung durch das Werkzeug hindurchläuft
und andererseits aus dem Scheuern, das auf der Oberfläche des Metalls stattfindet,
wenn das Werkstück unter schabender Einwirkung durch die Schäldüse hindurchbewegt
wird. Dieses Scheuern gibt Veranlassung zu einem sehr unangenehmen Haftenbleiben
von Metall an der Schneidkante, was in der Praxis unter der Bezeichnung »Auftragen«
bekannt ist. Das Mitwirken dieses »Auftrags« beim Arbeitsvorgang ist verantwortlich
für die zerrissene Oberfläche des Werkstücks. Das Flattern ist an der Oberflächenrauhigkeit
des Werkstücks und an der Abnutzung des Werkzeugs zu erkennen.
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Das Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, daß die Schäldüse 10
sich unmittelbar vor der Ziehdüse 12 befindet und koaxial mit dieser ausgerichtet
ist, wobei ein Zwischenraum 14 durch ein Gehäuse 16 ausgefüllt wird, in dem sich
eine Flüssigkeitsfüllung 21 befindet, die zwischen den Werkzeugen 10 und 12 liegt.
Das Gehäuse 16 kann einen einzigen Einlaß 18 in Verbindung mit dem Raum 14 haben,
durch den die Flüssigkeit in solcher Menge zugeführt wird, daß der begrenzte Raum
zwischen der Schäldüse und der Ziehdüse immer mit Flüssigkeit gefüllt bleibt, wie
dies Fig. 1 der Zeichnung bei 21 zeigt. Das Gehäuse kann auch zusätzlich mit einem
Auslaß 20 versehen sein, der in Verbindung mit dem abgegrenzten Raum steht, wie
dies in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Es genügt im allgemeinen, wenn die Flüssigkeit
ohne Druck dem abgegrenzten Raum zugeleitet wird; indessen bietet die Zuführung
von Flüssigkeit unter einem Überdruck gewisse Vorteile.
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In dem nun folgenden Beschreibungsteil ist stets auf ein Druckmittel
Bezug genommen, das immer unter einem gewissen Überdruck steht. Es sei aber ausdrücklich
festgestellt, daß der Grundgedanke der Erfindung den Gebrauch einer nicht unter
Druck befindlichen Flüssigkeit einschließt, die den genannten Raum ausfüllt.
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Die Flüssigkeit verhindert nicht nur das Flattern, Längsvibrieren,
Scheuern und Auswandern des Werkstücks bei dessen kontinuierlichem Durchlauf zur
Schäldüse 10 hin und bei dem anschließenden Ziehvorgang, sondern wirkt auch beim
Schneiden und Ziehen - wie dies bei der eingangs genannten Doppelmatrize des Standes
der Technik der Fall ist - schmierend. Dies kann man so erklären, daß abgesehen
von dem bekannten, durch hydrodynamische Schmierung beim Ziehen immer vorhandenen
Eintreten einer Art Schwimmzustand zwischen Werkstück und Werkzeug, wobei in bekannter
Weise der erforderliche Schmierfilm rings um das Werkstück herum gesichert ist,
das Werkstück innerhalb der Werkzeuge und im Raum 14 in seinen Bewegungen derart
gedämpft wird, daß Auswanderungen oder Schwingungen während des Durchlaufs ganz
erheblich verringert werden.
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Der Winkel zwischen der Achse der Schäldüse und ihrer Innenwand 26,
d. h., der »Freiwinkel« soll etwa 1 bis 15°, vorzugsweise 3 bis 6°, betragen.
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Der Winkel, den die Außenwand 28 der Schäldüse mit der Senkrechten
zur Düsenachse einschließt, d. h., der »Spanwinkel«, soll zwischen 10 und 40° liegen.
Man verwendet vorzugsweise große Spanwinkel, weil diese das Abbrechen der Schneidkante
des Werkzeugs leichter verhindern können. Bei karburierten Werkzeugen benutzt man
einen Neigungswinkel, der größer als 15° ist und vorzugsweise 15 bis 25° beträgt.
Für Schäldüsen aus Schnelldrehstahl wird ein Spanwinkel benutzt, der größer als
20° ist, vorzugsweise zwischen 25 und 40° liegt. Obwohl es nicht von besonderer
Bedeutung ist, einen Schneidkantenrücken oder eine -fläche 30 an der Berührungsfläche
vorzusehen, kann die Neigung des Werkstücks zum Welligwerden verringert werden,
wenn die Schäldüse mit einer Schneidkantenfläche 30 versehen wird, deren werkstückparallele
Länge 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,35 mm, beträgt.
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Die Ziehdüse soll von der Schäldüse zwischen 3,175 und 12,7 mm entfernt
sein.
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Eine Schäldüse, die die gesamte Oberfläche des Barrens 24 in einem
einzigen Arbeitsgang bearbeitet, ist ganz besonders schwer zu schmieren. Die Spanbewegung
sucht die Flüssigkeit von der Schneidkante wegzudrücken, sobald die Flüssigkeit
längs der Werkzeugfläche zugeführt wird, während die Bewegung der fertigen Werkstückoberfläche
die zugeführte Flüssigkeit längs der Bohrungsfläche von der Schneidkante wegzuführen
sucht. Die Flüssigkeit kann aber nur gegen diese gegenläufigen Bewegungen des Spans
und des Werkstücks unter die Schneidbrust und Bohrungsfläche der Schäldüse gelangen,
wenn sie in der bei Ziehdüsen bekannten Weise unter hohem Druck zugeführt wird.
Wird eine Schäldüse ohne hohen Schmierdruck eingesetzt, so kann die Flüssigkeit
nicht an die Schnittstelle gelangen. Es kann zwar ein freier Flüssigkeitsstrom mit
hoher Geschwindigkeit zugeführt werden, damit er richtig eindringt; dies führt aber
zu starken Spritzwasserverlusten; dieser Weg ist also ungeeignet, um die Flüssigkeit
bis zu der Schneidkante gelangen zu lassen. Wenn man aber bei gleichzeitiger Anwendung
einer Schäldüse und eine Ziehdüse zwischen beiden den erfindungsgemäßen Raum läßt,
so ist es möglich, Flüssigkeit ohne große Strötnungs- und Pumpverluste unter Druck
auf die Bohrungsfläche der Schäldüse und in bekannter Weise auf die Vorderfläche
der Ziehdüse gelangen zu lassen. Die Schneidkante der Schäldüse riegelt den Flüssigkeitsstrom
am einen Erde des Raumes und die Ziehdüse am anderen Ende ab. Der Flüssigkeitsdruck
kann im Raum zwischen Schäl- und Ziehdüse mit einer einfachen Handpumpe aufrechterhalten
werden. Die Flüssigkeit kann aber auch durch Anbringung von Einlaß-und Auslaßverbindungen
18 und 20 sowie durch außenliegende Leitungen und eine Umlaufpumpe im abgegrenzten
Raum zum Umlaufen gebracht werden. Die Anwendung beider im Abstand voneinander angeordneter
Düsen mit dazwischenliegendem Flüssigkeitsraum ermöglicht es somit, einen genügend
hohen Druck an den Arbeitsflächen beider Werkzeuge herzustellen und damit unter
anderem auch die Ausbildung von Auftragskanten zu verhindern, die bisher die Versuche
zur Erzeugung geschälter sowie gezogener Stangen mit sauberer glatter Oberfläche
zum Scheitern brachten.
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Die in den abgegrenzten Raum geförderte Flüssigkeit kann, wenn sie
in Umlauf gesetzt wird, auch dazu dienen, die Wärme aus dem Metall abzuführen, wenn
dieses während des Arbeitsvorgangs von der Schäldüse der Ziehdüse läuft. Als Flüssigkeit
kann eine solche mit besonders guten Schmiereigenschaften ausgewählt werden, um
beim eigentlichen Schäl- bzw. Schneidvorgang zu schmieren und auch eine Schmierung
bei dem Ziehvorgang herbeizuführen. In der Praxis wird man eine Flüssigkeit, die
phosphorsaure Salze enthält, oder andere beim Ziehen übliche Flüssigkeiten verwenden.
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In der Praxis kann die Flüssigkeit unter einem Überdruck bis 700 kg/cm2
in den abgegrenzten Raum eingebracht werden. Der günstigste Bereich für diesen Überdruck
wurde mit 7 bis 35 kg/cm2 ermittelt. Drücke
über 700 kg/cm' können
zwar angewendet werden, ergeben aber keine Förderung der Schmierung und keine günstigere
Beeinflussung der Welligkeit, des Flatterns oder der Längsschwingungen. Drücke in
dem oberen Teil des angegebenen Bereichs haben sich dort als vorteilhaft erwiesen,
wo es erforderlich ist, umfangreiche Querschnittsverringerungen vorzunehmen.