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Verfahren zum Prägen eines Blechpreßstempels Die Erfmdung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Prägen eines Blechpreßstempels durch Einpressen in die
aus härterem Werkstoff bestehende Matrize in einem Leerhub.
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Es ist bekannt, auf diese Weise zu einem starren Hauptstempel einen
Gegenstempel herzustellen, indem der Hauptstempel ohne irgendeine Zwischenlage in
ein plastisches Material eingepreßt wird und daß zwischen dem Hauptstempel und diesem
so geprägten Gegenstempel die Bleche gepreßt werden. Durch einen Leerhub des starren
Hauptstempels kann der Gegenstempel nachgeprägt werden.
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Ferner ist ein vorformbarer metallischer Preßstempel bekannt, der
in einem einzigen Arbeitsgang ein Werkstück entsprechend einer metallischen starren
Matrize formt und der, während er selbst verformt wird, seine Bewegung fortsetzt,
bis der Boden der Matrize erreicht ist. Der Rand des Bleches wird dabei zwischen
Matrize und Stempel eingeklemmt und entsprechend dem steigenden Werkstoffbedarf
bei der Verformung unter Überwindung der erzeugten Festklemmung nach innen durchgezogen.
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Das Prägen eines Blechpreßstempels ist somit bisher nur bei Werkzeugen
zum einstufigen Pressen verwendet worden. Wenn ein Werkstück in einer Reihe von
Stufen gepreßt oder gezogen werden soll, ist es dagegen üblich, für jede Ziehstufe
einen anderen, und zwar immer einen starren Stempel und einen entsprechend geformten
ringförmigen Faltenhalter zu verwenden, der das Werkstück in der Matrize in Stellung
hält.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zum
Prägen eines Blechpreßstempels durch Einpressen in die aus härterem Werkstoff bestehende
Matrize in einem Leerhub auf mehrstufige Werkzeuge anzuwenden. Erfindungsgemäß soll
dies in der Weise geschehen, daß der gleiche Stempel für das Zusammenwirken mit
den aufeinanderfolgenden Matrizen in diesen umgeprägt wird. Gemäß der Erfindung
findet somit nur ein einziger verformbarer Preßstempel zum mehrstufigen Pressen
Verwendung, was gegenüber mehreren starren Stempeln sehr vorteilhaft ist. Das erfindungsgemäße
Umprägen des Stempels weist noch den Vorteil auf, daß keine übermäßige Dehnung oder
Verdünnung des Bleches bei dessen Verformung auftritt. Mit dem im Bedarfsfalle nur
jeweils sehr wenig umgeprägten Stempel ist nämlich eine sehr große Zahl kleiner
aufeinanderfolgender Verformungsstufen an dem Blechwerkstück möglich, während hierzu
bei starren Stempeln eine praktisch nicht ausführbare große Anzahl verschiedener
Stempelgrößen erforderlich wäre. Andere erfindungsgemäße Merkmale zur vorteilhaften
Ausführung dieses Verfahrens zum Umprägen eines Blechpreßstempels bestehen darin,
daß für das Umprägen des Stempels zwischen diesen und die Matrize ein Füllstück
von der Dicke des zu verformenden Bleches eingelegt wird und daß beim Umprägen ein
eingelegtes Blech, insbesondere ein Messingblech, als Füllstück mitverformt wird.
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Ein weiteres wichtiges Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist darin zu sehen, daß der Stempel zuerst in unmittelbarem Eingriff mit der Matrize
umgeprägt und dann mit eingelegtem Füllstück nachgeprägt wird.
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Nachstehend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand
der Zeichnung beschrieben. Es zeigt Fig.1 einen Querschnitt eines gemäß Beispiel
l herzustellenden Gegenstandes, Fig. 2 Werkzeug und Werkstück vor Beginn der Formung
des Gegenstandes gemäß Fig. 1, Fig. 3 a, 3 b und 3 c verschiedene Arbeitsschritte,
Fig.4 verschiedene Verformungsstufen, die das Werkstück durchläuft, bis es die endgültige
Form des herzustellenden Gegenstandes erhält,
Fig.5 einen Querschnitt
eines gemäß Beispiel 2 herzustellenden Gegenstandes, Fig. 6 Werkzeug und Werkstück
vor Beginn der Formung des Gegenstandes gemäß Fig. 5, Fig. 7 a, 7 b, 7 c und 7 d
verschiedene Arbeitsschritte, Fig. 8 die Endstufe der Verformung, Fig.9 einen Querschnitt
eines gemäß Beispiel 3 herzustellenden Gegenstandes und Fig. 10 eine Zwischenstufe
der Formung des Gegenstandes gemäß Fig. 9.
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Beispiell Beispiel l (Fig. 1 bis 4) veranschaulicht die Herstellung
eines hohlen, zylindrischen Gegenstandes 1 (Fig. 1), der aus nichtrostendem Stahl
besteht und einen Durchmesser von 30 cm und eine Tiefe von 30 cm aufweist. Der Gegenstand
1 wird aus einem Werkstück 8 geformt, das aus einem kreisförmigen Rohling aus nichtrostendem
Stahl mit einem Durchmesser von 55 cm und einer Dicke von etwa 0,2 cm besteht. Es
wird eine Reihe von zylindrischen Matrizen 2 verwendet, die ungefähr folgende Abmessungen
aufweisen:
| Innerer Durchmesser Tiefe |
| der Ausnehmung der Ausnehmung |
| der Matrize |
| 1 45 cm 10 cm |
| 2 42,5 cm 15 cm |
| 3 40 cm 20 cm |
| 4 37,5 cm 22,5 cm |
| 5 35 cm 25 cm |
| 6 32,5 cm 27,5 cm |
| 7 30 cm 30 cm |
Die Matrizen 2 bestehen aus Chrom-Werkzeugstahl mit einem hohen Gehalt an Kohlenstoff.
Das obere Ende der Ausnehmung jeder Matrize ist gekrümmt oder konisch ausgebildet,
wobei die Krümmung einen Halbmesser von etwa 2,5 cm aufweist.
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Die Matrizen 2 werden jeweils auf dem Bett 3 einer 1-t-Schlagpresse
zentriert und durch Anschläge 4 oder andere Einrichtungen in ihrer Stellung
festgehalten. Auf der Unterseite des Bärs 5 der Schlagpresse ist ein zylindrischer
Block 6 aus Blei befestigt, der den verformbaren Preßstempel bildet. Der Bleiblock
6 hat denselben Durchmesser wie das Werkstück B. Eine zweckmäßige Befestigung des
Blockes 6 am Bär 5 besteht darin, einen Bär zu verwenden, der auf seiner Unterseite
eine Reihe von sägenartigen Ausschnitten aufweist. Der Bär 5 wird auf den Bleiblock
6 fallengelassen, wobei letzterer in der Mitte des Bettes 3 vor dem Aufbringen der
Matrize 2 angeordnet wird.
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Nachdem die erste Matrize 2 auf dem Bett 3 der Presse aufgebracht
ist, wird ein kreisförmiges Füllstück 7 aus Messingblech mit demselben Durchmesser
und derselben Dicke wie das Werkstück 8 in der Mitte auf die Matrize gelegt. Dann
wird auf das Füllstück 7 das Werkstück 8 aufgelegt (Fig. 2). Das Füllstück 7 und
das Werkstück 8 weisen einen etwa 5 cm breiten Rand auf; der sich rund um die Ausnehmung
der Matrize 2 -erstreckt. Der Rand des Füllstückes 7 liegt auf der oberen
Fläche der Matrize 2 auf. Der Bär 5 mit dem Bleiblock 6 wird nun auf das Füllstück
7 und das daraufgelegte Werkstück 8 fallengelassen, um die Unterseite des Bleiblockes
gegen die obere Fläche des Werkstückes plattzudrücken.
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Der Bär 5 wird dann wieder angehoben und nach Wegnahme des Fallstückes
7 und des Werkstückes 8 nur auf die Matrize 2 fallengelassen, so daß die vorher
plattgedrückte Fläche des Bleiblockes 6 etwas in die Ausnehmung der Matrize eindringt,
um die Umprägung des Bleiblocks 6 entsprechend dem Umriß des oberen Endes der Ausnehmung
der Matrize zu einem Preßstempel 9 einzuleiten (Fig. 3 a). Der Bär 5 wird anschließend
wieder angehoben und das Füllstück 7 auf die Matrize 2 gelegt, worauf mit dem aus
dem Bleiblock 6 geprägten Preßstempel 9 ein Schlag auf das Füllstück ausgeführt
wird, um dasselbe in die Ausnehmung der Matrize einzutreiben und dadurch mit einer
flachen kreisförmigen Vertiefung 10 (Fig. 3b) zu versehen, die ihre Form durch den
Preßstempel 9 erhält. Gleichzeitig wird der Preßstempel9 selbst nachgeprägt, um
eine Maßabweichung zu erzeugen, die der Dicke des Werkstückes 8 entspricht.
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Das mit der Vertiefung 10 versehene Füllstück 7 wird nun entfernt
und durch das ebene Werkstück 8 ersetzt. Der Bär 5 wird wieder fallengelassen, und
die Aufschlagkraft treibt das Werkstück 8 ein kurzes Stück in die Ausnehmung der
Matrize 2 hinein, wodurch eine geringe Verformung des Werkstückes erzeugt wird;
so daß dasselbe eine Vertiefung 11 (Fig. 3 c) erhält, die eine ringförmige Wand
oder Stufe aufweist, deren Form durch die Form der Ausnehmung der Matrize und die
vorhergehende Prägung des Preßstempels 9 bestimmt wird.
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Die oben angegebene Reihenfolge der Arbeitsschritte wird mehrere Male
wiederholt. Der Bleiblock 6 wird zuerst auf die Matrize 2 fallengelassen, um ihn
immer etwas weiter in die Ausnehmung hineinzutreiben, worauf das Füllstück 7 aufgelegt
wird, um den Preßstempel9 mit der erforderlichen Maßabweichung nachzuprägen. Dann
wird nach Wegnahme des Füllstücks das Werkstück 8 auf die Matrize 2 aufgelegt und
immer weiter in diese hineingetrieben, wobei jeder folgende Schlag das Werkstück
entsprechend der fortschreitenden Umprägung des Preßstempels 9 verformt.
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Auf diese Weise wird das Werkstück 8 in aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten
mit einer Vertiefung 1.1 versehen, die sich zuerst der Form der Ausnehmung der Matrize
2 anpaßt und die bei fortschreitender Umprägung des Preßstempels 9 die zylindrische
Form der Bohrung 12 der Matrize 2 annimmt. Die aufeinanderfolgenden Verformungen
werden fortgesetzt, bis das Material des Werkstückes 8 bis zur vollen Tiefe der
Matrize 2 verformt ist. Die erste Matrize wird dann durch die zweite und die folgenden
Matrizen ersetzt. Die aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte werden mit jeder der
Matrizen wiederholt, bis die zylindrische Form des Gegenstandes 1 die erforderliche
Abmessung erreicht hat. Das Werkstück durchläuft dabei die in Fig. 4 mit unterbrochenen
Linien angedeuteten, aufeinanderfolgenden Verformungsstufen.
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Wenn sich während der fortschreitenden Formung des Werkstückes 8 herausstellt,
daß der Bleiblock 6 nicht genug weiches Metall besitzt, um als Preßstempel 9 die
Bohrung 12 der Matrize 2 auszufüllen, kann
zusätzliches Metall hinzugefügt
werden, indem geschmolzenes Metall auf das Füllstück 7 gegossen und der umgegossene
Bleiblock 6 wieder am Bär befestigt wird.
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Falls eine genaue Ausführung des letzten Preßvorganges erwünscht ist,
kann eine Matrize mit den genauen Abmessungen hergestellt und der mit derselben
zusammenarbeitende Preßstempel gegossen werden, indem geschmolzenes Metall in die
Matrize eingegossen wird. Um zu gewährleisten, daß der Preßstempel die erforderlichen
Abmessungen aufweist, kann das zum Gießen des Preßstempels zu verwendende Metall
derart legiert sein, daß sich eine genaue Zusammenziehung ergibt, und der gegossene
Preßstempel kann anschließend bearbeitet werden, um der Dicke des Werkstückes Rechnung
zu tragen. Der auf diese Weise hergestellte Preßstempel wird am Bär der Presse befestigt,
und das abschließende Tiefziehen des verformten Werkstückes wird dann schrittweise
durch wiederholte Schläge ausgeführt, bis das Werkstück sich so eng als möglich
dem Inneren der letzten Matrize anpaßt. Wenn der herzustellende Gegenstand mit glatten,
abgerundeten Umrissen versehen ist, beispielsweise wenn ein zylindrischer Gegenstand
einen halbkugelförmigen unteren Teil aufweist, kann der Preßstempel für den abschließenden
Formvorgang aus weichem Metall, wie z. B. Blei, bestehen. Wenn jedoch der fertige
Gegenstand scharfe Kanten oder einen komplizierteren Umriß aufweist, wird vorzugsweise
ein Preßstempel verwendet, der aus gegossenem Zinn oder einem anderen härteren Material,
wie z. B. aus Schmiedeeisen, besteht. Einen Preßstempel in der vorbeschriebenen
Weise durch Gießen herzustellen, gehört nicht zur Erfindung. Beispiel 2 Beispiel
2 (Fig. 5 bis 8) stellt eine Abänderung des Beispiels 1 dar und betrifft die Herstellung
eines hohlen Gegenstandes 13 (Fig. 5), der aus einem mittleren zylindrischen Teil
14 besteht, dessen offenes Ende in einen kegelstumpfförmigen Teil 15 übergeht.
Bei diesem Beispiel ist während des Anfangs der Formung des Werkstückes eine erste
Matrize 16 auf dem Bett 3 der Schlagpresse befestigt. Die Matrize ist mit einer
mittleren kegelstumpfförmigen Ausnehmüng 17 versehen, die im Querschnitt etwas kleiner
ist als der kegelstumpfförmige Teil 15 des fertigen Gegenstandes. Ein Preßstempel18
aus Blei wird dann in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise am Bär 5 befestigt und
durch Fallenlassen auf das auf ein Füllstück 20 aufgelegte Werkstück 19 aus
hartem Metall plattgedrückt. Dann werden die im Beispiel 1 beschriebenen aufeinanderfolgenden
Arbeitsschritte ausgeführt (Fig. 7 a, 7 b, 7 c), um das Werkstück entsprechend der
Matrize 16 zu formen.
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Die erste Matrize 16 wird durch eine zweite Matrize 21 ersetzt (Fig.
7 d), deren Ausnehmung mit einem kegelstumpfförmigen Teil 22 versehen ist, dessen
Abmessung und Form mit jenen des kegelstumpfförmigen Teiles 15 des fertigen
Gegenstandes 13
übereinstimmen. Die kegelstumpfförmige Ausnehmung 22 der Matrize
21 geht in eine mittlere Bohrung 23 über, deren Durchmesser dem äußeren Durchmesser
des mittleren, zylindrischen Wandteiles 14 des Gegenstandes entspricht. Durch
eine Reihe aufeinanderfolgender Umprägungen des Preßstempels durchläuft das Werkstück
19, das aus nichtrostendem Stahl oder einem anderen harten Metall, wie z. B. Nickellegierung,
bestehen kann, die 19 bis 22% Chrom, 1,5 bis 31% Titan, bis 5% Eisen, 0,5 bis 1,5%
Aluminium, bis 1% Mangan, bis 1% Silizium und bis 0,1% Kohlenstoff enthält, eine
Reihe von fortschreitenden Verformungsstufen biss zu einer Zwischenform, die durch
die Ausnehmung in der zweiten Matrize 21 bestimmt wird.
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Die zweite Matrize 21 wird dann durch eine die endgültige Form bestimmende
dritte Matrize 24 (Fig. 8) ersetzt, die eine Ausnehmung aufweist, die der Form des
fertigen Gegenstandes 13 entspricht. Der zusammen mit der ersten und der zweiten
Matrize 16 und 21 verwendete Preßstempel 18 aus Blei wird durch einen Preßstempel
für die Fertigstellung ersetzt, der aus gegossenem Zinn besteht, wobei der Dicke
des Werkstückes entsprechend Rechnung getragen ist. Die endgültige Formgebung des
Werkstückes wird dann in aufeinanderfolgenden Verformungsstufen ausgeführt, bis
sich der Gegenstand eng an die Form und die Abmessungen der letzten Matrize anpaßt,
wie Fig. 8 zeigt. Beispiel 3 Beispie13 (Fig.9 und 10) veranschaulicht ein Werkzeug
zur Herstellung eines hohlen Gegenstandes 31, der eine Umfangswand 32 a, einen vertieften
Unterteil 32 und einen gekrümmten, die Umfangswand und den Unterteil verbindenden
Zwischenteil 33 aufweist (Fig. 9). Der Gegenstand 31 besteht aus nichtrostendem
Stahl. Als Ausgangswerkstück zur Herstellung des Gegenstandes 31 dient ein nach
dem Verfahren des Beispiels 1 vorgeformter Hohlkörper 37 mit einer Umfangswand,
einem ebenen Unterteil und einem gekrümmten Zwischenteil, der dem gekrümmten Teil
33 des fertigen Gegenstandes 31 entspricht. Der Hohlkörper 37 wird auf eine zur
Fertigstellung dienende Matrize 34 (Fig. 10) aufgestülpt, die der Form des Inneren
des fertigen Gegenstandes 31 entspricht. Die Matrize 34 weist eine Ausnehmung 35
auf, die dem vertieften Teil 32 entspricht. Die Matrize 34 ist auf
dem Bett der Schlagpresse befestigt. Die Matrize 34 kann durch Gießen oder durch
Bearbeitung eines Metallblockes, z. B. aus Aluminium, hergestellt werden. Der auf
die Matrize 34 aufgestülpte Hohlkörper 37 wird durch einen Stahlring 36 festgehalten,
der die Umfangswand des Hohlkörpers umgibt. Zusammen mit der Matrize 34 wird
ein Preßstempe136a aus Blei oder einem anderen verformbaren Werkstoff verwendet,
der am Bär der Schlagpresse befestigt ist. Ein Füllstück wird in der im Beispiel
1 angegebenen Weise hergestellt. Durch fortschreitendes Umprägen des Preßstempels
36a und durch Einwirkung aufeinanderfolgender Verformungsschläge auf den Hohlkörper
37, die ebenfalls bereits im Beispiel l beschrieben worden sind, wird der Unterteil
des Hohlkörpers in aufeinanderfolgenden Stufen verformt, um den gewünschten vertieften
Unterteil 32 zu bilden.