DE1216660B - Freiformschmieden von Walzen od. dgl. und Freiformschmiedepresse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B 21k

Deutsche Kl.: 49i-16

Nummer: 1216 660

Aktenzeichen: B 533731 b/49 i

Anmeldetag: 27. Mai 1959

Auslegetag: 12. Mai 1966

Die Erfindung bezieht sich auf das Freiformschmieden von Vorwerkstücken für Turbinenrohre, Walzen und ähnlichen, massiven Werkstücken, insbesondere auf das Freiformschmieden von mehrkalibrigen Walzen mit einer Reihe ringförmiger Erhebungen, wobei die Bearbeitung nach dem Rundschmiedeverfahren bei schrittweisem Drehen des Werkstückes erfolgt. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Presse zum Freiformschmieden mit einer Vorrichtung zum Abstützen und Drehen des Werkstückes in konstanter Höhe über einem Tisch und mit waagerecht angreifenden, gegenläufigen, an Preßholmen engeordneten Preßwerkzeugen.

Um bei Schmiedestücken mit zahlreichen, ringförmigen Erhebungen, wie beispielsweise bei einem Vor-Werkstück für Kurbelwellen, einen günstigen Faserverlauf zu erzielen, bedient man sich allgemein des Gesenkschmiedens. Dabei ist es bekannt, zumindest an dem einen Ende des Gesenkes einen Raum vorzusehen, der ein freies seitliches Abfließen des Materials beim Pressen bzw. Schmieden zuläßt. Der freie Materialfluß in Querrichtung ist beim Gesenkschmieden jedoch durch bekannte Bedingungen begrenzt. Außerdem sind die Werkstückgewichte beim Gesenkschmieden sehr beschränkt, so daß Vorwerkstücke der betroffenen Größe, mit der erforderlichen Werkstoffverdrängung, nicht im Gesenk hergestellt werden können.

Weiterhin ist es beim Schmieden schwerer Kurbelwellen aus einem Vorwerkstück vorrichtungsmäßig bekannt, die Kurbelwellenkröpfungen mittels senkrecht arbeitender Preßstempel und entsprechender Matrizen einzeln herzustellen. Hierzu ist aber die Herstellung eines Vorwerkstückes mit einer Reihe von ringförmigen Erhöhungen erforderlich.

Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, in ein axial abgestütztes Rohr Kurbelzapfen und Wangenabschnitte über einem im Rohr vorgesehenen Dorn einzurollen und dabei eine Längenausdehnung zu verhindern. Der Ausgangsdurchmesser des Rohres ist dabei gleich dem größten Durchmesser des Erzeugnisses nach dem Einrollen. Das axiale Abfangen der Rohrenden hat insbesondere die Aufgabe, das Material zu stauchen und damit eine Verringerung der Wandstärke an den Schultern zwischen den Abschnitten kleineren und größeren Durchmessers zu verhindern.

Trotzdem weiterhin zum Allgemeinwissen gehört, daß sich eine erzwungene Verformung nur in der Richtung auswirken kann, wo sie nicht behindert ist, verfuhr man beim Freiformschmieden von ringförmigen Erhöhungen an einer Welle od. dgl. bisher so, Freiformschmieden von Walzen od. dgl. und
Freiformschmiedepresse

Anmelder:

Ernst vom Bovert,

Augsburg, Heinrich-von-Buz-Str. 23

Als Erfinder benannt:
Ernst vom Bovert, Augsburg

daß die ringförmigen Erhöhungen in ihrem Außendurchmesser dem Durchmesser des Werkstückrohlings entsprechen, während die daran anstoßenden Teile des Schmiedestückes auf einen kleineren Durchmesser geschmiedet wurden. Hierdurch ergab sich in den stehenbleibenden, ringförmigen Erhöhungen kein besonders günstiger Faserverlauf des Materials, da das Material der Erhöhungen praktisch überhaupt nicht beim Schmieden verformt wurde.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu vermeiden und bei Herstellung von walzenartigen Schmiedestücken mit mehreren ringförmigen Erhöhungen einen möglichst guten Faserverlauf zu erzielen, wobei die hydraulischen Preßdrücke mehr als bisher in die Tiefe des Werkstückes wirken sollen.

Deshalb wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, beim Freiformschmieden von Vorwerkstücken für Turbinenrotore, Walzen und ähnlichen Werkstücken die Warmverformung durch eine Materialquerpressung, bei Verhinderung der Längenausdehnung, anzuwenden. Hierbei bewirkt das Eindringen der Preßwerkzeuge in die Oberfläche des Schmiedestückes ein seitliches Herausdrücken eines Teiles des Materials des Werkstückes, wodurch man einen besonders guten Faserverlauf im fertigen Schmiedestück erhält, d. h. der Faserverlauf ist auch in den erst durch das Schmieden hergestellten, über' den ursprünglichen Durchmesser des Rohlings hinausragenden, ringförmigen Erhebungen ebenso gut wie in den geschmiedeten Vertiefungen. Diese Art des Freiformschmiedens ist besonders gut für schwere, massive Körper geeignet. Die Längenausdehnung wird durch Festlegen der Werkstückenden während der Bearbeitung verhindert. Beim reinen Stauchen ist es zwar auch bekannt, die Werkstückenden festzulegen und eine Längenausdehnung zu verhindern, jedoch ist

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dies in der Natur des Stauchvorganges bedingt, da Fig. 4 die Walze gemäß Fig. 3, nachdem die der Arbeitsdruck in axialer Richtung des Werk- wulstartigen Materialverdickungen der Walzenstückes wirkt und eine Verhärtung des Werkstückes enden zu Walzenzapfen bzw. Kleeblattzapfen ausgehervorruft. schmiedet sind,

Zum Durchführen des vorgeschlagenen Freiform- 5 F i g. 5 eine schematische Darstellung der Anwen-

schmiedens wird eine Presse mit einer beiderseits an- dung der Preßwerkzeuge,

geordneten, verschiebbaren Vorrichtung zum Ab- F i g. 6 einen Schnitt durch einen Teil der Walze

stützen und Drehen des Werkstückes in konstanter und der zum Schmieden benutzten Preßwerkzeuge.

Höhe, mit einer lösbaren Werkstückmitna'hme und Fig. 7 einen senkrechten Schnitt durch die Presse

mit waagerecht angreifenden, an Preßholmen ange- io nach Linie VII-VII der Fig. 17,

ordneten, gegenläufigen Preßwerkzeugen vorge- Fig. 8 einen Schnitt nach Linie VIII-VIII dei

schlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie F i g. 7,

hydraulisch einstellbare Widerlager zum stirnseitigen Fig. 9 einen Schnitt nach Linie IX-IX dei Abstützen der Werkstücke während der Bearbeitung F i g. 7, in größerem Maßstab,
und hydraulisch getriebene Preßholme für die Preß- 15 Fig. 10 den sich links in Fig. 7 anschließenden werkzeuge mit im Querschnitt keilförmigen Leisten Pressenteil mit ausgefahrenem Pressentisch und einzum Rundschmieden keilförmiger Ringnuten bzw. gesetztem Rohling,
Ringe aufweist, wobei der gegenseitige Abstand der Fig. 11 die Draufsicht zu Fig. 10,
Leisten so groß ist, daß das von den Werkzeugen F i g. 12 den sich links an F i g. 7 anschließenden verdrängte Material quer, d. h. radial nach außen 20 Pressenteil bei eingefahrenem Pressentisch und einfließen kann, um die Ringe bzw. ringförmigen Er- gesetzter Distanzwelle,

hebungen zu bilden. Wegen der in axialer Richtung Fig. 13 den sich rechts an Fig. 7 anschließenden

erfolgenden Abstützung der Werkstücke während Pressenteil,

der Bearbeitung ist das Material beim Schmieden ge- Fig. 14 die Draufsicht auf Fig. 12,

zwungen, in radialer Richtung auszuweichen, so daß as Fig. 15 die Draufsicht auf Fig. 13,

die Preßwerkzeuge die gewünschten ringförmigen Fig. 16 einen Schnitt nach Linie XVI-XVI dei

Erhebungen bilden können. Fig. 7, durch einen Teil der Verschiebevorrichtung

Vorzugsweise sind zwei nebeneinanderliegende ge- für den Pressentisch, in vergrößertem Maßstab,
genläufige Preßwerkzeuge vorgesehen, die nachein- Fig. 17 eine Draufsicht auf die Presse und
ander zum Einsatz kommen können, wodurch der 30 Fig. 18 einen waagerechten Schnitt durch die Schmiedevorgang stark beschleunigt werden kann, Presse nach Linie X-X der F i g. 8.
denn es wird ein gegenseitiges Hemmen des aus den Erfindungsgemäß geht die Herstellung einer Kaeinzelnen Nuten herausgedrückten Materialflusses liberwalze von einem Rohling gemäß Fig. 1 und 2 verhindert. Auch kann man mit den einen Preßwerk- aus. Der Preßvorgang erfolgt in der Weise, daß Preßzeugen das Werkstück festhalten, während die an- 35 werkzeuge mit leistenförmigen Erhebungen, deren deren Preßwerkzeuge es verformen. Dementspre- Form aus F i g. 5 und 6 ersichtlich ist, in Richtung chend sind die Preßräume einschließlich ihrer hy- der Pfeile α in die Walzen eingedrückt werden. Nach draulischen Antriebe über die Länge des Werkstückes Zurückziehen der Preßwerkzeuge wird die Walze um in für sich bewegliche, einander gegenüberliegende 90° gedreht, woraufhin die Preßwerkzeuge erneul Einheiten unterteilt. 40 eingedrückt werden. Anschließend wird die Walze

Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel der um 45° gedreht und die Preßwerkzeuge werden erErfindung ist zwischen den hydraulisch einstellbaren neut eingepreßt. Nachdem die Walze dann noch einWiderlagern und den drehbar abgestützten Enden mal um 90° gedreht wurde, können zahlreiche des Werkstückes ein mit dem Werkstück drehfest Schlichthübe der Preßwerkzeuge folgen, zwischen kuppelbares, herausnehmbares Zwischenstück ange- 45 denen die Walze jeweils um kleine Abschnitte geordnet, das einen Zahnkranz für den Drehantrieb dreht wird. Während des Einpressens der Preßwerkauf weist. Das eine Zwischenstück .kann also gleich- zeuge werden in Richtung der Pfeile b Widerlagei zeitig als Antrieb für das Werkstück und als heraus- gegen die Stirnseiten c bzw. die Ringflächen el dei nehmbares Schließstück dienen, während das auf der Walze gedruckt, damit eine Längung der Walze anderen Seite des Werkstückes vorgesehene Zwi- 50 unterbleibt. Durch das Einpressen der Preßwerkschenstück zweckmäßigerweise ständig in seiner Ar- zeuge entstehen Kaliberbunde e vom Durchmessei beitsstellung verbleibt. dl und d4. Gleichzeitig entstehen wulstartige Mate-

Der Verwendung hydraulischer Antriebe bei der rialverdickungen /. Diese Materialverdickungen wer-

Auslegung des Sclmiedepressenaufbaues kommt da- den gebraucht, um anschließend das nötige Materia]

bei keine selbständige Bedeutung zu, weil zum An- 55 zur Herstellung der Walzenzapfen g zur Verfugung

meldezeitpunkt der hydraulische Antrieb ganz«allge- zu haben. Das Ausschmieden der Verdickungen / und

mein auf dem Schmiedepressengebiet bekannt war. der Walzenenden h zu den Zapfen g geschieht an-

Die Einzelheiten der Erfindung sind aus dem in schließend an den bisher geschilderten Vorgang,

den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel Fig. 5 erläutert noch einmal, daß mit den Lei-

zu ersehen, wobei die Fig. 1 bis 6 zur Erläuterung 60 sten i und k der Preßwerkzeuge die Verformungs-

der Grundgedanken der Erfindung dienen, während arbeit nicht auf einmal geleistet zu werden braucht,

die folgenden Figuren ein Ausführungsbeispiel einer Beispielsweise wird auch so vorgegangen, daß in

Presse zeigen. Es zeigt den Rohlingkörper m zunächst von zwei entgegen-

Fig. 1 einen Walzenrohling, gesetzten Seiten die beiden Leisten? und k eines

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1, 65 Preßwerkzeugpaares bis zu der Stellung il und kl

Fig. 3 eine Walze mit den fertig ausgepreßten eingedrückt werden. Daraufhin werden nach Dre-

Kaliberfonnen und wulstartigen Materialverdickun- hung des Walzenkörpers um 90° dieselben Leisten ,

gen an beiden Enden, und k bis in die Stellung il und kl eingedrückt

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Dann wird der Rohling wieder um 90° gedreht, Preßhohne 11 bis 14 befestigt und durch Arretieworaufhin die gleichen Leisten bis in die Stellung i3 rungsbolzen 20 gegen seitliche Verschiebung ge- und k 3 eingedrückt werden. Nach nochmaliger Dre- sichert. Die Preßzylinderhohne 1 und 2 werden von hung um 90° werden die Leisten bis in die Stellun- einer Grundplatte 28 getragen, auf der sie in Nuten gen ζ 4 und k 4 vorgedrückt usw., bis sich schließlich 5 30 geführt sind. Durch Führungsleisten 32 sind sie im Bereich der Leisten ein Walzenumriß ergibt, der gegen Abheben gesichert. Die Preßzylinderhohne 1 etwa die Form η hat. Erst dann wird der Walzen- und 2 sind durch sechs Säulen 34 starr miteinander körper einmal um 45° mit nachfolgendem Einpres- verbunden und nehmen die beim Pressen entstehensen der Leisten und dann noch einmal um 90° ge- den Drücke auf. Die durch die Preßkolben 7 bis 10 dreht, worauf Schlichthübe folgen können. Durch io und die Rückzugskolben 15 bewegbaren Preßhohne das Einpressen der Leisten in Richtung der Pfeile a 11 bis 14 sind durch Führungsleisten 36 der Grundwächst der Durchmesesr der Walze zwischen den platte, sowie durch die seitlich angeordneten Füh-Stirnflächen el. rungsleisten 32 in ihrem unteren Teil geführt und ge-

Fig. 6 erläutert die Form der Leisten i und k. Sie gen Abheben gesichert. Eine starke Verbindungssind leicht keilförmig. Zwischen je zwei Leisten i 15 brücke 38 verbindet beide Preßzylinderhohne 1 und k und den benachbarten Leisten ο und ρ befin- und 2 und besitzt Führungsleisten 40 zur Führung den sich Ausnehmungen q von einer Tiefe, die es der oberen Teile der Preßhohne 11 bis 14.
dem Walzenmaterial gestattet, so weit radial nach Die Grundplatte 28 ist in ihrem mittleren Teil 42 außen auszutreten, wie es zur Herstellung der ge- verstärkt ausgebildet und nimmt mit diesem Teil den wünschten Bunde erforderlich ist. Damit die Flä- 20 hydraulisch verschiebbaren Pressentisch 44 auf. Letzchen y auf jeden Fall formgetreu ausgeschmiedet terer trägt Lageraufnahmen 46 und seitlich angeordwerden, sind die Ausnehmungen q etwas tiefer ge- nete Lager 48. In den Lageraufnahmen 46 sind halten, als es der gewünschten Bundform entspricht. schwalbenschwanzförmige Leisten 50 von unteren Etwa überflüssiges Material kann also an dieser Lagerschalen 52 verschiebbar, auf denen obere La-Stelle ausweichen und wird später beim mechanischen 25 gerschalen 54 aufgesetzt sind. Zwischen den Lager-Nachdrehen der Bunde beseitigt. schalen 52 und 54 sitzen Mitnehmerbuchsen 56 für

Damit die Rohlinge während des Preßvorganges die Aufnahme der Lagerzapfen des Pressenrohlings, richtig gehalten und richtig gedreht werden können, der in Fig. 18 durch die strichpunktierte Linie 58 werden die zu Walzenzapfen g auszuschmiedenden angedeutet ist. Die Lagerschalen 52 und 54 können Rohlingenden r und rl vor dem Einpressen der Ka- 30 sich in Richtung der Schwalbenschwanzleisten 50 beliber auf mindestens einer Seite s abgeflacht. Zweck- wegen. Die Mitnehmerbuchsen 56 sind mittels Leimäßiger ist es, sie auf zwei gegenüberliegenden Sei- sten 60 mit Kupplungskörpern 62 auf Drehung geten abzuflachen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. kuppelt. Die Kupplungskörper 62 sind mit einem Hierbei soll aber der Abstand der Fläche s von der Zwischenstück 64 bzw. 66 nach Art einer Klauen-Walzenachse nicht kleiner als der halbe Durchmesser 35 kupplung ebenfalls drehfest verbunden (vgl. Fig. 9). der herzustellenden Walzenzapfen g (Fig. 4) wer- Der Werkstückverschiebetisch 44 ist durch eine den, damit keine überflüssige Verformungsarbeit ge- Verbindungslasche 68 mit einem weiteren Verleistet werden muß. schiebetisch 70 gekoppelt, der wiederum durch Mit-

Eine zur Ausführung der Erfindung besonders ge- nehmerbolzen 72 mit der hydraulisch angetriebenen

eignete, liegend angeordnete Presse ist in den F i g. 7 40 Tischverschiebevorrichtung 74 verbunden ist (vgl.

bis 18 dargestellt. Die Kolben der Preßzylinder ar- Fig. 12 bis 15). Das an der rechten Seite (Fig. 7

beiten von vorn und hinten auf das Werkstück, und 13) der eigentlichen Presse angebaute Zwi-

dessen Achse in der Zeichnung von links nach rechts schenstück 75 ist zur Aufnahme einer etwa notwen-

verläuft. Die Fig. 12, 14 und 13, 15 zeigen unter digen Verlängerung 76 des Pressenverschiebetisches

anderem Zwischenstücke, die das Werkstück wech- 45 44 vorgesehen.

seiweise in Achsrichtung abstützen, oder eine Dre- F i g. 12 und 14, die sich an die linke Seite der

hung des Werkstückes um seine Achse bewirken. Fig. 7 und 17 anschließen, zeigen einen Stützzylin-

Wenn die linke Distanzwelle gemäß Fig. 12, 14 der 78, in dem sich ein Stützkolben 80 befindet. Die-

ausgebaut ist, kann der Verschiebetisch mit dem ser trägt eine Traverse 82, an welche Kolbenstangen

Werkstück nach links aus der Presse ausgefahren 50 84 von Rückzugszylindern 86 angreifen. Mit der

werden, so daß das fertige Werkstück entnommen Traverse 82 ist ein Widerlager 88 zur Aufnahme des

und ein neuer Rohling auf den Tisch gesetzt werden Zwischenstückes 66 verbunden. Das Zwischenstück

kann. hat in serner Mitte ein Ritzel 90, an welches eine

Die eigentliche Schmiedepresse nach den F i g. 7, Zahnkette 92 angreift, die von einem nicht gezeich-

8, 17 und 18 ist als liegende Sechs-Säulen-Presse in 55 neten Kran aus zwecks Drehung des Zwischenstückes

doppelseitiger Anordnung ausgeführt und besteht aus betätigt werden kann. Die Drehung erfolgt, wenn der

den Preßzylinderholmen 1 und 2 mit den vier Preß- Zylinder 78 entlastet ist. Letzterer wird im allgemei-

zylindern 3, 4, 5 und 6, mit hydraulisch angetriebe- nen nur in den Zeitabschnitten druckbeaufschlagt, in

nen Preßkolben 7, 8, 9 und 10, die mit ihrem vor- denen auch die Preßzylinder 3 bis 6 unter Druck

deren Teil die beweglichen Preßholme 11, 12, 13 60 stehen. Das Lager 88 und die Traverse 82 sind auf

und 14 verschieben, welche wiederum je mit zwei einer festen Gleitbahn 94 verschiebbar.

Kolben 15 durch Kolbenstangen 16 und Muttern 17 Fig. 13 und 15 zeigen Fig. 12 und 14 entspre-

verbunden sind. Die Kolben 15 dienen dem Rück- chende Einrichtungen für die Lagerung und Drehung

zug der beweglichen Preßhohne und gleiten in des Zwischenstückes 64 und einen Zylinder 96 mit

Rückzugszylindern 18, die in den Preßzylinder- 65 Kolben 98, welcher auf das Zwischenstück 64 in

höhnen 1 bzw. 2 angeordnet sind. deren Achsrichtung Druck ausüben kann.

Preßwerkzeuge 23, 24, 25 und 26 sind an schwal- Fig. 10 und 11 zeigen im wesentlichen die glei-

benschwanzförmigen Ansätzen 19 der beweglichen chen Teile wie F i g. 12 und 14, jedoch ist das Zwi-

schenstück 66 ausgebaut und der Werkstücktisch 44, 70 nach links aus der Presse ausgefahren. Der Kolben 80 ist vollkommen in seinen Zylinder zurückgezogen. Die Mitnehmerbuchsten 56 nehmen einen Werkstückrohling 100 auf, der in die Presse nach rechts eingefahren werden soll.

Durch die Unterteilung der Pressenholme in je zwei Teile 11 und 12 bzw. 13 und 14 kann auf der ganzen Werkstücklänge gleichzeitig gepreßt werden. Es ist aber auch möglich, ein Holmpaar, beispielsweise 11,13, zum Halten des Werkstückes und allem das andere Holmpaar 12,14 zum Pressen zu verwenden. Letzteres kann insbesondere beim Schlichtschmieden zweckmäßig sein. Beim Grobschmieden wird auf jeden Fall von beiden Seiten gleichzeitig gepreßt,-damit das Werkstück möglichst in seiner Mittellage zwischen den beiden Zylinderhohnen verbleibt.

Das Ausschmieden der Zapfen der Walzen kann auch in der dargestellen Presse erfolgen, nachdem die Preßwerkzeuge 23 bis 26 gegen normale Schmiedesattel getauscht sind. Während das Ausschmieden der mittleren Walzenteile mit Hilfe der Preßwerkzeuge 23 bis 26 im allgemeinen in einer einzigen Hitze erfolgen kann, ist für das Ausschmieden der Walzenzapfen meistens ein erneutes Erwärmen der Walzenenden erforderlich.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anwendung der Warmverformung durch reine Materialquerpressung bei Verhinderung der Längenausdehnung beim Freiformschmieden von Vorwerkstücken für Turbinenrotore, Walzen und ähnlichen Werkstücken.

2. Presse zum Freiformschmieden gemäß Anspruch 1 mit einer beiderseits angeordneten, verschiebbaren Vorrichtung zum Abstützen und Drehen des Werkstückes in konstanter Höhe mit einer lösbaren Werkstückmitnahme und mit waagerecht angreifenden, gegenläufigen, an Preßholmen angeordneten Preßwerkzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß sie hydraulisch einstellbare Widerlager (88) zum stirnseitigen Abstützen der Werkstücke (100) und hydraulisch getriebene Preßholme (11, 12, 13, 14) für die Preßwerkzeuge mit im Querschnitt keilförmigen Leisten (z, k, o, p) aufweist.

3. Presse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, wie an .sich bekannt, zwei nebeneinanderliegende, gegenläufige Preßwerkzeugs. (23, 24, 25, 26) vorgesehen sind und daß di Preßhohne (11, 12, 13, 14) einschließlich ihre hydraulischen Antriebe in für sich bewegliche einander gegenüberliegende Einheiten unterteil sind.

4. Presse nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den hydraulisch einstellbaren Widerlagern (88) und den drehbar abgestützten Enden des Werkstückes (100) ein mit dem Werkstück drehfest kuppelbares, herausnehmbares Zwischenstück (64, 66) angeordnet ist, das einen Zahnkranz (90) für den Drehantrieb aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 555 561, 444236;
französische Patentschrift Nr. 841233;
britische Patentschrift Nr. 127 920;
USA.-Patentschrift Nr. 1717513.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1113 351.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

609 S68/163 5.66 © Bundesdruckerei Berlin