DE19735486C2

DE19735486C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Kaltverformen von Werkstücken

Info

Publication number: DE19735486C2
Application number: DE19735486A
Authority: DE
Inventors: Fritz Binhack
Original assignee: Gebr Felss GmbH and Co KG
Current assignee: Gebr Felss GmbH and Co KG
Priority date: 1997-08-16
Filing date: 1997-08-16
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2017-08-17
Also published as: KR100406080B1; DE59804736D1; CA2301037C; WO1999008813A1; KR20010022478A; JP3572544B2; ES2179530T3; EP1003616A1; DE19735486A1; US6212929B1; CA2301037A1; EP1003616B1; JP2001514969A; ATE220356T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kaltverformen, insbesondere zum Kaltfließpressen, eines Werkstücks, die eine Verformungsmatritze und eine Vor schubeinrichtung, durch die eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Verformungsmatritze erzeugbar ist, aufweist, sowie ein Verfahren zur Kaltver formung eines Werkstücks, bei dem durch eine Vorschubeinrichtung eine Relativ bewegung zwischen einem Werkstück und einer Verformungsmatritze erzeugt wird.

Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind allgemein bekannt und müssen daher nicht mehr näher beschrieben werden. Nachteilig an der be kannten Vorrichtung und an dem bekannten Verfahren ist, daß hohe Vorschub kräfte zur Erzielung der gewünschten Kaltverformung des Werkstücks erforder lich sind.

Aus der US 4,197,757 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kaltverfor mung eines Werkstücks bekannt, wodurch dieses in die gewünschte geometri sche Konfiguration übergeführt werden kann. Hierzu ist vorgesehen, daß das Werkstück in eine Ausnehmung eingeführt wird, während die Ausnehmung offen ist, daß das eine Ende der Ausnehmung mit dem darin aufgenommenen Werk stück geschlossen und ein Amboß am anderen Ende angeordnet wird, um einen ringförmigen Raum zwischen Amboß und der Wand der Ausnehmung auszubil den, daß dann die ringförmige Öffnung geschlossen und ein erster Druck wird auf einen ausgewählten Bereich des Werkstücks aufgebracht, derart, daß eine Extru sion des Werkstücks über dem Amboß beginnt und die Ausnehmung ausgefüllt wird. Danach wird das Volumen des ringförmigen Raums zwischen dem Amboß und der Wand der Ausnehmung, in welche das Werkstück extrudiert wird, vergrö ßert, während ein im wesentlichen gleichförmiger zweiter Druck auf das Werk stück, der entgegengesetzt der Flußrichtung des Metalls ist, ausgeübt wird, wobei die Größenordnung des zweiten Drucks kleiner als die des ersten Drucks ist, wo durch das Metall im wesentlichen gleichförmig im Verlauf der Extrusion fließt. Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung weist eine Einrich tung auf, mit der der Amboß hin und her bewegt werden kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der ein gangs genannte Art derart weiterzubilden, daß eine Reduzierung der zur Kalt verformung eines Werkstücks erforderlichen Vorschubkräfte erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine mit der Vorschubeinrichtung zusammenwirkende Frequenzerzeugungseinrichtung aufweist, durch die die von der Vorschubeinrich tung erzeugte Relativbewegung zwischen Werkstück und Verformungsmatritze derart modulierbar ist, daß nach einem Vorwärtshub, bei dem in Vorschubrich tung das Werkstück und/oder die Verformungsmatritze einen ersten Hubweg durchläuft, in einem darauffolgenden Rückwärtshub eine Bewegung der Verfor mungsmatritze und/oder des Werkstücks in einer der Vorschubrichtung entge gengesetzten Richtung um einen zweiten Hubweg durchführbar ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, daß die von der Vorschu beinrichtung erzeugte Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Verfor mungsmatritze durch eine Frequenzverformungseinrichtung derart moduliert wird, daß nach einem Vorwärtshub, bei dem in Vorschubrichtung das Werkstück und/oder die Verformungsmatritze einen ersten Hubweg durchläuft, einen darauffol genden Rückwärtshub eine Bewegung der Verformungsmatritze und/oder des Werkstücks in einer der Vorschubrichtung entgegengesetzten Richtung um einen zweiten Hubweg durchführbar ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise er reicht, daß die zur Kaltverformung, insbesondere zum Kaltfließpressen, eines Werkstücks erforderliche Vorschubkraft, die zur Erzielung einer definierten End verformung des Werkstück erforderlich ist, deutlich geringer ist als bei einer kon ventionellen Vorrichtung. Dies bewirkt nicht nur, daß die zum Antrieb der erfin dungsgemäßen Vorrichtung erforderliche Energie verringert und eine deutlichen Energieeinsparung erzielt wird. Die geringeren, beim Kaltverformen mit der erfin dungsgemäßen Vorrichtung auftretenden Kräfte erlauben auch eine leichtere und daher kostengünstigere Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wodurch auch die Herstellungskosten gesenkt werden. Die "hammerartige" Krafbeauf schlagung des kaltzuverlormenden Werkstücks durch die intermittierende, hubar tige Vorschubbewegung erlauben in vorteilhafter Art und Weise eine hochqualita tive Kaltverformung mit minimalem Aufwand und Verschleiß. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Werkstück nur geringen Axialkräften unterworfen wird, so daß Ausknickungen und Deformationen, auch in Form von Aufbauchungen, weit gehend verhindert werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im folgenden anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorichtung.

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Kaltverformung, insbesondere zum Kaltfließpressen, eines Werkstücks 2 weist eine Verformungsmatritze 3 auf, die durch eine Vorschubeinrichtung 5 relativ zum Werkstück 2 bewegbar ist. Die Vorschubeinrichtung 5 erzeugt also eine Relativ bewegung zwischen Verformungsmatritze 3 und dem in einer Spanneinheit 7 ein gespannten Werkstück 2. Wird die Verformungsmatritze 3 durch die Vorschu beinrichtung 5 in ihrer Vorschubrichtung P gegen das in dem hier gezeigten Fall ortsfest eingespannte Werkstück 2 bewegt, so tritt das Werkstück 2 in die Verfor mungsmatritze 3 ein und wird in an und für sich bekannter Art und Weise kaltverformt.

Indem nun bei der Vorrichtung 1 vorgesehen wird, daß - im Gegensatz zu be kannten Vorrichtung, bei denen die Vorschubeinrichtung eine kontinuierliche Be wegung in Vorschubrichtung P bewirkt - die in Vorschubrichtung P verlaufende Bewegung durch eine Frequenzerzeugungseinrichtung 10 derart modifiziert wird, daß die Verformungsmatritze 3 anstelle einer gleichförmig in Vorschubrichtung P verlaufenden Bewegung eine hubartige Bewegung ausführt, bei der vorgesehen ist, daß nach einem in Vorschubrichtung P gerichteten Vorwärtshub, bei dem die Verformungsmatritze 3 um einen ersten Hubweg vorwärts bewegt wird, die Ver formungsmatritze 3 in einem daran anschließenden Rückwärtshub durch die Vor schubeinrichtung 5 um einen zweiten Hubweg zurückgezogen wird. Im darauffol genden Vorwärtshub wird die Verformungsmatritze 3 wieder nach vorne bewegt, und zwar über den Endpunkt des vorangehenden Vorwärtshubes hinaus. Durch diese "hammerartige" Beaufschlagung des Werkstücks 2 durch die Verformungs matritze 3 wird in vorteilhafter Art und Weise erreicht, daß die Verformungsmatrit ze 3 vor ihrem Auftreffen auf dem im nächsten Arbeitsschritt zu bearbeitenden Bereich des Werkstücks 2 eine höhere kinetische Energie aufweist als es bei ei ner kontinuierlichen Kraftbeaufschlagung der Fall ist, da die Rückbewegung der Verformungsmatritze 3 vor deren erneuten Beschleunigung durch die Vorschu beinrichtung 5 in Vorschubrichtung P bewirkt, daß bei der Vorschubbewegung die Verformungsmatritze 3 sich entlang des bereits im vorhergehenden Vorwärtshub kaltverformten Bereichs des Werkstücks 2 bewegt und diesen Bereich im wesent lichen ohne Widerstand durchlaufen kann. Außerdem bewirkt das Zurückziehen der Verformungsmatritze 3 vor dem nächsten Schritt des Kaltverformungsvorgan ges, daß hierdurch eine verbesserte Zuführung von Schmieröl, das durch eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Schmierölzuführungseinrichtung 8 zugeführt wird, verbessert wird.

Bei der Vorrichtung 1 wird bevorzugt, daß die von der Frequenzerzeugungsein richtung 10 erzeugte, die Vorwärtsbewegung der Verformungsmatritze 3 in Vor schubrichtung P modulierende Frequenz im Bereich von etwa 5 bis 30 Hz liegt und vorzugsweise 10 bis 20 Hz beträgt.

Desweiteren wird bevorzugt, daß der zweite Hubweg der Rückwärtsbewegung der Verformungsmatritze 3 im wesentlichen nur die Hälfte des beim Vorschub vorgesehenen ersten Hubweges ist.

Die Frequenzerzeugungseinrichtung 10 kann dabei hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch arbeiten, wobei aber auch für bestimmte Fälle eine elektroma gnetische Erregung der die Vorschubbewegung der Vorschubeinrichtung 5 modu lierenden Frequenz denkbar ist.

Es ist aber auch möglich, die Frequenzerzeugungseinrichtung 10 in die Vor schubeinrichtung 5 zu integrieren, so daß die von der Vorschubeinrichtung 5 er zeugte Vorschubbewegung unmittelbar moduliert wird. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, daß die Ölversorgung eines Vorschubzylinders 5' der Vor schubeinrichtung 5 servohydraulisch geregelt wird, so daß der den Vorschub der Verformungsmatritze 3 bewirkende Zylinder 5' periodisch oszilliert.

Das in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1' stimmt im wesentlichen mit der Vorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels überein, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen werden können und nicht mehr näher beschrieben werden müssen. Der wesentliche Unterschied zwi schen den beiden Ausführungsbeispielen besteht darin, daß bei der Vorrichtung 1' die Verformungsmatritze 3 ortsfest angeordnet ist, während das Werkstück 2 axial verschieblich zur Verformungsmatritze 3 ist. Demzufolge wirkt die Vorschu beinrichtung 5 und die mit ihr zusammenarbeitende Frequenzerzeugungseinrich tung 10 auf das Werkstück 2 oder auf die das Werkstück 2 spannende Spannein heit 7 ein.

Claims

1. Vorrichtung zur Kaltverformung, insbesondere zum Kaltfließpressen, eines Werkstück, die eine Verformungsmatritze (3) und eine Vorschubeinrichtung (5), durch die eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück (2) und der Verformungsmatritze (3) erzeugbar ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1; 1') eine mit der Vorschubeinrichtung (5) zusammen wirkende Frequenzerzeugungseinrichtung (10) aufweist, durch die die von der Vorschubeinrichtung (5) erzeugte Relativbewegung zwischen Werkstück (2) und Verformungsmatritze (3) derart modulierbar ist, daß nach einem Vor wärtshub, bei dem das Werkstück (2) und/oder die Verformungsmatritze (3) in Vorschubrichtung (P) einen ersten Hubweg durchläuft, in einem darauffolgen den Rückwärtshub eine Bewegung der Verformungsmatritze (3) und/oder des Werkstücks (2) in einer der Vorschubrichtung (P) entgegengesetzten Rich tung um einen zweiten Hubweg durchführbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Fre quenzerzeugungsrichtung (10) bewirkte Modulation der Vorschubbewegung des Werkstücks (2) und/oder der Verformungsmatritze (3) derart ist, daß der bei dem Vorwärtshub in Vorschubrichtung (P) zurückgelegte erste Hubweg größer als der beim darauffolgenden Rückwärtshub zurückgelegte zweite Hubweg ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Vor wärtshub zurückgelegte erste Hubweg etwa doppelt so groß ist als der beim Rückwärtshub durchlaufende zweite Hubweg.

4. Vorrichtung nach einem der vor angehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die von der Frequenzerzeugungseinrichtung (10) erzeugte Mo dulationsfrequenz im Bereich von etwa 5 bis 30 Hz liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Fre quenzerzeugungseinrichtung (10) erzeugte Modulationsfrequenz im Bereich zwischen 10 und 20 Hz liegt.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorschubeinheit (5) und die mit ihr zusammenwirkende Fre quenzerzeugungseinrichtung (10) auf die Verformungsmatritze (3) einwirken.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinheit (5) und die mit ihr zusammenwirkende Frequenzerzeu gungseinrichtung (10) auf das Werkstück (2) einwirken.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung (5) und die mit ihr zusammenwirkende Frequenzer zeugungseinrichtung (10) auf die Verformungsmatritze (3) und das Werkstück (2) einwirken.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Frequenzerzeugungseinrichtung (10) eine hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder elektromagnetisch arbeitende Frequenzerzeu gungseinrichtung ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Frequenzerzeugungseinrichtung (10) in der Vorschubein richtung (5) integriert ist, daß die von der Vorschubeinrichtung (5) er zeugte Vorschubbewegung unmittelbar modulierbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorschub element (5') der Vorschubeinrichtung (5) servohydraulisch regelbar ist.

12. Verfahren zur Kaltverformung eines Werkstücks, bei dem durch eine Vor schubeinrichtung (5) eine Relativbewegung zwischen einem Werkstück (2) und einer Verformungsmatritze (3) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Vorschubeinrichtung (5) erzeugte Relativbewegung zwischen dem Werkstück (2) und der Verformungsmatritze (3) derart moduliert wird, daß nach einem Vorwärtshub, bei dem in Vorschubrichtung (P) das Werk stück (2) und/oder die Verformungsmatritze (3) einen ersten Hubweg durch läuft, in einem darauffolgenden Rückwärtshub eine Bewegung der Verfor mungsmatritze (3) und/oder des Werkstücks in einer zu der Vorschubrichtung (P) entgegengesetzten Richtung um einen zweiten Hubweg durchführbar ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bei dem Vor wärtshub in Vorschubrichtung (P) zurückgelegte erste Hubweg größer als der beim darauffolgenden Rückwärtshub zurückgelegte zweite Hubweg ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Vor schub zurückgelegte erste Hubweg etwa doppelt so groß ist als der beim Rückwärtshub durchlaufende zweite Hubweg.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Relativbewegung modulierende Modulationsfrequenz im Bereich von 5 bis 30 Hz und vorzugsweise zwischen 10 und 20 Hz liegt.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Verformungsmatritze (3) von der Vorschubeinrichtung (5) und ei ner mit ihr zusammenwirkenden, die Modulationsfrequenz erzeugenden Fre quenzerzeugungseinrichtung (10) bewegt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (2) von der Vorschubeinrichtung (5) und der mit ihr zu sammenwirkenden Frequenzerzeugungseinrichtung (10) bewegt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, die Verformungsmatritze (3) und das Werkstück (2) von der Vorschubeinrichtung (5) und der mit ihr zusammenwirkenden Frequenzerzeugungseinrichtung (10) bewegt wird.