DE19804700A1 - Formwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Formwerkzeug mit ei­ ner Matrize aus Stahl, gesintertem Hartmetall oder Ke­ ramik, die einen Formhohlraum mit mindestens einem kri­ tischen Bezugswert aufweist, mit einem die Matrize um­ gebenden und mit radialer Vorspannung an ihr anliegen­ den Spannring und mit einem Matrize und Spannring ab­ stützenden Träger, wobei Matrize und Spannring konische Berührungsflächen haben und relativ zueinander ver­ schiebbar sind.

Der Formhohlraum dient der Bildung von Werkstücken durch Fließpressen. Folglich müssen die Werkstücke, zum Beispiel Zylinder, Konen, Polygone oder Verzahnungen, einen hohen Genauigkeitsgrad haben, was Formwerkzeuge mit einem sehr hohen Präzisionsgrad erfordert. Der wäh­ rend des Umformprozesses auftretende hohe Druck führt zu großen elastischen Verformungen der Matrize mit der Folge, daß die endgültigen Werkstückdimensionen merk­ lich von den Herstellungsdimensionen der Formwerkzeuge abweichen. Wegen der komplexen Druckverteilung in Kalt­ fließwerkzeugen kann die elastische Rückfederung nach Fortfall des Prozeßdrucks und dem nachfolgenden Aussto­ ßen des Werkstücks aus der Matrize nur schwierig be­ rechnet werden. Hierbei geschieht es oft, daß Werkzeuge als unbrauchbar verschrottet werden müssen, weil die für die hohe Genauigkeit der Werkzeugstücke erforderli­ che Dimensionierung entweder von vornherein oder wegen Abnutzung nach einer gewissen Betriebszeit fehlte.

Ein Formwerkzeug der eingangs beschriebenen Art ist aus DE 92 03 080 U bekannt. Hier ist die Matrize zwischen zwei Platten eingespannt, die über Säulen miteinander verbunden sind. Der Spannring ist mit Hilfe eines hy­ draulischen Kolbens relativ zur Matrize verstellbar. Hierbei bewirken die konischen Berührungsflächen, daß sich die Innenabmessungen der Matrize stufenlos ändern lassen, ohne daß sie ausgebaut oder nachbearbeitet wer­ den müßte. Man kann daher Ungenauigkeiten, seien sie bei der Herstellung oder im Betrieb durch Abnutzung entstanden, korrigieren. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß das Korrekturpotential gering ist.

Aus DE 38 34 996 C2 oder DE 43 11 249 C2 ist es be­ kannt, daß der Spannring von einer unter Vorspannung an ihm anliegenden Armierung umgeben ist, die aus einem Bandwickel oder aus gesintertem Hartmetall besteht. Die Armierung erlaubt es, wesentlich höhere Drücke beim Fließpressen anzuwenden. Matrize und Spannring haben konische Berührungsflächen, mit deren Hilfe sie in eine vorgegebene feste Zuordnung zueinander gebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Formwerk­ zeug der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das ein höheres Korrekturpotential hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spannring von einer unter Vorspannung an ihm anlie­ genden Armierung umgeben ist, daß Spannring und Armie­ rung ortsfest am Träger angebracht sind und daß die Ma­ trize relativ zum Träger verschiebbar und in wählbaren Stellungen durch Arretiermittel am Träger arretierbar ist.

Die Armierung bewirkt, daß beim Verstellen der Matrize wesentlich größere Korrekturen vorgenommen werden kön­ nen als bisher, ohne daß die Matrize oder der Spannring oder die Armierung bricht. Die Herstellung des Form­ werkzeugs verbilligt sich, weil nachträglich die kriti­ schen Bezugswerte durch Verstellen der Matrize relativ zum Spannring mit hoher Präzision in die geforderten Toleranzbereiche gebracht werden können. Auch bei abge­ nutzten Werkzeugen kann der kritische Bezugswert wieder hergestellt werden, so daß die Formwerkzeuge eine hohe Lebensdauer haben. Zu beachten ist allerdings, daß die Armierung eine Verstellbarkeit des Spannringes behin­ dert und daher die Verstellmaßnahmen an der Matrize vorgenommen werden sollten.

Günstig ist es, daß der Träger ein Matrize, Spannring und Armierung umschließendes Gehäuse ist. In diesem Ge­ häuse lassen sich Spannring und Armierung sicher orts­ fest anbringen. In manchen Fällen kann die äußere Ge­ häusewand als zusätzliche Armierung dienen.

Zweckmäßigerweise besteht das Gehäuse aus zwei mitein­ ander verbundenen Teilen. Auf diese Weise ist der Ein­ bau von Matrize, Spannring und Armierung besonders ein­ fach zu bewerkstelligen. Es besteht aber auch die Mög­ lichkeit, ein einstückiges Gehäuse durch Umspritzen herzustellen.

Besonders bewährt hat sich ein Gehäuse aus einem topfförmigen Teil und einem damit verschraubten Boden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür ge­ sorgt, daß die Armierung durch einen Bandwickel gebil­ det wird. Während bei einem konventionellen Außenring als Armierung die maximal zulässige radiale Vorspannung etwa 125 bis 135% der für den Betrieb erforderlichen Mindest-Vorspannung beträgt, kann die Belastung bei ei­ ner Bandarmierung 200% der Mindest-Vorspannung betra­ gen. Daher ist der Einstellbereich bei Verwendung der Bandarmierung dreimal größer als bei einer konventio­ nellen Armierung.

Günstig ist es ferner, daß im Gehäuse ein Druckkolben geführt ist, der eine freiliegende Stirnseite aufweist. Mit Hilfe dieses Druckkolbens, der von außen her betä­ tigt werden kann, beispielsweise durch eine hydrauli­ sche Presse, kann die Matrize im Spannring verschoben werden.

Mit Vorteil ist dafür gesorgt, daß die Arretiermittel zwei Anschläge aufweisen, die durch im Gehäuse ver­ schraubbare Gewinderinge gebildet und je einer Stirn­ seite der Matrize zugeordnet sind. Derartig Gewinderin­ ge erlauben es, die Matrize nach stufenloser Verstel­ lung sicher zu arretieren.

Hierbei empfiehlt es sich, daß der eine Gewindering un­ ter Zwischenschaltung des Druckkolben auf die Stirnsei­ te der Matrize wirkt. Auf diese Weise ist es möglich, beide Gewinderinge an den Stirnseiten des Gehäuses frei zugänglich anzuordnen.

Vorzugsweise sind Abstandsringe zur Anlage an den Stirnseiten der Matrize vorgesehen. Auf diese Weise kann die Matrize über eine größere Strecke verschoben werden, auch wenn die Arretiermittel nur einen begrenz­ ten Verstellhub haben.

Mit besonderem Vorteil hat die Innenseite des Spann­ rings eine die Oberflächenrauhigkeit vermindernde Vor­ behandlung erfahren. Es besteht dann keine Gefahr, daß bei der Verstellung die Matrize ruckweise verschoben wird.

In weiterer Ausgestaltung ist dafür gesorgt, daß die Matrize aus mindestens zwei axial hintereinanderge­ schalteten Teilen besteht. Dies empfiehlt sich, wenn mehr als ein kritischer Bezugswert zu beachten ist.

In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, daß der in Richtung der Konusverjüngung zweite Matrizenteil eine Konusfläche mit unterschiedlichem Konuswinkel aufweist als der erste Matrizenteil. Die unterschiedliche Nei­ gung der Konusflächen stellt sicher, daß bei einer Ver­ lagerung der Matrize beide Matrizenteile einer defi­ nierten Belastung unterworfen sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Formwerkzeug und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausfüh­ rungsform.

In Fig. 1 weist das Formwerkzeug einen Träger in der Form eines Gehäuses 1 auf, das aus einem topfförmigen Oberteil 2 und einem Boden 3 besteht, die über ein Ge­ winde 4 miteinander verschraubt sind. Im Innern des Ge­ häuses 1 befindet sich eine Matrize 5 aus Stahl, gesin­ tertem Hartmetall oder Keramik, die einen Formhohlraum 6 mit einem kritischen Bezugswert an der Stelle 7 hat und in der linken Hälfte der Figur eine untere Position und in der rechten Hälfte der Figur eine obere Position einnimmt. Die Matrize 5 wird von einem mit radialer Vorspannung an ihr anliegenden Spannring 8 umgeben, der ebenfalls aus Stahl, gesintertem Hartmetall oder Kera­ mik bestehen kann. Der Spannring 8 ist von einer mit radialer Vorspannung an ihm anliegenden Bandarmierung 9 umgeben, die aus einem Stahlband gewickelt ist. Die Um­ fangswand 10 des Gehäuses 1 bildet einen den Bandwickel 9 umgebenden Außenring.

Die Berührungsflächen 11 von Matrize 5 und Spannring 8 laufen nach oben hin konisch zu. Im Boden 3 ist ein Druckkolben 12 geführt, der an seiner unteren Stirnsei­ te 13 durch eine vorzugsweise hydraulische Presse bela­ stet werden und auf diese Weise mit einer verjüngten oberen Stirnseite 14 die Matrize 5 nach oben verschie­ ben kann.

Zur Arretierung der Matrize 5 in der gewünschten Endla­ ge dient ein oberes Arretiermittel 15 in der Form eines Gewinderings, der ein Außengewinde 16 und Löcher 17 zum Angriff eines Werkzeugs aufweist und durch einen fest­ schraubbaren Block 18 gegen Drehung gesichert werden kann. Außerdem ist ein unteres Arretiermittel 19 in der Form eines Gewinderings vorgesehen, der ein Außengewin­ de 20 und Löcher 21 zum Angriff eines Werkzeugs auf­ weist. Dieser Gewindering greift am Druckkolben 12 an und arretiert auf diese Weise die Lage der Matrize 5.

In der unteren Position der Matrize 5 (links in Fig. 1) befinden sich zwei Abstandsringe 23 zwischen der oberen Stirnseite der Matrize und dem oberen Arretiermittel 15. Nach Lösen des oberen Arretiermittels 15 kann die Matrize 5 etwas nach oben geschoben und neu arretiert werden. Sobald der obere Abstandsring 22 ganz aus dem Spannring 8 herausgetreten ist, kann er an die untere Stirnseite der Matrize 5 gebracht werden. Wenn die Ma­ trize 5 weiter nach oben geschoben und bis nahe an ihre Endstellung gelangt ist, wird auch der zweite Abstands­ ring 22 nach unten verlagert (rechts in Fig. 1).

Nachdem die Matrize hergestellt worden ist, wird sie in der untersten Position im Gehäuse 1 plaziert. Durch ei­ nen Versuch wird festgestellt, ob das durch Fließpres­ sen hergestellte Werkstück die korrekten Dimensionen hat. Da zwischen dem axialen Einstellweg und der radia­ len Änderung des Durchmessers ein linearer Zusammenhang besteht, genügt ein einziger oder wenige Einstell­ schritte, um die gewünschte Dimensionierung zu erhal­ ten.

Mit Hilfe des Arretiermittels 19 kann die Matrize auch noch unter eine ständige Axialspannung gesetzt werden, was für manche Anwendungszwecke vorteilhaft ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2, die für kompli­ ziertere Werkstücke geeignet ist, werden für entspre­ chende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Ein Unterschied besteht darin, daß das Gehäuse 101 ein­ stückig ausgebildet und durch Umspritzen hergestellt ist. Außerdem besteht die Matrize aus zwei Matrizentei­ len 105a und 105b, die zwei Bereiche 107a und 107b mit einem kritischen Bezugswert aufweisen. Die konischen Berührungsflächen 111a und 111b haben eine unterschied­ liche Neigung. Der in Richtung der Konusverjüngung lie­ gende Matrizenteil 105a weist einen größeren Konuswin­ kel als der Matrizenteil 105b auf. Die Verstellung der Matrize erfolgt in ähnlicher Weise wie es in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde.

Der kritische Bezugswert kann sich beispielsweise auf den Durchmesser eines kreisförmigen Querschnitts oder eine Abmessung eines nicht kreisförmigen Querschnitts, beispielsweise einer Verzahnung, beziehen.

Claims (12)

1. Formwerkzeug mit einer Matrize aus Stahl, gesinter­ tem Hartmetall oder Keramik, die einen Formhohlraum mit mindestens einem kritischen Bezugswert auf­ weist, mit einem die Matrize umgebenden und mit ra­ dialer Vorspannung an ihr anliegenden Spannring und mit einem Matrize und Spannring abstützenden Trä­ ger, wobei Matrize und Spannring konische Berüh­ rungsflächen haben und relativ zueinander ver­ schiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (8; 108) von einer unter Vorspannung an ihm anliegenden Armierung (9; 109) umgeben ist, daß Spannring (8; 108) und Armierung (9; 109) ortsfest am Träger (1; 101) angebracht sind und daß die Ma­ trize (5; 105a, 105b) relativ zum Träger (1; 101) verschiebbar und in wählbaren Stellungen durch Ar­ retiermittel (15, 19; 115, 119) am Träger arretier­ bar ist.

2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Träger (1; 101) ein Matrize (5; 105), Spannring (8, 108) und Armierung (9; 109) umschlie­ ßendes Gehäuse ist.

3. Formwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse aus zwei miteinander verbunde­ nen Teilen (2, 3) besteht.

4. Formwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse aus einem topfförmigen Teil (2) und einem damit verschraubten Boden (3) be­ steht.

5. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Armierung (9; 109) durch einen Bandwickel gebildet wird.

6. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß im Gehäuse ein Druckkol­ ben (12; 112) geführt ist, der stirnseitig aus dem Gehäuse ragt.

7. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Arretiermittel (15, 19; 115, 119) zwei Anschläge aufweisen, die durch im Gehäuse verschraubbare Gewinderinge gebildet und je einer Stirnseite der Matrize (5; 105) zugeordnet sind.

8. Formwerkzeug nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Gewindering unter Zwi­ schenschaltung des Druckkolben (12, 112) auf die Stirnseite der Matrize (5; 105) wirkt.

9. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß Abstandsringe (22, 122) zur Anlage an der Stirnseite der Matrize (5; 105) vorgesehen sind.

10. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Spann­ rings (8, 108) eine die Oberflächenrauhigkeit ver­ mindernde Vorbehandlung erfahren hat.

11. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Matrize aus minde­ stens zwei axial hintereinandergeschalteten Teilen (105a, 105b) besteht.

12. Formwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der in Richtung der Konusverjüngung zwei­ te Matrizenteil (105a) eine Konusfläche (111a) mit unterschiedlichem Konuswinkel aufweist als der er­ ste Matrizenteil (105b)