DE19925029A1

DE19925029A1 - Verfahren zum Umformen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19925029A1
Application number: DE1999125029
Authority: DE
Inventors: Matthias Haensel; Konrad Jakob; Juergen Meyer
Original assignee: Krupp Hoesch Automotive Gmbh
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: JP2000351041A; DE19925029B4

Abstract

Um bei einem Verfahren zum Umformen, vorzugsweise zum Fließpressen eines Werkstückes in einem Umformwerkzeug mit einem einen Stempel (2) tragenden oberen Stößel und einem unteren Stößel oder Ausstoßer (3) und einem Außenwerkzeug, bestehend aus einer Matrize (5), die von einer Spannglocke (7) umgeben ist, welche die Matrize (5) bei jedem Pressenhub mit veränderlicher Kraft von außen über Konusflächen vorspannt, zu erreichen, daß die Werkzeuge höheren Umformkräften standhalten und darüber hinaus einfach und störungsunanfällig aufgebaut sind, erfolgt die Vorspannung der Matrize (5) durch die Spannglocke (7) vor oder während des Fließpressens und wird vor dem Ausstoßen wieder gelöst. Bei einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens wird die Spannglocke (7) vom oberen Stößel kraftbeaufschlagt oder durch ein separates, hydraulisch beaufschlagtes Zusatzaggregat niedergedrückt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen, vorzugsweise zum Fließpressen eines Werkstückes, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim umformenden Herstellen von Werkstücken in einem geschlossenen Schmiede- oder Fließpreßwerkzeug ist es bekannt, die Matrize durch verschiedene Maßnahmen derartig vorzuspannen, daß ihre Innenkontur beeinflußt wird und durch die Überlage rung von Druckspannungen eine geringere Betriebsbelastung auftritt.

Die DE 195 23 691 A1 zeigt ein Umformwerkzeug, vorzugsweise ein Schmiedege senk zum Warm- oder Halbwarmumformen, bei dem die Matrize bei jedem Pressen hub mit veränderbarer Kraft von außen über Konusflächen vorgespannt wird. Nach teilig bei diesem Werkzeug erfolgt das Vorspannen jedoch durch Aufweiten der Matrize, wodurch in die Matrize Zugspannungen eingebracht werden, was zu einer geringeren Standzeit der Matrize führt. Außerdem nachteilig ist die Konstruktion sehr aufwendig, da Halteeinrichtungen das aufgeweitete Werkzeug geöffnet halten, bis das Werkstück ausgestoßen ist. Ein derartiges Werkzeug ist besonders zum Fließ pressen nicht geeignet, da es nicht die hohen Umformkräfte, die beim Fließpressen auftreten, aufzunehmen in der Lage ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzugsweise zum Fließ pressen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu finden, bei dem die Werkzeuge höheren Umformkräften standhalten und darüber hinaus einfach und störungsunanfällig aufgebaut sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprü chen 2 und 3 beschrieben.

Erfindungsgemäße Lösungen zur Ausbildung der Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 sowie vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen werden in den Ansprüchen 4 bis 7 beschrieben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteilen bestehen insbesondere darin, daß sich die Lebensdauer der Werkzeuge wesentlich erhöht, da der Verschleiß und die Neigung zum Ermüdungsbruch reduziert wird. Darüber hinaus vorteilhaft wird erreicht, daß das fertige Werkstück nach Herausfahren des Stempels nicht so stark durch die zu rückfedernde Matrize eingeklemmt wird. Von daher wird die vom Ausstoßer aufzu bringende Kraft wesentlich reduziert. Des weiteren vorteilhaft wird insbesondere bei langen Fertigteilen eine bessere Parallelität der Außenkontur erreicht. Bei herkömm lichen Umformverfahren mit herkömmlichen Vorrichtungen baut sich die bei der Um formung in die Matrize eingebrachte innere Spannung über den Ausstoßweg des Fertigteils ab. Das bedeutet, daß über den Ausstoßweg des fertigen Werkstücks das Gesenk schrumpft, wodurch die Außenkontur des Werkstückes sich konisch ver formt.

Der Vorteil der reduzierten Einspannung in der Matrize nach dem Umformen und der dadurch benötigten geringeren Ausstoßerkraft wirkt sich besonders vorteilhaft bei Werkstücken mit wendelförmig verdrehter Außenkontur, wie schrägverzahnten Rit zeln, aus. Dadurch wird die Qualität der Verzahnungsflanke in Ausstoßrichtung ge genüber den bisherigen Kaltfließpreßverfahren verbessert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung eines Fließpreß werkzeuges,

Fig. 2 bis 5 die Funktion des Fließpreßwerkzeuges gemäß Fig. 1 während eines Arbeitshubes und

Fig. 6 den schematischen Detailaufbau der Matrize.

Das beschriebene Fließpreßwerkzeug ist, wie in Fig. 1 dargestellt, auf dem Pressen tisch 1 aufgebaut. Der Stößel mit dem zugehörigen Stempel 2 und der Ausstoßer 3 sind nur schematisch dargestellt. In der Formöffnung 4 der Matrize 5 liegt ein Rohling 6. Die Matrize 5 ist zumindest über einen Teil ihrer Höhe am Außenumfang konisch ausgebildet. Eine Spannglocke 7 mit einer der Konizität der Matrize 5 entsprechen den Innenkonizität umgreift die Matrize 5 axialbeweglich.

Eine Tragkonstruktion hält und führt die Spannglocke 7. Anschläge 8 begrenzen die Axialbewegung der Spannglocke 7. Zur Einstellung und Justierung der Verspannung der Matrize 5 durch die Spannglocke 7 sind die Anschläge 8 axial in ihrer Lage ver stellbar. Durch ein entsprechendes Einstellen des oberen Anschlages 8 kann erreicht werden, daß die Matrize 5 über die Spannglocke 7 ständig eine, wenn auch redu zierte Druckeigenspannung als Restvorspannung behält. Dadurch wird die Vorspan nungsamplitude reduziert, was zu einer weiteren Lebensdauererhöhung führt. Ein Antriebsgestänge 9 zum axialen Verschieben der Spannglocke 7 ist lediglich sche matisch dargestellt. Die axiale Verschiebung der Spannglocke 7 kann über beliebige Mittel erfolgen. Dazu kann die Spannglocke indirekt über hydraulische oder mechani sche Niederhaltekissen vom Stößel angetrieben werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Spannglocke 7 über separate, beispielsweise hydraulisch beaufschlagte Zu satzaggregate bewegt wird. Der Konuswinkel zwischen Spannglocke 7 und Matrize 5 ist vorzugsweise nicht selbsthemmend ausgebildet. Dadurch ist es nicht erforderlich, daß eine besonders hohe Kraft zum Lösen der Spannglocke 7 aufgewandt werden muß.

Die einzelnen Spann- und Arbeitsschritte sind in den Fig. 2 bis 5 gezeigt. In der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 ist die Matrize 5 nicht belastet. Die Spannglocke 7 induziert keine zusätzliche Druckspannung in die Matrize 5. Der Roh ling 6 liegt in der Formöffnung 4 der Matrize 5.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß die Spannglocke 7 axial auf den Konus der Matrize 5 fährt und die Matrize 5 radial von außen vorspannt.

Nachdem die Matrize 5 derartig radial mit einer zusätzlichen Druckspannung beauf schlagt ist, erfolgt der eigentliche Umformvorgang, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Da bei fährt der Stempel 2 in die Formöffnung 4 der Matrize 5 ein und formt den Rohling zum Fertigteil 10 um.

Die vorbeschriebenen beiden Arbeitsschritte axiales Verfahren der Spannglocke 7 und damit Druckspannungseinleitung in die Matrize 5 sowie Umformen des Rohlings 6 zum Fertigteil 10 können auch miteinander kombiniert werden. Dieses ist beson ders dann vorteilhaft möglich, wenn die Kraftbeaufschlagung der Spannglocke 7 ab hängig von der Umformkraft des Stößels aufgebracht wird. Sofern eine derartige Kombination der Arbeitsgänge Umformen und Vorspannen der Matrize 5 erfolgt, wird eine noch bessere Standzeit für die Matrize 5 erzielt, da dann während des Umform vorganges die Matrize 5 eine im wesentlichen gleichbleibende innere Spannung be hält. Die durch das Zusammenpressen von außen zusätzlich eingebrachte Druck spannung in der Matrize 5 hebt sich in etwa gegenüber der beim Umformen einge brachten Zugspannung auf. Die zyklische Betriebsbeanspruchung kann dadurch bis gegen Null reduziert werden.

Fig. 4 zeigt das Öffnen des Werkzeugs. Vorzugsweise gleichzeitig mit dem Zurück fahren des Stempels 2 wird auch die Spannglocke 7 gelöst.

Fig. 5 zeigt den Arbeitsgang des Ausstoßens des Fertigteils 10.

In Fig. 6 ist schematisch der Aufbau der Matrize 5 gezeigt. Die Matrize 5 ist vorzugs weise zweiteilig ausgebildet. Das Matrizengrundteil 11 trägt zentral einen aus hoch festem Werkstoff hergestellten Matrizeneinsatz 12. Matrizengrundteil 11 und Matri zeneinsatz 12 sind vorzugsweise über eine Preßpassung miteinander verbunden.

Bezugszeichenliste

1

Pressentisch

2

Stempel

3

Ausstoßer

4

Formöffnung

5

Matrize

6

Rohling

7

Spannglocke

8

Anschlag

9

Antriebsgestänge

10

Fertigteil

11

Matrizengrundteil

12

Matrizeneinsatz

Claims

1. Verfahren zum Umformen, vorzugsweise zum Fließpressen eines Werkstückes in einem Umformwerkzeug mit einem einen Stempel (2) tragenden oberen Stößel und einem unteren Stößel oder Ausstoßer (3) und einem Außenwerkzeug, beste hend aus einer Matrize (5), die von einer Spannglocke (7) umgeben ist, welche die Matrize (5) bei jedem Pressenhub mit veränderlicher Kraft von außen über Konusflächen vorspannt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Matrize (5) durch die Spannglocke (7) vor oder während des Fließpressens erfolgt und vor dem Ausstoßen wieder gelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannen der Matrize (5) während des Fließpressens mit steigender Spannkraft erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung der Matrize (5) nur bis zu einer einstellbaren Restvorspannung er folgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglocke (7) vom oberen Stößel kraftbeaufschlagt niedergedrückt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen Stößel und der Spannglocke (7) ein hydraulisches oder mechanisches Niederhaltekissen angeordnet ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglocke (7) durch ein separates, hydraulisch beaufschlagtes Zusatzaggregat niedergedrückt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Spannglocke (7) durch einen oder meh rere, vorzugsweise verstellbare Anschläge (8) begrenzt ist.