DE19925029B4

DE19925029B4 - Verfahren zum Umformen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19925029B4
Application number: DE1999125029
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Hänsel; Konrad Jakob; Jürgen Dipl.-Ing. Meyer
Original assignee: ThyssenKrupp Automotive AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: DE19925029A1; JP2000351041A

Abstract

Verfahren zum Umformen, vorzugsweise zum Fließpressen eines Werkstückes in einem Umformwerkzeug mit einem einen Stempel (2) tragenden oberen Stößel 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, wobei die Vorspannung der Matrize (5) durch die Spannglocke (7) vor oder während des Fließpressens erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagung der Spannglocke (7) abhängig von der Umformkraft des Stößels aufgebracht wird und daß die Vorspannung der Matrize (5) vor dem Ausstoßen des Werkstückes wieder gelöst wird, um das Ausstoßen des Werkstückes durch den unteren Stößel oder Ausstoßer (3) zu erleichtern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen, vorzugsweise zum Fließpressen eines Werkstückes, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung 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 Überlagerung von Druckspannungen eine geringere Betriebsbelastung auftritt.

Die DE 195 23 691 A1 zeigt ein Umformwerkzeug, vorzugsweise ein Schmiedegesenk zum Warm- oder Halbwarmumformen, bei dem die Matrize bei jedem Pressenhub mit veränderbarer Kraft von außen über Konusflächen vorgespannt wird. Nachteilig 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 Fließpressen nicht geeignet, da es nicht die hohen Umformkräfte, die beim Fließpressen auftreten, aufzunehmen in der Lage ist.

Aus der DE 33 04 075 C2 ist eine Schmiedepresse zum genauen und gradfreien Schmieden von Werkstücken bekannt. Dieser Druckschrift ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 zu entnehmen. Durch den Mantelring 26 wird beim Gegenstand der DE 33 04 075 C2 über konische Flächen, die mit entsprechenden konischen Flächen eines Mantelgesenkes zusammenwirken, eine radiale Druckkraft auf das Mantelgesenk 24 ausgeübt. Diese radiale Druckkraft soll ein Abheben des Mantelgesenkes aufgrund eines vom umgeformten Metall des Werkstückes ausgeübten Gegendruckes verhindern. Um dies zu verhindern, muß eine ausreichend hohe Niederhaltekraft auf den Mantelring aufgebracht werden. Gemäß der Lehre der DE 33 04 075 C2 kann diese Niederhaltekraft entweder ausschließlich durch Hydraulikzylinder oder durch eine Kombination von Hydraulikzylindern, Druckfedern und hydraulisch verschwenkbaren Klauen, welche in Ausnehmungen des Mantelringes eingreifen, bewirkt werden. Nachteilig beim Gegenstand der DE 33 04 075 C2 ist, daß der gesamte Mantelring von dem Mantelgesenk abgehoben und vollständig entfernt werden muß, damit das Werkstück aus dem zweiteiligen Mantelgesenk entnommen werden kann. Nachteilig ist weiter, daß durch den Mantelring 26 hohe Kräfte auf das Mantelgesenk einwirken, so daß der Verschleiß der Werkzeuge vergleichsweise hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzugsweise zum Fließpressen 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 Ansprüchen 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 zurückfedernde Matrize eingeklemmt wird. Von daher wird die vom Ausstoßer aufzubringende Kraft wesentlich reduziert. Des weiteren vorteilhaft wird insbesondere bei langen Fertigteilen eine bessere Parallelität der Außenkontur erreicht. Bei herkömmlichen Umformverfahren mit herkömmlichen Vorrichtungen baut sich die bei der Umformung 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 verformt.

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 Ritzeln, aus. Dadurch wird die Qualität der Verzahnungsflanke in Ausstoßrichtung gegenüber den bisherigen Kaltfließpreßverfahren verbessert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung eins Fließpreßwerkzeuges,
2 bis 5 die Funktion des Fließpreßwerkzeuges gemäß 1 während eines Arbeitshubes und
6 den schematischen Detailaufbau der Matrize.
Das beschriebene Fließpreßwerkzeug ist, wie in 1 dargestellt, auf dem Pressentisch 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 entsprechenden 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 verstellbar. Durch ein entsprechendes Einstellen des oberen Anschlages 8 kann erreicht werden, daß die Matrize 5 über die Spannglocke 7 ständig eine, wenn auch reduzierte Druckeigenspannung als Restvorspannung behält. Dadurch wird die Vorspannungsamplitude reduziert, was zu einer weiteren Lebensdauererhöhung führt. Ein Antriebsgestänge 9 zum axialen Verschieben der Spannglocke 7 ist lediglich schematisch dargestellt. Die axiale Verschiebung der Spannglocke 7 kann über beliebige Mittel erfolgen. Dazu kann die Spannglocke indirekt über hydraulische oder mechanische Niederhaltekissen vom Stößel angetrieben werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Spannglocke 7 über separate, beispielsweise hydraulisch beaufschlagte Zusatzaggregate 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 2 bis 5 gezeigt. In der schematischen Darstellung gemäß 1 ist die Matrize 5 nicht belastet. Die Spannglocke 7 induziert keine zusätzliche Druckspannung in die Matrize 5. Der Rohling 6 liegt in der Formöffnung 4 der Matrize 5.
In 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 beaufschlagt ist, erfolgt der eigentliche Umformvorgang, wie er in 3 dargestellt ist. Dabei 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 besonders dann vorteilhaft möglich, wenn die Kraftbeaufschlagung der Spannglocke 7 abhängig 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 Umformvorganges die Matrize 5 eine im wesentlichen gleichbleibende innere Spannung behält. Die durch das Zusammenpressen von außen zusätzlich eingebrachte Druckspannung in der Matrize 5 hebt sich in etwa gegenüber der beim Umformen eingebrachten Zugspannung auf. Die zyklische Betriebsbeanspruchung kann dadurch bis gegen Null reduziert werden.
4 zeigt das Öffnen des Werkzeugs. Vorzugsweise gleichzeitig mit dem Zurückfahren des Stempels 2 wird auch die Spannglocke 7 gelöst.
5 zeigt den Arbeitsgang des Ausstoßens des Fertigteils 10.
In 6 ist schematisch der Aufbau der Matrize 5 gezeigt. Die Matrize 5 ist vorzugsweise zweiteilig ausgebildet. Das Matrizengrundteil 11 trägt zentral einen aus hoch festem Werkstoff hergestellten Matrizeneinsatz 12. Matrizengrundteil 11 und Matrizeneinsatz 12 sind vorzugsweise über eine Preßpassung miteinander verbunden.

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

Verfahren zum Umformen, vorzugsweise zum Fließpressen eines Werkstückes in einem Umformwerkzeug mit einem einen Stempel (2) tragenden oberen Stößel 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, wobei die Vorspannung der Matrize (5) durch die Spannglocke (7) vor oder während des Fließpressens erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftbeaufschlagung der Spannglocke (7) abhängig von der Umformkraft des Stößels aufgebracht wird und daß die Vorspannung der Matrize (5) vor dem Ausstoßen des Werkstückes wieder gelöst wird, um das Ausstoßen des Werkstückes durch den unteren Stößel oder Ausstoßer (3) zu erleichtern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannen der Matrize (5) während des Fließpressens mit steigender Spannkraft erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannung der Matrize (5) nur bis zu einer einstellbaren Restvorspannung erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spannglocke (7) vom oberen Stößel kraftbeaufschlagt niedergedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Anschläge (8) vorgesehen sind, welche die Axialbewegung der Spannglocke (7) begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen Stößel und der Spannglocke (7) ein hydraulisches oder mechanisches Niederhaltekissen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannglocke (7) durch ein separates, hydraulisch beaufschlagtes Zusatzaggregat niedergedrückt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (8) verstellbar sind.