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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugkassette, die insbesondere für eine Presse
zum Massivumformen vorgesehen ist.
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Zum
Massivumformen vorgesehene Pressen sind Maschinen, die durch spezielle
Werkzeuge im Rahmen ihrer Kapazität zur Herstellung unterschiedlicher
Werkstücke
eingerichtet werden können.
Beim Massivumformen durchlaufen die Werkstücke dabei in der Regel mehrere
Werkzeuge nacheinander, wobei sie ausgehend von einem Rohling stufenweise
mehr und mehr umgeformt werden, bis sie die gewünschte Form erhalten. Die Presse
weist dazu in der Regel lediglich einen Pressentisch und einen Stößel auf,
wobei die in Oberwerkzeug und Unterwerkzeug unterteilten Werkzeuge
jeweils gemeinsam mit dem Pressentisch bzw. dem Stößel verbunden
sind. Die Werkzeuge werden dazu in der Regel in sogenannten Werkzeugkassetten
gefasst. Für
anspruchsvolle Umformaufgaben sind Werkzeuge in Gebrauch, die beweglich
gelagerte Werkzeugteile aufweisen. Beispielsweise kann in dem Oberwerkzeug
und dem Unterwerkzeug jeweils eine beweglich gelagerte Matrize vorgesehen
sein, wobei die Matrizen jeweils eine Formhälfte einer Form bilden, die
bereits vor dem unteren Totpunkt des Pressenstößels geschlossen ist und in
der die Umformung durch mit dem Stößel fest verbundene Stempel
durchgeführt wird.
Die Form muss bei diesem Umformvorgang fest verschlossen werden,
d.h. die Formhälften
müssen zusammengepresst
werden. Jedoch können
die Formhälften
nicht fest mit dem Stößel und/oder
dem Pressentisch verbunden werden, denn die Form schließt bereits
vor Erreichen des unteren Totpunktes des Stößels.
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Um
die zum Zusammenhalten der Formhälften
erforderliche Kraft aufzubringen, sind in der Regel in dem Pressentisch
oder dem Stößel entsprechende Vorkehrungen
zu treffen. Der betreffende Werkzeugaufspannplatz muss dazu speziell
hergerichtet sein. Dies schränkt
jedoch die vielseitige Verwendbarkeit der Presse ein. Sollen entsprechende
Krafterzeugungseinrichtungen dagegen bspw. in einer Zwischenplatte
eingeordnet werden, die jeweils zwischen dem Pressentisch und dem
Unterwerkzeug bzw. dem Stößel und
dem Oberwerkzeug angeordnet wird, erfordert dies einen nicht unerheblichen
Einbauraum, was ebenfalls abzulehnen ist.
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Sowohl
bei der Lösung
mit Zwischenplatte als auch bei Pressen mit eingebauten Krafterzeugungseinrichtungen
(auch bezeichnet als: Schließeinrichtungen)
muss festgelegt sein, in welchen Stationen, d.h. Werkzeugpositionen
die Krafterzeugungseinrichtungen erforderlich sind. Es ist weder zweckmäßig noch
zu wünschen,
in jeder Position gewissermaßen
vorbeugend Krafterzeugungseinrichtungen vorzusehen. Außer dem
damit verbundenen konstruktiven Aufwand sind damit auch die Einsatzmöglichkeiten
der Presse beschränkt.
Aus der
DE 197 22
228 A1 ist eine Schmiedemaschine mit verschiedenen Umformstufen
bekannt. Die Schmiedemaschine weist eine Werkzeugkassette auf, deren verschiedene
Umformstufen so ausgebildet sind, dass ein maschinengesteuertes
Auswechseln erleichtert wird. Die Gesenkkassette weist Formhälften auf,
die jeweils starr ausgebildet sind.
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Des
Weiteren zeigt die
US 4,918,970 eine Gesenkanordnung
mit Werkzeugaufnahmen. In die Werkzeugaufnahmen sind Matrizen einzusetzen,
denen jeweils eine Führung
zugeordnet ist. Die Matrizen sind insoweit beweglich gelagert. Jeder
beweglich gelagerten Matrize ist ein Stempel zugeordnet, der in
dem Werkzeuggestell ortsfest gelagert ist. Eine Schließeinrichtung
spannt die Matrizen vor.
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Die
Schließeinrichtung
ist von der Werkzeugkassette gesondert ausgebildet.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen durch
die bewegliche Werkzeugteile an einer vielseitig verwendbaren Presse
auf einfache Weise mit einer erforderlichen Haltekraft beaufschlagbar
sind.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe auf besonders einfache Weise:
Erfindungsgemäß ist zur
Aufnahme der Werkzeuge eine Werkzeugkassette vorgesehen, die Werkzeuge mit
beweglichen Matrizen aufnehmen können
und die wenigstens eine Krafterzeugungseinrichtung, d.h. eine Schließeinrichtung
für die
betreffende Matrize enthält.
Das Werkzeuggestell weist in der Kassette mehrere Werkzeuglagereinrichtungen
auf, an denen jeweils einzelne der jeweiligen Umformstufen entsprechende
Werkzeuge ortsfest oder beweglich anzuordnen sind. Wenigstens eine
der Umformstufen benötigt
einen beweglich gelagerten Werkzeugteil, der hier als Matrize bezeichnet
wird. Zur beweglichen Lagerung desselben ist an der Werkzeuglagereinrichtung
eine Führung
vorgesehen. Die Werkzeugkassette kann entsprechend mit einer oder
mehreren Führungen
versehen sein.
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Um
die Matrize in einer Bewegungsrichtung, die der Arbeitsrichtung
der Presse entgegengerichtet ist, vorspannen zu können, ist
in der Werkzeugkassette eine ungesteuerte oder gesteuerte Krafterzeugungseinrichtung
(Federeinrichtung) angeordnet, die vollständig in oder an dem Gestell
an der Werkzeugkassette angeordnet ist. Damit sind alle Einrichtungen,
die an einer entsprechenden Umformstufe zum Aufbringen der Schließkraft der
Matrizen benötigt werden,
in oder an der Werkzeugkassette und somit auch in oder an dem Werkzeuggestell
untergebracht. Der betreffende Bereich des Stößels bzw. des Pressentischs
bedarf keiner gesonderten Herrichtung. Es ist nur ein Gestell erforderlich,
in das Kassetten mit oder ohne Schließvorrichtungen eingebaut werden können. Die
Schließvorrichtungen
können
in jede Stufe eingebaut werden, in der sie benötigt werden. Weder am Stößel noch
an der Aufnahmeplatte sind Sonderausführungen erforderlich. Dies
erhöht
die Flexibilität
der Presse und verringert die Kosten bei deren Herstellung. Evtl.
vorhandene Zwischenplatten zwischen der Werkzeugkassette und dem
Pressentisch benötigen
keinen nennenswerten Einbauraum, denn sie können dünner sein als der erforderliche Matrizenhub.
Dadurch wird die vorhandene Einbauhöhe einer Presse, die den Werkzeugeinbauraum festlegt,
nicht vermindert. Außerdem
kann die Zwischenplatte unspezifisch zur Aufnahme unterschiedlicher
Kassetten eingerichtet sein.
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Die
Kassetten sind vorzugsweise über
konische Aufnahmen in der Grun- und/oder Kopfplatte des Werkzeuggestells
fixiert. Sie sind somit leicht zu wechseln und können manuell oder hydraulisch
gespannt werden.
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Die
Matrize stützt
sich über
die Krafterzeugungseinrichtung an dem Werkzeuggestell, d.h. an der
Kassette oder auch an der Grundplatte ab. Die Krafterzeugungseinrichtung
kann in Ausgestaltung der Erfindung auch mit der Werkzeuglagereinrichtung
zu einer Einrichtung vereinigt sein. Die Vorspannrichtung, die die
Federrichtung vorgibt, ist wie auch die Bewegungsrichtung der Werkzeuglagereinrichtung
parallel zu der Bewegungsrichtung des Stößels ausgerichtet. Für die den
Unterwerkzeugen zugeordnete Werkzeugkassette ist die Vorspannrichtung
der Arbeitsrichtung des Stößels entgegengerichtet,
während
sie bei der stößelseitigen
Kassette mit der Arbeitsrichtung des Stößels übereinstimmt.
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Durch
die Krafterzeugungs- oder Schließeinrichtung wird die Matrize
definiert gegen einen Anschlag gespannt, so dass sich das Werkzeug,
sobald die Krafterzeugungseinrichtung an ihrem Anschlag angekommen
ist, öffnen
kann. Der von der Krafterzeugungseinrichtung, der Führungseinrichtung
und dem Anschlag festgelegten Hub ist somit geringer als der Pressenhub.
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Die
Krafterzeugungseinrichtung kann eine im Wesentlichen konstante Kraft
erzeugen. Dies ist insbesondere mit einer pneumatischen Krafterzeugungseinrichtung
(pneumatische Federeinrichtung) möglich, die durch einen oder
mehrere Kolben gebildet wird, die über einen Druckspeicher mit
Druckluft oder einem unter Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagt
sind. In diesem Fall ist der Druckspeicher von der Werkzeugkassette
getragen. Die Werkzeugkassette kann gewechselt werden, ohne dass dazu
Druckleitungen unterbrochen, Druckgefäße entleert oder sonstige aufwendige
Maßnahmen durchgeführt werden
müssten.
Ist die bei der Bewegung der Matrize in dem Pneumatiksystem vorhandene
Volumenänderung
gering, erzeugt die Krafterzeugungseinrichtung eine nahezu konstante
Kraft. Werden größere Volumenänderungen
erzeugt, kann eine etwa linear ansteigende Kraft-WegKennlinie erhalten
werden. Außerdem
ist es möglich,
eine progressive Federkennlinie zu erzeugen. Dies gilt entsprechend
auch für
mechanische Federn wie bspw. Schraubenfedern, Tellerfedern oder
mehrere anderweitige relativ starke Druckfedern.
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Pneumatische
Federeinrichtungen können bedarfsweise
mit einer Einstelleinrichtung zur Beeinflussung der erzeugten Kraft
versehen sein. Eine solche Einstelleinrichtung ist im einfachsten
Fall ein Füll- oder
Ablassventil, mit dem der Druck in dem zu der Federeinrichtung gehörigen Druckspeicher
geändert werden
kann. Damit ist die Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten
möglich.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder
Unteransprüchen.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
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1 eine
Presse zum Massivumformen, die mit einem mehrstufigen Werkzeuggestell
in Kassettenbauweise versehen ist, in schematischer Perspektivdarstellung;
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2 das
Werkzeuggestell und die Werkzeugkassette der Presse nach 1,
in einer Querschnittsdarstellung vor dem Schließen der Werkzeuge;
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3 das
Werkzeuggestell und die Werkzeugkassette nach 2,
mit geschlossenem Werkstück,
in Querschnittsdarstellung;
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4 das
Werkzeuggestell und die Werkzeugkassette nach 2 und 3,
nach dem Umformvorgang, in Querschnittsdarstellung und
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5 eine
abgewandelte Ausführungsform des
Werkzeuggestells und der Werkzeugkassette mit offenem Werkzeug,
in schematisierter Querschnittsdarstellung.
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In 1 ist
eine zum Massivumformen vorgesehene Presse 1 schematisch
veranschaulicht. Sie weist ein Pressengestell 2 auf, an
oder in dem ein Stößel 3 in
einer durch einen Pfeil 4 bezeichneten Richtung hin und
hergehend verschiebbar gelagert ist. Dem Stößel gegenüberliegend ist ein Tisch 5 vorgesehen,
der eine Aufspannfläche 6 zur
Aufnahme eines unteren Werkzeugteils 7 aufweist. Der Stößel 3 weist
eine entsprechende, der Aufspannfläche 6 gegenüberliegende
Aufspannfläche 8 auf,
die der Aufnahme eines oberen Werkzeugteils 9 dient. Die Werkzeugteile 7 und 9 bilden
gemeinsam ein Werkzeug 11.
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Das
Werkzeug 11 ist ein Mehrstufenwerkzeug, das im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
fünf Werkzeugstufen 11a, 11b, 11c, 11d, 11e aufweist. Jede
Werkzeugstufe 11a bis 11e führt bei einem Umformvorgang
eine Umformung an einem Werkstück aus,
das die Werkzeugstufen 11a bis 11e nacheinander
durchlaufen. Weil alle Werkzeugstufen 11a bis 11e an
dem gleichen Stößel 3 und
auf dem gleichen Tisch 6 angeordnet sind, arbeiten sie
im Gleichtakt. Zum Fortbewegen der Werkstücke von Werkzeugstufe zu Werkzeugstufe
dient eine Transfereinrichtung, die nicht weiter veranschaulicht
ist.
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Das
Werkzeug 11 kann ein oder mehrere Umformstufen enthalten,
in denen das Werkstück
in einer geschlossenen Form umgeformt wird, in die die eigentlichen
Umformwerkzeuge eindringen, wenn die Form geschlossen ist, um das
Werkstückmaterial
zu verdrängen.
Eine solche Werkzeugstufe ist in 2 veranschaulicht.
Der obere Werkzeugteil 9 und der untere Werkzeugteil 7 des
Werkzeugs 11 weisen jeweils ein Werkzeuggestell 14 auf,
die untereinander im wesentlichen gleich ausgebildet sind. Die nachfolgende
Beschreibung des unteren Werkzeugteils 7 gilt somit entsprechend
für den
oberen Werkzeugteil 9. In den Figuren sind entsprechend
gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Zu
dem Werkzeuggestell 14 gehören eine Werkzeugkassette 14a und
eine Grundplatte 14b, die auf der Aufspannfläche 6 (8)
montiert ist. Die Werkzeugkassette 14a weist Werkzeuglagereinrichtungen 15 auf,
an denen Führungen 16 für Matrizen 17 angeordnet
sind. Die Führung 16 wird
beispielsweise durch die Wandung einer Zylinderöffnung gebildet, in der die
Matrize 17 in einer mit der Arbeitsrichtung (Pfeil 4)
des Stößels 3 übereinstimmenden
Richtung verschiebbar gelagert ist. Die entsprechende Öffnung weist
an der von der Aufspannfläche
ab 6 (8) abliegenden Seite eine nach innen vorspringende Ringschulter 18 auf,
die als Anschlagmittel für
die Matrize 17 dient. An der Matrize 17, die ansonsten eine
z.B. zylindrische Außenumfangsfläche 19 aufweist,
ist ein radial nach außen
vorspringender Flansch 21 vorgesehen, der mit der Ringschulter 18 in
Anlage kommen kann und verhindert, dass die Matrize 187 aus
dem Werkzeuggestell 14, d.h. aus der Werkzeugkassette 14a,
herauskommt. In manchen Fällen
können
die Werkzeugkassetten 14a auch unterschiedlich ausgebildet
sein, z.B. wenn nur eine Matrize 17 beweglich und die gegenüberliegende fest
sein soll.
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Die
Matrize 17 bildet eine Formhälfte oder ein Gesenk, dessen
Gravur 22 die Außenform
eines umzuformenden Werkstücks
festlegt. Die Matrize 17 kann dazu einen entsprechenden
Einsatz 23 aufweisen. Die Matrize 17 des oberen
Werkzeugteils 9 und die Matrize 17 des unteren
Werkzeugteils 7 haben an ihren einander zugewandten Seiten
eine solche Kontur, dass sie, wie 3 veranschaulicht,
ineinander passen, wobei die beiden Einsätze 23 dann einen Hohlraum 24 umschließen. Der
Hohlraum 24 ist bei einer Trennfuge 25 geschlossen,
bei der die entsprechenden Einsätze 23 mit
ihren vorzugsweise planen Stirnflächen fest aneinander angepresst
sind.
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Zum
Anpressen der Matrizen 17 gegeneinander während des
letzten Abschnitts der Abwärtsbewegung
des Stößels 3,
d.h. als Schließvorrichtung, dienen
Federmittel 26, die zumindest weitgehend in oder an der
Werkzeugkassette 14a untergebracht sind. Die Federmittel
können,
wie in den 2, 3 und 4 veranschaulicht,
ein oder mehrere Druckfedern sein, bei spielsweise Schraubenfedern, deren
Längsachse
mit der Bewegungsrichtung der Matrize 17 übereinstimmt
und von denen mehrere auf einem zu der Matrize 17 konzentrischen
Kreis angeordnet sind. Die das Federmittel 26 bildenden Schraubenfedern 27 spannen
dann die Matrize 17 auf ihre am weitesten aus der Werkzeugkassette 14a herausgeschobene
Position vor, so dass der Flansch 21 an der Ringschulter 18 anliegt.
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Der
Einsatz 23 weist eine Öffnung 28 auf, durch
die ein Stempel 29 in den von den Matrizen 17 umschlossenen
Innenraum 24 eintreten kann. Der Stempel 29 ist
in der Werkzeukassette 14a feststehend angeordnet und bildet
ein Umformwerkzeug. Seine Länge
ist so bemessen, dass er nicht in den Innenraum 24 ragt,
wenn die Matrize 17 mit ihren Flansch 21 an der
Ringschulter 18 anliegt. Der Stempel 29 kann in
der Werkzeugkassette 14a auswechselbar gelagert sein. Zu
seiner Halterung und Lagerung kann eine Platte 31 dienen,
die in der Werkzeugkassette 14a untergebracht ist.
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Auf
dem Stempel 29 sitzt konzentrisch zu diesem und verschiebbar
gelagert eine Auswerferhülse 32,
die in Ruhestellung, d.h. wenn die Matrize 17 sich in ihrer
am weitesten vorgeschobenen Position befindet, ebenfalls nicht in
den Innenraum 24 ragt. Die Auswerferhülse ist über einen oder mehrere Druckstifte 33 betätigbar,
die an der innenliegenden ringförmigen
Stirnfläche
der Auswerferhülse 32 angreifen.
Der Druckstift 33 durchragt die Werkzeugkassette 14a und
steht mit seinem anderen Ende mit einem entsprechenden Betätigungsstempel 34 in
Anlage. Ein solcher ist sowohl in dem Tisch 5 als auch in
dem Stößel 3 untergebracht.
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Das
insoweit beschriebene Werkzeug 11 arbeitet wie folgt
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In
das offene Werkzeug (siehe 2) wird ein
Werkstückrohling
eingelegt, während
sich der Stößel 3 abwärts bewegt.
Dabei setzen zunächst
die Matrizen 17 aufeinander auf, wie es in 3 dargestellt
ist. Das hier in die Matrize eingelegte Werkstück 40 ist in vorausgegangenen
Umformvorgängen
aus einem Rohling bereits vorgeformt worden und weist einen seitlichen
Fortsatz 41 auf, der in einen entsprechenden seitlichen
Fortsatz des Innenraums 24 passt. Bei der weiteren Abwärtsbewegung
des Stößels 3 können die
Matrizen 17 keine Relativbewegung mehr ausführen. Sie
sitzen bei der Trennfuge 25 aufeinander auf. Die Federeinrichtung 26 presst nun
die Matrizen 17 zunehmend aufeinander, während sich
der Stößel 3 weiter
in Richtung auf seinen unteren Totpunkt bewegt. Die Flansche 21 der
Matrizen 17 heben deshalb von den Ringschultern 18 ab. Im
weiteren dringen die Stempel 29 (Napfstempel) in den Innenraum 24 vor
und formen das Werkstück 40 weiter
um. Ein aufsteigender Rand 42 desselben findet Anlage an
der ringförmigen
Stirnfläche
der Auswerferhülse 32,
die ebenfalls einen Teil der Begrenzung des Innenraums 27 bildet.
Ist der untere Totpunkt durchlaufen, ist sogleich das Ende des Umformvorgangs
erreicht. Der Stößel 3 bewegt
sich nun von dem Tisch 5 weg, womit zunächst die Stempel 29 aus
dem Innenraum 24 herausfahren und die Matrizen, sobald
ihre Flansche 21 an den Ringschultern 18 ihrer
Anlage gefunden haben, öffnen.
Das Teil 40 kann entnommen und der nächsten Umformstufe zugeführt werden.
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Bei
einer abgewandelten Ausführungsform, die
in 5 veranschaulicht ist, wird das Federmittel 26 durch
ein oder mehreren Druckzylinder gebildet, deren Kolben 45 in
entsprechenden Zylinderbohrungen 46 der Platte 31 sitzen.
Bei der dargestellten Ausführungsform
ist der Kolben 45 ein Ringkolben, der in einem ringförmigen Zylinderraum
untergebracht ist. Abweichend davon können auch mehrere Kolben 45 in
zueinander parallelen Zylinderbohrungen verschiebbar gelagert sei.
Die Kolben 4 stützen sich
mit ihren Stirnflächen
an der innenliegenden Druckfläche
der Matrize 17 ab. Mit ihrer anderen Stirnfläche teilen
die Kolben 45 in den Zylinderbohrungen 46 oder
einer Zylinderbüchse 46a jeweils
einen Arbeitsraum 47 ab, der mit einem unter Druck stehendem
Fluid beaufschlagt ist. (Bei der Ringkolbenvariante ist ein ringförmiger Arbeitsraum 47 ausgebildet.)
Das Fluid, vorzugsweise Hydrauliköl, Luft oder Stickstoff steht
mit einem Druckspeicher 48 in Verbindung der von der Werkzeugkassette 14a getragen
wird oder in diese integriert ist. Der Druckspeicher 48 steht über entsprechende
Kanäle 49 mit
den Arbeitsräumen 47 in
Verbindung.
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Um
eine Einstellung der die Matrize 17 beaufschlagenden Kraft
zu erreichen, können
die Kanäle 49 mit
einer Ventileinrichtung 51 verbunden sein. Die Ventileinrichtung 51 kann
sowohl ein Füllventil
als auch ein Ablassventil enthalten. Die Ventileinrichtung 51 ist
jedoch vorzugsweise nicht permanent mit Druckleitungen oder sonstigen
Steuerorganen verbunden. Dadurch kann auch bei dieser Ausführungsform,
wie bei der vorstehenden Ausführungsform,
ein Werkzeugwechsel durch Auswechseln der Werkzeugkassetten 14a oder
auch der Werkzeuggestelle 14 vorgenommen werden. Weder
an dem Pressentisch 5, noch an dem Stößel 3 sind Schließvorrichtungen
für die
Matrizen 17 oder auch nur Anschlussmöglichkeiten für Schließvorrichtungen
vorzusehen. Die Schließvorrichtung,
die durch die Federeinrichtung 26 gebildet wird, ist Teil
der Werkzeugkassette 14a und somit von der Presse 1 unabhängig. Die
Werkzeugkassette 14a kann in Pressen 1 eingebaut
werden, die keinerlei Schließvorrichtungen
aufweisen und auch nicht für
den Einbau einer solchen eingerichtet sind. Dank dieses Konzepts
sind die Pressen vielseitiger verwendbar und kostengünstiger
herzustellen.
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Die
Kassette 14a ist mit dem Werkzeuggestell 14 über eine
konische Aufnahme 55 verbunden. Diese kann über Schrauben,
hydraulische Spannmittel oder sonstige Spanneinrichtungen fixiert
werden. Die Kassetten sind somit leicht zu wechseln.
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Für eine Presse 1 zum
Massivumformen ist ein Werkzeuggestell 14 vorgesehen, das
Schließeinrichtungen
aufweist. Die Schließeinrichtungen
dienen zum Schließen
von Matrizen 17 die Formhälften für einen Umformvorgang bilden,
der in der geschlossenen Form abläuft. Die Schließvorrichtungen
beinhalten Antriebseinrichtungen und sind mit diesen in oder an
der Werkzeugkassette 14a untergebracht. Sie werden von
einer Federeinrichtung 26 gebildet, wobei die Schließkraft über die
Schließeinrichtung (Feder,
Luftfeder, Rinkolben mit Stickstoffspeicher) aufgebracht wir. Die
Schließbewegung
wird über
die Stößelbewegung
ausgeführt.