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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines erweiterten Endabschnitts
eines Stabes durch Stauchschmieden, wie in dem Oberbegriff von Anspruch
1 angeführt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Werkzeug zur Umsetzung des Verfahrens.
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Aus "Handbuch des Schmiedes", Hans W. Haller,
Carl Hanser Verlag 1971, Seiten 462, 463 ist bekannt, daß ein Stab
in dem Kanal des Formteiles gehalten werden kann und daß der ganze
zu stauchende Abschnitt sich in den Hohlraum erstreckt, wobei der
Stab einen vollen kreisförmigen
Querschnitt hat und der vergrößerte Endabschnitt
einen größeren Durchmesser
als der Stab hat.
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Das
Volumen des vergrößerten Endabschnitts
entspricht dabei dem Volumen des Stababschnitts, der ursprünglich in
dem Hohlraum angeordnet war. Wenn der vergrößerte Endabschnitt groß werden
soll, muß der
nicht gestauchte Endabschnitt des Stabes entsprechend lang sein,
und insbesondere wenn die Länge
des nicht gestauchten Endabschnitts eine Länge übersteigt, die annähernd das
Sechsfache des Durchmessers des Stabes beträgt, besteht das Risiko, daß während des
anfänglichen
Stauchvorgangs, d. h. während
des Einflusses einer mittigen Knickbelastung, die von der vorstehend
genannten Wand oder dem Wandteil ausgeübt wird, der Stababschnitt
nach außen
gebogen wird und mit der Seitenwand des Hohlraums in Berührung kommt.
Es ist möglich,
daß der
Stababschnitt in dem Hohlraum gebogen wird. Mit fortschreitendem Stauchvorgang
können
daher gefaltete Stababschnitte in Berührung miteinander kommen, ohne daß diese
Seiten vollständig
verbunden sind. Der vollendete vergrößerte Stababschnitt kann folglich sehr
inhomogen mit deutlichen Faltlinien oder Oberflächen sein. Wenn dieser Stab
Teil einer Tragstruktur ist, versteht sich, daß das Vorkommen derartiger
geschwächter
Abschnitte nicht akzeptabel ist und daß die Verwendung eines derartigen
Verfahrens zu einem großen
Prozentsatz von Ausschussprodukten während der Herstellung führen kann.
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In
der
US 2,755,546 ist
ein Prozeß für das Stauchen
eines Rohlings gezeigt, bei welchem der Rohling erwärmt wird
und dann in einen Hohlraum plaziert wird, der durch erste Hohlraumteile
gebildet wird, wobei der Durchmesser des Hohlraums mit dem Durchmesser
des Rohlings korrespondiert. Angrenzend an die Hohlraumteile sind
zweite Hohlraumteile angeordnet, welche einen Zylinder mit einem
Durchmesser bilden, der größer ist
als der Durchmesser des Hohlraums, der durch die ersten Hohlraumteile
gebildet ist. Ein Kolben ist in dem Zylinder derart angeordnet,
daß die
Größe des Hohlraums
während
des Stauchprozesses vergrößert werden
kann. Der Stauchprozeß findet
statt, indem der Rohling durch den Hohlraum, der durch die ersten
Hohlraumeile gebildet wird, und gegen den Kolben gedrückt wird.
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In
der
US 5,832,588 ist
eine Anordnung gezeigt, bei der ein Rohrendabschnitt an einem Abschnitt
einer Halterung fixiert wird, indem das Rohr durch axiale Bewegung
von Backen verformt wird, die einen einwärts gerichteten nasenförmigen Vorsprung
aufweisen. Die Außenfläche des
Rohrs jedoch kann nicht präzise
geformt werden, weil sie nicht durch einen formenden Raum unterstützt wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Werkzeug der vorstehend
genannten Art zu schaffen, bei welchen dieser Nachteil nicht auftritt.
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Das
Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird durch die in den Ansprüchen
dargelegten kennzeichnenden Merkmale dargestellt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezug auf die Zeichnung
beschrieben, die die Ausführungsformen
des Werkzeugs gemäß der Erfindung
schematisch darstellt.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Werkzeugs,
in der die Hälften
desselben voneinander getrennt sind und in das Werkzeug ein Stab
eingeführt
ist, von dem ein Abschnitt ausgeschnitten ist.
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2 bis 4 sind
Seitenansichten eines Stauchwerkzeugs des in 1 dargestellten
Typs und eines in das Werkzeug eingeführten Stabes, wobei ein Abschnitt
des Werkzeugs ausgeschnitten ist und die Ansichten die Position
der Teile während
des Stauchprozesses zeigen, insbesondere unmittelbar vor dem Beginn
des Stauchvorgangs, nach der Hälfte des
Verlaufes des Stauchprozesses bzw. nach dem Abschluss des Stauchens.
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5 ist
ein Längsschnitt
durch eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Werkzeugs,
wobei ein rohrförmiger
Stab in das Werkzeug eingeführt
ist.
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6 ist
eine Längsschnittansicht ähnlich der
in 5 gezeigten, wobei jedoch Teile ausgeschnitten
sind und der Stab gestaucht wurde.
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7 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in 6.
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Wie 1 bis 4 zeigen,
umfasst das Werkzeug eine obere Hälfte 2 und eine untere
Hälfte 4 mit
jeweiligen Kontaktflächen 6, 8,
die für
den gegenseitigen Kontakt ausgelegt sind, wenn die Hälften 2, 4 miteinander
verbunden sind.
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In
jeder der Werkzeughälften
ist ein kanalförmiger
Durchgangsabschnitt 10 bzw. 12 vorgesehen, der
von einer Seitenwand 14 bzw. 16 der Werkzeughälften ausgeht
und an einem Punkt 18 bzw. 20 endet, der von dieser
Seitenwand beabstandet angeordnet ist. In der Figur haben die Durchgangsabschnitte
einen halbkreisförmigen
Querschnitt, sie können
jedoch auch einen Querschnitt mit einer anderen Form haben.
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An
dem Punkt 18, 20 verändert sich jeder der Durchgangsabschnitte 10, 12 zu
einem erweiterten Abschnitt oder Fach 22 bzw. 24,
das jeweils zu einem Punkt 26 bzw. 28 in den Werkzeughälften 2, 4 verläuft. An
diesen Punkten sind die erweiterten Abschnitte 22, 24 durch
jeweilige Wandabschnitte 30 bzw. 32 der Werkzeughälften 2, 4 begrenzt.
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Wenn
die Werkzeughälften 2, 4 zusammengefügt werden,
bilden die Durchgangsabschnitte 10, 12 einen Durchgang 40,
die Wandabschnitte bilden eine Wand bzw. ein Wandteil 42 und
die erweiterten Abschnitte oder Fächer 22, 24 bilden
einen Hohlraum 44 (3). Somit
enthält
die Werkzeughälftenanordnung
einen Abschnitt, der dem Formteil und dem Wandteil entspricht, wie
eingangs beschrieben wurde.
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In
den Durchgang 40 wird ein erster Endabschnitt 46 eines
Stabes 48 eingeführt,
dessen Querschnitt an den Querschnitt des Durchgangs 40 angepasst
ist, wobei ein Abschnitt 39 des Stabes 48 auch
in den Hohlraum 44 vorragt und an der Wand 42 anliegt.
Der Stab 48 ist aus einem Material hergestellt, das durch
Erwärmen
fließfähig gemacht
werden kann, beispielsweise schmiedbarer Stahl.
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An
der nach außen
weisenden Seite der Wand 42 liegt ein erster Kolben 52 einer
Stempeleinrichtung, wie z. B. eines Hydraulikzylinders 50 an. Der
zweite Endabschnitt 47 des Stabes 48 liegt an
einem Stopper 54 an.
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Durch
die Wand 42 ist eine Bohrung 56 (nur in 1 gezeigt)
vorgesehen, die parallel zur Längsachse
des Durchgangs verläuft
und in der verschieblich ein zweiter Kolben oder Stempel 58 vorgesehen ist,
der mittels einer Stempeleinrichtung (nicht dargestellt) in axialer
Richtung bewegt werden kann, welche beispielsweise innerhalb des
ersten Kolbens 52 angeordnet sein kann. Mittels dieser
Stempeleinrichtung kann ein Endabschnitt des Kolbens 58 zwischen einer
ersten Position, in der er in den Hohlraum 44 vorragt,
und einer zweiten Position, in der er nicht in den Hohlraum 44 vorragt,
bewegt werden, wobei die Stirnfläche
des Kolbens beispielsweise in einer Ebene mit der Oberfläche der
Wand 42, die in den Hohlraum 44 weist, liegen
kann.
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Anstelle
des Stoppers 54 können
zwei zusätzliche
Werkzeughälften
und möglicherweise
ein zusätzlicher
Hydraulikzylinder (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche relativ
zu dem Werkzeug 2, 4 um 180° gedreht sind, und der Hydraulikzylinder 50 und
der zweite Endabschnitt des Stabes 48 verlaufen in diese
zusätzlichen
Werkzeughälften
in derselben Weise wie vorstehend im Hinblick auf den ersten Endabschnitt
beschrieben.
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Die
Funktion des Werkzeugs wird nachfolgend unter Bezug auf 2 bis 4 beschrieben, die
verschiedene Stufen des Stauchprozesses des Stabes zeigen, unter
der Annahme, dass der Stab aus schmiedbarem Stahl hergestellt ist.
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Zunächst wird
ein Endabschnitt mit einer Länge
A des Stabes 48 auf Schmiedetemperatur erwärmt, d.
h. die Temperatur, bei der der Schmiedevorgang durchgeführt werden
kann. Dies kann mittels Induktionserwärmung durchgeführt werden.
Dieser Endabschnitt wird anschließend in den Durchgang 40 eingeführt, beispielsweise
wenn die Werkzeughälften
getrennt sind, woraufhin sie miteinander verbunden werden, oder
in der Weise, daß der
Stab axial in den Durchgang 40 eingeführt wird und das erste Ende
des Stabes an der Wand 42 zum Anliegen gebracht wird. Die
Länge A
dieses Endabschnitts ist kleiner als die Gesamtlänge des Durchgangs 40 und des
Hohlraumes 44 und ein Stababschnitt mit einer Länge B, der
nicht auf Schmiedetemperatur erwärmt wurde,
erstreckt sich in den verbleibenden Abschnitt oder einen Eingangsabschnitt 41 des
Durchgangs 40.
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Der
zweite Endabschnitt 47 des Stabes wird anschließend zum
Anliegen an dem Stopper 54 gebracht und der erste Kolben 52 wird
zum Anliegen an der Außenseite
der Wand 42 gebracht. Wenn eine Bohrung in der Wand 42 und
ein zweiter Kolben 58 vorgesehen sind, kann dieser Kolben 58 in
eine Position gebracht werden, in der sein Ende mit der Innenseite
der Wand 42 fluchtet. Diese Relativposition der Bestandteile
bildet eine Anfangsposition unmittelbar bevor das Stauchen bzw.
der Schmiedeprozess beginnt.
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Der
Hydraulikzylinder 50 wird anschließend betätigt, wodurch der Kolben 52 das
Werkzeug 2, 4 in Richtung des Stoppers 54 schiebt.
Während
der folgenden Relativbewegung des Werkzeugs 2, 4 und des
Stabes 48 werden Stababschnitte, die Schmiedetemperatur
haben und die am nächsten
an dem Hohlraum liegen, aufeinanderfolgend in. den Hohlraum 44 gebracht,
wo sie gestaucht werden, wie 2 zeigt,
während
die Abschnitte des Stabes, die Schmiedetemperatur haben, jedoch
in dem Durchgang 40 angeordnet sind, nicht gestaucht werden.
Da der Stababschnitt 41, der nicht auf Schmiedetemperatur
ist, anfänglich
in dem Eingangsabschnitt des Durchgangs angeordnet ist, ist sichergestellt,
daß der
Abschnitt des Stabes, der außerhalb
des Werkzeugs 2, 4 angeordnet ist, nicht gestaucht
wird.
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Wenn
der Kolben 52 das Werkzeug 2, 4 in die
in 3 gezeigte Position bewegt hat, wurde ein so großer Abschnitt
des Stabes gestaucht, daß der Hohlraum 44 mit
Stabmaterial gefüllt
ist.
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Wenn
ein zweiter Kolben 58 vorgesehen ist, kann dieser während des
Schmiedens in den Hohlraum 44 bewegt werden, mit dem Resultat,
daß er seine
Endposition erreicht hat, bevor der Hohlraum 44 gefüllt wurde.
Eine axial verlaufende Ausnehmung wird dadurch in dem geschmiedeten
Material erzielt. Nach dem Schmiedevorgang kann der zweite Kolben 58 aus
dem Hohlraum 44 zurückgezogen
werden.
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Die
Werkzeughälften 2, 4 können anschließend getrennt
werden und der Stab daraus entnommen werden.
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Wenn
ein zusätzliches
Werkzeug oder zusätzliche
Werkzeughälften
wie vorstehend erwähnt vorgesehen
sind, können
beide Endabschnitte des Stabes auf Schmiedetemperatur erwärmt werden und
in den jeweiligen Durchgängen
plaziert werden. Die gesamte Hubdistanz für den ersten Kolben ist dann
die doppelte Distanz, die der Kolben zurücklegt, wenn nur ein Werkzeug 2, 4 vorgesehen
ist. Es versteht sich, daß der
Mittelpunkt zwischen den Stabenden dann in 2 bis 4 nach
links bewegt wird. Um sicherzustellen, daß der Stab während des
Stauchens der beiden Stabendabschnitte nicht bewegt wird, kann anstelle
des Stoppers 54 ein zusätzlicher Hydraulikzylinder
vorgesehen werden, da die Hubdistanz des Kolbens des Hydraulikzylinders
festgelegt werden kann, beispielsweise durch Vorsehen von Stoppern
für dieselben.
Dies kann die Handhabung des Stabes erleichtern, wenn er in einer
automatisierten Herstellungslinie verarbeitet wird.
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Eine
zweite Ausführungsform
eines Werkzeugs gemäß der Erfindung
ist in 5 bis 7 dargestellt, in denen die
Bezugszeichen für
Bestandteile mit derselben Funktion wie Bestandteile gemäß 1 bis 4 um
100 erhöht
wurden.
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In
dieser Ausführungsform
ist es Aufgabe des Schmiedevorgangs, einen ersten Endabschnitt eines
rohrförmigen
Stabes oder Hohlprofiles mit einem Stück zu verbinden, das wie nachfolgend
angegeben an den Stab angepasst wird, um zu verhindern, daß der Stab
axial aus dem Stück
herausgezogen wird oder um seine Längsachse relativ zu dem Stück gedreht
wird.
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Wie 5 bis 7 zeigen,
umfasst das Werkzeug dafür
ein längliches,
beispielsweise gefrästes
Stück 60,
dessen einer Endabschnitt einen Kernabschnitt oder Kern 62 bildet,
dessen Querschnittskontur der inneren Querschnittskontur eines rohrförmigen Stabes 148 entspricht.
Der Kern 62 hat eine Ausnehmung 64 und im Abstand
von dieser hat das Stück
einen Anschlag 66, der radial nach außen verläuft und zu dem Kern 62 weist.
Der Abschnitt der Kernoberfläche,
der zwischen der Ausnehmung 64 und dem Anschlag 66 gelegen
ist, bildet eine axial verlaufende erste Tragoberfläche 68.
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An
der Außenseite
des Kernes 62 können zwei
Werkzeughälften 102, 104 mit
kanalförmigen Durchgangsabschnitten 110, 112 angebracht
werden, die bei verbundenen Hälften
einen Durchgang 140 bilden, dessen Querschnittskontur der
Außenkontur
des Stabquerschnitts entspricht. An einem Ende haben die Werkzeughälften 102, 104 jeweilige Wandabschnitte,
die zusammen eine Wand oder einen Wandteil 142 mit einem
Loch bilden, dessen Kontur der Außenkontur des Querschnitts
der ersten Tragoberfläche
entspricht und dessen Oberfläche eine
zweite Tragoberfläche 70 bildet.
Die Länge
der Werkzeughälften 102, 104 entspricht
der Länge
des Kernes 62.
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Wenn
die Werkzeughälften 102, 104 verbunden
werden und die Außenseite
der Wand 142 an dem Anschlag 66 anliegt, liegt
die zweite Tragoberfläche 70 an
der ersten Tragoberfläche 68 an,
was zu einer Ausrichtung der Werkzeughälftenanordnung 102, 104 axial
relativ zu dem Kern 62 führt. Ferner ist zwischen dem
Kern 62 und der Werkzeughälftenanordnung eine Öffnung 72 gebildet,
deren Querschnitt dem Querschnitt des rohrförmigen Stabes 148 entspricht,
sowie ein erweiterter Hohlraum 144 an der Ausnehmung 64.
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Ein
Kolben 152 eines Hydraulikzylinders 150 kann an
dem Ende des Stückes 60,
das von dem Kern 62 weg weist, zur Anlage gebracht werden,
und an der entgegengesetzten Seite des Stückes in einem Abstand zu diesem
kann ein Stopper 154 vorgesehen sein.
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Wenn
ein rohrförmiger
Stab 148 an dem Kern 62 des Stückes 60 zu befestigen
ist, wird ein Endabschnitt des rohrförmigen Stabes zunächst auf Schmiedetemperatur
erwärmt
und in die Öffnung 72 eingeführt, woraufhin
der Kolben 152 zum Anliegen an das Stück 60 gebracht wird
und der Stopper 154 zum Anliegen an dem rohrförmigen Stab 148 gebracht
wird, wie 5 zeigt. Der Hydraulikzylinder 150 wird
anschließend
betätigt,
woraufhin das Stück 60 und
der rohrförmige
Stab 148 axial relativ zueinander bewegt werden. Das Ende
des Endabschnitts 146 des rohrförmigen Stabes kommt dadurch
zum Anliegen an der Wand 142 und der Abschnitt des rohrförmigen Stabes,
der an dem Hohlraum 144 angeordnet ist, sowie Abschnitte
des rohrförmigen
Stabes, die aufeinanderfolgend in diesen Hohlraum gebracht werden,
werden durch Schmieden verformt und in den Hohlraum gebracht und
radial nach innen gedrängt,
so daß sie
zwangsweise an diesem Abschnitt des Kernes 62 anliegen,
wie 6 zeigt.
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Nachdem
der Hohlraum mit Stabmaterial gefüllt wurde, werden die Werkzeughälften voneinander getrennt
und die rohrförmige
Stab/Stückanordnung entfernt,
bei der der rohrförmige
Stab und das Stück nun
aneinander befestigt sind, was verhindert, daß sie in axialer Richtung relativ
zueinander bewegbar sind. Im gleichen Ausmaß sind sie ebenso hinsichtlich
der Drehung starr miteinander verbunden. Wenn es erforderlich ist,
daß das
Stück 60 und
der rohrförmige
Stab 148 in der Lage sind, wesentlichen Torsionsmomenten
zu widerstehen, ohne daß sie
relativ zueinander verdreht werden, kann der verengte Abschnitt
des Kernes, d. h. die Ausnehmung, einen anderen Querschnitt als
eine Kreisform haben und kann beispielsweise eine längliche
Form, wie z. B. eliptisch, haben, oder kann eine polygonale Form
oder dergleichen haben. Darüber
hinaus kann der Querschnitt des Hohlraumes 144 im Längsschnitt
anders als rechteckig sein und kann beispielsweise kurvenlinienförmig sein.
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Die
Werkzeughälften
können
mit Flanschen 74 versehen sein, die mittels Schrauben zusammengehalten
werden können,
die durch die Mittellinien 76 dargestellt sind.
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Mittels
des Verfahrens und des Werkzeugs gemäß der Erfindung wird sichergestellt,
daß der
zu stauchende Stababschnitt symmetrisch um die Längsachse des Stabes und ohne
Falten verformt wird, auch wenn der zu verformende Stababschnitt lang
ist. Eine wiederholbare und vorhersagbare Verformung des Stabes
wird erzielt und daher auch eine vorhersagbare Verbindung desselben
unter statischen wie auch dynamischen Lasten.