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Die
Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug, insbesondere Knetwerkzeug,
das einen Grundkörper besitzt, in dem mindestens ein Umformelement
angeordnet ist, welches unter einem ersten Neigungswinkel zu einer
Mittelachse des Umformwerkzeugs geneigt verläuft, wodurch
eine Einlaufschräge des Umformelements festgelegt ist.
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Ein
derartiges Umformwerkzeug ist aus der
DE 103 28 052 B4 der Anmelderin
bekannt und wird zum Umformen, insbesondere zum Rundkneten, von Werkstücken
in einer Umformmaschine verwendet. Bei einem derartigen mittels
des be kannten Umformwerkzeugs durchgeführten Umformvorgang
entstehen im so genannten Vorschubverfahren als auch beim so genannten
Einstechverfahren – abhängig vom ersten Neigungswinkel
des Umformelements des Umformwerkzeugs, welches das Werkstück
in radialer Richtung beaufschlagt – erhebliche auf das Werkstück
in axialer Richtung wirkende Kräfte. Diese können
in nachteiliger Art und Weise zu Schadensbildern am Werkstück,
die sich in Form von Aufbauchungen oder Knickungen darstellen, führen.
Die durch die Umformwerkzeuge hervorgerufene axiale Kraft belastet
darüber hinaus in nachteiliger Art und Weise sowohl die
Umformmaschine als auch das Vorschubsystem für das Werkstück
und die das Werkstück haltende Spanneinrichtung, da durch
die vorgenannten Einrichtungen die beim Umformvorgang hervorgerufenen
Axialkräfte von diesen Einrichtungen kompensiert werden
müssen. Um nun diesen Axialkräften entgegenzuwirken,
ist bei der
DE 103
28 052 B4 vorgesehen, dass auf der Oberfläche
des Umformelements des Umformwerkzeugs eine erhabene, reliefartige
und wellenförmige Oberflächenstruktur vorgesehen
ist, die eine Vielzahl von Erhebungen aufweist. Durch diese erhabene
Oberflächenstruktur auf der Oberfläche des Umformelements
wird ein Umformwerkzeug geschaffen, welches sich dadurch auszeichnet,
dass die mit diesem Umformwerkzeug bearbeiteten Werkstücke
sich durch eine hohe Oberflächenqualität des bearbeiteten
Bereichs auszeichnen. Wünschenswert ist jedoch eine weitere
Verringerung der durch die Axialkräfte beim Umformvorgang
auftretenden Belastungen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Umformwerkzeug der eingangs
genannten Art weiterzubilden, dass durch das erfindungsgemäße Umformwerkzeug
eine Verringerung der Axialkräfte erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass in der Oberfläche des unter dem ersten Neigungswinkel
schräg verlaufenden Umformelements eine vertieft ausgebildete
Oberflächenstruktur ausgebildet ist, die mindestens eine
Vertiefung mit einer abfallenden Flanke besitzt, und dass die abfallende
Flanke dieser Vertiefung, bezogen auf die durch den ersten Neigungswinkel
definierte Einlauf schräge des Umformelements, einen zweiten Neigungswinkel
aufweist, der zu dem ersten Neigungswinkel entgegengesetzt orientiert
und dessen Absolutbetrag größer oder gleich dem
Absolutbetrag des ersten Neigungswinkels ist.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird
in vorteilhafter Art und Weise erreicht, dass in der Oberfläche
des Umformelements mindestens eine, vorzugsweise aber eine Vielzahl
von Vertiefungen angeordnet sind, deren abfallende Flanke stärker
geneigt ist als die das Umformelement und entgegengesetzt zu dessen
Neigung orientiert ist. Hierdurch wird bewirkt, dass beim Auftreffen
von radialen Umformkräften auf das Werkstück die
abfallenden Flanken der Vertiefungen eine axiale Kraftkomponente
aufnehmen, so dass die auf die Vorschubeinrichtung der Umformmaschine
einwirkenden, durch den Bearbeitungsvorgang hervorgerufenen axialen Kräfte
verringert werden.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens
eine Vertiefung, vorzugsweise aber alle Vertiefungen der in die
Oberfläche des Umformelements eingebrachten Oberflächenstruktur
orthogonal oder im wesentlichen orthogonal zu dessen Längserstreckung
angeordnet sind. Diese Maßnahmen besitzen den Vorteil,
dass eine derartige Anordnung der Vertiefungen der erfindungsgemäßen
Oberflächenstruktur bewirkt, dass nur eine äußerst
geringe Torsionsbelastung auf das Werkstück aufgebracht
wird, welche dadurch entsteht, dass das laufende Umformwerkzeug
während des Umformvorgangs sich um das stillstehende Werkstück
in Umfangsrichtung dreht. Die orthogonal zur Längserstreckung
und somit zur Vorschubrichtung des Werkstücks angeordneten
Vertiefung bewirken daher in vorteilhafter Art und Weise nicht nur
geringe Axialkräfte, sondern auch, dass das Umformwerkzeug keine
oder nur eine geringe Torsionskraft in das Werkstück einbringt.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
mindestens zwei Vertiefungen der Oberflächenstruktur des
Umformelements des erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs
parallel oder im wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Eine
derartige Maßnahme besitzt wiederum im Hinblick auf eine
geringe Torsionsbelastung des vom erfindungsgemäßen
Umformwerkzeugs zu bearbeitenden Werkstücks Vorteile, und
zwar insbesondere dann, wenn gemäß einer weiteren
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, dass mindestens
zwei Vertiefungen der Oberflächenstruktur mindestens eines
Umformelements einen im wesentlichen geradlinigen Verlauf besitzen.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
mindestens zwei Vertiefungen der Oberflächenstruktur des
erfindungsgemäßen Umformwerkzeugs schräg
zur Längserstreckung des Umformelements angeordnet sind.
Hierdurch wird zwar auf das Werkstück eine größere
Torsionsbelastung durch das erfindungsgemäße Umformwerkzeug ausgeübt,
als dies bei orthogonal zur Längserstreckung des Umformelements
und somit zur Vorschubrichtung des Werkstücks angeordneten
Vertiefungen der Fall ist. Jedoch besitzt die schräge Anordnung der
Vertiefungen der Oberflächenstruktur den Vorteil, dass
bei Werkstücken, bei denen die auftretende Torsionsbelastung
sich nicht störend bemerkbar macht, dadurch eine weitere
Reduzierung der auf die Vorschubeinrichtung und somit entgegen derer
Vorschubrichtung der Umformmaschine wirkenden Axialkräfte
erzielt wird.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel
zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird.
Es zeigt:
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1:
eine Vorderansicht des Ausführungsbeispiels,
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2:
ein Längsschnitt durch das Umformwerkzeug der 1 entlang
der Line II-II
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3:
eine schematische Darstellung der Oberflächenstruktur,
und
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4:
eine schematische Darstellung eines Werkzeugskopfs einer Rundknetmaschine
mit dem Umformwerkzeug der 1 bis 3.
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Bevor
nun im Detail das in den 1 bis 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel eines allgemein mit 12 bezeichneten
Umformwerkzeugs beschrieben wird, sollen der leichteren Verständlichkeit halber
die grundlegenden Vorgänge bei einem Umformvorgang mittels
eines derartigen Umformwerkzeugs beschrieben werden:
In 4 ist
nun ein allgemein mit 1 bezeichneter Rundknetkopf eine
Rundknetmaschine, also ein Werkzeugkopf einer Umformmaschine, dargestellt, der
bekanntermaßen eine Knetwelle 2 mit – im
hier gezeigten Fall – vier radial verschiebbaren Knetmodule
aufweist. Jedes Knetmodul besitzt einen Knetstößel 10,
der an seinem in radialer Richtung äußeren Ende
eine Ablaufbahn 4 aufweist, welche von in einem Rollenkäfig 5 gelagerten
Druckrollen 6 periodisch beaufschlagt werden, indem die
Knetwelle 2 und/oder der Rollenkäfig 5 über
einen Außenring 7 drehangetrieben werden. Die
Druckrollen 6 stützen sich hierbei an dem Außenring 7 ab.
Die Knetmodule weisen außer dem Knetstößel 10 noch
eine Ausgleichsplatte 11 und jeweils das Umformwerkzeug 12 auf.
Ein derartiger Rundknetkopf 1 ist an und für sich bekannt
und muss daher nicht mehr näher beschrieben werden.
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Um
nun aus einem rohr- oder stabförmigen Ausgangswerkstück
ein Endprodukt zu schaffen, welches in einem ersten Bereich weiterhin
den nicht-reduzierten Ausgangsdurchmesser des Ausgangswerkstücks,
in einem zweiten Bereich einen gegenüber dem Ausgangsdurchmesser
durch das Umformen reduzierten Bereich und zwischen dem ersten und
dem zweiten Bereich einen Übergangsbereich aufweist, in
dem der Außendurchmesser des Werkstücks kontinuierlich
vom reduzierten Durchmesser auf den Ausgangsdurchmesser ansteigt,
das also ein in axialer Richtung schräg verlaufender Übergangsbereich
bei dem Endwerkstück vorhanden ist, wird bekanntermaßen
derart vorgegangen, dass das Umformwerk zeug 12 – wie
aus 2 ersichtlich – ein in einem Grundkörper 12' des
Umformwerkzeugs 12 angeordnetes Umformelement 21 besitzt, das
unter einem definierten ersten Neigungswinkel α1 zur Mittelachse M des Umformwerkzeugs 12 und
somit zur Vorschubrichtung des Werkstücks angeordnet ist.
Auch ein derartig ausgebildetes Umformwerkzeug 12 ist an
und für sich bekannt und muss daher nicht mehr näher
beschrieben werden. Es soll nur der Verständlichkeit halber
ausgeführt werden, dass durch die radiale Umformkraft,
die von dem Umformwerkzeug erzeugt wird, in Folge der schrägen
Anordnung der Umformelemente 21 eine in axialer Richtung
des Werkstücks wirkende Kraft hervorruft, welche das Werkstück
belastet und von einer Vorschubeinrichtung (nicht gezeigt) der Umformmaschine, durch
die das Werkstück während des Umformvorgangs vorgeschoben
wird, kompensiert werden muss.
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Um
nun diese Axialkräfte besser kompensieren und somit eine
axiale Belastung des Werkstücks, die zu Ausknickungen und
Ausbauchungen führen kann, sowie der Vorschubeinrichtung
weiter verringern zu können, ist nun beim beschriebenen
Umformwerkzeug 12 vorgesehen, dass in die Oberfläche 21' des
Umformelements 21 eine gegenüber der Oberfläche 21 vertieft
angeordnete Oberflächenstruktur 22 vorgesehen
ist, welche mindestens eine Vertiefung 23, in der Regel
aber ein Vielzahl von Vertiefungen 23, besitzt (siehe dazu 2).
Die genaue Ausbildung der Oberflächenstruktur 22 wird
nun anhand der 3 erläutert, in der
ein exemplarisches Beispiel derselben dargestellt ist. Es muss daher
betont werden, dass die dort angegebenen Winkel, Radien und sonstigen
Abmessungen sowie der genaue Verlauf der Oberflächenstruktur 22 nur
einen exemplarischen Charakter besitzen und die nachfolgende Beschreibung
die Allgemeingültigkeit der Erläuterungen nicht
beeinträchtigt:
Die 3 zeigt
nun einen Querschnitt durch die in 2 dargestellte
Oberflächenstruktur 22. Man erkennt die Oberfläche 21' des
Umformelements 21 des Umformwerkzeugs 12 und des
weiteren, dass die Oberflächenstruktur 22 nicht – wie
bei dem eingangs erläuterten bekannten Umformwerkzeug – auf die
Oberflä che 21' aufgesetzt, also erhaben ausgeführt
ist. Vielmehr ist vorgesehen, dass die Vertiefungen 23 in
die Oberfläche 21' des Umformelements 21 eingebracht
sind. In dem hier beschriebenen Fall ist die Einlaufschräge
S des Umformelements 21, also der erste Neigungswinkel, α1 = 10°, bezogen auf die Mittelachse
M des Werkzeugs. Jede der Vertiefungen 23 besitzt eine
abfallende Flanke 23a und eine ansteigende Flanke 23b,
wobei – wie ebenfalls aus 4 ersichtlich – die
abfallende Flanke 23a einer Vertiefung 23 gegenüber
der Einlaufschräge S um einen zweiten Neigungswinkel von
(hier:) α2 = 29° geneigt
verläuft. Die Neigung der Flanken 23a gegenüber
der Mittelachse M besitzt also den Wert α2– α1. Die Neigung der abfallenden Flanken 23a der
Vertiefungen 23 ist entgegengesetzt orientiert zu dem durch
den ersten Neigungswinkel α1 festgelegten schrägen
Verlauf des Umformelements 21 und der Absolutbetrag des
zweiten Neigungswinkels α2 ist hier
also größer als derjenige des ersten Neigungswinkels α1 des Umformwerkzeugs 12. Diese
entgegengesetzte Orientierung der Neigung des Umformelements 21 und
der abfallenden Flanken 23 der Vertiefungen 23 bewirkt,
dass axiale Kräfte, die durch die Knetmodule hervorgerufen
werden, teilweise von dem Umformwerkzeug 12 aufgenommen
werden und daher nicht mehr auf das Werkstück und/oder
die Vorschubeinrichtung der Umformmaschine einwirken, da diese axialen
Kräfte von den entgegengesetzt zur Neigung des Umformelements 21 orientiert verlaufenden
Flanken 23a aufgenommen werden. Die abfallenden Flanken 23a der
Vertiefungen 23 bilden somit eine Art Widerlager für
diese axialen Kräfte auf und leiten sie in das Umformwerkzeug 12 ab: Durch
die Beaufschlagung des Werkstücks 12 durch die
Knetmodule 10 weichen die über den Vertiefungen 23 liegenden
Materialbereiche des Werkstücks in diese zurück,
so dass dann die abfallenden Flanken 23a der Vertiefungen 23 das
Werkstück in Vorschubrichtung beaufschlagen.
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Dem
Fachmann ist aus obiger Beschreibung klar ersichtlich, dass die
hier beispielhaft gewählten Werte des ersten Neigungswinkels
von α1 = 10° und des zweiten
Neigungswinkels α2 = 29° nur
einen exemplarischen Charakter besitzen. Wesentlich ist nur, dass
die Flanken 23a derart gegenüber der Einlaufschräge
S ab fallen, dass der Absolutwert des zweiten Neigungswinkels α2 gleich dem Absolutwert des ersten Neigungswinkels α1 ist.
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An
dieser Stelle soll auch angemerkt werden, dass der in 3 gezeigte
wellenförmige Verlauf der Oberflächenstruktur 22 nicht
zwingend ist. Es ist z. B. auch möglich, die Vertiefungen 23 sägezahnförmig auszubilden,
wobei dann die geradlinig verlaufende abfallende Flanke 23a eines
derartigen Sägezahns die axialen Kräfte teilweise
aufnimmt.
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Wie
nun aus der 2 ersichtlicht ist, weist die
Oberflächenstruktur 22 wenigstens eine, in der Praxis
aber eine Vielzahl von Vertiefungen 23 auf, die vorzugsweise
parallel oder im wesentlichen parallel zueinander und – wiederum
vorzugsweise – im wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung
des Umformwerkzeugs 12 und somit zur Vorschubrichtung V des
Werkstücks angeordnet sind. Es ist aber auch möglich,
dass mindestens eine der Vertiefungen 23 nicht – wie
in den Figuren gezeigt – orthogonal zur Längsrichtung
des Umformwerkzeugs 12 verlaufend angeordnet ist, sondern
in einem definierten Winkel hierzu schräg verläuft.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, dass durch die beschriebene Ausgestaltung des
Umformwerkzeugs 12 mit einer vertieft angeordneten Oberflächenstruktur 22 in
Verbindung mit der beschriebenen Ausbildung der Vertiefungen 23 und
insbesondere derjenigen der abfallenden Flanken 23a ein
Umformwerkzeug 12 geschaffen wird, welches sich dadurch
auszeichnet, dass eine deutliche Verringerung der auf das Werkstück
und/oder die Vorschubeinrichtung der Umformmaschine einwirkenden
Axialkräfte erzielbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10328052
B4 [0002, 0002]