DE2219920C3 - Werkzeugmaschine, insbesondere Waagerecht-StoBmaschine, zur Herstellung einer Keilwelle o.dgl. aus einem sehr langen Werkstück mittels einer gegenüber dem Werkstück axial bewegbaren Matrize - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Herstellung von Keilwellen od. dgl. durch Kaltverformung eines sehr langen Werkstückes bedient man sich entweder einer Ziehbank oder einer Stoßmaschine. Bei einer Ziehbank ergibt sich ein beträchtlicher Nachteil dadurch, daß das vordere Ende des Werkstükkes zwangläufig in einem Zugorgan eingespannt werden muß und infolgedessen von dem bearbeiteten Werkstück abgetrennt werden muß, um ein Fertigteil zu erhalten. Dabei muß dieses nachträglich abzutrennende vordere Werkstück vielfach noch verjüngt werden, was weitere Kostensteigerungen verursacht. Um diesem Nachteil abzuhelfen, wurde eine Stoßmaschine vorgeschlagen, bei welcher das Werkstück zwischen feststehenden Tragspitzen befestigt und eiiic Matrize in axialer Richtung längs des Werkstückes bewegt wird, um das gewünschte Fertigteil herzustellen. In der Praxis wurde eine derartige Stoßmaschine jedoch nicht verwendet, da man infolge der feststehenden Tragspitzen nicht mit den Schwierigkeiten fertig werden konnte, welche sich durch die Dehnung des Werkstückes bei der Bearbeitung ergaben.

Bei einer anderen Art von Werkzeugmaschinen, und zwar insbesondere bei einer Drehbank, wurde bereits vorgeschlagen, den infolge der Wärmedehnung des Werkstückes durch die bei der Bearbeitung entstehende Wärme wachsenden Druck auf die kugel- oder rollengelagerte Reitstockspitze durch eine ölhydraulische Hubvorrichtung auszugleichen. Dies läßt sich jedoch bei einer Stoßmaschine nicht ohne weiteres durchführen, und zwar aus folgenden Gründen:

An dem Ende des Fertigteiles, von welchem aus die Bearbeitung begonnen wird, entsteht ein Abschnitt mit verjüngtem Durchmesser, und zwar auf Grund der Tatsache, daß in diesem vorderen Endstück eine große Metallmenge dazu neigt, zurückzufließen, so daß dieser Endabschnitt stärker gestreckt wird als der anschließend bearbeitete Abschnitt Der Endabschnitt, bei welchem eine derartige »Metallwandung« auftritt, ließe sich dabei als »Abschnitt mit schwankendem Metallfluß« bezeichnen, in welchem infolge ungleichmäßiger Härteverteilung eine Durchbiegung des Werkstückes bei der Bearbeitung auftritt

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die eingangs genannte Werkzeugmaschine in der Weise auszubilden, daß die vorgenannten Nachteile der bisher bekannten Ausführungen ausgeschaltet werden.

Gekennzeichnet ist eine derartige Werkzeugmaschine erfindungsgemäß durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 Frfaßte.

Auf diese Weise wird einmal erreicht, daß während der Bearbeitung des Werkstückes unabhängig von seiner Dehnung der Haltestempel mit seiner Druckfläche mit konstantem Druck gegen das Werkstück gepreßt wird, so daß es mit einer derartigen Kraft abgestützt ist, daß die Spannung in ihm bis zur Grenze seiner plastischen Verformung ansteigen kann. Dabei ist zweckmäßigerweise dem Zylinder-Kolbenaggregat ein den Druck im Zylinder ständig konstant haltendes Ventil zugeordnet. Durch die »schwimmende« Anordnung der Matrize gegenüber dem feststehenden Werkstück wird zusätzlich erreicht, daß sie einer eventuell bei der großen Länge des Werkstückes noch auftretenden Durchbiegung folgen kann. Infolge dieser erfindungsgemäßen Konstruktion wird nicht nur das Auftreten der »Metallwanderung« und der Durchbiegung im »Abschnitt mit ungleichmäßigem Metallfluß« verhindert, sondern auch erreicht, daß erstens die zur Bearbeitung des Werkstükkes erforderliche Kraft reduziert werden kann, da das Werkstück zunächst derart gepreßt wird, daß es die Grenze der plastischen Verformung erreicht, während zum anderen die Zentrierbohrungen im Werkstück nicht beschädigt werden und daher für die nachfolgenden Bearbeitungsgänge ohne weiteres wieder verwendet werden können.

Zwei bevorzugte Ausführurigsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand von Figuren erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine im Teilschnitt mit dem eingespannten unbearbeiteten Werkstück,

F i g. 1A eine Seitenansicht der Matrize,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus der Maschine gemäß F i g. 1 zur Darstellung der Arbeitsbedingungen der Maschine am Ende der Bearbeitung eines Werkstückes im Teilschnitt,

F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine im Teilschnitt zur Darstellung der Art und Weise, wie das fertige Werkstück aus der Maschine entfernt wird,

F i g. 4 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine im Teilschnitt, bereit zum Einspannen eines Werkstükkes,

F i g. 5 und 6 Schnitte durch F i g. 5 längs der Linie IMI bzw. III-III,

F i g. 7 die Werkzeugmaschine aus F i g. 4 im Teilschnitt mit zur Bearbeitung eingesetztem Werkstück,

F i g. 7A eine Draufsicht, auf eine Matrize bzw. ein Preßgesenk für die Maschine gemäß F i g. 7,

F i g. 8 die Maschine aus F i g. 7 im Teilschnitt zur Darstellung der Art und Weise, wie das rechte Ende des Werkstückes bearbeitet wird.

F i g. 9 eine der F i g. 8 entsprechende Darstellung der Maschine bei der Bearbeitung des linken Endes des Werkstückes,

F i g. 9A einen Querschnitt durch das Werkstück nach der Bearbeitung,

Fig. 10 eine den Fig.8 und 9 entsprechende Darstellung der Maschine in zur Entnahme des fertigen Werkstückes bereiter Position und

F i g. 11 ein vereinfachtes Schaltdiagramm einer hydraulischen Steuerung für die beiden hydraulischen Kolbenzylinderaggregate der Werkzeugmaschine gemäß F i g. 4.

Bei dem in F i g. S dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine besitzt diese ein Maschinengestell 11, welches ein hin- und hergehendes Traggestell oder einen Werkzeugschlitten 12 niit einem Matrizen- oder Preßgesenkhalter 13 am linken Ende und einem Querhaupt 14 an. rechten Ende trägt, wobei der Matrizenhalter und das Querhaupt durch Verbindungsstangen 15 und 16 unter Verwendung von Muttern 17,17', 18 und 18' untereinander verbunden sind. Diese Verbindungsstangen 15 und 16 des Werkzeugschlittens 12 sind in Lagerführungen 19 und 20 in der rechtsseitigen Tragwand oder Stütze 11' des Maschinengestells 11 leicht verschiebbar gelagert. Der Durchmesser der Stange 16 und 15 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Lagerführungen 19 und 20, so daß einmal eine ungehinderte hin- und hergehende Bewegung des Werkzeugschlittens 12 bei der Bearbeitung eines Werkstückes 46 mittels der Matrizen 28 erzielbar ist, zum anderen aber auch eine gewissermaßen »schwimmende« Lagerung der Matrize erzielbar ist, wodurch man der Durchbiegung des Werkstückes begegnen kann.

Parallel zur rechtsseitigen Stützwand 11' des Maschinengestells 11 ist eine linksseitige Stützwand 11" vorgesehen, in welcher zwei Führungsstangen 21 und 22 derart durch Muttern 23 und 24 befestigt sind, daß sie zur rechtsseitigen Stützwand 11' des Maschinengestells hinweisen. Diese Führungsstangen 21 und 22 dienen zur Führung eines Halters 29 für einen Haltestempel 31 mit einer Zentrierspitze 30. Der Außendurchmesser dieses Haltestempels 31 ist kleiner als der Mindestdurchmesser d der Matrize 28, beispielsweise einer Keilnutenstoßrnatrize gemäß Fig. IA. Die kreisringförmige Druckfläche an der Stirnseite des Haltestempels 31 drückt gegen das eine Ende des Werkstückes 46 mit im wesentlichen konstantem Druck, indem sie sich zusammen mit dem Halter 29 in nachstehend zu beschreibender Weise bewegt. Eine feststehende Zentrierspitze 27, welche in der rechtsseitigen Stützwand 11' des Maschinengestells befestigt ist, hält das entgegengesetzte Ende des Werkstückes 46 fest und trägt infolgedessen zusammen mit dem beweglichen Haltestempel 31 das Werkstück 46 an den beiden einander gegenüberliegenden Stirnflächen.

Wie F i g. 1A zeigt, besitzt die Matrize 28, welche im Halter 13 des hin- und hergehenden Werkzeugschlittens 12 eingesetzt ist, dem Bearbeitungsvorgang entsprechende Zähne 28', um dem Werkstück 46 die gewünschte Form zu geben, beispielsweise um aus dem Werkstück eine Keil- oder Nutwelle, ein langgestrecktes Zahnrad, eine Riffelwalze od. dgl. herzustellen.

Jedes Werkstück 46, welches mittels der Matrize 28 in der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine bearbeitet werden soll, wird an beiden Stirnseiten mit Zentrierlöchern versehen. Bei Verwendung der in F i g. 1A dargestellten Matrize 28 erhält das Werkstück 46 zunächst zylindrische Form mit einem Außendurchmesser, welcher im wesentlichen gleich oder etwas kleiner ist als der maximale Innendurchmesser D der Matrize 28 (Fig. IA).

An der linksseitigen Stützwand 11" des Maschinengestells 11 ist an der Außenseite ein Zylinder 32 für einen Hilfsdruckbock befestigt. In diesem Zylinder 32 ist ein Kolben 33 angeordnet, der am freien Ende seiner Kolbenstange 34 den Halter 23 für den Haltestempel

ίο 31 trägt. An der Verbindung zwischen der Kolbenstange 34 und dem Halter 29 kann ein Anschlag 35 vorgesehen werden. Infolgedessen geht entsprechend der Bewegung des Kolbens 22 im Zylinder 32 der vom Halter 29 getragene Haltestempel 31 ebenfalls hin und her.

Der Zylinder 32 dieses Hilfsdruckbockes besitzt einen Druckmittelkanal 38, an welchen eine Druckmittelleitung 37 über ein Rückschlagventil 36 zur Erzielung eines konstanten Druckes angeschlossen ist. Dabei wirkt dieses Ventil 36 in der Weise, daO es den innendruck im Zylinder 32 ständig überprüft und konstant hält, so daß das Werkstück während der Bearbeitung mit ständig gleichbleibendem Druck eingespannt ist. Eine Entlüftungsbohrung 39 ist vorgesehen, um die Seite des Kolbens 33, an welcher sich die Kolbenstange 34 anschließt, atmosphärischem Druck auszusetzen.

An der rechten Außenseite der rechtsseitigen Stützwand 11' des Maschinengestells 11 ist der Zylinder 40 für einen Hauptdruckbock angeordnet. Ein Kolben 41 in diesem Zylinder 40 trägt eine Kolbenstange 42, die mit ihrem freien Ende mit dem Querhaupt 14 des hin- und herführbaren Werkzeugschlittens 12 über irgendeine geeignete Verbindung 43 wie beispielsweise Mutter mit Gegenmutter verbunden ist. Infolgedessen geht dieser Werkzeugschlitten 12 entsprechend der Bewegung des Kolbens 41, welcher hydraulisch im Zylinder 40 hin- und hergetrieben wird, hin und her, so daß die Matrize 28 von dem auf den Kolben 41 einwirkenden hydraulischen Druck kraftschlüssig betätigt wird. Der Kolben 41 begrenzt zwei Druckkammern im Zylinder 40, deren jede einen Druckmittelkanal 44 bzw. 45 aufweist, durch welchen das Druckmittel eingeleitet wird (Fig-1).

Die Achsen der beiden vorbeschriebenen Zylinder-Kolbenaggregate 32, 33 und 40,41 bzw. die Achsen der Kolbenstangen 34 und 42 sind koaxial angeordnet, und der bewegliche Haltestempel 31 mit seiner Zentrierspitze 30 sowie die feststehende Zentrierspitze 27 sind ebenfalls koaxial mit den beiden Kolbenstangen 34 und 42 angeordnet. Bei Inbetriebnahme der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine wird das Werkstück 46 mit seiner einen Zentrierbohrung auf die feststehende Zentrierspitze 27 aufgesetzt und dann Druckmittel durch den Kanal 38 über das Ventil 36 in den Zylinder 32 eingeleitet, um den beweglichen Haltestempel 31 mittels des Kolbens 33, der Kolbenstange 34 und des Halters 29 so weit vorzuschieben, bis seine Zentrierspitze 30 in die ihr gegenüberliegende Zentrierbohrung des Werkstückes 46 eingreift. Der Druck im Zylinder wird dann derart eingestellt, daß das Werkstück mit einem Druck beaufschlagt wird, der an der Grenze der plastischen Verformung des Werkstückes liegt. Dieser Zustand ist in F i g. 1 dargestellt. Wie bereits erwähnt, erhält bei der Ausbildung von Keilnuten mittels der Matrize 28 gemäß F i g. 1A das Werkstück 46 den gleichen oder einen etwas kleineren Außendurchmesser wie der maximale Innendurchmesser D der Matrize 28, bevor das Werkstück 46 in der Werkzeugmaschine eingespannt wird.

Wenn, wie F i g. 2 zeigt, das Druckmittel in die linke Druckkammer des Zylinders 40 durch den Kanal 44 eingeleitet wird, bewegt sich der Werkzeugschlitten 12 mit der an ihm befestigten Matrize 28 zusammen nach rechts. Dadurch greift die Matrize 28 gewissermaßen »schwimmend« am Werkstück 46 an und bildet an diesem durch Kaltpressen Keilnuten 46' aus.

Bei dieser Bewegung der Matrize 28 zur feststehenden Zentrierspitze 27 während des Kaltpressens der Keilnuten 46' neigt das genutete Teil des Werkstückes 46 dazu, sich in Längsrichtung auszudehnen. Infolge dieser Längsdehnung wird das Druckmittel im Zylinder 32 auf der linken Seite des Kolbens 33 zusammengepreßt, da das rechte Ende des Werkstückes 46 durch die feststehende Zentrierspitze 27 unverrückbar festgehalten wird. Infolgedessen steigt der Druck im Zylinder 32 an. Das Ventil 36 zur Konstanthaltung des Innendruckes im Zylinder 32 ist jedoch derart ausgebildet, daß bei einem Druckanstieg im Zylinder 32 das Druckmittel aus dem Zylinder 32 entweichen kann, so daß der Kolben 33, wie F i g. 2 zeigt, sich nach links bewegen kann und der auf den Kolben 33 einwirkende Druck konstant gehalten wird. Diese Kolbenbewegung zeigt ein Vergleich der Kolbenstellungen in den F i g. 1 und 2. Infolgedessen kann sich das Werkstück 46 beim Kaltpressen mittels der Matrize 28 ohne weiteres in Längsrichtung dehnen und kann infolgedessen sehr genau verformt werden. Es wurde festgestellt, daß auch andere Kaltverformungen als die vorgenannte Ausbildung von Keilnuten mittels der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sehr genau durchgeführt werden können. Außerdem wird das Werkstück 46 durch den beweglichen Haltestempel 31 und die feststehende Zentrierspitze 27 währenu der gesamten Bearbeitung umu konstantem Druck eingespannt.

Wenn auch die Summe aus dem konstanten Druck des Kolbens 33 über den beweglichen Haltestempel 31 und dem Bearbeitungsdruck der Matrize 28 auf die feststehende Zentrierspitze 27 einzuwirken scheint, so übersteigt die tatsächliche Belastung der feststehenden Zentrierspitze 2^T keineswegs einen vertretbaren Grenzwert, was teilweise auf den Unterschied zwischen dem Querschnitt des verformten Teiles und des nicht verformten Teiles 46" des Werkstückes 46 zurückzuführen ist.

Nach Beendigung der Bearbeitung wird (Fig.3) in den Zylinder 40 über den Einlaßkanal 45 Druckmittel eingespeist und gleichzeitig das Druckmittel über den linksseitigen Kanal 44 abgelassen. Infolgedessen bewegt sich der Werkzeugschlitten 12 zusammen mit dem bearbeiteten Werkstück 46 und der Matrize 28 zur linksseitigen Stützwand 11" des Maschinengestells 11. Wenn die Matrize 28 nahe genug an den Stempelhalter 29 herangekommen ist, wird das Ventil 36 abgeschaltet, so daß der Stempelhalter 29 sich zur linksseitigen Stützwand 11" zusammen mit dem Werkzeugschlitten 12 hinbewegt, bis der Anschlag 35 sich an diese Stützwand 11" anlegt und der Werkzeugschlitten 12 zum Stillstand kommt Während dieser Bewegung des Werkzeugschlittens 12 zur linksseitigen Stützwand 11" verläßt das rechte Ende des Werkstückes 46 die feststehende Zentrierspitze 27 und fällt, wie dies in F i g. 3 in strichpunktierten Linien angedeutet ist, aus der Werkzeugmaschine heraus.

Wie die vorstehenden Erläuterungen gezeigt haben, ist bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine das Werkstück während seiner Kaltverformung frei von übermäßigen Spannungen, und zwar trotz seiner Langendehnung infolge der Kaltverformung, da sein eines Ende mittels des Hilfs-Zylinder-Kolbenaggregats, dessen Druckmittelzylinder an das einen konstanten Innendruck gewährleistende Ventil angeschlossen ist, mit konstantem Druck verschieblich eingespannt ist. Die Einspannung des Werkstückes zwischen den an beiden Enden angreifenden Spitzen mit konstantem Druck schaltet die Gefahr von Ermüdungserscheinungen und Bruch des Werkstückes infolge fortdauernder Schwingungen aus, wie dies bei gleicher Bearbeitung in den bisher üblichen Werkzeugmaschinen beobachtet werden konnte. Außerdem ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Konstruktion einer Werkzeugmaschine keine Gefahr, daß das Werkstück in der Nähe der Zentrierbohrungen Risse bekommt oder abplatzt, und es ist auch keinerlei »Metallwanderung« an den Enden der bearbeiteten Teile des Werkstückes testzustellen. Infolgedessen können qualitativ hochwertige Formteile mit großer Maßgenauigkeit hergestellt werden.

Außerdem läßt sich mit der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine die Gefahr schädlicher Durchbiegung des Werkstückes zu Beginn der Bearbeitung infolge vorhandener unstabiler Bereiche, was bei den bisher üblichen Stoßmaschinen zu Beschwerden geführt hat, vollständig ausschalten, da das Werkstück mit konstantem Druck zwischen der feststehenden Zentrierspitze und dem beweglichen Haltestempel eingespannt bzw. festgehalten wird. Durch Verwendung der Spanneinrichtung der vorliegenden Erfindung können die Stirnflächen des Werkstückes rechtwinklig zur zu bearbeitenden Fläche ausgebildet werden, und das Werkstück läßt sich unabhängig von in gewissen Grenzen ungleichmäßiger Materialverteilung im Werkstück glatt bearbeiten.

Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine »schwimmt« die Matrize fluchtend mit der Achse des Werkstückes infolge des am hin- und herführbaren Werkzeugschlitten 12 sitzenden Matrizenträgers, so daß die Matrize sich genau mit der Längsachse des Werkstückes fluchtend längs demselben forlbewegt. Infolgedessen kann die Kaltverformung in bezug auf die Längsachse des Werkstückes erfolgen, ohne daß die geringste Exzentrizität im unstabilen Bereich des Materials und dessen Durchbiegung verursacht wird. Somit können selbst axial sehr lange Werkstücke sehr genau durch die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kalt verformt werden, ohne daß dazu besondere Führungsgesenke benötigt würden. Außerdem wird durch die Zentrierbohrungen im Fertigprodukt eine sehr genaue axiale Mittellinie erreicht, so daß diese axiale Mittellinie mit den Zentrierbohrungen bei nachfolgenden Dreh- und/oder Schleifarbeiten vorteilhaft verwendet werden kann. Der Gesamtwirkungsgrad der gesamten Bearbeitung eines Werkstückes bis zum Fertigteil läßt sich auf diese Weise daher weitgehend verbessern.

Bei dem in den F i g. 4 bis 11 dargestellten zweiter Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werk zeugmaschine besitzt diese ein Maschinengestell 51 mil einer am linken Ende befestigten linksseitigen Stützt 52 und einer am rechten Ende befestigten rechtsseiti· gen Stütze 53, wobei die Befestigung der beiden Stüt zen am Maschinengestell über irgendwie geeignete Or gane, beispielsweise mittels Schraubbolzen 52' und 53' erfolgen kann. Die rechtsseitige Stützwand 53 weis eine Aussparung auf, welche ein bewegliches Quer haupt eines hin- und herführbaren Werkzeugschlitten! 58 aufnimmt, wie dies nachstehend zu beschreiben seil wird. An den Stützwänden 52 und 53 sind Abstands

stücke 54, 54', 55, 55', 56 und 56' befestigt, um die beiden Stützwände in einem feststehenden Abstand voneinander zu fixieren. Die Abstandsorgane 54, 54', 55 und 55' sind im wesentlichen zur Aufnahme von Zugbeanspruchungen vorgesehen, während die Abstandsorgane; 56 und 56' im wesentlichen zur Aufnahme von Druckbeanspruchungen vorgesehen sind.

In dem Zwischenraum zwischen den beiden Stützwänden 52 und 53 sind ein Träger 65 für die Matrize 68 sowie ein Träger 60 für eine weitere Matrize 67 mit dem den Werkzeugschlitten hin- und herführenden Zylinder-Kolbenaggregat angeordnet. An der Außenseite des letztgenannten Matrizenträgers 60 ist in der bereits erwähnten Ausnehmung der rechtsseitigen Stützwand 53 ein Querhaupt 58 verschiebbar angeordnet.

Der Matrizenträger 65 und das Querhaupt 58 sind durch zwei Verbindungsstangen 63 und 64 untereinander verbunden, welche gleitend durch zwei Lagerführungen 60' im Matrizenträger 60 hindurchgehen. Bei dem in den F i g. 4 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ragen diese Verbindungsstangen 63 und 64 durch den Hohlraum in der rechtsseitigen Stützwand 53, ohne mit dieser Stützwand in Berührung zu kommen. Die beiden Enden der Verbindungsstangen 63 und 64 sind mit dem Matrizenträger 65 und dem Querhaupt 58 je- »5 weils mittels geeigneter Befestigungsorgane, beispielsweise Mutter und Gegenmutter, fest verbunden.

Das Querhaupt 58 ist direkt mit einem Hauptzylinder 57 verbunden, beispielsweise verschraubt, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist. Die Kolbenstange 59 des in diesem Zylinder 57 angeordneten Kolbens ragt koaxial mit der Zylinderbohrung aus dem Zylinder 57 heraus und infolgedessen auch durch das Querhaupt 58, so daß dieses gegenüber der Kolbenstange 59 zusammen mit dem Druckzylinder 57 bewegbar ist. Dieser Hauptzylinder 57 ist axial leicht verschiebbar auf einem entsprechenden Unterbau 74 gelagert. Auf das mit Gewinde versehene freie Ende der Kolbenstange 59 ist ein Gewindering 61 aufgeschraubt, welcher mit dem Matrizenträger 60 über ein Polster 62 mitteis Schraubboizen 61' verbunden ist (F i g. 4). Dadurch ist die Kolbenstange 59 mit dem Matrizenträgcf 60 kraftschlüssig verbunden.

Im Mittelteil des Matrizentrigers 60 ist eine feststehende Zentrierspitze 66 befestigt. Ein beweglicher Haitestempel 71 mit einer der feststehenden Zentrierspitze 66 fluchtend genau gegenüberliegenden Zentrierspitze ist, wie nachstehend zu beschreiben sein wird, kraftschlüssig mit einem Hilfs-Zylinderkolbenaggregat 59 verbunden.

Das Außenende des Zylinder-Kolbenaggregats 69 ist an die eine Seite eines Stempelhalters 70 angeschlossen, dessen andere Seite den beweglichen Haltestempel 71 trägt. Der Stempelhalter 70 besitzt vorzugsweise eine angefaste Erweiterung, um das Einschieben in ein an der Außenseite des Matrizenträgers 65 befestigtes Polster 72 zu erleichtern.

Bei der Ausführung nach F i g. 4 bilden der Matrizenträger 65 und das Querhaupt 58. welches mit dem Haupidruckzylinder 57 fest verbunden ist, und welche untereinander durch die Verbindungsstangen 63 und 64 verbunden sind, einen hin- und hergehenden Werkzeugschlitten A, welcher gegenüber den beiden Stützwänden 52 und 53 des Maschinengestells 51 bewegbar ist

Das Oberteil des Matrizenträgers 60 ergibt durch die Lagerführungen 60' eine einwandfreie Führung für die hin- und hergehende Bewegung des Werkzeugschlittens A, während das Mittelteil des Matrizenträgers 6( mit der aus dem Hauptzylinder 57 hervorragendei Kolbenstange 59 verbunden ist und außerdem die fest stehende Zentrierspitze 66 trägt und das untere Tei des Matrizenträgers 60 einfach auf der glatten Oberflä ehe 5V des Maschinengestells 51 sitzt. Fluchtend mi der feststehenden Zentrierspitze 66 trägt der Matrizen träger 60 außerdem eine Matrize 67. Dabei fluchten ir der vorbeschriebenen Werkzeugmaschine auf dem Ma schinengestell 51 die feststehende Zentrierspitze 66, die Matrize 67, der bewegliche Haltestempel 71 und dit Matrize 68.

Ein in der Werkzeugmaschine gemäß F i g. 4 zu bear beitendes Werkstück 73 wird vor dem Einsetzen in die Maschine zunächst mit Zentrierbohrungen an den beiden Stirnflächen versehen und, falls nötig, sein Durchmesser im wesentlichen auf den Maximaldurchmessei D der Matrize 67 (F i g. 7A) vorbearbeitet.

Die Arbeitsweise der unter Bezugnahme auf die F i g. 4 bis 6 beschriebenen erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist in den F i g. 7, 8, 9 und 10 in den verschiedenen Stufen dargestellt. Dabei zeigt F i g. 7 den Zustand der Werkzeugmaschine am Ende einer ersten Bearbeitungsstufe. Dabei wird das eine Ende des Werkstückes 73 vom beweglichen Haltestempel 71 festgehalten, während das andere Ende des Werkstückes in den Eingang der Matrize 67 mit einem gewissen Abstand von der feststehenden Zentrierspitze 66 eingesetzt ist. Um den Zustand von F i g. 7 zu erreichen, wird die Mittellängslinie des vorbearbeiteten Werkstückes durch eine geeignete, nicht dargestellte, Halteeinrichtung zwischen den Matrizenträgern 60 und 65 mit der feststehenden Zentrierspitze 66 und dem beweglichen Haltestempel 71 fluchtend fixiert und das Solenoid SOL-1 eines Solenoidventils im hydraulischen Steuersystem gemäß F i g. 11 betätigt. Dabei ist dieses Solenoidventil derart ausgebildet, daß seine Spule sich in F i g. 11 nach rechts bewegt, wenn das Solenoid SOL-i betätigt wird, so daß Druckmitte! von einer Pumpe P dem Hilfszylinder 75 über seinen Einlaßkanal 69' eingespeist wird und die Hilfskolbenstange 69 nach rechts gedrückt wird. Gleichzeitig wird das Druckmittel von der Pumpe P auch dem Hauptdruckzylinder 57 über seinen Einlaßkanal 57" zugeführt, so daß der Kolben der Kolbenstange 59 von der rechten Seite her druckbeaufschlagt wird. Da der Hauptdruckzylinder 57 axial verschiebbar ist, während der Hilfsdruckzylinder 75 feststeht, bewegt sich die Hilfskolbenstange 69 nach rechts (F i g. 4 und 11) und drückt den Stempelhalter 70 gegen das Polster

72 am Matrizenträger 65 und bewegt damit den Werkzeugschlitten A nach rechts, so daß dessen Querhaupt 58 zusammen mit dem Hauptdruckzylinder 57 sich nach rechts schiebt. Während dieser Bewegung des Hauptdruckzylinders 57 kommt der bewegliche Haltestempel 71 am Außenende der Hilfsdruckkolbenstange 69 in Eingriff mit der Zentrierbohrung am linken Ende des Werkstückes 73. und das rechte Ende des Werkstückes

73 wird bei weiterer Bewegung der Hilfskolbenstange 69 nach rechts in den Eingang der Matrize 67 gepreßt, wie dies in F i g. 7 dargestellt ist

F i g. 8 zeigt den Zustand der Werkzeugmaschine am Ende der zweiten Bearbeitungsstufe, wobei das rechte Ende des Werkstückes 73 durch die Matrize 67 bearbeitet ist und die Zentrierbohrung an der rechten Stirnfläche des Werkstücks 73 mit der feststehenden Zentrierspitze 66 in Eingriff gebracht ist, so daß das Werkstück 73 nun zwischen der Zentrierspitze 66 und dem Haltestempel 71 der Werkzeugmaschine eingespannt

ist und die in der ersten Stufe verwendeten Halteeinrichtungen entfernt werden können. Der in F i g. 8 dargestellte Zustand wird dadurch erreicht, daß die Kolbenstange 69 weiter nach rechts gedrückt wird.

Wenn insbesondere das rechte Ende des Werkstükkes 73 am Eingang der Matrize 67 (F i g. 7) angesetzt und dem Hauptzylinder 57 Druckmittel eingespeist wird, so bewegt sich dieser Hauptzylinder 57 zusammen mit dem hin- und herführbaren Werkzeugschlitten A nach rechts, bis der Matrizenträger 65 mit seiner Matrize 68 die linke Kante des Werkstückes 73 angreift, da der Bewegung der Hilfskolbenstange 69 die Matrize 67 entgegensteht. Nachdem beide Enden des Werkstückes 73 mit den Matrizen 67 bzw. 68 in Eingriff gebracht sind, wird durch weitere Zufuhr des Druckmittels zu den beiden Zylindern 57 und 75 die eigentliche Bearbeitung des Werkstückes 73 begonnen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel soll die Hauptmatrize 67 vor der anderen Matrize 68 die Bearbeitung beginnen. Infolgedessen bewegt sich die Hilfskolbenstange 69 bei weiterer Zufuhr von Druckmittel nach rechts und preßt das Werkstück 73 nach rechts, so daß das rechte Ende desselben durch die Hauptmatrize 69 bearbeitet oder kalt verformt wird, bis die Zentrierbohrung an der rechten Stirnfläche des Werkstücks 73 auf der feststehenden Zentrierspitze 66 aufsitzt. Das am Matrizenträger 60 befestigte Polster 62 begrenzt dabei die Bewegung der feststehenden Zentrierspitze 66 nach rechts.

Normalerweise wird durch die Kaltverformung des rechten Endes des Werkstückes 73 mittels der Matrize 67 eine derart schädliche Spannung im Werkstück 73 erzeugt, daß eine ungenaue Kaltverformung verursacht würde. Erfindungsgemäß wird die Gefahr einer derartigen schädlichen Spannung vollständig ausgeschaltet, indem ein Rückschlagventil CV am Hilfszylinder 75 vorgesehen ist, welches den Druck in demselben konstant hält. Wenn der Widerstand des Werkstücks 73 entgegen einer Kaltverformung den Druckmitteldruck über einen vorgegebenen Wert ansteigen läßt, so arbeitet dieses Ventil CV derart, daß ein Teil des Druckmittels aus dem Hilfszylinder 75 abfließen kann, so daß ein praktisch konstanter Druckmitteldruck im Zylinder 75 beibehalten wird, während die Kolbenstange 69 sich, wie F i g. 4 und 11 zeigen, nach links bewegen kann. Infolgedessen kann sich das Werkstück 73 ohne weiteres dehnen, während der Einspanndruck an den beiden Enden des Werkstückes 73 im wesentlichen konstant gehalten wird, so daß keinerlei schädliche Spannungen im Werkstück 73 auftreten können.

In der zweiten Bearbeitungsstufe kann daher das dem Hauptdruckzylinder 57 zugeführte Druckmittel dessen Kolbenstange 59 nicht nach links bewegen, da der Hilfsdruckzylinder 65 unter dem gleichen Druckmitteldruck wie der Hauptdruckzylinder 57 feststeht während der Hauptdruckzylinder 57 seinerseits beweglich ist

F i g. 9 zeigt einen Zwischenzustand der Werkzeugmaschine während der dritten Bearbeitungsstufe, welche sich an die vorbeschriebene zweite Bearbeitungsstufe anschließt Während der dritten Bearbeitungsstufe wird die linke Seite des Werkstückes 73, welche nunmehr zwischen den beiden Halte- und Zentrierorganen C6 und 71 festgehalten wird, von der Matrize 68 bearbeitet oder kalt verformt Da das Druckmittel kontinuierlich dem Hauptdruckzylinder 57 eingespeist wird, bewegt sich dieser zusammen mit dem Werkzeugschlitten A nach rechts, da die Hilfskolbenstange 69 sich infolge der Begrenzung durch das Polster 62 am Matri zenträger 60 nicht nach rechts bewegen kann. Dadurch verformt die Matrize 68 im Matrizenträger 65 des Werkzeugschlittens A die linke Seite des Werkstückes 73, wie F i g. 9 zeigt, und bildet dabei im Werkstück 73 Keilnuten 73' (F i g. 9A) parallel zur Achse aus, welche von der feststehenden Zentrierspitze 66 und dem beweglichen Haltestempel 71 bestimmt wird.

Während der Verformung durch die Matrize 68 im Verlauf der dritten Bearbeitungsstufe kann sich das

ίο Werkstück 73 infolge der Arbeitsweise des einen konstanten Einspanndruck aufrechterhaltenden Rückschlagventils CV in Längsrichtung dehnen. Dabei wird jede Gefahr von schädlichen Spannungen im Werkstück 73 vollständig ausgeschaltet, und es wird, da der Einspanndruck praktisch konstant gehalten wird, eine äußerst genaue Bearbeitung des Werkstückes 73 gewährleistet, während die Mittellinie genau mit der Verbindungslinie zwischen der feststehenden Zentrierspitze 66 und dem beweglichen Haltestempel 71 zusammenfällt.

Wenn das Werkstück 73 auf die gewünschte Länge verformt ist, wird die dritte Bearbeitungsstufe beispielsweise durch einen nicht dargestellten Grenzschalter, welcher das Solenoid SOLI des Solenoidventils im hydraulischen System der Figur 11 entregt, abgeschlossen.

Während der zweiten Bearbeitungsstufe (F i g. 8) und

der dritten Bearbeitungsstufe (F i g. 9) wird durch den konstanten Einspanndruck der beiden Organe 66 und 71, selbst wenn in unstabilen Bereichen des Werkstükkes durch die Matrize 67 oder 68 eine unausgeglichene Belastung verursacht wird, ein Abweichen des Werkstückes 73 von der durch die beiden Organe 66 und 71. welche in vorgebohrte Zentrierbohrungen des Werkstückes 73 eingreifen, einwandfrei verhindert.

In diesem Zusammenhang ist noch darauf hinzuweisen, daß beide Matrizenträger 60 und 65 auf dem Maschinengestell 51 verschiebbar angeordnet sind, so daß beide Träger sich auf diesem Maschinengestell 51 in begrenztem Maße bewegen können. So kann sich beispielsweise bei einer leichten Durchbiegung des Werkstückes 73 der Matrizeniräger 60 oder der Matrizenträger 65 parallel zur Axialmittellinie des Werkstückes 73 etwas verschieben, so daß eine einwandfreie und saubere Verformung durch die Matrize 67 und/oder 68 gesichert ist.

Fig. 10 zeigt einen Zwischenzustand der Werkzeugmaschine während der vierten Bearbeitungsstufe. Wenn das Ende der dritten Bearbeitungsstufe beispielsweise durch den bereits erwähnten Grenzschalter aufgespürt wird, wird ein weiteres Solenoid SOL-2 des Solenoidventils im hydraulischen Steuersystem aus F i g. 11 erregt. Dadurch wird das rechte Ende der Ventilspule an das Hydrauliksystem angeschlossen, so daß das Druckmittel vom Hilfsdruckzylinder 75 durch die öffnung 69' und aus der rechten Kammer des Hauptdruckzylinders 57 durch den Kanal 57" abfließen kann, während das Druckmittel der linken Kammer des Hauptdruckzylinders 57 an der linken Kolbenseite durch den Kanal 57' eingespeist wird Dadurch bewegt sich der Hauptdruckzylinder 57 zusammen mit dem Werkzeugschlitten A nach links und drückt dabei die Hilfskolbenstange 69 ebenfalls nach links, wie dies in F i g. 10 dargestellt ist Zu Beginn dieser Linksbewegung des Werkzeugschlittens A hat der Matrizenträger 60 die Neigung, sich zusammen mit aem Werkstück 73 zu bewegen, doch bleibt er infolge seiner Trägheit und der mit ihm verbundenen Kolbenstange 59 und der gegenseitigen Reibung stehen, so daß das Werkstück 73

die Matrize 67 im Matrizenträger 60 verläßt. Die Reaktion der Linksbewegung des Hauptdruckzylinders 57 wird auf seine Kolbenstange 59 übertragen, so daß der Matrizenträger 60 gegen die am Maschinengestell 51 festsitzende Stützwand 53 gepreßt wird, wodurch die Trennung des Werkstücks 73 von der Matrize 67 im Matrizenträger 60 erleichtert wird. Die Matrize 68 bewegt sich dabei mit dem Werkstück 73 zusammen nach links.

Wenn das Flanschteil 70' dem Stempelhalter 70, weleher den beweglichen Haltestempel 71 trägt, gegen einen Anschlag 52" an der linksseitigen Stützwand 52 anstößt, kommt die Hilfskoibenstange 69 zusammen mit dem beweglichen Halteslempel 71 und dem Werkstück 73 zum Stillstand, während der Matrizenträger 65 seine Linksbewegung fortsetzt. Wenn nun die rechte Kante de. Matrize 68 im Matrizenträger 65 die linke Kante des Werkstücks 73 passiert, hängt das Werkstück 73 nur noch auf dem beweglichen Haltestempel 71 und kann durch geeignete Vorrichtungen oder von _ao Hand aus der Werkzeugmaschine herausgemommen werden. Wenn der Matrizenträger 65 in seine äußerste linke Position bzw. in seine in Fig.4 dargestllte Ausgangsposition zurückkehrt, wird das Solenoid SOL-2 durch geeignete nicht dargestellte Organe entregt, sodaß die Maschine zur Bearbeitung eines neuen Werkstückes bereitsteht.

Wie aus der vorstehenden eingehenden Beschreibung der Konstruktion und Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine zu ersehen ist, läßt sich mit dieser Werkzeugmaschine ein Werkstück mit vorgebohrten Zentrierlöchern auf kaltem Wege zu einer gewünschten Form verformen, wie beispielsweise zu einer Keil- oder Nutwelle, einem langzylindrischen Ritzel, einer Riffelwalze od. dgl., da die Dehnung des Werkstückes infolge dieser Kaltverformung automatisch von der Kolbenstange 69 des Hilfszylinderkolbenaggregats 75, 69 mit dem einen konstanten Innendruck in diesem Zylinder 75 aufrechterhaltenden Ventil CV unter Aufrechterhaltung eines konstanten Finspanndruckes auf das Werkstück automatisch absorbiert wird. Die Kaltverformung des Werkstückes 73 parallel zu einer Längsachse, welche durch die Organe 66 und 71 bestimmt ist, mittels der in den Matrizenträgern 60 und 65 angeordneten Matrizen 67 und 68 gewährleistet eine äußerst genaue Bearbeitung des langen Werkstükkes mit genauer Konzentrizität, so daß eine derartige Kaltverformung besondere Führungsgesenke unnötig macht, welche bisher Tür die gleichen Zwecke in derartigen Maschinen erforderlich waren.

Außerdem schaltet der konstante Einspunndruck auf das Werkstück seitens der feststehenden Zentrierspitze und dem beweglichen Haltestempel jegliche Gefahr einer Durchbiegung des Werkstückes in unstabilen Bereichen sowie die »Metallwanderung« an seinen Enden vollständig aus. Es ist daher nicht mehr erforderlich, an den Enden des Werkstückes vor der maschinellen Bearbeitung einen Metallüberschuß vorzusehen, welcher nach der Bearbeitung wieder entfernt werden muß, sodaß sich neben der Materialeinspannung auch eine Einsparung in der Arbeitszeit ergibt. Da die Zentrierlöcher im Werkstück nicht durch die Kaltverformung in irgendwelcher Weise beeinflußt werden, können sie für nachfolgende Abschlußbehandlungen des Werkstückes wie einer Dreh- und/oder Schleifbehandlung ohne weiteres zum genauen Einspannen verwendet werden. Infolgedessen entfällt die Notwendigkeit, für die Abschlußbearbeitung das gezähnte Halbfertigteil genau zu zentrieren und neue Zentrierlöcher zu bohren, so daß Material eingespart und die Endbearbeitung wesentlich vereinfacht wird. Es ergibt sich daher durch die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine eine bemerkenswerte Vereinfachung in der Bearbeitung und Kaltverformung, wenn man die beiden bisher üblichen Maschinen dieser Art erforderlichen Arbeiten damit vergleicht.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine läßt sich aber auch mit großem Vorteil für die Massenproduktion einsetzten, zu welchem Zweck lediglich eine geeignete Einrichtung für die Zufuhr der unbearbeiteter Werkstücke und die Abnahme der fertigen Werkstücke vorgesehen zu werden braucht. Während man dahei die vorbeschriebene erfindungsgemäße Werkzeugmaschine als Halbautomaten bezeichnen kann, entstünde dadurch auf einfachste Weise ein Vollautomat.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Werkzeugmaschine, insbesondere Waagerecht-Stoßmaschine, zur Herstellung einer Keilwelle od. dgl. aus einem sehr langen Werkstück mit einer gegenüber diesem und in dessen axialer Längsrichtung verschiebbaren Matrize und mit zwei Einspannvorrichtungen für beide Enden des Werkstükkes, die je eine in Zentrierbohrungen im Werkstück eingreifende Spitze aufweisen, von denen die eine gegenüber dem Maschinengestell längsverschieblich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Spitze (30) mit einem Haltestempel (31 bzw. 71) verbunden ist, der an der dem Werkstück •bgewandten Seite mit einem Zylinder-Kolbenaggregat (32,33 bzw. 75,69) zusammenwirkt, das während des Bearbehungsvorganges mil konstantem Druck beaufschlagbar ist, wobei der Zylinder mit dem Maschinengestell (11, 11') verbunden ist, und daß die gegenüber dem Werkstück axial bewegbare Matrize (28 bzw. 68) schwimmend in der Maschine angeordnet ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zylinder-Kolbenaggregat (32, 33 bzw. 75, 69) ein den Druck im Zylinder (32 bzw. 75) ständig konstant haltendes Ventil (36 bzw. CV) zugeordnet ist.