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HOCHGESCHWINDIGKEITSMASCHINE ZUM DRUCKVERFORMEN VON WERKSTÜCKEN Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Druckverformen von Werkstücken und genauer
auf Hochgeschwindigkeitsmaschinen zum Druckverformen von WerksÜ1cken, welche Hochdruckgas
energie zum Beschleunigen des arbeitsausfiihpenden Werkzeugs auf hohe Geschwindigkeiten
verwenden und welche im geschlossenen thermodynamischen kreisprozeß, d.h. ohne Ausstoßen
der Gase in die Außenluft, arbeiten.
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Am erfolgreichsten kann diese Erfindung bei Hochgeschwindigkeitsmaschinen
angewendet werden, welche zum erzeugen von Genau-Schmiedestücken aus gewöhnlichen
und schwerverrormbaren
Letallen und Legierungen sowie zum Zerschneiden
von oh@en und Walzprofilen dienen Solche verschiedenartigen Arbeitsgänge können
ausgeführt werden, weil die nffjaschinenkonstruktion das Auswechseln des arbeitsausführenden
Werkzeuge ermöglicht.
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Es sind Hochgeschwindigkeitsmaschinen bekannt, welche einen Ständer
mit einer auf ihm auf Dämpfern aufgesetzten Grundplatte besitzen, über der an Senkrecht
säulen ein Behälter befestigt ist, welcher einen mit uruckigas gefüllten Hohlraum
besitzt. In letzterem ist mit Möglichkeit senkrechter Bewegungen ein Kolben mit
seiner Kolbenstange, welche das arbeitsausführende Werkzeug verschiebt, eingebaut.
Das Werkzeug wird in die oberste Stellung (die Ausgangsstellung) mit Hilfe von Kraft
zylindern, welche mit einem Antrieb verbunden sind, zurückgeführt.
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Bei diesen maschinen befinden sich die Kraftzylinderkolben im Unterteil
der Maschine und nicht höher als deren Grundplatte. Die Kolben werden bei der Rückführung
des arbeitsausführenden Werkzeugs in die Ausgangsstellung von unten nach oben geschoben.
Das arbeitsausführende Werkzeug nimmt seine Ausgangsstellung ein und danach werden
die Kraftzylinderkolben mit den Kolbenstangen wieder herabgefahren, wobei sie den
Zugang zum Gesenk freigeben. Der Hauptnachteil dieser biaschinen besteht darin,
daß die Rückführung des Arbeitswerkzeugs
darauffolgendes unbedingtes
Fortführen der Kolbenstangen erfordert, wodurch die Zyklusarbeit des Maschinenbetriebs
beeinträchtigt wird, da die Hilfsarbeiten bei der Gesenkbedienung -Fortschaffen
des alten und Einlegen des neuen Rohling nur ausgeführt werden können, nachdem das
arbeitsausSiihrende Werkzeug und die Kraftzylinderkolben in die Ausgangsstellung
gebracht sind.
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Dieser Nachteil ist besonders fühlbar beim einsatz der Hochgeschwindigkeitsmaschine
zum Zerschneiden von Rohren und Walzprofilen in Walzwerken, wo das Werkzeug schnell
aus der Arbeitszone entfernt werden muß.
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Bei den bekannten Konstruktionen von neuzeitlichen Hochgeschwindigkeitsmaschinen
muß, um die Zeit für die Rückfphrung des arbeitsausführenden Werkzeugs in die usgangsstellung
zu kürzen, die Leistung des Hydraulikantriebs erhöht werden.
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Außerdem kann beim Zerschneiden von Rohren und Walzprofilzen mit
unterschiedlichen Abmessungen, die folglich auch verschieden viel Energie zum Trennen
erfordern, ein Energieüberschuß auftreten, welcher elastisches Verformen des Gesenks
hervorruft. Der Energieüberschuß kann nicht immer aufgezehrt werden und ruft oft
den Bruch der Gesenke hervor.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochgeschwindigkeitsmaschine
zum Druckverformen von Werkstoffen zu
schaffen, bei der die Kraft
zylinder so angeordnet sind, daß keine zusätzliche Zeit zum Fortführen derselben
aus der Wätigkeftszone des arbeitsausführenden Werkzeugs erforderlich ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Hochgeschwindigkeitsmaschine gelöst,
welche einen Ständer mit einer auf ihm auf Dämpfern aufgesetzten Grundplatte besitzt,
über der an Senkrechtsäulen ein Behälter befestigt ist, welcher einen mit Druckgas
gefüllten Hohlraum besitzt, in dem mit Möglichkeit senkrechter Bewegungen ein Kolben
mit seiner Kolbenstange, welche das arbeitsausführende Werkzeug verschiebt, eingebaut
ist, das mit Hilfe von mit einem Antrieb verbundenen Kraft zylindern in die Ausgangsstelltnig
zurückgeführt wird.
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Erfindwigsgemäß sind die Kraftzylinder im Hohlraum des Behälters
angeordnet und die kolbenseitigen Räume eines jeden von ihnen sind mit dem Antrieb
verbunden, während die kolbenstangenseitigen Räume mit dem Hohlraum des Behälters
in Verbindung stehen.
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Eine solche Maschinenkonstruktion ermöglicht es, die Zeit für die
Rückführung des arbeitsausführenden Werkzeugs in die Ausgangsstellung zu kürzen
und folglich die Zyklizität des Iaschinenbetriebs zu erhöhen.
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Zweckmäßigerweise wird im Unterteil des Behälters ein Dämpfungsraum
vorgesehen, welcher zum Verzehren der bberschußenergie
beim Verformen
des Rohlings dient.
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Die gemäß der vorliegenden BrSindung ausgeführte Hochgeschwindigkeitsmaschine
besitzt relativ geringe Außenmaße und einfache Bauform. Die Produktivität dieser
Maschine im Betrieb ist hoch.
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Sachstehend wird ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Hinweis auf beiliegende Zeichnung beschrieben, welche einen Längsschnitt durch
die Hochgeschwindigkeitsmaschine zum Druckverformen von Werkstoffen zeigt.
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Auf der Zeichnung ist links von der Symmetrieachse die Jvjaschine
in der Stellung abgebildet, in der sie zum AusSuhren des Arbeitshubs bereit ist.
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Die Hochgeschwindigkeitsmaschine besitzt einen Ständer 1, auf dem
auf Dämpfern 2 eine Grundplatte 3 aufgesetzt ist, über der an Säulen 4 ein Behälter
5 befestigt ist. Die Grundplatte 3, die Säulen 4 und das Gehäuse des Behälters 5
sind starr miteinander verbunden und bilden einen Sshmell, welcher die Belastungen
beim xaschinenbetrieb aufnimmt. Die Dämpfer 2 dienen zum Dampfen der Rahmenschwingungen
bei den Verschiebungen des Rahmens relativ zum Ständer 1.
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Auf der Grundplatte 3 ist der Unterteil 6 des arbeitsausführenden
Werkzeugs, z.B. des Gesenks, befestigt, auf dem der durch Schläge zu verformende
Rohling 7 liegt.
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Der Oberteil 8 des arbeitsausführenden Werkzeugs ist an einem Querträger
9 befestigt, der mit Kolbenstange 10 und Kolben 11 eine Einheit bildet.
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Der behälter 5 besitzt einen zylindrischen Hohlraum 12, der mit Druckgas
gefüllt ist. Vorliegend wird unter einem Druck von 150 at stehender Stickstoff verwendet.
Der Kolben 11 befindet sich im.Iviittelteil des Hohlraums 12 des Behälters 5. Die
Hochdruckgasenergie Wird in kinetische Energie des arbeitsausführenden Werkzeugs
8 umgewandelt, die beim Verformen des Rohlings 7 verbraucht wird.
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In der Mitte des Gehäuseunterteils des behälters 5 ist ein Dämpfungsraum
13 vorgesehen, der zum Verzehren der Überschußenergie des Werkzeugs 8 durch Bremsen
der Bewegung des Kolbens 11 dient.
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im Oberteil des Hohlraums 12 des Gehäuses des behälters 5 befindet
sich ein zylindrischer Raum 14 mit einer Durchgangsbohrung in seiner viittet Symmetrisch
zu ihm sind im Oberteil des Hohlraums 12 noch zwei Durchgangsbohrungen ausgeführt.
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Auf der Außenseite des Gehäuses des Behälters 5 sind diese drei Bohrungen
miteinander durch eine Rohrleitung 15 über eine Drossel 16 und ein Rückschlagventil
17 verbunden. Bei der Rückführung des Werkzeugs 8 in die Ausgangsstellung tritt
der Kolben 11 in den Raum 14 ein und das in ihm befindliche Gas wird über das Rückschlagventil
17 in den Hohlraum 12 verdrängt. Die Seitenflächen des Raums 14 und des Kolbens
11
sind mit geringer Oberflächenrauhigkeit und genau ausgeführt.
Hierdurch ist es möglich, das Zuströmen von Gas über die Luftspalte zwishhen ihnen
aus dem Hohlraum 12 des Behälters 5 in den Raum 14 auf ein Minimum zu vermindern.
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Auf diese Weise wird der Kolben 11 in der Ausgangsstellung im Laufe
einer Zeitspanne festgehalten, die erforderlich ist, damit Gas aus dem Hohlraum
12 über die Drossel 16 in den Raum 14 strömt und damit derDruck in diesen Räumen
12 und 14 sich ausgleißht. Die zum Ausgleichen des Drucks ertorderliche Zeitspanne
wird durch Einstellen der Drossel 15 geregelt und hängt von der Dauer -der Arbeitsgänge,
die dem Arbeitshub vorausgehen, ab, Im Hohlraum 12 des Behälters 5 sind diametral
gegenüber zwei Kraitzylinder 18 befestigt, wobei sich in jedem von ihnen ein Kolben
19 mit einer Kolbenstange 20 befindet Diese Kraftzylinder dienen zur Richführung
des arbeitsausführenden sterkzeugs o in die Ausgangsstellung.
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Der Querträger 9 besitzt zwei Durchgangsöffnungen, in denen sich
die Kolbenstangen 20 ungehindert verschieben kön-.
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nen. Der Querträger 9 liegt auf den Ansätzen 21 der Kolben stangen
a0 auf.
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Die kolbenseitigen Räume der Zylinder 18 sind in diesem Ball mit
einem Hydraulikantrieb und einem Flüssigkeitsabflußfäß (die nicht aogebildet sind)
verbunden, während die
kolbenstangenseitigen Räume mit dem Hohlraum
12 des Behälters 5 in Verbindung stehen.Hierbei werden die Kolben 19 durch das Pumpen
von Flussigkeit mit Hilfe des Hydraulikantriebs in den kolbenseitigen Raum herabgeschoben.
Hochgeschoben werden sie unter Einwirkung des Eocharuckgases, das sich im Hohlraum
12 berindet und auf die Unterrläche der Kolben 19 drückt, wodurch die Flüssigkeit
aus den kolbenseitigen Räumen in das Flüssigkeitsabflußgefäß verdrängt wird.
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Die Gesamtfläche der unterseitigen Obrrflächen der Kolben 19 soll
größer als die wirksame Oberfläche des Kolbens 11 sein, damit das Heben des Querträgers
9 mit dem Werkzeug 8 sichergestellt ist.
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Zur Verringerung der Reibung und zum Abdichten der Kolbenstangen
10 und 20 ist der Hohlraum 12 des Behälters 5 teilweise mit einer Schmierflüssigkeit,
z.B.
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mineralöl, gefüllt.
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Die maschine arbeitet~folgendermaßen. In der Ausgangsstellung befindet
sich der Kolben 11 im Raum 14, während die kolbenseitigen Räume der Kraft zylinder
16 mit dem Flüssigkeitsabflußgefäß verbunden sind, in die die Flüssigkeit aus den
erwähnten Räumen abfließt. Es werden, damit das arbeitsausführende Werkzeug 8 einen
Arbeitshub ausführt, die kolbenseitigen Räume der Kraft zylinder 18 mit dem
Hydraulikantrieb
verbunden. Hierbei schiebt die in diese Räume einströmende Hochdruckflüssigkeit
die Kolben 19 mit den Kolbenstangen 20 herab und gibt den Querträger 9 mit dem Werkzeug
ö frei. Bei ihrer Abwärtsbewegung komprimieren die Kolben 19 zusätzlich das Gas
im Hohlraum 12 des Behälters 5.
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Gleichzeitig strömt Gas aus dem Hohlraum 12 durch die Rohrleitung
15 und über die Drossel 16 in den Raum 14 und drückt uzunEchst langsame auf den
Kolben 11, der'herabgeschoben wird. Sobald der Kolben ganze 11 den Raum 14 verlåBt,
wirkt auf seinev Oberfläche der volle Gasdruck, der im Hohlraum 12 des Behälters
5 herrscht.
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Hierbei wird das Arbeitswerkzeug o beschleunigt.
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Der lyiaschinenrahmen wird durch die Reaktionskräfte hochgeschoben.
Die Hochdruckgasenergie wird in kinetische Bewegungsenergie des Querträgers g mit
dem Oberteil 8 des arbeitsausführenden Werkzeugs und des Rahmens mit dem an ihm
angebrachten Unterteil 6 des arbeitsausführenden Werkzeugs umgewandelt.
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Die kinetische Energie wird beim Verformen des Rohlings 7 verbraucht.
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Nach Beendigung des Verformungsprozesses senkt sich der Rahmen auf
die Dampfer 2 und nimmt seine Ausgangsstellung ein.
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Alle Maschinenteile nehmen die Lage ein, die auf der Zeichnung rechts
von der Symmetrieachse abgebildet ist.
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Es werden zur Rückführung des Querträgers 9 mit dem arbeitsausführenden
Werkzeug 8 in die Ausgangsstellung die kolbenseitigen
Räume der
Kraftzylinder 18 mit dem Flüssigkeitsabflußgefaß verbunden. Durch den Gasdruck im
Hohlraum 12 des Behälters 5 werden die Kolben 19 hochgeschoben, wobei sie den Querträger
9 mit dem Werkzeug o mitnehmen.
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Die für die Rückführung erforderliche Zeit wird durch den Durchlaßquerschnitt
der Rohrleitungen bestimmt, welche die kolbenseitigen Räume der Zylinder 18 mit
dem Flüssigkeitsabflußgefäß verbinden.
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Während der zum Eintreten des Kolbens 11 in den Raum 14 erforderlichen
Zeit wird Gas aus dem letzteren über die Rohrleitung 15, die Drossel 16 und das
Rückschlagventil 17 in den Hohlraum 12 des Behälters 5 verdrängt.
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Der verformte Rohling 7 wird nach der Rückführung der Kolben 11 und
19 in die Ausgangsstellung von der unteren Werkzeughälfte 6 abgenommen und durch
einen neuen ersetzt.
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Es ist ausreichend, um den nächsten Schlag auszuführen, die kolbenseitigen
Räume der Kraftzylinder 18~mit der Druckleitung des Hydraulikantriebs zu verbinden,
wobei infolgedessen die Kolben 19 herabgeschoben werden und den Querträger 9 mit
dem arbeitsausführenden werkzeug 8 freigeben. Gleichzeitig strömt Hochdruckgas aus
dem Hohlraum 12 des Behälters 5 über die Drossel 16 in den Raum 14 und schiebt den
Kolben 11 in die Ausgangsstellung zum Ausführen des Schlags.
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Die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Hochgeschwinaigkeitsmaschine
ist eine einfach gebaute Maschine mit höher Produktivität und erfordert keine komplizierte
Steueranlage.