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Verfahren zum Abstreck-Gleitziehen von Hohlkörpern Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Abstreck-Gleitziehen von Hohlkörpern, bei dem
als Ausgangswerkstück ein Napf auf einen Stempel aufgeschoben-und von diesem durch
wenigstens einen Abstreckring hindurchgezogen wird, der mit dem Stempel einen Ringspalt
bildet, dessen Weite kleiner als die Dicke der Napfwand ist, und bei dem der Hohlkörper
anschließend vom Stempel abgestreift wird.
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Das Abstreck-Gleitziehen nach DIN 8584 wird in der Praxis -swn Herstellen
von Hohlkörpern aus normalen Tiefziehstählen oder Nichteisenmetallen angewandt.
Es werden dabei zylindrische Werkstücke hergestellt, die in der Regel einen im Vergleich
zur Zylinderwand dickeren Boden haben. Beispielsweise werden auf diesem Weg Kochgeschirre
und andere Gefäße erzeugt,
bei denen es auf eine gewisse Bodenstärke
ankommt, während die Wand zwar eine gleichmäßige Dicke haben soll, aber wesentlich
dünner als der Boden sein kann.
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Bei den bekannten Verfahren hat der Stempel in seinem mit dem abzustreckenden
Werkstoff in Berührung kommenden Bereich einen durchgehend gleichen Durchmesser.
Der Abstreckring besteht aus Werkzeugstahl oder Hartmetall. Das bekannte Verfahren
läßt sich nicht wirtschaftlich auf das Abstreck-Gleitziehen von Hohlkörpern aus
nicht-rostenden, insbesondere austenitischen oder ferrltischen, Ytahlen anwenden,
weil diese in Verbindung mit dem WerkzeuQstahl bezw. Hartmetall des Abstreckrings
zum Kaltaufschweißen neigen. Dadurch steigen die Ziehkräfte nach wenigen Zügen erheblich
an und die hergestellten Hohlkörper werden ebenso wie der Abstreckring durch Oberflächenbeschädigungen
und Riefen unbrauchbar.
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Man hat auch bereits versucht, nicht-rostende Stähle in Abstreck-Gleitziehen
zu verarbeiten, indem man das napfförmige Ausgangswerkstück oder die Blechronde,
aus dem dieses gezogen wurde, mit einem Spezialschmiermittel behandelt.
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Dadurch läßt sich das Kaltaufschweißen zwar verringern; trotzdem wird
keine--allen Ansprüchen gerecht werdende Oberflächenqualität am llohlkörper erzielt.
Vor allem hat die Verwendung von Spezialschiniermitteln den Nachteil, daß diese
sich nach Fertigstellung des Hohlkörpers nur schwer entfernen lassen. Bei den häufig
nachträglich erforderlichen Glühoperationen ist aber eine einwandfreie Entfernung
des Schmiermittels unbedingt erforderlich.
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Die beim normalen Tiefziehen von nicht-rostenden Stählen für das Ziehwerkzeug
üblichen Spezialbronzen sind für Abstreckringe
wegen mangelnder
Festigkeit nicht @eignet.
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Versuche mit aus Keramikmaterial bestehenden Abstreckringen, die an
sich weder zum Raltaiifschweißen neigen noch mangelnde ilärte aufweisen, sind bisher
daran gescheitert, daß die plötzliche Druckentlastung beim Austritt des Werkstückes
aus dem Abstreckring bein Abstreck-Gleitziehen zu Rissen im KeramJkmaterial führte.
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In der Praxis hat man nicht-rostende Stähle daher bislang durch Drückwalzen
nach DIN 8583 abgestreckt. Bei diesem Verfahren wird der Napf auf ein rotierendes
Drückfutter auf geschoben. Von außen greift an ihn wenigstens eine Drückwalze an,
die in Axialrichtung des dornförmigen Drückfutters bewegt wird. Dadurch können zwar
Näpfe aus nicht-rosterlden Stählen abgestreckt und sogar Hohlkörper mit einem verstärkten
Rand, wie er z.B. bei Kochgeschirren erlfinscht ist, erzeugt werden; doch ist das
Drückwalzen zeitaufwendig und auf kreiszylindrische Hohlkörper beschrankt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, mit der Hohlkörper aus nichtrostenden Stahl wirtschaftlich abstreck-gleitgezogen
werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Abstreck-Gleitziehen
von Hohlkörpern aus nicht-rostendem Stahl für den Abstreckring ein keramischer Werkstoff
verwendet wird, das Wandmaterial des Napf es in dessen freiem Randbereich berm Ziehen
durch den Abstreckring in eine Verjüngung des Stempels hineingedrückt wird, bevor
der freie
Napf rand den kleinsten Abstreckringdurchmesser durchläuft,
und der in die Verjüngung hineingedrückte Randbereich beim Abstreifen auf den Durchmesser
des unver#üngten Stempels aufgeweitet wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Abstreckring aus keramlschem
Werkstoff verwendet. Dadurch tritt kein Kaltaufschweißen auf und es entstehen Hohlkörper
aus nichtrostendem Stahl mit einwandfreier Oberfläche. Eine Schmierung und gleichzeitige
Kühlung kann mit einfachen Schmiermitteln vorgenommen werden, die sich anschließend
in einer Waschmaschine ohne weiteres wieder entfernen lassen. Durch das Hineindrücken
des Napfmaterials in eine Verjüngung des Stempels vor dem Durchziehen des freien
Napfrandes durch den engsten Abstreckringdurchmesser wird verhindert, daß im Abstreckringwerkstoff
eine schlagartige Druckentlastung auftritt. Der Druck baut sich vielmehr allmählich
ab, so daß keine Risse mehr im Abstreckring auftreten und dieser eine wirtschaftlich
ausreichend lange Standzeit erlangt. Die durch das Hineindrücken des Napfwerkstoffes
in die Verjüngung des Stempels bedingte Verengung des Hohlkörpers wird anschließend
beim Abstreifen wieder aufgehoben. Der Abstreifer schiebt die Verengung über den
nicht-verjüngten Abschnitt des Stempels, der den verengten Bereich auf das übrige
Innenmaß des Hohlkörpers aufweitet und dafür eine Verdickung der Wandstärke des
Hohlkörpers in dessen Randbereich nach außen erzeugt.
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Es tritt also hier beim Abstreifen, im Gegensatz zu den bisher bekannten
V#rfahren,noch eine Materialverformung auf. Das Auftreten eines verstärkten Randbereiches
ist für viele Anwendungsfälle, beispielsweise für Kochgeschirre, erwünscht.
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Soll eine durchgehend gleiche Wandstärke im Hohlkörper gewährleistet
sein,
kann der verdickte Randbereich ohne weiteres abgeschnitten werden. Das erfindungsgemäße
Verfahren erlaubt also erstmalig die wirtschaftliche Herstellung von Hohlkörpern
im Abstreck-Gleitziehverfahren, wobei noch der besondere Vorteil erzielt wird, daß
auch Hohlkörper nicht-kreiszylindrischer Gestalt aus nicht-rostendem Material hergestellt
werden können.
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Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zum Abstreckbleitziehen
von Hohikörpern aus nicht-rostendem Stahls Ausgehend von einer Vorrichtung mit einem
axial-beweglichen Stempel und wenigstens einem Abstreckring, der mit dem Stempel
einen Ringspalt bildet, dessen Weite kleiner als die Dicke der Wand des das Ausgangswerkstück
bildenden Napfes ist, und mit einem radial zum Stempel beweglichen Abstreifer, ist
bei der erSindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, daß der Stempel in dem Bereich,
in dem der Napfrand vor dessen Durchlaufen durch den engsten Abstreckringdurchmesser
zu liegen kommt, eine Verjüngung aufweist.
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In die erwähnte Verjüngung wird das Napfrandmaterial durch den Abstreckring
hineingedrückt.Sobald zuSobald die Verjüngung den engsten Durchmessers des Abstreckringes
erreicht, wird der Ringspalt zwischen Abstreckring und Stempel allmählich weiter,
so daß die am Abstreckring angreifenden Druckkräfte nachlassen, ohne schlagartig
auf zuhören. Dadurch treten über die Höhe des Abstreckringes keine Sprünge in der
Druckbelastung auf, wodurch Risse im keramischen Material des Abstreckrings vermieden
werden.
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Vorteilhafterweise ist die Tiefe der Verjüngung so bemessen, daß sich
beim Durchlaufen der Verjüngung durch
den engsten Abstreckringdurchmesser
der Ringspalt auf ein Naß erweitert, das wenigstens ca. 90%, vorzugsweise lOO-12O%,der
ursprünglichen Napfwandstärke beträgt.
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Wenn die Tiefe der Verjüngung zu einer Erweiterung des Rirgspaltes
auf ein Maß etwas unter der ursprünglichen Napfwandstärke führt, verbleibt eine
gewisse Restdruckspannung, die beim Durchtreten des Napfrandes durch den kleinsten
Abstreckringdurchmesser schlagartig abgebaut wird. Wenn diese Spannung aber nur
einen Bruchteil der auftretenden Naximalspannung beträgt, führt dies nicht zu Zerstörungen
des Keramikmaterials.
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Günstiger ist es jedoch, wenn der Ringspalt sich infolge der Verjüngung
am Stempel auf ein Zaß erweitert, das gleich groß, oder etwas größer als die ursprüngliche
Napfwandstärke ist.
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Die Napfwandstärke nimmt nämlich in der Regel zum freien Rar des Napfes
hin etwas zu, weil die als Ausgangswerkstück beim Abstreck-Gleitziehen verwendeten
IXäpfe vorher tiefgezogen werden. Bei einer solchen Dimensionierung der VerJüngung
kommt man zu einem vollständigen, jedoch allmählichen Abbau der Druckspannung beim
Durchbewegen der Verjüngung durch den engsten Abstreckringdurchmesser.
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Vorteilhafterweise ist die Verjüngung durch eine konische Schulter
am Stempel gebildet.
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Eine konische Schulter führt zu einem linearen Druckspannungsabbau.
Es sind jedoch auch von dem reinen Konus abweichende Profilformen an der Verjüngung
denkbar. Wesentlich ist lediglich, daß der Durchmesser des Stempels nicht schlagartig,
sondern allmählich kleiner wird.
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Der Konuswinkel der Schulter soll zwischen ca. 6 bis 300 betragen.
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Je kleiner der Konuswinkel ist, desto höher ist der Rand'-bereich
des fertigen Hohikörpers, der eine verdickte Wand aufweist. Ein kleinerer Konuswinkel
führt aber auch zu geringeren Kräften beim Abstreifen des Hohlkörpers vom Stempel,
weil das in die Verjüngung hineingedr#ckte Material weniger weit nach außen verdrängt
Werden muß. Umgekehrt kann man durch einen größeren Konuswinkel eine geringere Höhe
der Randverdickung des fertigen Hohlkörpers erreichen, muß dafür jedoch höhere Abstreifkräfte
in Kauf nehmen. Jenachdem, welcher dieser Gesichtspunkte überwiegt, wählt man den
Konuswinkel in der Nähe der oberen oder unteren Grenze.
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Vorzugsweise hat der Abstreckring ein Innenprofil, das sich in Abstreckrichtung
zunächst allmählich unter einem Konuswinkel von ca. 15 bis 40 verjüngt, dann über
eine Länge von ca. 3-5 mm zylindrisch ist und sich schließlich unter einem Konuswinkel
von ca. 4-15° erweitert.
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Gegenüber bekannten Abstreckringen aus Werkzeugstahl oder Hartmetall
hat der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwendende Abstreckring einen etwas
längeren zylindrischen Abschnitt, wodurch, die Widerstandsfähigkeit des engsten
Durchmesserbereiches erhöht wird.
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Bei bekannten Vorrichtungen werden in der Regel Abstreifer verwendet,
die fingerartig ausgebildet sind. Bei der erfindungsgetnäßen
Vorrichtung
ist dagegen zweckmäßigerweise vorgesehen, daß der Abstreifer als geteilter Ring
ausgeführt ist, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des unverjüngten Stempels
entspricht.
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Der Abstreifer hat dadurch eine wesentlich größere Anlagefläche am
abzustreifenden Hohlkörper. Diese Vergrößerung der Anlagefläche ist günstig, weil
infolge der Verformung des Randbereiches des Hohlkörpers beim Abstreifen noch verhältnismäßig
hohe Kräfte zu übertragen sind.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 bis 6 Vertikalschnitte
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abstreck-Gleitziehen von Hohlkörpern
aus nicht-rostendem Stahl in sechs verschiedenen Arbeitsstellungen, und Fig. 7 den
erzeugten Hohlkörper im Vertikalschnitt In der Zeichnung ist 1 ein feststehender
Abstreckring, der unter Druckspannung in einen Aufnahmering 2 eingeschrumpft ist,
Der Abstreckring besteht aus einem keramischen Werkstoff, vorzugsweise A1203-Sinterkorund
hoher Reinheit. Ein solcher Werkstoff ist beispielsweise im deutschen Patent 1 230
343 beschrieben.
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Der Abstreckring 1 hat eine sich in Streckrichtung konisch verjüngende
Einlauffläche la(Fig.6), deren Konuswinkel zwischen 15 und 400 liegen kann. An die
Einlauffläche la schließt
sich ein zylindrischer Abschnitt ib an,
dessen Höhe etwa 3-5 mm beträgt. Auf diesen folgt eine sich konisch in Streckrichtung
erweiternde Auslauffläche le, deren Konuswinkel eao 4-15° betragen kann.
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Der zylindrische Abschnitt Ib definiert den kleinsten Durchmesser
d des Abstreckrings 1 (Bigo 1)a Mit dem Abstreckring 1 arbeitet ein allgemein mit
3 bezeichnet er Stempel zusammen, der einen zylindrischen vorderen Abschnitt 3a9
einen ebenfalls zylindrischen rück« wärtigen Abschnitt 3b und am Übergang zwischen
dem vorderen und dem rückwärtigen Abschnitt eine konische Schulter 3c aufweist.
Die Schulter 3C, die sich also entgegen der Streckrichtung, verjüngt, soll einen
Konuswinkel von ca. 6-30° haben. Der Stempel 5 ist in Richtung des Doppelpfeils
P relativ zum Abstreckring 1 bewegbar. Bei seiner Bewegung durch den Abstreckring
hindurch bildet sich zwischen dem vorderen Abschnitt 3a und dem Abstreckring 1 ein
Ringspalt aus, dessen kleinste Weite sich aus der Differenz des Durchmessers d und
des Durchmessers s des vorderen Abschnitts 3a des Stempels 3 ergibt. In Fig. 1 ist
die Weite dieses Ringspaltes mit r bezeichnet.
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In Abstreckrichtung hinter dem Abstreckring 1 ist ein Abstreifer 4
angeordnet, der aus zwei oder mehr Kreisbogensegmenten besteht, die durch eine Ringfeder
5 in die aus den Fig. 1, 5 und 6 ersichtliche innerste Stellung gedrängt werden.
In dieser Stellung entspricht der Innendurchmesser des Abstreifers 4 im wesentli-chen-dem
Außendurchmesser s
des vorderen Abschnitts 3a des Stempels. Der
Abstreifer 4 hat eine sich in Abstreckrichtung konisch verJün;ende Eini lauffläche
4a.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Auf den Stempel 3 wird. ein Aus#angswerkstück
in Form eines Napfes 6 aus nicht-rostendem Stahl aufgeschoben. Dies kann dadurch
erfolgen, daß der Napf auf die Einlaufflüche 1a des Abstreckringes 1 aufgesetzt
und dort zentriert wird. Der Stempel 3 kann dann in den Napf 6 eingeschoben werden.
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Der Napf wird üblicherweise aus einer Blechronde durch Tiefziehen
hergestellt und hat im wesentlichen gleiche Wand-und Bodenstarke. Die Wandstärke
kann sich zum freien Rand Ca hin, bedingt durch das Tiefziehen, etwas vergrößern.
Die Ausgangsstellung mit auf den zylindrischen vorderen Abschnitt 3a des Stempels
aufgeschobenen Napf 6 ist in Fig.1 ersichtlich.
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Beim Durchschiebe#n des vorderen, zylindrischen I#schnitts 3a des
Stempels 3 durch den Abstreckring 1 kommt das Material des Napfes 6 zunächst in
Anlage an die Einlauffläche la und wird dann in den zylindrischen Abschnitt 1b des
Abstreckrings 1 hineingedrückt. Zwischen dem zylindrischen Abschnitt 3a des Stempels
3 und dem zylindrischen Abschnitt Ib des Abstreckrings 1 wird das Wandmaterial des
Napfes 6 dann auf die Spaltweite r abgestreckt. Dabei ist im Rahmen der Erfindung
ohne weiteres ein Abstrecken auf bis zu 40% nöglich.
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Das Ab strecken des Wandmaterials von der ursprünglichen Wandstärke
des
Napfes 6 auf die Stärke r ist am besten aus Fig. 2 ersichtlich.
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Beim Abstrecken kann aus einer in Fig. 2 bei 7 angedeuteten Düse ein
einfaches Schmiermittel, beispielsweise ein Seifenwasser, aufgespritzt werden, das
mit einer Schmierung zugleich den Abstreckring 1 kühlt.
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Mit zunehmender Bewegung des Stempels 3 in den Abstreckring 1 hinein
verschiebt sich das Wandmaterial des Napfes 6 am Stempel entlang. In Fig. 2 hat
der freie Napfrand 6a bereits die konische Schulter 3c erreicht. Diese ist an einer
solchen Stelle des Stempels 3 angeordnet, daß der freie Napfrand 6a noch einen deutlichen
Abstand vom engsten Durchmesser des Abziehringes 1 hat, wenn er bei der Schulter
3c anlangt.
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Die konische Schulter 3c definiert eine Verjüngung v (Fig. 3) des
zuEpels 3. Sobald diese Verjüngung v, d.h. die Schulter 3c, in den Bereich des kleinsten
Durchmessers d des Abstreckringes 1 gelangt, erweitert sich der Spalt zwischen dem
Stempel 3 und dem Abstreckring 1 von dem Maß r auf ein allmähliches entsprechend
der Vergrößerung der Verjüngun.g v zunehmendes Naß. Die Verjüngung v ist so bemessen,
daß am kleindurchmessrigen Ehde der Schulter 3c der Spalt zwischen dem zylindrischen
Abschnitt 1b des Abstreckrings 1 und dem rückwärtigen zylindrischen Abschnitt 3b
des Stempels in der Größenordnung der Wandstärke des ursprünglichen Napfes 6, zweckmäßigerweise
um 10-20% darüber, liegt.
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Die Fig. 3 und 4 lassen erkennen, daß der zylindrische Abschnitt Ib
des Abstreckrings 1 das Wandmaterial des Napfes 6 in Anlage an die Schulter 3c drängt,
so daß sich ein eingeschnürter, verdickter
Randbereich 6b des
Napfes ergibt, der zu diesem Zeitpunkt außen eine noch vollkommen zylindrische Wandfläche
aufweist.
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Wesentlich für die Erfindung ist, daß das Material des Randbereiches
des Napfes 6 in die Verjüngung, des Stempels 3 hinein£;-epreßt ist, bevor der freie
Rand 6a den kleinsten Durchmesser d des Abstreckringes 1 durchläuft. Diese Bedingwng
ist bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel erfüllt; in Fig. 4 erkennt man, daß
der verdickte Randbereich 6b die VerJüng1lng des Stempels 3 ausfüllt, während der
freie Rand 6a des Napfes gerade in den zylindrischen Abschnitt 7d des Abstreckrings
1 hineinläuft.
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Beim Hineinwandern der Schulter 3c in den engsten Durchmesserbereich
des Abstreckringes 1 haben sich die beim Abstrecken zwischen dem Stempelabsehnitt
3a und dem Abstreckringabschnitt 7b auftretenden Druckspannungen allmählich abgebaut.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß mit zunehmendem eindringen der sich auf das
Stempelinnere zu vergrdßernden Verjüngung v in den engsten Durchmesser des Abstreckringes
1 die Wandstärke des Napfes immer weniger reduziert wird, bis dieses Abstrecken
im schmalsten Bereich der Schulter 3c ganz oder im wesentlichen aufhört. Dadurch
treten beim Ziehen des Napfes 6 6durch den Abstreckring 1 keine schlagartigen Druckspannungsabfälle
auf.
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Der Stempel 3 stößt den abgestreckten Napf 6' dann in die Einlauffläche
4a des Abstreifers 4 hinein, so daß dieser radial ausweicht. Sobald der freie Rand
des abgestreckten Napfes 6' unterhalb des Abstreifers zu liegen kommt (Fig.5), schnappt
der Abstreifer 4 unter der Wirkung der Feder 5 nach
innen zusammen
und legt sich oberhalb den freien Rand 6a des gestreckten Napfes 6'.
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Beim Zurückziehen des Stempels 3 nach oben kann der Napf 6' nicht
folgen, da sein freier Rand 6a an der Unterseite des Abstreifers 4 anstößt. flr
wird daher vom Stempel abgestreift.
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Dabei wird der verdickte, an der Schulter 3c und dem rückwärtigen,
zylindrischen Abschnitt 3b anliegende, verstärkte Randbereich 6b von dem zylindrischen,
vorderen Abschnitt 3a des Stempels radial aufgeweitet. Dies ist aus Fig. 6 ersichtlich.
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Endprodukt ist ein zylindrischer Hohlkörper aus nicht-rostendem Stahl
mit einem verstärkten Randbereich 6'b und einem Boden 6'c von etwa gleicher Stärke.
Die Innenwand des Hohlkörpers ist vollkommen zylindrisch.(Piig.#).Die Zylinderwand
6'd hat eine gleichnäßige#Stäri#e von der Spaltweite r.
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Solche Hohlkörper können unmittelbar als Kochgeschirre oder andere
Gefäße verwendet werden, bei denen ein verstärkter Randbereich erwünscht ist.
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Sollen Hohlkörper hergestellt werden, deren Zylinderwand durchgehend
gleich stark ist, wird der Randbereich anschließend abgestochen.
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Die Erfindung ist nicht, auf das gezeichnete Ausführungsbeispiel beschrän3ft-.
Namentlich können anstelle kreiszylindrischer Hohlkörper auch zylindrische Napfkörpbr
anderen Querschnitts, beispielsweise ovaler oder rechteckiger Form, hergestellt
werden. Die Schulter 3c muß nicht geradlinig konisch ausgebildet sein, auch ein
anderer allmählicher ttbergang, beispielsweise eine Ausrundung, zwischen dem vorderen
Abschnitt 3a'und dem ruckwärtigen Abschnitt 3b des Stempels 3
ist
denkbar. Die aus der Zeichnung ersichtlichen Winkel der Schulter 3c und am Abstreckring
1 können in den obenstehend angegebenen Grenzen variiert werden.
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Anstelle eines einzigen Abstreckringes 1 können zwei oder mehr Abstreckringe
koaxial zueinander angeordnet und nacheinander zur Wirkung gebracht werden. Dem
ersten Abstreckring kann ein Ziehring vorgeordnet sein, in welchem aus einer Blechronde
der das Ausgangswerkstück bildende Napf 6 gezogen wird.