DE2601285A1

DE2601285A1 - Vorrichtung fuer die herstellung durch kaltverformung metallischer werkstuecke

Info

Publication number: DE2601285A1
Application number: DE19762601285
Authority: DE
Inventors: Michel Orain
Original assignee: Glaenzer Spicer SA
Current assignee: Glaenzer Spicer SA
Priority date: 1975-02-07
Filing date: 1976-01-15
Publication date: 1976-08-19
Also published as: IT1053908B; DE2601285C3; GB1516941A; JPS51103861A; DE2601285B2; BR7600691A; BE837606R; NL7601196A; FR2299927B2; DD124237A6; ES444947A2; FR2299927A2; JPS5524980B2

Description

Beschreibung
zum Patentgesuch

der Firma GLAENZER SPICER, Societe Anonyme, Io, rue Jean-Pierre Timbaud, Poissv (Yvelines) / Frankreich

betreffend:

"Vorrichtung für die Herstellung durch Kaltverformung metallischer Werkstücke"

(Zusatz zu P 24 15 549.5)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Fertigung metallischer Werkstücke nach dem Hauptpatent.

Das Hauptpatent beschreibt eine Vorrichtung für die Kaltverformung metallischer Werkstücke, welche einen Zentralkörper und im wesentlichen sich radial von diesem weg erstreckende Arme aufweisen, ausgehend von metallischen Rohlingen, die im wesentlichen die Form eines Umlaufkörpers, beispielsweise eines einfachen Zylinders, haben.

Die Vorrichtung nach dem Hauptpatent umfaßt im wesentlichen eine Matrize aus mehreren Segmenten, die zusammenfahrbar sind, um so einen Hohlraum auszubilden, dessen Form derjenigen des zu fertigenden Werkstücks entspricht. Dieser Hohlraum hat demgemäß einen Zentralteil entsprechend dem Zentralkörper des Werskstücks und sich von diesem weg erstreckende Teile, entsprechend den Armen des Werkstücks. Die Segmente der

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Zlatrize sind ira übrigen so ausgebildet, daß sich beim Zusammenfahren zwei koaxial liegende Öffnungen von beiden Seiten der Matrize ergeben in eier,. Zentralteil der letzteren, um das Einsetzen des Rohlings zu ermöglichen und das Eindrinaen von Stempeln, die diesen Rohling komprimieren, um mit dessen Material vollständig den inneren Hohlraum der Matrize zu füllen und damit das ~*7erkstück auszubilden, wobei jeder Arm des Werkstücks sich durch einen Ziehvorgang, seitlich bezüglich der Matrize, des Rohlings auer zu einem Durchbruch des entsprechenden Teils des Hohlraums an seiner Mündung in deren Sentralabschnitt ergibt.

Bei der Vorrichtung- nach dem Hauptpatent ist jedes Segment, aus dem die beschriebene Matrize gebildet ist, aus einen Block gebildet, der in seinem Abschnitt, v/elcher einen Teil des für die Bildung des gewünschten Tverkstücks bestimmten Hohlraums bildet, von Ebenen begrenzt ist, die sich an entsprechende Ebenen der beiden benachbarten Segmente bei geschlossener Matrize anlegen, wobei sich diese Stoßebenen demgemäß radial erstrecken und jedes Segment umfaßt eine Ziehöffnung, vollständig ausgebildet für die Bildung eines Armes des zu fertigenden ?7erkstücks. Die öffnung der Matrize und das Entnehmen des Werkstücks nach dem Ziehvorgang erfolgt durch radiales, zentrifugales Auseinanderfahren der Matrizensegmente in Richtung der Achse der jeweils gezogenen Arme und um eine Strecke, die mindestens gleich der Länge dieser Arme ist.

Diese Vorrichtung, welche die im Hauptpatent beschriebenen Vorteile aufweist, kann jedoch noch verbessert werden, da sie für den industriellen Einsatz noch mit gewissen Nachteilen behaftet ist.

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Wie erläutert, erfordert näir.lich das Freisetzen des gebildeten Werkstücks eine große radiale Wegstrecke jedes Matrizensegmentes, eine Wegstrecke, die in vollständigem Synchronismus mit den anderen Segmenten durchlaufen werden muß, um nicht eine Beschädigung des Werkstücks zu riskieren. Daraus ergibt sich eine Komplikation des Mechanismus und eine Empfindlichkeit gegen Verschleiß, die nur schwer in Einklang zu bringen ist mit dem Arbeitstakt und normaler Lebensdauer der Werkzeuge. Darüber hinaus bildet dieses Freisetzen des Werkstücks einen Arbeitsgang der Feinbearbeitung, die für die seitlichen Arme es verbietet, andere Formen als reine Säulen vorzusehen mit Achsen in Richtung des Ausziehweges der Matrizensegmente.

Darüber hinaus sind die Drücke, welche auf die Matrizensegmente in dieser Ausführungsform während des eigentlichen Ziehvorgangs wirken, außerordentlich hoch (in der Größenordnung

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von 200 kg/mm- für das Ziehen von !

Stoßebenen zwischen den Segmenten.

von 200 kg/mm- für das Ziehen von Stahl) und maximal am Ort der

Daraus ergeben sich zwei Hauptnachteile, nämlich eine geringe Ermüdungsfestigkeit der Segmente und ein Entweichen von Material in die Stoßebenen, was zu störenden Fließnähten auf den Werkstücken und zu einem Verschleiß^ der Werkzeuge führt.

Gemäß der Erfindung v/erden diese Nachteile vermieden dank der Tatsache, daß die Hohlräume, bestimmt für die Bildung der seitlichen Arme, jeweils zum Teil in der Kontaktfläche eines Matrizensegments und teilweise in der des benachbarten Segments eingearbeitet sind, wobei sich jeder Teilhohlraum,der so gebildet ist, ohne Hinterschneidung in die Fläche öffnet, in die er eingearbeitet ist.

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Demgemäß fällt die Kontakt- und Trennebene zweier benachbarter Segmente in dem ineist vorkommenden Falle, wo jeder Arm des zu fertigenden Werkstücks eine Form eines Umlaufkörpers oder mindestens eine zu einer Mittelebene symmetrische Form aufweist, mit der letzteren zusammen.

Das Freisetzen des Werkstückes kann demgemäß durch eine relativ kleine Bewegung der Segmente erfolgen, mit der die Arme seitlich und nicht mehr in Längsrichtung freigesetzt werden. Diese Bewegung hat demgemäß eine viel geringere Amplitude. Andererseits wird es möglich, Werkstücke zu fertigen mit Armen, die eine von der reinen Zylinderform abweichende Form aufweisen. Schließlich kann man überraschenderweise feststellen, daß das Risiko von Entweichen von Material in die Stoßebene, gebildet zwischen zwei benachbarten Ilatrizensegmenten, praktisch Null ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein Werkstück, das durch Kaltverformung mittels einer Matrize gemäß der Erfindung zu fertigen ist,

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Werkstücks in Richtung des Pfeiles f, der Fig. 1,

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf ein Segment der Matrize gemäß der Erfindung,

Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Matrize in Richtung des Pfeiles f der Fig. 3,

Fig. 5 ist eine Grundrißdarstellung der Matrize, bestehend aus der Baugruppe aus drei Segmenten gemäß Fig. 3 und 4,

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Fig. 6 ist eine Teilschnittdarstellung nach
Linie VI-VI der Fig. 5,

Fig. 7 ist ein Horizontalschnitt durch die Matrize
nach Linie VII-VII der Fig. 6, und zeigt das Werkstück während der Verformung in der Matrize in drei aufeinanderfolgenden Stufen der Verformuncf, sowie Teile der mit der Matrize zusammenwirkenden Werkzeuge,

Fig. 8 ist eine Darstellung analog Fig. 7, zeigt jedoch die Segmente der Matrize auseinanderliefahren für das Freisetzen des verformten Werkstücks,

Fig. 9 ist eine Darstellung analog Fig. 7 einer abgewandelten Ausführungsform der Matrize mit vier Segmenten, bestimmt zur Herstellung eines Werkstücks einer etwas abweichenden Form von dem Werkstück nach Fig. 1 und 2, und

Fig. 10 ist eine Seitenansicht von zwei Segmenten der Matrize gemäß Fig. 9 in Richtung des Pfeiles f., in jener Figur.

Wie in Fig. 1 und 2 erkennbar, ist das zu fertigende
Werkstück ein Element eines homokinetischen Universalgelenks vom sogenannten "Tripod-Typ", bestehend aus einem Zentralkörper mit zwei ebenen Seiten 2 und mittleren Ausbauchungen 3, so daß der Zentralkörper 1 eine dreieckige Grundform erhält mit Facetten, von denen drei radiale zylindrische Arm 4 ausgehen, welche an ihrem freien Ende ein Sackloch 5 aufweisen, sowie an ihrem
mit dem Zentralkörper verbundenen Fuß einen Abschnitt 6 verringerten Durchmessers.

Die Matrize gemäß der Erfindung für die Fertigung eines solchen Werkstücks besteht aus drei Stahlsegmenten 7 (Fig. 3-8).

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Jedes dieser Segmente (Fig. 3 und 4) hat eine pentagonale Grundform und v/eist eine rückseitige Angriffsfläche 8 für eine (nicht dargestellte) Kulisse gemäß der Lehre des Hauptpatentes auf, ferner zwei Seitenflächen 9, snenkrecht zur Angriffsfläche 8 sowie zwei Frontseiten 10, die sorgfältig bearbeitet sind und perfekt eben in ihrer S Gesamtheit sind. Jede dieser Seitenflächen bildet mit der Mittelebene der Angriffsfläche S einen Winkel von 60°. An der Stelle der Kante, die definiert würde von den beiden Seitenflächen 10, weist jedes Segment 7 eine Ausnehmung 11 aus in Form eines Zylindersegments, wobei der Radius des Zylinders gleich dem der seitlichen kreisförmigen Flächen 2 des Zentralkörpers 1 des Werkstücks ist. In der Mitte der Höhe des Segments ist diese Ausnehmung etwas bei 12 vertieft derart, daß sie der Form der Ausbauchungen 3 des Zentralkörpers 1 des Werkstücks entspricht. In der gleichen Höhe ist in jede der Seitenflächen 10 eine halbzylindrische Nut 13 eingearbeitet, die in die Ausnehmung 11/12 über eine Schwelle 14 mündet, die ihrerseits halbzylindrisch ist und eine Hälfte eines Zuglochs bildet, wie nachstehend noch näher erläutert; der Radius ist hier gleich dem des durchmesserverringerten Abschnitts oder der Einschnürung 6 jedes Armes 4 des Werkstücks.

Für die Fabrikation des Werkstücks werden die drei Segmente der Matrize 7 zusammengefahren (Fig. 5 bis 7) derart, daß ihre Seitenflächen 10 miteinander in Kontakt treten, und sie v/erden dann in dieser Position blockiert, wobei die Arbeitsgänge des Zusammenfahrens und des Blockierens mittels der im Hauptpatent beschriebenen Vorrichtung erfolgen. Die drei Ausnehmungen 11 bilden gemeinsam eine zylindrische öffnung 15 mit einer zentralen Ausbauchung entsprechend den Vertiefungen 12 und die Schwellen 14 der Nuten 13 der jeweils benachbarten zwei Segmente 7 bilden gemeinsam ein rundes Ziehloch, verlängert um eine zylindrische Öffnung mit einem etwas größeren Durchmesser, gebildet durch das Zusammenwirken der beiden entsprechenden Nuten 13; diese öffnung hat einen Durchmesser entsprechend dem der Arme 4 des Werkstücks. ertnö-i/ /ΛΜί

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Zunächst ist zwischen die Segmente der Matrize ein zylindrischer Rohling 16 derart eingesetzt worden, daß er in der zylindrischen Öffnung 15 befindlich ist (s. Partie XOY DER Fig. 7) . Der Rohling hat im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie diese öffnung. Nachdem die .Matrize zusammengefahren und blockiert worden ist, wie beschrieben, erfolgt eine vertikale Kompression des Rohlings mit Hilfe von zwei (nicht dargestellten) Stempeln, von denen der eine mit dem Arbeitstisch und der andere mit dem Kolben der für die Verformung vorgesehenen Presse verbunden ist. Die Stempel dringen gleichzeitig von den jeweiligen Enden der öffnung 15 in der im Hauptpatent beschriebenen Weise ein. Unter der Wirkung dieser Kompression defomiert sich der Rohling 16 und füllt die öffnung 15 mit ihren Ausbauchungen 12 und ein Teil des Materials des Rohlings fließt quer zu den Ziehlöchern, gebildet von den Schwellen 14, um die Ansätze 4a der Arme 4 des Werkstücks zu bilden (s. Partie XOZ der Fig. 7) Werkzeuge 17, die gleichzeitig angetrieben werden, dringen dann in die zylindrischen öffnungen ein, gebildet jeweils von zwei benachbarten Nuten 13, beispielsweise mittels Baugruppen von Kulissen und Gleitstücken analog jenen, die das Versetzen der Matrizensegmente bewirken, und die zwischen den Baugruppen für die Steuerung der letzteren angeordnet sind. Die Werkzeuge weisen jeweils einen zylindrischen Abschnitt 18 gleichen Durchmessers wie die Öffnungen auf und tragen einen Kopf 19 am freien Ende, entsprechend dem Sackloch 5, das am Ende jedes Armes 4 des Werkstücks auszubilden ist. Die Werkzeuge drücken demgemäß die Ansätze 4a zurück, die dabei vollständig jede Öffnung 13-13 füllen und jeder Kopf 19 eines Werkzeugs formt das entsprechende Sackloch 5 aus (s. Partie YOZ in Fig. 7) .

Es erfolgen nun die entgegengesetzten Bewegungen, wobei die Werkzeuge 17 und die vertikalen Stempel zurückgezogen wrden, und danach das Auseinanderfahren der Segmente 7 der Matrize, womit das fertiggestellte Werkstück feigesetzt wird (Fig. 8) .

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^T7ie man feststellt, wirä bei der Matrize geinäß der Erfindung jedes Ziehloch 14-14 von zwei benachbarten Segmenten 7 gebildet, wobei die Verbindungsebene dieser Matrizensegmente entsprechend deren Seitenflächen 10 durch die Achsen der Ziehlöcher und des zu bildenden Armes 4 verläuft.

Entgeaen dem Anschein verleiht dieses Vorgehen den Matrizen eine Festigkeit gegen Belastungen und Verschleiß^, die viel besser ist als jene der Matrizen, bei denen die Verbindungsebenen zwischen den Ziehöffnungen und den ihnen folgenden Bohrungen liegen und jede öff&nung und Bohrung in einem einzigen Träger eines einzelnen Segments eingearbeitet sind.

Die Zone der Verbindunasebene der Ziehlöcher unterliegt nämlich nur geringen Drücken während des Radialziehvorganges, während die hohen Drücke in den Zonen 20 (Fig. 3) konzentriert sind, wo keine strukturelle Diskontinuität vorliegt. Frerner kann man durch Weglassen einer Stoßebene im Bereich der hohen Drücke Ziehnähte in dieser Ebene vermeiden und damit die Bremsung der plastischen Verformung des Iletallrohlings, den Verschleiß der Matrizen und die Überdrücke in den Winkeln.

Darüber hinaus wird die Fertigung der Matrizen und die Kontrolle der Ziehöffnungen erheblich vereinfacht, weil die Gesamtheit der Ausnehmungen in jedem Segment zugänglich ist und visuell inspiziert werden kann. Ökonomische und genaue Verfahren für die Fertigung dieser Ausnehmungen, wie Elektroerosion oder Endfertigung durch spanloses Verformen, können ohne weiteres eingesetzt werden. Der Preis für die Matrizensegmente wird demgemäß verringert. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß diese Matrizen nach Verschleiß mittels Nacharbeit in den Anlageflächen, den Ziehlöchern und den Ausnehmungen präpariert v/erden können, weil die Bereiche 21 (Fig. 3), die in den Ziehlöchern verschleißen, sich unter 90 zu den Verbindungsebenen erstrecken. Auf diese Weise kann man die Gesamtlebensdauer der Matrizen erheblich ver-

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größern und damit äie Herstellungskosten entsprechend senken.

Die Bewegungsstecke der Matrizensegmente, die erforderlich ist, um das Werkstück zu entnehmen, ist viel kleiner als die Länge der Arme und erfordert nur eine geringe Arbeit. Es ergibt sich demgemäß eine Vereinfachung und die Möglichkeit, einen leichteren Mechanismus für die Fertigung herzustellen, sowie eine Beschleuniaung der Arbeitsgänge bei der Herstellung jedes einzelnen Werkstücks.

Man stellt darüber hinaus fest, daß es niöcrlich ist, Teile zu fertigen, deren vorspringende Arme Qurchmesserveränderungen im Sinne einer Vergrößerung des Durchmessers ausgehend von dem Zentralkörper, aufweisen (Abschnitte 6 bzw. 4), was offensichtlich unmöglich ist, wenn das Werkstück entnommen werden müßte durch Herausziehen durch eine Bohrung in einem einzigen Träger.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Matrize, bestimmt für die Kaltverformung eines Werkstücks mit vier Armen, die axial ausgebohrt sind, wie etwa den Kereuzkopf für ein Kardangelenk. Die Endform des Werkstücks ergibt sich aus der Partie XOZ der Fig. 9: Dieses Werkstück umfaßt einen Zentralkörper 31 mit Verdickungen 33, von denen vier Arme 34 mit Axialbohrungen 35 ausgehen, und die mit den Verdickuncren über einen Abschnitt 36 verringerten Durchmessers verbunden sind.

Diese Matrize besteht aus vier Segmenten 37 im wesentlichen analoger Bauart, wie die Segmente 7 der Fig. 3 bis 8 in dem Sinne, daß sie miteinander in Kontakt stehen über Seitenflächen 40, in welche Nuten 43 mit einer Schwelle 44 für die Bildung von Ziehlöchern eingearbeitet sind, quer zu denen das Material fließt, um jeden Ansatz 34a für einen Arm

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zu bilden, der in der so gebildeten öffnung seine Endform erhält. Die Nuten 43 münden in halbkreisförmige Ausnehmungen 42, eingearbeitet beidseits in die mittlere Partie einer Ausnehmung im Viertel eines Zylindjrers 41, das sich an der Kante des ^rvinkelteiles befindet, definiert durch die beiden Seitenflächen 40 jedes Segments der Matrize 37.

Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, geht man von einem Rohling 46 aus, der in die zylindrische Öffnung eingelegt wird, gebildet von den vier Ausnehmungen 41 (s. obere rechte Hälfte XOY der Fig. 9). Dieser Rohling wird vertikal komprimiert nach unten und nach oben und füllt danit die Innenhöhlung der Matrize, wobei durch einen Ziehvorgang die Ansätze 34a für die Arme gebildet werden (s. Partie YOZ der Fig. 9). Die Enäbearbeituncrswerkzeuge sind in diesem Beispiel jeweils zweiteilig ausgebildet, nämlich einmal von einem ersten Hohlkörper 47, abgeschlossen durch eine zylindrische Spitze 48, deren Außendurchmesser gleich dem der Öffnung 43-43 ist, und die von einer Axialborhrung 50 durchsetzt ist, deren Innendurchmesser gleich dem der Bohrungen 35 der Arme 34 des Werkstücks ist. Andererseits ist eine Nadel 49 vorgesehen, die durch die Bohrung 50 der Spitze 48 geführt ist und deren Durchmesser dem der Bohrungen 35 entspricht. Vor der Kompression des Werkstücks wird die Nadel 49 jenes Endbearbeitungswerkzeugs in die entsprechende öffnung 43-43 eingeführt, wobei die Zentrierung der Nadel in dieser öffnung sichergestellt wird durch gleichzeitiges Einführen der Spitze 48 des Hohlkörpers 47 in den Einlaß dieser Öffnung. Demgemäß legt sich das Metall, das über das Ziehloch 44-44 fließt, um die Nadel 49, womit die Bohrung 35 in dem Ansatz 34a für den Arm gebildet wird (Partie YOZ der Fig. 9). Die Spitze 48 des Hohlkörpers 47 wird dann nahe innen in die öffnung 43-43 eingestoßen, um das Material für den Ansatz 34a des Armes zurückzudrücken, das dabei die Gesamtheit der öffnung 43-43 füllt (s. Partie XOZ der Fig. 9), womit man die Endform des Armes 34 erhält.

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Das Entnehmen des fertiaiestellten ■" Jerks tücks erfolgt, wie im vorhercrehenöen Fall, durch Zurückziehen der "erkezeuge 47-49 und radiales Auseinanderfahren der Segmente der Matrize 37 analog wie in Fig. 8 dargestellt.

Es versteht sich, daß die beschriebenen Matrizen nur bestimmte Beispiele für den Gegenstand der Erfindung bilden, und daß zahlreiche konstruktive Abwandlungen vorgenommen v/erden können, ohne vom Grundgedanken der Urfindung abzuweichen.

(Patentansprüche)

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Claims

U- 7601285 Patentansprüche

1) ) Vorrichtung für die Herstellung durch Kaltverformung metallischer Werkstücke, die einen Zentralkörper und sich im wesentlichen radial von diesem weg erstreckende Arme aufweisen, mit einer Matrize aus mehreren Segmenten, die radial zusammenfahrbar sind und dann mit Seitenflächen aneinanderstoßen, so daß die Matrize gebildet wird, welche einerseits eine Zentralöffnung aufweist, die sie von einer Seite zur anderen durchsetzt und deren Form der des Zentralkörpers des Werkstücks entspricht mit Verlängerungen für das Einsetzen eines metallischen Rohlings, der das Ausgangsmaterial bildet, und mit Stempeln, die symmetrisch in die Zentralöffnung eindringen, angetrieben sind für die Kompression des Rohlings, während die Matrize andererseits mindestens eine öffnung aufweist, deren Form der eines Werkstückarmes entspricht und sich quer zu der Zentralöffnung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß jede öffnung (13-13, 43-43) für die Bildung eines Armes (4, 34) zum Teil in der Kontaktfläche (10, 40) eines Segments (7, 37) der Matrize und zum anderen Teil in dem benachbarten Segment ausgebildet ist, wobei jeder Teil der so gebildeten öffnung sich hinterschneidungsfrei in die entsprechende Seite öffnet, in die er eingearbeitet ist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine öffnung für die Bildung eines Armes mindestens zwei Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweist, wobei der Durchmesser der Teilöffnungen sich radial ausgehend von der Zentralöffnung von einem Abschnitt zum anderen vergrößert.

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