DE2601285C3 - Vorrichtung für die spanlose Kaltverformung eines Rohlings in ein Werkstück mit Radialfortsätzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die spanlose Kaltverformung eines Rohlings in ein Werkstück mit einem Zentralkörper und von diesem ausgehenden Radialfortsätzen. Eine Vorrichtung, die die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale aufweist, ist aus der DE-OS 24 15 549 bekannt.

Bei der bekannten Vorrichtung sind die querverlaufenden Öffnungen jeweils etwa mittig in ein Matrizensegment eingearbeitet mit der Folge, daß die Segmente von der ganzen Länge der Fortsätze abgezogen werden müssen. Dies bedingt einen entsprechend großen Öffnungsbereich der Matrize, und außerdem dürfen die Radialfortsätze keine Hinterschneidungen aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgleiche Vorrichtung derart weiterzubilden, daß der Öffnungsbereich der Matrizensegmente erheblich verringert werden kann und auch die Radialfortsätze der obengenannten Beschränkung nicht unterliegen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert; der Patentanspruch 2 beschreibt eine zweckmäßige Weiterbildung einer solchen Vorrichtung.

Es ist anzumerken, daß aus der DE-AS 10 65 251 ein Gesenk für das Warmpressen von Pumpenlaufrädern

bekannt ist, bei dem die Schaufelfortsätze in Zwischenräume zwischen Matrizensegmenten gepreßt werden. Diese werden außen von einem stationären Ring abgestützt. Beim Auswerfen des Werkstücks werden auch die Matrizensegmente mit ausgeworfen und können vom Werkstück abfallen oder lose abgenommen werden. Danach müssen sie einzeln wieder in den Ring eingelegt werden. Für die Massenfertigung, für die die Vorrichtung gemäß der Erfindung bestimmt und geeignet ist, dürfte eine solche Arbeitsweise wohl zu zeitaufwendig sein.

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

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

F i g. 2 ist eine Seitenansicht des Werkstücks in Richtung des Pfeiles f\ der F i g. 1,

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

F i g. 4 ist eine Seitenansicht der Matrize in Richtung des Pfeiles h der F i g. 3,

Fig. 5 ist eine Grundrißdarstellung der Matrize, bestehend aus der Baugruppe aus drei Segmenten gemäß Fig.3und4,

F i g. 6 ist eine Teilschnittdarstellung nach Linie Vl-Vl der F i g. 5,

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

F i g. 8 ist eine Darstellung analog F i g. 7, zeigt jedoch die Segmente der Matrize auseinandergefahren 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 Werkstükkes einer etwas abweichenden Form von dem Werkstück nach F i g. 1 und 2, und

Fig. 10 ist eine Seitenansicht von zwei Segmenten der Matrize gemäß Fig.9 in Richtung des Pfeiles f₃ in jener Figur.

Wie in F i g. 1 und 2 erkennbar, ist das zu fertigende Werkstück ein Element eines homokinetischen Universalgelenks vom sogenannten »Tripod-Typ«, bestehend aus einem Zentralkörper 1 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 Arme 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 (F ig. 3-8).

Jedes dieser Segmente (Fig.3 und 4) hat eine pentagonale Grundform und weist eine rückseitige Angriffsfläche 8 für eine (nicht dargestellte) Kulisse gemäß der Lehre der DE-OS 24 15 549 auf, ferner zwei Seitenflächen 9, senkrecht zur Angriffsfläche 8 sowie zwei Frontseiten 10, die sorgfältig bearbeitet und eben sind. Jede dieser Seitenflächen bildet mit der Mittclebene der Angriffsfläche 8 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 glichen 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 halbzylindrisuh 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 (Fi g. 5 bis 7) derart, daß ihre Seitenflächen 10 miteinander in Kontakt treten, und sie werden dann in dieser Position blockiert, wobei die Arbeitsgänge des Zusammenfahrens und des Blockierens mittels der in der DE-OS 24 15 549 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.

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 XOYder Fig. 7). Der Rohling hat im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie diese Öffnung. Nachdem die Matrize zusammengefahren und blockiert worden ist 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 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 Aa der Anne 4 des Werkstücks zu bilden (s. Partie XOZ der F i g. 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 Hie 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 VOZinFig. 7).

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

Wie man feststellt, wird bei der Matrize gemäß der Erfindung jedes Ziehloch 14-14 von zwei benachbarten Segmenten 7 gebildet, wobei die Verbindungsebene ι dieser Matrizensegmente entspi echend deren Seitenflächen 10 durch die Achsen der Ziehlöcher und des zu bildenden Armes 4 verläuft.

Entgegen dem Anschein verleiht dieses Vorgehen den Matrizen eine Festigkeit gegen Belastungen und

in Verschleiß, die viel besser ist als jene der Matrizen, bei denen die Verbindungsebenen zwischen den Ziehöffnungen und den ihnen folgenden Bohrungen liegen und jede Öffnung und Bohrung in einem einzigen Träger eines einzelnen Segments eingearbeitet sind.

i'i Die Zone der Verbindungsebene 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. Ferner kann man

.Ό durch Weglassen einer Stoßebene im Bereich der hohen Drücke Ziehr.ähte in dieser Ebene vermeiden und damit die Bremsung der plastischen Verformung des Metallrohlings, den Verschleiß der Matrizen und die Überdrücke in den Winkeln.

2Ί 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

jo 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

i> Verschleiß mittels Nacharbeit in den Anlageflächen,den Ziehlöchern und den Ausnehmungen präpariert werden können, weil die Bereiche 21 (Fig. 3), die in den Ziehlöchern verschleißen, sich unter 90° zu den Verbindungsebenen erstrecken. Auf diese Weise kann

4(1 man die Gesamtlebensdauer der Matrizen erheblich vergrößern und damit die Herstellungskosten entsprechend senken.

Die Bewegungsstrecke 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 Beschleunigung der Arbeitsgänge bei der Herstellung

so jedes einzelnen Werkstücks.

Man stellt darüber hinaus fest, daß es möglich ist, Teile zu fertigen, deren vorspringende Arme Durchmesserveränderungen 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 F i g. 9 und 10 zeigen eine Matrize, bestimmt für

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

Diese Matrize besteht aus vier Segmenten 37 im wesentlichen analoger Bauart, wie die Segmente 7 der F i g. 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 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 Zylinders 41. das sich an der Kante des Winkelteiles 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 F i g. 9). Dieser Rohling wird vertikal komprimiert nach unten und nach oben und füllt damit die Innenhöhlung der Matrize, wobei durch einen Ziehvorgang die Ansätze 34a für die Arme gebildet werden (s. Partie YOZ der F i g. 9). Die Endbearbeitungswerkzeuge sind in diesem Beispiel jeweils zweiteilig ausgebildet, nämlich einmal von einem ersten Hohlkörper 47. abgeschlossen durch ein zylindrisches Ende 48, dessen Außendurchmesser gleich dem der öffnung 43-43 ist.

und welches von einer Axialbohrung 50 durchsetzt ist, deren Innendurchmesser gleich dem der Bohrungen 35 der Arme 34 des Werkstücks ist. Andererseits ist ein Stempel 49 vorgesehen, der durch die Bohrung 50 des I lohlkörpers 47 geführt ist und deren Durchmesser dem der Bohrungen 35 entspricht. Vor der Kompression des Werkstücks wird der Stempel 49 jenes Endbearbeitungswerkzeugs in die entsprechende Öffnung 43-43 eingeführt, wobei die Zentrierung des Stempels in dieser Öffnung sichergestellt wird durch gleichzeitiges Einführen des Endes 48 des Hohlkörpers 47 in den Einlaß dieser öffnung. Demgemäß legt sich das Metall, das über das Ziehloch 44-44 fließt, um den Stempel 49, womit die Bohrung 35 in dem Ansatz 34a für den Arm gebildet wird (Partie YOZder F i g. 9). Das Ende 48 des Hohlkörpers 47 wird dann nach 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. PartieAOZder F i g. 9), womit . man die Endform des Armes 34 erhält.

Das Entnehmen des fertiggestellten Werkstücks erfolgt, wie im vorhergehenden Fall, durch Zurückziehen der Werkzeuge 47—49 und radiales Auseinanderfahren der Segmente der Matrize 37 analog wie in Fig. 8dargestellt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für die spanlose Kaltverformung eines im wesentlichen zylinderförmigen Rohlings in ein Werkstück mit einem Zentralkörper und mit Radialfortsätzen, mit einem die Verformungskraft axial auf den Rohling übertragenden Stößel, einen am Stößel angeordneten Oberstempel und einem stationären, diesem zugeordneten Unterstempel in Axialfluchtung mit dem Rohling, mit einer Matrize aus mehreren Segmenten, die entlang einer geneigten Kulissenführung axialbeweglich und radial zusammenfahrbar sind, so daß ihre Seitenflächen aneinanderstoßen, welche Matrize eine sie durchsetzende Zentralöffnung zum Einsetzen des Rohlings aufweist, deren Größe und Form der dec Zentralkörpers des Werkstücks entsprich*, und die ferner von der Zentralöffnung aus querverlaufende und durchgehende Öffnungen aufweist, deren Form der der Radialfortsätze entspricht, mit in den Öffnungen radial angetriebenen Werkzeugen zur Ausbildung der Endflächen der Radialfortsätze, und mit einer pressenhubbetätigbaren Verspannanordnung für die Matrizensegmente in deren Arbeitsstellung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung (13-13; 43-43) für die Bildung eines Radialfortsatzes (4; 34) zum einen Teil in der Kontaktfläche (10; 40) eines Segments (7; 37) der Matrize und zum anderen Teil in dem benachbarten Segment (7; 37) hinterschneidungsfrei in der entsprechenden Fläche ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Öffnung für die Bildung eines Radialfortsatzes (4) mindestens zwei Abschnitte (13,14) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, wobei der Durchmesser der Teilöffnungen, ausgehend von der Zentralöffnung (11, 12) von einem Abschnitt (14) zum anderen Abschnitt (13) radial zunimmt.