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Jury Alexandrovich Bocharov, Moskau, UDSSR
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Anatoly Vasilievich Safonov, Moskau, UDSSR Anatoly Sergeevich Grigorenko,
Omsk, UDSSR Jury Antonovich Moroz, Omsk, UDSSR German Nikolaevich Kuznetsov, Omsk,
UDSSR Elizaveta Konstantinovna Zimina, Moskau, UDSSR SPINDEL-HAMMERPRESSE Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Spindel-Hammerpresse, bei der die das Schmiedewerkzeug tragenden
Stößelschlitten auf dem Gestell koaxial in Bezug aufeinander mit der Möglichkeit
einer Hin- und Herbewegung in entgegengesetzten Richtungen angeordnet und mit Muttern
verbunden sind, die mit auf dem Gestell montierten Leitspindeln zusammenwirken,
die Schwungräder tragen und mit Rechts- und Linksgewinde versehen sind.
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Bekannt sind Spindel-Hammerpressen, bei denen die das Werkzeug tragenden
Stößelschlitten in den Führungen des Gestells koaxial angeordnet sind. Diese Stößelschlitten
sind derart angeordnet, daß sie in entgegengesetzten Richtungen hin- und herbewegt
werden können, weshalb jeder von ihnen mit dem Kolben seines Betätigungszylinders
verbunden ist.In jedem Stößelschlitten sind jeweils zwei Muttern befestigt, die
mit den entsprechenden Leitspindeln zusammenwirken. Diese Leitspindeln sind in Lagern
im Gestell angeordnet und haben an ihren Enden Rechts- und Linksgewinde. Auf
jeder
Leitspindel sind Schwungräder zur Speicherung von kinetischer Energie befestigt.
Der eine Stößelschlitten ist an dem einen Ende der Leitspindeln und der andere an
den entgegengesetzten Enden dieser Leitspindeln angeordnet (siehe z.B. Urheberschein
Nr. 306696 der UDSSR).
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Die oben beschriebenen Spindel-Hammerpressen sind nur zum Gesenkschmieden
von Werkstücken mit einfacher Form in einem Gesenk mit Gratbahn bestimmt. Gegenwärtig
werden Schmiedestücke für Werkstücke mit asymmetrischer Verteilung der Massen in
Bezug auf die Längsachse, wie Schaufeln von Turbinen, Kompressoren, Lenkgestänge
und andere Teile mit zwei Köpfen, durch Stauchen auf Horizontalschmiedemaschinen
getrennt von jedem Ende in mehreren Durchgängen hergestellt. Die Rohstücke für Stufensätze,
abgesetzte Wellen, Schraubenschlüssel und andere ähnliche Werkstücke werden im Gesenkschmiedeverfahren
in Gesenken mit Gratbahn unter Hämmern und Gesenkschmiede-Kurbelpressen hergestellt.
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Die Herstellung solcher Schmiedestücke ist sehr arbeitsaufwendig und
durch einen niedrigen Metallausnutzungsfaktor gekennzeichnet, da für die mechanische
Bearbeitung große Zugaben erforderlich sind.
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Außerdem entstehen beim Gesenkschmieden in Gesenken mit Gratbahn zusätzliche
Metallverluste durch den Grat, der zudem in einem weiteren Arbeitsgang entfernt
werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spindel-Hammerpresse
zu schaffen, deren Aufbau es ermöglicht, Werkstücke mit asymmetrischer Verteilung
der Metallmassen in Bezug auf die Achse des Rohlings in einem Arbeitsgang im Gesenk
zu schmieden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem Gestell
zwischen den Stößelschlitten eine Matrize derart angeordnet ist, daß deren Trennungsfläche
mit der Achse des Gesenkschmiedestücks zusammenfällt, und daß die eine Matrizenhälfte
auf dem
Gestell und die andere auf einem Stößelschlitten befestigt
ist, wobei der Stößelschlitten in Führungen, die in dem Gestell senkrecht zur Achse
des Gesenkschmiedestückes angeordnet sind, gehalten ist, und einen Mechanismus zum
Einspannen der Matrizenhälften während des Schmiedevorgangs aufweist, wobei die
Leitspindeln auf dem Gestell mit der Möglichkeit einer Verstellung in der axialen
Richtung durch die Kraft, die während des Schmiedevorgangs entsteht, montiert sind.
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Die erfindungsgemäß ausgeführte Spindel-Hammerpresse kann mit bestem
Erfolg zur Herstellung von Schmiedestücken in Gesenken, wie beispielsweise zur Herstellung
von Schaufeln für Turbinen, Kompressoren und für andere ähnliche Erzeugnisse verwendet
werden, bei denen es darauf ankommt, Rohlinge mit einer asymmetrischen Verteilung
der Metallmassen über deren Länge umzuformen (Lenkgestänge, Schraubenschlüsselwerkstücke,
abgesetzte Wellen, Stufensätze).
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Es ist zweckmäßig, die Leitspindeln auf dem Gestell mittels eines
Rahmens zu montieren, der in den Führungen des Gestells angeordnet ist, die parallel
zur Achse des Gesenkschmiedestücks angeordnet sind. Diese Anordnung der Spindeln
auf dem Rahmen gestattet es, eine synchrone Verstellung der Spindeln bezüglich des
Gestells zu gewährleisten.
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Ferner ist es vorteilhaft, daß der Mechanismus zum Einspannen der
Matrizenhälften zwei miteinander arbeitende Keile umfaßt, wobei der eine auf dem
Gestell befestigt ist und der andere mit dem die Matrizenhälfte tragenden Stößelschlitten
in Verbindung steht, wobei er bezüglich dieses Stößelschlittens in einer Richtung
bewegbar ist, die der Bewegungsrichtung des Stößelschlittens transversal ist. Ein
solcher Mechanismus zum Einspannen der Matrizenhälften zeichnet sich dadurch aus,
daß er konstruktiv einfach ausgebildet
ist und es gestattet, die
Matrizenhälfte mit einem Antrieb zu verstellen und dieMatrize beim Schmiedevorgang
einzuspannen.
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Eine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Spindel-Hammerpresse
gestattet es, Schmiedestücke von Werkstücken mit komplizierter Form im Gesenkschmiedeverfahren
in einem Gesenk ohne Gratbahn in einem Schlag und mit einer Erhitzung herzustellen.
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Das gratlose Schmieden im Gesenk kann ferner mit minimalen Zugaben
für die mechanische Bearbeitung durchgeführt werden.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Spindel-Hammerpresse
gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt: Fig. 1 eine Spindel-Hammerpresse im Längsschnitt; Fig. 2 die Baugruppe
A der Fig. 1, und zwar eine Variante, bei der zur Rückführung des Rahmens in die
Ausgangsstellung Betätigungszylinder dienen; Fig. 3 die Baugruppe A der Fig. 1,
und zwar eine Variante, bei der jede Spindel auf dem Gestell mit der Möglichkeit
einer autonomen axialen Verstellung zur Rückführung in die Ausgangsstellung montiert
ist; Fig. 4 die Stellung der Stößelschlitten vor einem Schlag; Fig. 5 die Stellung
der Stößelschlitten zu Beginn der Umformung eines Rohlings; Fig. 6 die Stellung
der Stößelschlitten am Ende der Umformung eines Rohlings.
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Die Spindel-Hammerpresse enthält eine Gestell 1, in dem Führungen
2 ausgebildet sind. Auf diesen Führungen sind Stößelschlitten 3a und 3b koaxial
angeordnet.
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Die Stößelschlitten 3a und 3b sind identisch ausgebildet, so daß die
im folgenden beschriebenen Merkmale für beide gelten.
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Der Stößelschlitten 3a besitzt einen autonomen Antrieb zum Hin-und
Hergang, der in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel als Betätigungszylinder
4 ausgebildet ist, dessen Kolbenstange 5 mit dem Stößelschlitten 3a verbunden ist.
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Der Stößelschlitten 3a weist zwei parallel angeordnete Durchgangsöffnungen
6 zum Durchgang von Spindeln 7 auf.
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In diesen Durchgangsöffnungen sind Muttern 8 untergebracht, die mit
dem Stößelschlitten 3a starr verbunden sind und mit den Spindeln 7 zusammenwirken.
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Die Spindeln 7 haben an ihren Enden Rechts- und Linksgewinde, die
nicht selbsthemmend sind und tragen Schwungräder 9, die zum Speichern der kinetisclen
Energie bestimmt sind.
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Mit Hilfe von Lagern 10 sind die Spindeln 7 auf einem Rahmen 11 montiert,
der durch Querträger 12 und Stäbe 13 gebildet ist.
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Der Rahmen 11 steht auf Führungen 14, die auf dem Gestell 1 ausgeführt
sind, und ist in der Richtung der geometrischen Achse 15 des Gesenkschmiedestücks
durch Federn 16 belastet.
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Der Rahmen 11 ist mit der Möglichkeit eines Hin- und Hergangs in Richtung
der Achse 15 aufgestellt. Nach der einen Seite wird der Rahmen 11 durch die Kraft
bewegt, die im Prozeß des Schmiedens entsteht, und in die Ausgangsstellung kehrt
er durch die Wirkung der Federn 16 zurück.
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Auf den Stößelschlitten 5a und 3b ist ein Gesenkschmiedewerkzeug befestigt,
welches in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in Form von Gesenkoberteilen
17 ausgebildet ist.
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Auf dem Gestell 1 zwischen den Stößelschlitten 3a und 3b ist eine
aus zwei Matrizenhälften 19 und 20 bestehende Matrize 18 angebracht, deren Trennungsfläche
mit der Achse 15 des Gesenkschmiedestücks zusammenfällt.
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Die Matrizenhälfte 19 ist auf dem Gestell 1 und die Matrizenhälfte
20 auf einem Stößelschlitten 21 starr befestigt.
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Der Stößelschlitten 21 ist in den Führungen 22 angeordnet, die im
Gestell 1 in einer Richtung ausgeführt sind, die zu der Achse des Gesenkschmiedestücks
senkrecht ist. An dem entgegengesetzten Ende des Stößelschlittens 21 ist ein Mechanismus
28 zum Einspannen der Matrizenhälften 19 und 20 während des Schmiedevorganges montiert.
Der Mechanismus 23 besteht aus zwei miteinander arbeitenden Keilen 24, 25.
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In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet der Keil 24 mit
dem Gestell 1 ein einheitliches Ganzes, und der Keil 25 ist im Schwalbenschwanzverband
mit dem Stößelschlitten 21 verbunden, der Keil 25 kann sich dadurch in Bezug auf
den Stößelschlitten 21 in einer Richtung bewegen, die zur Bewegungsrichtung des
Stößelschlittens 21 senkrecht ist.
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Zur Verstellung des Stößelschlittens 21 dient ein Kraftzylinder 26,
dessen Stange 27 mittels eines Gelenks 28 mit dem Keil 25 verbunden ist, wodurch
der Betätigungszylinder 26 den Stößelschlitten 21 und den Keil 25 zum Einspannen
von den Matrizenhälften 19 und 20 während des Schmiedevorganges verstellt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Rahmen 11 in die Ausgangsstellung
mit Hilfe der Betätigungszylinder 29 (Fig. 2) zurückgeführt.
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Es ist möglich, jede Leitspindel 7 auf dem Gestell autonom aufzustellen.
Zu diesem Zweck ist jede Leitspindel 7 auf dem Gestell 1 in den Lagern 30 (Fig.
3) angeordnet und von den beiden Seiten durch die Federn 16 belastet, die zur Rückführung
der Leitspindel in die Ausgangsstellung dienen.
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Die Spindel-Hammerpresse arbeitet wie folgt: Die Hammerpresse ist
zum Gesenkschmieden der Rohlinge von Werkteilen mit asymmetrischer Verteilung der
Massen in Bezug auf deren Achse bestimmt. Da die Ganggrößen der Umformung zu beiden
Seiten verschieden sein werden, legt man den Ausgangsrohling 31 in den Hohlraum
der unteren Matrizenhälfte 19 asymmetrisch nach einer besonderen Marke oder nach
einem Anschlag (nicht dargestellt) ein, der dann entfernt wird.
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Danach wird der Kolbenraum 26a des Zylinders 26 mit einer Druckquelle
(nicht dargestellt) und der Sangenraum 26b mit dem Abfluß verbunden.
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Unter der Druckwirkung einer Flüssigkeit wird der Keil 25 mittels
der Stange 27 über das Gelenk 28 längs des Keiles 24 verstellt.
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Unter der Wirkung des Keils 25 bewegt sich der Stößelschlitten 21
in Führungen 22 abwärts (wie in Fig. 1 dargestellt).
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Am Ende des Ganges kommt es zum Schließen der Matrize 18, d.h. die
Matrizenhälfte 20 schließt sich nach der Trennungsfläche mit der Matrizenhälfte
19.
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Der Rohling 31 wird dabei teilweise umgeformt (eingeengt), was für
dessen axiale Fixierung notwendig ist, und kann längs der Achse während des Schmiedevorganges
nicht mehr verschoben werden.
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Der Einspannmechanismus 23, der aus den Keilen 24 und 25 besteht,
erzeugt
unter der Wirkung des Zylinders 26 die erforderliche Spannkraft zum Einspannen der
Matrize und des Rohlings 31.
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Danach verbinden sich die Stangenräume 4a der Zylinder 4 mit dem Abfluß
und die Kolbenräume 4b mit der Druckquelle (nicht dargestellt).
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Unter der Druckwirkung der Flüssigkeit werden die Stößelschlitten
3a (Fig. 1) und 3b in den Führungen 2 des Gestells 1 mittels Stangen 5 verschoben.
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Die Stößelschlitten 3 bewegen sich zu der Mitte der Hammerpresse und
die in den Stößelschlitten 3a und 3b angeordneten Muttern 8, die mit den Spindeln
7 zusammenwirken, lassen die letzteren in den Lagern 10 des Rahmens 11 rotieren.
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Die Bewegung der Stößelschlitten 3a und 3b unter der Wirkung einer
konstanten Kraft der Zylinder 4 erfolgt mit einer Beschleunigung.
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Dabei speichern die Schwungräder 9 die zum Gesenkschmieden erforderliche
kinetische Energie.
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Am Ende des Anlaufganges gehen die Gesenkoberteile 17 in die Matrize
18 hinein, wie in Fig. 5 dargestellt, und formen den Rohling 31 um.Die beim Gesenkschmieden
von den beweglichen Teilen der Hammerpresse gespeicherte kinetische Energie verwandelt
sich in die Arbeit der bildsamen Verformung des Rohlings 31.
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Infolge einer asymmetrischen Anordnung des Ausgangsrohlings 31 kommt
das Gesenkoberteil 17, das am Stößelschlitten 3a befestigt ist, früher mit dem Rohling
31 in Berührung. Es beginnt dessen Umformung, und die Geschwindigkeit des rechten
Stößelschlittens 3a fällt ab.
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Sobald sich die Geschwindigkeit der Verschiebung des rechten Stößelschlittens
3a vermindert und die Spindeln 7 aufgrund der von dem
Schwungrad
9 gespeicherten Energie weiter rotieren, kommt es zur Verschiebung der Spindeln
7 zusammen mit dem Rahmen 11 in axialer Richtung nach rechts (wie in Fig. 5 dargestellt),
da die Federn 16 zusammengedrückt werden. Die relativen Geschwindigkeiten der Muttern
8 und der Spindeln 7 werden dabei aufrechterhalten.
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Die sich weiterdrehenden Spindeln 7 mit den Schwungrädern 9 lassen
zugleich den linken Stößelschlitten 3b sich beschleunigt bewegen, bis das linke
Gesenkoberteil 17 mit dem Rohling 31 zusammentrifft, und die axiale Verstellung
der Spindeln7 nach rechts verleiht dem Stößelschlitten 3b einen zusätzlichen Impuls.
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Die Kräfte auf den Gesenkoberteilen 17 der beiden Stößel-schlitten
3a und 3b werden ausgeglichen und das weitere Gesenkschmieden erfolgt mit gleichen
Kräften.
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Bei Beendigung des Gesenkschmiedens können die maximalen Kräfte auf
dem rechten 3a und dem linken 3b Stößelschlitten verschieden sein. In diesem Falle
werden die Kräfte in analoger Weise ausgeglichen.
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Nach Beendigung des Gesenkschmiedens erfolgt der Rückgang der Stößelschlitten
3a unc 3b. Zu diesem Zweck verbinden sich die Kolbenräume 4b der Zylinder 4 mit
dem Abfluß und die Kolbenräume 4a mit der Druckquelle. Unter der Wirkung der Flüssigkeit
werden die Stößelschlitten 3a und 3b durch die Kolben 5 verschoben und in ihre Ausgangsstellung
zurückgeführt. Gleichzeitig mit der Verschiebung der Stößelschlitten 3a und 3b gehen
auch die Spindeln 7 mit dem Rahmen 11 unter der Wirkung von Federn 16 (oder Betätigungszylindern
29) in ihre Ausgangsstellung zurück.
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Für die Entnahme des Gesenkschmiedestücks 31 wird die Matrize 18 beim
Hub des Stößelschlittens 21 geöffnet.
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Zu diesem Zweck verbindet sich der Kolbenraum 26a des Zylinders 26
mit dem Abfluß und der Kolbenraum 26b mit der Druckquelle.
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Unter der Wirkung der Arbeitsflüssigkeit wird der Keil 25 über den
Kolben 27 und das Gelenk 28 längs der Keilfläche in Richtung des Zylinders 26 verstellt.
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Die Bewegung des Keils 25 wird dem Stößelschlitten 21 übertragen,
der sich dadurch in den Führungen 22 zusammen mit der Matrizenhälfte 20 bewegt.
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Die Matrize 18 wird geöffnet und das fertige Schmiedestück wird nun
aus der Matrizenhälfte 19 herausgenommen.