DE2714648A1 - Verfahren und maschine zum formschmieden und abschrecken plattenfoermiger werkstoffe zur herstellung flaechiger bzw. scheibenfoermiger werkstuecke - Google Patents

Verfahren und maschine zum formschmieden und abschrecken plattenfoermiger werkstoffe zur herstellung flaechiger bzw. scheibenfoermiger werkstuecke

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Description

Dipi.-Ing. H. MITSCHERLICH Dipl.-In9. K. GUNSCHMANN
Dr. rer. not. W. KÖRBER Dipl.-I ng. J. SCHMIDT-EVERS PATENTANWÄLTE
D-8000 MÜNCHEN 2 2 Steinsdorfstraße 10
■g· (089) * 29 66 84
H48
1. April rf Π
Honda Giken Kogyo
Kabushiki Kaisha
6-27-8, Jingumae, Shibuya-ku
Tokio / Japan
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Verfahren und Maschine zum Formschmieden und Abschrecken plattenförmiger Werkstoffe zur Herstellung flächiger bzw. scheibenförmiger Werkstücke
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durch Formziehen oder Formstempeln gleichzeitig mit dem Formschmieden formgepreßt und kontinuierlich in dem gepreßten Zustand abgeschreckt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein scheibenförmiger Werkstoff auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereiches erhitzt wird, der von der Härte aus eingestellt wird, die für eine Bremsscheibe erforderlich ist, daß der scheibenförmige Werkstoff zwischen ein oberes Preßgesenkt und die untere Grundplatte der Gesenkpresse eingesetzt und zumindest in seinem Außenumfangsbereich formgeschmiedet wird und daß der scheibenförmige Werkstoff unter Aufrechterhaltung des Preßvorganges zur Herstellung einer Bremsscheibe kontinuierlich abgeschreckt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff in dem Bereich der kreisförmige Scheibe, welcher ihren Außenumfangsbereich darstellt, sowie in ihrem Nabensitzbereich, welcher ihr Mittelabschnitt ist, stark gepreßt und formgeschmiedet wird, daß der Werkstoff gleichzeitig zwischen dem kreisringförmigen Scheibenabschnitt und dem Nabensitzabschnitt zum Formen eines kegelstumpf förmigen Abschnittes formgezogen wird, daß der Werkstoff in dem Nabensitzabschnitt zum Formen eines Loches zum Einsetzen einer
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Achse und zum Formen von Nabensitzlöchern gestanzt bzw. mit einem Stempel behandelt wird und daß der Werkstoff unter Aufrechterhaltung des Preßvorganges zur Herstellung einer einstückig geformten Bremsscheibe kontinuierlich abgeschrägt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß abgestufte oder abgesetzte Abschnitte in dem Innendurchmesserbereich des kreisringförmigen Scheibenabschnittes des Außenumfangsbereiches bzw. in dem Außendurchmesserberexch des Nabensitzabschnittes des Mittelabschnittes gleichzeitig mit dem Formschmieden geformt werden, daß der Werkstoff gleichzeitig formgeschmiedet und mit einem Stempel geformt wird und daß der Werkstoff unter Aufrechterhaltung des Preßvorganges zur Herstellung einer einstückig geformten Bremsscheibe kontinuierlich abgeschrägt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff in dem Scheibenabschnitt des Außenumfangsabschnittes formgeschmiedet, in dem Mittelabschnitt mit einem Stempel geformt, unter Aufrechterhaltung des Preßvorganges kontinuierlich abgeschrägt und dann mit einem gesonderten Nabensitzteil zur Herstellung eines kreisringförmigen Scheibenteiles zur Fertigung einer Bremsscheibe in satter Anlage versehen wird.
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9. Vorrichtung zum Formschmieden plattenförmiger Teile, gekennzeichnet durch ein oberes Preßgesenk (40) und eine Grundplatte (60) der Gesenkpresse zum starken Pressen und Formschmieden eines plattenförmigen Werkstoffes, der auf eine Abschreckungstemperatur oder eine unvollkommene Abschrekkungstemperatur erhitzt wird, welche aus der erforderlichen Härte heraus eingestellt wird, und durch eine Kühleinrichtung zum Abschrekken des formgeschmiedeten Werkstoffes.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Formzieheinrichtung (31), welche mit dem Preßgesenk und der Grundplatte der Gesenkpresse zum Formschmieden mechanisch und arbeitsmäßig verbunden ist und durch eine Stempelformeinrichtung (46, 47), welche mit dem Preßgesenk und der Grundplatte der Gesenkpresse mechanisch und arbeitsmäßig verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennnzeichnet durch ein zweites oberes bzw. unteres Preßgesenkteil bzw. Gesenkpressenteil in dem Außenumfangsbereich bzw. dem Mittelbereich des oberen Preßgesenks bzw. der Grundplatte der Gesenkpresse zum Formziehen in dem dazwischenliegenden Bereich, durch Stempel zum stempelmäßigen Formen innerhalb des Mittelbereiches und durch Kühlwasser-
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leitungen zum Zuführen von Kühlwasser nach Bedarf in den oberen bzw. unteren Gesenkpressenteil .
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß abgestufte oder abgesetzte Abschnitte in dem Innendurchmesserbereich bzw. in dem Außendurchmesserbereich des oberen bzw. des unteren Gesenkpressenteil zum Formschmieden in dem besagten Außenumfangsbereich bzw. in dem Mittelbereich zur Herstellung einer einstückig geformten Bremsscheibe symmetrisch vorgesehen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen oberen bzw. einen unteren Gesenkpressenteil zum Formschmieden des Außenumfangbereiches des Werkstoffes, durch Stempel zum stempelmäßigen Formen in dem Mittelbereich des Werkstoffes und durch Kühlwasserleitungen zum Zuführen von Kühlwasser nach Bedarf in den oberen bzw. unteren Gesenkpressenteil zur Herstellung eines kreisringförmigen Scheibenteils einer Bremsscheibe.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Maschine zum Formschmieden und Abschrecken plattenförmigen Werkstoffe zur Herstellung flächiger bzw. scheibenförmiger Werkstücke, wie z.B. von Bremsscheiben.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Maschine, wobei ein plattenförmiger Werkstoff erhitzt, heißformgeschmiedet, zum Erhalt einer vorbestimmten Dicke geformt, in seiner Struktur kompakt gemacht oder verdichtet, während des Heißschmiedeformvorganges formgepreßt und dann abgeschreckt wird, um einen plattenförmigen Teil hoher Güte zu erhalten, wie z.B. eine Bremsscheibe, eine Kupplungsscheibe oder ein Kettenzahnrad, wobei diese Teile im Hinblick auf Genauigkeit, Parallelität und Flachheit der beiden Oberflächen des Werkstoffes eine hohe Güte aufweisen.
Bremsscheiben, die hinsichtlich hoher Drehzahl bzw. Geschwindigkeit und hoher Belastungsstabilität hervorragend sind, finden bei Kraftfahrzeugen bzw. Motorrädern infolge ihrer ausgezeichneten Bremsleistung Anwendung.
Die Bremsscheiben derartiger Bremsen müssen einer Wärmebehandlung unterworfen werden, um eine Härte zu erreichen, die in Hinsicht auf die Bremsfühleigenschaften, die Verschleißfestigkeit und die Vermeidung unangenehmer Geräusche beim Bremsen erforderlich ist. Zusammen mit einer solchen Härteprüfung ist ferner erforderlich, die Parallelität und
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Ebenheit des Scheibenabschnittes, d.h. der Bremsbelaggleitoberfläche in Gleitkontakt mit dem Bremsbelag mit hoher Präzision einzustellen und aufrechtzuhalten.
Nicht nur die Bremsscheibe, sondern auch die Kupplungsplatte oder Kupplungsscheibe muß Präzision in Hinsicht auf die Parallelität und Ebenheit der Oberfläche über die Oberflächenhärte hinaus aufweisen. Kettenzahnräder und andere Vorrichtungen erfordern auch solche gute Qualitäten.
Solche Erzeugnisse werden aus einem plattenförmigen oder flächigen Teil hergestellt. Auch dann, wenn die Präzision in Hinsicht auf Parallelität und Ebenheit der Oberfläche im voraus eingestellt ist, wird infolge von Wärmebehandlungen, wie z.B. von Abschrekkung und Vergütung bzw. Enthärtung die Oberfläche Belastungen ausgesetzt und deformiert, wobei es schwierig ist, die gewünschte Präzision in Hinsicht auf Parallelität und Ebenheit zu erzielen und/oder aufrechtzuerhalten. Falls ferner der Werkstoff im vornhinein gestanzt oder formgezogen wird, verringert sich die Präzision der Bemessungen oder Dimensionen.
Die Bremsscheibe gehört einer Art an, bei welcher ein kreisringförmiger Scheibenteil, der eine Bremsbelaggleitoberfläche bildet, sowie ein Nabensitzteil einstückig geformt werden oder einer Art, bei welcher sie gesondert werden. Bei beiden Arten werden die
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Teile je nach der Größe des Fahrzeuges wahlweise bearbeitet.
Bei beiden Arten derartiger Bremsscheiben muß der kreisringförmige Scheibenabschnitt auf dem Außenumfang, der die Bremsblockgleitoberflache bildet, verschleißfest sein, sowie die richtige Härte im Hinblick auf die Abfühlleistung der Bremse, wie z.B. auf Schlupf oder Schleifen sowie eine sehr hohe Präzision in Hinsicht auf Parallelität und Ebenheit der Gleitreiboberfläche haben. Falls die Bremsscheibe für Mopeds oder Motorräder verwendet werden soll, so ist sie den Naturelementen ausgesetzt, wobei Regenwasser und dgl. in die Reiboberfläche eintreten kann, so daß diese Oberfläche korrosionsfest sein muß.
Nach einem Verfahren zur Herstellung solcher Bremsscheiben nach dem Stand der Technik wird ein Werkstoff aus rostfreiem Stahl in Form einer Platte auf eine Abschreckungstemperatur erhitzt, dann zwischen dem oberen und unteren Teil einer Gesenkpresse gebracht und daran gehindert, thermisch verformt zu werden, worauf er hier warmformgezogen oder mit einem Formeisen gehandelt und dann abgeschreckt und vergütet. Eine Belastung oder Spannung kann durch solche zwei Wärmebehandlungen auftreten, wobei andererseits dann, wenn der Form- und Wärmebehandlungsvorgang nur durch Halten des Plattenmaterials erfolgen. Die Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Werkstoffes nicht beseitigt werden können. Daher muß die Werkstoffoberfläche durch mechanische Arbeitsgänge korrigiert werden, wie z.B. durch
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Schleifen und Fräsen, um die Präzision im Hinblick auf Parallelität und Ebenheit des kreisringförmigen Scheibenteiles zu erhöhen und um die vorbestimmte Bremsscheibe zu erhalten.
Nach diesem Verfahren nach dem Stand der Technik sind Abschreckungs- und Vergütungsverfahrensschritte in dem Herstellungsverfahren erforderlich, so daß viele Wärmebehandlungsschritte erforderlich sind und dieses Verfahren zur Massenherstellung ungeeignet sind. Wenn das Material abgeschreckt und vergütet wird, während es nur gehalten wird, um eine Verformung zu verhindern, werden der Scheibenabschnitt oder Scheibenabschnitt und der Nabensitzabschnitt in der einstückig geformten Scheibe in Hinsicht auf Parallelität und Ebenheit reduziert und beansprucht. Da nur eine Oberfläche gehalten wird, werden durch die Verformung durch die Beanspruchung, die Abschreckung und die Erhitzung Konkav-Konvexitäten erzeugt. Die Konkav-Konvexitäten des Werkstoffes selbst werden nicht beseitigt, wobei auch die Dickendimensionen unrichtig sein oder abweichen werden. Es wird schwierig sein, die Präzision in bezug auf die Ebenheit der Oberfläche zu erhalten, wobei die eigentliche Gleitreiboberfläche zum Gleitreiben mit dem Bremsblock nicht erzielbar ist. Um eine Präzision in bezug auf Parallelität und Ebenheit zu erzielen, sind nach der Formgebung mechanische Arbeitsgänge, wie z.B. Schleifen und Fräsen erforderlich. Die Anzahl der Verfahrensschritte wird sich daher erhöhen. Die
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Oberflächenhärte des Formteiles oder des geformten Erzeugnisses ist so hoch, daß die Werkzeuglebensdauer in dem mechanischen Arbeitsgang kurz ist. Mehrere Fertigungseinrichtungen werden infolge des Obigen erforderlich sein.
Wenn die Plattendicke des Werkstoffes der Plattendicke, die für das Erzeugnis erforderlich ist, nicht entspricht, d.h. falls die Plattendicke des Werkstoffes größer als die erforderliche Plattendicke oder insbesondere beträchtlich größer ist, so wird mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik kein vorbestimmtes Erzeugnis im wesentlichen erzielbar sein. Ein Werkstoff mit einer Rohplattendicke kann nicht für ein Erzeugnis verwendet werden, für welches eine Präzision in bezug auf die Plattendickendimension erforderlich ist. Falls ein Werkstoff mit einer vorbestimmten Dickendimension im vornhinein anstelle eines Werkstoffes mit einer solchen Rohplattendicke hergestellt wird, so werden die Materialkosten in unerwünschter Weise so hoch sein, daß die Kosten bzw. der Preis dieses Erzeugnisses beeinflußt werden. Falls die vorbestimmte Dickendimension durch mechanische Bearbeitung des Materials anstelle des Obigen erhalten wird, so wird dieses Material nicht zur Massenproduktion geeignet sein, wobei auchdie Kosten erhöht sein werden. Die Plattendicke des Werkstoffes ist ferner je nach der Art der Bremsscheibe unterschiedlich, d.h. je nach der Art des Fahrzeuges, das mit der Bremsscheibe versehen werden soll. Die Plattendickendimension, die für das Endprodukt erforderlich ist, ist je nach
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den entsprechenden Erzeugnissen, wie z.B. den Kupplungsscheiben, Kettenzahnrädern usw. unterschiedlich r wobei es schwierig ist, sie mit einem genormten Plattenwerkstoff zu erzielen. Es ist daher wünschenswert, solche Erzeugnisse zu erhalten, während die Präzision der Plattendickendimension durch die Auswahl eines Plattenwerkstoffes aufrechterhalten wird, welche Dimension größer als jene der endgültigen Platte, und zwar ungeachtet davon ist, ob ein solches dickeres Plattenmaterial der Dickendimension der endgültigen Platte entspricht oder nicht.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Formschmieden eines flächigen oder plattenförmigen Teiles, wobei das Verfahren darin besteht, daß ein plattenförmiges Material auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt wird, welche durch die Härte bestimmt wird, die für den plattenförmigen Teil erforderlich ist. Das Verfahren enthält auch den Verfahrensschritt der Einsetzung des erhitzten plattenförmigen Materials unter Aufrechterhaltung des erhitzten Zustandes zwischen einem oberen und einem unteren Gesenkpressenteil. Der plattenförmige Werkstoff wird in einem Bereich desselben, für welchen es erforderlich ist, Parallelität und Ebenheit zu haben, stark gepreßt und formgeschmiedet. Der plattenförmige Werkstoff wird während er gepreßt wird, kontinuierlich abgeschreckt.
Die Grundlagen der vorliegenden Erfindung sind: falls die für ein Erzeugnis erforderliche Härte durch die
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Auswahl des Werkstoffes erhalten wird, so sind die beiden Wärmebehandlungsschritte der Abschreckung und Vergütung nicht erforderlich; wenn der erhitzte Werkstoff nicht nur gehalten, sondern auch in dem Formpreß- und Abschreckungspreßschritt geschmiedet wird, so wird eine Parallelität und Ebenheit hoher Präzision erhalten, wobei auch dann, wenn die Materialplattendicke rauh und groß ist, eine endgültige, vorbestimmte Plattendickendimension erhalten wird.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Formschmieden von plattenförmigen Teilen, für welche eine hohe Präzision in bezug auf Parallelität und Ebenheit der Reibungsoberfläche erforderlich ist, d.h. von einer Bremsscheibe oder Kupplungsscheibe, wobei ein Minimum an entsprechenden Verfahrensschritten erforderlich ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Schaffung eines Formschmiedverfahrens, wobei ein Abschnitt, für welchen es erforderlich ist, eine Parallelität und Ebenheit eines Plattenmaterials zu haben, warmgepreßt und formgeschmiedet wird, um plastisch oder bildsam verformt und mit einer sehr hohen Präzision geformt zu werden. Gleichzeitig wird die Genauigkeit der Plattendickendimension hochgehalten, wobei der Werkstoff auf eine Abschreckungstemperatur erhitzt wird, welche für das Erzeugnis erforderlich ist, oder aber auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereiches, bei welchem eine bestimmte Härte
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erforderlich ist, wobei der Werkstoff abschreckungsgepreßt und gleichzeitig mit dem Formschmieden warmpreßgeformt wird. Das Erzeugnis mit einer Parallelität, Ebenheit und Plattendickendimension hoher Präzision und mit einer vorbestimmten Härte wird in kontinuierlichen Verfahrensschritten erhalten, d.h. in einem Wärmebehandlungsverfahrensschritt und in einer minimalen Anzahl anderer Verfahrensschritte.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner die Schaffung eines Formschmiedeverfahrens, bei welchem ein eine Parallelität und Ebenheit erfordernder Teil zusammen mit den Verfahrensschritten der Warmpreßformung und der kontinuierlichen Preßabschrekkung warmgeschmiedet wird, und zwar sogar dann, wenn die Plattendickendimension des Plattenwerkstoffes der Plattendickendimension des Enderzeugnisses nicht entspricht, wobei dieses Material zum Erhalt einer vorbestimmten Plattendickendimension durch eine piatische Verformung in der Richtung der Plattendicke geschmiedet und geformt werden kann. Somit kann der Bereich der Auswahl der zu verwendenden Plattenwerkstoffe erweitert werden, wobei eine Bremsscheibe oder dgl. mit einer vorbestimmten Plattendickendimension aus einer billigen Standardstahlplctte geformt werden kann, ohne durch die Plattendickendimension eingeschränkt zu werden.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner die Schaffung eines Formschmiedeverfahrens, wobei der Abschnitt, der Parallelität, Ebenheit und mechanische Festigkeit als der kreisringförmige Scheibenabschnitt einer Bremsscheibe haben muß, geschmiedet
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wird, um im Hinblick auf die Struktur des besagten Abschnittes kompakt gemacht zu werden, wobei er gleichzeitig preßabgeschreckt wird, so daß ein sehr günstiges Erzeugnis einfach und bequem erhalten werden kann.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner die Schaffung eines Formschmiedeverfahrens, wobei das Material auf eine unvollkommene Abschreckungstemperatur innerhalb eines Temperaturbereiches erhitzt wird, bei welchem eine Härte, welche für eine Bremsscheibe erforderlich ist, erhalten wird, und wobei der kreisringförmige Scheibenabschnitt oder dgl. warmformgeschmiedet wird und dann gleichzeitig warmpreßgeschmiedet wird, um danach formgezogen und gestanzt und dann preßabgeschreckt zu werden, während er geschmiedet und gepreßt wird, um eine Bremsscheibe zu erhalten. Das Erzeugnis, welches eine hervorragend Präzision in bezug auf Ebenheit und Parallelität sowie eine Härte, wie für eine Bremsscheibe erforderlich, hat, wird in einem Warmbehandlungsverfahrensschritt erhalten, so daß eine Bremsscheibe mit hoher Verschleißfestigkeit, Korrosionsfestigkeit, hohem Bremsfühlvermögen und hoher Bremsfunktion erhalten wird, wobei so wenig Quietschgeräusch wie möglich hörbar sind und die Bremsscheibe aus einem Plattenwerkstoff billig erhältlich ist, während die Präzision der Plattendicke grob und die Oberflächengrobheit des Plattenwerkstcffes hoch ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner die Schaffung einer Formschmiedemaschine zur
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Durchführung des Verfahrens zur Erzielung der zuvor beschriebenen Ziele.
Zusammenfassend handelt es sich bei dem Erfindungsgegenstand um ein Verfahren und eine Maschine zum Formschmieden von plattenförmigen Teilen, wobei die Maschine einen oberen und einen unteren Gesenkpressenteil aufweist, um einen plattenförmigen Werkstoff zu pressen und unter Formgebung zu schmieden, der auf eine Abschreckungstemperatur oder auf eine unvollkommene Abschreckungstemperatur erhitzt wird, die von einer erforderlichen Härte heraus eingestellt wird. Die Maschine enthält auch Kühlleitungen zur Abschreckung des formgeschmiedeten Werkstoffes. Der Werkstoff wird während der gepreßte Zustand aufrechterhalten wird,kontinuierlich abgeschreckt.
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1: eine senkrechte Schnittansicht einer Ausführungsform einer Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein Verfahren und eine Maschine zum Formen von einstückig ausgebildeten Bremsscheiben veranschaulicht ist;
Figur 2: eine Ansicht eines Abschnittes der Figur 1, wobei ein Formschmiedeverfahrensschritt und eine Stufe der Formung eines abgestuften oder abge-
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setzten Abschnittes veranschaulicht ist, der an der Außenumfangsseite angefügt ist, um das Zusammenfallen der Struktur zum Zeitpunkt der Formung zu verhindern;
Figur 3: dieselbe Ansicht wie Figur 2, wobei der Formschmiedevorgang in einem fortgeschrittenen Stadium gezeigt ist, in welchem ein abgesetzter Abschnitt der Innenaußenumfangsseite geformt wird;
Figur 4: dieselbe Ansicht wie Figur 3, wobei eine Preßabschreckungsphase nach dem Formziehen dargestellt ist;
Figur 5: eine senkrechte Schnittseitenansicht einer erhaltenen, einstückig ausgebildeten Bremsscheibe;
Figur 6: eine Draufsicht der Figur 5;
Figur 7: eine senkrechte Schnittansicht einer
anderen Ausführungsform eines Verfahrensund einer Maschine zum Formschmieden von Scheiben aus kombinierten, einstückigen Bremsscheiben;
Figur 8: die Maschine gemäß Figur 7, wobei die Abschreckung nach dem Formschmieden dargestellt ist;
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Figur 9: eine Seitenschnittansicht des Scheibenteiles, der durch die Ausführungsform gemäß den Figuren 7 und 8 erhalten wird;
Figur 10: eine Draufsicht einer Kupplungsscheibe, welche erfindungsgemäß erhalten wird;
Figur 11: eine Seitenschnittansicht der Figur 10;
Figur 12: eine Draufsicht eines Kettenzahnrades, das erfindungsgemäß erhalten wird; und
Figur 13:
eine Seitenschnittansicht der Figur 12.
Die Figuren 1-4 zeigen das Formschmieden einer einstückig ausgebildeten oder geformten Bremsscheibe als eine Ausführungsform der Schmiedeformung eines plattenförmigen Teiles nach der vorliegenden Erfindung.
Bei einer Bremsscheibe für ein Moped oder ein Motorrad besteht infolge der Tatsache, daß der kreisringförmige Scheibenabschnitt frei liegt, ein Konstruktionsproblem, da dieser Abschnitt dem Regenwasser oder dgl. ausgesetzt ist. Die Material- und Oberflächenhärte ist so ausgewählt, daß die erforderliche Korrosionsfestigkeit erzielt wird und daß die Bremse daran gehindert wird, durch die Gleitreibung mit dem Bremsblock zu rutschen, wobei auch Quietschgeräusche verhindert weiden und die Verschleißfestigkeit erhöht wird. Ein Plattenwerkstoff aus rostfreiem Stahl wird bevorzugt.
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Ein Plattenwerkstoff aus rostfreiem Stahl mit einem Gehalt von mehr als 10% Chrom ist für den Werkstoff zum Formen von Bremsscheiben gewählt. Mehr als 10% Chrom wird gewählt, da falls weniger als 10% Chrom gewählt wird, eine Korrosionsfestigkeit in der Praxis schwer zu erhalten ist. Die bevorzugte Härte einer Bremsscheibe liegt in dem HRC-Bereich (Rockwell hardness on the C scale) und ist gleich 30 bis 45. Eine optimale Hart ist in diesem Bereich gewählt. Der zuvor erwähnte Plattenmaterial aus rostfreiem Stahl hat eine HRC von 50 bis 53 innerhalb des allgemeinen verwendeten Temperaturbereiches von 1050 bis 1150° C und für eine Bremsscheibe nicht erwünscht. Der, wie zuvor erwähnt, abgeschreckte Werkstoff wird daher bei etwa 650° C vergütet und durch entsprechende Steuerung behandelt, um eine Härte innerhalb des HRC-Bereiches von 30 - 45 zu haben. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Bremsscheibe wird jedoch der Werkstoff dieser Art bei einer unvollkommenen Abschreckungstemperatur zur Erzielung einer HRC-Härte von 30-45 behandelt.
Bei dem Formen der Bremsscheibe nach dieser Ausführungsform wird in einer Wärmebehandlung ein Produkt mit der erforderlichen Härte erhalten. Durch Berücksichtigung der zuvor erwähnten Bedingungen wird ferner ein Plattenwerkstoff aus einem rostfreiem Martinsstahl verwendet, der mehr als 10% Chrom enthält, wobei er dann warmgeschmiedet, warmformgepreßt und preßabgeschreckt wird. Die Abschreckungsbedingung ist, den Werkstoff zu erhitzen und den
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Werkstoff in einem Temperaturbereich (der durch die für die Bremsscheibe erforderliche Härte eingestellt wird) über dem Umwandlungspunkt A1 zu halten, wobei der Werkstoff kontinuierlich geschmiedet, formgepreßt und abgeschreckt wird. Wenn das Material innerhalb dieses Temperaturbereiches abgeschreckt wird, welcher ein Temperaturzustand ist, der niedriger als die allgemeine herkömmliche Abschreckungstemperatur liegt, d.h. innerhalb der Bereiche von -w + \f (Ferrit + Austenit) und.v+/^+ Cm (Ferrit + Austenit + Cementit) in dem allgemein bekannten Fe - C-Zustandsdiagramm des ümwandlungspunktes A.. , so wird eine Mischstruktur aus Martensit + Ferrit + Cementit oder Fettit + Martensit erhalten. Der Werkstoff wird somit unter Steuerung auf eine HRC-Härte von 30 - 45 durch die Menge von Austenit behandelt, d.h. mit der Erhitzungstemperatur insbesondere zum Zeitpunkt der Erhitzung, um eine Härte zu erhalten, welche für eine Bremsscheibe erforderlich ist, ohne nachträgliche Vergütung.
Bei der Ausführungsform, bei welcher die Erfindung zum Formschmieden einer Bremsscheibe Anwendung findet, wird der zuvor erwähnte Werkstoff bei einer unvollkommenen Abschreckungstemperatur einer Temperaturbedingung einer Wärmebehandlung unterworfen, die niedriger als die allgemeine Abschreckungstemperatur, d.h. die vollkommene Abschreckungstemperatur, um eine erforderliche Oberflächenhärte ohne einen Vergütungsverfahrensschritt zu erhalten, wobei er vorher warmformgeschmiedet wird.
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Das erfindungsgemäße Formschmiedeverfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Herstellung einer Bremsscheibe erläutert. Die Figuren 1 bis 4 zeigen, daß Formschmieden einer einstückig geformten Bremsscheibe in der entsprechenden Verfahrensschrittreihenfolge.
Der zuvor erwähnte Plattenmaterial aus Stahl wird mit Stempeln geformt, um eine Scheibe im vornhinein darzustellen. Der Außendurchmesser wird durch die Berücksichtigung der Dicke des Materials und des Strangpressens des Materials in seinem Außenumfangsabschnitt durch Verformung der Plattendicke durch Formschmieden bestimmt. Infolge des Warmschmiedeformens unter Druck im heißen Zustand kann die Plattendicke des Werkstoffes ziemlich beträchtlich größer als die Dickendimension der Endplatte sein.
Dieser scheibenförmige Werkstoff wird in eine Formschmiedemaschine 30 eingebracht, welche auch eine Abschreckungs-Preßmaschine ist. Die Maschine 30 ist mit einem oberen Preßgesenk 40, das mit dem Pressen-Stempel 31 auf und ab bewegt wird, sowie mit einer unteren Grundplatte 60 der Formgesenkpresse versehen. Das Gesenk 40 enthält ein Außengesenk 42, das unterhalb eines Paßteiles 41 ringförmig ausgebildet und mit Kühlwasserleitungen 43 versehen ist. Ein bewegliches oberes Zwischenpreßgesenk 44 ist durch eine Öldruckzylindereinheit 32 und eine Anzahl von Stangen 33 zusammen mit dem Pressenstempel 31 innerhalb des Außengesenks 42 gestützt und bewegt sich innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
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auf und ab und hat auch ein Kühlwasserleitung 45. Ein Lochstempel 46 zum Formen eines Innendurchmesserloches einer Bremsscheibe sowie Stempel 47 zum Formen von Nabensitzlöchern sind in dem Zwischengesenk 44 vorgesehen.
Der untere Formgesenkpressenteil 60 ist auf einer Maschinengrundplatte 34, die als Gesenkhalter dient, befestigt und eingestellt. Der Formgesenkpressenteil 60 ist mit einem unteren, beweglichen, ringförmigen Formgesenkpressenteil 62 versehen, der ein unterer Außenformgesenkpressenteil gegenüber dem oberen Aussenformgesenkpressenteil 42 ist. Der bewegliche untere Formgesenkpressenteil 62 ist in einem kreisringförmigen Hohlraum 61 in dem Formgesenkpressenteil 60 gleitbar angeordnet und auf seiner unteren Oberfläche mit einem Formgesenkpressenteilpolster 37 gestützt, das aus einer Anzahl von Stangen 36 gebildet ist, wobei er mit einer Innenkühlwasserleitung 63 versehen ist. Ein unterer Zwischenformgesenkpressenteil 64 befindet sich gegenüber dem Zwischenformgesenkpressenteil 44 und ist ein mit dem Formgesenkpressenteil 60 einstückig ausgebildeter, feststehender Formgesenkpressenteil mit Löchern 66 und
67 entsprechend den Stempel 46 und 47.
Der bewegliche Außenformgesenkpressenteil 62 hat auf seiner oberen Oberfläche eine ringförmige Formnut 68 mit einer flachen Oberfläche zum Schmieden. Die Nut
68 hat einen Innendurchmesser, der größer als die vorweggenommene Größe der plastischen Verformung in der Radialrichtung bei dem Formschmieden des
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Werkstoffes 20 ist sowie einen Vorsprung 69 auf ihrem Innenumfang. Ein Formungsabschnitt 70 auf der oberen Oberfläche des Zwischenformgesenkpressenteiles 64 ist in Form eines Kegels ausgebildet, der in seinem Mittelabschnitt 61 flach ist, um den Nabensitzabschnitt einer Bremsscheibe zu formen. Ein abgesetzter Abschnitt 73 ist zwischen einem männlichen, kegeligen, schrägen Abschnitt 72 und einem flachen Abschnitt gebildet.
Ein flacher Abschnitt 48 zum Formschmieden ist auf dem unteren formgebenden Oberflächenabschnitt des oberen Außenformgesenkpressenteiles 42 vorgesehen. Ein weiblicher, kegeliger, schräger Abschnitt 50 ist innerhalb eines abgesetzten oder abgestuften Abschnittes 49 auf seinem Innenumfangsbereich vorgesehen. Ein abgestufter Abschnitt 53 entsprechend dem abgestuften Abschnitt 73 ist im Mittelbereich des beweglichen, oberen Zwischenformgesenkpressenteiles 44 vorgesehen. Eine flache Oberfläche 51 zum Schmieden ist im Mittelbereich vorgesehen, durch den abgesetzten Abschnitt 53 umgeben. Ein flacher Außenumfangsabschnitt 52 ist außerhalb des abgestuften Abschnittes 53 gebildet.
Der Werkstoff 20 ist auf die unvollkommene Abschrekkungstemperatur erhitzt, in deren Bereich die für eine Bremsscheibe erforderliche Härte erhalten wird, wobei er in den Mittelabschnitt des Formgesenkpressenteils 60 befestigt und eingestellt und erhitzt gehalten wird, so daß ein vorbestimmter Spielraum S zwischen dem Umfangskantenabschnitt der Nut 68 und
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dem Außenumfang des Werkstoffes, wie in Figur 1 gezeigt, gehalten werden kann.
Zunächst wird der Stempel 31 angetrieben, um den oberen Außenformgesenkpressenteil 42 zu senken, wobei - wie in Figur 2 gezeigt - der Außenumfangsabschnitt, d.h. der kreisringförmige Scheibenabschnitt 41 aus dem Werkstoff 20 zwischen dem flachen Abschnitt 48 des oberen Formgesenkpressenteiles 42 und der flachen Oberfläche der Nut 68 des unteren Formgesenkpressenteiles 62 gepreßt und warmformgeschmiedet wird. Ein abgesetzter Abschnitt 22 ist in dem Innendurchmesserabschnitt des kreisringförmigen Scheibenabschnitts 21 gleichzeitig mit dem Schmieden durch den entgegengesetzten Vorsprung 69 und den abgestuften Abschnitt 49 gebildet, um ein Zusammenfallen und ein Rutschen der Struktur zur Zeit des Schmiedens zu verhindern. Der Scheibenabschnitt 21 wird mit den Oberflächen 48 und 69 stark gepreßt, so daß die Oberflächenstruktur einheitlich gemacht und die Oberfläche flach plastisch verformt wird, um die Plattendickendimension einzustellen. Wie in Figur 2 gezeigt, wird der Abschnitt in seiner Dicke reduziert und in der Radialrichtung verformt, wobei der Spielraum S auf S1 reduziert wird.
Während ein starker Halt auf den Werkstoff 20 während des zuvor erwähnten Formschmiedens aufrechterhalten wird, wird die Zylindereinheit 32 angetrieben, um den Formgesenkpressenteil 44 zu senken. Ein Nabensitzabschnitt 23 in dem Mittelbereich des Werkstoffes 20 wird durch die Oberfläche 51 des Formgesenk-
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pressenteiles 44 und die Oberfläche 71 des Formgesenkpressenteils 64 stark gepreßt, so daß die Struktur der Oberfläche dieses Abschnittes gleichmäßig gemacht, flach plastisch verformt und heiß geschmiedet wird. Ein abgestufter Abschnitt 24 wird in dem Außendurchmesserabschnitt des Abschnittes 23 durch entgegengesetzte abgestufte Abschnitte und 73 verformt, um ein Zusammenfallen und Rutschen der Struktur zum Zeitpunkt der plastischen Verformung zu verhindern. Dies ist in Figur 3 gezeigt.
Durch das Heißformschmieden der Abschnitte 21 und werden die kleinen Konkav-Konvexitäten, winzige Unregelmäßigkeit und Mangel auf der Oberfläche des Werkstoffes beseitigt, wobei eine sehr ebene oder flache Oberfläche geformt wird. Da der Mittelabschnitt formgeschmiedet wird, während der Abschnitt
21 sogar nach dem Schmieden stark gepreßt wird, wird die Parallelität mit einer sehr hohen Präzision aufrechterhalten.
Nach diesem Formschmieden der Mittelabschnittenden, während der Werkstoff 20 stark gepreßt wird, wird der Stempel 31 gesenkt (Figur 4), um den Abschnitt zwischen den Abschnitten 21 und 23 mit dem weiblichen bzw. männlichen kegeligen Abschnitt 50 bzw. 72 warmformgezogen, um einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 25 zu formen. Da die Abschnitte 21 und 23 mit den abgestuften Innen- und Außenabschnitten
22 und 24 gehalten werden, erfolgt kein Zusammenfallen oder Rutschen der Struktur zum Zeitpunkt
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dieser Ziehformung. Die Stempel 46 und 47 werden auch gesenkt, um ein Loch 26 zum Einsetzen einer Achse sowie eine Anzahl von Nabensitzlöchern 27 im Abschnitt 23 zu formen.
Nachdem dieses Formschmieden, Formziehen und Stempelformen der flachen oder ebenen Oberfläche beendet wird, während das Material 20 stark gepreßt gehalten wird (Figur 4), wird Kühlwasser durch die Leitungen 43, 45, 63 und 65 zugeführt, um den geformten Werkstoff 20 abzuschrecken und auszuhärten.
Die einstückig geformte Bremsscheibe, wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt, wird somit erhalten. Sie wird dann auf der Oberfläche, beispielsweise durch eine Lederpolierscheibe, geschliffen und in dem Nabensitzabschnitt übermalen oder angestrichen, um ein Endprodukt zu erhalten.
Die Größe der plastischen Verformung der Plattendicke durch das Schmieden muß klein sein. Falls beispielsweise die ursprüngliche Plattendicke 5 mm ist, so wird eine Verformung etwa 0,1 - 0,5 mm bevorzugt.
Infolge des Warmformschmiedens hat das Produkt eine Parallelität und Ebenheit auf der Vorder- und Hinteroberfläche des Abschnittes 61 hoher Präzision sowie die erforderliche optimale Härte infolge der zuvor erwähnten unvollkommenen Abschreckung und erfordert nachträgliche Vergütung. Der Abschnitt 21
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kann daher unverzüglich als eine Blockgleitoberfläche nur mit geringer Schleifarbeit, wie z.B. mit einer Lederpolierscheibe, verwendet werden. Die beiden Oberflächen des Abschnittes 23 haben ebenso dieselben Qualitäten. Da die abgestuften Abschnitte 24 und 22 in den Innen- und Außendurchmesserabschnitten der Abschnitte 21 und 23 vorgesehen sind, wird zum Zeitpunkt der Formziehung des konischen Abschnittes 25 auftretende zurückspringende wirksam absorbiert.
Der Werkstoff 20 wird zuerst in dem Außenumfangsabschnitt und dann in dem Mittelabschnitt formgeschmiedet, wobei durch diese Reihenfolge ungekehrt werden kann. Die Abreckungskühlmittel können anstelle der Kühlwasserleitungen mit einer Spüleinrichtung zum Einsatz kommen. Infolge des Formschmiedens wird der Außendurchmesser des geschmiedeten, kreisringförmigen Scheibenabschnittes groß. Falls die Größe der Verformung zulässig ist, kann jedoch diese so gelassen werden, wie sie ist, wobei, falls erforderlich, sie durch mechanische Vorgänge, wie z.B. durch Schleifen und Fräsen korrigiert werden kann. Falls die Größe der plastischen Verformung der Plattendicke klein und auf die Größe der Verformung in der Radialrichtung ebenso gering ist, so wird ein geeignetes Produkt ohne derartige mechanische Arbeitsgänge erhalten, falls es für eine Bremsscheibe verwendet werden soll.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen ein Ausführungsform einer Bremsscheibe, wobei eine kreisringförmige Scheibe und ein Nabensitzteil gesondert geformt und dann kombiniert
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- 28 werden, um miteinander einstückig gemacht zu werden.
Eine Formschmxedemaschine 130 ist mit einer Schmiedeeinrichtung, eine Stempel- oder Stanzeinrichtung bei der dargestellten Ausführungsform und einer Kühleinrichtung versehen, wobei sie in bezug auf ihre Konstruktion einfacher als die erste Ausführungsform ist.
Der zu verwendende Werkstoff 120 ist der zuvor erwähnte Werkstoff, wie zum Erhalt einer Scheibe in der gleichen Art und Weise geformt und unter den oben erwähnten Bedingungen erhitzt wird, wie das Material 20. Der Werkstoff wird auf eine flache Formgebungsnut 168 eines unteren Formgesenkpressenteils 160 gelegt, welcher ein feststehender Formgesenkpressenteil ist, wobei ein oberer Formgesenkpressenteil 140 ein beweglicher Formgesenkpressenteil ist, der gesenkt werden soll. Der Formgesenkpressenteil 140 wird durch einen Stempel 131 auf und ab bewegt und ist innerhalb des Stempels 131 auf und ab gleitbar und mit einem elastischen Material 143 gestützt, hat einen Stempel 146 mit grossem Durchmesser und Stempel 147 mit geringem Durchmesser in seinem Mittelabschnitt sowie einen flachen Formgebungsabschnitt 148, der aus seiner unteren Oberfläche gebildet ist. Wie in den Figuren 7 und 8 gezeigt, wird das Material 120 zwischen die flachen Formgebungsabschnitte 148 und 168 gelegt, und auf seinem Außenumfangsabschnitt 121 zwischen diesen stark gepreßt und auf der Vorder- und Hinteroberfläche heißformgeschmiedet, um eine gleichmäßige
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Struktur auf beiden Oberflächen zu erhalten und flach plastisch verformt und in bezug auf Dicke reduziert zu werden. Gleichzeitig werden ein Innendurchmesserloch 126 und Nabensitzlöcher 128 mit großen bzw. kleinen Stempeln 146 bzw. 148 stempelmäßig geformt, wobei Wasserleitungen 143 und 163 zum Abschrecken und Aushärten des Materials vorgesehen sind.
Somit wird die in Figur 9 gezeigte kreisförmige Scheibe erhalten. Ein Nabensitzteil 129 ist mit der Scheibe durch Nieten oder dgl. zum Erhalt einer Bremsscheibe einstückig verbunden. Die Parallelität und Ebenheit der beiden Oberflächen des Scheibenabschnittes 121, der als kreisringförmig belassen worden ist, wird mit einer Präzision aufrechterhalten, welche so hoch ist, daß nur mit Schleifen oder dgl. ein Produkt hoher Präzision unmittelbar als eine Bremsscheibe erhalten wird.
Da jede der obigen Ausführungsformen zum Formen einer Bremsscheibe verwendet wird, wird eine Platte aus rostfreiem Martinsstahl mit mehr als 10% Cr für das Material verwendet. Die erforderliche Härte wird je nach dem Erzeugnis bestimmt. Auch ein anderes beliebiges Material anstelle des zuvor erwähnten Materials kann ausgewählt und auf die unvollkommene Abschreckungstemperatur, d.h. die allgemeine Abschreckungstemperatur erhitzt werden, heißformgeschmiedet, gleichzeitig formgepreßt, wie erforderlich, und abgeschreckt werden.
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Das durch das zuvor erwähnte Formschmieden zusammen mit dem gleichzeitigen Abschrecken erhaltene Produkt kann bei jedem Produkt Anwendung finden, welches eine hohe Präzision der Parallelität und Ebenheit der beiden Oberflächen erfordert, worauf es abgeschreckt wird.
Diese Methode kann beispielsweise zum Formen der in den Figuren 10 und 11 gezeigten Kupplungsscheibe sowie des in den Figuren 12 und 13 gezeigten Kettenzahnrades 300 Anwendung finden. In beiden Fällen werden Löcher 201, 301 und 302 und ölnuten 202 gleichzeitig mit dem Formschmieden gebildet, wobei die Materialien kontinuierlich abgeschreckt werden, um die gewünschten Erzeugnisse zu erhalten. Die Erhitzungstemperaturbedingung zum Zeitpunkt des Formschmiedens wird je nach dem Material und der erforderlichen Härte eingestellt. Das Material kann nicht nur auf die unvollkommene Abschreckungstemperatur, sondern auch auf eine vollkommene Abschrekkungstemperatur je nach dem Material erhitzt und abgeschreckt werden.
Der Patentanwalt
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Claims (4)

-M- Ansprüche
1. Verfahren zum Formschmieden eines plattenförmigen Teiles, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiger Werkstoff auf eine vorbestimmte Temperatur, welche durch die durch den besagten Teil erforderliche Härte bestimmt wird, erhitzt, daß der erhitzte plattenförmige Werkstoff unter Aufrechterhaltung des erhitzten Zustandes zwischen ein oberes Preßgesenk und die Grundplatte der Formgesenkpresse eingesetzt, daß der plattenförmige Werkstoff in einem Parallelität und Flachheit erfordernden Teil desselben stark gepreßt und formgeschmiedet und daß der plattenförmige Werkstoff unter Aufrechterhaltung seines Pressens kontinuierlich abgeschrägt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur von einer erforderlichen Härte aus eingestellte Abschrecktemperatür ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur in einem unvollkommenen Abschrecktemperaturbereich liegt, der von der erforderlichen Härte aus eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erhitzte Werkstoff
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