-
Ryazansky zavod tyazhelogo Kuzneshno-
-
Pressovogo oborudovania, Ryazan, UdSSR Maschine zum spanlosen Druckumformen
von Metall-Werkstücken Die Erfindung betrifft Maschinen zum spanlosen Druckumformen
von Metallen, wie Kurbelpressen mit unterschiedlichem Verwendungszweck, Rundstauch-
und sonstige Maschinen, bei denen die Arbeitsorgane zur Einwirkung auf das Werkstück
eine hin- und hergehende oder schwingende Bewegung ausführen.
-
Bei Maschinen zur spanlosen Metallumformung führen ein (z. B. bei
Kurbelpressen) oder mehrere Arbeitsorgane (z. B.
-
bei Rundstauchmaschinen) eine hin- und hergehende oder schwingende
Bewegung zur Einwirkung auf das Werkstück aus.
-
Diese Maschinen weisen daher eine Einrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung
des Antriebs in eine hin- und hergehende Bewegung des Arbeitsorgans auf, die einen
Kurbeltrieb enthält, an dessen fortschreitend beweglichem Glied
(Kreuzkopf,
Schleife, Hebel usw.) das Arbeitsorgan befestigt ist, während die in den Traglagern
des Maschinenkörpers gelagerte Kurbelwelle mit ihrem Drehantrieb in formschlüssiger
Verbindung steht (OE-PS 235 113 oder V. I. Zalessky Oborudovanie kuznechno-pressovykh
tsekhov" ("Werkzeugmaschinen für Pressereien), Moskau, S. 511).
-
Die moderne Produktion stellt an die Maschinen zur spanlosen Metallumformung
eine ganze Reihe von Forderungen, von denen die weitere Leistungs- und Qualitätssteigerung
der Fertigteile unter Senkung des Energie- und Arbeitsaufwandes die Grundforderungen
sind.
-
Das zur Zeit erreichte Leistungsniveau derartiger Maschinen wird
bei der Lösung von Automatisierungs- und Mechanisierungsproblemen der Werkstückzuführung
und des Werkstückabtransports vorzugsweise durch die Laufgeschwindigkeit des Arbeitsorgans,
d. h. durch dessen Schnellläufigkeit, gegeben, die durch eine Reihe von Faktoren
zurückgehalten wird, von denen die Tragfähigkeit der Traglager (Gleitlager) der
Kurbelwelle sowie die Unwucht des Systems Arbeitsorgan - Werkstück - Maschinenständer
einschließlich Antrieb die wesentlichsten sind.
-
Die Tragfähigkeit der Traglager ist von ihrer Umfangsgleitgeschwindigkeit
(v) sowie von der spezifischen Last (P) abhängig. Für die bekannten Lagerwerkstoffe
kann das Produkt aus P mal v für eine festgesetzte Zeitspanne als praktisch konstant
angenommen werden, weil es von Maschinendaten, Konstruktionsmerkmalen und Besonderheiten
der Arbeit der Maschine unabhängig ist und vorzugsweise von den Eigenschaften des
Lagerwerkstoffes bestimmt wird.
-
Die Schnelläufigkeit der Maschine läßt sich auf Kosten einer höheren
Umfangsgeschwindigkeit der Traglager steigern.
-
Dabei muß aber die spezifische Last entsprechend herabgesetzt werden,
wodurch die Aufgabe im Endergebnis nicht gelöst wird.
-
Es muß auch der Umstand berücksichtigt werden, daß die Gleitlager
der Kurbelwelle bei bestimmten Maschinen für spanlose Metallumformung, z. B. bei
Rundstauchmaschinen, bei einem bestimmten,"Arbeitswinkel" genannten Drehwinkel der
Kurbelwelle eine Belastung erfahren, die der Nennkraft des Arbeitsorgans bei seiner
Einwirkung auf das Werkstück entspricht, wobei ein beträchtlicher Teil der Antriebsleistung
zur Überwindung von Reibungskräften in den Lagern verbraucht wird. Mit der Leistungssteigerung
nimmt der Energieaufwand für die Überwindung der Reibungskräfte in den Lagern dermaßen
zu, daß die dabei aufgenommene Motorleistung mit der für die Ausführung der Nutzarbeit
erforderlichen Leistung vergleichbar wird und diese z. B. bei Rundstauchmaschinen
um ein 3- bis 4faches überschreitet.
-
Das kann ein häufiges Heißlaufen der Lager zur Folge haben, was für
einen störungsfreien Langzeitbetrieb zusätzliche Vorsorge- und Schutzmaßnahmen erfordert.
Zu diesen Maßnahmen zählen Mittel zur automatischen Wärmeregulation der Schmierflüssigkeit,
Verwendung eines speziellen Schmiermittels, das die Viskosität bei Erhitzung beibehält
und Erweiterung der Lagerspalte unter Sicherung von Auswuchten und dynamischer Stabilität
des ganzen Systems Arbeitsorgan -Werkstück - Maschinenständer. Im Gesamtergebnis
kompliziert dies die Maschine, erhöht den Energieaufwand und die Betriebskosten
bis zu einem solchen Grad, daß der Einsatz der erwähnten Maschinen unwirtschaftlich
wird.
-
Bei den bisherigen Kurbelpressen und Rundstauchmaschinen ist also
die Leistungssteigerung unter Anwendung eines Kurbeltriebes, der den Verformungsnenndruck
des Erzeugnisses aufnimmt, als Einrichtungen zur Umwandlung
der
Drehbewegung des Antriebs in eine hin- und hergehende Bewegung des Arbeitsorgans
auf die Tragfähigkeit der Gleitlager der Kurbelwelle und den Arbeitswert der in
diesen auftretenden Reibung beschränkt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Maschine zum
spanlosen Umformen von Metall zu schaffen, bei der die Reibung in den Traglagern
durch Anderung des Bewegungscharakters der Kurbelwelle vermindert ist, was zur Erhöhung
der Schnelläufigkeit des Arbeitsorgans und Leistungssteigerung der Maschine führt.
-
Bei einer Maschine zum spanlosen Umformen von Metall mit einer Einrichtung
zur Umwandlung der Drehbewegung eines Antriebs in eine hin- und hergehende Bewegung
mindestens eines Formwerkzeuges, die einen Kurbeltrieb enthält, an dessen fortschreitend
beweglichem Glied das Formwerkzeug befestigt ist und dessen in den Traglagern des
Maschinenkörpers gelagerte Kurbelwelle mit dem Drehantrieb in formschlüssiger Verbindung
steht, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kurbelwelle des
Kurbeltriebes oszillierend beweglich angeordnet und mit dem Drehantrieb über eine
Schubkurbel und einen an ihrer Schubstange angelenkten, mit der Kurbelwelle des
Kurbeltriebes starr verbundenen Hebel formschlüssig verbunden ist.
-
Das Ersetzen der Drehbewegung der Kurbelwelle durch eine schwingende
Bewegung unter Beibehaltung der Größe der Angriffskraft des Formwerkzeuges am Werkstückrohling
und seiner Hubgröße innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen bietet die Möglichkeit,
die Hubzahl des Arbeitsorgans um nicht weniger als 25 % zu vergrößern, wobei sich
die Reibungsarbeit in den Traglagern der Kurbelwelle durch die Verkürzung des Weges,
auf dem die Belastung erfolgt, dermaßen vermindert hat, daß die Verwendung von hochwertigen
Lagerwerkstoffen
und von Sonderschmierölen wegfallen kann.
-
Dadurch werden wiederum die Einrichtungen, die den Dauerbetrieb der
Mechanismen gewährleisten, bedeutend vereinfacht und die installierte Leistung des
Elektroantriebs vermindert.
-
Infolge einer beträchtlichen Verminderung der Reibungsarbeit in den
Traglagern der Kurbelwelle sind außerdem ihre Lagerspalte wesentlich geringer, was
die Notwendigkeit der Auswuchtung des Gliedersystems des Werkzeuges ausschließt
und die dynamischen Arbeitsbedingungen der Mechanismen wesentlich verbessert. Damit
vereinfacht sich nicht nur die Konstruktion der Maschine, sondern es ergibt sich
auch eine Qualitätsverbesserung der Fertigteile.
-
Durch die Änderung des Bewegungscharakters der Kurbelwelle mittels
Änderung ihrer formschlüssigen Verbindung mit dem Antrieb wird die Erzielung des
Höchsteffektes gewährleistet.
-
Ferner zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß die Länge des
Hebels wesentlich größer als der Hubradius der Kurbel des Kurbeltriebes ist, was
es gestattet, die Lagerbelastung der Kurbelwelle der Schubkurbel dermaßen herabzusetzen,
daß der Einsatz dieser Lager bei wesentlich erhöhten Geschwindigkeiten des Formwerkzeuges
ermöglicht wird. Außerdem können Wälzlager eingesetzt werden.
-
Es ist zweckmäßig, wenn die Traglager der Kubbelwelle der Schubkurbel
oder des Kurbeltriebes verschiebbar relativ zu dem Maschinenkörper während der hin-
und hergehenden Bewegung des Werkzeuges sind. Dadurch können einerseits die Abstände
zwischen den Arbeitsorganen geändert und damit der Gesenkzwischenraum geregelt werden,
weil das System Arbeitsorgan - Kurbeltrieb - Maschinenständer keine anderen Kopplungen
und
Glieder zur Änderung des Abstandes zwischen den Arbeitsorganen aufweist, und ferner
vereinfacht sich die Konstruktion der Maschine, weil ein und derselbe Mechanismus
mehrere Funktionen erfüllt.
-
Es ist erwünscht, im Maschinenkörper eine drehbare Buchse anzuordnen,
in der außermittig zu ihrer Drehachse die Traglager der Kurbelwelle des Kurbeltriebes
zur Verschiebung dieser Traglager relativ zu dem Maschinenkörper untergebracht sind,
wobei vor den Drehachsen der Buchse und der Kurbelwelle des Kurbeltriebes die geometrische
Achse der Kurbel dieser Kurbelwelle verläuft. Dadurch kann die Belastung am Hebel
und an der Schubstange der Schubkurbel auf Kosten der Zunahme ihrer Komponente,
die von der drehbaren Buchse aufgenommen wird, erheblich herabgesetzt werden.
-
Im folgenden wird eine erfindungsgemäß ausgeführte Maschine zur spanlosen
Metallumformung am Beispiel einer Kurbelpresse und einer Rundstauchmaschine anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine
Kurbelpresse im Längsschnitt, Fig. 2 die Kurbelpresse nach Fig. 1 im Längsschnitt
durch die Traglager der Kurbelwellen des Kurbeltriebes und der Schubkurbel, Fig.
3 in schematischer Darstellung eine Rundstauchmaschine im Längsschnitt, Fig. 4 einen
Schnitt IV-IV in Fig. 3.
-
Die Grundkonstruktion der in der Zeichnung dargestellten Umformmaschinen
wird in der Beschreibung nicht ausführlich beschrieben. Abgesehen vom Gerüst, Arbeitsorgan
und Antrieb weisen diese Maschinen eine Einrichtung 1 zur Umwandlung der Drehbewegung
des Antriebs in eine hin- und hergehende Bewegung des Arbeitsorgans 2 auf.
-
Da die Rundstauchmaschine (Fig. 3) mehrere Stauchbacken als Arbeitsorgane
2 enthält, von denen jede über die Einrichtung 1 mit einem gemeinsamen Antrieb 3
(Fig. 4) in Verbindung steht, wird in der folgenden Beschreibung nur eines dieser
Arbeitsorgane 2 berücksichtigt, weil alles unten Dargelegte in gleichem Maße für
sämtliche Arbeitsorgane gilt. Die Arbeitsorgane der Rundstauchmaschine und der bewegliche
Teil des Arbeitsorgans der Kurbelpresse sind daher mit ein und demselben Bezugszeichen
2 versehen.
-
Die Einrichtung 1 (Fig. 1 und 3) zur Umwandlung der Drehbewegung
des Antriebs in eine hin- und hergehende Bewegung des Arbeitsorgans 2 enthält einen
Kurbeltrieb, der mit dem Antrieb 3 (Fig. 4) der Rundstauchmaschine und dem Antrieb
der Kurbelpresse (Fig. 2) in formschlüssiger Verbindung steht, wobei in Fig. 2 nur
eine Antriebswelle 4 dargestellt ist.
-
Der dargestellte Kurbeltrieb umfaßt eine Kurbelschleife (das schließt
jedoch nicht die Verwendung von anderen Typen der Kurbeltriebe aus), an deren fortschreitend
beweglichem Glied - der Schleife 5 mit Kulissenstein 6 - das Formwerkzeug 2 befestigt
ist, und ihre Kurbelwelle 7 ist mit dem Drehantrieb durch eine Schubkurbel 8 und
einenan der Schubstange 10 der Schubkurbel 8 angelenkten und mit der Kurbelwelle
7 der Kurbelschleife starr verbundenen Hebel 9 formschlüssig verbunden. Dabei ist
die Länge des Hebels 9, d. h. der Abschnitt AB in Fig. 1 R und 3, wesentlich größer
als der Hubradius/der Kurbel der
Kurbelwelle 7.
-
Traglager 11 (Fig. 2 und 4) der Kurbelwelle 7 oder schematisch dargestellte
Traglager 12 der Kurbelwelle 13 der Schubkurbel 8 sind in einem Ständer 14 (Fig.
2) der Kurbelpresse oder im Teil 15 (Fig. 4) des Maschinenständers 16 der Rundstauchmaschine
relativ zu dem Körper verschiebbar während der hin- und hergehenden Bewegung des
Arbeitsorgans 2 angeordnet, wodurch sie somit die Querschnittsänderung (Durchmesser-,
Höhenänderung) des Werkstücks, d. h. die Annäherung der Arbeitsorgane für die Rundstauchmaschine
und die Änderung des Gesenkzwischenraumes für die Kurbelpresse, vornehmen.
-
Von den vorgeschlagenen Varianten wird nachstehend eine Variante
der Verschiebung der Traglager 11 der Kurbelwelle 7 der Kurbelschleife relativ zu
dem Körper beschrieben, weil die Verschiebung der Traglager 12 der Kurbelwelle 13
auf ähnliche Weise realisiert werden kann.
-
Die Schleife 5 der Kurbelschleife wird bei der Kurbelpresse (Fig.
1 und 2) in Führungen 17 des Körpers 14 bewegt, wobei sich der bewegliche Teil des
Formwerkzeuges 2 in Richtung auf den ortsfest im Ständer 14 befestigten Werkzeugteil
18 oder davon weg in Pfeilrichtung verschiebt.
-
Der Ständer 14 weist eine weitere Führung 19 auf, die eine Drehung
der Schleife 5 um ihre Achse verhindert, falls die Führungen 17 zylinderförmig ausgebildet
sind. Über den Kulissenstein 6 ist die Schleife 5 derart an der Kurbelwelle 7 angelenkt,
daß der Kulissenstein 6 gleichzeitig ein Lager für die Kurbel der Kurbelwelle 7
darstellt.
-
Zur Änderung des Gesenkzwischenraumes während der
hin-
und hergehenden Bewegung des Formwerkzeuges 2 ist im Ständer 14 eine Buchse 20 drehbar
angeordnet, in der außermittig zu ihrer Drehachse D die Traglager 11 (Fig. 2) der
Kurbelwelle 7 zur Verschiebung dieser Traglager 11 relativ zum Pressenständer 14
untergebracht sind. Vor der Drehachse D (Fig. 1) der Buchse 20 und der Achse B der
Kurbelwelle 7 liegt dabei die geometrische Achse C der Kurbel dieser Kurbelwelle
7.
-
Bei dieser Anordnung der Drehachsen B und D der Kurbel der Kurbelwelle
7 bzw. der Buchse 20 werden die Kräfte, die am Arbeitsorgan angreifen, in zwei Komponenten
zerlegt, von denen eine auf den Antrieb der Buchse 20 und die andere auf die Schubkurbel
8 einwirkt. Dabei sind die Größen der Komponenten der Arbeitskraft proportional
zu den Abständen AC und BC zwischen den Drehachsen B und C. Durch die Wahl der Verhältnisse
zwischen diesen Abständen kann die an der Schubkurbel 8 angreifende Kraft bei gleichbleibender
Kraft am Arbeitsorgan 2 vermindert werden, wodurch die Schnelläufigkeit der Schubkurbel
8 erhöht wird.
-
In der vorgeschlagenen Variante ist der Abstand BC dem Hub radius
R der Kurbel der Kurbelwelle 7 und der Abstand AC dem Abschnitt E gleich, dessen
Länge größer als R ist.
-
Das Obengesagte betrifft in gleichem Maße auch die in Fig. 3 und
4 dargestellte Rundstauchmaschine, in diesen Figuren sind jedoch keine Hinweise
auf die Buchstabenbezeichnung der Achsen C und D angegeben, um die Zeichnungen nicht
zu komplizieren.
-
Die drehbare Buchse 20 (Fig. 1) ist in Führungen 21 im Ständer 14
angeordnet und wird mittels einer Zugstange
22, die an der Buchse
20 angelenkt ist und von einem beliebigen nicht dargestellten Antrieb in Bewegung
versetzt wird, in Pfeilrichtung in Bewegung versetzt.
-
Bei dieser konstruktiven Ausführung der Kurbelpresse wird ihre Arbeit
wie folgt realisiert.
-
Bei Drehung der Kurbelwelle 13 der Schubkurbel 8 wird die Bewegung
über die Schubstange 10 und den Hebel 9 auf die Kurbelwelle 7 der Kurbelschleife
übertragen.
-
Die Kurbelwelle 7 führt eine schwingende Bewegung aus, indem sie sich
in den Traglagern 11 der drehbaren Buchse 20 dreht, und verschiebt mit Hilfe des
Kulissensteins 6 die Schleife 5 mit dem beweglichen Teil des Formwerkzeuges 2 hin-
und her, wobei sie die Verformungsarbeit an dem vorher zwischen dem beweglichen
und ortsfesten Teil des Formwerkzeuges 2 eingebrachten Werkstück ausführt. Die drehbare
Buchse 20 befindet sich in gesicherter Stellung.
-
Zur Regelung des Gesenkzwischenraumes, d. h. zur Änderung des Abstandes
zwischen dem beweglichen und ortsfesten Teil des Arbeitsorgans 2, muß die drehbare
Buchse 20 mittels der Zugstange 22 in erforderlicher Richtung gedreht werden. Durch
Drehen der Buchse 20 im Uhrzeigersinn wird der Gesenkzwischenraum verkleinert, wobei
der Punkt B sich auf dem Bogen mit einem "F" gleichen Radius abwärts bewegt. Bei
der Rückdrehung der Buchse 20 nimmt der Gesenkzwischenraum zu. Da der Hebel 9 dabei
an der Schubstange 10 angelenkt ist, ändert sich der Winkel zwischen ihnen auf entsprechende
Weise, wodurch die Regelung des Gesenkzwischenraumes innerhalb vorgeschriebener
Grenzen ohne Zusatzeinrichtungen ermöglicht wird.
-
Wie oben ausgeführt, enthält die Rundstauchmaschine
eine
große Anzahl von Arbeitsorganen 2 (Fig. 3) und die gleiche Menge von Einrichtungen
1 zur Umwandlung der Drehbewegung des Antriebs in eine hin- und hergehende Bewegung
des Arbeitsorgans. Dabei verschieben sich alle Arbeitsorgane 2 synchron zu oder
von einem Schmiedeachse genannten Zentrum. Längs dieser Schmiedeachse wird das Werkstück
L bewegt.
-
Bei jeder Einrichtung 1 wird die Schleife 5 der Kurbelschleife in
der Führung 23 des Ständerteils 15 verschoben. Der Teil 15 ist dabei drehbar ausgeführt,
und seine Drehachse liegt in der Schmiedeachse. Der Teil 15 wird in Führungen 24
(Fig. 3) des ortsfesten Maschinenständers 16 mittels Druckluft- oder Hydraulikzylinder
25 gedreht, deren Gehäuse gelenkig am Maschinenständer 16 befestigt sind. Die Stange
26 jedes Druckluftzylinders 25 ist mittels einer Achse 27 am Körper 15 angelenkt.
-
Im drehbaren Teil 15 sind die Traglager 11 (Fig. 4) jeder Kurbelwelle
7 gelagert, während die Traglager 12 jeder Kurbelwelle 13 der Schubkurbel 8 im Maschinenständer
16 montiert sind.
-
Zur synchronen Verschiebung aller Arbeitsorgane 2 sind sämtliche
Einrichtungen 1 zur Umwandlung der Drehbewegung des Antriebs in eine hin- und hergehende
Bewegung der Arbeitsorgane 2 untereinander verbunden. Diese Verbindung erfolgt durch
an den Kurbelwellen 13 der Schubkurbeln befestigte Zahnräder 28 und Zwischenräder
29, die sich zwischen den Zahnrädern 28 befinden und mit ein ander und mit den Zahnrädern
28 ständig kämmen, wobei sie einen eigenartigen geschlossenen verzahnten Umriß bilden,
der in Fig. 3 mit punktierter Linie angedeutet ist, um die Zeichnung nicht zu komplizieren.
Dabei ist eine der Kurbelwellen 13 (Fig. 4) mittels einer Kupplung 30 mit dem Antrieb
3 verbunden.
-
Diese konstruktive Ausführung der Rundstauchmaschine arbeitet wie
folgt: Die Drehung wird von dem Antrieb 3 über die Kupplung 30 auf eine Kurbelwelle
13 der Schubkurbel 8 einer der Einrichtungen 1 und über das Zahnrad 28 (Fig. 3)
und die Zwischenräder 29, die über die Zahnräder 28 alle Kurbelwellen 13 miteinander
verbinden, auf die anderen Kurbelwellen 13 übertragen. Über die Schubstangen 10
und die Hebel 9 werden durch die Kurbelwellen 13 die Kurbelwellen 7 der Kurbelschleifen
in schwingende Bewegung versetzt. Die Kurbelwellen 7, die oszillierende Bewegungen
ausführen, übertragen mittels der Schleifen 5 hin- und hergehende Bewegungen auf
die Arbeitsorgane 2. Die letzteren verschieben sich synchron zur Schmiedeachse hin,
wo sich das Werkstück L befindet.
-
Muß eine Querschnittsabnahme an einer vorgegebenen Stelle des Werkstückrohlings
vorgenommen werden, erfolgt die Annäherung der Formwerkzeuge 2. Dazu wird ein dünnflüssiges
Medium den entsprechenden Hohlräumen der Zylinder 25 zugeführt, ohne ihre hin- und
hergehende Bewegung zu unterbrechen, und der Teil 15 dreht sich unter dem Einfluß
der sich verschiebenden Stangen 26 um einen gewissen Winkel relativ zu dem Maschinenständer
16. Dabei bleiben die Achsen der Wellen 13 unbeweglich, und die Achsen der Wellen
7 verschieben sich relativ zu den Achsen der Wellen 13 auf dem Kreis eines gewissen
Radius, d. h. es findet eine Umdrehung der Kurbelwelle 7 relativ zu dem Teil 15
statt. Bei Umdrehung der Kurbelwellen 7 verschieben sich die Schleifen 5, indem
sie die Arbeitsorgane 2 zum Zentrum hin bewegen und dadurch die Umformung des zu
bearbeitenden Werkstückrohlings durchführen. Dabei
kann der Werkstückrohling
mit einer gewissen Drehzahl rotieren.
-
Die Arbeitsorgane 2 werden bei der Drehung des Körpers 15 nach einer
anderen Seite durch Förderung des dünnflüssigen Mittels in einen anderen Hohlraum
der Zylinder 25 auseinandergeführt.
-
Leerseite