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R5ckwkrtsfließpreßverfahren und Werkzeug zur Herstellung von
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ein- oder mehrfach stufenförmig abgesetzte Werkstücken Die Erfindung
betrifft ein Rückwärtsfließpreßverfahren und Werkzeug zur Herstellung eines ein-
oder mehrfach stufenförmig abgesetzten, topfförmigen Werkstuckes mit gelochtem Boden,
geringen Durchmessertoleranzen sowie mit glatten und/oder profilierten ALRen- und/oder
Innenflächen.
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Ein Einsatzfall derartiger Fließpreßteile sind beispielsweise ZUndkerzenkörper.
Ihre Herstellung durch Rückwärtsfließpressen ist in dem Buch "Praxis des Fließpressens"
von Victor Boetz, Karl-Hauser-Verlag, München, 1965, als Beispiel 24 auf den Seiten
21 und 22 behandelt.
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Nach diesem Stand der Technik schließt die Fertigung des Werkstückes
mit einem Ausstanzen des Bodens ab. Um eine geringe Toleranz des ausgestanzten Durchmessers
zu erreichen, ist es notwendig,
diesem Arbeitsgang: Ausstazen, einen
Kalibrierarbeitsgang nachzuschalten, Nachteilig bei einer derartigen Herstellung
ist es, daß nicht alle Durchmesser mit der gewünschten Genauigkeit ohne Nachkalibrieren
herzustellen sind. Am Beispiel des Zündkerzenkörpers zeigt sich, daß die Werkstücke
nicht in allen Bereichen eine zylinderische Außenform haben müssen, wie beispielsweise
die Sechskantschlüsselflächen beim Zündkerzenkörper.
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Ein weiterer Anwendungsfall für Werkstücke dieser Art kann z.B.
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nach dem Gattungsbegriff ein topfförmiges Werkstück mit gelochtem
Boden sein, das noch zusätzlich verzahnt ist. Bei derartigen Wer stücken mit Innenprofilierung
ist eine Verformung nach dem bisher bekannten Verfahren, das ein Nachkalibrieren
erfordert, praktisch nicht zu verwirklichen. Beim Nachkalibrieren mußte das Innenwerkzeug
auf einer Mehrstufenpresse wieder genau in die Innenverzahnung einfahren, da sie
sonst zerstört werden würde. Die damit verbundenen Schwierigkeiten sind bekannt.
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Mit diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabenstellung, ein
RUckwartsfließpreßverfahren fUr die Herstellung eines ein- oder mehrfach stufenförmig
abgesetzten, topffönnigen Werkstückes mit gelochtem Boden und geringen Durchmessertoleranzen
zu finden, das auf das nachträgliche Kalibrieren verzichtet. Dabei muß sichergestellt
sein, daß der Werkstoff einwandfrei umgeformt wird und das Werkstück maßgenaueund
in der Beschaffenheit zufriedenstellende Oberflächen besitzt, Als erste L8sung einer
solchen Aufgabenstellung bietet sich an, einen einteiligen Fließpreßstempel, einzusetzten,
welcherin der Form einer Welle mit abgesetztem reduzierten Durchmesser ausgeführt
ist.
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Diese Lösung ist jedoch ein die Praxis nicht einsetzbar.
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Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß durch die extrem hohen Flächenpressungen,
die an Fließpreßwerkzeugen auftreten, von diesen Werkzeugen auch extrem hohe Spannungen
aufgenommen werden müssen.
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Bei einem Umformstempel der vorstehend beschriebenen Art würden am
Uebergang von der abgesetzten Stirnfläche zum kleineren Zylinder derart hohe Kerbspannungen
auftreten, daß der Preßstempel zerstört werden dürfte.
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Intern wurde daher zur Lösung einer derartigen Aufgabe der Weg beschritten,
den Preßstempel in einzelne Elemente aufzuteilen. Eine derartige Lösung ist in Fig,
1 dargestellt. Die Gefahr, daß der Preßstempel durch Kerbspannungen zerstört wird,
ist mit diesem Vorschlag nicht mehr gegeben. Nachteilig bleibt jedoch, daß der Werkstoff
beim Fließpressen eine Bewegung durchgeführt, die sich darin äußert, daß keine schartkantigen
Innenkurven ausgefüllt werden können.
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Hier entstehen Ablagerungen, die keine feste Verbindung mit dem Grundmaterial
haben und sich im Betrieb ablösen. Diese Materialablösungen sind in Fig. 1 durch
einen Kreis hervorgehoben. Man wirkt dieser Tatsache entgegen, indem scharfkantige
Innenübergänge vermieden werden und durch Abrundungen ersetzt werden.
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Ein Werkzeug - unbelastet - nach Fig. 2 beriicksichtigt diese Oberlegungen.
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Bei der Ausbildung des Stempels ist jedoch zu sehen, daß in das äußere
Ringteil, hervorgerufen durch die größere Fläche, bei gleicher Flächenpressung erhöhte
Kräfte eingeleitet werden als in das innere Stempelteil. Dabei ist zu beachten,
daß sich Fließpreßstempel infolge der hohen erforderlichen Umformkräfte um 1 % ihrer
Gesamtlänge elastisch verformen. Die unterschiedliche Belastung der
einzelnen
Stempel führt deshalb zu einer unterschiedlichen elastischen Verformung, so daß
sich die Werkzeugkontur im Umformbereich unter Belastung entsprechend Fig. 3 verschiebt.
Dadurch ergibt sich wiederum ein scharfkantiger Innenubergang, der gleichartige
Materialablösungen entsprechend Fig. 1 zur Folge hat.
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Erst mit dem Vorschlag nach der Erfindung, die für das Verfahren folgende
Verfahrensschritte vorsieht: ausgehend von gelochten Scheiben oder gelochten Vorfannlingen,
deren Einlegen in die Werkzeugaufnahme, anschließendes Niederfahren des Fließpreß-stempels,
bestehend aus mehreren Teilstempeln mit sich gegen die Werkzeugaufnahme abstützenden,
die Preßkraft übertragenden Zwischenstücken, aufeinander abgestimmtes Verfarmen
der unterschiedlichen Zwischenstücke im elastischen Bereich mit gleichzeitigem Rückwärtsfließpressen
des Werkstoffes in einem Umformarbeitsgang bis zur Endform des WerkstAckes bei gleichfönmiger
Umformbewegung der Teilstempel und anschließendem Ausstoßen des Werkstückes, wird
die der ibsung zugrundeliegende Aufgabe gelöst.
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Für die Durchführung dieses Rückfließpreßverfahren ist ein Werkzeug
vorgesehen, dessen Merkmal darin besteht, daß der Fließpreßstempel aus zumindest
zwei konzentrisch angeordneten Teilstempeln besteht, von denen der mit vollem Querschnitt
gestaltete Teilstempel sich in dem als Hohizylinder gestalteten Teilstenpel ftlbrt
und beide Teilstempel sich über als Hülsen ausgeführte Zwischenstücke gegen die
Werkzeugaufnahme abstützen, wobei des weiteren ein Bolzen von in etwa der Läge des
den Teilstempel mit vollem Querschnitt abstützenden Zwischenstuckes aufgenoEnen
wird, Dieser Bolzen hat vornehmlich die Aufgabe, daß beim Preßvorgang das ihn umgebende
Zwischen stuck nur im Bereich seiner elastischen Verformung beansprucht wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die herzustellenden
WerkstUcke mit einem geringen Aufwand gefertigt werden kennen. Auf jeden Fall entfällt
das Nachkalibrieren mit seinen Schwierigkeiten, wenn das Werkstück auf seinen Innen-
und/ oder Außenflächen profiliert ist. Beim Einsatz von Blech als Ausgangsmaterial
entfällt außerdem der Arbeitsgang für das Stanzen des Innenloches. Dieser Arbeitsgang
kann gleichzeitig mit dem Stanzen des Außendurchmessers in einem
Arbeitsgang
erfolgen. Weiterhin vorteilhaft kannen auch Werkstücke mit gelochtem Boden hergestellt
werden, welche eine unregelmäßige Innenkcntur aufweisen, ohne daß diese durch einen
nachfolgenden Arbeitsgang der Gefahr ausgesetzt ist, beschädigt zu werden.
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Sollte das Fließvermögen des Werkstoffes nicht ausreichen, daß das
Werkstück in einem Umformarbeitsgang rückwärtsfließgepreßt werden kann, wird das
Verfahren dahingehend ergänzt, daß von einem gelochten Vorformling in bekannter
Weise ausgegangen wird.
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Als weiterer Vorteil ist zu eren, daß zu dem bisher bekannten Verfahren
häufig auf den Arbeitsgang des Setzens verzichtet werden kann, da sich das Werkstück
mit seinem binenloch am Werkzeug zentriert.
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Ein Werkzeug zur Durchführung des beschriebenen Rückfließpreßverfahrens
ist als Ausführungsbeispiel schematisch im Längsschnitt als Fig, 4 dargestellt;
das Werkstück zeigt seine Endform und der Fließpreßstempel befindet sich im Zustand
einer Entlastung.
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Ein topfförmiges Werkstück 1 mit einem gelochten Boden 12 ist in eine
Werkstückaufnahme 4 eingelegt. Ein für das Rückwärtsfließpressen eingesetzter Fließpreßstempel
2 besteht aus zwei Konzentrisch zueinander angeordneten Teilstempeln 21, 22, die
sich unter Zwischenschalten von Zwischenstücken 23, 24 gegen die Werkzeugaufnahme
3 abstützen. Beim Preßvorgang wirken der Teilstempel 21 auf einen kleinen Kreisring
des Werkstückes 1 und der als Hbhlzylinder gestaltete Teilstempel 22 auf einen großen
Kreisring ein.
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Der Teilstempel 22 hat somit eine größere Umformkraft zu übertragen.
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Bei der Gestaltung des Fließpreßstempels 2 beziehen sich die Abmessungen
nach denen jenes Teilstempels, der die größeren Umformkräfte zu Ubertragen hat.
Etir diesen Teilstempel werden aufgrund der Form und der Umformkräfte seine Abmessungen
fflr> Querschnitt und Länge bestimmt und zwar derart daß beim Preßvorgang das
Verformen des Teilstempels nicht über den Bereich der elastischen Verformung des
Werkstoffes hinausgeht, Das Festlegen der Abmessungen des Teilstempels - im Ausfllhrungsbeispiel
der Teilstempel 22 -insbesondere im Hinblick auf das Verformen im elastischen Bereich,
ist mitbestimmend für die Abmessungen des mit dem anderen Teilstempel
21
zusannenwirkenden Zwischenstückes 23, dessen Verforarn beim Preßvorgang ebenfalls
nicht Ober den Bereich der elastischen Verformung des Teilstempels 22 hinausgehen
darf, Das Zwischenstück 23 muß jedoch mit einem derart geringen Querschnitt sehen
werden, daß der Teilstempel 21 trotz der zugehörigen geringeren Umformfläche bei
gleicher Umforbbelastung gleich stark elastisch nachgibt, wie der Teilstempel 22,
so daR die Umformbewegung der Teilstempel 21 und 22 gleichförmig ist und keiner
der Teilstempel 21, 22 vor- oder nacheilt. Für das dargestellte Werkstück 1 muß
dieses Zwischenstuck 23 aufgrund der geringen zu übertragenden Umformlräfte mit
verhältnisuäßig düriier Wanddicke ausgebildet werden. Ein im Innern des Zwischenstückes
23 untergebrachter Bolzen 25 erfüllt die Aufgabe einer Sicherung, daß nämlich keine
unzulässige, Uber den elastischen Bereich hinausgehende Verformung des Zwischenstückes
23 in der Endlage des Umformvorganges erreicht ist. Die Elastizität des Zwischenstückes
23 für einen neuen weiteren Preßvorgang muß gewährleistet bleiben.
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Der in Fig. 4 eingetragene Abstand 5 zwischen dem Bolzen 25 und der
Werkzeugaufnahme 3 stellt den maximalen Weg ("Federung") der zulässigen Verformung
im elastischen Bereich des Teilstemçels 21 und des zugehdrigen Zwischenstekes 23
dar.
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Ein Auswerfer 6 stößt das Werkstück 1, das beim Beispiel in seiner
Endform noch eine Innenverzahnung 11 aufweist, im Anschluß an den einzigen Umformarbeitsgang
aus.