DE2911542C2 - Verfahren zur Herstellung von zylindrischen Metallkörpern hoher Präzision - Google Patents

Description

a) daß das Ausgangswerkstück (20) in seiner ersten Stufe zwischen den einander parallelen und gegeneinander bewegbaren Anlageflächen (30, 31) der Preßvorrichtung zu einem tonnenförmigen ersten Vorprodukt (21) vorgestaucht wird, bis dessen Höhe (Wi) maximal etwa 85% der Höhe (H₀) des Ausgangswerkstücks (20) erreicht hat, wobei das untere und das obere Ende des Werkstücks (20) gegenüber den beiden Anlageflächen (30,31) der Preßvorrichtung zueinander fluchtend zentriert ist,

b) daß das erste Vorprodukt (21) in einer zweiten Stufe zwischen zwei ebenen, einander parallelen Anlageflächen (32, 33) der Preßvorrichtung weiterhin gestaucht wird, bis dessen Außendurchmesser (D2) etwas größer ist als der Durchmesser (Eh) des kalibrierten zylindrischen Metallkörpers (23), und

c) daß das zweite Vorprodukt (22) auf den gewünschten Außendurchmesser (Eh) zu einem zylindrsichen Metallkörper (23) klaibriert wird.

2. Vorrichtung zur Herstellung eines ersten Vorprodukts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den einander parallelen, gegeneinander bewegbaren Anlageflächen (30, 31) der Preßvorrichtung napfförmige Ausnehmungen (30a, 3\a) axial zueinander fluchtend angeordnet sind, deren Umfangsfläche gegenüber einem rechten Winkel zu den Anlageflächen (30, 31) um einen Winkel θ von etwa 8° —18° geneigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Stirnflächen des Ausgangswerkstücks (20) zu der Fläche der napfförmigen Vertiefungen (30a, 31 a) größer ist als 0,85.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zylindrischen Metallkörpern hoher Präzision durch Kaltverformung, welche als Vorprodukt für die weitere Verarbeitung zu kaltgepreßten Präzisionsformkörpern dienen. Derartige Metallkörper sollen nur sehr geringe Abweichungen in bezug auf die Parallelität der beiden Stirnflächen (A und B), die Lage ihrer Achse (C) und den Außendurchmesser (D) aufweisen.

Man hat sich auch darum bemüht, die Lebensdauer der Werkzeuge durch Verbesserung deren Präzision zu verlängern. Jedoch erhöht eine verbesserte Präzision der Werkzeuge noch nicht zwangsläufig die Präzision der kaltgepreßten Metallkörper. Auch wird durch sie die Lebensdauer der Werkzeuge nicht verlängert.

Kaltgepreßte Metallkörper werden üblicherweise in der Weise hergestellt, daß ein im wesentlichen zylindrisches, von einer Stange abgetrenntes Werkstück in den Hohlraum einer Matrize eingelegt und dann mittels einer Patrize in einem Arbeitsgang unter Anwendung entsprechend hohen Drucks solange gepreßt wird, bis dieses den Hohlraum der Matrize im wesentlichen ausfüllt Das zu verformende, zylindrische Werkstück hat in aller Regel einen wesentlichen geringeren Durchmesser als der Hohlraum der Matrize. Daher fluchtet normalerweise die Achse des zylindrischen Werkstücks nicht mit der des Hohlraums der Matrize. Aus diesem Grund bzw. auch wegen nicht rechtwinklig zur Achse des Werkstücks liegender Stirnflächen sind letztere nach dem Pressen des Werkstücks nicht parallel zueinander.

Um solche wesentlichen, die Präzision erheblich beeinträchtigenden Mangel der kaltgepreßten Metallkörper zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, das Werkstück nicht in einer Matrize mit einem Hohlraum zu stauchen, sondern zv/ischen zwei Stempeln mit einander parallelen Auflageflächen zu pressen, wobei das Werkstück jedoch in den Hohlraum einer auf der Auflagefläche des unteren Stempels frei beweglichen ringförmigen Matrize eingesetzt ist Eine solche einstufige Verfahrensweise ist aus der DE-OS 21 61 543 bekanntgeworden. Sie ist aber gleichfalls noch nicht geeignet. Formkörper zu erhalten, die vor allem in bezug auf ihre Umfangsfläche den gestellten Präzisionsanforderungen genügen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Metallkörpern vorzuschlagen, die sowohl eine hohe Präzision in bezug auf die Parallelität als auch auf die Oberflächenbeschaffenheit und Durchmessergenauigkeit aufweisen, wenn die Schnittflächen der von einem Stangenmaterial abgetrennten zylindrischen Werkstücke uneben oder nicht parallel zueinander sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, ein dreistufiges Verfahren anzuwenden, wie sich dies aus dem Patentanspruch 1 ergibt. Die erfindungsgemäß hergestellten zylindrischen Metallkörper 23 hoher Präzision führen bei ihrer Weiterverarbeitung zu Fertigprodukten 24, die sich gleichfalls durch eine außerordentlich hohe Genauigkeit auszeichnen und die weiterhin Einfluß haben auf eine wesentlich verlängerte Lebensdauer der Preß- bzw. Stauchformen für die Herstellung der Fertigprodukte 24.

Weitere, die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens betreffende Merkmale gehen aus den Patentansprüchen 2 und 3 hervor.

In den F i g. 1 bis 9 der Zeichung sind der Ablauf des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens und wcsentliche Elemente der Preßvorrichtung dargestellt, welche nachstehend im einzelnen näher erläutert sind. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß hergestellten zylindrischen Metallkörpers hoher Präzision; F i g. 2 die in den einzelnen Bearbeitungsstufen des erfindungsgemäßen Verfahrens veränderten Metallkörper in schematischer Darstellung;

F i g. 3 eine schematische Darstellung der Verformung des Ausgangswerkstücks zum ersten Vorprodukt; F i g. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel der Umfangsfläche der Ausnehmung in den Anlageflächen der Preßvorrichtung und der Parallelität der beiden Stirnflächen des vorgeformten Metallkörpers darstellt;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Stirnflächen des Ausgangswerkstücks und des ersten Vorproduktes zeigt;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Beziehung /wischen

dem Stauchverhältnis in der ersten Verformungsstufe und der Parallelität der beiden Stirnflächen des ersten Vorprodukts zeigt;

Fig.7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Stauchverhältnis in der ersten Vertormungsstufe und den Durchmessertoleranzen des ersten Vorprodukts zeigt;

F i g. 8 den Metallkörper beim Stauchen in der zweiten Verfahrensstufe in schematischer Darstellung, und

Fig. 9 das Kalibrieren des Metallkörpers in der dritten Verfahrensstufe in schematischer Darstellung.

Wie der in F i g. 1 dargestellte zylindrische Metallkörper hoher Präzision in bezug auf seine Abmessungen hinsichtlich des Durchmessers D, der Parallelität seiner Stirnflächen A und B und der Zentrierung der Zylinderfläche in bezug auf seine Achse C in mehreren Verfahrensschritten hergestellt wird, geht aus F i g. 2 mit besonderer Deutlichkeit hervor. Das Ausgangswerkstück 20, welches von einer Metallstange in bc'iebiger üblicher Weise abgetrennt worden ist, wird zunächst durch Kaltverformung zu dem ersten Vorprodukt 21 vorverformt; anschließend wird ez einer starken Stauchung unterzogen, um zu dem zweiten Vorprodukt 22 zu gelangen und schließlich wird das zweite Vorprodukt 22 kalibriert, um den zylindrischen Metallkörper 23 zu erhalten, der Ausgangsprodukt für das Fertigprodukt 24 ist.

Bei der Vorverformung des Ausgangswerkstücks 20 in einer Stauchpresse ist dafür zu sorgen, daß die beiden Enden zueinander fluchtend zentriert sind. Dies geschient dadurch, daß in den einander parallelen und gegeneinander bewegbaren Anlageflächen 30 und 31 der Preßvorrichtung einander gegenüberliegende Ausnehmungen 30a und 31a angeordnet sind, in welche die Enden des Ausgangswerkstücks 20 hineinragen. Das Ausgangswerkstück 20 wird zu einem tonnenförmigen ersten Vorprodukt gestaucht, wobei dessen Höhe um maximal etwa 15% verringert wird, wie dies aus F i g. 3 der Zeichnung ersichtlich ist. Vorteilhafterweise ist die Umfangsfläche der napfförmigen Ausnehmungen 30a bzw. 31a gegenüber der Achse C bzw. gegenüber einem rechten Winkel zu den Anlageflächen 30, 31 um einen Winkel Θ von etwa 8° bis 18° geneigt. Wie sich aus Versuchen ergeben hat, gelangt man zu optimalen Verhältnissen und Ergebnissen, wenn diese vorgenannten Bedingungen eingehalten worden sind.

Die Parallelität der Stirnflächen des Ausgangswerkstücks 20 sollte von vornherein gegeben sein. Da dies aber in aller Regel nicht der Fall ist, sollte die Neigung der Schnittfläche bzw. der Stirnfläche des Ausgangs-Werkstücks 20 gegenüber einer Radialebene möglichst weniger als 3° betragen.

Die in Versuchen ermittelte Abhängigkeit der Parallelität der Stirnfläche des ersten Vorprodukts vom Neigungswinkel Θ der Umfangsfläche der Ausnehmung in den Anlageflächen der Preßvorrichtung geht aus der in F i g. 4 dargestellten Kurve hervor. Unter dem Begriff »Parallelität« ist die Differenz der größten Höhe des ersten Vorprodukts und dessen kleinster Höhe, über den Umfang betrachtet, zu verstehen.

Ist der Neigungswinkel der Umfangsfläche der Ausnehmungen 30a bzw. 31 a zu klein, so schneiden die Kanten in die tonnenförmig gewölbte Umfangsfläche des ersten Vorprodukts ein und verursachen Risse. Ist dieser Neigungswinkel zu groß, so wirkt sich dies ungünstig auf die Parallelität der Stirnflächen des ersten Vorprodukts aus. Diesen Zusammenhang läßt die in F i g. 4 dargestellte Kurve deutlich erkennen. Aus ihr ergibt sich auch, daß der Neigungswinkel zweckjnäßigerweise zwischen 8° und 18° liegen sollte.

Die Versuche haben aber auch gezeigt, daß eine Beziehung zwischen dem Verhältnis der Stirnflächen und der Parallelität der Stirnflächen des ersten Vorprodukts besteht Dies ergibt sich insbesondere aus der in F i g. 5 dargestellten Kurve, die bei Versuchen mit einer Vorrichtung ermittelt worden ist, bei welcher der Neigungswinkel der Umfangsfläche der napfförmigen Ausnehmungen 30a, 31a in den Anlageflächen 30 und 31 der Stauchvorrichtung einen Winkel θ von 15° aufwies. Wie ersichtlich, liegt der optimale Wert für das Verhältnis der Stirnfläche des Ausgangswerkstücks und der Stirnfläche des ersten Vorproduktes über 0,85, vorzugsweise etwa zwischen 0,90 und 0,95.

In F i g. 6 ist die Beziehung zwischen dem Stauchverhältnis des ersten Vorprodukts und der Parallelität dessen Stirnflächen dargestellt, wobei unter Stauchverhältnis das Verhältnis zwischen der ursprünglichen Höhe des Ausgangswerkstücks und der Höhe des ersten Vorprodukts zu verstehen ist. Wie die dargestellte Kurve deutlich erkennen läßt, ist die Parallelität weitestgehend gegeben, wenn bei einem Winkel der Umfangsfläche der Ausnehmungen 30a, 31a von 15° das Stauchverhältnis unter 15% bleibt. Schließlich wurde der Einfluß des Stauchverhältnisses auf die tonnenförmige Ausbauchung der Umfangsfläche des Metallkörpers untersucht und das Versuchsergebnis in F i g. 7 dargestellt. Aus ihr ist die Abhängigkeit der Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Durchmesser eines gestauchten Metallkörpers vom Stauchverhältnis erkennbar. Bleibt in der ersten Verfahrensstufe das Stauchverhältnis unter 15%, so ist die Durchmesserdifferenz des ersten Vorprodukts erkennbar am kleinsten.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß der ersten Verfahrensstufe zum Zwecke des Vorstauchens unter bestimmten Bedingungen für die Qualität des Fertigproduktes eine besondere Bedeutung zukommt.

In F i g. 8 ist der Metallkörper als zweites Vorprodukt

22 dargestellt, wobei das erste Vorprodukt 21 zwischen zwei ebenen Auflageflächen 32 und 33 der Stauchpresse gestaucht wird, ohne daß eine Zentrierung erforderlich ist. Dies ist die Konsequenz davon, daß in der ersten Verfahrensstufe eine weitestgehende Parallelität der Stirnflächen des ersten Vorprodukts erhalten werden konnte.

Das zweite Vorprodukt wird so stark gestaucht, daß sein Außendurchmesser D2 einen Wert erhält, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des kalibrierten Fertigprodukts 23. In F i g. 9 ist schematisch die Kalibrierung des zweiten Vorprodukts 22 dargestellt, welches mittels eines Preßstempels 35 durch eine Kalibriermatrize 34 hindurchgedrückt wird. Optimde Verhältnisse hinsichtlich des fertigen Metallkörpers 23 sind erreichbar, wenn das Verhältnis der Höhe der zylindrischen Umfangsfläche h₃ zur Höhe H₃ des Metallkörpers

23 über dem Wert von 0,3 liegt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von zylindrischen Metallkörpern hoher Präzision durch Kaltverformung als Vorprodukt für die Weiterverarbeitung zu kaltgepreßten Präzisionsformkörpern, wobei ein von Stangenmaterial abgetrenntes Werkstück zwischen zwei einander parallelen Flächen einer Preßvorrichtung gestaucht wird, dadurch gekennzeichnet,