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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Warmpressen
von Werkstücken. Vorzugsweise sind die Werkstücke Pleuelkopf-Lagerdeckel für Verbrennungskraftmaschinen.
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Ein Pleuelkopf-Lagerdeckel ist eine halbkreisförmige Schale, die zusammen
mit dem unteren Kopf einer Pleuelstange das Lager für einen Kurbelzapfen bildet
und dadurch die Verbindung von der Kurbelwelle zum Kolben einer Verbrennunç3skraftmaschine
herstellt. Der obere Kopf der Pleuelstange wird üblicherweise auch als Pleuelauge
bezeichnet; im Pleuelauge sitzt der den Kolben mit der Pleuelstange verbindende
Kolbenbolzen.
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Zusätzlich zur Herstellung einer Verbindung mit der Kurbelwelle bildet
der Lagerdeckel außerdem ein Gegengewicht, um die beweglichen Massen von Kolben
und Pleuelstange aus zugleichen. Die im allgemeinen mondförmig geformten Enden des
Lagerdeckels weisen Augen auf, durch die Bolzen für die Vcrschraubung mit der Pleuelstanqen-Lagerschale
steckbar sind.
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Die Deckelinnenseite und die Bodenfläche müssen fein bearbeitet sein,
um mit den anderen Teilen des Pleuelkopf-Lagers gut zusammenzupassen.
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Bislang wurden bei größeren Verbrennungskraftmaschinen, wie sie in
US-amerikanischen Automobilen eingesetzt sind, die Lagerdeckel in Mehrstufengesenken
heißgepreßt und anschlicßend auf übliche Weise an allen Flächen nachbearbeitet,
um einen den Anforderungen genügenden Lagerdeckel zu erhalten.
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Ein Nachteil des bekannten Verfahrens liegt in den hohen Kosten für
Mehrstufengesenke, in der großen Menge von beim tleißpressen in Mehrstufengesenken
erzielten Abfall, in den Fehlermöglichkeiten sowie in der erforderlichen aufwendigen
Nachbearbeitung der heißgepreßten Teile.
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Außerdem haben heißgepreßte Teile immer Grate, die durch Sandstrahlen
entfernt werden müssen; heißgepreßte Teile können ferner nicht sehr dimensionsgenau
hergestellt werden.
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Bei der Herstellung von Pleuelkopf-Lagerdeckeln für kleinere Motorcn,
wie sie in europäischen Personenkraftwagen üblicherweise verwendet werden, treten
die bei größeren Pleuelkopf-Lagerdeckeln auftretenden Schwierigkeiten nicht in gleichem
Maße auf. Sie sind leichter in geschlossenen Gesenken ohne Grat herstellbar. Aber
auch diese einfacheren Teile sind bislang in Mehrstufengesenken hergestellt worden,
und zwar bei Temperaturen, die im Bereich von Heißpreßtemperaturen und nicht im
Bereich der erfindungsgemäßen Warmpreßtemperaturen liegen.
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Kurz gesagt legt der Stand der Technik das Warmpressen und die unten
angegebenen, anderen erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Erzeugung komplizierter Werkstücke
nicht nahc.
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Beim Heißpressen ist keine sehr genaue Fertigung der Teile möglich,
da bei Heißpreßtemperaturen stets Zunder auftritt, der sich außerdem in den Gesenken
in zunehmendem Maße ablagert und dadurch regelmäßig eine Unterbrechung des llerstellvorganges
erfordert.
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Man kann die metall formenden Einrichtungen in drei Grundklassen einteilen,
die entweder durch ihre Betriebsweise oder durch ihre Einrichtungen gekennzeichnet
sind.
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Die erste dieser Gruppen umfaßt arbeitsgebundene Maschinen, beispielsweise
Hämmer oder Spindelpressen. Die Formkapazität dieser Maschinen besitzt einen Maximalwert,
der durch die kinetische Energie der Ramme oder der Rammen begrenzt ist, welche
unmittelbar vor dem Aufschlag im System yespeicllert ist.
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Die zweite Gruppe umfaßt kraftgebundene Maschinen, beispielsweise
hydraulische Pressen, bei denen die Formkraft durch die von der Hydraulikpumpe erzeugte
Preßkraft begrenzt ist; im allgemeinen kann die Preßkraft an jeder Stelle des Stößelwegs
den maximal zulässigen Wert haben.
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Dic dritte Gruppe umfaßt weggebundene Maschinen, beispielsweise Kurbelpressen,
Gelenkpressen, Kniehebelpressen oder Exzenterpressen. Bei diesen Pressen bestimmt
die Kinematik des Antriebs die Weg-Zeitkurve des Stößels.
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Bei weg- und kraftgebundenen Maschinen muß der Maschinenrahmen so
ausgelegt sein, daß er den beim Verformen auftretenden Maximalkräften standhält;
weggebundene Maschinen können überbelastet werden, während dies für kraftgebundene
Maschinen nicht möglich ist. In beiden Fällen existiert eine praktische Grenze für
die auf eine gegebene Einstellung aufzuwendende Belastung und damit. einen entsprechenden
Grenzwert für den Betrag der möglichen Verformung. Mehrfachstöße durch entweder
weg- oder kraftgebundene Pressen haben daher keinen Einfluß auf eine weitergehende
Verformung über den bei der ersten Einwirkung der Preßkraft erzielten Verformung
hinaus. Aus diesem Grunde sowie aus dem Verlangen nach einer Optimierung des Herstellvorganges
werden weggebundene Pressen verwendet, wenn Werkstücke in einem einzigen Arbeitshub
verformt werden sollen.
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Da jäiirlich eine große Anzahl von Pleuelkopf-Lagerdeckeln herstellt
werden muß, steht Bedarf nach möglichst schnellarbeitenden Herstellungsgeräten.
Die meisten Pleuelstangen-
Lagerdeckel werden daher gemäß den bekannten
Verfahren in mechanischen, weggebundenen Pressen hergestellt. Bei den bekannten
Verfahren werden die Lagerdeckel üblicherweise in Mehrstufengesenken geformt, wobei
in einem einzigen Mehrstufengesenk üblicherweise mehr als ein Lagerdeckel, normalerweise
vier, sechs oder sogar acht Lagerdeckel aus dem gleichen Ausgangsmaterial gepreßt
werden.
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Dies ergibt verhältnismäßig viel Abfall, der die einzelnen Lagerdeckel
zusammenhält und außerdem den Materialüberschuß aufnimmt. Nach dem Pressen muß dieser
die Teile verbindende Grat von den Werkstücken abgegratet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren ulld eine
Vorrichtung zur Herstellung von Werkstücken, insbesondere Lagerdeckeln zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein Werkstück in einem geschlossenen Gesenk warmgepreßt wird, wozu ein
Knüppel vorgegebenen Volumens etwa entsprechend dem gewünschten Werkstückvolume
vorbereitet wird; daß der Knüppel auf eine vorgegebene Warmpreßtemperatur erwärmt
wird; daß der crwärmtc Knüppcl in die Hohlform des Gesenks eingelegt und mit llilfc
eines in eine Zwischenstellung in der Hohl form gebrachten Auswerferstifts in die
Hohlform eingesetzt wird, wobei ein Ein senkstempel auf den Knüppel einwirkt und
den Auswerferstift in eine vorgegebene, zurückgezogene Stellung in die liohl£ornl
drückt,
in der ein Teil des Auswerferstiftes zur Formung eines Teils des Werkstückes dient;
daß der Einsenkstempel zur Formung des Werkstückes den Knüppel in einem einzigen
Arbeitshub in die Hohlform drückt, daß der Einsenkstempel nach dem Formen des Werkstückes
zurückgezogen wird; und daß der Auswerfer zum Auswerfen des Werkstücks aus der Hohlform
voll ausgefahren wird.
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Einer der wesentlichsten Gesichtspunkte der Erfindung ist das Warmpressen
im Gegensatz zum Heißpressen. Bei den geringeren Temperaturen des Warmpressens ist
die Gefahr des Auftretens von schädlichem Zunder oder Oxidschichten auf dem Werkstück
praktisch vermieden oder weitgehend unterdrückt und die Werkstücke sind außerdem
mit hoher Dimensionsgenauigkeit herstellbar.
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Da bei den gerinyeren Temperaturen des Warmpressens höhere Drücke
erforderlich sind, ist die Verwendung eines aus Segmenten aufgebauten Gesenks im
Gegensatz zu einem einstückigen, festen Gesenk ein weiterer wesentlicher Erfindungsgedanke.
Bei der Entwicklung der Erfindung wurden zunächst feste Gesenke verwendet, die trotz
sorgfältiger Konstruktion und Behandlung unter den starken Belastungen zerbrachen,
die bei der Herstellung von derart komplizierten Werkstücken wie Pleuelkopf-Lagerdeckel
auftreten. Aus der nachstehenden Beschreibung erkennt man die Vorteile des
erfindungsgemäßen
Segmentgesenks, das insbesondere für die Herstellung von Pleuelkopf-Lagerdeckeln
geeignet ist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist die Verweidun<j eines
geschlossenen Gesenkes ohne Gratspalt gegenüber eine Gesenks mit Gratspalt oder
einem offenen Gesenk. Für das erfindungsgemäße geschlossene Segmentgesenk ohne Gratspalt
ist natürlich das Volumen des Knüppels genau auf das gewünschte Werkstückvolumen
abzustimmen. Das Volumen des Knüppels und dessen Form müssen so sorgfältig berechnet
werden, daß das Knüppelmaterial unter dem Einfluß des in einem einzigen Arbeitszug
auftretenden Druckes einer weggebundenen Presse zur Erzeugung des fertigen Werkstücks
fließt. Zwei weitere Gesichtspunkte der Erfindung sind dal)cr die Vorbereitung des
Knüppels und die Herstellung des fertigen Werkstücks in einem einzigen Arbeitshub
geqenüber der st:nlcnweisen Herstellung von im Gesenk mit Gratspalt geschmiedeten
Werkstücken.
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Der erfindungsgemäße Auswerfer ist so ausgelegt, daß das fertige Werkstück
schnell und genau nach seiner Ferti(J-stellung aus der Hohlform oder dem Untergesenk
ausgeworfen wird, und daß er danach eine Basis für den nächsten vorgeformten Knüppel
bildet, der dadurch geführt in das Untergesenk einsetzbar ist, ohne daß ein Verkippen
oder Verkanten des Knüppels im Untergesenk erfolgt.
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Die Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Warmpressen von
Werkstücken in einem geschlossenen Gesenk einer schnelllaufenden, mechanischen,
wegbegrenzten Presse mit einem Auswerfer, dessen Auswerferstift an seinem Innenende
mit einem Sperrstift zusammenwirkt, wobei das Werkstück-Auswerfende des Auswerferstiftes
in. einer vorgegebenen Zwischenstellung im Untergesenk gehalten ist, wenn das gegenüberliegende
Ende des Auswerferstiftes am Sperrstift liegt. Diese vorgegebene Zwischenstellung
ist so gewählt, daß ein Knüppel in vorgegebener Lage und ohne Gefahr des Verkantens
in das Untergesenk einsetzbar ist. Der Sperrstift wirkt mit dem Obergesenk und dem
Knüppel derart zusammen, daß der Auswerferstift freigebbar und zu Beginn des Formvorganges
durch das Obergesenk in eine vorgegebene, zurückgezogene Stellung in dem Untergesenk
bringbar ist. Ein Teil des vollständig zurückgezogenen Auswerferstiftes bildet einen
Bandbereich des Untergesenks oder der Hohlform und dient damit zur Formung eines
Bereichs des fertigen Werkstücks. Die Presse weist ferner Einrichtungen zum Anheben
des Auswerferstiftes über die Sperrstifte in eine ausgefahrene Stellung hinaus auf,
um das Werkstück aus dem Untergesenk auszustoßen. Zur Vorbereitung eines nächsten
Arbeits11ubes wie zum Einsetzen des nächsten Knüppels in das Ulltcrqescnk ist der
Auswerfer anschließend in die vorgegebene Zwischenstellung an den Sperrstift bewegbar.
Vorzugsweise
werden geeignete Schmiermittel zur Schmierung des Gesenks verwendet. Das Erwärmen
der Knüppel, die Auswahl des Gesenkmaterials, die Abkühlgeschwindigkeit des fertigen
Werkstücks, die ein nachfolgendes, unwirtschaftliches Anlassen erübrigt und die
Antriebsgeschwindigkeit der mechanischen Presse sind ebenfalls für das erfindungsgemäße
Verfahren von Bedeutung. Darüber hinaus erforderliche Arbeitsparameter sind dem
Fachmann geläufig.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert;
es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahren; Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Pleuelkopf-Lagerdeckels, der
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist; Figuren aufeinanderfolgende
Darstellungen der llerstellung 3 bis 7 des Lagerdeckels gemäß Figur 2; Figuren Schnitte
durch ein Gesenk entlang der Linien 8-8 und 8 und 9 9-9 gemäß Figur 3, die den Aufbau
des Unterq'senks zeigen; und Figur 10 eine Schemadarstellung einer Kniehebelpresse.
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Figur 1 zeigt eine Schemadarstellung einer Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Das Einsatzprodukt, vorzugswei.;e
eine zu einer Rolle
10 aufgewickelte kreisförmige Stange, wird in einen Vorformer 12 eingeführt, der
Knüppel 14 vorgegebener Größe, Form, Gewicht und Volumens herstellt.
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Diese Knüppel werden auf eine vorgegebene Temperatur im Bereich der
für das Warmpressen geeigneten Temperaturen, nämlich auf 815 bis 10930 C in einem
Ofen 16 vorgewärmt.
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Vorzugsweise liegt die Warmpreßtemperatur im Bereich von 982 bis 10100
C. Die warmen Knüppel 18 werden dann in eine Presse 20 eingebracht und in einem
einzigen Arbeitshub zu Pleuelkopf-Lagerdeckel 22 gemäß Figur 2 geformt. Die noch
warmen Preßlinge gelangen in einen Abkühlofen 24, der die Lagerdeckel in gesteuerter
Weise abkühlt.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen verminderten Dimensions- und Gewichtsschwankungen
der erzeugten Teile kann der Aufwand an Nachbearbeitungsmaschinen wesentlich reduziert
werden.
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Der Abkühlofen 24 kann irgendein bekannter Ofen mit gesteuerter Temperaturabsenkung
sein. Hierzu gehören beispielsweise verschiedene Tunnel mit durchlaufendem Förderband;
sie sind billig, und die Abkühlzeit der heißen oder warmen Teile ist damit genau
stcuerbar. Das gesteuerte Abkühlen stellt einen wesentlichen Vorteil c3eqcntiber
dem bekannten Heißpressen dar.
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Im Kraftfahrzeugbau werden Lagerdeckel vorteilhafterweise erst nach
dem Härten endbearbeitet, um ein Verziehen während der Wärmebehandlung auszuschalten.
Da selbst für die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Teile ein gewisser
Aufwand an Nachbearbeitungsmaschinen zusammen mit der Möglichkeit zur genauen Steuerung
der Abkühlung der warmgepreßten Teile erforderlich ist, dient die gesteuerte Abkühlvorrichtung
24 zur Erzeugung vollständig wärmebehandelter Teile aus dem Herstellungsprozeß.
Bislang wurden nämlich gepreßte Teile zunächst vollständig abgekühlt und dann zur
üblichen Wärmebehandlung wieder erwärmt. Bei dein erfindungsgemäßen Verfahren gemäß
Figur 1 ist dieser getrennte Schritt in den Herstellungsvorgang eingegliedert, was
einen wesentlichen wirtschaftlichen Fortschritt bedeutet.
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Die warmen, fertigen Teile 22 werden in sorgfältig gesteuerten Temperaturschritten
auf eine vorgegebene Temperatur abgeküiilt und dann auf übliche Weise abgeschreckt,
wodurch der Il<'rstellungsvorgang abgeschlossen und die Teile zur [ndboarbeiturl(3
fertig sind. Die jeweiligen Betriebsbedingungen wic Abkiil1L-geschwindigkeiten und
Temperaturen, sind natürlich vom jeweils gewählten Material abhängig, dies ist dem
Fachman jedoch bekannt und stellt für ihn keine Schwierigkeit dar.
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Zur Herstellung von Pleuelkopf-Lagerdeckeln für US-amerikanische Automobile
verwenden die hersteller üblicherweisc heißgewalzten Stahl der Güteklasse 1541.
Für andere Anwendungsfälle
sind natürlich auch andere Materialien
einsetzbar und die Temperatureinstellung hat dementsprechend zu erfolgen.
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Figur 2 zeigt einen typischen Pleuelkopf-Lagerdeckel, der nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist.
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Der Lagerdeckel 22 besitzt ein Gegengewicht 26 in seiner Mittellinie,
das an der der Lagerschaleninnseite 28 gegenüberlidgenden Seite angebracht ist.
Die Innenseite 28 dient zur Aufnahme eines Kurbelzapfens. An den seitlichen Enden
sind Arme 30 angeformt, die einen Augenbereich 32 aufweisen.
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In den Augenbereich 32 werden Augen für den Einsatz von Deckeischrauben
gebohrt, die zur Befestigung des Lagerdeckels 22 an der Lagerschale des Pleuelkopfes
dienen. Der Pleuelkopf ist das sogenannte untere Ende einer Pleuelstange, deren
oberes Ende ein Pleuelauge aufweist. Das Pleuelauge dient zur Aufnahme eines üblichen
Kolbenbolzens und trägt damit den Kolben. Zwischen dem Gegengewicht 26 und den Beinen
30 besitzt der Lagerdeckel 22 einen dünneren oder eingeschnürten Bereich 36. In
der dargestellten Ausführung des Lagerdeckels 22 sind verhältnismäßig große Metallvolumina
an den Enden und in der Mitte des Lagerdeckels angeordnet, die durch vcrlutiltnisnwäßig
dünne Teile vcrbunden sind. Dies bedeutet Schwierigkeiten bei der Herstellung eines
Lagerdeckels in einem einzigen Arbetshub einer weggebundenen, mechanischen Presse.
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Die Vorrichtung 12 zur Erzeugung der Knüppel 14 ist eine übliche Umformvorrichtung.
Auf die Größe und die Form der darin hergestellten Knüppel kommt es wesentlich an.
Das Einsatzmaterial ist je nach Verlangen des Abnehmers der Lagerdeckel bestimmt.
Da die Knüppel 14 eine vorgegebene Länge haben und Winkelstücke und/oder Kurven
gemäße jedem Anwendungsfall an den Enden geformt werden müssen, muß auch das vorgegebene
Volumen berechnet werden. Dies wird natürlich so berechnet, daß es etwa dem Volumen
des fertigen Lagerdeckels 22 gemäß Figur 2 entspricht. Hierzu gibt es zahlreiche
unterschiedliche und oft gegensätzliche Uberlegungen. Beispielsweise ist umso mehr
Materialfluß erforderlich, je dicker der Knüppeldurchmesser ist. Dies ist darauf
zurückzuführen, daß das Material in einem verhältnismäßig dicken Knüppel nach Einwirkung
des Obergesenks oder des Preßstempels aus dem Mittelbereich 36 des in diesem lall
verhältnismäßig kurzen Knüppels zu den schwereren Bereichen 26 und 30 wegfließen
muß. Andererseits gestattet ein dünnerer Knüppel eine größere Länge, die jedoch
ein Verkippen bzw.
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Verkanten beim Einsetzen in das Untergesenk oder die 1!ohiform fördert.
Diese Schwierigkeiten beim Einsetzen sind durch die Schaffung eines Auswerfers in
der weiter unten beschriebenen Presse 20 gelöst, so daß erfinduncis<iemß verhältnismäßig
Falle Knüppel einsetzbar sind. Das Verhältnis von Knüppeldurchlncsscr zu seiner
Länge erfordert gegenüber der Anordnung und Materialverteilung des fertigen Werkstücks
eine beträchtliche Anzahl
von Uberlegungen, denn die Knüppelform
beeinflußt das Aussehen, die Funktion, die Qualität, die Kornverteilung, die Belastungen
und die Festigkeit des fertigen Produkts in großem Maße. Durch die Verwendung eines
erfindungsgemäßen Auswerfers sind jedoch nicht so viele Überlegungen erforderlich.
Der Knüppel kann in idealer Länge und idealem Durchmesser für Funktion und Materialfluß
des jeweiligen Werkstücks gewählt werden, da der Auswerferstift mit seinen federbelasteten
Sperrstiften ein richtiges Einsetzen des Knüppels in das Untergesenk oder die Hohlform
vor dem Preßvorgang gewührleistet. Bei der Wahl eines verhältnismäßig langen Knls,
dessen Länge jedoch aufgrund anderer Überlegungen für die Festlegung der endgültigen
Knüppelgröße abgestimmt sein muß, erfolgt eine geringere Materialbewegung zu den
Enden hin, so daß eine geringere Gefahr von Faltenbildung und Rissen des geformten
Teils besteht.
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Zur Erzielung einer höheren Produktivität ist der Ofen 16 vorzugsweise
ein unmittelbar heizender elektrischer Heizofen, beispielsweise ein Induktions-
oder Widerstandofen. Ein derartige Ofen vermindert durch seine kurzen Heizzeiten
die Zunderbildung und das Wachsen einer Oxidschicht gegenüber mit 13rennstoff beheizten
Ofen.
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Vor dem Erwärmen werden die Knüppel mit einem geeigneten Schmiermittel
überzogen, das außerdem als Oxidverhinderer oder -verzögerer wirkt. Geeignete Schmiermittel
sind beispielsweise Molybdendisulfit und Schmiermittel auf Graphitbasis. Im Falle
der Verwendung von Brennstoff verbrennenden Ofen anstelle von Elektroöfen wird das
Schmiermittel zersetzt oder aufgrund der längeren Erwärmzeit verbrannt, so daß sich
auf der Werkstückoberfläche eine Oxidschicht und Zunder biLden, die von der Endabmessung
der die Presse 20 verlassenden Lager deckel 22 abzuziehen wäre. Die erfindungsgemäß
hergestellten Lagerdeckel- 22 sind ohne zusätzliche Bearbeitung mit Ausnahme der
zuvor erwähnten Bearbeitungsvorgänge in die Endbearbeitunq bringbar. Diese verbesserte
Oberflächenvorbereitung stellt: einen der erfindungsgemäßen Vorteile dar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit einer Kniehebelpresse
(tension knuckle press) durchgeführt, die auch als "Maypres" bezeichnet wird. Bei
dieser in Figur 10 darcJestellten Presse liegt die Hauptkurbel 38 unter dem nicht
dargestellten Untergesenk, das Obergesenk 58 liegt oberhalb des Untergesenks und
die Hauptkurbel 38 ist mit dem Obergesenk 58 verbunden, wodurch dieses in das Untergesenk
gezogen und nicht wie bei den üblicheren mechanischen, weggebundenen Pressen nach
unten gedrückt wird. Die Presse besitzt Spanneinrichtungen in dem zwischen einer
Hilfskurbel 42, die durch ein Gestänge 40 von der Hauptkurbel 38 getrieben wird,
und dem Obergesenk 58 liegenden Gestänge, so daß ein Spiel nach dem Schließen der
Gesenkhälften ausgleichbar ist. Dieser Ausgleich erfolgt also erst nach dem Schließen
der Gesenkhälften, und nicht schon
davor. Das Spannelement oder
das Rückschlag-Absorptionsteil umfaßt ein Spannglied 48 in Form von Bändern oder
eines elastisollen Materials, das eine vorgegebene, deutlich unter Elastizitätsschwelle
liegende Strecke gespannt wird, um das Gesenk tatsächlich ohne Gratspalt zu schließen.
In Figur 10 ist das Gestänge 40 zu kurz dargestellt. Mit 46 ist ein festliegender
Drehpunkt, mit 44 ein Gelenk bezeichnet. Für eine derartige Presse können das Knüppelgewicht
und die Knüppelgröße bezüglich des idealen Volumens zur Füllung des Gesenks für
die verstellung des Lagerdeckels 22 schwanken. Für übliche weggebundene Pressen
mit Überkopf-Abwärtsdrückung des Obergesenk und geschlossenem Gesenk ohne Gratspalt
dürfte das Knüppelvolumen nur um etwa + 0,5 % vom Idealvolumen abweichen. Diese
zusätzliche Toleranz für Knüppelgröße und -gewicht bei der erfindungsgemäß verwendeten
Presse bilden einen weiteren, wesentlichen Vorteil der Erfindung.
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Die vorstehenden Ausführungen sind anhand der sehr schematischen Darstellung
gemäß Figur io verdeutlicht.
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Die Formgeschwindigkeit, also die Hubgeschwindigkeit des Obergesenks
58 gemäß Figur 10 ist eine komplexe Variable, die von vielen Faktoren abhängt. Hierzu
zählen die Schmierung, die Schmiedetemperatur, das Gesenkmaterial und die Gesenkkühlung.
Es sei beispielsweise angenommen, daß eine Arbeitsgeschwindigkeit zur Herstellung
des Lagerdeckels gemäß Figur 2 mit 40 Arbeitshüben je Minute erfindungsgemäß erzielbar
ist.
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Dies liegt deutlich über den drei bis zehn Arbeitshüben je Minuten
für bekannte Heißpreßverfahren. Außerdem brauchen die die Presse verlassenden Werkstücke
nicht wie beim Stand der Technik extra abgegratet zu werden.
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Anhand der Figuren 3 bis 9 sind die Einzelteile der Presse 20, insbesondere
das Ober- und Untergesenk sowie deren Arbeitsweise dargestellt. Das Obergesenk oder
der Stempel 58 ist ein verhältnismäßig einfaches Teil. Es ist lediglich ein U-förmiges
Teil zur Bildung der Innenschale 28 mit Flanken zur Formung der Arme 32. Mehr ist
für das Obergesenk oder den Stempel zur Herstellung des Lagerdeckels 22 nicht erforderlich.
Bei der Herstellung anderer Werkstücke sind natürlich unter Umständen kompliziertere
Obergesenke erforderlich.
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Zur Vermeidung der bei der Verwendung einstückiger Gesenk auf tretenden
Schwierigkeiten schlägt die Erfindung die Vcrwendung eines Segmentgesenks vor. Es
hat sich nämlich gezeigt:, daß ein einstückiges Untergesenk den hohen Preßkräften
bei der Herstellung komplizierter Teile in einem geschlossenen Gesenk nicht standzuhalten
vermag. Das Segmentgesenk weist eine Anzahl von Trennlinien auf, die an den natiirlicìlen
1tonturen der Lagerschale liegen und damit nicht besonders in Erscheinung treten.
Diese Trennlinien liegen so nahe wie möglich zu den Linien maximaler Festigkeit.
Ein Auswerferstift besitzt eine Arbeitsfläche, die den Wandteil für die
Formung
der Außenfläche des Gegengewichts 26 des Lagerdecksels 22 bildet. Die Untergesenk-Segmente
sind vorzugsweise symmetrisch.
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Der Auswerferstift bildet die Außenseite des Gegengewichts 26.
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Das Untergesenk oder die Hohlform umfaßt ferner zwei gegenseitig ähnliche
Endstücke und zwei gegenseitig ähnliche Seitenstücke. Auf diese Weise ist die Austauschbarkeit
der Teile wesentlich vereinfacht. Beispielsweise braucht nur eine Art von Endstück
hergestellt und zum Austausch bereitgehalten zu werden, falls ein Gesenkbruch erfolgt.
Es ist ferner eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, die die einzelnen Untergesenk-Segmente
zusammenhält, so daß diese zur Wartung oder zum Austausch gebrochener Teile innerhalb
kürzester Abschaltzeit austauschbar sind. Beim Stand der Technik mußte die Presse
angehalten und die Arbeit zum Austausch des Untergesenks für mehrere Stunden unterbrochen
werden. Mit der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung zum Zusammenhalten des gesamten
Untergesenks können Untergesenk-Segmente auf Lager gehalten und äußerst schnell
ausgetauscht werden. Hierzu sind verschiedene Bolzen oder schnellöffnende Befestigungseinrichtungen
vorgesehen, die einen schnellen Segmentaustausch gestatten. In einem Prüfversuch
wurdc ein Untergesenk innerhalb von 5 Minuten vollständig ausgetauscht. In diesem
Sinne ist auch der Auswerferstift zusammen mit den Sperrstiften ein eigener Modul,
der getrennt austauschbar ist. Wie bereits erwähnt, dienen die
Sperrstifte
zum Halten des Auswerferstiftes in einer teilweisc ausgefahrenen Zwischenstellung,
um einen nächsten Knüppel in das Untergesenk einzuführen. Der Auswerferstift kann
unabhängig vom Untergesenk ausgetauscht werden und sitzt als getrenntes Teil unter
dem Segmentgesenk. Der Auswerferstift ist durch einen üblichen Auswerfer der Presse
angetrieben.
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Ein weiterer Vorteil des Segment-Untergesenks zur herstellung von
Lagerdeckeln 22 liegt darin, daß die den Großtcil des Gesenks bildenden Seitenteile,
die aber der geringsten Belastung unterliegen, unabhängig von den Endstücken austauschbar
sind, die dadurch verhältnismäßig klcin sein können.
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Die Endstücke nehmen den größten Teil der Preßkraft auf, da das Knüppelmaterial
nach außen in die Vertiefungen dieser Endstücke gedrückt werden muß. Die am häufigsten
auszutauschenden Gesenkteile sind die kleinsten Gesenkstücke, und ihre erfindungsgemäße
Austauschmöglichkeit verbessert die Wirtschaftliehkeit des Verfahrens wesentlich.
Hierzu gehört auch, daß die Endstücke ebenso wie die Seitenstücke identisch geformt
und damit gegeneinander austauschbar sind. Dies erleichtert die Gesenkherstellung
ganz wesentlich. Die fünf Gesenkstücke, die mit dem die Außenfläche des Gegengewichts
26 formenden Auswerferstifts zusammenwirken, passen auch mit anderen natürlichen
Konturen des Lagerdeckels zusammen, so daß ein an diesen Stellen gegebenenfalls
auftretender kleiner Grat kein schädlichen Einfluß auf den Lagerdeckel hat und auch
das Aussehen der fertiggestellten Werkstücke nicht nachteilig beeinflußt.
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In den Figuren zelgen insbesondere die Figuren 3 und 9 zwei Endstücke
60 von identischer Form sowie ein Paar Seitenstücke 64, von denen in den Figuren
3 bis 7 nur ein Stück dargestellt ist. Auf den Seltenstücken 60 und 64 sitzt ein
Ring 65. Zur deutlicheren Darstellung der Erfindung sind zahlreiche Einzelheiten
des Lagerdeckels und damit der Teile 60, 64 und 65 weggelassen. Die Gesenkstücke
oder Segmente sind mit ineinanderpassenden Schultern 66 gemäß Figur 3 versehen,
welche sicherstellen, daß die Segmente zusammenpassen, und zwar in lockerer Weise
zumindest zu Beginn des Zusammensetzens. Ähnliche, nicht dargestellte Schulter sind
an den Seitenstücken und den Enden vorgesehen. Die End- und Seitenstücke 60 und
64 passen derart zusammen, daß sie zwischen sich eine öffnung 70 bilden, durch die
der Auswerferstift 72 paßt. Belüftungsschlitze 73 sind in den Figuren 3 und 9 erkennbar
und für Gesenke üblich. Die Segmente 60, 64 und 65 werden durch einen Spannring
74 zusammengehalten. Es hängt lediglich von der Wahl der Gesenkseginentform ab,
um natürliche Trennlinien entsprechend den Konturen eines Lagerdeckels zu schaffen.
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Die fünf Gesenksegmente werden im Spannring 74 unter relativ geringer
Spannkraft zusammengesetzt. Das derart zusammengesetzte Gesenk wird dann in einen
größeren Block 76 eingelegt.
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Der Block 76 liefert die tatsächliche Festigkeit für r3.1; Untergesenk.
Das hierzu verwendete Material hat eine äußerst
hohe Druckfestigkeit,
jedoch eine geringere Zugfestigkeit.
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Durch die Montage der beiden Spannringe 74 und 76 wird deren natürliche
Festigkeit zur Erzielung eines extrem starken Untergesenks ausgenutzt. Das Untergesenk
wird durch die starken Preßkräfte gegen den Block 76 gedrückt.
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Die Teile 60 bis 76 des zusammengesetzten Untergesenks sind als Austauschteile
im Falle einer Gesenkbeschädigun auf Vorrat haltbar und austauschbar. Auf diese
Weise werden-die ungeheuren wirtschaftlichen Vorteile der Erfindung erzielt.
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Die Gesenksegmente im Ring 74 werden in den äußeren Block 76 mit einem
Druck von etwa 7 x 108 bis 14 x 108 Pascal (100-200 KPSI) vorgespannt. Diese Vorspannung
verhindert von sich aus bereits eine Teilung oder ein Zerbrechen des Gesenks bei
den großen Preßkräften zur Verformung der Lager deckel; sie bringt außerdem die
Gesenksegmente in engen Kontakt miteinander. Die Preßkräfte liegen in der Größe
ordnung von 17,5 bis 24,5 x 108 Pascal (250-350 K1SI).
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Die Innenwand des Ringes 74 ist leicht konisch, und zwar in der Größenordnung
von 0,5 bis 20 bezüglich der Gesenkachse, so daß eine Maximalkraft zum Zusammenhalten
der Gesenkteile aufbringbar ist.
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Gemäß Figur 3 trennt eine Platte 78 das Untergesenk vom Auswerfer
80. Der Auswerfer stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar. Zusätzlich
zur üblichen Funktion bei Preß- und Formvorgängen dient der erfindungsgemäße Auswerfer
außerdem zum Einsetzen eines neuen Knüppels in das Gesenk nach dem Auswerfen eines
fertiggestellten Werkstücks, vorzugsweise des Lagerdeckels 22. Der Auswerfer bildet
ferner selbst einen Teil des Untergesenks. Dies vereinfacht das automatische Einlegen
von Knüppeln in wesentlichem Maße und gestattet größere Toleranzen in der Knüppelherstellung.
Die Knüppel unterliegen daher nicht so starken Läncnbeschränkungen, da der Auswerferstift
in seiner Zwischenstellung den Einsatzvorgang unterstützt. Das sorghältige und genaue
Einsetzen der Knüppel ist überflüssig, so daß diese einfach über das Untergesenk
oder die hohlform gebracht und einfach in ihre richtige Stellung fallengelassen
werden können. Dieser Vorgang kann automatisch erfolgen.
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Der Auswerfer umfaßt ferner federbelastete Sperrstifte 86, die den
Auswerfer in teilweise anyehobener Stellung halten, bei einer vom Obergesenk ausgeübten,
abwärtsgerichteten Kraft jedoch zurückschnappen und den Auswerferstift 72 einfahren
lassen, um die Formung des Knüppels zum Lagerdeckel zu gestatten. Druckluftstrahlen
oder andere Flüssigkeitsstrahlen oder andere Einrichtungen dienen zur Entfernung
des durch den Auswerfer aus dem Untergesenk herausgehobenen, geformten Werkstücks.
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Zur leichteren Wartung und Austauschung der Sperrstifte sind diese
in einer getrennten Sperrstiftbuchse 84 gehaltes1, die selbst ein einstückiges und
austauschbares Teil bildet, das ohne Beeinflussung der übrigen Gesenkteilc austausehbur
ist.
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Hierzu weist der Auswerfer 80 einen äußeren Auswerferrinq 82 auf,
in dem die Sperrstiftlagerung 84 sitzt. Diese Lagerung trägt zwei übliche, federbelastete
Sperrstifte 86. Die Nasen der Sperrstifte sind so geformt, daß sie sich im Betrieb
drehen können, um einen Verschleiß auszugleichen und um den Auswerferstift 72 gemäß
den Figuren 3 bis 7 über und unter die federbewährten Sperrstifte 86 zu bewegen.
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Der Schaft des Auswerferstiftes 72 hat einen viereckigen Querschnitt,
um die Außenfläche des Gegegengewiehts 26 des Lagerdeckels bei voll zurückgezogenem
Auswerferstift 72 c1cnzCiß Figur 5 zu bilden. Das Innenende des Auswerferstiftes
72 ist mit einem im Durchmesser vergrößerten kreisförmigen Bereich 88 versehen,
der an seinem Innenende rechtwinklig abgeschnitten ist und durch einen Kegelstumpf
92 in den Schaft 90 übergeht.
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Das Untergesenk weist schließlich eine Bodenplatte 94 auf, in der
ein Auswerfer-Antriebszapfen 96 sitzt. Der Antriebszapfen 96 arbeitet mit einem
Pressenteil 98 zusammen, das normalerweise zur Betätigung eines üblichen Auswerfers
dient.
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Figur 3 zeigt den Anfang eines Arbeitsvorganges zu Beginn oder in
einer Folge von Preßvorgängen. Eine schematisch dargestellte Transporteinrichtung
114 transportiert die Knüppel zum Gesenk, beispielsweise eine ferngesteuerte Klemmvorrichtung.
Geeignet ist hierzu irgendeine Vorrwchtung, die die warmen Knüppel 18 hinter dem
Ofen erfaßt und an eine vorgegebene Stellung über der Öffnung des Untergesenks bringt,
während das Obergesenk gemäß Figur 3 angehoben und außerhalb des Bewegungsweges
der Transporteinrichtung 114 gehalten wird. Die Transporteinrichtung 114 gibt daraufhin
den Knüppel 18 einfach frei und läßt ihn in das Untergesenk fallen.
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In Figur 4 ist die Transporteinrichtung 114 zurückgezogen und entfernt,
während der Auswerferstift von den federbewährten Sperrstiften 86 in der oberen,
ausgefahrenen Stellung gehalten wird. Das Obergesenk oder der Stempel sind zum Pressen
bereit.
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Figur 5 zeigt das halbgeformte Werkstück. Man erkennt, daß der Auswerferstift
72 unter die Sperrstifte 86 gedrückt worden ist. Ein Teil des Metalls ist in den
Raum zwischen den unteren Gesenksegmenten und der Oberseite des Auswerferstift-Schaftes
90 gepreßt worden und bildet dadurch das Gegengewicht des Lagerdeckels. In dieser
Verfahrensstufe
hat der im Verformungsprozeß begriffene Knüppel
etwa gleiche Wandstärke, und es ist alles erforderliche Metall zunächst in den das
Gegengewicht formenden Gesenkbereich gepreßt, während das übrige Metall im Übergangsbereich
nun zur Formung der Arme 30 nach außen gedrückt wird.
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Figur 6 zeigt das fertiggeformte Werkstück mit vollständig nach unten
bewegtem Stempel 58.
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In Figur 7 sind die Auswerferteile 98 und 96 von der Presse vollständig
nach oben über die Sperrstifte 86 hinausgedrückt worden, und das fertige Werkstück
wird zur Entnahme über dem Untergesenk gehalten. Der nächste Arbeitsvorgang beginnt
wieder wie in Figur 3, wobei die Teile 96 und 98 des Auswerfers zurückgezogen sind
und den Auswerferstift 72 auf den Sperrstiften 86 aufliegen lassen, so daß cr für
die Aufnahme des nächsten Knüppels gemäß Figur 4 bereit ist.
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