DE2928707C2 - Vorrichtung zum Herstellen von Gabelelementen - Google Patents

Vorrichtung zum Herstellen von Gabelelementen

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DE2928707C2 DE2928707A DE2928707A DE2928707C2 DE 2928707 C2 DE2928707 C2 DE 2928707C2 DE 2928707 A DE2928707 A DE 2928707A DE 2928707 A DE2928707 A DE 2928707A DE 2928707 C2 DE2928707 C2 DE 2928707C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Gabelelementen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Eine solche Vorrichtung ist aus der Zeitschrift Kuzne5no-5tampov-ocnoe probodstvc. 1970, Nr. 10, Seiten 5 bis 18. bekannt.
Diese bekannte Vorrichtung ist ,nsofern nachteilig, als das Umformen des zylindrischen Ausgangsmaterkils zu einem Gabelelement mit beispielsweise drei Gabelzinken damit eingeleitet wird, daß ein Stempel im Bereich der Längsachse des Ausgangsmaterials in eine der Stirnflächen dieses Ausgangsmaterials eindringt, um auf diese Weise einen Matcrialfluß in Richtung auf die Formhohlräume hervorzurufen.
Dieser Dorn ist jedoch nicht im Stande, die Aufteilung des erzielten Materialflusses auf die Formhohlräumc herbeizuführen, da der Dorn lediglich einen Lochungsvorgang herbeiführt, woraufhin aus den Seitenbereichen des Ausgangsmaterials die Gabelelemente ausgeformt werden.
Mithin gelangt bei der bekannten Vorrichtung die Stirnfläche des zylindrischen Ausgaiigsmaterials zunächst in Kontakt mit dem Dorn, wodurch das Material zum Fließen gebracht und in die einzelnen Formhohlräume eingepreßt wird. Es ist jedoch nicht der Dorn selber, der das Aufteilen des Ausgangsmaterials in die gewünschte Anzahl von Gabelelementcn hervorbringt, da das Aufteilen des Ausgangsmatcrials lediglich von der Anzahl und Ortslage der einzelnen Formhohlräume abhängt.
Durch das Auftreffen der Stirnfläche auf den Dorn stellt sich ein nicht gesteuertes Fließen des Werkstoffes erst bei höheren Umformkrä'ften ein.
Gabelelemente, wie /. B. Keilnaben von Universalgelenken für Kraftfahrzeuge werden, wie in den nachfolgenden Fig. IA bis 2Cdargestcllt. auch durch Schmieden hergestellt, wobei jedoch zum einen ein hoher Werkstoffverlust in Kauf genommen werden muß und andererseits viele umständliche Verformung«.- und Bearbeiiungsschritte vorgenommen werden müs'.cn. Beim Schmieden besteht zum Beispiel bei der Ausbildung der in Fig.3A dargestellten Fläche a eine beträchtliche Bruchgefahr, da auf den Schmiedestempel sehr große Belastungen einwirken. Man gibt deshalb üblicherweise in diesem Bereich dem Werkstoff eine überdimensionierte Stärke b, wie in F i g. 3B dargestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß ein verbesserte. Materialfluß mit entsprechend verbesserten Eigenschaften ίο des hergestellten Erzeugnisses bei verringerter Umformkraft erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst
Die Wirkung der Erfindung ergibt sich in erster Linie aus der durch entsprechende Gestaltung der Formwerkzeuge hervorgerufenen von der Periperie des zylindrischen Ausgangsmaterials ausgehenden Aufteilung desselben auf die Formhohlräume, indem der Umfang des Ausgangsswerkstoffes gegen die verengenden Vor-Sprünge aufläuft und daher der Werkstoffluß definiert beginnt.
Dabei wird unterstrichen, daß diese verengenden Vorsprünge zusammen mit einem zwischen den Vorsprüngen ausgebildeten Bodenbereich eine Verengung in dem Preßstempel gegenüberliegenden Formwerkzeug bilden, wobei j.'der der Formhohlräume von dem Bodenabschnitt sowie zwei der in Rede stehenden verengenden Vorsprünge gebildet ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorsprünge über die horizontale Trennfläche der beiden einander gegenüberliegenden Formwerkeuge vorstehen und daß das eine Formwerkzeug eine Stützfläche aufweist, die entsprechend der Außenfläche eines der Vorsprünge ausgebildet ist.
Da die Beanspruchungen auf das obere Formwerkzeug und das untere Formwerkzeug sowie auf den Stempel wesentlich stationärer als b?\ üblichen Bearbeitungsverfahren einwirken, lassen sich die Standzeit und die Lebensdauer beträchtlich verbessern. Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen berührt die äußere Fläche 2rfdcs Vorsprunges 2b des oberen Formwerkzeuges 2 die konische Fläche 1 b des unteren Formwerkzeuges 1 so eng, daß der vorspringende Abschnitt 2b durch die konische Fläche 16 des unteren Formwerkzeuges 1 versteift wird. Somit besteht keine Gefahr, daß der vorspringende Abschnitt 2b brechen kann.
Die Herstellungskosten für das Bauteil sind sehr niedrig-
so Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Auslührungsbeispicls und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen
Fig. IA bis 3B Erläuterungen zum herkömmlichen Stand der Technik,
Fig.4 eine Draufsicht auf ein unteres Formwerkzeug.
Fi g. 5 einen Vertikalschnitt längs der Linie V-V in F ig. 4.
Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch ein oberes Formel) werkzeug längs der Linie Vl-Vl in F i g. 7,
F i g. 7 eine Draufsicht auf das obere Formwerkzeug von unten,
F i g. 8 eine perspektivische Darstellung eines Details des Formhohlraums auf der Linie C in F i g. 7 mit Blick hi in Richtungeines Pfeiles VIII.
Fig. 9 einen Vertik:ilschnitt durch eine Formgebungsvorrichtung, die in der Arbeitsstellung gezeigt ist. wenn das obere Formwerkzeug das untere Formwerk-
zeug berührt,
Fig. 1OA, 1OB und IOC Ansichten zur Verdeutlichung der Formgebungsschritte,
F i g. 1IA, 11B, 1 IC und 11D perspektivische Ansichten der äußeren Gestalt des Gabeleiemenies in der jeweiligen Formgebungsstufe.
Fig. 12 bis 14 eine schematischc Ansicht einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung, wobei Fig. 12 einen Vertikaischnitt längs der Linie XII-XIl in Fig. 13, Fig. 13 einen Vertikalschnitt längs der Linie XIH-XIH in Fig. 12 und Fig. 14 eine Unteransicht eines oberon Formwerkzeuges in F i g. 12 ist,
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht eines Gabelelementeii, das man bei dem üblichen Schmiedeverfahren als Formgebungsverfahren erhält,
F i g. 16 eine perspektivische Ansicht eines Gabelelementes gemäß einer dritten Ausführungsform nach der Erfindung, und
Fig. 17 einen Veriika'schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Formgebungsvorrichtung, die in der Arbeitsstellung gezeigt ist, wenn das obere Formwerkzeug das untere Formwerkzeug berührt.
Die Vorrichtung zum Herstellen von Gabeielementen umfaßt ein oberes Formwerkzeug und ein unteres Formwerkzeug. Nach F i g. 5 ist das untere Formwerkzeug mit einer Führungsöffnung Xa versehen, die zur Führung des zylindrischen Ausgangswerkstückes am Mittelabschnitt dient Die Führungsöffnung la ist längs einer Achslinie U in das Formwerkzeug gebohrt. Am oberen Endabschnitt der Führungsöffnung Xa ist eine konische Fläche Xb (konkave Fläche) ausgebildet, die einer konischen Fläche c (konvexe Fläche) gegenüberliegt, die in F i g. 3A gezeigt ist. Die obere Stirnfläche Ic bildet die horizontale Trennfläche der beiden einander gegenüberliegenden Formwerkzeuge (bei diesem Ausführungsbeispiel wird das andere Formwerkzeug von einem oberen Formwerkzeug 2 gebildet, das mittels eines Preßstempels beweglich ist, der an der Stempelseite befestigt ist).
Die Fig.6 und 7 hingegen stellen einen Vertikalschnitt bzw. eine Unteransicht des oberen Formwerkzeuges 2 dar. Nach F i g. 6 ist das obere Formwerkzeug 2 mit einem verengenden Vorsprung 26 versehen, der gegen das Ausgangswerkstück anliegt und dieses in drei Elemente aufteilt, wenn es längs der Führungsöffnung nach oben gedrückt wird. Der verengende Vorsprung 2b steht über die Fläche 2c, die das untere Formwerkzeug 1 berührt, um eine geneigte Fläche a zu bilden, wie dies in Fig.3A gezeigt ist. Die Außenfläche 2d dieses Vorsprunges 2b hat dieselbe konische Gestalt wie die konische Fläche \b des unteren Formwerkzeuges in Fig.5. Demzufolge berührt die konische Fläche Iides unteren Formwerkzeuges 1 die äußere Umfangsfläche des Vorsprunges 7b des oberen Formwerkzeuges 2 und hinterfüllt die äußere Umfangsfläche 2t/. 2a ist eine Fläche, die im Mittelteil an der Innenseite der drei Vorsprünge 2b liegt. Diese Fläche 2a und die Innenseite des Vorsprunges 2b bilden eine Verengung.
Bei dem oberen Formwerkzeug 2 verlaufen verengte Abschnitte 2e parallel zur Achslinie h und diese Abschnitte sind in gleichen Winkelabständen an drei Stellen um die Achslinie h angeordnet, um das Ausgangswerkstück strangzupressen, das durch die Vorsprünge 2b und die Fläche 2a in Preßrichtung aufgeteilt wird.
Die Querschnittsgestalt des verengten Abschnittes 2c ist ein Sektor und entspricht der Qucrschnittsgestalt eines Gabelelementes > bei dem Bauteil in Fig. 3A. In F i g. 8 ist nur der Innenteil längs der Linie G des oberen Formwerkzeuges 2 in F i g. 7 in perspektivischer Ansicht gezeigt.
Die so ausgelegten Formwerkzeuge 1 und 2 sind in Stützelementc 3 und 4 jeweils durch Warmschrumpfen eingepaßt (vgl. F i g. 9). Bei iler Verformung bewegt sich zuerst das obere Formwerkzeug 2 mich unten und die Berührungsflächen Ic·und 2c kommen in Berührung, so daß die Achslinien /i und /_> in den F i g. 5 und 6 fluchten. Diese Flächen werden nach oben und unten zusammengepreßt und in diesem Zustand gehalten, so daß sich ein geschlossener Formhohlraum 5 bildet. Mit 5 ist ein Preßstempel bezeichnet, der in der Führungsöffnung Xa des unteren Formwerkzeuges 1 gleitend beweglich geführt ist. Der Preßstempel 5 beaufschlagt das zylindrisehe Ausgangswerkstück, das in die Führungsöffnung Xa eingeführt worden ist. Mit 6 ist ein Druckkolben und mit 7 ein Gegenhalter bezeichnet. Der Preßstempel 5 wird mittels einer Preßeinrichtung (nicht gezeigt) mit einer Preßkraf'. beaufschlagt, die besipielsweise von einer Stange 5a eines Hydraulikzylinders ^gegeben wird.
Nachstehend werden die einzelner Verformungsschritte bei der Herstellung eines Gabeielementes unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung erläutert. Zuerst wird das obere Formwerkzeug 2 nach oben beweg;, und die Form wird geöffnet. Dann wird ein zylindrisches Ausgangswerkstück 8 in den geschlossenen Formhohlraum 5 in Fig. 9 (vgl. Fig. 10Ä) eingeführt. Anschließend wird das obere Formwerkzeug 2 nach unten bewegt und werden beide Formwerkzeuge zusam-
jo mengedrückt und mit einem von etwa 4-106N beaufschlagt. Dann wird ein nicht dargestellter Zylinder so betrieben, daß das untere Ende SA des Ausgangswerkstücks durch den Preßstempel 5 in Richtung des Pfeiles /'gepreßt wird, wobei der Oberabschnitt des Ausgangs-
J5 Werkstückes 8 in drei Richtungen unterteilt wird, wie in Fig. 11B dargestellt. Durch ein weiteres Pressen des Ausgangswerkstückes in Richtung des Pfeiles P in Fig. 1OB werden die Teilstränge 8c in den veiengten Anschnitten 2e des oberen Formwerkzeuges 2 strang-
4» gepreßt; die sich hierbei ergebende Gestalt ist in Fig. HC gezeigt. Durch ein weiteres Pressen erhält man das ausgeformte Endprodukt, das in Fi g. 11D gezeigt ist.
Ferner kommt bei dem zuvor beschrlsbenen Ausführungsbeispiel die äußere Fläche 2c/des Vorsprunges 2b des oberen Formwerkzeuges 2 in enge Anlage an der konischen Fläche Xbdes unteren Formwerkzeuges l,so daß keine Gefahr besteht, daß der Vorsprung 2b infolge übermäßiger Beanspruchung brechen kann. Hierdurch können die Standzeit und Lebensdauer der Formwerkzeuge beträchtlich verlängert werden.
Nachstehend wird die- zweite Ausführungsform nach cer Gründung unter Bezugnahme auf die Fig. 12, 13 und 14 näher erläutert. Hierbei soll ein Bauteil hcrgestellt werden, das an seinem kopfseitigen Ende zwei Gabelelemente hat, wie zum Beispiel die Keilnabe eines Kardangelenkes bzw. Universalgelenkes, das in Fig. 1 gezeigt ist. Ein geschlossener Formhohlraum 5' bildet sich, indem ein unteres Formwerkzeug 11 mit einer Füh-
bü rungsöffnung 11,·) unter Krafteinwirkung in Berührung mit einem oberen Formwerkzeug 12 gebracht wird, das zwei Vorsprünge \2b zur Aufteilung des Ausgangswerkstückes aufweist, die dem unteren Formwerkzeug 11 zugewandt liege.·. Ferner hat das obere Formwerk-
br) zeug 12 zwei verengte Abschnitte 12c und 12e, die in Preßrichtung verlaufen.
Auf dieselbe Ari und Weise wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführunesbeisniel wirrl in pinp Fiih.
rungsöffnung lld des unteren Formwerkzeuges 11 ein Ausgangswerkstück eingeführt und das unlere Ende des Stangenmaterials mit Hilfe des Preßstempels 15 in Richtung des Pfeiles P gepreßt. Das obere Ende des Ausgangswerkstückes wird in zwei Teile aufgeteilt und dann in die Abschnitte I2e und 12<; hineingedrückt. In den Fig. 12, 13 und 14 ist mit 18das geformte Erzeugnis gezeigt.
Ein Bauteil mit zwei oder mehr Gabelelementen an seinem kopfseitigen Ende, deren Breite in Querrichtung am Fuß oder Grund kleiner als die Breite in Querrichtung am Mittelabschnitt oder am oberen Endabschnitt der Gabelelemente ist (vgl. Fig. 16) kann wie nachstehend naher angegeben, in einem geschlossenen Formwerkzeug hergestellt werden.
Ein derartiges Gabelgelenkelement kann durch das an sich bekannte Schmieden nur unter Schwierigkeiten ausgeformt werden, wenn die Breite in Querrichtung am Fuß bzw. am Grund des Gabelelementes Y kleiner als die Breite am Mittelabschnitt oder am oberen Endabschnitt ist, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist. Wenn ein metallischer Werkstoff durch Schmieden in die Form gebracht worden ist. bei der eine übergroße Stärke Can dem Fußabschnitt bzw. Grundabschnitt Yu (vgl. Fig. 15) vorhanden ist, wird das geschmiedete Formteil bearbeitet. Als Bearbeitung kann beispielsweise eine spanabhebende Bearbeitung vorgenommen werden, um den Gegenstand nach Fig. 16 fertigzustellen. Somit sind viele Bearbeitungsschritte nötig und die Werkstoffausbeute ist gering, so daß die Herstellungskosten sehr hoch werden.
Nachstehend soll beispielsweise die Herstellung eines Bauteiles erläutert werden, das den Kopfabschnitt einer Antriebswelle für ein Doppelgelenk mit drei Schlitzen in einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb und vorne liegendem Motor bildet. Dieses Bauteil ist in Fig. 16 gezeigt. Die hierfür bestimmten Formwerkzeuge sind in Fig. 17 gezeigt und sie umfassen ein oberes Formwerkzeug 2 und ein unteres Formwerkzeug I1 die in den F i g. 4 bis 7 gezeigt sind.
Das untere Formwerkzeug 1 und das obere Formwerkzeug 2 sind in Stützelemente 3, 4 durch Warmschrumpfen eingepaßt. Die Berührungsflächen Ic und 2c kommen so in Berührung, daß die Achslinicn /| und /> in den F i g. 5 und 6 fluchten. Beide Formwerkzeuge sind mittels einer Preßeinrichtung (in der Zeichnung nicht gezeigt) nach oben und unten unter einer Kraft von etwa 4 χ 10° N gehalten. Die Formwerkzeuge bilden einen geschlossenen Formhohlraum S. Mit 5 ist der Preßstempel bezeichnet, der in der Führungsöffnung la des unteren Formwerkzeuges 1 in Bohrungsrichtung gleitet. Dieser Preßstempel 5 beaufschlagt ein Ende des eingeführten Ausgangswerkstückes 8. Mit 9 ist ein Gegenstempe! bezeichnet, der drei Teilabschnitte 9a hat, die jeweils in verengten Abschnitten 2e gleiten und einen Gegendruck auf jede obere Endfläche des aufgeteilten Stangenmatenals, das in den ausgehöhlten Abschnitt 2e stranggepreßt worden ist. ausübt Mit 10 ist eine Rückholfeder bezeichnet, die zwischen dem Gegenstempel 9 und dem oberen Formwerkzeug 2 vorgesehen ist. Der Preßstempel 5 und der Gegenstempel 9 werden mit Hilfe von Druckstangen 5a und 96 einer Preßeinrichtung, v. ic zum Beispiel einer hydraulischen Presse beaufschlagt, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist.
Mit 6 ist ein Druckkoiben bezeichnet, durch den das obere Formwerkzeug 2 festgelegt ist. Mit 7 ist ein Gegenhaker bezeichnet, durch den das untere Formwerkzeug 1 festgelegt ist.
Das Ausgangswerkstück 8 wird in Richtung des Pfeiles Pin Fig. IOB gepreßt, wobei das geteilte Stangenmaterial 8 in die verengten Abschnitte 2e des oberen Formwerkzeuges 2 gepreßt wird. Hierbei erhält man die in Fig. I IC gezeigte Gestalt. Zu diesem Zeitpunkt berührt jede obere Enfläche 8c des unterteilten Stangenmaterials 8 die obere Endfläche des verzweigten Abschnittes 9a des Gegenstempels 9. Der Gegenstempel wird in einer vorbestimmten Stellung ortsfest gehalten.
bis ein Gegendruck von etwa 4 χ 105 bis 5 χ ΙΟ5 Ν erzeugt ist. Der geschlossene Formhohlraum S in F i g. 17 wird von dem Ausgangswerkstück 8 ausgefüllt. Das Stangenmaterial wird hierdurch in Richtung des Abschnittes 2e gestaucht, der dem Oberabschnitt des Bauteiles Y entspricht, dessen Breitenabmessung in Querrichtung klein ist (siehe Verhältnis von A zu B in F i g. 16). Dann wird der Gegenstempel 9 zurückgefahren, und der nötise Gegendruck wird aufrechterhalter!. Das in die verengten Abschnitte 2e aufgeteilte Material 8 wird in Preßrichtung /'siranggepreßt, bis das Bauteil Vdie gewünschte Länge nach Fig. IOC hat. Hierbei hat das Bauteil abschließend eine Gestalt, die in Fig. 16 gezeigt ist. Dann werden das untere Formwerkzeug 1 und das obere Formwerkzeug 2 voneinander getrennt
2j und das Bauteil wird entnommen.
Wenn eine Vorrichtung ohne Gegenstempel (siehe F i g. 9) vorgesehen ist, hat das geformte Bauteil die in Fig. HD gezeigte Gestalt, bei der die Breitenabmessung des Mittelabschnittes und des oberen Endabschnittes des jochförmigen gleich der Breitenabmessung des Grundabschnittes des Bauteiles KiM.
In der nachstehenden Tabelle sind Versuchsergebnisse zusammengefaßt, die bei der Verwendung eines Ausgangswerkstückes aus Chrommolybdänstahl (SCM22H) mit einem Durchmesser von 32 mm und einer Länge von 95 mm bei einer Formgebungstemperatur von 600° C erhalten werden.
In dieser Tabelle ist mit ßdie Breitenabmessung am oberen Endabschnitt oder am Mittelabschnitt des Bauteiles Y. mit H die Länge des Abschnittes mit der Breite B, mit Pi die Belastung des Preßstempels 5 und mit Pj die Belastung des Gegenstempels 9 bezeichnet. Die Stufen 1 bis 7 stellen die Formgebungsstufen dar. Während den Stufen 1 bis 5 wird das Bauteil gestaucht und die Abmessung B nimmt zu. Zu diesem Zeitpunkt beträgt P1, etwa 18,8 χ 10' N und P2 9 χ 105 N. Während der Stufen 6 und 7 wird die Abmessung 8 nicht größer und nur die Abmessung H wird größer.
50 Tabelle B H Px Pi
Stufe (mm) (mm) (N) (N)
21 7.5 7XlO5 0
55 1 27 16 12XlO5 4,2x105
2 27 21,8 12,5x1(P 43XiO5
3 34 223 14x 105 6,5x105
4 35,5 22 18.8x105 9,OxIO5
5 35.5 32 2UxIO5 43XiO5
60 6 35,5 37.2 21.5x105 5.OxIO5
7
Hierbei nimm! der Druck Pi von 18.8XlO11N auf 21.5 χ 10· N zu. während der Druck P1 von 9 χ 10r> N auf ti5 4x 10"bis5χ ΙΟ5 Ν abnimmt.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Herstellen von Gabelelementen aus einem zylindrischen Ausgangswerkstück durch Formpressen mit zwei einander gegenüberliegenden Formwerkzeugen, die zwischen sich Formhohlräume entsprechend der benötigten Anzahl von Gabelelementen aufweisen und einem Preßstempel, mit dessen Hilfe das Ausgangswerkslück in die Formhohlräume hineindrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dem Preßstempel (5', 15) gegenüberliegenden Formwerkzeug (2, 12) vor dem jeweiligen Eingang des Formhohlrauines (S, S') verengende Vorsprünge (2b, \2b) ausgebildet sind, gegen die das Ausgangswerkstück (a) mit dem Umfang seiner Stirnseite aufläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dpi1 die Vorsprünge {2b. \2b) über die horizontale Treiiflfläche (Ic. 2c) der beiden einander gegenüberliegenden Formwerkzeuge (1, 2) vorstehen und daß das andere Formwerkzeug (1) eine Stützfläche (\b)aufweist, die entsprechend der Außenfläche (2d) eines der Vorsprünge (2b) ausgebildet ist
DE2928707A 1978-07-18 1979-07-16 Vorrichtung zum Herstellen von Gabelelementen Expired DE2928707C2 (de)

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