DE2935656A1

DE2935656A1 - Hydraulische gesenkschmiedepresse

Info

Publication number: DE2935656A1
Application number: DE19792935656
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Kawasaki Hydromechanics Corp
Current assignee: Kawasaki Hydromechanics Corp
Priority date: 1978-09-05
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1980-03-13
Also published as: JPS561973B2; DE2935656C2; GB2033275A; FR2435304B1; JPS5536044A; GB2033275B; FR2435304A1

Description

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- - " DipL-Sng. Hans Albrecht

Albrecht&Uüke.G_elfert8tr.S6,i3-1000B₈rIin33 Dipl-lRQ. ΟίθΓθΚ-\Α/ίΙΠΊ Luke

Gelfertstraße 56 D-1000 Berlin 33 Telef on: (O 30) 8 3145 20

Telegramme: Patentalbrecht Berlin Postscheck: Berlin West 33626-105 Bank: Berliner Bank AG Konto-Nr. 430 95 39900

Ihr Zeichen Ihre Nachricht Unser Zeichen Datum

9051/L/LÜ 28. August 1979

Kawasaki Sfukoh K.K., 9-3 Mihonotato? Takasago,, Hyogo_y Japan

Hydraulische Gesenkschmiedepresse

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Gesenk- ' schmiedepresse mit einem durch einen mechanischen Antrieb hin- und herbewegten, Arbeitsöl verdrängenden Pumpstempel und einem vom Arbeitsöl hin- und herbewegten Preßstempel.

Es ist in der Schmiedetechnik bei geschlossenen Gesenkschmiedepressen bekannt, dass ein metallisches Material vollkommen eingeschlossen durch ein Paar von Gesenkformen geschmiedet wird. In einigen Fällen wird in einem Primärprozess ein vorläufiges Grob- Vorschmieden ausgeführt, wobei

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ein Loch- bzw. Stanz- Preßstempel oder eine Vielzahl derartiger Stempel in einer doppelt wirkenden Art in die Segmentgesenkformen eingestossen wird, die vollkommen geschlossen sind oder gerade geschlossen werden. Als Ergebnis wird das metallische Material stark gegen die inneren, komplex- geformten Wände der Segment- Gesenkformen gepresst.

Es ist auch bekannt, dass dieses Schmiedesystem, verglichen mit einem einfachen konventionellen Stempel- Schmiedesystem erhebliche Vorteile hat, wie eine Steigerung in der Festigkeit, die Erreichbarkeit einer komplexeren und präziseren Formgebung, die Verminderung der Presskraft und die Reduktion des Gesamtgewichtes des Werkstückes.

Aber unter gegenwärtigen Bedingungen hat sich das bekannte

System nicht als sehr wirksames und einfaches Verfahren gezeigt, weder im Ausführungssystem eines Loch- bzw. Stanzstempels oder / und in der Kombination der Arbeitsweise eines Loch- bzw. Stanzstempels und eines Preßstempels für den Primärprozess, so^dass ein extrem komplexes und gering wirksames System Verwendung findet.

Um eine verbesserte hydraulische Gesenkschmiedepresse zu erhalten, die sowohl die Vorteile einer mechanischen Presse als auch einer hydraulischen Presse in sich vereinigt,

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basiert -.axe vorliegende Erfindung auf der Gesenkschmiedepresse gemäss US-PS 4.184,209, erteilt am 10. April 1979 ( = DE-OS 28 05 187). Diese hydraulische- Gesenkschmiedepresse umfasst einen Pumpstempel, der in den oberen Teil eines Zylinders eingesetzt ist, einen Preßstempel, der in den unteren Teil des Zylinders eingesetzt ist, und einen mit Arbeitsöl gefüllten Hohlraum, der zwischen beiden Teilen des Zylinders angeordnet ist, um die hin- und hergehende Bewegung, die mechanisch durch einen mechanischen Antrieb, z.B. eine rotierende Kurbelwelle, erzeugt wird, zum Preßkolben zu übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische, geschlossene Gesenkschmiedepresse zu schaffen, die in der Lage ist, die Gesenkformen mit der erforderlichen Kraft zu öffnen und zu schliessen und den Loch- bzw. Stanzstempel sowohl mit hoher Geschwindigkeit als auch mit hoher Präzision in die Gesenkform einzudrücken und wieder herauszuziehen, ■■ bei welcher es ferner nicht notwendig ist, ein blattartiges Material, das an den Stossoberflachen der Segmentgesenkform herausgepresst ist, z.B. ein Grat^zu erzeugen, wodurch entsprechend die Festigkeit eines besonderen Materials -gesteigert wird, und welche ferner geeignet ist, um die Eindrückbewegung des Loch- bzw. Stanzstempels automatisch unter Verwendung der Kompressibilität des Arbeitsöles einzustellen.

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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Hierdurch wird eine hydraulische, geschlossene Gesenkschmiedepresse verwirklicht, die mit einem oder mehreren Loch- bzw. Stanz- Preßstempeln versehen sein kann, deren Arbeitswirkungssystern verbessert ist und die ferner die Festigkeit des Materials steigern.

Durch die Erfindung werden die einleitend beschriebenen Nachteile und Fehler der konventionellen geschlossenen Gesenkschmiedepressen vermieden, wenn das Arbeitsöl, das in der hydraulischen Gesenkschmiedepresse vorhanden ist, gleichzeitig verwendet wird, um sowohl den Loch- bzw. Stanzstempel für eine Lochung als auch den Preßstempel in der geschlossenen Gesenkschmiedepresse zu betätigen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind nachstehend aufgelistet:

1. Der Pressvorgang kann mit sehr einfachen Mitteln und Methoden sehr präzise und mit der erforderlichen Kraft mittels der erfindungsgemässen geschlossenen Gesenkschmiedepresse durchgeführt werden.

2. Es ist möglich, keinen Grad des gepressten Materials an den Verbindungsoberflächen der Segmentgesenke zu erzeugen. Dies trägt dazu bei, um die Presskraft zu vermindern, die

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für die Bdätigung der Presse aufgewendet wird, und ferner, um die Festigkeit des Materials zu steigern,, verglichen mit den konventionellen Methoden, um einige Grate zu erzeugen, um so den Abfluß überschüssigen Materials zu erzielen.

3. Da die Einstellbewegung des Stanz- bzw. Lochstempels automatisch unter Verwendung der Kompressibilität des Arbeitsöles durchgeführt wird, sind der Einstellmechanismus und das Einstellverfahren sehr einfach und sicher durchzuführen.

4. Da die Stanzgeschwindigkeit zum Einfahren und Ausfahren des Loch- bzw. Stanz- Preßstempels schneller eingestellt werden kann als die Geschwindigkeit des_ Preßstempels , ist es möglich, die Schmiedekräfte zu verringern und die Stanszeit durch Verkürzen der Arbeitszeit unter Hitze zu erhöhen.

Die geschlossene Gesenkschmiedepresse gemäss der Erfindung ist anwendbar sowohl zum Kaltschmieden als auch zum Warmschmieden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Vertikalschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel einer hydraulischen., geschlossenen Gesenk-

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schmiedepresse,

Fig. 2, 3 und 4 aufeinanderfolgende Arbeitsstellungen der Presse in der ersten Ausführungsform, und

Fig. 5 und 6 das zweite bzw. dritte Ausführungsbeispiel.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein Zylinder 1 einer Schmiedepresse dargestellt, welcher einen Pumpkolben 2, einen Presskolben und ein Paar von Segment- Gesenkformen einschliesst, die aus einer oberen Gesenkform 4 und einer unteren Gesenkform bestehen. In diesem Ausführungsbesipiel sind sowohl der Durchmesser des Pumpkolbens 2 als auch der Durchmesser des Presskolbens 3 gleich gross. In Fig. 1 ist das Profil eines metallischen Materials 6 vor dem Schmieden dargestellt. Dieses Profil im Zustand nach dem Schmieden ist in den Fig. 3 und gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Dorn 7 a am Ende eines Stanz- oder Loch- Preßstempeis 7a ausgebildet, der innerhalb des Presskolbens 3 gehalten und geführt ist.

Der Stanz- bzw. Loch-Preßstempel 7 ist derart ausgebildet,

4 dass dieser durch die obere Gesenkform entlang der Achse des Zylinders 1 hin- und herbewegbar ist. Eine um die Achse 11 rotierende Kurbelwelle 10 erzeugt die hin- und

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hergehende Bewegung entlang der Achse des Zylinders 1 für den Pumpstempel 2 mittels eines Pleuls 12 als mechanischer Antrieb. Ein Regulierventil 13 wird von einem Umschaltventil 14 gesteuert, um das_ Arbeitsöl zxtfischen einem Hohlraum 8 innerhalb des Zylinders 1 und einem Reservoir 9 zirkulieren zu lassen und um einen Öldruck im Hohlraum ?■ während eines Pressvorganges aufrechtzuerhalten.

Wie es aus der vorangegangenen Konstruktionsbeschreibung hervorgeht, werden sowohl der Preßstempel 3 als auch der Loch- und Stanz- Preßstempel 7 vom gleichen Arbeitsöl im Hohlraum 8 betätigt, denn beide Preßstempel 3,7 stehen gemeinsam mit dem Arbeitsöl in Verbindung. In Rückbewegungszylindern 15 wirkt der Öldruck, der von einer von einem Motor 19 angetriebenen Pumpe 16 erzeugt wird, auf Aufwartsstössel 17, um dem Preßstempel 3 und auch den Loch- und Stanz- Preßstempel 7 zurückzubewegen. Ein Druckspeicher und ein Rückschlagventil 31 sind in der Äusgangsleitung der Pumpe 16 angeordnet. Das Rückschlagventil 21 steuert den maximalen Öldruck im Hohlraum 8„ Für den Presskolben 3 ist ein oberer Begrenzungsstopper 22 vorgesehen, dessen obere Begrenzungsposition leicht und den Erfordernissen entsprechend eingestellt werden kann. Die Bauart dieses Begrenzungsstoppers 22 ist gleich derjenigen, die in. der US-PS Nr. 4.148.209, herausgegeben am 10. April 1979 beschrieben worden ist (DT-OS 28 05 187). Der Abstand zwischen der oberen Gesenkform

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und der unteren Gesenkform 5, d.h. der Arbeitshub S₁ des Presskolbens 3 von seiner geöffneten Stellung zu seiner geschlossenen Stellung,wird durch diesen oberen Begrenzungsstopper 22 eingestellt. Dabei werden der Arbeitshub des Loch- und Stanz- Preßstempels 7 nach dem Schliessen der beiden Gesenkformen 4,5 und die Kompressibilität des Arbeitsöles berücksichtigt.

Es wird nachstehend das Schmiedeverfahren für das Material 6 bei der Durchführung einer geschlossenen Gesenkschmiedepressung entsprechend der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Das Verfahren zum Gesenkschmieden wird in der Reihenfolge der Arbeitsvorgänge von Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellt. Die Fig. 2 zeigt eine Stellung, in der der Hohlraum 23 zwischen den Segment- Gesenkformen 4,5 vollständig geschlossen ist,

4
wenn die obere Gesenkform um den Arbeitshub S₁ nach unten bewegt ist auf die untere Gesenkform 5. Dies erfolgt durch den Preßstempel 3 als Ergebnis der Rotationsbewegung der Kurbelwelle 10 in Uhrzeigerrichtung, ausgehend von der Stellung gemäss Fig. 1, wobei das Material 6, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, einer ersten plastischen Deformation unterworfen ist.

Die Fig. 3 zeigt den. Zustand, bei welchem die Kurbelwelle weitergedreht worden ist und in den sogenannten unteren

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Totpunkt ( UTP) gelangt ist« In Fig. 2 ist der Preßstempel 3 schon in seiner Endlage seines abwärtsgerichteten Arbeitshubes angekommen, wohingegen während der Zeitdauer vom Zustand in Fig. 2 zum Zustand in Fig« 3 nur der Ärbeitshub des Loch- bzw. Stanz- Preßstempels 7 ausgeführt worden ist.

Für den notwendigen Pumparbeitshub S- gegenüber dem Lochbzw. Stanz- Preßstempelarbeitshub S₀, besteht folgende Beziehung;

S₂ = ^A2 S₇,

A₁

Dabei bedeuten A. den Querschnitt des Pumpstempels 2 und A- den Querschnitt des Loch- bzw. Stanz- Preßstempels 7.

Demzufolge ist die nach unten gerichtete Geschwindigkeit des Loch- bzw. Stanz- Preßstempels 7 viel grosser als die, des Preßstempels 3 „ Insbesondere gegenüber der Geschxfindigkeit V. des Preßstempels 3 im Zeitpunkt des Schliessens der Segment- Gesenkformen 4,5. Die Einstossgeschwindigkeit V-unmittelbar nach diesem Zeitpunkt hat folgende Gleichung:

Diese Geschwindigkeit V- ist sehr viel schneller im Vergleich mit derjenigen einer konventionellen geschlossenen Gesenkschmiedepresse. Diese Bedingungen arbeiten sehr wirkungsvoll/

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um den Dorn 7a davor zu schützen, seine Festigkeit zu verlieren und seine Standzeit zu vermindern infolge der Hitze, die vom heissen Material 6 übertragen wird. Wie es in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, wird beim Einstoss des Dornes 7ain das Material jeder Winkel und jede Ecke des Hohlraumes 23 aufgefüllt mit dem Material 6. Dies ist auf die enorme Arbeitskraft des Dornes 7a zurückzuführen.

Es ist sehr günstig, dass die Arbeit zum vollständigen Auffüllen des Hohlraumes 23 mit dem Material 6 gleichzeitig beendet ist mit dem Zeitpunkt, in dem die Kurbelwelle 10 den unteren Totpunkt ( UTP) erreicht. Aber es ist von besonderer praktischer Bedeutung, die Arbeitsparameter derart einzustellen, dass die genannte Auffüllarbeit beendet ist, bevor die Kurbelv/elle 10 ihren unteren Totpunkt (UTP) erreicht, wodurch die erwähnte Arbeit zu äusserster Perfektion gebracht wird. Auch kommt der Loch- bzw. Stanz-Preßstempel 7 stellungsrichtig zum Halt, wenn die Auffüllarbeit beendet ist. Jedoch weicht die Stopstellung des Loch- bzw. Stanz- Preßstempels 7 gewöhnlich in einem gewissen Mass ab, das von Unterschieden des spezifischen Gewicht des Materials abhängig ist. Die Abwärtsbewegung des Pumpstempels 2 von seiner Stopstellung irr.. UTP der Kurbelwelle wird in Arbeit umgewandelt, die das Arbeitsöl im Hohlraum zusammenpresst. Dabei ist verglichen mit dem Gesamtvolumen des Arbeitsöles im Hohlraum 8 das komprimierte Volumen des

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Arbeitsöles relativ gering. Dadurch ist das Anstiegsverhältnis des Arbeitsöldruckes verhältnismässig unempfindlich. Beispielsweise wird während des Druckanstieges auf maximal 485 kg /cm² das Arbeitsöl im Hohlraum 8 um einen Abstand komprimiert, der dem Arbeitshub von 11mm zum Durchmesser des Pumpstempels 2 entspricht« Wenn die Abwartsbewegung des Loch-und Stanz- Preßstempels 7 in einem Abstand von 5 mm vor dem normalen UTP beendet wird, erreicht der zusätzliche Druckanstieg anschliessend den nachstehend rechnerisch überschlagenen Wert :

485 kg/cm² χ 5 χ -, 15'' d² \ = 73 kg/cm²

11 - ^k 26 " d ^}

In diesem Falle steigt der Arbeitsöldruck bei einem normalen Arbeitsdruck von 400 kg/cm² auf etwa 473 kg/cm². Der Druckanstieg ist bei diesen Verhältnissen völlig unschädlich für diese Art von Gesenkpressen. Aber im Falle, dass die Ab-

messungen des zu schmiedenden Materiales zu gross sind, oder dass der Arbeitsöldruck einen Wert oberhalb des vorherbestimmten Grenzwertes durch andere unnormale Bedingungen erreicht, tritt das Rückschlagventil 21 selbstverständlich in Tätigkeit, um die gesamte Gesenkschmiedepresse zu schützen, inrdem die überschüssige Menge des unter Druck stehenden Arbeitsöls abgelassen wird.

In Fig. 4 ist der Zustand dargestellt» in dem die Kurbelwelle 10 weitergedreht ist und der Pumpstempel 3 auf seinem

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Weg zum aufsteigenden Arbeitshub ist. In diesem Zustand, wenn die wirksame Querschnittsfläche der Ölleitung 18 für die Aufwärtsbewegung des Loch- bzw. Stanz- Preßstempels derart ausgeführt ist, dass zunächst der Preßstempel 7 mit seinem Aufwärtshub beginnt und relativ zum Preßstempel 3 durch den Öldruck im Rückführungszylinder 15 zurückbewegt wird, wird der Dorn 7a aus dem Material 6 herausgezogen, wohingegen die obere Gesenkform 4 und die untere Gesenkform 5 weiterhin in leichter Berührung miteinander, gehalten werden. Erst anschliessend wird der Preßstempel 3 betätigt, um unter Wirkung des Stoßstempels 17 nach oben bewegt zu werden. Auch in diesem Falle ist es unter Beachtung der oben stehenden Beschreibung der Aufwärtsbewegung des Lochbzw. Stanz- Preßstempels 7 und des Preßstempels 2 leicht zu verstehen, dass die Aufwärtsgeschwindigkeit des Lochbzw. Stoss- Preßstempels7 viel grosser ist als diejenige des Pumpstempels 2.

In einer weiteren, in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Loch- bzw. Stoß- Preßstempeln 24 vorgesehen, die in horizontaler Richtung arbeiten. Die Zylinder 25 der Preßstempel 24 sind mit dem Hohlraum 8 durch Leitungen 26 verbunden. In Bezug auf die Verbindungen für das Arbeitsöl ist diese Konstruktion gleich ausgeführt wie diejenige in Fig. 1. Die weitere Anordnung und Konstruktion dieses Ausführungsbeispie.les entspricht denjenigen

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in Fig. 1. Jede weitere angegebene Bezugszahl entspricht denjenigen in Fig. 1.

Andererseits kann die in Fig. 1 dargestellte Konstruktion leicht derart modifiziert werden, dass ein weiterer Lochbzw. Stanz- Preßstempel derart angeordnet werden kann, dass dieser dem Preßstempel 7 gegenüberliegt, so dass eine solche Gesenkschmiedepresse jeweils Dorne sowohl innerhalb der oberen als auch innerhalb der unteren Gesenkform aufweist.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel sind der_ Pumpenteil und der Pressteil voneinander .getrennte unabhängige Bauteile. Zwei Blöcke von Preß stempeln 3a und 3b und ein Block mit einem 'Loch-bzw. Stanz- Preßstempel 7, der zwischen den beiden Preß stempeln 3a und 3b angeordnet ist, sind mit dem Pumpstempel mittels Rohrleitungen 27,28, 29 und 30 verbunden und stehen mit dem Arbeitsöl· untereinander in Verbindung.Die Anordnung und Konstruktion in den weiteren Teilen entspricht derjenigen in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Die weiteren Bezugszahlen in Fig. 6 sind entsprechend denjenigen in Fig. 5 gewählt. In allen Ausführungsbeispielen stehen der Pumstempel 2 , der Preßstempel 3 und der bzw. die Loch-bzw.Stanz-Preßstempel 7, 7a; 24 in hydraulischer Wirkverbindung miteinander durch dasselbe Arbeitsöl.

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Claims

Patentansprüche

(1.' Hydraulische Gesenkschmiedepresse mit einem durch einen mechanischen Antrieb hin- und herbewegten, Arbeitsöl verdrängenden Pumpstempel und einem vom Arbeitsöl hin- und herbewegten Preßstempel, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer geschlossenen Gesenkschmiedepresse ein Lochbzv7. Stanzstempel (7,7a) vorgesehen ist, der derart angeordnet ist, dass das Arbeitsöl mit dem Preßstempel (3) in Verbindung steht und eine doppelte Wirkung mit dem Preßstempel {3) ausführt ,und daß der Loch - bzw. Stanz-Preßstempel (7,7a) vom Arbeitsöl durch die hin- und hergehende Bewegung des Preßstempels (2) betätigt wird .

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2. Hydraulische Gesenkschmiedepresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Preßstempel (3a,3b) vorgesehen sind.
3. Hydraulische Gesenkschmiedepresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Loch- bzw. Stanzstempel (7,7a) zentrisch im Preßstempel (3) bzw. zentrisch zwischen zwei Preßstempeln (3a,3b) angeordnet ist.
4. Hydraulische Gesenkschmiedepresse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stanz- bzw. Lochstempel vorgesehen sind.
5. Hydraulische Gesenkschmiedepresse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanz- bzw. Lochstempel senkrecht zur Achse des Preßstempeis (3) angeordnet sind.

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