DE2935656C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Gesenkschmiedepresse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist in der Schmiedetechnik bei geschlossenen hydraulischen Gesenkschmiedepressen bekannt, daß ein vollkommen eingeschlossenes metallisches Werkstück in einem Paar von Gesenkformen geschmiedet wird. Dabei wird in einem ersten Schritt ein grobes Vorschmieden ausgeführt, wobei ein Preßstempel oder eine Vielzahl derartiger Preßstempel in die Gesenkformen eingestoßen wird bzw. werden, die vollkommen geschlossen sind oder gerade geschlossen werden. Im Ergebnis wird das metallische Werkstück stark gegen die inneren, komplex geformten Wände der Gesenkformen gepreßt. Es ist bekannt, daß das Gesenkschmieden in einer geschlossenen Gesenkform, verglichen mit einem Schmieden in einer offenen Gesenkform, erhebliche Vorteile hat, wie z. B. die Steigerung der Festigkeit des Materials, die Erreichung einer komplexeren und präziseren Formgebung und die Verminderung der Preßkraft und des Gesamtgewichtes des Werkstückes. Die bekannten geschlossenen Gesenkschmiedepressen haben sich jedoch nicht als sehr wirksam und einfach gezeigt, weder im Ausführungsbeispiel eines Preßstempels noch in der Kombination eines Preßstempels mit einem Druckstempel im ersten Arbeitsschritt, so daß eine extrem komplexe und wenig wirksame geschlossene Gesenkschmiedepresse Verwendung findet.

Es ist aus der DE 28 05 187 A1 eine gattungsgemäße geschlossene hydraulische Gesenkschmiedepresse bekannt, die sowohl die Vorteile einer mechanischen Presse als auch einer hydraulischen Presse in sich vereinigt. Diese hydraulische Gesenkschmiedepresse umfaßt einen Pumpstempel, der in den oberen Teil eines Zylinders eingesetzt ist, einen Druckstempel, der in den unteren Teil des Zylinders eingesetzt ist, und einen mit Arbeitsöl gefüllten Zylinderraum, der zwischen beiden Stempeln angeordnet ist, um die hin- und hergehende Bewegung, die mechanisch durch einen mechanischen Antrieb, z. B. eine rotierende Kurbelwelle, erzeugt wird, zum Druckstempel zu übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschlossene hydraulische Gesenkschmiedepresse der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß diese in der Lage ist, die Gesenkformen mit der erforderlichen Kraft zu öffnen und zu schließen und den Preßstempel sowohl mit hoher Geschwindigkeit als auch mit hoher Präzision in das in den Gesenkformen eingeschlossene Werkstück einzudrücken und aus diesem wieder herauszuziehen, bei welcher ferner kein blattförmiges Material erzeugt wird, das an den Stoßflächen der Gesenkformen herausgepreßt ist, wie z. B. ein Grat, wodurch die Festigkeit des Materials des Werkstückes entsprechend gesteigert wird, und welche ferner geeignet ist, die Eindrückbewegung des Preßstempels automatisch unter Verwendung der Kompres­ sibilität des Arbeitsöles einzustellen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Hierdurch wird eine geschlossene hydraulische Gesenkschmiedepresse geschaffen, die mit einem oder mehreren Preßstempeln versehen ist, deren Preßwirkung verbessert ist und die ferner die Festigkeit des Materials des Werkstückes steigern kann. Durch die Erfindung werden die einleitend beschriebenen Nachteile und Fehler der herkömmlichen geschlossenen hydraulischen Gesenkschmiedepressen vermieden, da das in der hydraulischen Gesenkschmiedepresse vorhandene Arbeitsöl gleichzeitig verwendet wird, um sowohl den Preßstempel für eine Lochung als auch den Druckstempel zum Schließen der Gesenkformen zu bestätigen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind nachstehend aufgelistet:

• 1. Der Preßvorgang kann mit sehr einfachen Mitteln und Arbeitsschritten sehr präzise und mit der erforderlichen Kraft durchgeführt werden.
• 2. An den Stoßflächen der Gesenkformen wird kein Grat des gepreßten Materials des Werkstückes herausgedrückt. Dies trägt dazu bei, die Preßkraft zu vermindern, die für die Betätigung der Presse aufgewendet werden muß und ferner, die Festigkeit des Materials des Werkstückes zu steigern, im Vergleich mit den herkömmlichen Verfahren, bei denen Grate in den Stoßflächen der Gesenkformen erzeugt werden, um den Abfluß überschüssigen Materials zu erzielen.
• 3. Da die Einstellbewegung des Preßstempels automatisch unter Verwendung der Kompressibilität des Arbeitsöles durchgeführt wird, sind der Einstellmechanismus und das Einstellverfahren sehr einfach ausgebildet bzw. sicher durchzuführen.
• 4. Da die Geschwindigkeit zum Ein- und Ausfahren des Preßstempels schneller eingestellt werden kann als die Geschwindigkeit des Druckstempels, ist es möglich, die Schmiedekräfte zu verringern und die Einwirkzeit durch Verkürzung der Arbeitszeit unter Wärme zu erhöhen.
• 5. Die geschlossene hydraulische Gesenkschmiedepresse kann sowohl zum Kaltschmieden als auch zum Warmschmieden verwendet werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele von geschlossenen hydraulischen Gesenkschmiedepressen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einem schematisch dargestellten Vertikalschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel,

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

Fig. 5 und 6 das zweite bzw. dritte Ausführungs­ beispiel.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein Pressenzylinder 1 einer Gesenkschmiedepresse dargestellt, welcher einen Pumpenstempel 2, einen Druckstempel 3 und ein Paar von segmentförmigen Gesenkformen einschließt, die aus einer oberen Gesenkform 4 und einer unteren Gesenkform 5 bestehen.

Dabei sind die Durchmesser des Pumpstempels 2 und des Druckstempels 3 gleich groß. In Fig. 1 ist das Profil eines metallischen Werkstückes 6 vor dem Schmieden dargestellt. Das Profil im Zustand nach dem Schmieden ist in den Fig. 3 und 4. gezeigt. Ein Preßstempel 7 mit einem Preßdorn 7 a am Ende ist innerhalb des Druckstempels 3 gehalten und geführt. Der Preßstempel 7 ist derart ausgebildet, daß dieser durch die obere Gesenkform 4 entlang der Achse des Pressenzylinders 1 hin- und herbewegbar ist. Eine um die Achse 11 rotierende Kurbelwelle 10 erzeugt die Hin- und Herbewegung des Pumpstempels 2 entlang der Achse des Pressenzylinders 1 mittels eines Pleuels 12 als mechanischer Antrieb. Ein Regulierventil 13 wird von einem Umschaltventil 14 gesteuert, um das Arbeitsöl zwischen einem Zylinderraum 8 innerhalb des Pressenzylinders 1 und einem Reservoir 9 zirkulieren zu lassen und um einen Öldruck im Zylinderraum während eines Preßvorganges aufrechtzuerhalten.

Sowohl der Druckstempel 3 als auch der Preßstempel 7 werden vom gleichen Arbeitsöl im Zylinderraum 8 betätigt, denn beide Stempel 3, 7 stehen gemeinsam mit dem Arbeitsöl in Verbindung. In Rückbewegungszylindern 15 wirkt ein von einer mittels eines Motors 19 angetriebenen Pumpe 16 erzeugter Öldruck auf Aufwärtsstößel 17, um den Druckstempel 3 und auch den Preßstempel 7 zurückzubewegen. Ein Druckspeicher 20 und ein Rückschlagventil 21 sind in der Ausgangsleitung der Pumpe 16 angeordnet. Das Rückschlagventil 21 steuert den maximalen Öldruck im Zylinderraum 8. Für den Druckstempel 3 ist ein oberer Wegbegrenzer 22 vorgesehen, dessen obere Begrenzungsposition den Erfordernissen entsprechend leicht eingestellt werden kann. Die Bauart dieses Wegbegrenzers 22 ist in der DE 28 05 187 A1 beschrieben. Der Abstand zwischen der oberen Gesenkform 4 und der unteren Gesenkform 5, d. h. der Arbeitshub S₁ des Druckstempels 3 von seiner geöffneten Stellung zu seiner geschlossenen Stellung, wird durch diesen oberen Wegbegrenzer 22 eingestellt. Dabei werden der Arbeitshub des Preßstempels 7 nach dem Schließen der beiden Gesenkformen 4, 5 und die Kompressibilität des Arbeitsöles berücksichtigt.

Es wird nachstehend das Schmiedeverfahren für das Werkstück 6 bei der Durchführung einer Pressung in der geschlossenen hydraulischen Gesenkschmiedepresse beschrieben.

Das Verfahren des Gesenkschmiedens wird in der Reihen folge der Arbeitsvorgänge anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert. Die Fig. 1 zeigt die Ausgangsstellung vor dem Pressen, bei welcher das unbehandelte blockförmige Werkstück 6 in der unteren Gesenkform 5 befindlich ist. Die Fig. 2 zeigt die Stellung, in welcher der Hohlraum 23 zwischen den Gesenkformen 4, 5 vollständig geschlossen ist, sobald die obere Gesenkform 4 um den Arbeitshub S₁ nach unten auf die untere Gesenkform 5 bewegt ist. Dies erfolgt durch den Druckstempel 3 als Ergebnis der Rotationsbewegung der Kurbelwelle 10 in Uhrzeigerrichtung, ausgehend von der Stellung gemäß Fig. 1, wobei das Werkstück 6 einer ersten plastischen Derformation unterworfen ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Fig. 3 zeigt den Zustand, bei welchem die Kurbelwelle 10 weitergedreht worden und in den unteren Totpunkt (UTP) gelangt ist. In Fig. 2 ist der Druckstempel 3 schon in seiner Endlage des abwärts gerichteten Arbeitshubes angekommen. Während der Zeitdauer vom Zustand in Fig. 2 zum Zustand in Fig. 3 wird der Arbeitshub des Preßstempels 7 ausgeführt.

Für den notwendigen Pumpstempelarbeitshub S₂ gegenüber dem Preßstempelarbeitshub S′₂ besteht folgende Beziehung:

Dabei bedeuten A₁ den Querschnitt des Pumpstempels 2 und A₂ den Querschnitt des Preßstempels 7.

Demzufolge ist die nach unten gerichtete Geschwindigkeit des Preßstempels 7 viel größer als die des Druckstempels 3, insbesondere gegenüber der Geschwindigkeit V₁ des Druckstempels 3 im Zeitpunkt des Schließens der Gesenkformen 4, 5. Die Einstoßgeschwindigkeit V₂ unmittelbar nach diesem Zeitpunkt hat folgende Gleichung:

Diese Geschwindigkeit V₂ ist im Vergleich mit derjenigen einer konventionellen geschlossenen Gesenkschmiedepresse sehr viel größer. Diese Bedingungen sind sehr wirkungsvoll, um den Preßdorn 7 a davor zu schützen, seine Festigkeit zu verlieren und seine Standzeit infolge der Hitze zu vermindern, die vom heißen Werkstück 6 übertragen wird. Wie es in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, werden beim Einstoßen des Preßdornes 7 a in das Werkstück 6 jeder Winkel und jede Ecke des Hohlraumes 23 mit dem Material des Werkstückes 6 ausgefüllt. Dies ist auf die enorme Arbeitskraft des Preßdornes 7 a zurückzu­ führen.

Es ist sehr günstig, wenn das vollständige Ausfüllen des Hohlraumes 23 mit dem Material des Werkstückes 6 gleichzeitig mit dem Zeitpunkt beendet ist, in dem die Kurbelwelle 10 den unteren Totpunkt (UTP) erreicht. Es ist auch von besonderer praktischer Bedeutung, die Arbeitsparameter derart einzustellen, daß die genannte Ausfüllarbeit beendet ist, bevor die Kurbelwelle 10 ihren unteren Totpunkt (UTP) erreicht hat, wodurch die Ausfüllarbeit und damit das Gesenkschmieden zu äußerster Perfektion gebracht werden. Auch kommt der Preßstempel 7 stellungsrichtig zum Halten, wenn die Ausfüllarbeit beendet ist. Jedoch weicht die Stopstellung des Preßstempels 7 gewöhnlich in einem gewissen Maß ab, das von Unterschieden des spezifischen Gewichtes des Materiales des Werkstückes 6 abhängig ist. Die Abwärtsbewegung des Pumpstempels 7 von seiner Stopstellung im UTP der Kurbelwelle 10 wird in Arbeit umgewandelt, die das Arbeitsöl im Zylinderraum 8 zusammenpreßt. Dabei ist das komprimierte Volumen des Arbeitsöles, verglichen mit dem Gesamtvolumen des Arbeitsöles im Zylinderraum 8, relativ gering. Dadurch ist das Anstiegsverhältnis des Arbeitsöldruckes verhältmäßig unempfindlich.

In Fig. 4 ist der Zustand dargestellt, in dem die Kurbelwelle 10 weitergedreht ist und der Druckstempel 3 auf seinem Weg zum Aufwärtshub ist. In diesem Zustand, wenn die wirksame Querschnittsfläche der Ölleitung 18 für die Aufwärtsbewegung des Preßstempels 7 derart ist, daß zunächst der Preßstempel 7 mit seinem Aufwärtshub beginnt und relativ zum Druckstempel 3 durch den Öldruck im Rückführungszylinder 15 zurückbewegt wird, wird der Preßdorn 7 a aus dem Werkstück 6 herausgezogen, wohingegen die obere Gesenkform 4 und die untere Gesenkform 5 weiterhin in leichter Berührung miteinander gehalten werden. Erst anschließend wird der Druckstempel 3 betätigt, um unter Wirkung des Stoßstempels 17 nach oben bewegt zu werden. Auch in diesem Fall ist es unter Beachtung der obenstehenden Beschreibung der Aufwärtsbewegung des Preßstempels 7 und des Pumpstempels 2 leicht zu verstehen, daß die Aufwärtsgeschwindigkeit des Preßstempels 7 viel größer ist als diejenige des Pumpstempels 2.

In einer weiteren, in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Preßstempeln 24 vorgesehen, die in horizontaler Richtung arbeiten. Die Zylinder 25 der Preßstempel 24 sind mit dem Zylinderraum 8 durch Leitungen 26 verbunden. In Bezug auf die Verbindungen für das Arbeitsöl ist diese Konstruktion gleich ausgeführt wie die in Fig. 1 dargestellte. Die weitere Anordnung und Konstruktion dieses Ausführungsbeispieles entspricht der in Fig. 1 dargestellten. Jede weitere angegebene Bezugszahl entspricht derjenigen aus Fig. 1.

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

Bei dem in Fig. 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel sind der Pumpenteil und der Pressenteil voneinander getrennte unabhängige Bauteile. Zwei Blöcke von Druckstempeln 3 a und 3 b und ein Block mit einem Preßstempel 7, der zwischen den beiden Druckstempeln 3 a, 3 b angeordnet ist, sind mit dem Pumpstempel 2 mittels Rohrleitungen 27 bis 30 verbunden und stehen mit dem Arbeitsöl untereinander in Verbindung. Die Anordnung der Konstruktion der weiteren Bauteile entspricht der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Die weiteren Bezugszahlen in Fig. 6 sind entsprechend den Bezugszahlen in Fig. 5 gewählt.

In allen Ausführungsbeispielen stehen der Pumpstempel 2, der Druckstempel 3 und der bzw. die Preßstempel 7, 7 a, 24 in hydraulischer Wirkverbindung miteinander durch dasselbe Arbeitsöl.

Claims (5)

1. Hydraulische Gesenkschmiedepresse mit einem durch einen mechanischen Antrieb hin- und herbewegten Pumpstempel, in dessen Zylinderraum sich Hydrauliköl befindet, welches auf einen Druckstempel wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Druckstempels (3) für das Schließen eines geschlossenen Gesenkes ein Zylinderraum mit einem Preßstempel (7, 7 a) für die Verformung des Werkstückes (6) vorgesehen ist, welcher Zylinderraum zum Zylinderraum (8) des Pumpstempels (2) hin offen ist, so daß der Preßstempel (7, 7 a) ebenfalls vom Hydrauliköl des Pumpstempels (2) beaufschlagt ist.

2. Hydraulische Gesenkschmiedepresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Druckstempel (3 a, 3 b) vorgesehen sind.

3. Hydraulische Gesenkschmiedepresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (7, 7 a) zentrisch im Druckstempel (3) bzw. zentrisch zwischen zwei Druckstempeln (3 a, 3 b) angeordnet ist.

4. Hydraulische Gesenkschmiedepresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Preßstempel (24) vorgesehen sind.

5. Hydraulische Gesenkschmiedepresse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßstempel (24) senkrecht zur Achse des Druckstempels (3) angeordnet sind.