DE3101123A1

DE3101123A1 - Verfahren und einrichtung zum verformen eines metallstabes in ein tulpenfoermiges teil durch fliesspressen in einer geschlossenen kammer

Info

Publication number: DE3101123A1
Application number: DE19813101123
Authority: DE
Inventors: Koshimaru Machida Hajime; Ishii Tokyo Shoju
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1981-01-15
Publication date: 1981-11-19
Also published as: FR2474908B1; JPS56102334A; US4342213A; CA1150670A; GB2067445B; AU6607481A; FR2474908A1; AU524297B2; GB2067445A; DE3101123C2; JPS5812089B2

Description

Beschreibung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallteils, das drei blumenblattähnliche Arme aufweist, die sich vom einen Ende eines massiven Zylinders aus erstrecken, wie etwa ein tulpenförmiges Bestandteil eines mit drei Schlitzen versehen homokinetischen Gelenks bzw. eines Kardangelenks mit konstanter Geschwindigkeit in einer Kraftfahrzeugsantriebswelle, und zwar durch Fließpressen in einer geschlossenen Kammer aus einem zylindrischen Stab; ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Fließpreßverfahrens in einer geschlossenen Kammer.

Bei homokinetischen Gelenken mit drei Schlitzen für Kraftfahrzeugantriebswellen, welche hauptsächlich bei Fahrzeugen mit Frontmotor und Frontantrieb verwendet werden, ist ein wesentliches Bestandteil, welches als eine Art Tragestück dient, ein tulpenförmiges Teil, welches blumenblattartige VorSprünge oder Arme aufweist, die sich vom einen Ende eines massiven Zylinders in eine in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen getroffenen Anordnung erstrecken. In einem Wurzelabschnitt erstrecken sich die drei Arme schräg nach außen bezüglich der Mittelachse des massiven Zylinders, aber im verbleibenden Abschnitt erstrecken sie sich parallel zur Mittelachse des Zylinders. Der sich axial erstreckende Abschnitt eines jeden Armes weist die Form eines Teiles einer zylindrischen Wand auf und ist in der Breite größer als der Wurzelabschnitt. Das Material dieses tulpenförmigen Teils ist Stahl mit hoher Zugfestigkeit, wie etwa Chrom-Molybdän-Stahl. Wegen der komplizierten Gesamtausbildung und des Unterschieds in der Breite und somit auch der Schnittfläche zwischen dem Wurzelabschnitt und dem sich axial erstreckenden Abschnitt eines jeden Armes kann dieses tulpenförmige Teil kaum durch irgendein herkömmliches Schmiedeverfahren hergestellt werden.

Üblicherweise wird das tulpenförmige Teil dadurch hergestellt, daß man zuerst eine Metallplatte in einen glockenförmigen Rohling durch Heißschmieden verformt, und dann die drei axial

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länglichen Schlitze in die zylindrische Wand des glockenförmigen Werkstücks mit in ümfangsrichtung gleichen Abständen mittels eines Fräsers einschneidet, wie es beispielsweise in US-PS 3 805 653 geoffenbart ist. Dieses Verfahren ist allerdings zeitraubend und leidet unter beträchtlichem Materialverlust.

JA-OS 54(1979) - 81150 schlägt vor, das tulpenförmige Teil durch die Verfahrensschritte herzustellen, anfangs drei Axialnuten am Umfang eines zylindrischen Materials mittels einer Fließpreßmaschine zu formen, die mit Gesenkeinsätzen zur Nutbildung ausgestattet ist, dann die Innenseite des mit Nuten versehenen Zylinders spanend zu bearbeiten, um ein grob tulpenförmiges Teil zu erlangen, und schließlich die Außenflächen und Spitzenabschnitte der drei Arme spanend zu überarbeiten. Dieses Verfahren macht viele spanende Bearbeitungsschritte erforderlich, zusammen mit einem beträchtlichen Materialverlust, und es kann kaum erwartet werden, daß es bei der Produktivität eine merkliche Verbesserung liefert. Außerdem sind die wiederholten, spanenden Bearbeitungsvorgänge möglicherweise nachteilig auf die physische Festigkeit des Endprodukts.

GB-PS 1 474 876 schlägt vor, das tulpenförmige Teil durch einen mehrstufigen Gesenkschmiedevorgang herzustellen, welcher unterschiedlich ausgebildete Gesenke in den jeweiligen Verfahrensstufen verwendet, was dann durch einen verhältnismäßig einfachen, spanenden Nachbearbeitungsschritt ergänzt wird. Obwohl der Materialverlust verringert ist, ist bei dieser Vorgehensweise doch die Produktionsrate noch recht gering.

Es wurde mittlerweise auch vorgeschlagen, Metallteile mit ziemlich komplizierten Formen durch eine Art Gesenkschmiedeverfahren zu formen,wobei ein Abschnitt eines zylindrischen Materials in eine geschlossene Kammer mit länglicher Form durch Fließen eingepreßt wird, die durch eine Gruppe aus zwei Gesenkblöcken begrenzt ist, beispielsweise in JA-GM-Anmeldung Nr. 43(1968) - 30038. Allerdings herrscht die

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Meinung vor, daß es recht schwierig ist, das oben beschriebene, tulpenförmige Teil durch diese Schmiede-Fließpreß-Methode herzustellen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines tulpenförmigen Metallteils zu finden, welches drei blumenblattähnliche Arme aufweist, die in Umfangsrichtung angeordnet sind und regelmäßige Winkelabstände aufweisen, wie etwa das Gabelstück für ein dreigeschlitztes, homokinetisches Gelenk, aus einem massiven Metallmaterialstab durch eine Fließpreßtechnik mit geschlossener Kammer , wobei" dieses Verfahren einfach einstufig fertiggestellt wird und ein genau geformtes und "lupenreines" Erzeugnis mit praktisch keinem Materialverlust liefern kann. Genauer gesagt, die drei Arme des durch dieses Verfahren hergestellten Metallteils erstrecken sich vom einen Ende eines massiven Zylinders schräg nach außen bezüglich der Längsachse des massiven Zylinders in ihrem Wurzelabschnitt sowie parallel zur Längsachse in dem verbleibenden Bereich.

Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, eine Einrichtung zur Durchführung eines Fließpreßverfahrens gemäß der Erfindung in einer geschlossenen Kammer zu finden.

Ein Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung benutzt zwei einander gegenüberliegend in Eingriff stehende und fest zusammengespannte Gesenke. Ein massiver, zylindrischer Stab aus schmiedefähigem Metallmaterial wird in ein Führungsloch eingeführt, welches im ersten Gesenk ausgebildet ist, um es dem Stab zu gestatten, in Längsrichtung in einen mittigen Raum vorzuspringen, welcher in den in Eingriff stehenden Gesenken begrenzt ist, bis ein Ende des Stabes gegen eine Vertiefung bzw. Einprägung aufläuft, die an der Oberfläche des zweiten Gesenkes ausgebildet ist. Dann wird eine Druckkraft auf den Stab vom anderen Ende hiervon aus durch Verwendung eines Stempels ausgeübt, der in das Führungsloch eingeführt ist, um den Stab axial gegen die Einprägung anzudrücken, um hierbei

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den Stab zu veranlassen, sich allmählich und kontinuierlich in drei Zweigabschnitte aufzuspalten, welche sich schräg bezüglich der Stabachse nach außen erstrecken und in Umfangsrichtung mit gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Die Ausübung der axialen Druckkraft auf den teilweise gespaltenen Stab wird forcgesetzt, um hierbei die drei Zweigabschnitte jeweils durch Fließpressen in die drei Kammern einzupressen, welche in dem zweiten Gesenk in einer Umfangsanordnung mit gleichen Winkelabständen gebildet sind und welche gemeinsam in den mittigen Raum münden. Jede dieser drei Kammern erstreckt sich parallel zur Längsachse des oben erwähnten Führungsloches, und dementsprechend auch zur Preßrichtung des Metallmaterialstabes, und sie stimmt in der Querschnittsform mit dem sich axial erstreckenden Abschnitt eines jeden Armes des tulpenförmigen Metallteils überein, das herzustellen ist. In die drei Arme ist von dem nicht in Eingriff stehenden Ende des zweiten Gesenkes ausgehend ein Gegenstempel eingeführt, der drei längliche Schenkelabschnxtte aufweist, welche in Umfangsrichtung angeordnet sind, gleiche Winkelabstände aufweisen und derartig geformt sind, daß sie verschieblich jeweils in die drei Kammern passen. Der eingeführte Gegenstempel wird in einer bestimmten Lage gehalten, wobei ein Gegendruck hierauf ausgeübt wird, währen die Ausübung der axialen Druckkraft auf den teilweise gespaltenen Stab weiter fortgesetzt wird, bis das gespaltene und verformte Metall vollständig den mittigen Raum und die drei Kammern in den in Eingriff stehenden Gesenken ausfüllt und in Berührung mit den eingeführten Enden der jeweiligen Schenkelabschnitte des Gegengesenks gelangt. Nachfolgend wird die Ausübung der axialen Druckkraft auf den teilweise gespaltenen Stab noch weiter fortgeführt, mit fortgesetzter Ausübung eines Gegendrucks auf den Gegenstempel, um weiter das Metallmaterial in drei Kammern fließen zu lassen und den Gegenstempel zu zwingen, sich allgemein von der bestimmten Lage gegen die Wirkung des Gegendrucks zurückzuziehen, bis das Metallmaterial, das in die drei Kammern in einer Richtung parallel zur Druckkraft eingeflossen ist, eine bestimmte Länge erreicht.

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Dieses Verfahren umfaßt mehrere Schritte, wie es oben erklärt wurde, aber tatsächlich werden alle Schritte kontinuierlich und beinahe gleichzeitig durchgeführt und können in einer sehr kurzen Zeit, wie etwa 10 Sekunden, durchgeführt werden, ohne daß es erforderlich ist, die beiden Gesenke zu teilen oder die Stempel zu ändern, bevor das geformte Metallteil entnommen wird. Deshalb ist diese Vorgehensweise ein echtes einstufiges Verfahren, welches die Industrieproduktion tulpenförmiger Metallteile mit einer merklich erhöhten Produktionsrate gestattet. Ferner liefert diese Vorgehensweise eine große Verringerung der Materialkosten, denn diese Vorgehensweise umfaßt keinerlei Frästätigkeit oder eine andere Art spanabhebender Tätigkeit, und es ist deshalb nicht notwendig, daß man das Ausgangsmaterial mit Bearbeitungszugabe versieht. Außerdem ist es möglich, die tulpenförmigen Metallteile mit hinlänglich großer Genauigkeit selbst dann herzustellen, wenn die Arme der tulpenförmigen Metallteile ein beträchtlich großes Stauchverhältnis aufweisen (das Verhältnis der Querschnittsfläche im Gabelabschnitt zu jenem im Wurzelabschnitt), so daß nur wenig Erfordernis besteht, die fließgepreßten Teile noch einer Feinbearbeitungstätigkeit zu unterziehen.

Im wesentlichen ist die erfindungsgemäße Einrichtung zum Fließpressen in einer geschlossenen Kammer eine Kombination aus dem ersten und zweiten Gesenk sowie dem Gegenstempel, welche in der obigen Erläuterung des Herstellungsverfahrens erwähnt wurden. Die Preßmaschine und der Stempel zum Einpressen des stabförmigen Materials gehören herkömmlichen Typen an. Die meist bevorzugten Ausbildungen der jeweiligen Elemente der Einrichtung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren in der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist: Fig. 1 eine Perspektivansicht eines tulpenförmigen Teils eines mit drei Schlitzen versehenen, homokinetischen Gesenks, wobei dieses Teil durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist,
Fig. 2 und 3 jeweils eine Darstellung des tulpenförmigen Teils der Fig. 1 in einer Draufsicht bzw. einer Seitenansicht, ■ . _

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Fig. 4 die Ansicht eines Schnitts, der längs der Linie IV-IV in Fig. 2 vorgenommen wurde,

Fig. 5 die Ansicht eines Längsschnitts durch eine erfindungsgemäße Fließpreßeinrichtung mit geschlossener Kammer,

Fig. 6 und 7 jeweils eine Perspektivansicht des oberen bzw. unteren Gesenks, die in der Einrichtung der Fig. 5 enthalten sind,

Fig. 8 eine Darstellung der inneren Ausbildung des oberen Gesenks der Fig. 7, in Perspektivansicht,

Fig. 9 eine Perspektivansicht eines Stempels zur Verwendung im Zusammenhang mit dem unteren Gesenk der Fig. 6,

Fig.10 eine Perspektivansicht eines Gegenstempels zur Verwendung im Zusammenhang mit dem oberen Gesenk der Fig. 7,

Fig.1iA bis 11C jeweils die Darstellung des Prozesses der Verformung eines zylindrischen Stabes in das tulpenförmige Teil in Fig. 1, und zwar durch das erfindungsgemäße Verfahren und unter Verwendung der Einrichtung der Fig. 5,

Fig.12A bis 12F die Darstellung des Prozesses der Verformung eines zylindrischen Stabes in das tulpenförmige Teil der Fig. 1 während eines Zyklus' einer Fließpreßtätigkeit mit geschlossener Kammer gemäß der Erfindung,

Fig.13 die Ansicht eines Schnitts durch ein tulpenförmiges Teil, welches dem Teil der Fig. 1 ähnelt, aber durch ein Verfahren hergestellt wurde, das nicht im Einklang mit der Erfindung steht,

Fig.14 eine Perspektivansicht eines blumenblattähnlichen Arms des tulpenförmigen Teils in Fig. 13,

Fig.15 eine Querschnittsansicht durch das tulpenförmige Teil der Fig. 1,

Fig.16 eine Perspektivansicht eines Armes des Teiles der Fig. 1,

Fig.17 eine Darstellung des Metallflusses in einen Armabschnitt des tulpenförmigen Teils der Fig. 1, und

Fig.18 eine Darstellung des Metallflusses in einem Armabschnitt eines tulpenförmigen Teils, welcher sich in der Formgebung geringfügig von dem Teil der Fig. 1 unterscheidet.

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Fig. 1 bis 4 zeigt ein tulpenförmiges Teil als Bestandteil eines mit drei Schlitzen versehenen, homokinetischen Gelenks für eine Kraftfahrzeugantriebswelle. Gegenwärtig ist dies das wichtigste Beispiel tulpenförmiger Metallteile, welches durch ein Fließpreßverfahren mit geschlossener Kammer gemäß der Erfindung hergestellt werden kann.

Das dargestellte, tulpenförmige Teil weist einen Wellenabschnitt 10 in Form eines massiven Zylinders auf, der verhältnismäßig klein im Durchmesser ist, sowie einen Gabelabschnitt 12, der drei blumenblattähnliche Arme 20 aufweist, welche sich allgemein vom oberen Ende des Wellenabschnitts 10 aus nach oben erstrecken. Die drei Arme 2 0 weisen einen Umfangsabstand mit gleichen Winkelabständen von 120° auf. Im Wurzelabschnitt erstreckt sich jeder Arm 20 schräg nach außen bezüglich der Längsachse.Z des Wellenabschnitts 10, und zwar derart, daß sie an der Außenseite eine nach oben divergierende, konische Fläche 21 aufweisen. Der verbleibende Abschnitt eines jeden Armes 20 erstreckt sich nach oben parallel der Achse Z und nimmt die Form eines Teils eines (angenommenen) Hohlzylinders an, der koaxial zum Wellenabschnitt 10 verläuft. Dementsprechend weist jeder Arm 20 eine zylindrische Außenoberfläche 22 auf, die im Radius viel größer ist als der Wellenabschnitt 10, sowie eine zylindrische Innenfläche 24, welche ebenfalls im Radiums größer ist als der Wellenabschnitt 10. In den Umfangsrichtungen ist jeder Arm 20 durch zwei flache Flächen 24 und 25 begrenzt, die jeweils parallel zur Achse Z stehen, so daß die einander gegenüberliegenden Seitenflächen 24 und 25 zweier nebeneinanderliegender Arme 20 zueinander parallel verlaufen. Im konischen Wurzelabschnitt der Arme 20 sind die beiden Seitenflächen 24 und 25 durch eine geschwungene Oberfläche 26 miteinander verbunden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird die horizontale Breite eines jeden Arms 20 in dem sich schräg erstreckenden Wurzelabschnitt kleiner. Da die drei Arme 20 alle in Form und Abmessung identisch sind, und symmetrisch bezüglich der Mittelachse Z angeordnet sind, kann das tulpenförmige Teil angesehen werden, als habe es drei identische, vertikale Schlitze 29,

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- 13 welche in eine gedachte zylindrische Wand eingeschnitten sind.

Das obere Ende eines jeden Armes 20 ist eine flache Oberfläche 27, welche senkrecht die flachen Seitenflächen 24, 25 und die zylindrische Innenfläche 23 schneidet. Die zylindrische Außenfläche 22 eines jeden Armes 20 erstreckt sich nicht bis zur oberen Endfläche 27, sondern eine nach oben konvergierende, konische Fläche 28 liegt zwischen der zylindrischen Außenfläche 22 und der horizontalen oberen Endfläche 27, so daß die Gabelabschnitte 12 dieses tulpenförmigen Teils längs der in Umfangsrichtung verlaufenden spitzen Kanten an der Außenseite geschrägt zu sein scheinen.

Fig. 5 zeigt eine Extrusionseinrichtung mit geschlossener Kammer gemäß der Erfindung. Das Hauptteil dieser Einrichtung besteht aus einem ersten oder unteren Gesenk 30, einem zweiten oder oberen Gesenk 4 0, einem Stempel 60 und einem Gegenstempel 70. Die Einzelheiten dieser Elemente 30, 40, 60 und 70 zur Herstellung des tulpenförmigen Teils der Fig. 1 werden später beschrieben. Das untere Gesenk 30 ist allgemein zylindrisch und ist in einen Schrumpfring 32 eingeschrumpft, welcher fest an einer Aufspannplatte 54 einer Schmiedepreßmaschxne (nicht dargestellt) angebracht ist. Das obere Gesenk 40 ist in einen Schrumpfring 4 2 eingeschrumpft, welcher an der oberen Aufspannplatte 56 befestigt ist, welche an einem Hauptbär (nicht gezeigt) der Preßmaschine angesetzt ist, und zwar derart, daß die zwei Gelenke 3 0 und 4 0 eine gemeinsame vertikale Achse L aufweisen. In der Mitte des unteren Gesenkes 30 liegt ein zylindrisches Führungsloch 3 3 vor, in welches der Stempel 60 von der Unterseite des Gesenks 30 aus eingesetzt werden kann. Das obere Gesenk 40 ist mit drei vertikalen öffnungen ausgebildet (wie in Fig. 7 und 8 gezeigt), und drei Schenkel 74 (die in Fig. 10 gezeigt sind) des Gegenstempels 70 können verschieblich von oben nach unten in die drei öffnungen eingesetzt werden. Wenn die beiden Gesenke 30 und 40 koaxial durch Verwendung der Ausnehmungen 35 im unteren Gesenk 30 und dazu passender Vorsprünge 48 im oberen Gesenk 4 0 in Eingriff gebracht

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sind, dann ist eine Gesenkhöhlung 50 gebildet, in welche gemeinsam das Führungsloch 33 des unteren Gesenks 30 und die oben erwähnten öffnungen im oberen Gesenk 4 0 einmünden. Mit P ist die Teilebene zwischen den in Eingriff stehenden beiden Gesenken 30 und 40 bezeichnet. Die Preßmaschine weist einen Nebenbär (nicht gezeigt) auf, um einen Schub auf den Stempel 60 aufzubringen, sowie einen anderen Nebenbär (nicht gezeigt) , um eine Gegenbelastung oder einen Gegendruck auf den Gegenstempel 70 aufzubringen. Der Stempel 60 und der Gegenstempel 70 sind mit den jeweiligen Nebenbären durch eine Schubstange (nicht gezeigt) verbunden und können einzeln bewegt werden. Mit 58 ist eine Druckfeder bezeichnet, um das Zurückführen des Gegenstempels 70 zu unterstützen, wenn diese in das obere Gesenk 40 eingeführt ist.

Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen; das zylindrische Führungsloch 33 im unteren Gesenk 3 0 divergiert in seinem oberen Endabschnitt derart, daß es eine kegelstumpfförmige Ausnehmung 35 in der Mitte einer flachen und kreisförmigen oberen Endfläche 34 dieses Gesenks 30 bildet. Demzufolge wird die ursprünglich kreisförmige obere Endfläche 34 eine Kreisringfläche. Ferner sind drei radiale Nuten 36 in der Kreisringfläche 34 unter gleichen Winkelabständen ausgebildet. An der radial äußeren Seite enden diese Nuten 36 an einem Umfang 37, dessen Durchmesser mit dem größten äußeren Durchmesser des Gabelabschnitts des tulpenförmigen, herzustellenden Teils übereinstimmt. Die Nuten 36 erstrecken sich radial nach innen, um teilweise die kegelstumpfförmige Wandfläche der Ausnehmung 3 5 auszuschneiden. In einem Vertikalschnitt quer zur Längsachse einer jeden Nut 34 ist jede Nut in einem oberen Bereich rechteckig und in einem unteren Bereich halbkreisförmig.

Es wird nun auf die Figuren 7 und 8 Bezug genommen,- das obere Gesenk 40 weist einen massiven Zylinder 43 auf, der sich vertikal in der Mitte dieses zylindrischen Gesenks derart erstreckt, daß er einen im Querschnitt kreisförmigen Raum rund um diesen mittigen Zylinder 43 freiläßt. Die untere Endflä-

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ehe 4 5 dieses massiven Zylinders 4 3 kann mit der kreisringförmigen, unteren Endfläche 44 des Gesenks 40 fluchten, liegt aber bevorzugt ein wenig unterhalb der Ringfläche 44. Der Durchmesser des massiven Zylinders 43 bestimmt den Durchmesser der zylindrischen Innenfläche 23 des tulpenförmigen Teils der Fig. 1, während der Außendurchmesser des ringförmigen Raums den Durchmesser der äußeren zylindrischen Fläche 22 des tulpenförmigen Teils bestimmt und mit dem Durchmesser des Umfangs 37 im unteren Gesenk 3 0 übereinstimmt. Ferner erstrecken sich drei Wände 4 6 radial von der Umfangsflache des massiven Zylinders 43 in gleichen Winkelabständen derart, daß der Raum rund um den Zylinder 43 in drei im Querschnitt sektorartige Kammern 4 9 unterteilt ist. Jede dieser radialen Wände 46 weist zwei vertikale und parallele Flächen 47 auf. Die drei Wände 46 dringen vom unteren Ende des oberen Gesenks 40 vor, und ein unterer, äußerster Abschnitt 48 einer jeden Wand 46 weist die Form eines nach unten konvexen Halbzylinders auf. Das obere Gesenk 40 greift voll in das untere Gesenk 30 ein, wenn die unteren, vorspringenden Endabschnitte 48 der drei Wände jeweils in die drei Nuten 3 6 im unteren Gesenk 3 0 passen, bis die untere Endfläche 44 des oberen Gesenks in enge Berührung mit der oberen Endfläche 34 des unteren Gesenks 30 gelangt. Die Dicke einer jeden radialen Wand 46, die durch den Abstand zwischen den beiden parallelen Flächen 4 7 einer jeden Wand 46 vorgegeben ist, bestimmt die horizontale Breite eines jeden schlitzartigen Spalts 29 des tulpenförmigen Teils. Die untere Endfläche 45 des mittigen Zylinders 43 ist mit einer geeigneten Vertiefung bzw. Einprägung versehen, um das Aufspalten eines zylindrischen Metallstabes, der in das Führungsloch 33 im unteren Gesenk 30 eingesetzt und axial gegen diese Endfläche 45 angedrückt wird, in drei identische und mit gleichem Winkelabstand angeordnete Zweigabschnitte zu verursachen. Die radial inneren Seiten der halbzylindrischen Abschnitte 48 der radialen Wände 4 6 sind mit den Vertiefungen des mittigen Endes 4 5 durch gekrümmte Flächen verbunden.

Wie in Fig. 9 gezeigt, ist der Stempel 60 hauptsächlich ein einfacher, massiver Zylinder 64, dor verschieblich in das

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zylindrische Führungsloch 33 im unteren Gesenk 30 paßt. Am einen Ende weist der Stempel 60 einen Flansch 62 auf, mit welchem die oben erwähnte Schubstange der Preßmaschine in Berührung gelangt.

Fig. 10 zeigt die Einzelheiten des Gegenstempels 70. Das obere Ende des Gegenstempels 70 ist als Flansch 72 derart geformt, daß er mit einer Schubstange der Preßmaschine in Berührung gelangt, und drei Schenkel 74 erstrecken sich vont Flansch 72 vertikal nach unten. Diese Schenkel 74 sind in Umfangsrichtung angeordnet und weisen gleiche Abstände von 120° zueinander auf, in Übereinstimmung mit den drei Kammern 4 9 des oberen Gesenks 40. Die Abmessungen und die Querschnittsform der Schenkel 74 sind derart, daß die drei Schenkel 74 jeweils in die drei Kammern 4 9 passen. An der radial inneren Seite ist das untere Ende eines jeden Schenkels 74 derart abgeschrägt, daß sie eine kegelstumpfförmige Fläche 7 5 aufweist, um die kegelstumpfförmige Fläche 28 an jedem Arm 20 des tulpenförmigen Metallteils der Fig. 1 zu formen. Der Gegenstempel 70 ist derart ausgebildet, daß er eine Länge aufweist, die zum Ausstoßen des geformten Metallteils aus dem aus dem Eingriff gelösten oberen Gesenk 40 ausreichend ist.

Was das Material für das obere und untere Gesenk 30, 40, den Stempel 60 und den Gegenstempel 70 anbelangt, ist es erwünscht, einen Werkzeugstahl mit hoher Zähigkeit und Härte zu verwenden, wie etwa Werkzeug-Schnellstahl, der Chrom, Molybdän, Wolfram und Vanadium enthält.

Beispiel

Ein tulpenförmiges Metallteil der Ausbildung der Figuren 1 bis 4 wurde auf die folgende Weise unter Verwendung der in Fig. 5 bis 10 dargestellten Einrichtung hergestellt. Die Hauptabmessungen des tulpenförmigen Teils waren wie folgt:

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Gesamtlänge: 80 mm

Außendurchmesser des Gabelabschnitts: 63,5 mm Länge eines jeden Armes (H in Fig. 4): 35 mm Breite eines jeden Armes (W in Fig. 2): 38 mm.

Das Material war ein Chrom-Molybdän-Eingashärtungsstahl, der in die Form eines zylindrischen Stabes gebracht war, der 23 mm im Durchmesser und 115 mm in der Länge aufwies.

(1) Der Hauptbär der Schmiedepreßmaschine wurde in eine obere Extremlage bewegt, um das obere Gesenk 4 0 nach

oben zu ziehen und es vom unteren Gesenk 30 zu teilen.

(2) Der Stahlstab, der als Material verwendet wurde, wurde auf 750° bis 85O⁰C vorgewärmt und in das Führungsloch

im unteren Gesenk 30 derart eingesetzt, daß er in die kegelstumpf förmige Ausnehmung 35 hineinragte.

(3) Das obere Gesenk 40 wurde abgesenkt, um in Eingriff mit dem unteren Gesenk 30 zu gelangen, und wurde gegen das

untere Gesenk 30 durch die Aufbringung einer Last von ungefähr 350 bzs. 356 t angedrückt, um die in Eingriff befindlichen Gesenke 30, 40 fest zusammenzuspannen. Wie in Fig. 11A gezeigt ist, waren in diesem Stadium der Stempel 60 und der Gegenstempel 70 jeweils in bestimmten Lagen ortsfest gehalten. Der Abstand H₁ des unteren Endes des Gegenstempels 70 von der Teilungsebene P betrug 18 mm. Der oben erwähnte Stahlstab ist mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet.

(4) Der untere Nebenbär der Preßmaschine wurde derart nach oben bewegt, daß er axial den Stempel 60 nach oben geschoben hat, so daß das obere Ende des Stahlstabes 80 gegen die Einprägung gepreßt wurde, welche in der Endfläche 45 in der Mitte des oberen Gesenks 4 0 gebildet ist. Die auf den Stempel 60 aufgebrachte Last betrug etwa 160 bzw. 163 t. Während der Stempel 60 kontinuierlich zur Bewegung nach oben gezwungen wurde, begann der Stahlstab 80, sich in Längsrichtung in drei mit gleichem Winkelabstand verzweigte Abschnitte aufzuspalten, welche sich schräg bezüglich der Mittelachse L der Einrichtung nach außen erstreckten und durch Fließpressen

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in die drei im Querschnitt sektorartigen Kammern 4 9 eingebracht wurden, welche im oberen Gesenk 4 0 gebildet sind.

(5) Eine Last von etwa 80 bzw. 81 t wurde auf den Gegenstempel 70 ausgeübt, um einen Gegendruck auf das Material 80 auszuüben, das sich in den Kammern 40 nach oben bewegt, wie dies in Fig. 11B dargestellt ist. Im Stadium der Fig. 11B wurde der teilweise gespaltene Stahlstab 80 in den Gesenken 30, 40 derart, wie dies in Fig. 12B dargestellt ist, und zwar durch durchlaufen eines Stadiums, wie er in Fig.

12A gezeigt ist.

(6) Unter Beibehaltung der Last auf den Gegenstempel 70 wurde der Stempel 60 weiter nach oben gedrückt, und

gleichzeitig wurde der Gegenstempel 70 allmählich nach oben derart bewegt, daß die nach oben gerichtete Fließbewegung des Materials 80 erlaubt wurde, welches das gesamte Volumen im Raum innerhalb der Gesenke 30, 4 0 im Inneren der drei Kammern 49 eingenommen hat, die sich parallel zur Achse L erstrecken. Es wird nun auf Fig. 11C bezug genommen; die Fließpreßtätigkeit war dann fertiggestellt, wenn das untere Ende des Gegenstempels 70 und somit die oberen Enden der verzweigten und durch Fließpressen verformten Abschnitte des Materials eine bestimmte Höhe erreicht hatten, welche durch den Abstand H₀ des unteren Endes des Gegenstempeis 7 0 von der Teilungsebene P dargestellt ist. In diesem Beispiel betrug der Abstand H₂ etwa 35 mm.

Während der Fließpreßtätigkeit änderte unter der Aufbringung eines Gegendrucks das Material 80 in den Gesenken 30, 40 seine Ausbildung auf diese Weise, wie in Figuren 12B bis 12F dargestellt ist.
(7) Der Stempel 60 und der Gegenstempel 7 0 wurden von den

Belastungen freigesetzt, und das obere Gesenk 40 wurde vom unteren Gesenk 30 dadurch geteilt, daß man den Hauptbär der Preßmaschine nach oben bewegt hat. Dann wurde der Gegenstempel 70 abgesenkt, um das Ausstoßen des tulpenförmigen Metallteils, das in Fig. 12F gezeigt ist, aus dem oberen Gesenk 4 0 zu bewirken. Der gesamte Vorgang vom Einführen des Stahlstabes 80 in das untere Gesenk 30 bis zum Ausstoßen des

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- 19 tulpenförmigen Teils war in etwa 10 Sekunden fertiggestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Fließpreßverfahren wird das axiale Einfließen des Materials 80 in die drei Kammern 49 mit der fortgesetzten Ausübung eines Gegendrucks auf das fließende Material 80 ausgeübt. Dies ist sehr wesentlich, um es dem Material zu gestatten, in hinlänglicher Weise und gleichförmig seitlich zu expandieren, und auch um das Auftreten mangelhafter Ausfüllung in den Kantenbereichen an den oberen Enden der blumenblattartigen Arme 20 zu verhindern.

Wie bereits vorher beschrieben, sind dl« beiden vertikalen Flächen 47 einer jeden rad.ialen Wand 46 im oberen Gesenk 40 flach und zueinander parallel ausgebildet, und das untere Ende des Gegenstempels 70 ist derart abgeschrägt, daß es kegelstumpf förmige Flächen 75 bildet. Diese beiden Faktoren sind gemeinsam durchaus wirksam, um tulpenförmige Metallteile zu erhalten, die frei sind von Graten, Rissen und Narben.

Wenn beispielsweise die vertikalen Flächen 47 der drei Wände 46 zylindrisch ausgebildet sind, um ein tulpenförmiges Metallteil zu erzielen, wie es in Fig. 30 gezeigt ist, dessen blütenblattartige Arme 2OA zylindrische Seitenflächen 24A aufweisen, dann erscheint häufig ein Grat oder ein Riss 19, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist, und zwar in den oberen Endkantenbereichen eines jeden Armes 2OA. Fig. 14 stellt auch das Auftreten der mangelhaften Formfüllung auf, wie sie an der Stelle 18, in denselben Bereichen des Armes 2OA in dem Fall, in dem man einen Gegenstempel verwendet, der eine flache Endfläche aufweist, auftritt.

Im Gegensatz hierzu weisen die Arme 20 eines tulpenförmigcn Metallteils, der durch die hier dargestellte Methode und Einrichtung hergestellt wurde, eine Querschnittsausbildung auf, wie sie in Fig. 15 gezeigt ist. Das heißt, jeder Arm 20 weist flache Seitenflächen 24 und 25 auf, und die linke Seitenfläche 24 eines jeden Armes 20 ist parallel zur rechten Seiten-

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fläche 25 des danebenliegenden Armes 20. In diesem Falle findet die seitliche Expansion des Materials während des Fließpressens in den Kammern 49 sanft selbst in einem Bereich statt, der die Kante zwischen den Seitenflächen 24, 25 und den Außenflächen werden soll. Demzufolge kann jeder Arm 20 ohne das Auftreten von Narben oder Rissen hergestellt werden, wie es in Fig. 16 dargestellt ist. In Fig. 16 ist auch eine vollständige Form der oberen Endkante des Armes 20 dargestellt, als Wirkung der abgeschrägten Endfläche des Gegenstempels 70 zum Verhindern mangelhafter Formfüllung.

Fig. 17 stellt dar, wie das Metallmaterial während des Fließvorganges fließt, um das tulpenCörmige Teil der Figuren 15 und 16 zu formen, und Fig. 18 stellt den Materialfluß für das tulpenföritiige Teil der Figuren 13 und 14 dar. Im Fall der Fig. 17 ermöglicht die abgeschrägte Fläche 28 zwischen der zylindrischen Fläche 22 und der oberen Endfläche 27 es dem dem Metall, unter geringer Beeinträchtigung selbst in den axial und radial äußersten Bereich zu fließen, während im Fall der Fig. 18 der Metallfluß in einen Kantenbereich, der mit 81 bezeichnet ist, beträchtlich gehemmt ist. Die Schwierigkeit, einen sanften und freien Metallfluß in diesen Bereich 81 zu erreichen, ist der Hauptgrund für das Auftreten von Graten und Rissen 19, wie sie in Fig. 14 dargestellt sind. Als zusätzlicher Verdienst der Formung der sich verjüngenden Fläche 28 während des Fließpreßvorganges wird es unnötig, das fließpreßgeformte Teil einer Nachbearbeitungstätigkeit zum Zweck der Kantenbrechung zu unterziehen.

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Claims

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EUROPEAN PATENT OFFlCt
A. GRÜNECKER H. KINKELDEY
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W. STOCKMAIR K. SCHUMANN
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P. H. JAKOB G. BE2OLD
CR «EH *iA7 OPl. CHEM
8 MÜNCHEN Q2
MAXIMILIANSTRASSe
NISSAN MOTOR CO., LTD.
No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku
Yokohama City, Japan
P 15 864
15. Januar 1981

Verfahren und Einrichtung zum Verformen eines

Metallstabes in ein tulpenförmiges Teil
durch Fließpressen in einer geschlossenen Kammer

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen eines tulpenförmigen Metallteils mit drei blumenblattähnlichen Armen (20) , welche in Umfangsrichtung angeordnet sind, einen gleichen Winkelabstand zueinander aufweisen und sich vom einen Ende eines massiven Zylinders (10) schräg nach außen bezüglich der Längsachse des festen Zylinders in ihrem Wurzelabschnitt erstrecken, sowie parallel zur Längsachse im verbleibenden Abschnitt, gekennzeich net durch die folgenden Schritte:
- Einführen eines massiven, zylindrischen Stabes (80) aus schmiedbarem Metallmaterial in ein Führungsloch (33), das in einem ersten (30) zweier gegenüberliegend in Eingriff stehender Gesenke (30, 4 0) gebildet ist, um es dem Stab zu gestatten, in

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TELEFON (OQO) 22 38

TELEX Ο5-2Ο3ΘΟ

MONAPAT

TELEFAX

Längsrichtung in einen mittigen Raum (35) vorzudringen, der in den in Eingriff befindlichen Gesenken gebildet ist, bis ein Ende des Stabes gegen eine Einprägung aufläuft, welche an einer Oberfläche (45) im zweiten Gesenk (40) ausgebildet ist, Ausüben einer Druckkraft auf den Stab von dem anderen Ende hiervon ausgehend, um den Stab axial gegen die Einprägung anzudrücken, um hierbei den Stab zu veranlassen, sich allmählich und kontinuierlich in Längsrichtung in drei verzweigte Abschnitte aufzuspalten, welche sich schräg nach außen bezüglich der Achse des Stabes erstrecken und in ümfangsrichtung mit gleichen Winkelabständen angeordnet sind,

Fortsetzen der Ausübung der Druckkraft auf den teilweise gespaltenen Stab in axialer Richtung, um hierbei die drei Zweigabschnitte jeweils in drei Kammern (4 9) auszupressen, welche im zweiten Gesenk in einer Umfangsanordnung unter gleichen Winkelabständen gebildet sind und gemeinsam in den mittigen Raum (35) münden, wobei die drei Kammern sich parallel zur Längsachse des Führungsloches erstrecken und in der Querschnittsform dem sich axial erstreckenden Abschnitt eines jeden Armes (20) des tulpenförmigen Metallteils übereinstimmen,

Einführen eines Gegenstempels (70), der drei in Umfangsabstand angeordnete, längliche Schenkel (74) aufweist, welche in der Querschnittsform den drei Kammern (4 9) entsprechen, in die drei Kammern, bevor die drei verzweigten Abschnitte des Metallmaterials in die drei Kammern eingepreßt werden, und Beibehalten des eingeführten Gegenstempels in einer bestimmten Lage, Aufbringen eines Gegendrucks auf den Gegenstempel, der in der Lage gehalten ist, und ferner Fortsetzen der Ausübung der axialen Druckkraft auf den teilweise aufgespaltenen Stab, bis das gespaltene und verformte Metallmaterial völlig den mittigen Raum und die drei Kammern in den in Eingriff stehenden Gesenken ausfüllt und in Berührung mit den eingeführten Enden der jeweiligen

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Schenkel des Gegenstempels gelangt, und ferner Fortführen der Ausübung der axialen Druckkraft auf den teilweise gespaltenen Stab mit fortgesetzter Aufbringung eines Gegendrucks auf den Gegenstempel, um das Metallmaterial noch weiter in die drei Kammern auszupressen und den Gegenstempel zu zwingen, sich allmählich aus jener Lage gegen den Gegendruck zurückzuziehen, bis das in die drei Kanunern extrudierte Metallmaterial eine bestimmte Länge erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch den Schritt der Vorheizung des Stabes (80) des Metallmaterials vor dem Einführen des Stabes in das Führungsloch.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß der mittige Raum (35) eine allgemein kegelstumpf förmige Form auf v/ei st, die koaxial zum inneren Ende des Führungslochs (33) konvergiert, wobei jede dieser drei Kammern (48) seitlich durch zwei zylindrische Flächen begrenzt ist, welche zur Achse des Führungsloches konzentrisch und koaxial sind, sowie durch zwei flache Endflächen, welche parallel zur Achse des Führungsloches sind und schräg die beiden zylindrischen Flächen schneiden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schenkel (74) des Gegenstempels eine allgemein kegelstumpfförmig sich verjüngende Fläche derart aufweist, daß jeder Arm (20) des tulpenförmigen Metallteils eine allgemein kegelstumpfförmige Fläche (28) als Spitzenbereich seiner radialen äußeren Oberfläche aufweist.

5. Vorrichtung zum Herstellen eines tulpenförmigen Metallteils mit drei blumenblattähnlichen Armen, welche in Umfangsrichtung angeordnet sind, zueinander den gleichen Winkelabstand aufweisen und sich vom einen Ende eines massiven Zylinders aus schräg nach außen bezüglich der Länge der Achse des massiven Zylinders in ihrem Wurzel-

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abschnitt und parallel zur Längsachse im verbleibenden Abschnitt erstrecken, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

ein erstes Gesenk (30) mit einer Ausnehmung (35), welche in jener einen Endfläche gebildet ist, welche einem zweiten Gesenk gegenüberliegen soll, und einem zylindrischen Führungsloch (33), welches sich derart von der gegenüberliegenden Endfläche aus erstreckt, daß es sich in die Ausnehmung hinein öffnet, - ein zweites Gesenk (40), welches gegenüberliegend mit dem ersten Gesenk in Eingriff bringbar ist und einen massiven, zylindrischen mittigen Teil (43) aufweist, der koaxial zum Führungsloch im ersten Gesenk verläuft, sowie drei Wände (46), welche sich radial vom Umfang des zylindrischen mittigen Teils unter gleichen Winkelabständen sowie parallel zur Längsachse des mittigen Teils derart erstrecken, daß sie ein im Querschnitt kreisringförmiges Durchgangsloch, welches rund um den mittigen Teil ausgebildet ist, in drei Kammern (49) unterteilen, von welchen jede in der Querschnittsform mit jedem Arm des tulpenförmigen, herzustellenden Metallteils übereinstimmt, wobei eine Endflächo (4 5) des mittigen Teiles, welche dem ersten Gesenk gegenüberliegen soll, mit einer Einprägung derart ausgebildet ist, daß, wenn ein Ende eines massiven, zylindrischen Metallstabes, das in das Führungsloch des ersten Gesenks eingeführt ist, gegen die Endfläche (45) angedrückt wird, der Metallstab in Längsrichtung in drei Zweigabschnitte aufgespalten wird, welche sich jeweils in die drei Kammern (49) erstrecken, und

ein Gegenstempel (70),der drei längliche Schenkel (74) aufweist, welche in Anordnung und Querschnittsform den drei Kammern (4 9) im zweiten Gesenk entsprechen und verschieblich passend in die drei Kammern eingesetzt werden können.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, jede der drei Wände (46) in dem zweiten Gesenk zwei flache und parallele Flächen (47) aufweisen, welche parallel zur Längsachse des zylindrischen mittigen Teiles (43) verlaufen, und schräg schneidend zwei Umfangswände, welche das ringförmige Durchgangsloch begrenzen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (35) im ersten Gesenk allgemein kegelstumpf· förmig ist, koaxial zum Führungsloch (33) verläuft und im Durchmesser am größten an der genannten einen Endfläche

(34) des ersten Gesenkes ist, wobei der Durchmesser des zylindrischen mittigen Teiles (43) des zweiten Gesenkes kleiner ist als der größte Durchmesser der Ausnehmung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der drei Schenkel (74) des Gegenstempels (70) eine derart abgeschrägte Endfläche (75) aufweist, daß, wenn die drei Schenkel jeweils in die drei Kammern (49) im zweiten Gesenk passend eingeführt sind, die Länge der drei Kammern am radial äußeren Umfang der jeweiligen Kammern am kleinsten wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Endfläche (34) des ersten Gesenks mit drei Nuten (36) ausgebildet ist, welche radial zur Ausnehmung

(35) und in Übereinstimmung mit den drei Wänden (4 6) im zweiten Gesenk angeordnet sind, wobei die drei Wände äußerste Abschnitte (48) aufweisen, welche vom Durchgangsloch mit kreisringförmigem Querschnitt vorspringen und derart geformt sind, daß, wenn das erste und zweite Gesenk in Eingriff gebracht sind, die äußersten Abschnitte jeweils in die drei Nuten passen.

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