DE3130748C2 - Einrichtung zum Schlagumformen - Google Patents

Abstract

Einrichtung zum Schlagumformen von Werkstücken mittels Schlagkörpern, die mittels der ihnen eigenen oder erteilten kinetischen Energie auf das Werkstück im Sinne der Bildung von Schlageindrücken einwirken, wobei für je einen Schlagkörper, vorzugsweise eine Stahlkugel, eine Bewegungsführung in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Zurückführen der Schlagkugel in eine Ausgangsstellung für den Schlagvorgang innerhalb der Führung vorgesehen ist.

Description

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Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Schlagumformen von Werkstücken aus Materialien mit elastischem und plastischem Umformverhalten, unter Verwendung von durch eine Beaufschlagungsvorrichtung beschleunigten und mittels ihrer kinetischen Energie auf das Werkstück einwirkenden Schlagkörpern mit konvexer Aufschlagform, vorzugsweise Stahlkugeln und mit einem oder mehreren Bauteilen zum Beschleunigen der so Schlagkugeln mittels Druckluft und zum Führen in Schlagrichtung sowie Bauteilen zum Zurücktransportieren der Schlagkugeln in die Ausgangslage an der Beschleunigungsstrecke.

Mit derartigen Einrichtungen wird mittels der Schlagbehandlung von Werkstücken aus geeigneten Werkstoffen, einerseits eine Verbesserung der Materialeigenschaften, z. B. eine höhere Beständigkeit gegen Spannungskorrosion und andererseits eine Umformung des Werkstückes erzielt (Metallwissenschaft und Technik, 31 (1977) ff. 4, Seiten 362^364).

Insbesondere werden derartige Einrichtungen bei großflächigen Werkstücken, beispielsweise im Flugzeugbau, angewandt

Der Einsatz der genannten Einrichtungen setzt eine Reiatiwerschiebung zwischen der Einrichtung und dem Werkstück voraus, wobei entweder das Werkstück oder die Einrichtung eine Vorschubbewegung ausfahrt

Es ist bekannt, zur Erfüllung der Erfordernisse, Maschinen mit entsprechenden Vorschubeinrichtungen (DE-OS 20 61 100), oder von Hand zu führende Geräte zu verwenden.

Die bekannten Einrichtungen arbeiten mit Schlagkörpern in Form von Stahlkugeln, die mit geeigneten Mitteln beaufschlagt werden und mittels ihrer kinetischen Energie auf die Werkstücksoberfläche einwirken. Bei einer bekannten Ausführung schlagen Stahlkugeln bestimmten Durchmessers aus einer bestimmten Höhe im freien Fall in Form einer Kugelfront auf die Werkstücksoberfläche auf. Bei anderen bekannten Ausbildungen wird ein Kugelstrahl durch Schleuderräder oder durch Druckluft erzeugt Bei den Druckluftstrahleinrichtungen wird zwischen solchen, bei denen die Schlagkugeln im Bereich der Austrittsdüse fortlaufend abgesaugt und dem Arbeitskreislauf wieder zugeführt werden (diese bilden die Ausgangslage der Erfindung) und Einrichtungen unterschieden, die ein Sammeln und Wiedereinfüllen der Schlagkugeln nach dem freien Austreten aus der Strahldüse erfordern.

Beiden Verfahren ist gemeinsam, daß ein Schlagkugelstrom durch einen dauernden Druckluftstrom über eine Düse geführt und die Kugeln dort nach dem Injektorprinzip beschleunigt werden.

Sowohl bei der genannten Maschinenanordnung mit im freien Fall auf das Werkstück aufschlagenden Stahlkugeln, als auch bei den mit Druckluft arbeitenden Einrichtungen, treffen die Kugeln mit erheblicher Streuung auf die Werkstückoberfläche auf. Ferner ergeben sich willkürliche Anhäufungen von Einschlägen an der Werkstückoberfläche, die zu ungleichmäßigen Spannungsverteilungen im Werkstück führen und damit willkürliche Formänderungen des Werkstückes hervorrufen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kugelstrahl-Umformeinrichtung zu schaffen, die es gegenüber den bekannten Einrichtungen ermöglicht, genau bestimmbare, abgegrenzte Bereiche des Werkstückes umzuformen bzw. zu beaufschlagen.

Die gestellte Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.

Der mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung erzielbare, wesentliche Vorteil besteht in der genau bestimmbaren Plazierung der Einschläge des Schlagkörpers auf das Werkstück. Es lassen sich damit bestimmte Einschlagmuster am Werkstück erzeugen und genau bestimmbare Umformungen, auch auf bestimmte Bereiche des Werkstückes begrenzt, erzielen. Es können damit durch die sehr genaue Plazierung der Einschlagstellen unterschiedliche Widerstandsmomente am Werkstück berücksichtigt werden. Willkürliche Anhäufungen von Einschlagstellen und die sich daraus ergebenden willkürlichen Umformgrößen sind mit Sicherheit vermieden. Es läßt sich ferner auch die Schlagfolge bestimmen. Damit kann die Umformung an die Werkstoffeigenschaften und Abmessungen, z. B. unterschiedliche Wandstärken, genau angepaßt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Rückführeinrichtung ein Linearmotor bekannter Bauart dient, dessen durch das elektrische Wanderfeld bewegter Anker der Schlagkörper ist, wobei das Führungsteil für die Rückführung der Schlagkugel ajs Induktor des Linearmotors über seine axiale Erstreckung verteilt eine Anzahl von ScheibenspuJen trägt Diese Ausbildung erlaubt eine einwandfreie Rückführung des Schlagkörpers nach jedem Aufschlagvorgang in rascher Folge in seine Ausgangsstellung für die Druckluftbeaufschlagung. Linearmotore der genannten Art in Form eines Polysolenoid-Linearmotors bekannter Bauweise, erfordert nur sehr geringen Raum und keine mechanisch bewegten Glieder.

Ferner besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, daß bei Führungseinrichtungen mit mehreren Führungsteilen mit je einem Schlagkörper in Verbindung mit einer Rückführung bzw. Beaufschlagungsvorrichtung, diese in zueinander parallelen Ebenen und auf Lücke versetzt nebeneinander angeordnet sind. Innerhalb einer Vorschubbewegung der Einrichtung, wird dadurch ein größerer Bereich des Werkstükkes überdeckt bzw. umgeformt. Damit sind kürzere Bearbeitungszeiten erzielbar und es lassen sieii je nach Anordnung der einzelnen Führungsteile zueinander bestimmte Einschlagmuster am Werkstück bilden.

Außerdem besteht eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Einrichtung darin, daß das Führungsteil einen Einsatz aus flexiblem Werkstoff mit einer sich verengenden Bohrung zum Auffangen des Schlagkörpers in seiner Ausgangsstellung enthält Der flexible Einsatz erlaubt ein weiches Abbremsen des Schlagkörpers bei der Rückführung in die Ausgangsstellung und in dieser Stellung die Ausbildung eines dichten Druckraumes über dem Schlagkörper für den Aufbau eines entsprechenden Druckmitteldruckes.

Es sind zwei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung in der Zeichnung dargestellt. Anhand der Zeichnung sind die Ausführungsbeispiele nachfolgend beschrieben In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 die Einrichtung insgesamt in einem Längsschnitt, schematisiert dargestellt,

Fig.2 eine schematisierte Stirnansicht der Einrichtung, gesehen in Richtung des Pfeiles A in F i g. 1, wobei im Gegensatz zu Fig. 1 eine Mehrfachanordnung der Einrichtung dargestellt ist, und

F i g. 3 schematisch, mit der Einrichtung herstellbare Strahlmuster auf einem Werkstück.

Die in Fig. 1 dargestellte Schlagformeinrichtung setzt sich aus einer Einrichtung 2 zur Führung einer Schlagkugel 10, einem Drucklufterzeuger, einem zur Steuerung des Druckluftstromes zur Führungseinrichtung 2 dienendem Magnetventil 3 und einem elektrischen Impulsgeber 6 zur Betätigung des Magnetventils 3 zusammen. Dabei enthält die Führungseinrichtung 2 eine Rückführeinheit 7 in der Art eines allgemein bekannten Linearmotors. Das zu bearbeitende Werkstück ist hierbei mit 5 bezeichnet.

Die Führungseinrichtung 2 ist gebildet durch ein zylinderrohrförmiges Führungsteil 8, dessen zylindrische Bohrungsfläche 9 zur Aufnahme und Führung der Schlagkugeln 10 in Längsrichtung des Führungsteiles 8 dient.

Das obere Ende des Führungsteiles 8 weist einen Gewindeansatz 12 für die Befestigung des Magnetventils 3 auf. Im Ansatz 12 setzt sich die Bohrung 9 für die Zuführung der Druckluft vom Magnetventil 3 in der Bohrung 9' fort Die zylindrische Bohrung 9 ist in ihrem oberen Bereich mit einer Erweiterung 13 versehen, die für die Aufnahme eines rohrförmigen Einsatzes 14 aus flexiblem Werkstoff vorgesehen ist Die Bohrung 15 das Einsatzes 14 weist an ihrem unteren Ende den Durchmesser der Bohrung 9 auf und verengt sich in Richtung gegen die Druckluftzufflhrung auf einen bestimmten Durchmesser, Als Rückführeinheit 7, der die Aufgabe zukommt, die Schlagkugel 10 aus ihrer Aufschlaglage an der Oberfläche 5' des Werkstückes 5 in eine Ausgangsstellung für die Drucklu'tbeaufschlagung nach jeden Arbeitstakt zurückzuführen, ist — wie bereits erwähnt — ein Linearmotor verwendet, und zwar in der Art eines sogenannten Polysolenoid-Linearmotors.

Das Führungsteil 8 ist gleichzeitig Induktor des Linearmotors und trägt in Richtung der Längsachse verteilt eine Anzahl in Ringnuten eingesetzter Scheibenspulen 20. Den Anker des Linearmotoi3 stellt hierbei die Schlagkugel 10 dar. Die durch das Aufschlagen der Kugeln ar,i Werkstück 5 eingedrückten Vertiefungen sind mit 10' bezeichnet

Mittels der über einen Schalter an eine Stromquelle anschtießbaren Scheibenspulen 20 wird ein in Richtung vom unteren Ende des Führungsteiles 8 zum Einsatzteil 14 laufendes, magnetisches Wanderfeld für die Rückführung d-T Schlagkugel 10 aus ihrer Aufschlaglage an der Werkstücksoberfläche 5' in die Ausgangsstellung im Einsatz 14 für jeden Arbeits- bzw. Schlagtakt erzeugt Der am oberen Ende der Führungseinrichtung 2 vorgesehene Gewindeansatz 12 dient zur Befestigung einer Abschlußkappe 16. Die Kappe 16 weist ihrerseits einen Gewindeansatz 12' für die Aufnahme des Magnetventils 3 auf. Das Magnetventil 3 hat die Aufgabe, die von einer Druckluftquelle über den Zuführungskanal 38 zugeführte Druckluft zur Beaufschlagung der Schiagkugel 10, im Zusammenwirken mit der Rückführeinrichtung 7, in abwechselndem Takt zu steuern. Das Magnetventil 3 enthält im Ventilgehäuse 30 eine Erregerspule 31 und einen Anker 32. Die Verlängerung des Ankers 32 bildet die Kolbenstange 33 mit dem Ventilkörper 34. Im Ventilgehäuse 30 sind zwei Ventilsitze 35 bzw. 36 gebildet, an die der Ventilkörper 34 entsprechend der Erregung der Spule 31 bzw. der Wirkung einer Rückstellfeder 37 wechselseitig zur Anlage kommt Der Ventilkörper 34 ist in einer Zu- bzw. Rückströmkammer 39 angeordnet, die einerseits an den Zuführungskanal 38 und andererseits an den Rückführungskanal 40 für das Druckmedium anschließt. Am so unteren Ende des Führungsteiles 8 ist eine Abschlußkappe 23 mit einer öffnung 24 angebracht. Durch die Öffnung 24 ist eine Ringfläche 25 gebildet, die ein Austreten der Schlagkugel 10 aus der Führungsbohrung 9 des Teiles 8 verhindert

In Tig.2 ist als Ausführungsbeispiel die Vereinigung einer Anzahl von Führungseinrichtungen 2 als eine Werkzeugeinheit gezeigt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtungen ist wie folgt

Der Impulsgeber 6 bekannter Bauart veranlaßt nach Einschalten des Stromkreises die Erregung der Spule 31 des Magnetventils 3 mit Unterbrechungen. Damit wird der Ventilkörper 34 über den mit ihm fest verbundenen Anker 32 in rascher Folge entsprechend hin- und 6'' herbewegt und damit von der Druckmittelquelle geliefertes Druckmittel in kurzen Druckimpulsen der Druckkammer 9' bzw. 15 vor dem Schlagkörper 10 bzw. wechselseitig dem Auslaß 40 zugeführt. Die Rückfüh-

rung der Schlagkugel 10 in ihre Ausgangsstellung mittels der Linearmotoranordnung kann mit dem Impulsgeber elektrisch so gekoppelt sein, daß die Erregung des Magnetventils 3 wechselseitig mit der Bildung des vom Linearmotor 7 erzeugten Wanderfeldes erfolgt. Es ist auch ausführbar, zu den Beaufschlagungsimpulsen, gesteuert durch das Magnetventil 3 bzw. den Impulsgeber 6, in rascher Folge auf die Schlagkugel 10 ein Wanderfeld zum Zwecke der magnetischen Mitnahme bzw. Rückführung, unabhängig vom Arbeitstakt des Magnetventils 3, einwirken zu lassen.

In Fig.3 sind Beispiele für die Führungsmöglichkeiten von Einrichtungen mit einer Anzahl von Führungen mit entsprechenden Schlagkugeln, sowie der zugehörigen Druckmittelsteuerung und Schlagkugel-Rückführung schematisch angedeutet. Es ist dabei davon ausgegangen, daß die Einrichtung relativ gegenüber dem Werkstück 5 in Richtung der Pfeile B bewegt wird. Es sind in Fig. 3 Beispiele ausführbarer Einschlagmuster mittels einer mit mehreren Schlagkugelführungen bzw. Schlagkugeln arbeitenden Einrichtung angedeutet. Die seitlichen Abstände der durch die Schlagkugeln 10 erzeugten Eindrücke 10' am Werkstück 5 lassen sich durch Führung der Finrichtung entweder mit zur Bewegungsrichtung B in einer rechtwinkligen oder in einer dazu mehr oder weniger schrägen Front ohne Gcräteändcrunf» variieren (ab/.w.a').

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Einnistung zum Schlagumformen von Werkstücken aus Materialien mit elastischem und plastischem Umformverhalten, unter Verwendung von durch eine Beaufschlagungsvorrichtung beschleunigten und mittels ihrer kinetischen Energie auf das Werkstück einwirkenden Schlagkörpern mit konvexer Aufschlagfonn, vorzugsweise Stahlkugeln und einem oder mehreren Bauteilen zum Beschleuni- ι ο gen der Schlagkugeln mittels Druckluft und zum Führen in Schlagrichtung sowie Bauteilen zum Zurücktransportieren der Schlagkugeln in die Ausgangslage an der Beschleunigungsstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß je Beschleunigungs- und Führungseinheit (4, 6 bzw. 2, 7) nur ein einziger Schlagkörper (10) vorgesehen ist, daß die Schlagkörperführungseinrichtung (2) eine für den Schlag- und den Rückführvorgang gemeinsame Führung (9) besitzt und daß eine den Schlagkörper (10) nacu jedem Schlagvorgang aus der Aufschlagposition in die Ausgangsstellung zurücktransportierende Rückführeinheit (7) vorgesehen ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beaufschlagung bzw. zur Beschleunigung des Schlagkörpers (10) eine Druckluftimpulse erzeugende Vorrichtung (4; 6) vorgesehen ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückführeinrichtung ein Linearmotor (7) bekannter Bauart dient, dessen durch das elektrische Wanderfeld bewegter Anker der Schlagkcrper (10) ist

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dati das f ührungsteil (8) für die Rückführung der ScMagfcugel (10) als Induktor des Linearmotors (7) über sein- axiale Erstreckung verteilt eine Anzahl von Scheibenspulen (20) trägt

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Führungsteile (8) mit ihren Längsachsen in zueinander parallelen Ebenen ίο und auf Lücke versetzt nebeneinander angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (8) einen Einsatz (14) aus flexiblem Werkstoff mit einer sich *5 verengenden Bohrung (15) zum Auffangen des Schlagkörpers (10) in seiner Ausgangsstellung enthält.