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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Metall verformung und
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richtet sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
hochprozentigen Reduzieren, vorzugsweise Tiefziehen von Metall während eines Metallverformungsvorganges.
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Im allgemeinen verformt man Metall für die verschiedensten Zwecke
und nach verschiedensten Verfahren. Einige dieser Verfahren umfassen das Ziehen,
das Hin- und Herziehen, das Bügeln und die Spinnverformung.
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Es ist theoretisch auch schon durchdacht worden, daß man Metall durch
eine Kombination von Ziehen mit einem Ziehstempel und gleichzeitiges Anlegen von
Seitendruck auf das Werkstück verformen kann, um so den Prozentsatz der Reduktion
zu erhöhen.
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Bei zu starker Reduktion führenden Ziehverfahren, die im wesentlichen
eine Reduktion des Metalldurchmessers umfassen, ist unter normalen Umständen ein
50 %-ige Reduktion das in einem Arbeitsgang mögliche Maximum, weil beim Anstreben
einer größeren Reduktion das Metall einfach abschert. Da der Ziehstempel bei der
Verformung des Metalls im allgemeinen das Metall in Richtung des Ziehstempels zieht,
schert dieser Ziehstempel beim Anstreben einer zu starken Reduktion das Metall einfach
ab oder stößt durch das Metall hindurch, wodurch es zerstört wird. Dies tritt auf,
wenn die Festigkeit des Metalls in dem flachen Bereich die Festigkeit des Metalls
in dem Verformungsbereich überschreitet.
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Bei den theoretischen Versuchen, bei denen Druck auf den Umfang des
zu verformenden Metalls aufgebracht worden war, wurde im wesentlichen mit Druckmitteldruck
gearbeitet. Dies macht es jedoch erforderlich, daß der gesamte Verformungsapparat
in einer Art druckmitteldichter Kammer untergebracht wird, was zweifelsfrei keine
praktikable Lösung im Hinblick auf eine wirtschaftliche Produktion darstellt.
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Trotzdem wurde die Meinung vertreten, daß eine richtige Vorrichtung
und ein richtiges Verfahren zur Aufbringung radial oder seitlich gerichteter Drücke
auf den Umfang des Werkstückes während des Zieh- oder
Verformungsvorganges
ein wünschenswertes Ziel sind, weil man damit zu einer Reduktion bis zu 90 % kommen
könnte, ohne das Werkstück zu zerstören, und mit hinreichend großem Wirkungsgrad
infolge der Reduktion der Anzahl der Vorgänge, die erforderlich sind, um vom Werkstück
zum Endprodukt zu gelangen. Dies ist im wesentlichen ein Versuch die Stelle zu ändern,
an der die Festigkeit des Metalls im flachen Bereich die Festigkeit im Verformungsbereich
überschreitet, um das mögliche Ausmaß an Reduktion ohne Zerstörung des Werkstückes
zu erhöhen.
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Durch die Erfindung wurde die Möglichkeit geschaffen, eine wesentlich
erhöhte Reduktion zu erzielen ohne Zerstörung des Werkstückes und mit Beseitigung
der normalerweise für eine derartig hohe Reduktion erforderlichen Vielzahl von Verfahrensstufen.
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Es wurde gefunden, daß eine Vorrichtung geschaffen werden kann, mit
der der Druck auf den Umfang des Werkstückes gleichzeitig mit dem Verformungsdruck
aufgebracht werden kann, der von Ziehstempel auf die Oberfläche des Werkstückes
aufgebracht wird. Es handelt sich dabei um eine irisartige Anordnung, die entweder
hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden kann.
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Es hat sich gezeigt, daß sich diese irisartige Anordnung aus einer
Vielzahl von über den Umfang verteilter Irisplatten herstellen läßt, die von einer
Matrix getragen und jeweils-mit einem Betätigungsglied, beispielsweise einem hydraulischen
oder pneumatischen Drucksystem verbunden sind, so daß beim Herunterdrücken des Ziehstempels
gegen eine Oberfläche des Werkstückes die Irisplatten auf der Matrix gegen die Umfangskante
des Werkstückes gedrückt werden können, wodurch das Metall unter Druck gerät und
die Verformung des Metalls und die Reduzierung seines Durchmessers unterstützt wird.
Im wesentlichen richtet der Ziehstempel das Metall in die richtige Richtung und
die Irisplatten unterstützen diesen Fluß in diese Richtung. Der Ziehstempel selbst
kann ein Fließen des Metalles hervorrufen, jedoch reduziert die erfindungsgemäße
Vorrichtung den Widerstand gegen das Fließen dadurch, daß das Metall in Flußrichtung
gezwungen wird. Damit ist das Problem
vermieden, das normalerweise
auftritt, indem sich das Metall selbst zerstört, wenn ein so hohes Ausmaß an Reduktion
zur gleichen Zeit erzwungen wird.
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Es hat sich gezeigt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren der
Metallverformung mit einer erfindungsgemäßen Maschine es ohne Schwierigkeiten möglich
ist, Metall wesentlich wirksamer bis zu einem wesentlich höherem Ausmaß mit einer
wirtschaftlich vertretbaren Anzahl von Bearbeitungsvorgängen zu reduzieren.
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Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine Teilseitenansicht einer Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit in offener Stellung stehender
Presse; Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, wobei sich die Presse jedoch in
geschlossener Stellung befindet; und in Fig. 3 eine Teildraufsicht aus der Linie
3-3 der Fig. 1.
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung soll als Presse
arbeiten und enthält ein bewegliches Pressenglied oder einen Holm 10 und ein festes
Fundament 11. Pressenkonstruktion und Betätigungsvorrichtung für die Presse sind
nicht im einzelnen beschrieben, da jede im Handel erhältliche Presse ein festes
Fundament und einen beweglichen Holm aufweist, der in Richtung auf das Fundament
und von ihm weg bewegt werden kann.
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Aus Fig, 1 erkennt man, daß der bewegliche Holm 10 eine Niederhalterhalterung
20 aufweist. Diese Halterung ist an der Unterfläche des Holmes 10 mit Hilfe von
Schrauben 21 befestigt, von denen nur eine einzige wiedergegeben ist. Diese Halterung
20 ist ein ringförmiges Glied mit einem Innenhohlraum 20a, in dem der eigentliche
Niederhalter 22
sitzt. Der Niederhalter 22 ist von solcher Größenabmessung,
daß er sich innerhalb des Hohlraums 20a bewegen kann. Der Niederhalter weist eine
Umfangslippe 22a auf, die normalerweise auf einer Schulter 20b der Halterung 20
aufsitzt. Der Niederhalter 22 besitzt ferner eine Mittelbohrung 22b, deren Zweck
später noch näher beschrieben werden soll.
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An dem Holm 10 befindet sich ein Betätigungszylinder 23 für den Niederhalter
22. In der Zeichnung ist nur ein Zylinder wiedergegeben, obwohl in der Praxis normalerweise
mehrere Zylinder Verwendung finden. Der Zylinder 23 hat den Zweck, den Niederhalter
22 so zu bewegen, daß er sich relativ zum Holm in nach unten gerichteter Richtung
bewegt.
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Der Eingriff von Schulter 20b und Lippe 22a stellt sicher, daß sich
der Niederhalter zusammen mit dem Holm bewegt, wenn der Holm nach oben steigt.
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An der Unterfläche des beweglichen Holmes 10 ist ein Ziehstempel 24
angeordnet, der eine Mittelbohrung 24a aufweist und an dem Holm 10 mit Hilfe von
Schrauben 25 befestigt ist, von denen in der Zeichnung nur eine erkennbar ist. Der
Holm 10 weist einen Durchlaß 10a auf, der mit dem Durchlaß 24a für Entlüftungszwecke
in Verbindung steht.
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Der Ziehstempel 24 bewegt sich mit dem Holm 10 während der Auf- und
Abwärtsbewegungen. Der Ziehstempel 24 läuft durch die Mittelbohrung 22b des Niederhalters
22, so daß er richtig mit der Matrize 30 zusammenwirken kann, wie später noch näher
beschrieben werden soll.
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Am festen Fundament 11 ist die Matrize 30 mit einer Mittelbohrung
30a mit Hilfe von Schrauben 31 an dem Matrizenaufsatz 32 befestigt.
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Der Aufsatz 32 weist einen Mitteldurchlaß 32a auf, der einen Auswerfer
33 aufnimmt, welcher darin verschiebbar angeordnet ist und durch einen Kolben betätigt
wird. Der Auswerfer 33 steht unter Druck und wird normalerweise in die in Fig. 1
wiedergegebene obere Stellung gedrückt.
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Am festen Fundament 11 sitzt ein Betätigungszylinder 34 mit einem
Kolben,
welcher den Auswerfer 33 in Achsrichtung bewegt, um das Endprodukt auszuwerfen oder
wenigstens auszuheben.
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Der Aufsatz 32 ist an dem Fundament mit Hilfe einer Vielzahl von Schrauben
32b befestigt.
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Am Fundament 11 befindet sich ferner ein Einstellring 35, der auf
der Oberfläche des Fundaments 11 befestigt ist und zur richtigen Einstellung des
Aufsatzes 32 und einer Matrix, z. B.
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in Form eines Ringkörpers 40 dient, der auch sicherstellt, daß die
Matrize 30 richtig eingestellt ist, mit dem Ziehstempel 24 fluchtet und am Fundament
11 befestigt ist.
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Ein hin- und hergehender Kolben 37 befindet sich im Ringkörper 40
in Gleitkontakt mit der Zylinderseitenwandung 36, wie man aus Fig. 1 erkennen kann.
In der Praxis ist normalerweise eine Vielzahl solcher Kolben vorgesehen, jedoch
ist die genaue Anzahl für die Erfindung nicht kritisch. Im einzelnen soll nur eine
Kolben-Ringkörperanordnung im einzelnen beschrieben werden. Die anderen sind in
ihrem Aufbau und in ihrer Wirkungsweise selbstverständlich identisch.
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Der Kolben 37 wird im Ringkörper 40 durch eine Abschlußkappe 38 und
eine Halteplatte 39 gehalten. Sowohl die Abschlußkappe 38 als auch die Halteplatte
39 weisen durchgehende Mi ttel bohrungen 38a, 39a auf, die in Druckmittelverbindung
mit einer hydraulischen oder pneumatischen, nicht gezeichneten Druckmittelquelle
stehen, so daß die Kolben 37 nach links oder rechts in Fig. 1 in die durch den Doppelpfeil
50 angedeutete Richtung bewegt werden können. Das Druckmittelsystem ist im einzelnen
nicht dargestellt, weil ein System, das die Hin- und Herbewegung des Kolbens 37
im Sinne des Doppelpfeiles 50 in bestimmter Taktfolge mit der Bewegung des Holmes
10 ermöglicht, dem Fachmann an sich bekannt ist.
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Nach den Fig. 1 und 2 trägt der Ringkörper 40 eine Vielzahl von Irisplatten
41. Die genaue Anzahl dieser Irisplatten ist nicht kritisch, obwohl in Fig. 3 sechs
solcher Platten wiedergegeben sind.
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Die Platten sind untereinander identisch und jeweils einem Kolben
37 zugeordnet. In den Fig. 1 und 2 ist im einzelnen der Aufbau dieser Platten erkennbar.
Die Platte 41 und das Abstandstück 43 sind am Kolben 37 mit Hilfe von Schrauben
42, 42 befestigt. Wenn sich der Kolben 37 in Richtung des Doppelpfeiles 50 bewegt,
dann bewegt sich auf diese Weise auch die ihm zugeordnete Irisplatte in Richtung
auf die Mittelachse des Ziehstempels bzw.
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von ihr weg.
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Fig. 1 zeigt die Presse in offener Stellung. Ein flaches Werkstück
B wird zuerst auf die Oberfläche der Matrize 30 aufgelegt und zentriert. Gleichzeitig
sind die Irisplatten zurückgezogen, so daß beispielsweise der Kolben 37 und die
Irisplatte 41 sich in der am weitesten links liegenden Stellung nach Fig. 1 befinden.
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Der Auswerfer 33 ist normalerweise nach oben gedrückt und befindet
sich in seiner ausgefahrenen Stellung.
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Aus Fig. 2 erkennt man, daß nach Betätigung der Presse der bewegliche
Holm 10 sich nach unten auf die Matrize 30 zu bewegt. Der Niederhalte-und Klemmdruck
wird mit Hilfe eines Zylinders 23 und einer Kolbenstange 23a erreicht, die auf den
Niederhalter 22 wirken, der nach unten und in Berührung mit der oberen Oberfläche
des Werkstückes B gedrückt wird. Bei einer weiteren Abwärtsbewegung des Holmes kommt
der Ziehstempel 24 mit dem Werkstück B in Berührung und gleichzeitig damit werden
die Kolben 37 betätigt, so daß sich die Irisplatten schließen bzw. ihren effektiven
Durchmesser dadurch verringern, daß jede Irisplatte 41 in Richtung der Mittelachse
der Matrize wandert, bis die Irisplatten die Außenkantenoberflächen des Werkstückes
B berühren. Bei einer weiteren Abwärtsbewegung des beweglichen Holmes 10 wird der
Ziehstempel in das Werkstück B unter Verformung desselben gedrückt und gleichzeitig
der.Auswerfer 33 abgesenkt, wobei gleichzeitig Druck auf den Umfang des Werkstückes
durch die Irisplatten 41 aufgebracht wird und damit das Werkstück unterseitlichen
Druck gelangt. Auf diese Weise wird die Verformungskraft des Ziehstempels durch
die Druckkräfte der Irisplatten 41 des Ringkörpers 40 unterstützt
und
damit auch der Metallfluß mit einem extrem hohen Reduktionsprozentsatz ermöglicht,
ohne daß es zu einer Zerstörung des Werkstückes kommt.
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Das Phänomen läßt sich erklären dadurch, daß man in Betracht zieht,
daß die Festigkeit des Metalls als Umfangszugfestigkeit X und als Durchmesserzugfestigkeit
Y ausgedrückt werden kann.
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Somit hat ein besonderes Metallwerkstück einen gegebenen Widerstand
gegen das Eindrücken in die Uffnung 30a der Matrize 30.
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Wenn der Ziehstempel 24 das Metall in die Uffnung 30a drückt, dann
verringert sich die Festigkeit des Metalls im Verformungsbereich und relativ zu
der Festigkeit in diesem Bereich und dieser Unterschied führt schließlich zu einer
Zerstörung des Werkstückes.
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Die Wirkung der Irisplatten 41 drückt dagegen das Metall in den Verformungsbereich
und verzögert den Zeitpunkt, bei dem eine solche Zerstörung auftritt, so daß damit
eine wesentlich höhere Reduktion erzielt werden kann, als es bisher möglich erschien.
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Nach dem Verformen des Werkstückes B kann dieses beim Uffnen der
Presse entfernt werden. Die Irisplatten 41 ziehen sich zurück und der Niederhaltedruck
wird durch Eingriff der Schulter 20b und der Lippe 22a abgelassen, um den Niederhalter
32 vom Werkstück abzuheben. Der Auswerfer 32 kehrt dann in seine ausgefahrene Stellung
zurück und hebt das Werkstück aus der Matrize 30 heraus. Während normalerweise kommunizierende
Durchlässe 24a im Ziehstempel 24 und 10a im Holm 10 für Entlastungszwecke verwendet
sind, kann man sie auch wahlweise an eine pneumatische Druckquelle zum Ausblasen
anschließen.
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L e e r s e i t e