DE3241383A1

DE3241383A1 - Vorrichtung zum plastischen umformen von werkstoffen

Info

Publication number: DE3241383A1
Application number: DE19823241383
Authority: DE
Inventors: Teodor Angelov Dipl.-Ing. Sofia Balevski; Bojidar Stefanov Dipl.-Ing. Ivanov; Bojan Ivanov Dipl.-Ing. Paunov
Original assignee: Institute po Metaloznanie i Technologia na Metalite
Current assignee: Institute po Metaloznanie i Technologia na Metalite
Priority date: 1982-11-09
Filing date: 1982-11-09
Publication date: 1984-05-10
Also published as: DE3241383C2

Description

Vorrichtung zum plastischen Umformen von Werkstoffen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum plastischen Umformen von Werkstoffen in kaltem und warmen Zustand nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, insbesondere zum plastischen Umformen durch Vorwärts-Fließpressen, Rückwärts-Napffließpressen und Gesenkschmieden.
Es ist bereits eine Vorrichtung zum plastischen Umformen von Werkstoffen bekannt, die einen Behälter mit dem zu bearbeitenden Werkstoff aufweist. Der Werkstoff steht mit seiner einen Seite mit einem Stempel und mit seiner anderen Seite mit einer Matrize in Berührung, die aus einzelnen, zueinander beweglich angeordneten Elementen aufgebaut ist. Diese Elemente, mit Ausnahme des zum hergestellten Erzeugnis am nähesten liegenden, werden durch elastische Stützen gehalten. Das dem hergestellten Erzeugnis am nächsten liegende Element wird von einer starren Stütze gehalten (BG-PS 28 890).
Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß einzelne elastische Stützen für die entsprechenden beweglichen Elemente erforderlich sind und daß hohe Arbeitsspannungen in den elastischen Stützen auftreten. Das Einstellen ist durch ein entsprechendes Vorspannen einer jeden elastischen Stütze erschwert. Außerdem sind die einsetzbaren Geometrien des Ausgangsrohlings und des Fertigteils beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zum plastischen Umformen von Werkstoffen der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einem gemeinsamen elastischen Medium gearbeitet werden kann, das wesentlich niedrigeren Arbeitsspannungen ausgesetzt ist, und daß ein leichtes und schnelles Einstellen bei hohem Vielseitigkeitsgrad hinsichtlich Rohling und Produkt möglich ist.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung zum plastischen Umformen von Werkstoffen, die einen Behälter für den zu bearbeitenden Werkstoff, einen Stempel und eine Matrize aufweist, wobei die Matrize aus Elementen besteht, die zueinander beweglich angeordnet sind und mit dem einen Ende mit dem zu bearbeitenden Werkstoff in Berührung kommen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elemente mit ihrem anderen Ende mit entsprechenden Zwischenelementen in Berührung stehen. Eines der Zwischenelemente ist auf einer Scheibe abgestützt, die starr an der einen Seite eines Gehäusekörpers befestigt ist, während die übrigen Zwischenelemente auf entsprechenden zylindrischen Stützen abgestützt sind, die beweglich durch Öffnungen in der Scheibe hindurchgehen und mit Stützelementen in Berührung stehen, die entsprechend konzentrisch ineinander mit Passung und mit garantiertem Spiel und Dichtungen eingesetzt sind. Das äußerste der Stützelemente ist beweglich und mit einer Dichtung in die Öffnung des Gehäusekörpers eingesetzt, der mit einem Deckel versehen ist, der die Öffnung im Gehäusekörper abdichtend abschließt. Der Raum im Gehäusekörper zwischen dem Deckel und den Stütz elementen ist mit einem Fluid gefüllt und über einen Druckminderer mit einem Behälter verbunden, der mit einem elastischen Medium gefüllt ist. Dieser Behälter ist mit einem Rückschlagventil und mit Einrichtungen für das Messen und Begrenzen des Drucks des elastischen Mediums versehen.
Das elastische Medium kann bis zu einem Vordruck komprimiert werden, der in Abhängigkeit des Widerstands des bearbeiteten Werkstoffes gegen plastisches Umformen gewählt wird. Art und Volumen des elastischen Mediums können so gewählt werden, daß bei einem Druck, der höher als der Vordruck ist, das elastische Medium in gewünschtem Grad zusammendrückbar ist.
Beim Vorwärts-Fließpressen sind die Zwischenelemente und die Stützelemente konzentrisch ineinander eingesetzte Hülsen, die axial zueinander beweglich sind, wobei die innerste Zwischenhülse auf der Scheibe abgestützt ist. Die Scheibe hat eine zentrale durchgehende Öffnung mit einem Durchmesser, der geringfügig größer ist als der Durchmesser des hergestellten Erzeugnisses.
Der Deckel hat ebenfalls eine zentrale durchgehende Öffnung. Die innerste der Stützhülsen hat zwei Stufen.
Mit ihrer kleinen Stufe ist sie beweglich und mit einer Dichtung in die zentrale durchgehende Öffnung im Deckel eingesetzt.
Beim Rückwärts-Napffließpressen und Gesenkschmieden sind das innerste Zwischenelement und das innerste Stützelement als zylindrische Dorne ausgebildet, während die übrigen Zwischen- und Stützelemente konzentrisch ineinander gesetzte Hülsen sind, die axial relativ zueinander bewegbar sind.
Beim Rückwärts-Napffließpressen ist die auf der Scheibe abgestützte Zwischenhülse die äußerste Zwischenhülse.
Beim Gesenkschmieden haben die Elemente, die in Kontakt mit dem bearbeiteten Werkstoff stehen, eine Kontaktoberfläche, die dem Relief des Erzeugnisses entspricht, während das auf der Scheibe abgestützte Zwischenelement dem Element der zusammengesetzten Matrize entspricht, das als letztes das Relief des Erzeugnisses formt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil einer leichten und schnellen Einstellung bei einem hohen Vielseitigkeitsgrad, wobei nur ein elastisches Element erforderlich ist, das bei wesentlich niedrigeren Spannungen arbeitet.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zum Vorwärts-Fließpressen; Fig. 2 eine Vorrichtung zum Rückwärts-Napffließpressen; Fig. 3 eine Vorrichtung zum Gesenkschmieden und Fig. 4 die einzelnen Stufen beim Vorwärts-Fließpressen eines Erzeugnisses, das während einer Kraftpulsation durchgeführt wird.
Die Vorrichtung für das Vorwärts-Fließpressen (Fig. 1) besteht aus einem Behälter 1 mit durchgehender Öffnung, worin ein Stempel 2, der zu bearbeitende Werkstoff 7 und eine Matrize angeordnet sind. Die Matrize ist aus vier Hülsen 3, 4, 5 und 6 zusammengesetzt, die konzentrisch ineinander mit Toleranzen mit garantiertem Spiel eingesetzt sind. Die innerste Hülse 3 ist über eine Zwischenhülse 8 auf einer Scheibe 20 abgestützt.
Die Scheibe 20 hat eine zentrale durchgehende Öffnung, die koaxial zu der Öffnung der Hülse 3 ist und einen Durchmesser aufweist der größer ist als der Durchmesser des hergestellten Erzeugnisses 21. Jede der übrigen drei Hülsen 4, 5 und 6 ist abgestützt durch eine entsprechende Zwischenhülse 9, 10 und 11 auf entsprechenden zylindrischen Stützen 12, 13 und 14, die beweglich durch Öffnungen in der Scheibe 20 hindurchgehen. Die Scheibe 20 ist starr auf der einen Seite eines Gehäusekörpers 15 angeordnet. In einer Öffnung des Gehäusekörpers 15 sind drei Stützhülsen 16, 17 und 18 konzentrisch ineinander mit Passung und garantiertem Spiel und mit Dichtungen eingesetzt, wobei jede dieser Hülsen jeweils mit einer zylindrischen Stütze 12, 13, 14 in Kontakt ist. Die äußerste Stützhülse 18 ist beweglich und mit einer Dichtung in die Öffnung des Gehäusekörpers 15 eingesetzt, während die innerste Stützhülse 16 zwei Stufen aufweist und mit der kleineren Stufe mit einer Dichtung in die zentrale durchgehende Öffnung des Deckels 19 eingesetzt ist. Der Deckel 19 verschließt die Öffnung im Gehäusekörper 15 abdichtend. Der Raum des Gehäusekörpers 15 zwischen dem Deckel 19 und den Stützhülsen 16, 17 und 18 ist mit Maschinenöl gefüllt und über einen Druckminderer 22 mit einem mit Druckluft gefüllten Behälter 23 verbunden, der mit einem Rückschlagventil 24, einem Manometer 25 und einem Ventil 26 für das Begrenzen des maximalen Drucks der Druckluft versehen ist. Der Druck der Druckluft wird im voraus bis zu einem Wert erhöht, der abhängig vom Widerstand des zu bearbeitenden Werkstoffs gegen plastisches Umformen gewählt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung für das Vorwärts-Fließpressen (Fig. 1) arbeitet folgendermaßen: Durch eine krafterzeugende Maschine wird auf den Stempel 2 und den Deckel 19 eine pulsierende Kraft ausgeübt.
Jede Kraftpulsation besteht aus einem Erhöhen und einem Herabsetzen der Kraft zwischen zwei Grenzwerten. Beim Erhöhen der Kraft tritt ein Moment ein, in dem der Druck der Druckluft im Behälter 23 höher wird als sein vorgegebener Wert. Der Stempel 2, der Behälter 1 mit dem bearbeiteten Werkstoff 7, die Hülsen 4, 5, 6, die Zwischenhülsen 9, 10, 11, die zylindrischen Stützen 12,13,14 und die Stützhülsen 16, 17, 18 bewegen sich abwärts in Bezug auf die unbeweglichen Elemente, nämlich die Hülse 3, die Zwischenhülse 8, der Gehäusekörper 15, der Deckel 19 und die Scheibe 20. Dabei wird durch die Öffnung der feststehenden Hülse 3 ein Teil des Erzeugnisses 21 ausgepreßt, während das herausgepreßte Maschinenölvolumen zusätzlich Luft im Behälter 23 komprimiert.
Das Umformsystem ist in Fig. 4 a in einer Ausgangsposition gezeigt, und in Fig. 4 b in der nächsten Position. Es folgt ein diktiertes Herabsetzen der Kraft, wobei der Behälter 1 mit dem bearbeiteten Werkstoff 7, der Stempel 2, die Hülsen 5 und 6, die Zwischenhülsen 10 und 11, die zylindrischen Stützen 13 und 14 und die Stützhülsen 17, 18 sich aufwärts bewegen in Bezug auf die feststehenden Elemente, die Hülse 3, die Zwischenhülse 8, den Gehäusekörper 15, den Deckel 19 und die Scheibe 20. Gleichzeitig bewegen sich die Hülse 4, die Zwischenhülse 9, die zylindrische Stütze 12 und die Stützhülse 16 aufwärts in Bezug auf den Behälter 1 mit dem bearbeiteten Werkstoff 7, dem Stempel 2, die Hülsen 5, 6, die Zwischenhülsen 10 und 11, die zylindrischen Stützen 13, 14 und die Stützhülsen 17, 18, wobei die Hülse 4 ein plastisches Fordern des Werkstoffs 7 im Raum ausführt, der durch die Hülse 3 freigegeben wird (Fig. 4c). Dieses plastische Fördern des Werkstoffs unter Einwirkung der Hülse 4 dauert bis zu dem Augenblick, in welchem die Stützhülse 16 die Scheibe 20 berührt.
Bei einem weiteren Herabsetzen der Kraft bewegen sich der Behälter 1 mit dem bearbeiteten Werkstoff 7, der Stempel 2, die Hülse 6, die Zwischenhülse 11, die zylindrische Stütze 14 und die Stützhülse 18 aufwärts in Bezug auf die Hülsen 3, 4, die Zwischenhülsen 8, 9, die zylindrische Stütze 12, die Stützhülse 16, den Gehäusekörper 15, den Deckel 19 und die Scheibe 20. Gleichzeitig bewegen sich die Hülse 5, die Zwischenhülse 10, die zylindrische Stütze 13 und die Stützhülse 17 aufwärts in Bezug auf den Behälter 1 mit dem bearbeiteten Werkstoff 7, den Stempel 2, die Ilülse 6, die Zwischenhülse 11, die zylindrische Stütze 14 und die Stützhülse 18, wobei die Hülse 5 ein plastisches Fördern des Werkstoffs in dem Raum ausführt, der durch die Hülsen 3 und 4 freigegeben wird (Fig. 4d). Das plastische Fördern von Werkstoff unter der Einwirkung der Hülse 5 wird bis zu dem Augenblick beobachtet, in welchem die Stützhülse 17 mit der Scheibe 20 in Berührung kommt.
Bei der weiteren Herabsetzung der Kraft bewegen sich der bearbeitete Werkstoff 7 und der Stempel 2 aufwärts in Bezug auf die Hülsen 3, 4, 5, die Zwischenhülsen 8, 9, 10, die zylindrischen Stützen 12, 13, die Stützhülsen 16, 17, den-Gehäusekörper 15, den Deckel 19 und die Scheibe 20. Gleichzeitig bewegen sich der Behälter 1, die Hülse 6, die Zwischenhülse 11, die zylindrische Stütze 14 und die Stützhülse 18 aufwärts in Bezug auf den bearbeiteten Werkstoff und den Stempel 2, wobei die Hülse 6 ein plastisches Fördern des Werkstoffs im Raum ausführt, der durch die Hülsen 3, 4, 5 freigegeben wird (Fig. 4d). Das plastische Fördern des Werkstoffs unter Einwirkung der Hülse 6 dauert bis zu dem Augenblick, in welchem die Stützhülse 18 mit der Scheibe 20 in Berührung kommt.
Damit wird ein Pulsationsregeln der Kraft beendet. Ein Teil des Erzeugnisses 21 wird ausgepreßt. Durch mehrfache Wiederholung einer solchen Pulsation der Kraft wird das gesamte Volumen des Rohlings ausgepreßt, wobei die Vorrichtung wiederholt die beschriebenen Verfahrensschritte ausführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet in analoger Weise beim Rückwärts-Napffließpressen (Fig. 2) und beim Gesenkschmieden (Fig. 3).
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Claims

Vorrichtung zuns plastischen Umformen von Werkstoffen PATENTANS PRÜCHE (½%. Vorrichtung zum plastischen Umformen von Werkstoffen, mit einem Behälter mit zu bearbeitendem Werkstoff, dessen eine Seite mit einem Stempel und dessen andere Seite mit einer Matrize in Berührung steht, die aus einzelnen zueinander beweglich angeordneten Elementen aufgebaut ist, die mit ihrem einen Ende mit dem zu bearbeitenden Werkstoff in Kontakt stehen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elemente (3, 4, 5, 6) mit ihren anderen Enden jeweils mit Zwischenelementen (8, 9, 10 und 11) in Berührung sind, daß die einen Zwischenelemente (8) jeweils einzeln auf einer Scheibe (20) abgestützt sind, die starr an der einen Seite eines Gehäusekörpers (15) befestigt sind, während die übrigen Zwischenelemente (9, 10, 11) jeweils auf Stützen (12, 13, 14) sitzen, die beweglich durch Offnungen in der Scheibe (20) hindurchgehen und mit entsprechenden konzentrisch ineinander eingesetzten Stützelementen (16, 17, 18) in Berührung stechen, von denen das äußerste (18) beweglich mit einer Dichtung in einer Öffnung im Gehäusekörper (15) angeordnet ist, daß der Gehäusekörper (15) mit einem Deckel (19) versehen ist, der die Öffnung im Gehäusekörper (15) abdichtend abschließt, während der Raum zwischen dem Deckel (19) und den Stützelementen (16, 17, 18) mit einem Fluid gefüllt ist und über einen Druckminderer (22) mit einem mit elastischem Medium gefüllten Behälter (23) verbunden ist, der ein Rückschlagventil (24) sowie Druckmeßeinrichtungen (25) und Druckbegrenungseinrichtungen (26) für das elastische Medium im Behälter (23)auf weist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das elastische Medium im Behålter (23) bis zu einem Vordruck komprimiert und nach Art und Volumen so ausgewählt ist, daß bei Drücken, die höher als der Vordruck sind, das elastische Medium komprimierbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere für ein Umformen durch Vorwärtsfließpressen, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Zwischenelemente (8, 9, 10, 11) und die Stützelemente (16, 17, 18) konzentrisch ineinander eingesetzte Hülsen sind, wobei die innerste Zwischenhülse (8) auf der Scheibe (20) abgestützt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere für ein Umformen durch Vorwärts-Fließpressen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Scheibe (20) eine zentrale- durchgehende Öffnung aufweist, die einen Durchmesser hat, der geringfügig größer ist als der Durchmesser des hergestellten Erzeugnisses, während die Stützhülse (16) mit zwei Stufen versehen ist, von denen die kleinere Stufe beweglich und mit einer Dichtung in die zentrale durchgehende Öffnung des Deckels (19) eingesetzt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere für ein Umformen durch Rückwärts-Napffließpressen und Gesenkschmieden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das innerste Zwischenelement (11) für das Rückfließen, das Element (8) für das Gesenkschmieden, das innerste Stützelement (18) für das Rückfließen und das Stützelement (16) für das Gesenkschmieden als zylindrischer Dorn ausgebildet sind, während die übrigen Zwischenelemente (8, 9, 10) für Rückfließen, die Zwischenelemente (9, 10, 11) für Gesenkschmieden, die übrigen Stützelemente (16, 17) für das Rückfließen und die Stützelemente (17, 18) für das Gesenkschmieden konzentrisch inelnandergesetzte Hülsen sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere für ein Umformen durch Rückwärts-Napffließpressen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die auf der Scheibe (20) gestützte Zwischenhülse (8) die äußerste Zwischenhülse ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere für ein Umformen durch Gesenkschmieden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die mit dem bearbeiteten Werkstoff in Berührung kommenden Elemente (3, 4, 5, 6) eine Kontaktoberfläche aufweisen, die dem Relief des Erzeugnisses (21) entspricht, während das auf der Scheibe (20) abgestützte Zwischenelement (8) dem Element (3) entspricht, das als letztes das Relief des Erzeugnisses (21) ausbildet.