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Mantelring-Baugruppe für das gratfreie
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Präzisions-Schmieden Präzisions-Schmieden Die Erfindung bezieht sich
auf eine Schmiedevorrichtung und insbesondere auf eine Vorrichtung mit einer Schmiedepresse
für ein gratfreies Schmiedeverfahren. Die gratfreien Schmiedeverfahren werden auch
als konizitätsfreie Schmiedeverfahren bezeichnet, die besonders für das Schmieden
von Teilen angewendet werden, die kleine Abmessungstoleranzen haben, und bei denen
vermieden werden soll, daß ein Grat vorhanden ist, wie dies bei anderen Schmiedeverfahren
der Fall ist.
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Gratloses Schmieden war bisher nur auf sehr teuren Schmiedepressen
möglich. Derartige Pressen wurden nur auf besondere Bestellung hergestellt, und
erst zwei oder drei Jahre nach Auftragserteilung ausgeliefert.
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Die Kosten, die Größen, und die Lieferbedingungen für derartige Pressen
sind kennzeichnend für die Probleme, die auftreten, wenn ein Gratlos-Schmiedeverfahren
angewendet werden soll.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen,
welche die Anwendung des Gratlos-Schmiedeverfahrens, ohne die Notwendigkeit der
Anschaffung von Pressen der Größenordnung und Type, wie sie bisher für solche Verfahren
erforderlich waren, ermöglicht.
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Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen,
welche es ermöglicht, das Gratlos-Schmiedeverfahren mit vorhandenen Pressen durchzuführen,
Pressen, die urspringlich nicht für solche Schmiedeverfahren geeignet waren.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen,
die relativ billig in der Herstellung und leicht einsetzbar ist.
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Die vorgenannten und weitere Aufgabenstellungen und Vorteile, die
aus der detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich
sind, werden durch eine Mantelring (wrap ring)-Baugruppe für das Zusammenwirken
mit einer Schmiedepresse ermöglicht, die einen Stempel mit einem ersten hohlraum
und Mitteln für die Auf- und Abbewegung des Stempels besitzt, und einen Stempelkopf
aufweist. Die Vorrichtung umfaßt einen Mantelring (wrap ring) mit einer darin befindlichen
Bohrung, und Mittel für die Aufnahme des Mantelrings (wrap ring) am Stempelkopf,
welcher Relativbewegung zwischen beiden erlaubt, und welcher Vorspannungsmittel
für das Auseinander von Stempelkopf und Mantelring (wrap ring) besitzt. Ein Mantelgesenk
(wrap die) ist für das Zusammenwirken mit dem Stempelkopf entsprechend dimensioniert,
und hat eine Außenfläche, die in ihren Abmessungen für das Zusammenwirken mit der
Bohrung im Mantelring entsprechend ausgelegt ist.
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Die Vorrichtung kann weitere Mittel für das Spannen des Mantelrings
und für das Auseinanderhalten des Mantelrings und des Stempelkopfes einschließen.
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Die Vorrichtung kann auch weitere Mittel für die Beheizung des Mantelrings
besitzen, die zumindest für die Beheizung vor Beginn des Schmiedevorgangs eingesetzt
werden.
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Die Vorrichtung kann Mittel für die Einleitung des Eingriffs der Mittel
für das Spannen einschließen, wobei der Vorgang durch die Abwärtsbewegung des Stempelkopfes
bewirkt wird.
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Die Vorrichtung kann ferner Mittel für die Einleitung des Eingriffs
der Mittel für das Spannen durch die Abwärtsbewegung des Stempelhalters, und auch
Mittel für die Freigabe des Eingriffs durch die Abwärtsbewegung des Stempelhalters
einschließen. Die Mittel zur Aufrechterhaltung der Vorspannung bestehen im wesentlichen
aus einer Feder.
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Die Mittel für die Einleitung des Schmiedevorgangs bestehen aus mindestens
einem Hydraulikzylinder, und die Mittel für den Ruhehub können zumindest ebenfalls
einen Hydraulikzylinder einschließen. Die Mittel zur Aufrechterhaltung der Vorspannung
können aus mindestens einem Schaft bestehen, der zwischen dem Stempelhalter und
dem Mantelring angeordnet ist, und eine Schraubenfeder darauf angeordnet aufweist,
wobei der Schaft so ausgebildet ist, daß er eine axiale Relativbewegung bezüglich
beider, des Stempelhalters oder des Mantelrings, zuläßt.
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich
beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik
neu sind.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg
darstellende Zeichnungen näher erläutert.
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Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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In den anliegenden Zeichnungen zeigt: Figur 1 - eine teilweise weggebrochene
Seitenansicht der
Vorrichtung gemäß der Erfindung, im montierten
Zustand an einer Schmiedepresse, Figur 2 - eine Draufsicht auf die Vorrichtung der
Figur 1 mit Ansicht von oberhalb des Stempelhalters, unter welchem der Stempel-Distanzblock,
der Mantelring und der Gesenkrahmen angeordnet sind, Figur 3 - eine teils schematische
Schnittansicht entlang der Schnittlinie 3 - 3 der Figur 2, und Figur 4 - eine schematische
Darstellung der im Mantelring vorgesehenen Widerstandsheizung.
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Die Erfindung wird in der Beschreibung besser verständlich mit Bezug
auf die Figuren 1, 2 und 3. Es soll so verstanden werden, daß die Vorrichtung gemäß
der Erfindung besonders für die Verwendung in sogenannten standardmäßigen Hydraulikpressen
geeignet ist, die von einer weitgefächerten Anzahl von Firmen hergestellt werden.
Der artige Pressen haben typbezogen eine Kapazität von 500 t und darüber.
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Am oberen Stößel (10) der zur Verwendung kommenden Schmiedepresse
ist ein Stempelkopf oder oberer Stempelhalter (14) befestigt, der ein Stempel-Distanzstück
(16) trägt. Der Stempelhalter (14) ist am oberen Stößel (10) durch Spannklauen (15)
befestigt. Der Stempelhalter (14) wiederum trägt einen Stempel-Distanzblock (16).
Der Stempel-Distanzblock (16) trägt den Stempel (18), der mit einem Hohlraum (20)
für das Formen eines Werkstücks (21) versehen ist. Das Werkstück (21) wird auch
durch den Hohlraum (22) geformt, der im Mantel-Gesenk (24) angeordnet ist, welches
mit dem Mantelring (26) zusammenwirkt.
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Die Ausrichtung (Führung) zwischen dem Stempelhalter (14)
und
dem Mantelring (wrap ring) (26) erfolgt während der vertikalen Relativbewegung durch
Führungszapfen (28), die jeweils an den vier Ecken des im wesentlichen rechteckigen
Mantelrings (26) des im wesentlichen rechtwinkeligen Stempelhalters (14) angeordnet
sind. Die Führungszapfen (28) sind jeweils in einer Bohrung (29) des Mantelrings
(26) gehaltert.
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Eine Vielzahl Federn (30) sind auf Schraubbolzen (32) aufgebracht,
die in Gewindebohrungen (34) des Stempelhalters (14) angeordnet sind. Zwei Muttern
(36) sind jeweils am unteren Ende jedes der Schraubbolzen (32) in Gewindeeingriff
mit diesen angebracht, und sind innerhalb einer Ausnehmung (38)= im Mantelring (26)
untergebracht. Der Mantelring (26) besitzt auch eine Vielzahl von Aussparungen (40),
in die hydraulisch betätigte, schwenkbare Spannkrallen (42) zur Festlegung des Mantelrings
(26) vertikal zum Gesenkrahmen (44) greifen. Die hydraulisch betätigten, schwenkbaren
Krallen (42) sind auf dem Gesenkrahmen (44) montiert.
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Die Befestigung des Stempels (18) am Stempel-Distanzblock (16) erfolgt
mittels Spannstiften (41) und Befestigungsschrauben (47), die in einer Stufe (46)
des Stempels (18) versenkt angeordnet und mit einer Gewindebohrung im Stempel-Distanzblock
(16) in Eingriff sind. Der Stempel-Distanzblock (16) ist am Stempelhalter (14) durch
eine Vielzahl Schrauben (48) befestigt, die in einer Ausnehmung (50) im Stempel-Distanzblock
(16) angeordnet sind.
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In Betrieb drückt der Stößel (10) den Stempel (18) nach unten in das
Mantelgesenk (wrap die) (24), und drückt gleichzeitig auch den Mantelring (26) nach
unten. Die Federn (30) (normalerweise unbelastet 2 ft. lang, und belastet ca. 16"
lang) werden bei diesem Vorgang zusammengedrückt, und üben damit eine zusätzliche
Kraft aus, die den Mantelring (26) nach unten gedrückt hält, und damit
auch
Stempel (18) und Mantelgesenk (24). Die durch die Federn (30) ausgeübte Kraft kann
in einer bevorzugten Ausführungsform ca. 59 t betragen. Die hydraulisch schwenkbaren
Klauen (42) werden mit den Aussparungen (40) automatisch in Eingriff gebracht, und
üben eine weitere bedeutende zusätzliche Kraft aus. Derartige hydraulisch schwenkbare
Spannklauen können verschiedene Kapazitäten entwickeln. Geeignete Kapazitäten liegen
im Bereich von 1 bis 3 t für jede einzelne der Spannklauen, obwohl in anderen Fällen
davon abweichende Kapazitäten auch geeignet sein können. Am unteren Ende des Hubs
des Stößels (10) sitzt der Stempel (18) auf dem Mantelgesenk (24) auf, und die schematisch
dargestellte Vorrichtung (43) ist so ausgebildet, daß sie in dieser Position die
hydraulisch schwenkbaren Klauen (42) automatisch außer Eingriff mit den Aussparungen
(40) des Mantelrings (26) bringt. Die Vorrichtung (43) kann mittels Schaltern (nicht
gezeigt) betätigt werden, die Ventile (nicht dargestellt) für die Zuführung eines
Druckmediums zur Bewegung der schwenkbaren Klauen (42) entsprechend der Bewegung
des Stößels (10) ansteuern. In der bevorzugten Ausführungsform bewegen die hydraulisch
betätigten Schwenkklauen (42) den Mantelring (26) nicht tiefer als in eine Position,
die einen vertikalen Abstand von mindestens 3" zwischen Mantelring (26) und Gesenkrahmen
(44) noch frei läßt. Dieser Mindestabstand ist notwendig, um einen Freiraum für
die Schraubenbolzen (32) und Muttern (36) zu haben, wenn der vertikale Abstand zwischen
Mantelring (26) und dem oberen Halter (14) abnimmt.
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Für Anwendungen, die relativ hohe Kräfte erfordern, können die in
Figur 3 gezeigten Hydraulikzylinder (53) eingesetzt werden. Diese Zylinder (53)
bestehen aus einem Zylinder, der mit seinem oberen Ende am Stempelhalter (14) befestigt
ist, una einer am Kolben befestigten Kolbenstange, welche in Gewindeeingriff mit
dem Mantelring (26) verbunden ist.
Solche Iiydraulikzylinder können
die erforderliche, gesamte Kraft allein aufbringen, oder zusammen mit den Federn(30)
und/oder den Klauen (42). Die Zylinder (53) werden in symmetrischer Anordnung verwendet.
Typisch sind acht dieser Zylinder, die diese Kräfte aufbringen-ohne irgendwelchen
Federn (30) oder Schwenkklauen (42). Für diese Aus führungs form sind sechzehn Schraubbolzen
(32) und zweiunddreißig Muttern (36) in Anordnung von zwei Schraubbolzen je Seite
der Führungszapfen (28).
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Derart große Niederhaltedrücke werden benötigt, wenn relativ weite
Hohlräume oder "Vertiefungen" verwendet werden, wobei der Hohlraum sich lateral
bis hinter den Stempel erstreckt, und einen großen Querschnitt hat.
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Das zu formende Metall "drückt zurück" oder erzeugt "Gegendruck",
wenn zum Beispiel Aluminium geformt wird.
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Ohne ausreichende Niederhaltekraft würde dieses Gegendruck das Mantelgesenk
anheben, und den Mantelring (26) nach oben drücken. Außerdem würden dadurch die
Schwenkklauen (42) beschädigt. Als ein typisches Beispiel, bei 20 t pro sq.in.,
mit einem Hohlraum-Querschnitt von 6 x 4 in., also 24 sq.in., können 480 t Gegendruck
auftreten.
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Der Stempelhalter (14) ist mit lousnehmenagen (17) versehen, in die
eine Hebevorrichtung in Eingriff kommt. Ebenso besitzt der Mantelring (26) Ausnehmungen
(62) für das Abheben des Mantelrings (26).
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In Figur 4 ist eine elektrische Widerstandsheizung (62 a) schematisch
dargestellt, die in Öffnungen (nicht dargestellt) des Mantelrings (26) untergebracht
ist. Normalerweise wird die Temperatur des Mantelrings vor Beginn des Fertigungsvorgangs
auf 400 bis 600 OF gebracht, und in diesem Temperaturbereich mittels Thermostatregelung
gehalten. Nachdem die Schiniedearbeiten angelaufen sind,
absorbiert
das Mantelgesenk Reibungswärme vom Aluminium oder anderem Material, welches bearbeitet
wird. Bei einigen Ausführungsformen kann auch Gasbeheizung verwendet werden, um
den Mantelring (26) und das Mantelgesenk (24) zu beheizen.
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Die Öffnung im Mantelring (26), die mit dem Mantelgesenk zusammenwirkt,
kann in einer typischen Anordnung eine Größe von zirka 14 x 18 in., und eine Konizität
von 3 Grad haben. Das Mantelgesenk (24) kann aus zwei oder drei Segmenten bestehen,
um dem Bedienenden zu ermöglichen, die Segmente auseinanderzunehmen und das mittels
des Verfahrens hergestellte Produkt zu entnehmen. In solchen Fällen bedarf es überhaupt
keiner Konizität.
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Es ist hieraus zu ersehen, uaß die Vorrichtung gemäß der Erfindung
mit einer herkömmlichen Schmiedepresse einsetzbar ist, wodurch diese Funktionen
ausführen kann, die normalerweise nicht ohne spezialisiertere Ausrüstungen möglich
sind, die jedoch wiederum Anschaffungskosten von mehr als g 1.000.000 erfordern.
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Statt der vertikalen Anordnung kann in einer anderen Ausführungsform
eine horizontale, liegende Anordnung Anwendung finden.