DE3433515A1 - Verfahren und werkzeug zum plastischen verformen metallischer werkstuecke durch kaltfliesspressen - Google Patents

Description

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Ι . HITACHI, LTD.

6, Kanda Surugadai 4-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

2. M.H. Center, Ltd.

54 2, Shinwa-4-chome, Misato-shi, Saitama-ken, Japan

Verfahren und Werkzeug zum plastischen Verformen metallischer Werkstücke durch Kaltfließpressen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Werkzeug zum Verformen metallischer Werkstücke durch Kaltfließpressen, insbesondere zum aufeinanderfolgenden Erzeugen von ringförmigen metallischen Werkstücken aus ringförmigen Metallrohlingen.

Es gibt zwei Arten von Fließpreßverfahren, die üblicherweise für die Erzeugung von im wesentlichen ringförmigen Metallwerkstücken wie Hülsen, Zahnrädern usw. durch plastisches Verformen aus ringförmigen Rohlingen mit Mittenöffnungen angewandt werden.

Das eine Verfahren ist in der US-PS 4 038 860 angegeben. Dabei wird ein Metallrohling geeigneter Form und Größe von einem Preßstempel in einen zwischen einer Preßbüchse und einem Dorn gebildeten Hohlraum gepreßt, wodurch der Rohlingwerkstoff plastisch verformt wird und den Hohlraum ausfüllt. Dann werden der Preßstempel und der Dorn zurückgezogen, und das so geformte Werkstück wird aus der Preßbüchse von Auswerferstiften zur gleichen Seite wie der Preßstempel ausgeworfen. Bei diesem bekannten Verfahren kann somit das fertige Produkt nur ent-

nommen werden, indem es zu der Seite hin ausgeworfen wird, von der der Rohling eingesetzt wurde. Das Verfahren kann also nicht angewandt werden, wenn der Außendurchmesser des Produkts größer als derjenige des Rohlings ist. Ferner kann mit diesem
Verfahren keine ausreichend hohe Genauigkekt bei der Bildung
des Formwerkstücks erzielt werden. Da das Produkt außerdem
keinen größeren Durchmesser als der Rohling aufweisen kann,
bedeutet dies, daß Produkte unterschiedlicher Größe Rohlinge
entsprechender Größe erfordern. Es ist also nicht möglich,
Rohlinge derselben Größe für Produkte unterschiedlicher Größe einzusetzen. Häufig geschieht es, daß ein Teil eines Rohlings außerhalb der Preßbüchse verbleibt, wenn der Rohling in den
Formhohlraum gepreßt wird. Ein solcher Abschnitt muß nach dem Kaltverformen durch einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt
entfernt werden, was hinsichtlich erhöhter Produktionskosten, geringer Ausbeute und geringer Produktivität nachteilig ist.

Das zweite Verfahren ist z. B. in der US-PS 3 837 205 angegeben. Dabei werden Rohlinge, die jeweils eine Mittenbohrung
aufweisen, diskontinuierlich in einen Aufnehmer gepreßt und in Richtung der Druckbeaufschlagung der Rohlinge fließgepreßt.
Dabei spielt ein Dorn auch die Rolle eines Fließpreßstempels, denn zum Einbringen eines frischen Rohlings in den Formhohlraum wird der Dorn vorübergehend aus einem kaltverformten Werkstück herausgezogen und unmittelbar vor Beginn der Preßdruckbeaufschlagung des frischen Rohlings wieder in das erste Werkstück eingesetzt.

Dieses Verfahren ist ebenfalls mit Nachteilen behaftet, weil
wiederholtes Einfülhren bzw. Herausziehen des Dorns erforderlich ist. Somit kann das Verfahren nicht angewandt werden, wenn der Innendurchmesser des kaltverformten Rohlings stetig
vergrößert wird oder wenn das Endkprodukt einen größeren
Außendurchmesser als der Rohling hat. Ferner unterliegt die
Form des Dorns nachteiligerweise Beschränkungen. Außerdem muß bei diesem Verfahren das Produkt aus dem Eintrittsbereich der Preßbüchse ausgeworfen werden, was nachteiligerweise zu einem

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Verschleiß der Preßbüchse and einer geringen Formverzerrung des Produkts führt. Im Hinblick auf die Werkstückpräzision ist dieses Verfahren also nicht bevorzugt. Außerdem ist dabei die Produktivität gering, und die Produktionskosten sind hoch aufgrund der bei der Entnahme des Produkts aus dem Werkzeug auftretenden Schwierigkeiten sowie der Notwendigkeit eines komplizierten Aufhaus der Preßbüchse.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Kaltfließpreßverfahrens, mit dem durch Kaltfließpressen eines ringförmigen Rohlings ein präzise geformtes ringförmiges Werkstück herstellbar ist, dessen Außendurchmesser größer oder kleiner als derjenige des ringförmigen Rohlings ist. Dabei soll ein gleichmäßiges Fließpressen über den gesamten dem Fließpressen unterliegenden Werkstoff durch die Erzeugung eines Gegendrucks in der Preßbüchse unter Erzielung hoher Präzision hinsichtlich Form und Größe möglich sein, und ferner soll bei diesem Verfahren der Werkstoff über seine freie Dehnungsgrenze hinaus verformbar sein infolge eines dreidimensionalen Kompressionseffekts unter Zuhilfenahme des Gegendrucks. Ferner soll durch die Erfindung ein Kaltfließpreßwerkzeug zur Durchführung des angegebenen Verfahrens bereitgestellt werden, dessen Aufbau derart ist, daß eine hohe Produktivität erreicht wird.

Das Verfahren nach der Erfindung zum plastischen Verformen metallischer Werkstücke durch Kaltfließpressen ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Einpressen eines hohlen Metallrohlings bei Normaltemperatur in einen Formhohlraum, der zwischen einem auf einer ortsfesten Grundplatte angeordneten Dorn und einer den Dorn konzentrisch umgebenden Preßbüchse gebildet ist, so daß der Rohling zwischen dem Dorn und der Preßbüchse plastisch verformt wird, Einpressen eines weiteren hohlen Metallrohlings in den Formhohlraum, während die relativen Lagen des Dorns, der Preßbüchse und des ersten zwischen diesen verformten Rohlings unverändert bleiben, und Pressen des weiteren Rohlings gegen den zu verformenden ersten Rohling

unter Vorwärts-Fließpressen des ersten Rohlings aus der Preßbüchse, so daß der erste Rohling zu einem rohrförmigen Werkstück verformt wird.

Das Werkzeug nach der Erfindung zum plastischen Verformen metallischer Werkstücke durch Kaltfließpressen ist gekennzeichnet durch einen Aufnehmer, der den Außendurchmesser eines Metallrohlings begrenzt, eine mit dem Unterende des Aufnehmers in Verbindung stehende Preßbüchse, die den Außendurchmesser eines zu erzeugenden Werkstücks bestimmt, einen auf einer ortsfesten Grundplatte angeordneten Dorn, der in dem Aufnehmer und der Preßbüchse im wesentlichen konzentrisch vorgesehen ist und mit diesen zusammenwirkend einen Formhohlraum bildet, wobei der Dorn den Innendurchmesser des Metallrohlings begrenzt, einen an einem Schieber befestigten und von diesem bewegbaren Preßstempel, der den Metallrohling in den Formhohlraum preßt, so daß ein darin befindlicher vorhergehender Metallrohling aus diesem nach unten fließgepreßt wird, wobei die Preßbüchse, der Dorn und der Aufnehmer durch einen Metallrohling im Formhohlraum momentan zusammengefügt sind unter Bildung einer momentanen Baueinheit, und eine Vorrichtung, die die momentane Baueinheit hebt und dabei einer Aufwärtsbewegung des Schiebers und damit des Preßstempels folgt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kaltfließpreßwerkzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2A bis

Fig. 2D Schnittansichten von Werkstücksrohlingen in

aufeinanderfolgenden Phasen eines Kaltfließpreßverfahrens;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Kaltfließpreßwerkzeug in der Stellung, in der ein Werkstück aus einer Preßbüchse entnommen wird;

Fig.	6
Fig.	7
Fig.	8
Fig.	17

Fig. 4 und

Fig. 5 Längsschnitte durch das Kaltfließpreßwerkzeug in verschiedenen Phasen eines Kaltfließpreßvorgangs;

und

Längsschnitte durch weitere Ausführungsformen des Kaltfließpreßwerkzeugs nach der Erfindung; und bis

schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen des Kaltfließpreßwerkzeugs in verschiedenen Arbeitsphasen.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Kaltfließpreßwerkzeug, mit dem das angegebene Verfahren durchgeführt wird. Das Werkzeug umfaßt einen Aufnehmer 1, dessen Innenkonfiguration die Außenkonfiguration eines zylindrischen Metallrohlings 2 begrenzt. Das Gehäuse 1 weist eine in Axialrichtung verlaufende Durchgangsöffnung 3 zur Aufnahme des Metallrohlings 2 auf. Ferner umfaßt das Werkzeug eine Preßbüchse 4, die den Außendurchmesser des Werkstücks bestimmt. Der Aufnehmer 1 ist auf der Preßbüchse 4 angeordnet, die ihrerseits auf einem Amboß 5 gehaltert ist, der auf einer ortsfesten Grundplatte 6 montiert ist. Der Innendurchmesser der Preßbüchse 4 ist geringfügig größer als derjenige des Aufnehmers 1.

Das Kaltfließpreßwerkzeug weist ferner einen Dorn 7 auf, der im Aufnehmer 1 und in der Preßbüchse 4 koaxial damit angeordnet ist. Der Dorn 7 ist so geformt und bemessen, daß er den Innendurchmesser des Werkstücks bestimmt. Insbesondere besteht er aus einem konischen Formgebungsabschnitt 7b, der nach unten divergiert und den Innendurchmesser des Rohlings allmählich auf die Endgröße vergrößert, aus einem den Formgebungsabschnitt 7b tragenden Schaft 7b, der auf der Grundplatte 6 abgestützt ist, sowie einem Führungsabschnitt 7c, der in der Mittenbohrung des Rohlings 2 aufnehmbar ist. Das Werkzeug umfaßt ferner einen Fließpreßstempel 8, der den Rohling 2 in einen ringförmigen Preßbüchsenhohlraum 9, der zwischen dem Aufnehmer 1 und dem

Dorn 7 sowie zwischen der Preßbüchse 4 und dem Dorn 7 definiert ist, preßt. Der Fließpreßstempel 8 ist größenmäßig so bemessen, daß er in die Bohrung 3 im Aufnehmer 1 einsetzbar ist, und weist eine Mittenbohrung 8a auf, die den Führungsabschnitt 7c des Dorns 7 aufnehmen kann.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2A-D wird erläutert, wie der Metallrohling 2 mit Hilfe des oben angegebenen Fließpreßwerkzeugs zu dem erwünschten Werkstück kaltverformt wird.

Zuerst wird der Metallrohling 2 in die Durchgangsöffnung 3 des Aufnehmers 1 eingesetzt (Fig. 2A). Der Metallrohling 2 hat eine Länge 1 und einen Außendurchmesser d sowie eine Mittenbohrung, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Außendurchinesser des Führungsabschnitts 7c des Dorns 7 ist. Anschließend führt der Preßstempel 8 einen vollständigen Abwärtshub entsprechend einem Pfeil X aus, so daß der Metallrohling 2 in den Hohlraum 9 entsprechend Fig. 2B gedrückt wird. Da der Innen- und der Außenumfang des Metallrohlings 2 durch den Formgebungsabschnitt 7b des Dorns bzw. die Wandung der Preßbüchse 4 begrenzt sind, erzeugt die vom Preßstempel 8 auf den Metallrohling 2 ausgeübte axiale Druckkraft nach radial außen und innen auf den Rohling 2 einwirkende Kräfte. Infolgedessen wird der Rohling 2 dreidimensional zusammengepreßt unter plastischem Fließen des Werkstoffs, so daß der Abschnitt 9a des Preßbüchsenhohlraums zwischen der Preßbüchse 4 und dem Formgebungsabschnitt 7b des Dorns 7 ausgefüllt wird. Infolgedessen wird der Rohling 2 plastisch verformt zu einer Konfiguration, die dem Preßbüchsenhohlraum 9a entspricht, so daß das Werkstück größere axiale Länge und größere Innen- und Außendurchmesser aufweist.

Nach Beendigung des Preßvorgangs des Metallrohlings 2 durch den vollen Hub des Preßstempels 8 wird dieser entgegen dem Pfeil X zurückgezogen, und der nächste Metallrohling 2 wird in die Durchgangsbohrung 3 der Aufnahme 1 entsprechend Fig. 2C eingesetzt. Der Preßstempel 8 wird dann wiederum angetrieben und bewirkt die plastische Kaltverformung dieses neuen Metallroh-

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lings 2. Dadurch wird der neue Metallrohling unter Preßkrafteinwirkung plastisch verformt und füllt den Hohlraum 9a der Preßbüchse 9 aus, während gleichzeitig der vorhergehende Metallrohling 2 durch den neuen Rohling 2 gemäß Fig. 2D aus dem Hohlraum 9a herausgepreßt wird. In dieser Phase ist der vorhergehende Metallrohling 2 zu Endform und Endgröße kaltverformt, d. h., zu einer zylindrischen Form 10 mit größerer axialer Länge und größerem Innen- und Außendurchmesser. Dieses Produkt liegt auf der Grundplatte 6 auf und umschließt den Schaft 7a des Dorns 7.

Indem dieser Vorgang zyklisch mit aufeinanderfolgenden Metallrohlingen 2 wiederholt wird, können aufeinanderfolgend KaItfließpreßerzeugnisse 10 hergestellt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3-5 wird eine für die Praxis günstigere Ausführungsforrn des Fließpreßwerkzeugs erläutert. Dieses umfaßt mehrere Leitstangen 11, die von der Grundplatte vertikal nach oben verlaufen. Der Amboß 5 ist an seinem oberen Abschnitt mit einem Flansch 5a versehen, der Bohrungen aufweist, in denen die jeweiligen Leitstangen 11 lose aufgenommen sind. Schraubenfedern 12 verlaufen um die Leitstangen 11 und sind zwischen der Unterseite der Flansche 5a und der Grundplatte 6 wirksam, so daß der die Preßbüchse 4 und den Aufnehmer 1 tragende Amboß 5 normalerweise nach oben vorgespannt und das Unterende des Ambosses 5 von der Grundplatte 6 im Abstand gehalten ist, wodurch sich ein Raum 13 ergibt, durch den das Produkt 10 zugänglich ist und in erwünschter Weise entnommen werden kann. Der Dorn 7 hat einen zylindrischen Schaft 7a, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Produkts 10 ist. Dieser Schaft 7a ist an seinem oberen Ende mit einem Bund 7d versehen, der zusammen mit der Preßbüchse 4 den Innendurchmesser des Produkts 10 bestimmt, und weist ferner einen nach unten divergierenden konischen Formgebungsteil 7b auf, der ebenfalls im Zusammenwirken mit der Preßbüchse 4 den Innendurchmesser des Rohlings 2 während des Fließpreßvorgangs stetig vergrößert. Ein stangenartiger Führungsabschnitt 7c, der

so bemessen und positioniert ist, daß er in die Mittenbohrung 2a des Rohlings 2 einführbar ist, ist einstückig mit dem Formgebungsteil 7b so ausgebildet, daß er sich davon vertikal nach oben erstreckt.

Dieses Kaltfließpreßwerkzeug weist einen Schieber 14 auf, der vertikalbeweglich oberhalb der Aufnahme 1 angeordnet ist. Der Schieber 14 trägt einen Preßstempel 8, der den Metallrohling 2 in den Hohlraum 9 drückt, so daß der Rohlingwerkstoff plastisch verformt wird. Eine Druckvorrichtung 15, die durch elastisch zusammendrückbare Elemente wie Gummiblöcke gebildet ist, ist an der der Aufnahme 1 zugewandten Unterseite des Schiebers 14 befestigt. Die Druckvorrichtung 15 hat die Funktion, ein Hochfedern der Preßbüchse 4 aufgrund einer Gegenkraft zu unterbinden, die von dem Rohling 2 erzeugt wird, wenn dieser in dem Hohlraum 9 durch die vom Preßstempel 8 ausgeübte Kraft plastisch verformt wird.

Die Funktionsweise dieses Fließpreßwerkzeugs ist wie folgt. Zum besseren Verständnis sei angenommen, daß das Werkzeug die Stellung von Fig. 3 einnimmt, in der ein Metallrohling 2 in den Preßbüchsenhohlraum 9 zwischen der Preßbüchse 4 und dem Bund 7d und dem Formgebungsabschnitt 7b des Dorns 7 durch den Preßstempel 8 gedrückt ist und im Hohlraum 9 radial und axial aufgeweitet ist unter Bildung eines halbgeformten Produkts bzw. Vorformlings 2b. In dieser Phase ist der Dorn 7 momentan mit der durch den Aufnehmer 1 und die Preßbüchse 4 gebildeten Baugruppe vereint bzw. darin festgelegt. Ferner ist der Amboß mit dieser momentanen Baugruppe zum oberen Ende des Hubs durch die Kraft der Schraubenfedern 12 angehoben.

Nunmehr wird ein weiterer Metallrohling 2 (in Fig. 3 nicht gezeigt) in die Bohrung 3 des Aufnehmers 1 eingesetzt, und der Schieber 14 wird in Pfeilrichtung X entsprechend Fig. 3 bewegt. Infolgedessen wird die Druckvorrichtung 15 am Schieber 14 auf die obere Endfläche des Aufnehmers 1 gepreßt und preßt die durch den Aufnehmer 1, die Preßbüchse 4, den Amboß 5, den Vor-

formling 2b und den Dorn 7 gebildete integrale Baugruppe gegen die Kraft der Schraubenfedern 12, bis der Amboß 5 an der Grundplatte 6 anliegt (vgl. Fig. 4) und von dieser angehalten wird. Eine weitere Hubbewegung des Schiebers 14 bewirkt eine Kompression der Druckvorrichtung 15, so daß die durch den Aufnehmer 1, die Preßbüchse 4 und den Amboß 5 gebildete Baugruppe zwischen der Druckvorrichtung 15 und der Grundplatte 6 sehr stark gepreßt wird. Gleichzeitig drückt der einstückig mit dem Schieber 14 ausgebildete Preßstempel 8 den Metallrohling 2 in den Hohlraum 9 zwischen dem Dorn 7 und dem Aufnehmer 1. Während der Preßstempel 8 in die Bohrung 3 im Aufnehmer 1 zum unteren Hubende getrieben wird, erfolgt ein plastisches Fließen des Rohlingwerkstoffs, so daß der Abschnitt 9a des Hohlraums 9 ausgefüllt wird. Infolgedessen wird der Metllrohling 2 unter axialer Streckung nach radial außen aufgeweitet. In dieser Phase ist der untere Endabschnitt des Metallrohlings 2 bereits zu seiner Endform verformt, und sein Innendurchmesser ist durch den Bund 7d bestimmt, so daß der Rohling 2 nunmehr zu einem neuen Vorformling gemäß Fig. 5 geworden ist. Der vorhergehende Vorformling 2b, der sich in dem Hohlraum 9 der Preßbüchse 4 entsprechend den Fig. 3 und 4 befand, ist durch den Ringspalt zwischen dem Bund 7d des Dorns 7 und die gegenüberliegende Wandung der Preßbüchse 4 inzwischen fließgepreßt, so daß ein zylindrisches Produkt 10 mit gleichbleibendem Querschnitt durch einen Ringraum 16 entsprechend Fig. 5 auf die Grundplatte 6 fällt.

Zur Vorbereitung des nächsten Kaltfließpreßzyklus wird der Schieber 14 vom Aufnehmer 1 weg aufwärtsbewegt, so daß der von der Druckvorrichtung 15 auf den Aufnehmer 1 wirkende Abwärtsdruck entfällt. Infolgedessen wird die Baugruppe, die durch den Aufnehmer 1, die Preßbüchse 4, den Amboß 5 sowie den durch den neuen Vorformling 2b mit der Baugruppe integrierten Dorn 7 gebildet ist, durch die Kraft der Schraubenfedern 12 aufwärtsbewegt und folgt der Aufwärtsbewegung des Schiebers 14. Infolgedessen ist das auf der Grundplatte 6 verbliebene Produkt 10

zugänglich und kann ohne weiteres durch den Raum 13 von Fig. 3, der zwischen dem Unterende des Ambosses 5 und der Grundplatte gebildet ist, entnommen werden.

Metallrohlinge 2 werden nacheinander in den Preßbüchsenhohlraum 9 zwischen dem Dorn 7 und gegenüberliegenden Wandungen des Aufnehmers 1 und der Preßbüchse 4 gepreßt, und mit Hilfe des Preßstempels 8 werden Produkte 10 nacheinander in den Raum 16 kaitfließgepreßt.

Es ist ersichtlich, daß zylindrische Produkte 10 aufeinanderfolgend mit einem sehr einfachen Vorgang kaltfließgepreßt werden und ohne weiteres durch den Zugangsraum 13 entnehmbar sind, der jedesmal entsteht, wenn die aus dem Aufnehmer 1, der Preßbüchse 4 und dem Dorn 7 bestehende Baugruppe anschließend an die Aufwärtsbewegung des Schiebers 14 aufwärtsbewegt wird.

Es wurde zwar beispielhaft eine Ausführungsform zur Herstellung zylindrischer Produkte erläutert, selbstverständlich kann die gleiche Ausfuhrungsform ohne weiteres so modifiziert werden, daß Produkte kaltfließgepreßt werden können, die in einer oder beiden Umfangsflächen eine Verzahnung oder Keilnuten aufweisen oder die eine bestimmte Außenkonfiguration aufweisen, wie z. B. Geradstirnräder. Bei der gezeigten Ausführungsform werden zum Aufwärtsdrücken der durch den Aufnehmer 1, die Preßbüchse 4, den Amboß 5, den Vorformling 2b und den Dorn 7 gebildeten Baugruppe Schraubenfedern 12 eingesetzt. Diese können jedoch auch durch äquivalente Elemente wie etwa Druckluftzylinder ersetzt werden, die die Baugruppe als Ganzes nach oben drücken und der Bewegung des Schiebers 14 folgen. Die Druckvorrichtung 15 ist nicht unbedingt erforderlich; sie kann entfallen, wenn keine Gegenkraft erzeugt wird, die den Aufnehmer 1 und die Preßbüchse 4 nach oben drücken würde.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kaltfließpreßwerkzeugs. Dabei ist der Amboß 5 in zwei Abschnitte unterteilt, und zwar einen oberen Abschnitt mit dem Flansch 5a und

einen unteren Abschnitt 51, der eine Zugangsöffnung 51a aufweist, die Zugang zum fertigen Produkt ermöglicht. Dabei kann also das Produkt 10 aus dem Werkzeug entnommen werden, ohne daß der gesamte Amboß 5 gehoben werden muß.

Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem ein spezieller Aufbau der Grundplatte 6 angewandt wird. Die Grundplatte 6 weist dabei eine Ausnehmung 6a auf, in der eine bewegliche Platte 61 angeordnet ist, deren Breite größer als der Durchmesser des Produkts 10 ist. Eine Fallöffnung 6b mit kleinerem Durchmesser als die Breite der beweglichen Platte 61 und größerem Durchmesser als der Außendurchmesser des Produkts 10 ist in der Grundplatte 6 unter dem Dorn 7 im wesentlichen koaxial damit gebildet und selektiv durch die bewegliche Platte 61 verschließbar. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, das Produkt so zu entnehmen, daß eine Vertikalbewegung der durch den Amboß 5, die Preßbüchse 4 und den Aufnehmer 1 gebildeten Baugruppe minimiert wird.

Die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele weisen folgende Vorteile auf:

1) Es können aus Metallrohlingen bestimmter Form und Größe Produkte unterschiedlicher Größen und Formen erzeugt werden, so daß die Vorbereitung der Rohlinge in vorteilhafter Weise rationalisiert werden kann.

2) Es ist möglich, ein ringförmiges oder zylindrisches Produkt zu erzeugen, dessen Innen- und Außendurchmesser größer als der Durchmesser der Durchgangsbohrung des Aufnehmers ist. Daher kann die Druckfläche des Preßstempels ungeachtet des Innen- und des Außendurchmessers des Endprodukts klein gemacht werden, so daß der Rohling durch eine wesentlich geringere Kraft als in bisherigen Werkzeugen plastisch verformt werden kann.

3) Da der Außendurchmesser des Rohlings und die Größe seiner Mittenbohrung miniraierbar sind, können die Kapazitäten der für die Vorbereitung der Rohlinge angewandten Maschinen zum Schneiden, Vorformen und Bohren in vorteilhafter Weise verringert werden.

4) Wenn sowohl der Innen- als auch der Außendurchmessers des Rohlings zu vergrößern sind, kann der Wekstoff konstant unter dreidimensionaler Kompression gehalten werden, indem ein Zustand herbeigeführt wird, in dem der Rohling durch Zusammenwirken der Preßbüchse und des Dorns axial verlängert wird. Dadurch ist es möglich, den Innen- und den Außendurchmesser des Rohlings über dessen freie Dehngrenze hinaus zu vergrößern, ohne daß die Gefahr eines Bruchs besteht, wenn der RohlingwerkstofE relativ brüchig und nur ein geringer freier Dehnungsgrad zulässig ist.

5) Es ist möglich, die Mittenbohrung des Rohlings zu schmieren. Ferner kann die Kaltverformung in einem einzigen, in eine Richtung verlaufenden Durchgang durch das Werkzeug abgeschlossen werden. Infolgedessen werden Verschleiß und Beschädigung des Werkzeugs minimiert und eine längere Standzeit erreicht.

6) Der Durchmesser der Mittenbohrung des Rohlings kann ungeachtet des Innendurchmessers des Endprodukts verringert werden, so daß der Ertrag bei der Vorbereitung der Rohlinge erheblich gesteigert werden kann.

7) Bei dem konventionellen Kaltfließpreßwerkzeug muß im Übergangsabschnitt zwischen dem Aufnehmer, der den Rohling aufnimmt, und dem Preßbüchsenabschnitt, der die Außenkonfiguration des Produkts bestimmt, ein Ausgleichsabschnitt vorgesehen sein. Bei dem erläuterten Kaltfließpreßwerkzeug wird ein solcher Abschnitt jedoch nicht benötigt, und die Preßbüchse muß nur eine zweidimensionale Form entsprechend dem Produktquerschnitt aufweisen. Infolgedessen kann in vorteilhafter Weise

die Herstellung der Preßbüchse vereinfacht werden. Das gleiche gilt für den Dorn, der die Innenkonfiguration des Produkts bestimmt.

8) Da das Produkt in einem einzigen, in eine Richtung gehenden Durchgang durch das Werkzeug zu Enform und -größe kaltfließgepreßt werden kann, kann für das Kaltfließpressen ein gleich-, bleibender Zustand unterhalten werden. Dies erlaubt wiederum eine einfache Kontrolle der elastischen Verformung der Preßbüchse, wodurch eine hohe Werkstücksgenauigkeit sichergestellt ist. Aus dem gleichen Grund kann ein gleichbleibender Produktquerschnitt über die Gesamtlänge jedes Produkts erzielt und dadurch die Produktivität gesteigert werden.

Wie vorstehend erläutert, wird durch das angegebene Fließpreßwerkzeug in wirksamer Weise ein Verschleiß der Form unterbunden und die Standzeit des Werkzeugs verlängert unter gleichzeitiger Sicherstellung einer hohen Produktgenauigkeit hinsichtlich Form und Größe. Dies resultiert ausschließlich daraus, daß die Metallrohlinge aufeinanderfolgend in den Formhohlraum eingebracht und jeweils in einem einzigen Einrichtungs-Durchgang durch das Werkzeug zum Endprodukt geformt werden. Da ferner die aus Aufnehmer, Preßbüchse, Amboß und Dorn bestehende Baugruppe entsprechend der Aufwärtsbewegung des Schiebers gehoben wird, wird ein Zugangsraum gebildet, der eine einfache Überführung des Produkts aus dem Kaltfließpreßwerkzeug erlaubt. Infolgedessen wird die Produktivität verbessert, und die Produktionskosten werden in vorteilhafter Weise gesenkt.

Die Fig. 8-17 zeigen verschiedene Beispiele des wesentlichen Teils des Kaltfließpreßwerkzeugs, d. h., der Preßbüchse und des Dorns.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 8 eignet sich zum Kaltfließpressen derart, daß der Rohling in Axialrichtung gelängt wird, während sein Innendurchmesser stetig erweitert wird. Zu diesem

Zweck ist die Preßbüchse 41 einstückig mit dem Aufnehmer aus demselben Werkstoff ausgebildet. Somit bieten der Aufnehmer und die Preßbüchse, die mit 41 bezeichnet sind, eine kontinuierliche gerade Innenfläche, entlang welcher der Rohlingwerkstoff unter Bildung eines Produkts kaitfließgepreßt wird.

Fig. 9 zeigt ein Kaltfließpreßwerkzeug, mit dem sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser des Rohlings stetig vergrößert werden. Die Preßbüchse 41 weist eine Innenumfangsflache auf, die im wesentlichen in Übereinstimmung mit der konischen Fläche des konischen Formgebungsteils 7b des Dorns 7 konisch verläuft.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 hat die Preßbüchse 41 einen Innendurchmesser, der kleiner als derjenige des Aufnehmers 1 ist, und Zähne 41A zur Bildung einer Verzahnung oder einer geraden Keilnut in der Außenfläche des Produkts sind an der Innenumfangsflache der Preßbüchse 41 ausgebildet. Mit dieser Anordnung ist es somit möglich, im Außenumfang des Produkts während des Kaltfließpressens des Werkstoffs eine Verzahnung auszubilden.

Die Anordnung nach Fig. 11 wird eingesetzt, wenn in der Innenumf angsf lache eines durch Kaltfließpressen zu formenden Rohrs eine Verzahnung zu bilden ist. Zu diesem Zweck ist der Formgebungsabschnitt des Dorns 7 nicht konisch, sondern mit Zähnen 7e ausgebildet.

Die Anordnung nach Fig. 12 eignet sich zum Kaltfließpressen derart, daß eine Vergrößerung des Innendurchmessers des Rohlings erfolgt, während der Außendurchmesser verringert wird. Dabei wird ein in Axialrichtung verlängertes Produkt wie bei der Anordnung nach Fig. 8 erhalten. Die Preßbüchse 41 hat in diesem Fall einen nach radial innen vorspringenden Bund 41B, der mit dem Eintrittsende der Preßbüchse 41 über eine nach unten konvergierende konische Fläche verbunden ist.

Die Anordnung nach Fig. 13 eignet sich zur Erzeugung eines Rohrs mit kleinem Durchmesser, wobei sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser des Metallrohlings verringert werden. In diesem Fall ist der Dorn 7 an mehreren Abschnitten auf unterschiedliche Durchmesser abgestuft, und die Innenumfangsflache der Preßbüchse 41 weist einen nach radial innen vorspringenden Bund 41B entsprechend demjenigen der Ausführungsform von Fig. 12 auf.

Bei der Anordnung nach Fig. 14 sind in einem nach innen vorspringenden Bund an der Innenumfangsflache der Preßbüchse 4 Bearbeitungszähne 41c gegenüber dem Formgebungsabschnitt 7b des Dorns 7 vorgesehen. Diese Anordnung wird eingesetzt, wenn das Kaltfließpressen zur Bildung einer Verzahnung in der Außenumfangsflache des Produkts dient, während der Innen- und der Außendurchmesser des Rohlings vergrößert bzw. verkleinert werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 15 hat der Formgebungsabschnitt 7b des Dorns 7 eine nach unten konvergierende konische Fläche im wesentlichen in Übereinstimmung mit einer nach unten konvergierenden konischen Innenfläche der Preßbüchse. Dieses Werkzeug eignet sich für die Herstellung eines dünnwandigen Rohrs mit kleinem Durchmesser.

Die Anordnung nach Fig. 16 gleicht derjenigen nach Fig. 13, wobei jedoch Bearbeitungszähne 7e am Formgebungsabschnitt des Dorns 7 vorgesehen sind, so daß an der Innenumfangsflache des herzustellenden Rohrs eine Verzahnung gebildet wird.

Bei der Anordnung nach Fig. 17 sind an der Innenumfangsflache der Preßbüchse 41 Bearbeitungszähne 41c ausgebildet, so daß eione Verzahnung an der Außenumfangsfläche des Produkts gebildet wird, während der Innen- und der Außendurchmesser des Rohlings stetig vergrößert werden.

Bei den meisten dargestellten Ausführungsformen sind zwar der Aufnehmer und die Preßbüchse als gesonderte Elemente vorhanden, sie können jedoch gemeinsam als Einheit oder integrale Baugruppe wie bei der Anordnung nach Fig. 8 ausgebildet sind, wenn das zu erzeugende Produkt sich zum relativ leichten Kaltfließpressen eignet.

Claims (16)

Patentansprüche

1. Verfahren zum plastischen Verformen metallischer Werkstücke durch Kaltfließpressen,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Einpressen eines hohlen Metallrohlings bei Normaltemperatur in einen Formhohlraum, der zwischen einem auf einer ortsfesten Grundplatte angeordneten Dorn und einer den Dorn konzentrisch umgebenden Preßbüchse gebildet ist, so daß der Rohling zwischen dem Dorn und der Preßbüchse plastisch verformt wird;

- Einpressen eines weiteren hohlen Metallrohlings in den Formhohlraum, während die relativen Lagen des Dorns, der Preßbüchse und des ersten zwischen diesen verformten Rohlings unverändert bleiben; und

- Pressen des weiteren Rohlings gegen den zu verformenden ersten Rohling unter Vorwärts-Fließpressen des ersten Rohlings aus der Preßbüchse, so daß der erste Rohling zu einem rohrförmigen Werkstück verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchlauf jedes Rohlings zwischen Dorn und Preßbüchse der Rohling in Axialrichtung plastisch verformt wird unter

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Vergrößerung seines Innendurchmessers, so daß der Rohling in einen in Vorwärtsrichtung der Preßbüchse liegenden Raum fließgepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchlauf jedes Rohlings zwischen Dorn und Preßbüchse der Rohling in Axialrichtung plastisch verformt wird unter Verringerung seines Außendurchmessers, so daß der Rohling in einen in Vorwärtsrichtung der Preßbüchse befindlichen Raum fließgepreßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchlauf jedes Rohlings zwischen Dorn und Preßbüchse der Rohling in Axialrichtung plastisch verformt wird unter Pressen des Rohlings sowohl nach radial innen als auch nach radial außen, so daß der Rohling in einen in Vorwärtsrichtung der Preßbüchse befindlichen Raum fließgepreßt wird.

5. Werkzeug zum plastischen Verformen metallischer Werkstücke durch Kaltfließpressen,
gekennzeichnet durch einen Aufnehmer (1), der den Außendurchmesser eines Metallrohlings (2) begrenzt;

eine mit dem Unterende des Aufnehmers (1) in Verbindung stehende Preßbüchse (4), die den Außendurchmesser eines zu erzeugenden Werkstücks bestimmt;

- einen auf einer ortsfesten Grundplatte (6) angeordneten Dorn (7), der in dem Aufnehmer (1) und in der Preßbüchse (4) im wesentlichen konzentrisch vorgesehen ist und mit diesen zusammenwirkend einen Formhohlraum (9) bildet, wobei der Dorn (7) den Innendurchmesser des Metallrohlings (2) begrenzt;

einen an einem Schieber (14) befestigten und von diesem bewegbaren Preßstempel (8), der den Metallrohling (2) in den Formhohlraum (9) preßt, so daß ein in diesem befindlicher vorhergehender Metallrohling (2b) daraus nach unten fließgepreßt wird;

wobei die Preßbüchse (4), der Dorn (7) und der Aufnehmer (1) durch einen Metallrohling (2) im Formhohlraum (9) momentan zusammengefügt sind unter Bildung einer momentanen Baueinheit; und

- eine Vorrichtung (11, 12), die die momentane Baueinheit hebt und dabei einer Aufwärtsbewegung des Schiebers (14) und damit des Preßstempels (8) folgt.

6. Werkzeug nach Anspruch 5 mit einem die Preßbüchse tragenden Amboß,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hebevorrichtung Organe (11), die den Amboß (5) in Vertikalrichtung führen, und Rückholfedern (12), die den Amboß (5) federnd nach oben beaufschlagen, umfaßt.

7. Werkzeug nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (7) einen nach oben sich verjüngenden konischen Abschnitt (7b) gegenüber zu der Preßbüchse (4) aufweist.

8. Werkzeug nach Anspruch 5 mit einem die Preßbüchse tragenden Amboß,

dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß einen oberen und einen davon getrennten unteren Amboßteil aufweist und daß der untere Amboßteil (51) eine Öffnung (51a) hat, durch die ein Fließpreßprodukt (10) entnehmbar ist.

9. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Grundplatte (6) eine vertikale Öffnung (6b) aufweist, durch die ein Produkt (10) entnehmbar ist, wobei das Oberende der vertikalen Öffnung (6b) durch eine bewegliche Platte (61) verschließbar ist.

10. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer und die Preßbüchse einstückig (41) aus demselben Werkstoff hergestellt sind.

11. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Preßbüchse kleiner als derjenige des Aufnehmers ist.

12. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßbüchse (41) eine konische Innenfläche und der Dorn (7) eine derselben im wesentlichen entsprechende konische Außenfläche aufweist.

13. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Dorn (7) oder/und die Preßbüchse (41) eine Querschnittsform aufweist, die im wesentlichen komplementär zu der Konfiguration des fertigen Produkts ist.

14. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (7) einen oberen Abschnitt großen Durchmessers und einen unteren Abschnitt kleineren Durchmessers aufweist, daß die Preßbüchse (41) jeweils Abschnitte größeren und kleineren

Durchmessers aufweist, und daß der Dornabschnitt kleineren Durchmessers dem Preßbüchsenabschnitt kleineren Durchmessers gegenüber angeordnet ist.

15. Werkzeug nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dornabschnitte größeren und kleineren Durchmessers durch eine konische Fläche (41B) miteinander verbunden sind.

16. Werkzeug nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (7) einen Bund gegenüber einem Abschnitt der Preßbüchse (41) aufweist, wobei der Preßbüchsenabschnitt kleineren Innendurchmesser als der Aufnehmer (1) hat.