DE3508861C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Formen von Werkstücken durch Gesenkschmieden und eine Gesenkschmiedeanlage zur Durchführung des Verfahrens, bei dem bzw. bei der das vorgegebene Materialvolumen, z. B. ein Rohling aus Stahl, zumindest angenähert dem Volumen des herzustellenden Werkstückes und die Länge des Formbe­ reiches der miteinander zusammenwirkenden Gesenkteile zu­ mindest angenähert die Länge des Werkstückes entspricht, wobei der Rohling allseitig gleichzeitig oder in Diagonal­ richtung partiell gleichzeitig und in Umfangsrichtung nach­ einander vorzugsweise gesenkgeschmiedet wird.

Bei den bekannten Gesenk-Schmiedemaschinen bzw. den Schnell­ hämmer-Formschmiedemaschinen, z. B. nach US 32 46 502 und US 39 45 237, bei denen der in vorgegebener Länge in die Gesenkteile eingeführte Rohling so verformt wird, daß das Werkstück beim Verlassen der Gesenkteile fertig geschmiedet ist, sind die Formbereiche der Gesenkteile so ausgebildet und angeordnet, daß sie - in Richtung ihrer Längsachse ge­ sehen - jeweils der Form des herzustellenden Werkstückes, und zwar auch in der Reihenfolge der Teilformbereiche, ent­ sprechen. Der Rohling wird von der einen Seite des Gesen­ kes zugeführt und das fertige Schmiedestück kann nach die­ ser Seite entnommen oder durch das Gesenk in Längsachse vollständig hindurchgeführt werden.

Bei dieser Arbeitsweise der Formschmiedemaschine erweist es sich als nachteilig, daß, um das Werkstück in ausrei­ chender Weise halten und führen zu können, überschüssige Materialbereiche an den Werkstücken vorhanden sein müssen, damit diese mit eine Zange oder einem anderen geeigneten Werkzeug erfaßt werden können. Das Werkstückende, das von der Zange erfaßt wird, kann nicht geschmiedet werden.

Aus der GB-Zeitschrift "Metalworking Production", 1966, S. 37/38, ist es bekannt, einen Rohling auf einem vorbestimm­ ten Teil seiner Länge in einem Hämmergesenk zu schmieden und anschließend den noch unverformten Bereich auszufor­ men, indem das Werkstück am bereits geschmiedeten Bereich erfaßt und gehalten wird. Wie sich aus Seite 37, rechte Spalte, ergibt, erfolgt dies bei der bekannten Schmiede­ maschine dadurch, daß das Werkstück durch die Hämmer hin­ durchgeführt wird. Es handelt sich hierbei um ein Durch­ laufverfahren. Dies ist in der Praxis nur vertretbar, wenn die Abmessungen an dem Werkstück zwischen dem kleinsten und dem größten Durchmesser nicht sehr groß sind und die Werkzeuge nicht formgebunden ausgebildet sind. Sonst würde sich eine zu hoch gebaute Maschine ergeben, bei der festig­ keitsmäßig hinsichtlich der Beanspruchung Probleme auftreten.

Es trifft ferner zu, daß in der DE-Zeitschrift "Bänder, Bleche, Rohre", 9-1984, S. 224/227, Hämmermaschinen be­ schrieben sind, bei denen Werkzeuge verwendet werden, die die gesamte Außenkontur des Werkstückes im umzufor­ menden Bereich umfassen. Bei dem Rundknetautomat der Fig. 10 handelt es sich um eine zweistufige Ma­ schine, bei der für jeden Arbeitsgang eine Maschine be­ reitgestellt ist. Die Fertigstellung des Werkstückes wird auf die beiden Maschineneinheiten verteilt, so daß nach jedem Arbeitstakt an jeder Rundkneteinheit ein fer­ tiges Teil ausgeworfen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Formen von Werkstücken durch Gesenkschmie­ den und eine Gesenkschmiedeanlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem bzw. bei der hinsichtlich des Materials praktisch verlustfrei gearbeitet und in quali­ tativer Weise über die Länge des Werkstückes eine gleich­ mäßig verteilte hohe Homogenität erreicht werden kann. Bei dem Formvorgang der anfangs genannten Art ergeben sich erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte: Greifen und Eingespannthalten des Rohlings zwischen den Enden, Zufüh­ ren des von der Einspannung freien Endteils des Rohlings in Achsrichtung in das Gesenk, Schmieden dieses freien Endteils des Rohlings durch die Gesenkteile des Gesenkes, Zurückziehen des ge­ schmiedeten Endteils des Rohlings aus dem Gesenk in Achs­ richtung desselben, Einführen des anderen ungeschmiedeten Endteils des Rohlings in das entgegengesetzte Ende des­ selben Gesenkes in Achsrichtung, wobei der Rohling mit dem einen geschmiedeten Endteil zwischen den Enden einge­ spannt gehalten wird, Schmieden des anderen Endteils des Rohlings durch die Gesenkteile desselben Gesenkes und Herausnehmen des nunmehr fertiggeschmiedeten Werkstückes in Achsrichtung des Gesenkes.

Durch die vorstehend genannte Vereinigung von Verfahrens­ schritten zum Schmieden des Werkstückes ergeben sich meh­ rere Vorteile. Der Rohling wird während der ganzen Schmie­ deoperation zwischen den Enden gehalten, so daß die Enden desselben frei von Greif- und Halteorganen sind. Dies hat den Vorteil, daß an dem Rohling ein Überschußmaterial zum Greifen und Halten desselben nicht vorhanden ist. Ein un­ bearbeitetes Zangenende des Werkstücks entfällt. Die beiden Bereiche, d. h. die jeweiligen Endteile, des Rohlings werden zeitlich auf­ einanderfolgend in verschiedenen Arbeitstakten, jedoch mit demselben Gesenk geschmiedet. Man benötigt nur ein einzi­ ges Gesenk für die beiden Endteile des Rohlings. Dabei können Werkstücke gesenkgeschmiedet werden, die Teile von verhältnismäßig großem Durchmesserunterschied enthalten.

Bei der Gesenkschmiedeanlage mit einer Gesenkschmiedemaschine, bei der zumindest zwei paar­ weise gegeneinander bewegbare, der Gesamtlänge des zu fer­ tigenden Werkstückes entsprechende Gesenkteile vorhanden sind, ist die Ausbildung so vorgesehen, daß die Gesenktei­ le - in Richtung ihrer Längsachse gesehen - Formbereichs­ teile aufweisen, die in bezug auf eine vorbestimmte Quer­ ebene innerhalb des gesamten Längenbereichs wechselseitig bei dem einen Bereichsteil des Gesenkes vor dieser Quer­ ebene in Form des Werkstückbereichs nach der Querebene und bei dem Gesenkbereichsteil nach der Querebene der Form des Bereiches des Werkstückes vor der Querebene entspre­ chen.

Durch eine solche Anordnung der Formbereichsteile der Ge­ senke läßt sich erreichen, daß das Schmieden des unge­ schmiedet gebliebenen Teils des Rohlings während des Schmie­ dens des ersteren Teilstückes eines neu zugeführten Roh­ lings durchgeführt werden kann, so daß das Gesenk, über die Länge gesehen, voll ausgelastet ist.

Es kann jede beliebige Querschnittsform des Werkstückes her­ gestellt werden, unabhängig davon, wie oft und in welchem Ausmaß einzelne Querschnittsbereiche hinsichtlich der Form ihres Umfanges - rund oder vielkant mit unterschiedlicher Kantenzahl, symmetrisch oder unsymmetrisch zur Längsmittel­ achse - und/oder hinsichtlich ihrer Abmessungen wechseln. Das Werkstück kann eine Vielfalt von Querschnittsänderun­ gen über seine Länge erhalten.

Die Aufteilung der Teillängen der Formbereiche an dem Ge­ senk bzw. dem Werkstück richtet sich nach der Gestaltung des Werkstückes im gesamten und stellt eine verfahrens­ technische Frage dar. Die zu bestimmende Querebene für die Aufteilung der Formbereiche in Längsrichtung wird nur in Sonderfällen mittig, in den meisten Fällen jedoch au­ ßermittig liegen. Schmiedetechnisch gesehen wird man die Querebene bei dem Teil des größten Durchmessers des Werk­ stückes bzw. dem Teil des kleinsten Durchmessers des Ge­ senkes anordnen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnellhämmer-Gesenkschmiedemaschine im Aufriß und im Schema.

Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.

Fig. 3 stellt die paarweise zusammenarbeitenden Gesenktei­ le in größerem Maßstab und im Schema dar.

Fig. 4 ist ein Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 durch die Gesenke, schematisch.

Fig. 5 veranschaulicht im Schema eine Ausführungsform der Verfahrensweise für den zu schmiedenden Rohling gemäß der Erfindung.

Fig. 6 und 7 zeigen zwei Beispiele für die Ausbildung des Werkstückes zum Schmieden.

Die Schnellhämmer-Gesenkschmiedemaschine 1 der Fig. 1 und 2 weist ein stehendes Gehäuse 2 auf, in dessen Innerem vier Antriebsmotoren 3, z. B. Elektromotoren, an Halteböc­ ken 4 vorgesehen sind. Die Antriebsmotoren 3 wirken auf ein gemeinsames Winkelgetriebe 5, das aus den Wellen 6, 7, 8, 9 und 10 sowie den Kegelrädersätzen 11, 12, 13 und 14 besteht, wobei die Wellen mittels der Übertragungsorga­ ne 15 mit den Antriebswellen der Elekromotoren 3 verbunden sind, so daß die Antriebe synchronisiert sind.

Die Antriebe wirken über die Wellen 6 bis 10 auf Exzenter 16, durch die Hämmer 17 angetrieben werden. Diese Hämmer 17 stehen ihrerseits über Verschiebekeile 18 mit den Ge­ senkhaltern 19 in Verbindung, an denen die Gesenkteile 20 angebracht sind. Je nach der Stellung der Exzenter 16 kön­ nen alle Gesenkteile gleichzeitig oder die zwei diagonal gegenüberstehenden Gesenkteile zugleich zu den beiden anderen diagonal liegenden Gesenkteilen in zeitlicher Nacheinanderfolge, also diagonal wechselseitig, betätigt werden.

Die Schiebekeile 18 können über eine Halterung 22 durch Hydraulikzylinder 23 betätigt werden, wodurch die Zustel­ lung der Gesenkhalter 19 mit den Gesenken 20 in entspre­ chender Weise beeinflußt werden kann. Die Schiebekeile 18 haben zweckmäßig einen Konusabschnitt, der eine Selbsthem­ mung gewährleistet, z. B. von 10%. Die Schiebekeile 18 haben vorteilhaft eine Länge, die zumindest der Länge des Gesenk­ teils 20 zuzüglich einem Mehrfachen der maximalen Einstech­ tiefe am Gesenk entspricht. Damit läßt sich eine zuverläs­ sige Zustellung der Gesenkteile erreichen. Die Hämmer 17 sind zusammen mit den Werkzeughaltern 19, in denen sie gleiten, so gelagert, daß sie eine Schräglage entsprechend der Ausschwingung des Exzenters innerhalb des Gehäuses der Maschine einnehmen können. Die Formbereiche der Gesenktei­ le 20 sind bei wechselseitiger Betätigung zweckmäßig in Umfangsrichtung jeweils so groß bemessen, daß sie sich mit den Formbereichen jeweils be­ nachbarter Gesenkteile etwas überdecken.

Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, können Werkstücke 27, 28 hergestellt werden, die in eine Vielzahl unter­ schiedlicher Querschnittsbereiche unterteilt sind. Es handelt sich hierbei um teilweise rechteckige und teilwei­ se runde Querschnitte und um solche Querschnitte, die zu der Längsachse 29 teils symmetrisch und teils unsymme­ trisch sind.

Die in Fig. 4 dargestellten miteinander zusammenwirkenden Gesenkteile 20 unterteilen sich gedanklich in zwei unter­ schiedliche Formbereiche, deren Grenze sich in der durch die strichpunktierte Linie 30 dargestellte Querebene be­ findet. Diese Querebene entspricht bei dem Beispiel der Fig. 6, dem die Gesenkteile der Fig. 4 entsprechen, den Querebenen 30 an den Enden des Werkstückes 27. Bei den ge­ mäß der Fig. 4 zusammenwirkenden Gesenkteilen 20 ergeben sich in bezug auf die Querebene 30 die Formbereiche 33 und 34. Bei dem entsprechenden Werkstück der Fig. 6 ent­ stehen in bezug auf die Querebene 30 die Werkstückberei­ che 33 a und 34 a. Die miteinander zusammenwirkenden Ge­ senkteile 20 sind mit ihren Gravuren so ausgebildet, daß in bezug auf eine vorbestimmte Querebene 30 innerhalb des samten Längenbereichs wechselseitig der Bereichsteil 33 des Gesenkes 20 vor der Querebene 30 der Form des Werk­ stückbereiches 33 a nach der Querebene 31 und der Gesenk­ bereichsteil 34 nach der Querebene 30 der Form des Be­ reiches 34 a des Werkstückes 27 vor der Querebene 31 ent­ sprechen. Die Formbereiche 33, 34 des Werkzeuges 20 sind gegenüber den Werkstückbereichen 33 a, 34 a in Längsachse wechselseitig zueinander verschoben. Die Lage der Quer­ ebene richtet sich nach der Gestalt des herzustellenden Werkstückes. Man wird zweckmäßig vom größten Durchmesser bzw. dem größten Querschnitt des Werkstückes für die Tei­ lung an dem Gesenk ausgehen, um in axialer Richtung redu­ zierend schmieden zu können. Fig. 7 veranschaulicht eine andere Ausführungsform 28 des Werkstückes.

Bei dem Bearbeitungsschema der Fig. 5 sind die Gesenkteile 20 zur Herstellung eines Werkstückes 39 mit verhältnismä­ ßig einfacher Formgebung gestaltet. Durch die gedanklich vorgesehene Querebene 30 bei dem Gesenk ergeben sich die Formbereichteile 33 und 34 beim Gesenk, die am Werkstück 39 den Bereichen 33 a und 34 a zur Querebene 31 entsprechen.

An jeder Stirnseite des Gesenkes 20 sind längs zu diesem verschiebbare Führungsschlitten 45 und 46 für das zu be­ arbeitende Werkstück vorgesehen. Diese Schlitten sind längs der Gleitbahnen 47 und 48 mittels eines z. B. Spindel- Antriebes 44 hin- und herverfahrbar, wie dies durch Doppelpfeile dargestellt ist. Der Schlitten 45 ist zur Aufnahme eines Rohlings 49 bestimmt, der durch einen Spann­ ring 50 in eine entsprechende Bohrung 51 bis zu einem An­ schlag 52 eingesteckt werden kann. Danach erfolgt die Steuerung der Bewegung des Schlittens 45 so, daß der Werk­ stückbereich 33 a durch den Bereichsteil 33 der Gesenke 20 geschmiedet wird. Die Zuführung des Rohlings 49 kann mit­ tels der Vorrichtung 54 erfolgen. Auf einem Bock 55 ist ein Arm 56 mit einer Greifvorrichtung 57 drehbar gelagert. In der abgeschwenkten Stellung wird der Rohling 49 erfaßt, worauf der Arm 56 um 90° gemäß dem Pfeil 58 geschwenkt und der Arm bis zu dem Schlitten 45 vorbewegt wird, worauf durch Vortreiben des Schlittens 45 der Rohling 49 bis zum Anschlag 52 des Schlittens eingesteckt wird. Alsdann er­ folgt eine weitere Vorbewegung des Schlittens 45 mit dem Rohling 49 zum Schmieden des Bereiches 33 a des Werkstückes. Danach wird das teilweise geschmiedete Werkstück durch den Schlitten 45 wieder zurückgezogen.

Zum Umführen des teilweise geschmiedeten Werkstückes auf die andere Seite der Gesenke 20 dient ein weiterer Trans­ portschlitten 60, auf dem ein Haltearm 61 mit einer Greif­ vorrichtung 62 quer zu der Führungsbahn 63 des Schlittens 60 verstellt werden kann. Mittels des Haltearms 61 mit der Greifvorrichtung 62 wird der unbearbeitete Teil des teil­ weise bearbeiteten Rohlings erfaßt, worauf der Schlitten 45 zurückgezogen wird, so daß der Rohling frei wird. Als­ dann wird der Transportschlitten 60 auf der Führungsbahn 63 mit zurückgezogenem Haltearm 61 auf die andere Seite der Schmiedemaschine 1 verfahren, und zwar bis zu einer Stellung, in der das teilweise bearbeitete Werkstück nach Vorbewegung des Haltearms 61 vor der Spannmuffe 64 zu liegen kommt. Der Schlitten 46 wird nunmehr vorgefahren, so daß das Werkstück gegen den in der Spannmuffe 64 vor­ gesehenen Anschlag 53 eingesteckt ist. Danach wird der Führungsschlitten 46 in Richtung zu dem Gesenk 20 mittels des Antriebes vorgetrieben, worauf die Fertigstellung des Werkstückes in dem Werkstückbereich 34 a durch die Schmie­ demaschine mittels des Gesenkbereiches 34 durchgeführt wird.

Mittels einer weiteren Vorrichtung 66, deren Arm 67 mit der Greifvorrichtung 68 bis vor den zurückgefahrenen Schlitten mit dem fertig bearbeiteten Werkstück vorge­ trieben werden kann, wird das Werkstück an dem Teil des größten Durchmessers mittels der Greifvorrichtung 68 erfaßt. Der Schlitten 46 wird weiter zurückgezogen, so daß das Werkstück von seiner Halterung und dem Schlitten frei­ kommt. Alsdann wird der Arm 67 zurückgezogen, worauf die Greifvorrichtung 68 geöffnet und das Werkstück von Hand oder mittels einer Automatik entnommen werden kann. Das Schmieden des ungeschmiedet gebliebenen Teils des Roh­ lings wird vorteilhaft während des Schmiedens des erste­ ren Teilstückes eines neu zugeführten Rohlings auf der anderen Seite desselben Gesenkes 20 durchgeführt.

Die Gesenkschmiedemaschine ist vorteilhaft eine Schnell­ hämmermaschine. In dem Verlauf des Schmiedevorganges wer­ den die Schiebekeile 18 entsprechend der eintretenden Form- bzw. Volumenveränderung an den Gesenkteilen jeweils so nachgestellt, daß sich der Abstand der sich gegenüber­ stehenden Gesenkteile zu der Längsmittelachse in dem ge­ wünschten Maß verringert. Während eines Schmiedevorgan­ ges bleibt der eigentliche Arbeitshub unverändert.

Claims (5)

1. Verfahren zum Formen von Werkstücken durch Gesenk­ schmieden, bei dem das vorgegebene Materialvolumen, z. B. Rohling aus Stahl, zumindest angenähert dem Vo­ lumen des herzustellenden Werkstückes und die Länge des Formbereiches der miteinander zusammenwirkenden Gesenkteile zumindest angenähert der Länge des Werk­ stückes entspricht, wobei der Rohling allseitig gleich­ zeitig oder in Diagonalrichtung partiell gleichzeitig und in Umfangsrichtung nacheinander gesenkgeschmiedet wird, gekennzeichnet durch die Kombination nachste­ hender Verfahrensschritte:

• a) Greifen und Eingespannthalten des Rohlings zwischen den Enden,
• b) Zuführen des einen von der Einspannung freien Endteils des Rohlings in Achsrichtung in das Gesenk,
• c) Schmieden dieses freien Endteils des Roh­ lings durch die Gesenkteile des Gesenkes,
• d) Zurückziehen des geschmiedeten Endteils des Rohlings aus dem Gesenk in Achsrich­ tung desselben,
• e) Einführen des anderen ungeschmiedeten End­ teils des Rohlings in das entgegengesetzte Ende desselben Gesenkes in Achsrichtung, wobei der Rohling mit dem einen geschmiede­ ten Endteil zwischen den Enden eingespannt gehalten wird,
• f) Schmieden des anderen Endteils des Rohlings durch die Gesenkteile desselben Gesenkes, und
• g) Herausnehmen des nunmehr fertig geschmiede­ ten Werkstückes in Achsrichtung des Gesenkes.

2. Gesenkschmiedeanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Gesenkschmiedemaschine, welche zumindest zwei paarweise gegeneinander bewegbare, der Gesamtlänge des zu fertigenden Werkstückes entspre­ chende Gesenkteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesenkteile (20) - in Richtung ihrer Längs­ achse gesehen - Formbereichsteile (33, 34) aufweisen, die in bezug auf eine vorbestimmte Querebene (30, 31) innerhalb des gesamten Längenbereichs des Gesenks (20) bzw. des Werkstückes (27, 39) wechselseitig bei dem einen Bereichsteil (33) des Gesenkes (20) vor dieser Querebene der Form des Werkstückbereiches (33 a) nach der Querebene (31) und bei dem Gesenkbereichsteil (34) nach der Querebene (30) der Form des Bereiches (34 a) des Werkstückes (27, 39) vor der Querebene (31) entsprechen.

3. Gesenkschmiedeanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querebene (31) bei dem Abschnitt des größten Durchmessers oder Querschnittes des Werkstückes (27, 39) bzw. dem Abschnitt des kleinsten Durchmessers bzw. Querschnittes des Gesenkes (20) angeordnet ist.

4. Gesenkschmiedeanlage nach Anspruch 2 oder 3, bei der an jeder Stirnseite des Gesenkes längs zu diesem verschiebbare Führungsschlitten für das Werkstück vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (45) zur Auf­ nahme des Rohlings (49) einen axialen Anschlag (52) für diesen am Ende der Aufnahmebohrung (51) aufweist und der Schlitten (46) zur Aufnahme des teilgeschmiedeten Rohlings einen Anschlag (53) am Anfang der Aufnahme­ bohrung besitzt.

5. Gesenkschmiedeanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Führungsschlitten (45, 46) im Abstand von der Gesenkschmiedemaschine (1) ein weiterer Transportschlitten (60) mit Greifvorrich­ tung (62) angeordnet ist, der von der einen Seite des Gesenkes (20) zur anderen Seite desselben verschiebbar gelagert ist und dessen die Greifvorrichtung (62) auf­ nehmender Haltearm (61) quer zur Verschieberichtung des Transportschlittens (60) verstellbar vorgesehen ist.