DE3513960C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers mit Zapfen durch Fließpressen ge­ mäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Ein derartiges Verfahren entnimmt der Fachmann der US-PS 41 97 757. Bei dem dort beschriebenen Fließpreßverfahren, das gleichermaßen zur Herstellung von napfförmigen Hohlkörpern und Hohlkörpern mit Zapfen geeignet ist, wird von einem zylindri­ schen Rohteil ausgegangen, dessen Durchmesser kleiner als der Außendurchmesser des herzustellenden Hohlkörpers ist. Auch bei diesem Verfahren wird der Werkstoff zunächst durch einen zwi­ schen einer Matrize mit zylindrischer Vertiefung und einem in dieser Vertiefung angeordneten zylindrischen Gegenstempel gebildeten Spalt in radialer Richtung ausgepreßt und anschlie­ ßend in axialer Richtung umgelenkt. Die Bodendicke des Hohl­ körpers wird durch den vorgenannten Spalt, der Außendurchmes­ ser des Hohlkörpers durch den Durchmesser der zylindrischen Vertiefung der Matrize und der Innendurchmesser des Hohlkör­ pers durch den Durchmesser des Gegenstempels festgelegt. Zur Vermeidung von Rissen in der Hohlkörperwand wird auf die offe­ ne Stirnseite des Hohlkörpers durch einen ringförmigen, den Gegenstempel umgreifenden Stempel, der von einer hydraulischen Druckvorrichtung betätigt wird, ein Gegendruck ausgeübt. Das Verfahren erfordert den Einsatz einer aufwendigen dreifach­ wirkenden Presse in Sonderbauart. Die Höhe des Gegendrucks muß sorgfältig auf die Formänderungs- und Festigkeitseigenschaften des verarbeiteten Werkstoffs abgestimmt werden, da bei zu geringem Gegendruck die Rißbildung in der Hohlkörperwand nicht unterdrückt und bei zu hohem Gegendruck die Form- und Maß­ genauigkeit des Hohlkörpers z. B. durch Aufstauchungen beein­ trächtigt werden kann.

Es ist ferner durch die US-PS 32 63 468 bzw. Wire Industriy, London, 43 (1976) 11, S. 903-906 bekannt, zur Herstellung von dünnwandigen Rohren mit großem Durchmesser Werkstoff radial auszupressen und anschließend durch eine zweite, axiale Umlen­ kung in Richtung der Stempelbewegung in ein Rohr umzuformen. Bei diesem Verfahren wird die Wandstärke des Rohres durch den Abstand zwischen Matrizenstirnfläche und Gegenstempel, die den Spalt für die radiale Ausbildung des Flansches bilden, bestimmt. Bei der Anwendung dieses Prinzips auf das Fließpres­ sen entstehen bei der zweiten Umlenkung Risse am Werkstück. Die Gestalt der so erzeugten Hohlkörper erhält eine undefi­ nierte Geometrie.

Eine Vielzahl von komplizierten Fließpreßteilen wird durch Verfahrenskombinationen hergestellt. So wäre es auch denkbar, einen Hohlkörper mit Zapfen durch eine Verfahrenskombination aus Napf-Rückwärts-Fließpressen mit Voll-Vorwärts-Fließpressen herzustellen (Kopp, R.: Neue Verfahren der Massivumformung. Vortragstext des Symposiums der DGM 1981, RWTH Aachen). Diese Verfahrenskombination benötigt wesentlich höhere Stempelkräfte aufgrund der größeren Stempelfläche und damit mehr Energie. Es ist nicht möglich, Zapfen variabler Länge zu pressen und enge Toleranzen bezüglich der Werkstücklänge zu erzielen. Bei geringen Bodendicken tritt Werkstoffeinzug am Zapfen ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energiesparendes und baulich einen geringen Aufwand erforderndes Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern mit Zapfen mit günstigen mechanischen Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird verfahrenstechnisch dadurch gelöst, daß die Wandstärke des Hohlkörpers bei oder nach der Umlenkung des querfließgepreßten Flansches in axiale Richtung verringert wird. Vorrichtungstechnisch wird der Gegendruck dadurch erzeugt, daß die Verringerung der Wandstärke durch die Ring­ spaltbreite zwischen dem Gegenstempel und dem Innendurchmesser der Vertiefung der Matrize festgelegt ist. Dadurch wird ohne eine zusätzliche Vorrichtung ein Gegendruck aufgebracht, der zu einer Erhöhung des Formänderungsvermögens des Werkstoffs als Voraussetzung für das fehlerfreie Pressen von Hohlkörpern mit Zapfen führt.

Durch das neue Fließpreßverfahren können Hohlkörper mit Zapfen mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden, deren Außen­ durchmesser bis zum 2,5fachen des Ausgangsdurchmessers betra­ gen können, und deren Wandstärken bis zu ¼₀ des Hohlkör­ peraußendurchmessers betragen können.

Gegenüber dem bekannten Verfahren zum Aufbringen eines Gegen­ drucks über einen ringförmigen Stempel und eine Druckvorrich­ tung wird bei dem neuen Verfahren der Werkzeugaufbau wesent­ lich vereinfacht, so daß es sich auf üblichen ein- oder zwei­ fachwirkenden Pressen durchführen läßt und keine Sonderbauart erfordert. Ein weiterer Vorteil des neuen gegenüber dem bekannten Verfahren besteht darin, daß Beeinträchtigungen der Maß- und Formgenauigkeit und/oder Beschädigungen des Hohlkör­ pers durch Fehleinstellungen des Gegendrucks ausgeschlossen sind. Das betrifft vor allem dünnwandige Hohlkörper.

Das Verfahren wurde mit AlMgSi 0,5 (weichgeglüht) und QSt 32-3 (normalgeglüht) bei Raumtemperatur erprobt. Es läßt sich jedoch auch mit anderen für das Fließpressen geeigneten Werk­ stoffen und/oder bei höheren Temperaturen bis hin zu Schmiede­ temperatur durchführen.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert:

In Bild 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darge­ stellt. Das Werkstück (1) mit dem Durchmesser von z. B. d₀ = 16 mm wird mit Hilfe des Stempels (2) radial durch den Spalt s_SP, der die Bodendicke des Hohlkörpers bestimmt, zwischen Gegenstempel (3) und Matrize (4) ausgepreßt. Durch eine weitere Umlenkung in axiale Richtung entsteht ein Hohl­ körper mit dem Außendurchmesser von z. B. d_A = 2d₀. Die Wand­ stärke s_w wird durch den Ringspalt s_R < s_SP längs der Kali­ brierlänge h_KG am Gegenstempel und h_KM an der Matrizenvertie­ fung bestimmt.

Für die Durchführung des Fließpreßvorgangs sind drei Werkzeug­ bewegungen notwendig: 1. Die Stempelbewegung zum Ausführen der Umformung. 2. Eine Bewegung für das Öffnen und Schließen des Werkzeugs. Die Schließbewegung muß vor der Stempelbewegung erfolgen, und die hohen Schließkräfte müssen während des Umformvorgangs aufrechterhalten werden. 3. Eine Bewegung zum Abstreifen des Werkstücks vom Gegenstempel. Alle drei Bewegun­ gen müssen über lange Stempelwege ausgeführt werden.

Die Bilder 2 bis 4 zeigen konstruktive Lösungen eines Werk­ zeugs zum Einsatz für die Serienproduktion. Die linke Bild­ hälfte zeigt die Arbeitsstellung kurz nach Preßbeginn. Rechts der Mittellinie ist die Werkzeugstellung für die Entnahme des umgeformten und ausgeworfenen Werkstücks zu sehen.

Das Werkzeug in Bild 2 ist für den Einbau in eine einfachwir­ kende Presse mit einem im Stößel integrierten, mechanisch betätigten Auswerfer vorgesehen. In der Tischplatte ist ein als Auswerfer zu verwendendes Ziehkissen vorhanden. Die Schließkraft für den Matrizenaufnehmer wird von einem hydrau­ lischen Kissen über Druckspeicher aufgebracht.

Der Preßvorgang erfolgt bei geschlossenem Werkzeug durch Abwärtsbewegung von Stempelaufnehmer mit Gegenstempel (3), Druckplatte (5) und Matrize (4) mit Matrizenaufnehmer gegen das Druckkissen (6). Während des Stößelrückhubes bewegt sich die Matrize mit Matrizenaufnehmer bis in ihre Ausgangsstellung zurück. Abhängig von den Reibverhältnissen in der Matrize und am Gegenstempel ist ein Ausstoßen durch den Stempel (2) oder ein Abstreifen durch die Druckplatte (5) möglich.

Der Spalt zwischen Matrizenstirnfläche und Gegenstempel kann durch entsprechende Wahl der Dicke der Druckplatte (5) variiert werden. Für die Einhaltung einer konstanten Spalthöhe muß die Schließkraft, die von Hydraulikkissen und Speicher aufzubringen ist, immer größer sein, als die resultierende Kraft, die vom Werkstoff im Spalt bzw. von der Umlenkung des Flansches in den Zylindermantel herrührt.

Bild 3 zeigt ein Werkzeug für eine Presse mit zwei von oben wirkenden Stößeln und einem von einem Druckkissen oder Auswer­ fer im Tisch von unten betätigten Abstreifer (7). Der Stempel (2) ist am Stößel befestigt. Die Matrize (4) ist über Redu­ zierplatten mit dem zweiten Stößel verbunden. Der Gegenstempel (3) ist starr auf dem Pressentisch befestigt. Mittels Abstandsringen (8) kann der Abstand zwischen Matrizenstirn­ fläche und Gegenstempel variiert werden.

Vor Preßbeginn wird der Matrizenaufnehmer mit der Matrize über den zweiten Stößel mit der Schließkraft beaufschlagt. Nach erfolgtem Preßvorgang durch den ersten Stößel werden beide Stößel nach oben gefahren und das Werkstück (1) über den Stempel (2) ausgestoßen, oder über den gleichzeitig betätigten Abstreifer (7) vom Gegenstempel (3) abgestreift.

Bild 4 zeigt eine weitere Ausführung, für die eine einfach­ wirkende Presse mit Hebezylinder im Pressentisch ausreicht. Der Werkzeugverband, bestehend aus Matrize (4) mit Aufnehmer, Abstandsringen (9), Gegenstempel (3) und Führungsplatte (10) ist über einen Verschlußring (11) und eine Platte (12) mit Hilfe der Anker (13) geschlossen. Nach Beendigung des Preßvor­ gangs wird der geteilte Verschlußring auseinandergefahren und der Gegenstempel zurückgefahren, wodurch gleichzeitig ein Abstreifen des Werkstücks erreicht wird. Das Werkstück kann nach der Seite ausgeblasen werden.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen eines metallischen Hohlkörpers mit Zapfen durch Quer-Hohl-Vorwärts-Fließpressen eines zylin­ drischen Rohteiles, dessen Durchmesser dem des Zapfens ent­ spricht, bei dem der Hohlkörper durch radiales Auspressen des Rohteilwerkstoffes mit anschließender axialer Umlenkung in Richtung der Stempelbewegung unter Einwirkung eines Ge­ gendruckes entsteht, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gegendruck durch Verringerung der Wandstärke des Hohlkörpers bei oder nach der Umlenkung des Werkstoffes zum Hohlkörper aufgebracht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Matrize (4) mit einer zylindrischen Vertiefung mit dem Durchmesser des zu erzeugenden Hohlkör­ pers und einem in die Matrizenvertiefung hineinragenden zy­ lindrischen Gegenstempel (3), dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandstärkenverringerung (b-s_w) gemäß Bild 1 durch die Ringspaltbreite s_R zwischen dem Ge­ genstempel (3) und dem Innendurchmesser d_A der Vertiefung der Matrize (4) festgelegt ist.