DE3533426A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von umgeformten teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von umgeformten Teilen z. B. aus Stahl oder Nichtei­ senmetall im Gesenk, bei dem ein Preßkörper zwischen Gesenkteilen angeordnet wird und anschließend mittels eines Gesenkteils oder eines Preßstempels Druck auf den Preßkörper ausgeübt und dieser umgeformt wird und umfaßt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens.

Bei einem bekannten Verfahren ist ein bewegliches Ge­ senk mit einem festen Tisch vorgesehen. Das Gesenk ist mittels Federn auf dem Tisch abgestützt. Der Preß­ stempel liegt flächendeckend auf dem Preßkörper (Preß­ ling) auf. Wenn der Preßstempel den Preßkörper zusammen­ drückt, wird infolge der Wandreibung zwischen Preßkör­ per und Innenwand des Gesenks das Gesenk nach unten be­ wegt (mitgenommen). Dabei werden die Federn zusammen­ gedrückt. Wenn die Federn maximal zusammengedrückt sind, ist eine unbewegliche Gegendruckfläche gebildet, so daß dann der Preßstempel nur noch auf den Preßkörper einwirkt.

Bei diesem Verfahren stört, daß die Bewegungsmöglich­ keit des Gesenks durch den festen Tisch begrenzt ist. Insbesondere ist nachteilig, daß die Wandreibung bei zusammengedrückten Federn zu groß ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die Anwendung eines Preßstempels nur eine einseitige Verformung des Preß­ körpers möglich ist. Außerdem ist dadurch der Umform­ grad des Preßkörpers begrenzt, d. h. ein großer Um­ formgrad läßt sich nicht verwirklichen. Nachteilig ist weiterhin, daß bei diesem bekannten Verfahren die Um­ formung in mehreren Gesenken notwendig ist, wenn ein Preßkörper in ein Teil mit komplizierterer Form umge­ formt werden soll. Schließlich besteht bei Preßkörpern, bei denen das Verhältnis der Länge zum Durchmesser zu groß ist, die Gefahr des Einknickens während der Um­ formung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das die genannten Nachteile beseitigt, das insbeson­ dere die Umformung des Preßkörpers mit hohem Umform­ grad in einem Gesenk erlaubt. Die Lösung dieser Auf­ gabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Ein wesentliches Merkmal besteht darin, daß die Ge­ senkteile in Richtung der Preßkräfte (Bewegungsrich­ tung der Preßstempel) frei beweglich sind, so daß die bei dem bekannten Verfahren durch den festen Tisch bedingten Wegbegrenzungen des Gesenks entfallen. Da­ durch wird die Reibung zwischen Preßkörper und Innen­ wand des Gesenks während der Umformung reduziert.

Die verringerte Reibung erlaubt einen höheren Umform­ grad. Auf diese Weise lassen sich auch Preßkörper um­ formen, die ein größeres Verhältnis der Länge zu ihrem Durchmesser aufweisen. Wesentlich ist weiterhin, daß mindestens zwei Preßstempel vorgesehen sind. Dadurch ist der Umformgrad bei der Umformung des Preßkörpers erhöht, d. h. es läßt sich eine starke Verformung er­ reichen. Außerdem ist es dadurch möglich, Preßkörper in Teile mit komplizierter Form in einem Gesenk umzu­ formen. Durch die Anwendung mehrerer Preßstempel kön­ nen in einem Gesenk mehrere Umformvorgänge ausgeführt werden, die bei den bekannten Verfahren in jeweils ei­ nem gesonderten Gesenk mit jeweils einem Preßstempel ausgeführt werden müssen. Die Verwendung eines Gesenks mit geschlossenen Gesenkteilen hat den Vorteil, daß das umgeformte Fertigteil keinen Grat aufweist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das eine gegen­ läufige Presse betreibt, die ohne festen Tisch arbei­ tet, ist eine (theoretisch) unbegrenzte Verformung möglich. Dadurch können beispielsweise flanschähnliche oder exzentrisch ausgeformte Teile mit großer Ausladung im Verhältnis zum eingesetzten Preßkörper (Fließpreß­ rohling) umgeformt werden. Wenn ein Preßkörper z. B. aus Stahl mit ca. 400°C in das Gesenk eingesetzt wird, dann werden durch die Verformungsenergie weiterhin ca. 150° bis 200°C frei, so daß die Umformung bei ca. 600°C erfolgt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Blau­ bruchzone bei ca. 500°C während des Preßvorganges über­ sprungen und damit vermieden. Oberhalb der Blaubruch­ zone ist der Werkstoff in plastischem Zustand, so daß ein hoher Umformgrad verwirklicht werden kann, der nur durch das Arbeitsvermögen der Presse begrenzt ist.

Der Preßkörper kann warm, halbwarm oder kalt umge­ formt werden. Das Verfahren eignet sich zur Herstel­ lung z. B. von Zahnrädern, Kegelrädern, Flanschtei­ len, zentrischen oder exzentrischen Formteilen u.dgl. Die Preßstempel können mechanisch oder hydraulisch betätigt werden.

Vorzugsweise üben die Preßstempel in entgegenge­ setzter Richtung auf den Preßkörper Druck aus. Dadurch ist eine Umformung von zwei Seiten möglich. Das kann z. B. bei symmetrischen Umformteilen Vorteile bieten. Außerdem kann sich das frei bewegliche Gesenk in ei­ ner bestimmten Position örtlich einpendeln. Druck und Gegendruck der Preßstempel sind dabei gleich. Bevor­ zugt üben die Preßstempel zugleich Druck auf den Preß­ körper aus, d. h. die Preßstempel bewegen sich zum gleichen Zeitpunkt. Auf diese Weise wird eine gleich­ mäßige Umformung, beispielsweise bei symmetrischen Um­ formteilen erreicht. Es kann auch vorteilhaft sein, daß die Preßstempel unabhängig voneinander Druck aus­ üben, d. h. zu unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betätigt wer­ den. Beispielsweise können die Preßstempel nacheinan­ der auf den Preßkörper einwirken. Wenn einer der Preß­ stempel feststeht, dient er als Gegendruckfläche. Nach einer anderen Ausführungsform können sich die Preßstempel zugleich mit unterschiedlicher Geschwin­ digkeit bewegen. Die Andruckflächen der Preßstempel auf die Oberfläche des Preßkörpers können unterschied­ lich groß sein. Die Druckkraft der Preßstempel wird entsprechend angepaßt. Zweckmäßig wird die zeitliche und/oder die geschwindigkeitsabhängige Betätigung der Preßstempel gesteuert. Dabei kann in einem Pro­ gramm festgelegt werden, in welcher Reihenfolge, zu welchem Zeitpunkt und mit welcher Geschwindigkeit die Preßstempel betätigt werden. Die Preßstempel kön­ nen z. B. kurvengesteuert oder durch elektronische Programmsteuerung betätigt werden. Ein besonderer Vorteil besteht dabei darin, daß eine variable, dem Fließbereich des Werkstoffs angepaßte Verformung des Preßkörpers möglich ist.

Die Erfindung umfaßt auch eine vorteilhafte Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens, bei der min­ destens zwei Preßstempel vorhanden und die geschlos­ senen Gesenkteile bei Einwirkung der Preßstempel in Bewegungsrichtung der Preßstempel frei bewegbar sind. Durch die Anwendung von mindestens zwei Preßstempeln bei einem Gesenk ist auf einfache Weise eine doppelt bzw. mehrfach wirkende Presse geschaffen. Durch die freie Beweglichkeit ist mit Vorteil ein leichtes und schnelles Auswechseln der Gesenkteile möglich. Vorzugs­ weise sind die Preßstempel auf gegenüberliegenden Sei­ ten des Gesenks angeordnet. Die Preßstempel können beispielsweise vertikal oder horizontal angeordnet sein. Konstruktiv einfach sind die Gesenkteile an stationären Säulen verschiebbar angeordnet. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die Gesenkteile durch hydraulische oder pneumatische Elemente, z. B. Kolben, verschiebbar gelagert sind. Nach einer weiteren be­ vorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei Preß­ stempel auf derselben Seite des Gesenks angeordnet.

Auf diese Weise läßt sich ein Fertigteil in zwei Preß­ schritten herstellen, z. B. durch Vor- und Fertigpres­ sen. Auf diese Weise können aber auch asymmetrisch ge­ formte Fertigteile hergestellt werden. Auch kann es vorteilhaft sein, wenn mindestens zwei Preßstempel auf entgegengesetzter Seite des Gesenks und mindestens zwei weitere Preßstempel auf zwei rechtwinklig zu den erstgenannten Preßstempeln angeordneten, gegenüberlie­ genden Seiten des Gesenks angeordnet sind. Auf diese Weise kann sowohl in vertikaler als auch in horizonta­ ler (seitlicher) Richtung Druck auf den Preßkörper aus­ geübt werden. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbil­ dung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, der dem An­ trieb für die Preßstempel zugeordnete Stellglieder nach­ geordnet sind.

Zweckmäßig sind den Preßstempeln, Gesenkteilen o. dgl. Meßglieder für kraft- und/oder wegbezogene Werte zuge­ ordnet, die mit der Steuereinrichtung in Verbindung stehen.

Vorzugsweise ist der Steuereinrichtung ein Sollwert­ geber zugeordnet, der vorgegebene Werte für Preßkraft, Preßgeschwindigkeit, Preßzeitpunkt u. dgl. eingegeben enthält. Vorteilhaft ist als Steuereinrichtung eine Mikrocomputersteuerung vorgesehen, die insbesondere Querverknüpfungen der Meß- und Stellgrößen bei einer Mehrzahl von Preßstempeln zu verarbeiten vermag.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 in Seitenansicht eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung mit zwei entgegengesetzt wirkenden Preßstempeln und einem ge­ schlossenen, frei beweglichen Gesenk,

Fig. 2a-2c eine Vorrichtung wie Fig. 1 mit zwei zusätzlichen, auf einer Seite angeordneten Preß­ stempeln,

Fig. 3a, 3b eine Vorrichtung wie Fig. 1 mit zwei weiteren, seitlich wirkenden Preßstempeln und

Fig. 4 schematisch ein Blockschalt­ bild zweier gegenüberliegender Preßstempel mit Meß- und Stell­ gliedern und elektronischer Steuereinrichtung.

Nach Fig. 1 ist ein Gesenk 1 aus zwei trennbaren Gesenk­ teilen, bestehend aus einem Gesenkoberteil 2 und einem Gesenkunterteil 3, vorgesehen. Die Gesenkteile 2 und 3 sind über Halteteile 4 und 5 bzw. 6 und 7 mit Halteglie­ dern 8 und 9 bzw. 10 und 11 an Säulen 12 bzw. 13 be­ festigt. Die Halteglieder 8 bis 11 sind an den Säulen 12 und 13 in senkrechter Richtung frei bewegbar (ver­ schiebbar) gelagert. Die Säulen 12 und 13 sind fest auf einer Unterlage 14 angeordnet. Im Innenraum 15 des Ge­ senks 1 ist ein Preßkörper 16 z. B. aus Stahl einge­ setzt. Auf die obere Preßfläche 16 a und die untere Preßfläche 16 b sind jeweils ein Preßstempel 17 bzw. 18 einander gegenüberliegend aufgesetzt. Die Preßstempel 17 und 18 greifen durch entsprechende Öffnungen im Ge­ senkoberteil 2 bzw. im Gesenkunterteil 3 hindurch.

Im Betrieb wird der aufgewärmte Preßkörper 16, z. B. ein Stangenabschnitt, in den Innenraum des Gesenkun­ terteils 3 eingesetzt. Anschließend wird das Gesenk­ oberteil 2 aufgesetzt und dadurch das Gesenk 1 ge­ schlossen. Die Gesenkteile 2, 3 werden z. B. hydrau­ lisch oder mechanisch unter Druck geschlossen gehalten. Zur Umformung werden die Preßstempel 17 und 18 in an sich bekannter Weise z. B. hydraulisch betätigt. Die Preßstempel 17 und 18 üben dadurch in entgegengesetzter, aufeinander ausgerichteter Bewegung (sh. Pfeile) Druck auf die Preßflächen 16 a bzw. 16 b aus. Dadurch wird der Preßkörper 16 b in senkrechter Richtung zusammengedrückt (gestaucht), wobei der Preßkörper 16 seitlich (hori­ zontal) in den hohlen Innenraum 15 ausweicht und diesen ausfüllt. In Fig. 1 wird beispielsweise der Preßkör­ per 16 zu einem Rohling für ein Kegelzahnrad umgeformt. Anschließend werden die Preßstempel 17 und 18 in entge­ gengesetzter Richtung voneinander wegbewegt und das Ge­ senkoberteil 2 entfernt, so daß das Gesenk 1 geöffnet ist. Das umgeformte Fertigteil wird aus dem Gesenkun­ terteil 3 entnommen.

Nach Fig. 2 sind zwei entgegengerichtete Preßstempel 17 und 18 vorgesehen. Außerdem sind neben dem Preß­ stempel 17 zwei weitere Preßstempel 19 und 20 ange­ ordnet. Fig. 2a zeigt die Ausgangsstellung des Umform­ vorgangs, bei der der in das Gesenk 1 eingesetzte Preßkörper 16 einen rechteckigen Querschnitt aufweist. In einem ersten Preßschritt drückt nach Fig. 2b der Preßstempel 17 senkrecht nach unten auf die Preßflä­ che 16 a des Preßkörpers 16, so daß der Preßkörper 16 nach unten in den Hohlraum 15 a des Gesenkunterteils 3 bis zum Preßstempel 18 ausweicht und dadurch einen An­ satz 16 a bildet. In einem zweiten Preßschritt nach Fig. 2c drücken die Preßstempel 19 und 20 auf die Preß­ flächen 16 c bzw. 16 d und der Preßstempel 18 auf die Preßfläche 16 b. Dadurch weicht der Preßkörper 16 in seitlicher Richtung in die Hohlräume 15 b und 15 c aus.

Nach Fig. 3a ist der Preßkörper 16 durch die Preß­ stempel 17 und 18 bereits gestaucht und in seitlicher Richtung bis zu den Stirnflächen zweier horizontal angeordneter Preßstempel 21 und 22 ausgewichen. Nach Fig. 3b werden die Preßstempel 21 und 22 aufeinander zubewegt, so daß der Preßkörper in die Hohlräume 15 d und 15 e ausweicht. Entsprechend Fig. 3 wird beispiels­ weise der Preßkörper 16 in ein Flanschteil umgeformt.

Fig. 4 zeigt schematisch die Preßstempel 17 und 18, denen jeweils ein Stellglied 23, 24 zugeordnet ist, das auf den (nicht dargestellten) Antrieb für die Preßstempel einwirkt. Die Stellglieder 23, 24 stehen mit einer elektronischen Steuerung 25, z. B. einem Mikrocomputer elektrisch in Verbindung. Weiterhin sind den Preßstempeln 17 und 18 jeweils ein Meßglied 26 bzw. 27, z. B. ein Kraftmeßglied oder eine Wegmeß­ einrichtung, zugeordnet, die die Rückmeldung über den Status von den Preßstempeln 17 und 18 zu der program­ mierbaren elektronischen Steuereinrichtung 25 bewirken. Zwischen den Meßgliedern 26 und 27 und der Steuerein­ richtung 25 sind (nicht dargestellte) Meßwertwandler vorhanden. Die Richtung der Einwirkung zwischen den Stellgliedern 23, 24 und den Meßgliedern 26, 27 in bezug auf die Steuereinrichtung 25 ist durch Pfeile gekennzeichnet.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von umgeformten Tei­ len z. B. aus Stahl oder Nichteisenmetall im Gesenk, bei dem ein Preßkörper zwischen Gesenk­ teilen angeordnet wird und anschließend mittels eines Gesenkteils oder eines Preßstempels Druck auf den Preßkörper ausgeübt und dieser umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Preßstempel auf den Preßkörper Druck ausüben und daß bei Einwirkung der Preßstempel die geschlos­ senen Gesenkteile in Bewegungsrichtung der Preß­ stempel frei zu bewegen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Preßstempel in entgegengesetzter Richtung Druck ausüben.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Preßstempel zugleich Druck aus­ üben.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Preßstempel zeit­ lich unabhängig voneinander Druck ausüben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Preßstempel gesteuert wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von umgeformten Teilen z. B. aus Stahl oder Nichteisenmetall im Gesenk, bei der ein Preßkör­ per zwischen Gesenkteilen angeordnet ist und mittels eines Gesenkteils oder eines Preßstem­ pels Druck auf den Preßkörper ausgeübt und dieser umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens zwei Preßstempel (17, 18; 19, 20; 21, 22) vorhanden sind und daß die geschlossenen Gesenk­ teile (2, 3) bei Einwirkung der Preßstempel (17 bis 22) in Bewegungsrichtung der Preßstempel (17 bis 22) frei bewegbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Preßstempel (17 bis 22) auf gegenüberliegenden Seiten des Gesenks (1) an­ geordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gesenkteile (2, 3) an stationären Säulen (12, 13) verschiebbar ange­ ordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gesenkteile (2, 3) durch hydraulische oder pneumatische Elemente verschiebbar gelagert sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Preß­ stempel (19, 20) auf derselben Seite des Gesenks (1) angeordnet sind (Fig. 2).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Preßstempel (17, 18) auf entgegengesetzten Seiten des Gesenks 1 und mindestens zwei weitere Preß­ stempel (21, 22) auf zwei rechtwinklig angeordneten, gegenüberliegenden Seiten des Gesenks 1 angeordnet sind (Fig. 3).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuereinrichtung (25) vorgesehen ist, der dem Antrieb für die Preßstempel (17 bis 22) zugeordnete Stellglieder (23, 24) nachgeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß den Preßstempeln, Gesenkteilen o. dgl. Meßglieder (26, 27) für kraft-und/oder wegbezogene Werte zugeordnet sind, die mit der Steuereinrichtung (25) in Verbindung stehen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereinrich­ tung (25) ein Sollwertgeber zugeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuereinrich­ tung (25) eine Mikrocomputersteuerung vorgesehen ist.