DE3539418A1

DE3539418A1 - Taumelpresse

Info

Publication number: DE3539418A1
Application number: DE19853539418
Authority: DE
Inventors: Alois Jona Bernet
Original assignee: SCHMID HEINRICH MASCH WERKZEUG; Heinrich Schmid Maschinen und Werkzeugbau AG
Current assignee: SCHMID HEINRICH MASCH WERKZEUG; Heinrich Schmid Maschinen und Werkzeugbau AG
Priority date: 1984-11-27
Filing date: 1985-11-07
Publication date: 1986-05-28
Anticipated expiration: 2005-11-08
Also published as: JPH06102247B2; US4651548A; JPS61129251A; CH666857A5; DE3539418C2

Description

Heinrich Schmid Rapperswil/Schweiz Maschinen- und Werkzeugbau AG

Taumelpresse

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Taumelpresse, deren Obergesenk in einer glockenförmigen, in einer kugelartigen Pfanne am Maschinenständer abgestützten Fassung eingebaut ist, an deren oberem Führungszapfen Mittel zur Erzeugung von Taumelbewegungen am Obergesenk angreifen; und deren Untergesenk über ein hydraulisches Kolben-Zylinder-Drucksystem vertikal nach oben gegen das Obergesenk verschiebbar am Maschinenständer abgestützt ist, um einen Rohling zwischen Ober- und üntergesenk umzuformen, wobei sich zentrisch innerhalb des Druckkolbens des Kolben-Zylinder-Drucksystems ein vertikal verschiebbarer Auswerfer für das fertiggestellte Werkstück befindet, welcher unter der Wirkung eines eigenen Kolben-Zylinder-Drucksystems steht.

Vergleichsweise dem Fliesspressen, bei dem die ümformkraft gleichzeitig auf die ganze Werkstückoberfläche wirkt, wird beim Taumelpressen bekanntlich nur auf eine Teilfläche Kraft ausgeübt, wodurch nur geringe Reibung auftreten kann und der Werkstoff ohne grossen Widerstand in radialer und axialer

Richtung fliesst. Hierfür wird der Rohling zwischen Ober- und Untergesenk unter taumelnder Bewegung des Obergesenkes umgeformt, wobei sich die Umformkraft nur auf eine Teilfläche des Werkstückes konzentriert. Indem sich dann die Druckzone über die gesamte Werkstückoberfläche verlagert/ wird die Umformung bewirkt.

Durch die kleinere Kontaktfläche und die günstigeren Reibungsverhältnisse ist somit die Umformkraft beim Taumelpressen wesentlich kleiner als beim konventionellen Fliesspressen.

Daraus ergeben sich die Vorteile erheblich kleinerer Maschinen, geringerer Gesenkbelastung und geringerer Lärmentwicklung. Zudem können mit dem Taumelpressen in einem Arbeitsgang bedeutend grössere Formänderungen erreicht werden, vergleichsweise der hierfür beim herkömmlichen Fliesspressen notwendigen Mehrstufengesenke mit all deren Kosten und Einrichtzeiten.

Somit gewinnt das Taumelpressen an Bedeutung, zumal in jüngerer Zeit die dazu erforderlichen Technologien insoweit erarbeitet werden konnten, dass nunmehr.funktionsfähige Maschinen der vorgenannten Art zur Verfugung stehen.

Ein wesentliches Problem allerdings blieb bisher ungelöst, nämlich die Möglichkeit der Herstellung von präzisen Bohrungen im Werkstück während seiner Umformung.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Taumelpresse der vorgenannten Art so auszugestalten, dass sich am Werkstück, insbesondere an einem Rotationskörper, wie Flansche mit Nabe oder dgl., mit dem Umformvorgang eine zentrische Bohrung herstellen lässt, deren Präzision so ist, dass auf eine Nacharbeit verzichtet werden kann.

Dies wird nun erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der das Untergesenk durchdringende Auswerfer einen mit letzterem vertikal verschiebbaren Lochungsstempel trägt, welcher mit einer zentrisch und fest im Obergesenk angeordneten Schneidebuchse zusammenwirkt, um unter der Wirkung einer, der Hubbewegung des das Untergesenk tragenden Kolbens überlagerten Hubbewegung des Auswerfer-Kolbens und der Taumelbewegung des Obergesenkes das Werkstück zu durchdringen und den dabei entstehenden Materialüberschuss in die Schneidebuchse zu verdrängen.

Versuche haben gezeigt, dass auf diese Weise und ohne jegliche Nacharbeit hochpräzise Bohrungen bezüglich Durchmesser und Rundlauf erreicht werden können, wobei zudem noch eine

Materialverdichtung im bisher immer weichen Kern des Werkstückes erzielt wird, die jener in den ausgeformten Randbereichen des Werkstückes nahekommt, womit sich eine Lochwandung von höchster Oberflächengüte und sehr hoher Festigkeit ergibt.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zentrisch in der glockenförmigen Fassung ein vertikal verschiebbarer weiterer Auswerfer für den in die Schneidebuchse verdrängten Materialüberschuss angeordnet ist, welcher unter der Wirkung eines eigenen Kolben-Zylinder-Drucksystems steht.

Für eine optimale Steuerung der Maschine während des Verformungsvorganges und zum nachfolgenden Entfernen von Werkstück und Materialüberschuss ist es vorteilhaft, wenn das, das Untergesenk tragende Kolben-Zylinder-Drucksystem; sowie das den Auswerfer bzw. den Lochungsstempel am Untergesenk betätigende Kolben-Zylinder-Drucksystem; als auch das den weiteren Auswerfer des Obergesenkes betätigende Kolben-Zylinder-Drucksystem variabel ansteuerbar an einem Hydrauliksteuersystem angeschlossen sind. Hierfür ist es zudem zweckmässig, wenn der Lochungsstempel nach seiner Rückstellung aus dem Werkstück mit einer nochmaligen Betätigung seines Kolben-Zylinder-Drucksystems als Auswerfer für das Werk-

stück dient.

Weiter kann die weitere Ausgestaltung so sein, dass der Lochungsstempel eine Schulter zum Andrücken einer Fase am Lochrand des Werkstückes aufweist.

Um zu Beginn des Taumelvorganges eine optimale Zentrierung des Rohlings zu ermöglichen, besteht ferner eine Weiterbildung darin, dass der Lochungsstempel zu Beginn des Verformungsvorganges als Zentriermittel wirksam ist.

Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Schnittdarstellung eine Gesamtansicht einer Taumelpresse;

Fig. 2 die Taumelpresse gemäss Fig. 1 in einer Draufsicht entlang der Schnittlinie II - II;

Fig. 3 in einem vertikalen Teilschnitt eine Teilansicht der Taumelpresse in grösserem Massstab; und

Fig. 4 in schematischer Darstellung in einem Teilschnitt das Obergesenk und das Untergesenk in grösserem Massstab zur Veranschaulichung des Verformungsvorganges .

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Taumelpresse, die in geöffneter Lage nach einem Umformungsvorgang veranschaulicht ist, umfasst ein Untergesenk 7 sowie ein Obergesenk 5, zwischen denen ein Werkstück 20 unter taumelnder Bewegung des Obergesenkes 5 umgeformt wurde.

Hierfür stützt sich das Untergesenk 7 über ein hydraulisches Kolben-Zylinder-Drucksystem 10, 11 am Maschinenständer 12 vertikal nach oben gegen das Obergesenk 5 verschiebbar ab. Das Untergesenk 7 ist dabei in der Stirnseite des Kolbens des Drucksystems auswechselbar eingesetzt, dessen Zylinder in dessen oberem Randbereich von einer Manschette 13 umgeben ist, welche auf einer Ringschulter 14' des Maschinenständers 12 fest aufsitzt.

Durch diese Anordnung hat eine mögliche Ausbiegung des Maschinenständers 12 unter Last keinen Einfluss auf die Führung des Kolbens 10, deren Präzision somit immer erhalten bleibt.

Der Hub des Kolbens 10 im Zylinder 11 wird einerseits nach unten durch eine Ringschulter 10' am Kolben 10, welche mit der oberen Stirnseite des Zylinders 11 zusammenwirkt, begrenzt und andrerseits nach oben durch eine Anschlagmutter 14, welche mit der unteren Stirnseite des Zylinders 11 zusammenwirkt. Hierfür erstreckt sich der Kolben 10 mit einem unteren Zapfen 15 durch den Boden des Zylinders 11 flüssigkeitsdicht hindurch, auf welchen Zapfen 15 die Anschlagmutter 14 axial verstellbar aufgewindet ist. Die axiale Verstellung der Anschlagmutter 14 für eine Hubveränderung am Druck-Kolben 10 und somit Einstellung der Werkstückhöhe erfolgt dabei über eine motorisch oder von Hand betätigbare Spindel 16, welche in einen Zahnkranz 17 am Aussenumfang der Anschlagmutter 14 eingreift.

Zur Erzeugung der vertikal nach oben gerichteten Presskraft am Druck-Kolben 10, welche einige tausend kN betragen kann, ist die Zylinderkammer 111 des Zylinders 11 des Kolben-Zylinder-Drucksystems über Druckleitungen II¹ an einem Hydrauliksteuersystem 18 angeschlossen, das vorzugsweise eine verstellbare Hochdruck-Axialkolbenpumpe zur Erzeugung der Presskraft und Niederdruck- und Hochdruckpumpenmittel für eine Schnellzustellung des Druck-Kolbens 10 umfasst (nicht gezeigt).

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Wie Fig. 1 weiter veranschaulicht, ist zentrisch innerhalb des Druck-Kolbens 10 ein vertikal verschiebbarer Auswerfer 19 angeordnet, welcher geeignet ist, das Werkstück 20 nach dessen Fertigstellung aus dem Untergesenk 7 herauszudrücken. Hierfür bildet der Auswerfer 19 in seinem unteren Teil einen Kolben 21, dessen Zylinderkammer 22 im Druck-Kolben 10 ausgebildet und über entsprechende Druckleitungen 22' an das Hydrauliksteuersystem 18 angeschlossen ist.

Weiter trägt der Druck-Kolben 10 auf seiner oberen Stirnseite eine Mehrzahl vertikal nach oben abragende Führungssäulen 6, die bei der Hubbewegung des Druck-Kolbens 10 in entsprechende Ausbohrungen 6' an der unteren Stirnseite eines Oberteils 1 der Maschine, das fest mit dem Maschinenständer 12 verbunden ist, eintauchen und so eine optimale Ausrichtung von Ober- und Untergesenk 5,7 gewährleisten.

An diesem Oberteil 1 der Taumelpresse ist eine, das Obergesenk 5 auswechselbar tragende glockenförmige Fassung 4 angeordnet und in einer kugelartigen Pfanne 3 derart abgestützt, dass durch eine entsprechende Verschiebung der glockenförmigen Fassung in der kugelartigen Pfanne dem Obergesenk 5 die vorstehend beschriebenen Taumelbewegungen erteilt werden können.

Hierfür ragt von der glockenförmigen Fassung 4 zentrisch und vertikal nach oben ein Führungszapfen 40 ab, welcher innerhalb eines Freiraumes 2 des Oberteils 1 der Maschine eine pendelnde Bewegung ausführen kann. Zur Erzeugung der vorerwähnten Bewegungen greift das freie Ende des Führungszapfens 40 über geeignete Pendelrollenlagermittel 41 in eine erste Exzenterhülse 42 ein, die über Lagermittel 44 in einer zweiten, am Oberteil 1 der Maschine über Lagermittel 45 drehbar abgestützten Exzenterhülse 43 umlaufend geführt ist.

Um diese beiden Exzenterhülsen 42 und 43 in der einleitend beschriebenen Weise antreiben zu können, stehen diese hier beispielsweise über koaxiale Antriebsachsen 46 und 47 und Zahnkränze 48 und 49 mit nicht näher gezeigten Motor- und Getriebemitteln in Antriebsverbindung.

Soweit kann der Aufbau und die Funktionsweise einer Taumelpresse als bekannt vorausgesetzt werden, so dass sich weitergehende Erläuterungen erübrigen.

Um nun während der Verformung eines Rohlings beispielsweise in einen Rotationskörper mit Naben und Flansch sofort auch die zentrische Bohrung herstellen zu können, ist es erfindungsgemäss vorgesehen, dem vorgenannten, das Unterge-

senk 7 durchdringenden Auswerfer 19 einen Lochungsstempel aufzusetzen, wie das die Fig. 3 und 4 mehr im Einzelnen veranschaulichen. Dieser Lochungsstempel 29 wirkt mit einer zentrisch und fest im Obergesenk 5 angeordneten Schneidebuchse 34 zusammen, um unter der Wirkung einer, der Hubbewegung des das Untergesenk 7 tragenden Kolbens 10 überlagerten Hubbewegung des Auswerfer-Kolbens 21 und der Taumelbewegung des Obergesenkes 5 das Werkstück 20' zu durchdringen und den dabei entstehenden Materialüberschuss 35 in die Schneidebuchse 34 zu verdrängen.

Dieser Vorgang ist näher der Darstellung in Fig. 4 zu entnehmen. Danach wird zunächst ein Rohling 20" zwischen Obergesenk 5 und Untergesenk 7 eingebracht, wobei der Lochungsstempel 29 etwa bündig mit der Auflagefläche des Untergesenkes 7 für den Rohling 20" ist und dort als Zentriermittel für den Rohling wirkt. Hierfür kann der Rohling 20" einen zentrischen Körner aufweisen, in welchen eine Zentrierspitze 29' stirnseitig des Lochungsstempels 29 eindringt. Danach setzt der Verformungsprozess unter der taumelnden Bewegung des Obergesenkes 5 und unter Verschiebung des Untergesenkes 7 vertikal nach oben ein, wobei das Material des Rohlings in die Gesenkformen einfliesst, wobei der Lochungsstempel 29 zunächst ohne Widerstand nach unten zurückweicht. In einem geeigneten Zeitpunkt, etwa kurz vor Fertigstellung

der Endform des Werkstückes 20', wird dann der Lochungsstempel 2 9 nach oben gedrückt, wobei dieser unter der Taumelbewegung des Obergesenkes 5 den Werkstoff des Rohlings bzw. Werkstückes durchschneidet und den Materialüberschuss 35
in die Schneidebuchse 34 drängt. Dies ist ohne Probleme
möglich, da die Rand- und Flanschbereiche des fast fertigen Werkstückes bereits hoch verdichtet sind und so nur das
weichere Kernmaterial herausgedrückt werden muss, welches
entsprechend in die Schneidebuchse 34 einfliesst, wobei
eine hochvergütete Lochwandung im Werkstück entsteht. Der
Vorgang ist beendet, wenn das Werkstück 20' vollständig vom Lochungsstempel 29 durchstossen und letzterer eventuell etwas in die Schneidebuchse 34 eingedrungen ist.

Um die Bohrung im Werkstück 20' anfasen zu können, geht der Lochungsstempel 29 in eine Schulter 30 zum Andrücken einer
Fase am Lochrand des Werkstückes über. Da dann etwas Material in den Ringspalt zwischen Führungsbohrung 19' und Lochungsstempel 29 einfliesst, wird beim Andrücken der Fase dieses
Material mit zurückgedrängt, was zu einer hohen Verdichtung des Werkstückmaterials in diesem Bereich führt.

Um nun das Werkstück nach seiner Fertigstellung aus der Gesenkform herauszubringen, wird der Lochungsstempel 29 nach
seiner Rückstellung aus dem Werkstück mit einer nochmaligen

Betätigung seines Kolben-Zylinder-Drucksystems 21,22 als Auswerfer wirksam.

Insbesondere Fig. 3 zeigt ferner, dass zentrisch in der glockenförmigen Fassung 4 ein vertikal verschiebbarer weiterer Auswerfer 31 für den in der Schneidebuchse 34 verdrängten Materialüberschuss 35 angeordnet ist. Dieser Auswerfer 31 steht unter der Wirkung eines eigenen Kolben-Zylinder-Drucksystems 32,33, wobei die betreffende Druckkammer 33 über entsprechende Druckleitungen 33" ebenfalls

an das Hydrauliksteuersystem 18 angeschlossen ist. Zu Beginn des Verformungsvorganges kann die Stirnseite dieses Auswerfers 31 zunächst bündig mit der Stirnseite der Schneidebuchse 34 sein.

Aus dem Vorbeschriebenen ergibt sich somit eine Taumelpresse, mit der es gelingt, während des Verformungsvorganges ein zentrisches Loch im Werkstück einzubringen, wobei sich, durch geeignete Ausgestaltung des Lochungsstempels noch beeinflussbar, eine Lochwandung von höchster Oberflächengüte und Festigkeit sowie präzisem Durchmesser und bester Rundlaufgenauigkeit ergibt.

Claims

Patentanwälte _ . . n DR. -ING. H.H.WILHELM - DIPL.-ING. H. DAUSTER ΟΟΟίΗ ΙΟ D-7000 Stuttgart 1 Hospitalstraße 8 Tel.(0711) 291133/292857 Patentansprüche

1. Taumelpresse, deren Obergesenk in einer glockenförmigen, in einer kugelartigen Pfanne am Maschinenständer abgestützten Fassung eingebaut ist, an deren oberem Führungszapfen Mittel zur Erzeugung von Taumelbewegungen am Obergesenk angreifen; und deren Untergesenk über ein hydraulisches Kolben-Zylinder-Drucksystem vertikal nach oben gegen das Obergesenk verschiebbar am Maschinenständer abgestützt ist, um einen Rohling zwischen Ober- und Untergesenk umzuformen, wobei sich zentrisch innerhalb des Druckkolbens des Kolben-Zylinder-Drucksystems ein vertikal verschiebbarer Auswerfer für das fertiggestellte Werkstück befindet, welcher unter der Wirkung eines eigenen Kolben-Zylinder-Drucksystems steht, dadurch gekennzeichnet, dass der das Untergesenk (7) durchdringende Auswerfer (19) einen mit.letzterem vertikal verschiebbaren Lochungsstempel (29) trägt, welcher mit einer zentrisch und fest im Obergesenk (5) angeordneten Schneidebuchse (34) zusammenwirkt, um unter der Wirkung einer, der Hubbewegung des das Untergesenk (7) tragenden Kolbens (10) überlagerten Hubbewegung des Auswerfer-Kolbens (21) und der Taumelbewegung des Obergesenkes (5) das Werkstück zu durchdringen und den dabei entstehenden Materialüberschuss in die Schneidebuchse (34) zu verdrängen.

2. Taumelpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zentrisch in der glockenförmigen Fassung (4) ein vertikal verschiebbarer weiterer Auswerfer (31) für den in die Schneidebuchse (34) verdrängten Materialüberschuss angeordnet ist, welcher unter der Wirkung eines eigenen Kolben-Zylinder-Drucksystems (32,33) steht.

3. Taumelpresse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das, das Untergesenk (7) tragende Kolben-Zylinder-Drucksystem (10,11); sowie das den Auswerfer (19) bzw. den Lochungsstempel (29) am Untergesenk (7) betätigende Kolben-Zylinder-Drucksystem (21,22); als auch das den weiteren Auswerfer (31) des Obergesenkes (5) betätigende Kolben-Zylinder-Drucksystem (32, 33) variabel ansteuerbar an einem Hydrauliksteuersystem (18) angeschlossen sind.

4. Taumelpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochungsstempel (29) eine Schulter (30) zum Andrücken einer Fase am Lochrand des Werkstückes aufweist.

5. Taumelpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochungsstempel (29) nach seiner Rückstellung aus dem Werkstück mit einer nochmaligen Betätigung seines Kolben-Zylinder-Drucksystems (21,22) als Auswerfer für

das Werkstück dient.

6. Taumelpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochungsstempel (29) zu Beginn des Verformungsvorganges als Zentriermittel wirksam ist.