DE3708848A1

DE3708848A1 - Method for the production of a set of dies for the production of a die-forged part

Info

Publication number: DE3708848A1
Application number: DE19873708848
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Ing Werbertz; Siegmund Dr Ing Cierniak
Original assignee: MEC Maschinenbau Entwicklung Consulting GmbH
Current assignee: MEC Maschinenbau Entwicklung Consulting GmbH
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1988-09-29

Abstract

In the production of a set of dies for the production of a die-forged part comprising a finishing die and at least one preliminary die, it has hitherto been necessary to check each of the individual dies in the production zone by test forgings, which had to be repeated after each correction of the die until the final form was achieved. This ties up useful forging capacity. In order to take the optimisation of the dies out of production, each die of the set is first of all to be produced as a model die from an easily cut material, after which a model forging operation using a shaped part composed of a modelling material which can be plastically deformed under pressure while cold, produced in the preliminary die, is to be carried out and the result of deformation to be checked in each case and the die model and/or the associated model preliminary die to be changed depending on any inadequacies observed in the deformation behaviour. The finishing dies are then produced in accordance with the thus optimised model dies of the set of dies. Particularly in connection with definition of the shapes by CAD and production of the dies by CAM, the optimisation can be carried out in the design department without interfering with the continuity of forging production.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gesenkfamilie zur Erzeugung eines Gesenkschmiedeteiles mit einem Fertiggesenk und wenigstens einem Vorgesenk.The invention relates to a method for producing a Die family for the production of a drop forged part with a die and at least one die.

Zur Erzeugung eines Gesenkschmiedeteiles ist es erforderlich, das Material in mehreren aufeinander abgestimmten Gesenken, ausgehend von einem Rohling, zur Fertigform des herzustel lenden Schmiedeteiles zu verformen. Diese Aufeinanderfolge von unterschiedlichen, aufeinander abgestimmten Gesenkformen wird nachstehend als Gesenkfamilie bezeichnet. Das bedeu tet, daß der Konstrukteur aufgrund seiner Erfahrungen, aus gehend von einem ca. 1200°C warmen Rohling, beispielsweise einem Stahlknüppel, sämtliche Verformungen vom Knüppel bis zur Fertigform so aufeinander abzustimmen hat, daß am Ende das vom Kunden geforderte Rohteil in entsprechender Maß- und Oberflächenqualität zur Verfügung steht. Hinsichtlich der Form des Ausgangsrohlings, aber auch hinsichtlich der Abstimmung der einzelnen aufeinanderfolgenden Gesenkformen ist der Konstrukteur bezüglich des Verformungsverhaltens auf seine Erfahrungen aus früheren Schmiedungen und seine Intuition angewiesen. Andererseits wirken auf den Schmiede prozeß eine Reihe von im voraus nicht zu definierenden Störgrößen, wodurch jede Vorgabe für die jeweilige Gesenkform mit unkalkulierbaren Fehlern bzw. Schwachstellen behaftet ist.To produce a drop forged part, it is necessary the material in several coordinated dies, starting from a blank to produce the finished form of the deform the forged part. This succession of different, coordinated die shapes is referred to below as the die family. That means tet that the designer based on his experience starting from an approximately 1200 ° C blank, for example a steel billet, all deformations from billet to to match the finished form so that at the end the raw part required by the customer and surface quality is available. Regarding the shape of the starting blank, but also in terms of Matching the individual successive die shapes is the designer regarding the deformation behavior on his experiences from previous forges and his Depends on intuition. On the other hand, they affect the smithy process a number of undefined ones Disturbances, which means that every specification for the respective die shape with incalculable errors or weak points is.

Das Problem besteht hierbei darin, daß nach Herstellung der Gesenke diese in die Schmiedeaggregate eingebaut werden und eine erste Probeschmiedung durchlaufend vom Rohling bis zum Prototyp des herzustellenden Schmiedeteils vorgenom men wird. Erst nach Kontrolle dieses Prototyps auf Maßge nauigkeit und Oberflächengüte kann über die Brauchbarkeit der gesamten Gesenkfamilie befunden werden. Genügt das Teil den geforderten Ansprüchen nicht, müssen Änderungen an den Gesenken durchgeführt werden, d.h. sämtliche Unsicherheiten bei der Konstruktion und der Störgrößen werden nun über intuitive Manipulationen an der Geometrie der Gesenke kompen siert. Hierbei ist hervorzuheben, daß bei durchschnittlich komplizierten Teilen mehrere Probeschmiedungen erforderlich sind, wodurch sehr teure, teilweise verkettete Schmiedeanla gen vom Ofen über die Vorformaggregate zu den Hauptpressen und Abgratpressen bis hin zu den Wärmebehandlungsanlagen über mehrere Schichten stillstehen können. Wegen der damit verbundenen, insbesondere durch den Ausfall von Schmiedekapa zität verursachten Kosten ist die Herstellung von Gesenk schmiedeteilen nur ab verhältnismäßig großer Stückzahl wirt schaftlich.The problem here is that after manufacture of the dies they are installed in the forging units and a first trial forging from the blank up to the prototype of the forged part to be manufactured men will. Only after checking this prototype for dimensions Accuracy and surface finish can affect usability of the entire die family. The part is enough the required claims, changes to the Dies, i.e. all uncertainties in the construction and the disturbances are now over Compensate intuitive manipulations on the geometry of the dies siert. It should be emphasized that at average complicated test pieces require several trial forges are, which makes very expensive, partially linked forging plant from the furnace via the preforming units to the main presses and trimming presses right up to the heat treatment plants can stand still over several shifts. Because of that related, especially due to the failure of blacksmith's capa cost is the production of dies forgings only from a relatively large number of hosts socially.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das es gestattet, diesen Anschmiedungsprozeß vollständig vom Produktionsbereich zu lösen und in das Vorfeld der Werkzeugfertigung zu verlagern.The invention is based on the object of a method of the type described in the introduction, which allows this forging process completely from the production area to solve and relocate in the run-up to tool manufacture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach Festlegung der jeweiligen Gesenkform jedes Gesenk der Gesenkfamilie zunächst als Modellgesenk aus einem leicht spanbaren Werkstoff gefertigt wird, danach in jedem Modell gesenk jeweils ausgehend von einem im Vorgesenk hergestell ten Formling eine "Modellschmiedung" mit einem kalt unter Druck plastisch verformbaren Modellwerkstoff vorgenommen wird, hierbei das Verformungsverhalten des Formlings bei der Modellschmiedung im jeweiligen Modellgesenk geprüft und in Abhängigkeit von den festgestellten Unzulänglichkei ten im Verformungsverhalten das Modellgesenk und/oder das zugehörige Modellvorgesenk geändert wird und mit den jeweils geänderten Modellgesenken der Schmiedeablauf durch wenigstens eine weitere Modellschmiedung mit allen Modellgesenken der Gesenkfamilie durchgeführt wird und daß nach den auf diese Weise optimierten Modellgesenken der Gesenkfamilie die Ferti gungsgesenke hergestellt werden. Durch diese Verfahrensweise wird der Anschmiedeprozeß völlig unabhängig vom Produktions bereich, so daß die normale Produktion unabhängig von der Neuteilentwicklung weiterarbeiten kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei der Verwendung von leicht spanbaren Werkstoffen, beispielsweise Kunststoffen entsprechender Festigkeit oder Harzholz sehr viel höhere Zerspanungsleistun gen möglich sind und bei einer Vielzahl von Formen die End geometrie in nur einem Überlauf, d.h. ohne Schruppbearbeitung bereits im "Schlichtspan" gefertigt werden kann. Durch die Verwendung eines kalt unter Druck plastisch verformbaren Modellwerkstoffs werden erheblich geringere Umformkräfte benötigt als dies bei der Verformung von Stahl erforderlich ist, so daß für die "Modellschmiedung" wesentlich kleinere und damit preisgünstigere Modellpressen eingesetzt werden können. Als Modellwerkstoff können beispielsweise Modelliermassen eingesetzt werden, die aus Mischungen von pulverförmigen Mineralien, Metalloxiden oder dgl., gebunden in Wachsen und Ölen bestehen. Durch entsprechende Abstimmung der Zusam mensetzung lassen sich unter Druck kalt plastisch verformbare Modellwerkstoffe schaffen, die die wesentlichen phänomeno logischen Eigenschaften von Stahl aufweisen. Mit Hilfe einer derartigen Modellschmiedung kann nun sowohl das aus Modell werkstoff geformte Fertigteil, aber auch die jeweilige Zwi schenform bezüglich Formfüllung, Schmiedefehler, Kraft- und Arbeitsbedarf, auch etwaige auf die Form wirkende Quer kräfte und Kippmomente untersucht werden. Genügt das Fertig teil und der Prozeßablauf den geforderten Eigenschaften bzw. den Anforderungen der Schmiedetechnik nicht, so kann nun unmittelbar vor Ort festgestellt werden, an welchem der einzelnen Gesenke und an welcher Stelle Änderungen vorgenommen werden müssen.Wegen der leichten Zerspanbarkeit des Werkstoffes können derartige Änderungen u.U. ohne Demontage an der Modell presse vorgenommen werden. So kann in relativ kurzer Zeit das geänderte Gesenk für eine weitere Modellschmiedung einge setzt werden. Je nach Kompliziertheit der Form des zu erzeugen den Fertigteils sind auch bei diesem Verfahren ähnlich viele Probeschmiedungen wie auch bisher erforderlich. Der Unterschied besteht jedoch darin, daß die gesamte Optimierung der einzelnen Gesenke unabhängig vom Produktionsbereich abläuft, keine Wartezeiten für das Abkühlen der Gesenke und der Formlinge entstehen und schließlich die Kosten für die bei der Optimierung anfallenden Änderungen der Gesenke um Größenordnungen geringer sind als dies bei den bisherigen Verfahren erforderlich war. Erst wenn für alle Gesenke der Gesenkfamilie die endgültige, optimale Form festliegt, werden danach die Fertigungsgesenke in Stahl hergestellt.This object is achieved in that after Determining the respective die shape of each die Die family initially as a model die from a lightweight machinable material is manufactured, then in each model die each starting from one manufactured in the die ten molding a "model forging" with a cold under Pressure plastically deformable model material made the deformation behavior of the molding the model forging in the respective model die checked and depending on the shortcomings identified the die and / or that in the deformation behavior associated model die is changed and with the respective modified model dies the forging process by at least another model forging with all model dies of the Die family is carried out and that according to this The Ferti has been optimized by model dies from the die family production dies. By doing this the forging process becomes completely independent of production area, so that normal production regardless of the Development of new parts can continue. Another advantage is that when using easily machinable Corresponding materials, for example plastics Strength or resin wood much higher cutting performance are possible and the end with a variety of shapes geometry in only one overflow, i.e. without roughing can already be manufactured in the "finishing chip". Through the Use of a plastic that can be deformed cold under pressure Model material are significantly lower forming forces needed as this is required when deforming steel is, so that for the "model forging" much smaller and so that cheaper model presses can be used. Modeling compounds can, for example, be used as the model material are used, which consist of mixtures of powdered Minerals, metal oxides or the like, bound in waxes and oils exist. By coordinating the together composition can be plastically deformed under pressure when cold Create model materials that are the essential phenomeno logical properties of steel. With the help of a Such model forging can now be done from the model prefabricated material, but also the respective intermediate shape with respect to mold filling, forging errors, force and labor requirements, including any cross acting on the shape forces and tilting moments are examined. Done is enough part and the process flow to the required properties or the requirements of forging technology, can now be determined immediately on site at which the individual dies and where changes were made Because of the easy machinability of the material such changes may without disassembly on the model press can be made. This can be done in a relatively short time changed the die for another model forging be set. Depending on the complexity of the shape of the produce The number of prefabricated parts is also similar in this process Trial forges as previously required. The difference however, is that the overall optimization of the individual dies runs independently of the production area, no waiting for the cooling of the dies and the Moldings arise and ultimately the cost of the the optimization of changes in the dies Orders of magnitude less than the previous ones Procedure was required. Only when for all dies the Die family the final, optimal shape is determined then the manufacturing dies are made in steel.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese hen, daß die Festlegung der Form der einzelnen Gesenke der Gesenkfamilie sowie die aufgrund der "Modellschmiedung" vorzunehmenden Änderungen der Gesenkform in CAD-Technik erfolgt und gespeichert wird. Diese Verfahrensweise erlaubt es, daß der Konstrukteur auf der Basis der Kundenzeichnungen des Fertigungsteils die für die einzelnen Gesenke erforder lichen Modelle rechnergespeichert erstellt und auch die aufgrund der Modellschmiedung erforderlichen Änderungen in die rechnergespeicherte Darstellung der Gesenkform über tragen kann. Der Zeitaufwand für die Konstruktionsänderungen wird hierdurch erheblich reduziert. Da die "Modellschmiedung" praktisch am Arbeitsplatz des Konstrukteurs, zumindest jedoch in unmittelbarer Nähe durchgeführt werden kann, ist das übertragen der konstruktiven Änderungen auf die Modell gesenke und die Durchführung der weiteren Probeschmiedung in relativ kurzer Zeit durchzuführen, da die geänderten Gesenke jeweils sofort zur Verfügung stehen. Zum gleichen Zeitpunkt, zu dem die einzelnen Modellgesenke in ihrer opti malen Form vorliegen, sind auch zuverlässige, rechnergespei cherte Unterlagen vorhanden, die dann für die Herstellung der Fertigungsgesenke eingesetzt werden können.In a preferred embodiment of the invention, it is provided hen that defining the shape of each die of the Die family as well as those due to the "model forging" Changes to be made to the die shape in CAD technology done and saved. This procedure allows it that the designer based on the customer drawings of the production part required for the individual dies computer-generated models and also the changes required due to model forging into the computer-stored representation of the die shape can carry. The time spent on design changes is significantly reduced. Since the "model forging" practically at the designer's workplace, at least however, can be done in the immediate vicinity the transfer of the design changes to the model lower and carry out further trial forging to be carried out in a relatively short time since the changed Dies are immediately available. At the same Time at which the individual model dies in their opti paint form are also reliable, computer-saved documents available, which are then for the Manufacturing the manufacturing dies can be used.

In bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß insbesondere bei Anwendung der CAD-Technik, zur Festlegung der einzelnen Gesenkformen die jeweilige Gesenkform bzw. die vorgenommenen Änderungen an dem Modell gesenk in einen Rechner zur Erstellung eines NC-Programmes für die Werkzeugmaschine zur Herstellung und/oder Änderung des Gesenkes eingegeben wird. Während es grundsätzlich mög lich ist, in der üblichen Arbeitsweise der Arbeitsvorbereitung jeweils die Werkzeugmaschine zur Herstellung des jeweiligen Modellgesenkes einzurichten, erlaubt diese Verknüpfung der CAD-Technik, d.h. also der rechnergestützten Zeichnung einer seits mit der rechnergestützten Programmierung einer NC- gesteuerten Werkzeugmaschine andererseits, d.h. also der konsequenten Nutzung der CAD/CAM-Technik im Rahmen der Erfin dung die Möglichkeit von Variantenuntersuchungen, wie sie bisher im Bereich der Gesenkschmiede nicht möglich waren. Der besondere Vorteil besteht vor allem darin, daß mit Ab schluß der Optimierungsarbeiten an den Modellgesenken auch jeweils das fertige NC-Programm für die Werkzeugmaschinen vorliegt und die Herstellung der Fertiggesenke unmittelbar vorgenommen werden kann.In a further preferred embodiment of the invention provided that especially when using CAD technology, to determine the individual die shapes Die shape or the changes made to the model lowered into a computer to create an NC program for the machine tool for manufacturing and / or modification of the die is entered. While it is basically possible is, in the usual way of work preparation each the machine tool for producing the respective Setting up the model die allows this linkage of the CAD technology, i.e. So the computer-aided drawing of a partly with the computer-assisted programming of an NC controlled machine tool on the other hand, i.e. so the consistent use of CAD / CAM technology in the context of the Erfin the possibility of variant studies, such as were previously not possible in the drop forge. The particular advantage is that with Ab conclusion of the optimization work on the model dies the finished NC program for the machine tools is present and the production of the finished dies immediately can be made.

Während es grundsätzlich möglich ist, den plastischen Stoff fluß anhand des Verformungsverhaltens des Modellwerkstoffs in den einzelnen Modellgesenken jeweils gesondert zu unter suchen, wird bevorzugt die Modellschmiedung in der Weise vorgenommen, daß zumindest jeweils der im Vorgesenk gewonnene Formling in das zu untersuchende Modellgesenk eingelegt und "ausgeschmiedet" wird. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß das Modellgesenk und/oder der jeweils durch eine Modellschmiedung gewonnene Formling vor einer anschließenden Weiterverformung im nachfol genden Modellgesenk mit einem Trennmittel versehen wird. Dies erlaubt es, Modellwerkstoffe mit sehr feinem "Gefüge" einzusetzen, die normalerweise eine hohe Haftung an den Formoberflächen aufweist. Durch die Anwendung des Trennmit tels ist sichergestellt, daß der Formling aus dem Gesenk gelöst werden kann und dann entsprechend dem tatsächlichen Schmiedeablauf in das nächstfolgende Modellgesenk eingelegt und verformt werden kann.While it is basically possible, the plastic material flow based on the deformation behavior of the model material in the individual model dies separately under model forging in this way is preferred made that at least the one obtained in the die Blank is placed in the model die to be examined and "forged". In a preferred embodiment the invention is therefore provided that the model die and / or the one obtained from a model forging Molding before subsequent further shaping in the following releasing agent. This allows model materials with a very fine "structure" use that normally have a high liability to the Has mold surfaces. By using the separating agent It is ensured that the molding from the die can be solved and then according to the actual Forging process inserted in the next model die and can be deformed.

Nach dem jeweiligen "Modellschmiedevorgang" läßt sich das Gesenk ohne weiteres öffnen, da sich der Formling aus einer der Gesenkhälften ohne Schwierigkeiten löst. Da nun zur Untersuchung des Formlings dieser auch aus den anderen Gesenk hälfte gelöst werden muß, hier aber die erforderlichen Kräfte zum Auslösen des Formlings aus der Gesenkhälfte zu Beschädi gungen des Formlings führen können, ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, daß zum Auslösen des Formlings aus dem jeweiligen Modellgesenk nach einer Modellschmiedung der Formling durch Kühlung verfestigt wird. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Kühlung durch Kontakt mit einem Flüssiggas, vorzugsweise mit flüssigem Stickstoff erfolgt. Hierdurch wird der Modellwerkstoff soweit verfestigt, daß er ohne Beschädigungen seiner Oberfläche aus dem Gesenk herausgenommen werden kann, wobei zusätzlich noch die durch die starke Kühlung eintretende Volumenveränderung den Aus lösevorgang erleichtert. Sobald der ausgelöste Formling wieder seine Normaltemperatur erreicht hat, in der Regel Raumtemperatur, kann mit diesem Formling nach Beurteilung der maßgeblichen Kriterien der nächste Schritt der "Modell schmiedung" eingeleitet werden.After the respective "model forging process" this can be done Open the die without further ado, since the molding is made from a of the die halves without difficulty. Now for Examination of the molding this also from the other die half must be solved, but here the necessary forces to release the molded part from the die half to damage can lead to the molding is in a convenient Design of the method provided that for triggering the molding from the respective model die after a Model forging of the molding is solidified by cooling. It is particularly useful if cooling by contact with a liquid gas, preferably with liquid nitrogen he follows. This solidifies the model material to the extent that he can get out of the die without damaging its surface can be removed, with the addition of the strong cooling entering volume change the off release process easier. As soon as the released molding has returned to its normal temperature, as a rule Room temperature, can be used with this molding after assessment the relevant criteria the next step of the "model forging ".

Claims

1. A method for producing a die family for the production of a die forging with a finished die and at least one die, characterized in that after determining the respective die shape, each die of the die family is first manufactured as a model die from a readily machinable material, then in each model die Starting from a blank produced in the forging die, a "model forging" is carried out with a model material that can be plastically deformed under cold pressure / or the associated model die is changed and with the respectively changed model dies the forging process is carried out by at least one further model forging with all model dies of the die family and that according to the op Timed model dies of the die family that manufacture dies.

2. The method according to claim 1, characterized in that the definition of the shape of the individual dies of the die family lie as well as those to be carried out on the basis of the "model forging" Changes to the die shape are made and saved in CAD technology is saved.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the respective die shape or the changes made on the model dies in a computer for creation an NC program for the machine tool for manufacturing and / or change of the die is entered.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized ge indicates that the model die and / or each molding obtained from a model forging in front of a subsequent further shaping in the following model is provided with a release agent.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized ge indicates that to release the molding from the respective current die after a model forging the molding is solidified by cooling.

6. The method according to claim 5, characterized in that cooling by contact with a liquid gas, preferably liquid nitrogen.