DE3812740A1 - Giess-schmiede-verfahren - Google Patents
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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- B22D27/09—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure
- B22D27/11—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure making use of mechanical pressing devices
Description
Die Erfindung betrifft ein Gieß-Schmiede-Verfahren nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vor
richtung zur Durchführung des Verfahrens.
Formteile aus Nichteisen-Metallen (NE-Metallen), an die
hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit, der Maß
haltigkeit und der Festigkeit hohe Anforderungen ge
stellt werden, wie z.B. Formteile für Hydrauliksysteme,
werden durch Schmieden in einer Schmiedepresse her
gestellt. Als Vorformling wird in der Regel ein Ab
schnitt aus stranggepreßtem Material benutzt. Dieser
Vorformling wird in der Schmiedepresse zwischen Unter
gesenk und Obergesenk zu dem gewünschten Formteil ver
formt. Nachteilig ist hierbei, daß die Form des strang
gepreßten Materials häufig in keiner Weise auf die Form
des herzustellenden Formteils abgestimmt ist, so daß
während des Schmiedevorgangs komplexe Materialflüsse
auftreten, wobei es vorkommen kann, daß sich eine un
gleichmäßige Materialverteilung oder Materialdichte
einstellt. Bei diesem Verfahren, bei dem ein Rohling
aus stranggepreßtem Material durch Schmieden verformt
wird, besteht eine erhebliche Einschränkung bei der
Materialwahl darin, daß nur solches Material verwendbar
ist, das für das Strangpressen geeignet ist.
Bekannt ist ferner ein kombiniertes Gieß-Schmiede-
Verfahren (Prospekt "AUTOFORGE" der Firma IWK Pressen
GmbH). Bei diesem kombinierten Verfahren werden die
Vorformlinge nicht von einem Materialstrang abgetrennt,
sondern in einer Gießform gegossen. Hierbei kann der
Vorformling besser an das herzustellende Formteil an
gepaßt werden. Im Anschluß an den Gießprozeß erfolgt in
derselben Maschine ein Umsetzen der Vorformlinge in
eine Schmiedepresse, in der eine Verdichtung und die
endgültige Formgebung des Formteils durch Schmieden
stattfinden. Das bekannte Gieß-Schmiede-Verfahren hat
den Nachteil, daß eine aufwendige Maschine erforderlich
ist, die die Vorformlinge nach dem Gießen aus der Gieß
form entnimmt und dann in die Schmiedepresse umsetzt.
Das Umsetzen ist ein Vorgang, der einerseits Zeit er
fordert und andererseits eine aufwendige Transport
vorrichtung benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gieß-
Schmiede-Verfahren der im Oberbegriff des Patent
anspruchs 1 angegebenen Art sowohl vom Verfahrensablauf
als auch von der maschinellen Einrichtung her zu ver
einfachen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an
gegebenen Merkmalen.
Nach der Erfindung wird eine der beim Gießen benutzten
Formhälften zugleich als Gesenk beim Schmieden benutzt.
Dies bedeutet, daß für die Durchführung des Verfahrens
nur drei Formhälften erforderlich sind, nämlich eine
Formhälfte, die sowohl beim Gießen als auch beim
Schmieden benutzt wird, eine Gießformhälfte und eine
Schmiedeformhälfte. Die Gießformhälfte und die
Schmiedeformhälfte werden abwechselnd zusammen mit der
kombinierten ersten Formhälfte benutzt. Anstelle der
früher für das Gießen und das Schmieden erforderlichen
vier Formhälften werden bei dem erfindungsgemäßen Ver
fahren nur drei Formhälften benötigt. Von besonderem
Vorteil ist ferner, daß das Werkstück nach dem Gießen
in der kombinierten ersten Formhälfte verbleibt und
nicht umgesetzt werden muß. Dabei ist zugleich sicher
gestellt, daß das Werkstück (der Vorformling) im
Schmiedegesenk eine definierte Position einnimmt, so
daß die beim Schmieden auftretende Verformung in defi
nierter Weise reproduzierbar abläuft.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ein Unter
gesenk vorgesehen ist, das Bestandteil einer Presse ist
und das wahlweise entweder mit einer oberen Gießform
hälfte einen Gieß-Hohlraum bildet oder mit einem Ober
gesenk eine Schmiedeform bildet. Ein solche Vorrichtung
entspricht in ihrem Aufbau grundsätzlich einer
Schmiedepresse, wobei lediglich eine Zustellvorrichtung
benötigt wird, die bei hochgefahrenem Obergesenk die
obere Gießformhälfte seitlich in die Maschine einführt
und auf das Untergesenk absenkt. Dies kann mit einem
einfachen Manipulator erfolgen, dessen Arm nur Be
wegungen in zwei Richtungen ausführen muß.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere
für die Verarbeitung von Aluminiumlegierungen zu
korrosionsbeständigen hochfesten und maßgenauen Form
teilen. Obwohl die untere Formhälfte sowohl beim Gießen
als auch beim Schmieden benutzt wird und der Vor
formling im Bereich dieser unteren Formhälfte durch den
Gießvorgang bereits annähernd seine endgültige Form
erhält, findet beim Schmieden dennoch eine Material
verschiebung bzw. ein Materialfluß in der unteren Form
hälfte statt. Insbesondere wird wegen der beim
Schmieden erfolgenden Volumenverkleinerung eine
Materialverdichtung bewirkt, die auch im Bereich der
unteren Formhälfte stattfindet. Außerdem ist zu berück
sichtigen, daß beim Abkühlen nach dem Gießen ein
Materialschwund eintritt, so daß die Form des Vor
formlings beim Schmieden ohnehin nicht mehr vollständig
der betreffenden Gießformhälfte entspricht. Über
raschenderweise werden die Materialverdichtung und die
übrigen durch das Schmieden erreichbaren Vorteile auch
dann erreicht, wenn der Vorformling in der einen Hälfte
der Schmiedeform gegossen wurde. Die Volumenreduzierung
der Schmiedeform gegenüber der Gießform ist hierbei
natürlich auf die obere Formhälfte konzentriert.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht in der Energieeinsparung, da die beim Gießen
vorhandene Wärme zugleich für den Schmiedeprozeß mit
benutzt wird und keine zusätzliche Erwärmung für das
Schmieden erforderlich ist.
Das Verfahren eignet sich auch für die Verarbeitung von
Metallen oder Legierungen, die Verstärkungsfasern ent
halten.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung des Gieß-Schmiede-Verfahrens,
Fig. 2 eine Darstellung des gleichen Verfahrens mit
angewandelten Formen,
Fig. 3 das Verfahren mit Einsatz von Kernen und
Fig. 4 mehrere gleichzeitig hergestellte Vorformlinge.
Gemäß Fig. 1 ist ein Untergesenk 10 vorgesehen, das
wahlweise mit der oberen Gießformhälfte 11 oder mit dem
Obergesenk 12 einen Formhohlraum bildet. Das Unter
gesenk 10 ist in einer (nicht dargestellten) Presse
fest angeordnet, während das Obergesenk 12 an dem
Pressenstößel befestigt ist und auf das Untergesenk 10
herabgepreßt werden kann. Die obere Gießformhälfte 11
kann zum Entformen ein Stück in vertikaler Richtung
bewegt (Pfeil 13) und dann seitlich aus dem Bereich der
Schmiedepresse herausbewegt (Pfeil 14) werden. Die
Wartestellung der oberen Gießformhälfte 11 ist in Fig.
1 mit 11 a bezeichnet.
Die Hohlraumhälfte 15 des Untergesenks 10 entspricht in
ihrer Form dem herzustellenden Formteil. Die Hohlraum
hälfte 16 der oberen Gießformhälfte 11 ist dem her
zustellenden Formteil nur grob angepaßt, so daß bei der
Schmiedeverformung noch ein Umformvorgang erforderlich
ist, um die endgültige Form des Formteils zu erreichen.
Außerdem soll beim Schmieden noch eine Verdichtung er
folgen, so daß der in der Gießformhälfte 11 enthaltene
Hohlraum 16 ein größeres Volumen hat als der im Ober
gesenk 12 enthaltene Hohlraum 17. Die Hohlräume 15 und
17 bilden zusammengenommen exakt die Form des her
zustellenden Formteils.
In Fig. 1 ist der Fall dargestellt, daß die Gießform
hälfte 11 auf dem Untergesenk 10 sitzt, so daß beide
gemeinsam eine Gießkokillle bilden. An dem Untergesenk
10 ist ein Stutzen 18 befestigt, der aufragt und zu
sammen mit der oberen Gießformhälfte 11 den Gießkanal
19 bildet. In der oberen Gießformhälfte 11 sind, wie
üblich, Entlüftungsöffnungen vorgesehen.
Die Gießtemperatur, bei der das flüssige Metall in die
Gießform 10, 11 eingefüllt wird, liegt typischerweise
bei 700 bis 740°C. Die beiden Formhälften 10 und 11
werden durch (nicht dargestellte) Heiz-Kühl-Vorrich
tungen auf einer konstanten Temperatur von ca. 200°C
gehalten. Etwa 5 bis 10 Sekunden nach dem Nachfüllen
der Schmelze in die Gießform 10, 11 hat das Metall die
Schmiedetemperatur von 400 bis 450°C erreicht. Die
obere Gießformhälfte 11 wird nun abgenommen und bei
seite bewegt und auf den im Untergesenk 10 verbliebenen
Rohling wird das Obergesenk abgesenkt, das zusammen mit
dem Untergesenk 10 die Schmiedeform bildet.
Im Anschluß an das Schmieden braucht das fertige Werk
stück nur noch entgratet zu werden.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem mit dem Verfahren
ein Hohlkörper hergestellt wird. Hierbei hat die obere
Gießformhälfte 11 einen Ansatz 20, der in den unteren
Gießhohlraum 15 hineinragt und diesen teilweise aus
füllt. Es wird also bereits ein hohler Rohling erzeugt.
Das Obergesenk 12 ist mit einem Dorn 21 versehen,
dessen Volumen größer ist als dasjenige des Ansatzes
20, so daß der Dorn 21 den Hohlraum des gegossenen Roh
lings noch aufweitet und vergrößert, während der Roh
ling im übrigen im wesentlichen an dem unteren Gesenk
10 abgestützt ist.
Fig. 3 zeigt, daß es möglich ist, bei dem erfindungs
gemäßen Verfahren auch Gießkerne 22, 23 zu verwenden.
Die jeweils an einem verschiebbaren Halter 24, 25 be
festigten Kerne 22, 23 ragen durch Öffnungen 26 hindurch
in den Formhohlraum. Entsprechende Öffnungen bzw. Halb
öffnungen sind sowohl in der Gießformhälfte 11 als auch
im Obergesenk 12 vorhanden, so daß die Kerne 22, 23 so
wohl beim Gießen als auch beim Schmieden in den Form
hohlraum hineinragen. Zum Entformen können die Kerne
22, 23 axial aus der Form herausgezogen werden.
Fig. 4 zeigt ein Formstück 27, bei dem mehrere Form
teile 28 zusammen mit einem nur für die Herstellung
benötigten Skelett 29 durch Gießen und Schmieden her
gestellt worden sind. Im Anschluß an den Schmiede
vorgang wird das Skelett 29 von den fertigen Formteilen
28 entfernt. Auf diese Weise können insbesondere klein
formatige Formstücke in größerer Teil gleichzeitig her
gestellt werden.
Claims (4)
1. Gieß-Schmiede-Verfahren zur Herstellung von Form
teilen aus NE-Metall, bei dem ein Vorformling in
einer Gießform durch Gießen hergestellt wird und
anschließend eine Schmiedeumformung des Vorform
lings erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vorformling nach dem Gießen in einer der
Formhälften der Gießform verbleibt und daß diese
Formhälfte als eines der Gesenke beim Schmieden
benutzt wird.
2. Gieß-Schmiede-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die sowohl für das Gießen als
auch für das Schmieden benutzte Formhälfte das
Untergesenk ist.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Untergesenk (10) vorgesehen ist, das wahlweise mit
einer oberen Gießformhälfte (11) einen Gießhohl
raum (15, 16) und mit einem Obergesenk (12) eine
Schmiedeform (15, 17) bildet, wobei das Volumen der
Schmiedeform (15, 17) kleiner ist als dasjenige des
Gießhohlraums (15, 16).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Untergesenk (10) und die obere
Gießformhälfte (11) auf einer erheblich unter der
Schmiedetemperatur liegenden Temperatur gehalten
sind.
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