DE3824699A1

DE3824699A1 - Schmiedeverfahren zum herstellen eines hohlkoerpers

Info

Publication number: DE3824699A1
Application number: DE3824699A
Authority: DE
Inventors: Hirosato Takeuchi; Osahiko Miyazaki; Harua Kubo; Makoto Naguma; Yutaka Tanaka; Noboru Saito; Naoyuki Kotake
Original assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Current assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Priority date: 1987-07-22
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1989-02-02
Anticipated expiration: 2008-07-21
Also published as: DE3824699C2; KR910007296B1; JPH03139B2; JPS6427735A; US4918969A; KR890001661A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmiede- bzw. Stauch verfahren, mit dem man plastisch verformte Hohlkörper mit einer umlaufenden Nut in der Außenfläche erhält.

Bei der Herstellung eines Hohlkörpers mit einer umlaufenden Nut in der Außenfläche sowie einer mittigen Durchgangsöffnung, wie er bspw. in der Fig. 6 gezeigt ist, wird herkömmlicherweise spanabhebend gearbeitet.

Die spanabhebende Ausbildung einer umlaufenden Nut in der Außenfläche eines zylindrischen Werkstücks ist jedoch zeitrau bend und daher wenig produktiv. Weiterhin entstehen dabei Späne und Abfall, die den Ertrag senken und die Arbeitsumgebung be einträchtigen.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Formgebungsver fahren für einen hohlen Gegenstands durch Schmieden anzugeben, das sich durch eine erheblich verkürzte Bearbeitungsdauer aus zeichnet, eine höhere Produktivität ergibt, keine spanabheben den Arbeitsschritte erfordert und die Arbeitsumgebung nicht beeinträchtigt.

Dieses Ziel läßt sich erreichen durch ein Schmiedeverfahren zur Herstellung eines hohlen Gegenstandes, das vier Schritte um faßt:
In einem ersten Schritt wird ein zylinderförmiger Rohling in ein erstes abgesetztes Gesenk eingebracht, dessen Innenraum einen größer- und einer kleinerdurchmessrigen Teil hat, und an einem Ende mit einem ersten Stempel dessen Vorschubrichtung entgegen ausgepreßt, um so mittig im Rohling ein erstes Sack loch auszubilden;
Im zweiten Schritt wird das erste Sackloch in einem zwei ten abgesetzten Gesenk, dessen Innenraum einen größer- und einen kleinerdurchmessrigen Teil hat sowie einen Absatz ent hält, so weit vertieft, bis sein Boden den Bereich des Absatzes erreicht, und dann das Werkstück an seinem anderen Ende aus dem kleinerdurchmessrigen Teil des Gesenk-Innenraums mit einem zweiten Stempel entgegen dessen Vorschubrichtung ausgepreßt, um so einen abgesetzten Teil im mittleren Abschnitt des Werkstücks und einen kleindurchmessrigen Teil und ein zweites Sackloch an dem anderen Ende auszubilden, während zwischen dem ersten und dem zweiten Sackloch ein massiver Abschnitt verbleibt;
Im dritten Schritt werden das erste und das zweite Sack loch auf dritte Stempel aufgesetzt, wobei der kleindurchmess rige Teil des abgesetzten Werkstücks im dritten Gesenk offen liegt, und mittels eines Rohrelements nur die Stirnfläche des kleinerdurchmessrigen Teils mit dem zweiten Sackloch mit Druck beaufschlagt, um diesen kleinerdurchmessrigen Teil nach außen aufzuweiten und so eine umlaufende Nut zwischen dem aufgewei teten und dem Absatzteil des Werkstücks auszubilden;
Im vierten Schritt wird schließlich der massive Teil des Werkstücks zwischen dem ersten und dem zweiten Sackloch durch stoßen, um zwischen ihnen eine Verbindung herzustellen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich ein hohler Ge genstand mit einer umlaufenden Nut in der Außenfläche nach einem Schmiedeverfahren fertigen, indem man zunächst einen er sten rohrförmigen Teil mit einem ersten Sackloch am vorderen Ende eines zylindrischen Rohlings ausbildet. Ein zweiter rohr förmiger Teil mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser und einem zweiten Sackloch wird am entgegengesetzten Ende ausgebildet und dabei ein massiver Abschnitt zwischen dem ersten und dem zwei ten Sackloch belassen. Der zweite rohrförmige Teil wird sodann aufgeweitet und radial nach außen verformt, um in dem Außenflä chenteil des Werkstücks, der dem massiven Abschnitt entspricht, eine umlaufende Nut auszubilden. Schließlich wird der massive Teil durchstoßen, um eine durchgehende Öffnung auszubilden.

Auf diese Weise läßt sich die Gesamt-Herstellungszeit von hoh len Gegenständen im Vergleich zu einer spanabhebenden Bearbei tung erheblich verkürzen. Damit erhält man für die Fertigung derartiger Gegenstände eine höhere Produktivität. Da weiterhin jede spanabhebende Bearbeitung entfällt, steigt der Ertrag signifikant und wird eine Beeinträchtigung der Arbeitsumgebung durch die sonst erzeugten Späne vermieden.

Fig. 1A und 1B sind Schnittdarstellungen einer Schmiedevor richtung, die den Vorbereitungsschritt eines erfin dungsgemäßen Schmiedeverfahrens zeigen;

Fig. 2A und 2B sind Schnittdarstellungen der Schmiedevor richtung und zeigen den ersten Schritt des erfindungs gemäßen Schmiedeverfahrens;

Fig. 3A und 3B sind Schnittdarstellungen der Schmiedevorrich tung und zeigen den zweiten Schritt des Schmiedever fahrens;

Fig. 4A und 4B sind Schnittdarstellungen der Schmiedevorrich tung und zeigen den dritten Schritt;

Fig. 5A und 5B sind Schnittdarstellungen der Schmiedevorrich tung und zeigen den vierten Schritt; und

Fig. 6 ist eine Seitenrißdarstellung eines hohlen Gegenstan des.

Es soll nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert werden.

Die Fig. 1A bis 6 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, die Fig. 1A bis 5B wesentliche Teile eines für die einzelnen Schritte eingesetzten Gesenks.

Die Fig. 1A und 1B zeigen den vorbereitenden Schritt und die Schmiedevorrichtung, die bei dem erfindungsgemäßen Schmiede verfahren Einsatz findet. Die Vorrichtung weist einen vorderen Stempel 11, einen Mantel 11, einen hinteren Stempel 14 und ein abgesetztes Gesenk 15 auf. Der Mantel 12 ist koaxial auf den vorderen Stempel 11 aufgesetzt. Das abgesetzte Gesenk 15 ist koaxial auf den hinteren Stempel 14 aufgesetzt und hat einen Formhohlraum, dessen Innenwandfläche 15 a einen Gesenkinnenraum 16 zwischen dem vorderen Stempel 11, dem hinteren Stempel 14 und einer Durchgangsbohrung 15 b umschließt, in die der hintere Stempel 14 eingesetzt ist. Weiterhin ist ein Absatz 15 c zwi schen der Innenwandfläche 15 a und der Durchgangsbohrung 15 b ausgebildet.

Die Fig. 2A und 2B zeigen den ersten Schritt des erfindungsge mäßen Schmiedeverfahrens. Die in diesem Schritt eingesetzte Schmiedevorrichtung hat einen vorderen Stempel 21 und einen Mantel 22, der koaxial auf den vorderen Stempel 211 aufgesetzt ist. Ein Druckelement 23 ist koaxial auf den vorderen Stempel 21 an einem Ende des Mantels 22 aufgesetzt. Diese Schmiedevor richtung weist weiterhin einen hinteren Stempel 24 sowie ein abgesetztes Gesenk 25 auf, das koaxial auf den hinteren Stempel 24 aufgesetzt ist und eine Innenwandfläche 25 a, die einen Ge senkinnenraum 26 zwischen dem vorderen Stempel 21 und dem hin teren Stempel 24 umschließt, sowie eine Durchgangsbohrung 25 b für den Stempel 24 enthält. Zwischen der Innenwandfläche 25 a und der Durchgangsbohrung 25 b ist ein Absatz 25 c ausgebildet.

Die Fig. 3A und 3B zeigen den zweiten Schritt. Die in diesem Schritt eingesetzte Schmiedevorrichtung weist einen vorderen Stempel 31 und einen Mantel 32 auf, der koaxial auf den vorde ren Stempel 31 aufgesetzt ist. Ein Druckelement 33 ist koaxial auf den vorderen Stempel 31 an einem Ende des Mantels 32 auf gesetzt. Diese Druck-Verformungseinrichtung weist weiterhin einen hinteren Stempel 34 und ein abgesetztes Gesenk 35 auf, das koaxial auf den hinteren Stempel 34 aufgesetzt ist und einen großdurchmessrigen Gesenk-Innenraum 36 a nahe der Mündung des Gesenks 35 sowie eine kleinere Innenwand 35 b aufweist, die gemeinsam mit dem hinteren Stempel 34 einen kleinerdurchmess rigen zylindrischen Gesenk-Innenraum 36 b bildet. Zwischen der größerdurchmessrigen Innenwand 35 a und der kleinerdurchmessri gen Innenwand 35 b ist ein Absatz 35 c ausgebildet.

Die Fig. 4A und 4B zeigen den dritten Schritt. Die in diesem Schritt eingesetzte Schmiedevorrichtung weist einen vorderen Stempel 41 und einen Mantel 42 auf, der koaxial auf den vorde ren Stempel 41 aufgesetzt ist und eine kleinerdurchmessrige In nenwand 42 a sowie eine konische Innenwandfläche 42 b, die den Materialfluß einschränken, und eine größerdurchmessrige In nenwand 42 c aufweist, die einen Gesenk-Innenraum 46 umgreift. Diese Schmiedevorrichtung weist weiterhin einen hinteren Stem pel 44 sowie einen Stützmantel 47 auf, der koaxial auf den hinteren Stempel 44 aufgesetzt ist. Ein Gesenk 45 ist koaxial auf den hinteren Stempel 44 und den Stützmantel 47 aufgesetzt, wird fortwährend von einer Schraubenfeder 48 druckbeaufschlagt und enthält eine größerdurchmessrige Wandung 45 a, die den Mate rialfluß einschränkt. Ein Gehäuse 49 mit einem inneren Kragen 49 a führt das Gesenk 45 und schränkt dessen durch die Schrau benfeder 48 verursachte Bewegung ein.

Die Fig. 5A und 5B zeigen den vierten Schritt. Die in diesem Schritt eingesetzte Schmiedevorrichtung weist einen vorderen Stempel 51 und einen Mantel 52 auf, der koaxial auf den vorde ren Stempel 51 aufgesetzt ist. Ein hohles Druckelement 53 ist koaxial auf den vorderen Stempel 41 an einem Ende des Mantels 52 aufgesetzt. Diese Schmiedevorrichtung weist weiterhin einen hinteren Stempel 54 und einen Stützmantel 57 auf, der koaxial auf den hinteren Stempel 54 aufgesetzt ist. Ein Gesenk 55 ist koaxial auf den hinteren Stempel 54 und den Stützmantel 57 aufgesetzt und hat eine Innenwand 55 a, die den Materialfluß einschränkt.

Es soll nun die Verfahrensweise zum Herstellen eines Hohlkör pers 50 erläutert werden, der eine mittige Durchgangsöffnung 50 a sowie in der Außenfläche eine Umfangsnut 50 f enthält, wie es die Fig. 6 zeigt.

In dem in den Fig. 1A und 1B gezeigten vorbereitenden Schritt wird ein zylinderförmiges Materialstück (Rohling) 1 vorgegebe ner Größe (bspw. ein Abschnitt von einer Halbzeugstange) in den Innenraum 16 des abgesetzten Gesenks 15 eingesetzt. Der vordere Stempel 11 und der Mantel 12 werden so vorgeschoben, daß das Materialstück 1 (Fig. 1A) komprimiert wird, wie in Fig. 1B ge zeigt, so daß im Teil 10 das Material plastisch verformt wird und die Gestalt des Innenraums des abgesetzten Gesenks 15 an nimmt. Das so geformte Materialstück 10 wird durch Abziehen des vorderen Stempels 10 und des Mantels 12 in umgekehrter Richtung und durch Vorschieben des hinteren Stempels 14 ausgeworfen.

Im in Fig. 2A und 2B gezeigten ersten Schritt wird das im vor bereitenden Schritt vorbehandelte Werkstück in ein weiteres abgesetztes Gesenk 25 eingesetzt (Fig. 2A). Der vordere Stempel 21, der Mantel 22 und das Druckelement 23 drücken dann ein Ende des Werkstücks 10 rückwärts, so daß im Material 20 an diesem Ende ein Sackloch 20 a entsteht. Der vordere Stempel 21 wird nun allein aus dem Sacklochabschnitt 20 abgezogen und das freie Ende des hinteren Stempels 24 über die Öffnung des abgesetzten Gesenks 25 hinaus vorgeschoben, um das Werkstück 20 auszuwer fen.

Im in Fig. 3A und 3B gezeigten zweiten Schritt wird das im er sten Schritt entstandene Werkstück mit dem Sacklochteil 20 in den größerdurchmessrigen Innenraum 36 a des dritten abgesetzten Gesenks 35 - mit dem dem ersten Sackloch 20 a entgegengesetzten Ende des Werkstücks zuvorderst - eingesetzt, wie Fig. 3A zeigt, und dann der vordere Stempel 31, der Mantel 32 und das Druck element 33 vorgeschoben, so daß das das Sackloch umgebende Ma terial 20 von der Stirnfläche her rückwärts verdrängt und so das Sackloch vertieft wird, bis es etwa den Absatz 35 c im Ge senk 35 erreicht. Es entstehen dabei im größerdurchmessrigen Gesenk-Innenraum 36 a ein erstes Sackloch 30 a sowie ein umge bender Ringteil 30 b. Gleichzeitig wird das Material 20 durch die Bewegung des hinteren Stempels 34 vom Gesenk 35 zum anderen Ende des Materials 20 rückwärts verdrängt, so daß ein zylindri scher Abschnitt 30 e mit einem zweiten Sackloch 30 d sowie ein zwischen dem ersten und den zweiten Sackloch 30 a, 30 d innerhalb des kleinerdurchmessrigen Gesenkteils 36 b verbleibender massi ver Abschnitt verbleiben und das Werkstück die in Fig. 3B ge zeigte abgesetzte Gestalt annimmt.

Danach wird der vordere Stempel 31 aus dem ersten Sackloch 30 a heraus- und im Mantel 32 und im Druckelement 33 rückgezogen und der hintere Stempel 34 weiter vorgeschoben, um das abgesetzte Werkstück 30 aus dem Gesenk 35 auszuwerfen.

In dem in Fig. 4A und 4B gezeigten dritten Schritt wird das im zweiten Schritt entstandene abgesetzte Werkstück 30 umgedreht und in diesem Zustand mit der Stirnfläche des Ringabschnitts 30 b um das erste Sackloch 30 a in den von der den Materialfluß begrenzenden Innenfläche 45 a umgebenen Innenraum des Gesenks 45 eingeführt. Weiterhin wird es mit dem ersten Sackloch 30 a auf den hinteren Stempel 44 aufgesetzt, um die Innen- und die Außenfläche des Ringteils 30 b, d.h. die Innenfläche des ersten Sacklochs 30 a und die Außenfläche des abgesetzten Werkstücks 30 zu fixieren. Wie ebenfalls in Fig. 4A gezeigt, wird dann der vordere Stempel 41 in das zweite Sackloch 30 d des zylindrischen Teils 30 e eingeführt, um die Innenfläche des zylindrischen Teils 30 d bzw. die Außenfläche dieses Teils 30 d zu fixieren, und durch Verschieben des Mantels 42 die Stirnfläche des zylin drischen Teils 30 d mit Druck beaufschlagt. Während der Druck beaufschlagung wird das freie Ende des zylindrischen Teils 30 e zwischen der kleinerdurchmessrigen Innenwand 42 a im Mantel 42 und dem vorderen Stempel 41 festgelegt. Ein ringförmiger Ge senk-Innenraum 46 wird zwischen der konischen Innenfläche 42 b und der großdurchmessrigen Innenwand 42 c des Mantels 42, die an die kleindurchmessrigen Innenwand 42 a anschließen, und der Außenfläche des zylindrischen Teils 30 e ausgebildet. Der massi ve Teil 30 c verbleibt an der Basis des zylindrischen Teils 30 e im abgesetzten Werkstück 30. Daher bewirkt die Verschiebung des Mantels 42 eine plastische Verformung entlang der konischen In nenfläche 42 b im Mantel 42 über den Bereich, der vom festgeleg ten freien Ende des zylindrischen Teils 30 e zum nicht festge legten Ende desselben verläuft. Es kann sich daher ein zylin drischer Teil 40 e ausbilden, der die in Fig. 4B gezeigte Ge stalt hat. Da der zylindrische Teil 30 e sich leichter verformt als der massive Teil 30 c, entsteht eine umlaufende Nut 40 f in der Außenfläche des zylindrischen Teils 40 e dort, wo der mas sive Abschnitt 40 c (30 c) sich befindet, so daß das Werkstück 40 nun die in Fig. 4B gezeigte Nut aufweist.

Gemäß dieser Ausführungsform wird das Gesenk 45 von der Schrau benfeder 48 fortwährend mit Druck beaufschlagt; die für eine plastische Verformung des zylindrischen Teils 30 e geeignete Verschiebungsstrecke des Mantels 42 läßt sich einwandfrei einstellen.

Nach der Ausbildung des genuteten Werkstücks 40 wird nur der vordere Stempel 41 aus dem zylindrischen Teil 40 e abgezogen. Danach werden der Mantel 42 rückwärts gezogen und der hintere Stempel 44 so bewegt, daß der ringförmige Teil 40 b das Gesenk 45 verläßt und das Werkstück 40 ausgeworfen wird.

In dem in Fig. 5A und 5B gezeigten vierten Schritt wird das im dritten Schritt entstandene Werkstück 40 mit Nut in den von der Innenfläche 55 a umfaßten Innenraum des Gesenks 55 und der hin tere Stempel 54 in das erste Sackloch 40 a des Ringteils 40 b eingeführt, wie in Fig. 5A gezeigt. Sodann wird, wie in Fig. 5B dargestellt, der vordere Stempel 51 vorgeschoben, um den massi ven Teil 40 c zwischen dem vorderen und dem hinteren Stempel 51, 54 zu durchstoßen, so daß im Werkstück 40 mit Nut eine durch gehende mittige Durchgangsöffnung 50 a entsteht.

Mit den oben beschriebenen vier Schritten läßt sich ein hohler Gegenstand 50 (Fig. 6) mit einer mittigen Durchgangsöffnung 50 a und einer umlaufenden Nut 50 f in der Außenfläche herstellen.

In der vorgehenden Beschreibung ist die Herstellung eines hoh len Gegenstandes 50 aus einem zylinderförmigen Rohling 1 in fünf aufeinanderfolgenden Schritten beschrieben; in der Wirk lichkeit werden die einzelnen Schritte parallel zueinander durchgeführt. Im vorbereitenden Schritt fährt der vordere Stempel 11 hin und her, um den Rohling 1 vorzubereiten, während im vierten Schritt der vordere Stempel 51 hin - und herfährt, um den hohlen Gegenstand 50 fertigzustellen.

Claims

1. Schmiedeverfahren zur Herstellung eines hohlen Gegenstan des mit einer Nut in der Außenfläche, gekennzeich net durch folgende Schritte:
In einem ersten Schritt wird ein zylindrischer Rohling in ein erstes abgesetztes Gesenk (25) eingebracht, dessen Innen raum (26) einen größer- und einen kleinerdurchmessrigen Teil hat, und ein Ende des Werkstücks mit einem ersten Stempel (21) dessen Vorschubrichtung entgegen ausgepreßt, um mittig im Werkstück ein erstes Sackloch (20 a, 30 a, 40 a) auszubilden;
In einem zweiten Schritt wird das erste Sackloch (20 a, 30 a, 40 a) in einem zweiten abgesetzten Gesenk (35), dessen In nenraum (36 a, 36 b) einen größer- und einen kleinerdurchmess rigen Teil und einen Absatz (36 c) aufweist, bis in die Nähe des Absatzes (35 c) vertieft und das andere Ende des Werkstücks aus dem kleindurchmessrigen Teil (36 a) des Gesenk-Innenraums (36 a, 36 b) heraus mit einem zweiten Stempel (34) dessen Vorschubrich tung entgegen ausgepreßt, um so gleichzeitig einen abgesetzten Teil im Mittelabschnitt des Werkstücks und einen kleindurch messrigen Teil (30 e, 40 e) sowie ein zweites Sackloch (30 d) an dessen anderem Ende auszubilden und dabei zwischen dem ersten und dem zweiten Sackloch einen massiven Teil (30 c, 40 c) zu be lassen;
Im dritten Schritt werden das erste und das zweite Sack loch (30 a, 40 a, 30 d, 40 d) auf dritte Stempel (41, 44) aufge setzt, während der kleinerdurchmessrige Teil (34) des abgesetz ten Werkstücks in einem dritten Gesenk (45) offenliegt, und mittels eines Rohrelements (42) nur die Stirnfläche des klein durchmessrigen Teils (30 e, 40 e) mit dem zweiten Sackloch (30 d) mit Druck beaufschlagt, um den kleindurchmessrigen Teil (30 e, 40 e) des abgesetzten Werkstücks aufzuweiten und so zwischen dem aufgeweiteten Bereich und dem abgesetzten Bereich des abgesetz ten Werkstücks die Umfangsnut (40 f, 50 f) auszubilden;
Im vierten Schritt wird der zwischen dem ersten und dem zweiten Sackloch (30 a, 40 a, 30 d, 40 d) liegende massive Teil (40 c, 50 c) des abgesetzten Werkstücks durchstoßen, um eine Ver bindung zwischen den Sacklöchern herzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß man im dritten Schritt bei der Druckbe aufschlagung nur der das zweite Sackloch (30 d) enthaltenden Stirnfläche des kleindurchmessrigen Teils (30 e, 40 e) des Werk stücks mittels des Rohrelements (42) die Innenwandfläche des zweiten Sacklochs (30 d) mit dem Stempel (41) fixiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß man im dritten Schritt bei der Druckbe aufschlagung nur der das zweite Sackloch (30 d) enthaltenden Stirnfläche des kleindurchmessrigen Teils (30 e, 40 e) des Werk stücks die Innenwandfläche des zweiten Sacklochs (30 d) mittels des Stempels (41) und die Außenfläche des kleindurchmessrigen Teils (30 e, 40 e) an dessen Ende mittels eines Rohrelements (42) fixiert, dessen Innenraum (46) in der Gestalt dem zu schmieden den Gegenstand (50) entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß man das abgesetzte Werkstück nach dem zweiten Schritt umdreht und dann im dritten Schritt in das dritte Gesenk (45) einsetzt.