DE4401674A1 - Verfahren sowie Vorrichtung zum Lochen von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum Lochen von Werkstücken oder zum Einbringen von Löchern in Werkstücke durch fortschreitendes Aufdornen oder Eindringen von vorne gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 3.

Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein verbessertes Verfahren sowie auf eine verbesserte Vorrichtung zum Lochen oder Einbringen einer Öffnung in ein geschmiedetes Werkstück, welches eine vorgegebene Formgebung mit einem Schaft an einem Ende aufweist. Das erfindungsgemäße Lochverfahren wird bevorzugt dort verwendet, wo metallische Produkte mit einem hohen Schlankheitsgrad hergestellt werden sollen, beispiels­ weise Hülsen-Elemente oder Kopfstücke (z. B. Gelenk- oder Kreuzkopf für Gelenkwellen oder Kreuzkopfgelenke), wie sie bei Antriebswellen bei Fahrzeugen, insbesondere Lastkraft­ wagen verwendet werden und die einen vergrößerten Abschnitt an einem Ende aufweisen.

In der heute üblichen und akzeptierten Technik ist es möglich, hohle metallische Produkte, wie beispielsweise die vorerwähnten Hülsenelemente oder Kopfstücke in einem Ver­ fahren herzustellen, bei dem ein geschmiedeter Rohling oder ein geschmiedetes Werkstück mit einem an einem Ende dieses Werkstückes vorgesehenen Schaft nach dem Abkühlen gebohrt wird, um einen hohlen Abschnitt zu schaffen. Dieses bekannte Verfahren weist aber erhebliche Nachteile insbesondere auch hinsichtlich der Effizienz des Herstellungsverfahrens auf. Aus diesem Grunde wurde ein Verfahren zum Heißlochen vorge­ schlagen. Beim Lochen eines Werkstückes, welches einen vergrößerten Abschnitt an einem Ende aufweist, beispielsweise eine Verzweigung oder einen Kopf des hülsenartigen Kopf­ stückes, kann ein sogenanntes Rückwärts-Aufdornungs- oder Lochverfahren, bei dem das Werkstück mit seiner Längser­ streckung entgegengesetzt zu der Vorwärtsbewegung des Lochdornes angeordnet ist, d. h. der Kopf bezogen auf die Bewegung des Dornes das rückwärtige Ende bildet, nicht Verwendung finden, da hierbei während des Lochens der vergrößerte Abschnitt 1a verformt wird, wie dies in der Fig. 6 dargestellt ist.

Aus diesem Grunde muß für das Lochen eines solchen Werk­ stückes, welches einen vergrößerten Abschnitt an einem Ende aufweist, ein sogenanntes Vorwärts-Aufdornungs- bzw. Lochver­ fahren verwendet werden, bei dem die Längserstreckung des Werkstückes in der gleichen Richtung mit der Vorwärtsbewegung des Dornes liegt, d. h. die Lochung muß ausgehend von dem vergrößerten Abschnitt erfolgen.

Bei einem herkömmlichen Heißlochverfahren mit einer Vorwärts- Aufdornung ist es aber nicht möglich, in einem einzigen Arbeitshub des Dornes eine durchgehende Öffnung herzustellen, so daß entweder ein Boden- oder Endabschnitt des Werkstückes abgeschnitten werden muß, um den Durchgang zu schaffen, und zwar nach dem Lochen des Werkstückes mit Ausnahme von dem Bodenabschnitt, oder aber es ist ein Nachlochen des unge­ lochten Bodenabschnittes notwendig, um so den Durchgang zu schaffen, oder aber es ist nach dem Lochen des Werkstückes bis auf den Bodenabschnitt ein nochmaliges Lochen des ungelochten Bodenabschnittes notwendig, um so den Durchgang zu schaffen. Diese Verfahren haben aber erhebliche Nachteile und bedingen erhebliche Probleme. Beschrieben ist weiterhin in der japanischen Patentanmeldung Nr. 243240/1991 ein Verfahren für eine Vorwärts-Aufdornung oder Lochung, aber dieses Verfahren dient lediglich zur Lochung von zylindrischen Körpern und unterscheidet sich somit in seinen Merkmalen von der vorliegenden Erfindung.

Wie oben beschrieben, benötigt das bekannte Verfahren zum Lochen wenigstens zwei Arbeitshübe, um eine durchgehende Öffnung zu schaffen. Aus diesem Grunde die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad dieses Verfahrens sehr gering. Da das zu lochende Werkstück weiterhin lediglich an der unteren Werkzeuganordnung positioniert ist, wird der vergrößerte Abschnitt des Werkstückes bei dem bekannten Verfahren verformt und es werden darüberhinaus auch, wie in der Fig. 6 dargestellt ist, Verformungen und Einschnürungen W an dem stufenförmigen Übergang erzeugt, oder aber es treten, wie in der Fig. 7 bei (a) und (b) dargestellt ist, Z-förmige Deformationen oder Einschnürungen W an dem zylindrischen Abschnitt des Werkstückes auf.

Speziell ist das bekannte Verfahren zum Einbringen von Öffnungen oder Löchern mit einem Schlankheitsgrad (Länge/- Lochdurchmesser) größer als 4 nicht mehr geeignet, da das bekannte Lochverfahren dann zu großen Änderungen und Toleran­ zen bei den hergestellten Werkstücken führt, was nach einer der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis insbesondere bedingt ist durch die seitliche Verlagerung bzw. durch das seitliche Ausweichen des Lochdornes oder -stempels. Das bekannte Verfahren führt daher zu schlechten Ergebnissen und sehr häufig auch zu einem Brechen oder einer Beschädigung des Lochdornes. Aus diesem Grunde wurde das bekannte Verfahren bisher nicht oder allenfalls nur dort eingesetzt, wo der Schlankheitsgrad der herzustellenden Öffnungen kleiner als 3 ist, wobei es nach dem bisherigen Stand der Technik notwendig war. Bei Öffnungen mit einem höheren Schlankheitsgrad bzw. Verhältnis "Länge/Lochdurchmesser" war es notwendig, auf Bohrverfahren zurückzugreifen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung aufzuzeigen, das bzw. die die oben genannten Probleme vermeidet und ein verbessertes Lochen von geschmie­ deten Werkstücken oder Rohlingen, die einen Schaft mit einem wesentlich höheren Schlankheitsgrad aufweisen, mit höherer, das Ergebnis verbessernden Arbeitsgenauigkeit sowie ohne Fehler, wie z. B. Einschnürungen usw. und auch ohne jegliche Deformation des langgestreckten Abschnittes des jeweiligen Werkstückes ermöglicht. Eine weitere Zielsetzung der Erfin­ dung besteht darin, ein verbessertes Lochverfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung hierfür aufzuzeigen, welches bzw. welche ein Lochen bzw. ein Einbringen von Öffnungen mit höherem Schlankheitsgrad ermöglicht, und zwar in Form einer durchgehenden Öffnung und in einem Arbeitshub des Lochdornes bzw. -stempels, um hierdurch die Effizienz des Verfahrens oder der Vorrichtung zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Lochen eines heißen Werkstückes, bei dem (Verfahren) das Werkstück auf einer unteren Werkzeuganordnung angeordnet ist und das Lochen durch Nach-Unten-Bewegen des an einer oberen Werkzeuganord­ nung vorgesehenen Dornes unter Vorwärtsextrusion oder Aufdornung des Reststückes erfolgt, und bei dem das geschmie­ dete Werkstück eine vorbestimmte äußere Form mit einem Schaft an einem Ende aufweist, erfindungsgemäß so durchgeführt, daß eine an der oberen Werkzeuganordnung vorgesehene Halteführung vor dem Lochen auf die untere Werkzeuganordnung abgesenkt wird, daß das Lochen des heißen Werkstückes durch die Abwärtsbewegung des Dornes erfolgt, der hierbei in dem Lochhub durch eine durchgehende Öffnung der Halteführung hindurchtritt, wobei die durchgehende Öffnung der Haltefüh­ rung zur Führung des Dornes dient, um ein seitliches Aus­ weichen desselben zu verhindern, daß ein nach oben gerichte­ ter Gegendruck auf das Werkstück am unteren Ende dieses Werkstückes gleichzeitig mit dem Lochhub ausgeübt wird, daß die Aufbringung des Gegendruckes über ein Aufnahmewerkzeug erfolgt, welches das Werkstück aufnimmt, daß die Spitze oder das freie Ende des Dornes in eine durchgehende Öffnung des Aufnahmewerkzeuges eintreten kann, und zwar dann, wenn sich der Dorn in seine untere Endstellung oder in eine dieser benachbarte Position bewegt.

Die Halteführung hält vorzugsweise einen vergrößerten Abschnitt des auf der unteren Werkzeuganordnung positionier­ ten Werkstückes, wenn die Führung auf die untere Werkzeug­ anordnung abgesenkt wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Lochverfahrens unter Vorwärts-Extrusion besitzt eine untere Werkzeuganordnung zur Halterung des Werkstückes, welches durch Schmieden mit einer vorbestimmten äußeren Form sowie mit einem Schaft an einem Ende hiervon hergestellt ist, eine obere Werkzeuganordnung, die oberhalb der unteren Werkzeug­ anordnung vorgesehen ist und einen hieran befestigten Lochdorn zum Lochen des Werkstückes besitzt, sowie Betäti­ gungsmittel zum Auf- und Abbewegen der oberen Werkzeuganord­ nung, wobei die obere Werkzeuganordnung ein Halteelement aufweist, welches eine Halteführung zur Halterung des nach oben orientierten vergrößerten Abschnittes des Werkstückes zwischen der oberen und unteren Werkzeuganordnung besitzt sowie ein Lagerelement aufweist, an dem der Lochdorn vorge­ sehen ist, wobei das Lagerelement für eine Auf- und Abbewe­ gung oberhalb des Halteelementes vorgesehen ist, wobei die erwähnte Halteführung mit einer durchgehenden Öffnung versehen ist, durch die sich der Lochdorn hindurchbewegt, wobei die durchgehende Öffnung der Halteführung einen Querschnitt besitzt, der geringfügig größer ist als der Querschnitt des Dornes, um so den Lochdorn zu führen und ein seitliches Ausweichen dieses Dornes zu verhindern, wobei die Vorrichtung weiterhin unterhalb oder an der unteren Werk­ zeuganordnung Mittel zum Aufbringen eines Gegendruckes auf das Werkstück aufweist, und zwar über ein Aufnahmewerkzeug während des Lochhubes, wobei das Aufnahmewerkzeug für eine Auf- und Abbewegung in der unteren Werkzeuganordnung angeord­ net ist und eine durchgehende Öffnung besitzt, die koaxial mit der durchgehenden Öffnung der Halteführung angeordnet ist, so daß der Lochdorn in die durchgehende Öffnung des Aufnahmewerkzeugs in seiner untersten Hubstellung oder in einer benachbarten Position eintritt.

Entsprechend diesem Verfahren ist der Lochdorn somit in der durchgehenden Öffnung der Halteführung geführt und gehalten, so daß jedes seitliche Ausweichen des Dornes verhindert ist und damit ein Lochen eines Werkstückes mit einem höheren Schlankheitsgrad und mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden kann. Auch die Anwendung des Gegendruckes auf das Werkstück verhindert, daß das Werkstück verformt wird, um so Nachteile oder Fehler, wie beispielsweise Einschnürungen usw. zu vermeiden. Dadurch, daß eine seitliche Verlagerung oder ein seitliches Ausweichen des Dornes verhindert ist, ist es auch möglich, daß das Ende des Lochdornes in die durchgehende Öffnung des Aufnahmewerkzeuges mit einem geeigneten Spiel eintritt, wodurch eine durchgehende Öffnung in dem Werkstück mit einem Arbeitshub des Dornes bzw. Stempels erreicht wird.

Entsprechend der Erfindung weist bei der Vorrichtung die obere Werkzeuganordnung ein Halteelement mit einer Haltefüh­ rung sowie auch ein Lagerelement für den Lochdorn auf, wobei das Lagerelement für eine Auf- und Abbewegung relativ zu und auch oberhalb des Halteelementes ausgebildet ist, wobei beim Abwärtsbewegen des Halteelementes kurz vor dem Arbeits- bzw. Lochhub die Halteführung einen vergrößerten Abschnitt des Werkstückes hält bzw. festklemmt, worauf anschließend der Lochdorn sich nach unten bewegt, und zwar zusammen mit dem Lagerelement, um das Lochen durchzuführen, wobei der Dorn sich durch die durchgehende Öffnung der Halteführung hin­ durchbewegt. Bei dem Lochhub wird der Gegendruck auf das Werkstück im unteren Ende dieses Werkstückes aufgebracht. Die durchgehende Öffnung der Halteführung verhindert hierbei, daß der Lochdorn seitlich ausweicht, so daß die Spitze bzw. das Ende des Dornes in die durchgehende Öffnung des Ausnahme­ werkzeuges eintreten kann, und zwar am unteren Ende der Hubbewegung des Dornes oder an einer benachbarten Position des Hubes, womit in einem Hub eine durchgehende Öffnung im Werkstück erzeugt wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine mögliche Vorrich­ tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens zum Lochen oder Einbringen einer Öffnung;

Fig. 2 in schematischer Darstellung den Hauptteil der Vorrichtung bzw. einen Verfahrensschritt der Vorrich­ tung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm, welches als Beispiel die Abhängigkeit zwischen der Dornlast bzw. -belastung und den Gegendruck während des Lochverfahrens wiedergibt;

Fig. 4 als Beispiel einen Schnitt durch einen Rohling, der entsprechend der Erfindung gelocht wurde;

Fig. 5 im Schnitt eine weitere mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung, die bei dem Lochverfahren gemäß der Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 6 im Teilschnitt einen Verfahrensschritt bei einem Lochverfahren nach dem Stand der Technik; und

Fig. 7a und 7b Schnitte, die jeweils einen Rohling zeigen, der entsprechend dem Stand der Technik gelocht wurde.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt die Hauptelemente einer Vorrichtung, die zur Durchführung des Lochverfahrens nach der Erfindung geeignet ist. Die Vorrichtung besteht aus einer oberen Gesenk- bzw. Werkzeuganordnung 3, die mit einem Lochdorn 2 versehen ist, sowie aus einer unteren Gesenk- bzw. Werkzeuganordnung 4, die im wesentlichen zur Aufnahme oder Abstützung eines zu lochenden Werkstückes oder Rohling 1 dient. Die obere Werkzeuganordnung 3 besitzt eine Halteführung 5, die ein seitliches Ausweichen des Lochdornes 2 verhindert. In der unteren Werkzeuganordnung 4 ist in vertikaler Richtung bewegbar ein Matrize oder ein Aufnahmewerkzeug 6 vorgesehen, um ein vollständiges Lochen bzw. Abtennen oder Ausstanzen des Reststückes von dem Rohling zu ermöglichen, wie dies nachste­ hend noch näher erläutert wird. Die Halteführung 5 ist mit einer mittleren, durchgehenden Bohrung 5a versehen, durch die der Dorn 2 hindurchreicht. Als zu lochendes bzw. mit einer Öffnung zu versehendes Werkstück 1 oder als entsprechender Rohling wird ein heißer Rohling verwendet, der durch Schmie­ den mit einer vorbestimmten äußeren Form und mit einem Schaft an einem Ende dieses Werkstückes hergestellt wurde.

Beim Lochen wird die Halteführung oder der Niederhalter 5 auf die untere Werkzeuganordnung 4 abgesenkt, und zwar unmittel­ bar vor dem Arbeits- oder Lochungshub des Lochdornes 2. Danach bewegt sich der Lochdorn 2 nach unten, um das Werk­ stück 1 zu lochen, wobei der Lochdorn 2 sich durch die Öffnung 5a des Niederhalters bzw. der Führung 5 hindurchbe­ wegt. Gleichzeitig hiermit wird ein nach oben wirkender Gegendruck auf das untere Ende des Werkstückes ausgeübt, und zwar durch die Matrize oder das Aufnahmewerkzeug 6. Da der Lochdorn 2 während des Lochens durch die durchgehende Bohrung 5a in der Führung 5 geführt ist, ist jedes seitliche Auswei­ chen des Lochdornes verhindert. Das Aufnahmewerkzeug 6 besitzt eine mittlere durchgehende Bohrung 6a, die axial in diesem Werkzeug vorgesehen ist. Der Lochdorn 2 ist so angepaßt, daß er in die Öffnung oder Bohrung 6a eintritt, um so ein Lochen bzw. ein Abschneiden oder Ausstanzen des Restes zu bewirken, wenn der Lochdorn 2 sich nach unten in die untere Hubstellung oder in eine Position bewegt, die dieser unteren Hubstellung benachbart ist.

Der Lochdorn 2 ist in vertikaler Richtung relativ zu der Führung 5 bewegbar und aus diesem Grunde ist die Führung 5 an einem Halteelement befestigt, welches an der oberen Werk­ zeuganordnung 3 vorgesehen ist, während der Lochdorn 2 an einem Lager- oder Haltekörper befestigt ist, der an der oberen Werkzeuganordnung vorgesehen ist. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung sind sowohl das Halteelement (für die Führung 5) als auch das Lagerelement (für den Lochdorn 2) bewegbar, wobei ersteres von einer unteren Platte 7 und letzteres über der unteren Platte 7 angeordnet ist und von einer oberen Platte 8 gebildet ist, die in vertikaler Richtung relativ zu der Platte 7 bewegbar ist. Die untere und obere Platte 7 und 8 sind an einer geeigneten Zahl von Führungsstangen 9 vorgesehen, um eine relative Bewegung der Platten zueinander in einer gemeinsamen Achsrichtung, nämlich in Richtung der Längsachse des Lochdornes 2 zu ermöglichen. Mit 10 sind Verbindungsstangen bezeichnet, die die untere Platte 7 mit einer Betätigungseinrichtung verbinden.

Die Halteführung 5 ist an einem oberen Werkzeug oder Gesenk 11 befestigt, welches an der unteren Platte 7 gehalten ist. Die Führung 5 ist ebenfalls lösbar an der Platte 7 befestigt, und zwar beispielsweise dadurch, daß das erwähnte obere Werkzeug 11 mit Halteschrauben 12 gehalten ist. Eine derarti­ ge lösbare Montage der Führung 5 hat den Vorteil, daß diese leicht ausgetauscht werden kann. Der Schaftabschnitt 1b des Werkstückes 1 paßt in die zentrale Öffnung eines unteren Gesenks oder Werkzeuges 13, welches an der unteren Werkzeug­ anordnung 4 montiert ist, und zwar derart, daß das Werkzeug 13 bzw. dessen mittige Ausnehmung achsgleich mit der Achse des Lochdornes 2 liegt.

Der Lochdorn 2 ist weiterhin achsgleich mit der Bohrung 5a der Führung 5 und mit der Bohrung oder Öffnung 6a des Aufnahmewerkzeuges 6 angeordnet. Weiterhin befindet sich das Aufnahmewerkzeug 6 unterhalb des unteren Werkzeuges 13 und ist in vertikaler Richtung bewegbar in einer zentralen Öffnung der unteren Werkzeuganordnung 4 vorgesehen. Das Aufnahmewerkzeug 6 kann mit einer nach oben gerichteten Kraft beaufschlagt werden, und zwar durch eine eine Gegenkraft erzeugende Einrichtung 15 über ein rohrförmiges Element 14, um so eine nach oben gerichtete Gegenkraft auf das Werkstück auszuüben, so daß sich das Werkstück mit seinem unteren Ende an dem Aufnahmewerkzeug 6 abstützen kann.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung sind die Betätigungselemente für die untere Platte 7 und die obere Platte 8 weggelassen. Diese Betätigungselemente sind aber bevorzugt Hydraulik- oder Ölzylinder, die vorzugsweise als Betätigungselemente verwendet werden, da sie bei verein­ fachter Konstruktion eine einfache Steuerung des Druckes ermöglichen. Diese Betätigungseinrichtungen werden dann beispielsweise in einer vorgegebenen zeitlichen Beziehung zueinander gesteuert. Grundsätzlich ist es auch möglich, daß die obere und untere Platte 7 bzw. 8 durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung angetrieben werden. Weiterhin wird bevorzugt auch für die den Gegendruck erzeugende Einrichtung 15 ein Öl- oder Hydraulikzylinder verwendet.

Der Gegendruck Pb, der auf das Werkstück durch das Aufnahme- oder Abstützwerkzeug 6 ausgeübt wird, und zwar entgegenge­ setzt zu der Dornlast Pp, ist kleiner als die Last Pp, wobei die Last Pp die Summe aus dem Gegendruck und der Gegenkraft des Werkstückes, die sich aus der Fließgrenze oder Fließkraft des Werkstückes ergibt, nicht übersteigen sollte, um ein Brechen oder Reißen sowie ein Einschnüren des Werkstückes während des Lochens bzw. des Arbeitshubes zu vermeiden. Bezeichnet T die Belastbarkeit des Werkstückes, so ist die Beziehung zwischen Pp, Pb und T durch die nachfolgend angegeben Gleichung bestimmt, d. h. es ist ein Gegendruck Pb zu verwenden, der durch die nachfolgende Beziehung begrenzt ist.

Pp < Pb < Pp - T

Fig. 3 zeigt als Beispiel den Zusammenhang zwischen der Dornlast Pp und dem Gegendruck Pb. Wie dargestellt, sind die Last Pp und der Druck Pb vorzugsweise nahezu proportional zueinander. In vielen Fällen, bei denen das Verhältnis des Lochdurchmessers dO des Werkstückes (Lochungsdurchmesser) zu dem Durchmesser d1 des Schaftabschnittes des Werkstückes, nämlich das Verhältnis dO/d1 den Wert 0,35 übersteigt, tritt eine plastische Verformung am Schaftabschnitt des Werkstückes auf, wenn eine fortschreitende Aufdornung oder Lochung von vorne ohne die Anwendung eines Gegendruckes ausgeführt wird. Dann, wenn das erwähnte Verhältnis den Wert 0,35 übersteigt, ist daher die Anwendung eines Gegendruckes speziell nützlich, und ein Lochverfahren mit einem Verhältnis dO/d1 kleiner oder gleich 0,9 kann ohne weiteres unter Anwendung und Steuerung des Gegendruckes durchgeführt werden.

Beim Arbeiten der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung beginnen die obere Platte 7 und die untere Platte 8 gleich­ zeitig mit ihrer Bewegung nach unten, wobei die untere Platte 7 zuerst auf das untere Werkzeug 13 der unteren Werkzeugan­ ordnung 4 abgesenkt wird, wie dies mit unterbrochenen Linien in der Fig. 1 dargestellt ist, und zwar unmittelbar vor dem Lochhub (Arbeitshub), so daß das obere Werkzeug 11 passend auf dem unteren Werkzeug 13 aufsitzt und gleichzeitig hiermit der Niederhalter bzw. die Führung 5 den vergrößerten Ab­ schnitt 1a des Werkstückes festhält bzw. einspannt. Die Unterseite der Führung 5 ist hierbei vorzugsweise passend mit dem vergrößerten Abschnitt des Werkstückes geformt. Ist dies nicht der Fall, so kann die Unterseite den vergrößerten Abschnitt des Werkstückes durch Preßformen formen.

Obwohl die untere Platte 7 an der gewünschten Position in ihrer Bewegung gestoppt wird, bewegt sich der Lochdorn 2 für das Lochen weiter nach unten. Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, tritt der Lochdorn 2 durch die Öffnung 5a der Führung 5 hindurch und bewegt sich durch die Öffnung 5a nach unten, wobei der Lochdorn in der Öffnung 5a gegen seitliches Ausweichen gesichert ist, womit auch eine Deformation bzw. eine Verformung des Lochdornes 2 in Form eines Verbiegens oder Krümmens verhindert oder zumindest minimiert ist, so daß sich eine hohe Arbeitsgenauigkeit ergibt. Das Spiel zwischen dem Lochdorn 2 und der Öffnung 5a der Führung 5 ist so gering wie möglich, d. h. gerade noch so groß, daß sich der Dorn 2 hindurchbewegen kann, womit der Querschnitt der Öffnung 5a geringfügig größer ist als der Querschnitt des Dornes 2.

Die Einheit 15 wird gleichzeitig mit dem Beginn des Lochhubes aktiviert und der Gegendruck wird hierbei auf das Werkstück 1 über den rohrförmigen Körper 14 und das Aufnahme- oder Abstützwerkzeug 6 übertragen. Mit fortschreitendem Lochhub wird das Aufnahmewerkzeug 6 abgesenkt. Fig. 2 zeigt einen Zustand, der etwa der Hälfte des Lochhubes entspricht. Wenn sich der Lochdorn 2 nach unten in die untere Hubstellung oder in eine Position benachbart dieser unteren Hubstellung bewegt, und zwar über die Position der Fig. 2 hinaus, tritt das untere Ende des Lochdornes 2 in die Öffnung 6a des Aufnahmewerkzeuges 6 ein und trennt damit das verbleibende Stück bzw. den verbleibenden Rest 20 ab, um so das Werkstück vollständig bzw. durchgehend zu lochen. Um eine durchgehende Lochung zu bewirken, sollte das Spiel zwischen der durchge­ henden Öffnung 6a des Aufnahmewerkzeuges 6 und dem Lochdorn 2 ein geeignetes Maß aufweisen.

Entsprechend den später noch wiedergegebenen Daten (Tabelle 1) beträgt das Spiel beispielsweise 0,5 mm, wobei dieses Spiel aber im Bereich zwischen etwa 0,1-0,8 mm liegen kann. Beträgt das Spiel weniger als 0,1 mm, so tritt eine ganz erhebliche Abnutzung oder aber Zerstörung der Werkzeugöffnung 6a und des Lochdornes 2 auf, während ein Spiel größer als 0,8 mm zu einem unvollständigen Abtrennen oder Ausstanzen des Reststückes führt, so daß ein Durchlochen mit guter Qualität hierbei nicht erreicht werden kann. Der Grund dafür, daß das Ende des Dornes am Ende des Hubes in die Öffnung 6a des Aufnahmewerkzeuges 6 mit einem geeigneten Spiel eintreten kann, besteht darin, daß der Lochdorn in der oben beschriebe­ nen Weise in der Öffnung 5a des Niederhalters bzw. der Führung 5 geführt ist und hierdurch eine seitliche Verlage­ rung (Verbiegen) des Dornes 2 minimiert ist.

Als Beispiel wurde als heißes Werkstück ein geschmiedeter Gabelkopf mit Hülse verwendet, wie er bei einer Antriebswelle in Lastkraftwagen verwendet wird. Die Lochung wurde mit Hilfe einer 600 Tonnen Arbeitspresse ausgeführt. Die relevanten Daten sind in der Tabelle 1 wiedergegeben. Im Vergleich zu herkömmlichen bzw. üblichen Werten, betrug beispielsweise die maximale Abweichung in der Dicke (maximale Dicke - minimale Dicke) weniger als 1,0 mm, während bei herkömmlichen Verfah­ ren diese Abweichung 2,0 mm oder größer ist. Das Ausweichen der Achse des Lochdornes betrug weniger als 0,5 mm, während bei der herkömmlichen Methode dieser Abweichung 1,0 mm oder größer ist. Auch das Auftreten von Verengungen und Unter­ schiede in der Länge war wesentlich geringer als bei her­ kömmlich hergestellten Werkstücken. Weiterhin war auch eine Verformung des Maules oder der Gabel (vergrößerter Abschnitt) der Gabelhülse auf Werte kleiner als 0,1 mm reduziert. Ein Beispiel für eine gelochte Gabelhülse, die mit dem Lochver­ fahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde, ist in der Fig. 4 dargestellt.

Die Fig. 5 zeigt als weitere Ausführungsform oder als weiteres Beispiel eine Vorrichtung für die Durchführung des Lochverfahrens gemäß der Erfindung. In dieser Vorrichtung ist das untere Werkzeug 13 in die Werkzeuganordnung 4 integriert und der Niederhalter bzw. die Führung 5 in das Halteelement 7 integriert. Öl- oder Hydraulikzylinder sind als Betätigungs­ einrichtungen verwendet, und zwar derart, daß der Lochdorn 2 und das zugehörige Halteelement 8 an dem unteren Ende des Betätigungsteils bzw. Kolbens des Ölzylinders 16 befestigt sind. Das Halteelement 7 kann durch zwei Hydraulik- oder Ölzylinder 17 auf- und abbewegt werden. Ein weiterer Hydrau­ lik- oder Ölzylinder ist als Einrichtung 15 zur Erzeugung des Gegendruckes vorgesehen. Diese genannten Elemente und Einheiten sind innerhalb eines Rahmens 18 angeordnet.

Bei dieser Vorrichtung werden die beiden Ölzylinder 17 betätigt, um das Halteelement 7 auf die untere Werkzeuganord­ nung 4 abzusenken. Ein vergrößerter Abschnitt des Werkstückes ist dann durch den Niederhalter bzw. die Führung an dem Halteelement eingespannt. Im Anschluß daran bewegt sich der Dorn 2 durch das Aktivieren des Ölzylinders 16 nach unten, um das Lochen des Werkstückes 1 vorzunehmen. Gleichzeitig mit dem Lochungshub wird auf das Werkstück der Gegendruck ausgeübt. Der Lochdorn 2 wird in gleicher Weise in der Öffnung 5a des Haltelementes 7 geführt. Am unteren Endpunkt des Hubes tritt der Dorn 2 in die Öffnung 6a des Aufnahme­ werkzeuges 6 ein, welches in der unteren Werkzeuganordnung 4 vorgesehen ist, um in der oben beschriebenen Weise das Reststück abzutrennen.

In diesem Lochverfahren können Werkstücke aus Eisen oder aus einem Nicht-Eisenmaterial, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer usw. gelocht werden. Das Lochverfahren der Erfindung basiert auf einem Heißlochen, wobei die Arbeitstemperatur im Bereich zwischen der üblichen Schmiedetemperatur und einer Temperatur liegt, die etwa um die Hälfte niedriger liegt.

Dementsprechend kann ein heißes Werkstück nach dem Schmieden gelocht werden, und zwar unter Verwendung der noch vorhande­ nen Wärme des Werkstückes, um so Wärmeenergie zu sparen.

Wie oben erwähnt wurde, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, lange, axiale Öffnungen mit einem hohen Schlankheitsgrad von fünf oder mehr in einem Werkstück mit hoher Genauigkeit durch Lochen herzustellen, da der Lochdorn in der durchgehenden Öffnung 5a des Niederhalters oder der Halteführung 5 geführt ist und hierdurch ein seitliches Ausweichen oder Verlaufen des Dornes minimiert ist. Dies führt zu einem hohen Vorteil. Weiterhin verhindert die Anwendung des Gegendruckes das Auftreten von Einschnürungen, Verengungen oder anderen Deformationen. Da der Lochdorn am unteren Ende des Arbeitshubes in die Öffnung des Aufnahme­ werkzeuges eintritt und hierdurch den Rest des Werkstückes abtrennt, ist das Lochen einer durchgehenden Öffnung in einem Arbeitsschritt möglich, wodurch die Produktivität ganz erheblich verbessert wird.

Weiterhin reduziert dieses Lochverfahren auch den Anteil an Ausschuß-Werkstücken, und zwar im Vergleich mit anderen Verfahren sowie insbesondere auch mit Verfahren, bei denen das Einbringen der Öffnungen durch Bohrungen erfolgt. Schließlich lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur kreisförmige Öffnungen, sondern auch quadratische oder polygonale Öffnungen herstellen.

Tabelle 1

• 1. Abmessungen des Werkstückes (in mm)
  • (1) Gesamtlänge (L1) : 216
    Länge des zylindrischen Abschnittes (L2) : 150
    Länge des Kopfabschnittes (L3) : 66.
  • (2) Größerer Durchmesser des zylindrischen Abschnittes (R1) : 55 Innendurchmesser des zylindrischen Abschnittes (R2) : 33
    l/d (= L2/R2).
• 2. Abmessungen der Hauptelemente der Arbeitsmaschine (in mm)
  Außendurchmesser des oberen Werkzeugs : 300
  Außendurchmesser des unteren Werkzeugs : 220
  Außendurchmesser der Halteführung : 180
  Innendurchmesser des unteren Aufnahmewerkzeugs : 34
  Außendurchmesser des Lochdornes : 33
• 3. Bewegungen der Arbeitsmaschine (in mm)
  Klemm- bzw. Einspannhub : 360
  Lochhub : 250
  Gesamthub : 610
  Hub des unteren Aufnahmewerkzeugs : 35.
• 4. Material des Werkstückes : S35C
• 5. Arbeitstemperatur : 700-1100°C

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Für einen Fachmann ist ersichtlich, daß zahl­ reiche und Modifikationen möglich sind, ohne daß dadurch der die Erfindung tragende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum Lochen eines heißen Werkstücks oder Rohlings, der in einer unteren Werkzeuganordnung ange­ ordnet ist, durch nach unten Bewegen eines Lochdornes, der an einer oberen Werkzeuganordnung vorgesehen ist, wobei das Werkstück durch Schmieden mit einer gewünschten äußeren Formgebung mit einem Schaft an einem Ende des Werkstückes hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niederhalter oder eine Halteführung (5), die an der oberen Werkzeuganordnung (3) vorgesehen ist, unmittelbar vor dem Lochen auf die untere Werkzeuganordnung (4) abgesenkt wird, daß das Lochen des erwähnten heißen Werkstückes (1) durch nach unten Bewegen des Dornes (2) erfolgt, der während eines Lochhubes durch eine durch­ gehende Öffnung (5a) der Halteführung (5) hindurchtritt, wobei die durchgehende Öffnung (5a) der Halteführung (5) als Führung für den Lochdorn (2) dient, um ein seitliches Ausweichen des Dornes (2) zu verhindern, daß eine Gegenkraft oder ein Gegendruck auf das Werkstück am unteren Ende dieses Werkstückes gleichzeitig mit dem Lochhub ausgeübt wird, und daß das Aufbringen des Gegendruckes durch ein Aufnahmewerkzeug erfolgt, welches das Werkstück aufnimmt, wobei das freie Ende des Dornes (2) in eine durchgehende Öffnung (6a) des Aufnahmewerk­ zeuges (6) eintritt, wenn sich der Dorn in die untere Endstellung des Hubes oder in eine dieser unteren Endstellung benachbarte Position bewegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Halteführung (5) einen vergrößerten Ab­ schnitt des Werkstückes, der (Abschnitt) auf der unteren Werkzeuganordnung positioniert ist, hält, wenn die Führung auf die untere Werkzeuganordnung abgesenkt ist.

3. Vorrichtung zum Lochen eines heißen Rohlings oder Werkstücks (1), wobei das geschmiedete Werkstück eine vorbestimmte äußere Formgebung mit einem Schaft an einem Ende aufweist, gekennzeichnet durch eine untere Werk­ zeuganordnung zur Aufnahme bzw. zur Abstützung des Werkstückes, durch eine obere Werkzeuganordnung, die über der unteren Werkzeuganordnung (4) angeordnet ist und einen Lochdorn (2) zum Lochen des Werkstückes (1) aufweist, sowie durch Betätigungsmittel, um die obere Werkzeuganordnung (3) auf- und abzubewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Werkzeuganordnung (3) ein Halteelement mit einem Niederhalter oder einer Halte­ führung (5) zum Halten des oberen vergrößerten Abschnit­ tes des erwähnten Werkstückes (1) zwischen der oberen und der unteren Werkzeuganordnung (3, 4) aufweist, daß die obere Werkzeuganordnung (3) weiterhin ein Lagerelement besitzt, an dem der Lochdorn (2) befestigt ist, wobei das Lagerelement oberhalb des Halteelementes auf- und abbewegbar ist, daß die Halteführung (5) mit einer durchgehenden Öffnung (5a) versehen ist, durch welche sich der Lochdorn (2) hindurchbewegt, wobei die durch­ gehende Öffnung (5a) der Halteführung (5) einen Quer­ schnitt besitzt, der geringfügig größer ist als der Querschnitt des Lochdornes (2), um den Lochdorn (2) zu führen und ein seitliches Ausweichen des Lochdornes (2) zu verhindern, und daß die Vorrichtung weiterhin Mittel aufweist, die unter der unteren Werkzeuganordnung (4) vorgesehen sind, um einen Gegendruck auf das Werkstück (1) über ein Aufnahmewerkzeug (6) während des Lochhubes auszuüben, wobei das Aufnahmewerkzeug (6) für eine Auf- und Abbewegung in der unteren Werkzeuganordnung (4) angeord­ net ist und eine durchgehende Öffnung (6a) besitzt, die achsgleich mit der Öffnung (5a) der Halteführung (5) angeordnet ist, so daß der Lochdorn (2) am unteren Ende des Hubes oder in einer diesem Ende benachbarten Position in die durchgehende Öffnung (6a) des Aufnahmewerkzeuges (6) eintritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter oder die Halteführung (5) abnehmbar an dem Halteelement (7) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteführung (5) Bestandteil des von einer Platte gebildeten Halteelementes ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Betätigungsmittel für die obere Werkzeuganordnung einen oder mehrere Betäti­ gungselemente für das erwähnte Halteelement sowie wenigstens ein Betätigungselement für das erwähnte Lagerelement aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel oder die diese Betätigungsmittel bildenden Betätigungseinrichtungen für das Halteelement und das Lagerelement Öl- oder Hydraulik­ zylinder sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel zur Erzeugung des Gegendruckes von wenigstens einem Öl- oder Hydraulik­ zylinder (15) gebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel zwischen der durchgehenden Öffnung (6a) des Aufnahmewerkzeuges (6) und dem Lochdorn (2) in der Größenordnung von etwa 0,1-0,8 mm liegt.