DE4433991A1

DE4433991A1 - Spreizwerkzeug zur Herstellung hinterschnittener Werkstücke

Info

Publication number: DE4433991A1
Application number: DE4433991A
Authority: DE
Inventors: Eckart Prof Dr Ing Doege; Jens Dipl Ing Wiesner; Andreas Dipl Ing Karkmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-09-23
Filing date: 1994-09-23
Publication date: 1996-03-28
Anticipated expiration: 2014-09-24
Also published as: DE4433991C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Spreizwerkzeug zur Herstellung hohler hinterschnittbehafteter Werkstückinnenkonturen, insbesondere Kugelfestgelenkkörper aus Stahl, um in Vorwerkstücken mit bauchigem Hohlraum und axial verlaufenden hinterschnittfreien Nuten durch radiales Prägen die Hinterschnitte der inneren Kugel- und Käfiglaufflächen zu erzeugen.

Der aus sechs Segmenten bestehende, im Durchmesser variabel gehaltene Werkzeugkopf wird dazu auf mechanische Weise durch ein vom Maschinenstößel entkoppeltes Werkzeugsystem im Bereich des unteren Stößelumkehrpunktes gespreizt, um so die hinterschnittbehaftete Werkstückinnenkontur zu erzeugen. Auf eine allseitige Massivumformung des Vorwerkstückes kann dabei im Gegensatz zu den bekannten Verfahren (DE 28 30 275 B2, DE 30 04 024 C2, DE 39 33 293 A1, DE 39 33 292 A1 usw.) verzichtet werden.

Die bekannten Werkzeuge und Verfahren zur Erzeugung des radialen Hinterschnittes basieren auf dem sogenannten "Einzugsverfahren". Der Außendurchmesser der Werkstückvorform weist dabei am äußeren offenen Ende eine Materialverdickung, eine sogenannte Wulst auf. Das Werkstück kann dadurch vor der Umformung nicht vollständig in die Matrize eingelegt werden. Erst wenn der Stempel in die Innenkontur des Werkstücks einfährt und die Umformkräfte über den inneren Glockenboden einleitet, wird das Werkstück vollständig in die Matrize eingezogen. Die äußere Materialverdickung am oberen Teil der Glocke wird verdrängt. Das Material umfließt dabei die Stempelkontur. Der radiale Hinterschnitt der Werkstückinnenkontur wird auf diese Weise durch eine Massivumformung des gesamten Vorwerkstückes erzeugt.

Unterschiede in den Ausführungen der bekannten Verfahren bestehen hauptsächlich in der Art der Segmentierung des Stempels und bei der Verriegelung und Spreizung des Stempels vor und während des Eintauchens in die Vorwerkstückinnenkontur.

Entgegen dem bereits bekannten Verfahren (DE 39 33 293 A1) liegen bei dieser Erfindung die Spreizsegmente über je zwei Flächen, der oberen Kegel- und unteren Pyramidenfläche, am Spreizdorn an. So kann bei der radialen Verschiebung der Segmente ein Kippen bzw. Verkanten ausgeschlossen werden. Ferner ermöglicht die Ausführung der unteren Berührflächen des Spreizdornes als Pyramidenstumpf das Übertragen von Flächenlasten, entgegen der bisher linienförmig auftretenden Beanspruchung. So können auch größere Kräfte aufgebracht werden bzw. der Verschleiß am Werkzeug gesenkt und damit die Werkzeugstandzeiten erhöht werden.

Die Besonderheit der Erfindung ist somit ein Werkzeug gemäß Oberbegriff des Patentanspruches, bei dem aufgrund des doppelt wirkenden Werkzeugsystems die Außenkontur des Vorwerkstückes nicht umgeformt wird und damit auf ein Einziehen des Werkstückes verzichtet werden kann. Es findet lediglich ein Prägen der inneren Werkstückhinterschnitte statt, so daß dieses Verfahren mit deutlich geringeren Umformkräften arbeitet als die bekannten Massivumformungen nach dem Einzugsverfahren. Außerdem läßt sich dieses Werkzeug auch in einfachwirkenden Umformmaschinen einsetzen.

Beschreibung des Werkzeugsystems anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Einbeziehung von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Übersicht des gesamten Werkzeugsystems, rechts im eingetauchten, nicht gespreizten Zustand (Pos. I), links im eingetauchten, gespreizten Zustand (Pos. II),

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Spreizkopf, rechts im ungespreizten Zustand (Pos. I), links im gespreizten Zustand (Pos. II),

Fig. 3 die Spreizsegmente in der Darstellung nach Fig. 2 Pos. I im Schnitt A-A im ungespreizten Zustand,

Fig. 4 die Spreizsegmente in der Darstellung nach Fig. 2 Pos. II im Schnitt A-A im gespreizten Zustand.

Fig. 1 zeigt das Werkzeugsystem zur Herstellung der Kugel- und Käfiglaufbahnen eines Kugelfestgelenkkörpers in der Übersicht. Der Aufbau ergibt sich danach wie folgt.

Der Spreizdorn (2) ist über die Werkzeughalteplatte (15) und den Dornspannring (16) mit dem Stößel der Umformmaschine verbunden. Die Paßfeder (4) dient der Verdrehsicherung des Spreizdorns (2) gegenüber der Dornhülse (3) und gewährleistet damit, daß die in den Nuten (30) der Dornhülse (3) aufgehängten drei inneren Spreizsegmente (1) plan an den oberen (20) und unteren (22) Kegelgleitflächen des Spreizdorns (2) anliegen. Die ebenfalls in Nuten (30) der Dornhülse (3) aufgehängten drei äußeren Spreizsegmente (11) werden über die Segmentflächen (24), durch die Verlängerung der Dreiecksschenkel der Außenkanten (28) beim Spreizen der inneren Segmente (1), auf den Gleitebenen (23) radial nach außen bewegt. Auf ihrer Länge sind alle sechs Spreizsegmente (1, 11) durch Längsnuten in der Dornhülse (3) geführt, um eine Verschiebung auf dem Umfang zu verhindern. Die in die Dornhülse (3) eingeschraubten sechs Federsysteme (17), bestehend aus Federhülse (6), Druckfeder (7) und Druckstab (8), schieben die Spreizsegmente (1, 11) gegen den Spreizdorn (2).

Die Dornhülse (3) ist wiederum mit dem Werkzeugrahmen (5) verschraubt, der über vier Federbolzen (12) mit der Halteplatte (14) verbunden ist. Die Hauptdruckfedern (13) und die Federbolzen (12) bestimmen den Abstand zwischen der Halteplatte (14) und dem Werkzeugrahmen (5) und somit den Sitz von Spreizdorn (2) und Spreizsegmenten (1, 11) zueinander.

Die rechte Hälfte der Fig. 1 zeigt das Werkzeug vor Beginn des Spreizvorganges (Pos. I). Das Eintauchen der Spreizsegmente (1, 11) in das Werkstück (9) ist mit dem Aufsetzen des Werkzeugrahmens (5) auf die Preßmatrize (10) beendet, da über die Dornhülse (3) die Lage von Werkzeugrahmen (5) und Spreizsegmenten (1, 11) zueinander bestimmt wird. Der Spreizdorn (2) hat sich zu diesem Zeitpunkt noch nicht relativ zum Werkzeugrahmen bewegt. Die Spreizsegmente (1, 11) werden durch die Federsysteme (17) zusammengedrückt und liegen am Spreizdorn (2) an, um so das nötige Einführspiel zum Werkstück (9) zu gewährleisten.

Nach dem Aufsetzen des Werkzeugrahmens (5) auf die Preßmatrize (10) beginnt der Spreizvorgang. Die Hauptdruckfedern (13) entkoppeln für die weitere Abwärtsbewegung des Maschinenstempels den Werkzeugrahmen (5). Der Spreizdorn (2) bewegt sich nun relativ zu den Spreizsegmenten (1, 11) nach unten und drückt diese aufgrund der Steigung der zwei Kontaktflächen (20, 22) zwischen Spreizdorn (2) und Spreizsegmenten (1, 11) nach außen, ohne dabei zu verkanten oder zu kippen. Die Kontaktflächen (22) sind in Form eines dreiseitigen Pyramidenstumpfes ausgeführt, um die auftretenden Kräfte als Flächenlast aufzubringen. So können zum einen größere Kräfte übertragen werden und zum anderen aufgrund geringeren Verschleißes höhere Standmengen erzielt werden.

In der linken Bildhälfte der Fig. 1 ist das Werkzeugsystem im gespreizten Zustand zu sehen (Pos. II). Der Spreizdorn (2) ist bis auf die maximale Tiefe heruntergefahren und die Spreizsegmente (18) haben ihre Endlage in radialer Richtung erreicht. Die Erzeugung des Hinterschnittes ist abgeschlossen. Das verdrängte Material ist während des Spreizvorganges an den Segmenten nach oben geflossen. Auf den Innenboden (29) des Werkstücks (9) wird während der Umformung kein Druck ausgeübt, so daß die Kontur der Vorform im Innenboden- und Zapfenbereich erhalten bleibt.

Die starken Hauptdruckfedern (13) bewirken beim Rückhub des Maschinenstößels, daß der Werkzeugrahmen (5) und damit die Spreizsegmente (1,11) solange im unteren Totpunkt verweilen, bis der Spreizdorn (2) vollständig zurückgezogen ist und die Spreizsegmente (1, 11) von den Federsystemen (17) wieder zusammengeschoben sind. Jetzt ist ein ausreichendes Spiel zum Werkstück (9) vorhanden, um beim folgenden Abheben des Werkzeugrahmen (5) von der Preßmatrize (10) das Werkstück (9) berührungsfrei zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 Spreizsegment innen
2 Spreizdorn
3 Dornhülse
4 Paßfeder
5 Werkzeugrahmen
6 Federhülse
7 Druckfedern
8 Druckstab
9 Werkstück
10 Preßmatrize
11 Spreizsegment außen
12 Federbolzen
13 Hauptdruckfedern
14 Federbolzenhalteplatte
15 Werkzeughalteplatte
16 Spannring
17 Federsysteme
18 Spreizsegmente
19 Paßfedernut
20 obere Gleitfläche
21 mittlere Gleitfläche
22 untere Gleitfläche
23 Gleitebene
24 Segmentgleitfläche
25 Außenkontur zum Prägen der Kugellaufbahnen
26 Außenkontur zum Prägen der Kugellaufbahnen
27 Außenkontur zum Prägen der Käfiglaufbahnen
28 Verlängerung der Dreiecksschenkel der Außenkanten
29 Werkstückinnenboden
30 Dornhülsennut
31 Preßmatrizeneinsatz

Claims

1. Spreizwerkzeugsystem zur Herstellung hohler, hinterschnittener Werkstücke, insbesondere Schmiedestücke, dadurch gekennzeichnet, daß die radial beweglichen Formsegmente (1, 11) des Werkzeugkopfes sich auf mechanische Weise durch ein vom Maschinenstößel entkoppeltes Werkzeugsystem im Bereich des unteren Stößelumkehrpunktes radial aufweiten lassen und durch die mechanische Entkopplung der Bewegung von Werkzeugrahmen (5) und Spreizdorn (2) über Druckfedern eine zeitlich getrennte, radiale und axiale Bewegung der Spreizsegmente (1, 11) realisiert wird, die sowohl ein berührungsloses Ein- und Ausfahren als auch das Spreizen der Segmente (1, 11) gewährleistet und somit ein vollständiges Einlegen eines vorgeformten Werkstücks (9) in die Preßmatrize (10) ermöglicht, so daß auch während der Umformung aufgrund der geometrischen Verhältnisse des Spreizwerkzeugsystems kein Druck auf den Innenboden (29) des Werkstücks (9) ausgeübt wird und damit die schon fertiggestellte Außenkontur der Vorform erhalten bleibt.

2. Spreizwerkzeugsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Entkopplung zu einem doppeltwirkenden Prinzip auf einer einfachwirkenden Presse führt, das sich auch hydraulisch oder dgl. auf einer doppeltwirkenden Maschine realisieren läßt.

3. Spreizwerkzeugsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Hinterschnitt in hohlen Werkstücken (9) für beliebige Konturen erzeugen läßt, wobei auch andere Werkstoffe als Stahl, z. B. NE-Metalle oder Kunststoffe, verwendet werden können.

4. Spreizwerkzeugsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das vertikale Eintauchen der zusammengefahrenen Spreizsegmente (1, 11) in die hohle Werkstückkontur (9) mechanisch, d. h. formschlüssig, durch einen auf das Unterwerkzeug aufsetzenden Werkzeugträgerrahmen (5) oder dgl., oder weggesteuert von einer in vertikaler Richtung zweifach verfahrbaren Maschine begrenzt werden kann.

5. Spreizwerkzeugsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die im Werkzeugrahmen (5) axial fixierten Formsegmente (1, 11) sich auf den jeweiligen Gleitebenen (23) der Dornhülse (3) oder dgl. radial verschieben lassen und/oder angetrieben werden.

6. Spreizwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizdorn (2) in seinem unteren Bereich mit schrägen Gleitebenen (22) in Form eines Pyramidenstumpfes oder dgl. versehen ist, um so seine vertikale Bewegung über die Anstellwinkel der Pyramidenflächen in eine radiale Bewegung der Spreizsegmente (1, 11) umzusetzen und die eingeleiteten Kräfte als Flächenlast auf die inneren Segmente (1) zu übertragen.

7. Spreizwerkzeugsystem nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß sich die radiale Bewegung jedes der inneren (1) und äußeren (11) Segmente auch mit daran angreifenden Betätigungsarmen einer hydraulischen oder dgl. Antriebseinrichtung realisieren läßt.

8. Spreizwerkzeugsystem nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die mittig zwischen den zwei kraftübertragenden Berührflächen (20, 22) auf jedes Spreizsegment (1, 11) wirkende Federsysteme (17) die notwendigen Rückstellkräfte aufbringen und gleichzeitig Sicherheit gegen Verkanten bei der radialen Bewegung der Segmente (1, 11) gewährleisten.