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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen von Werkzeugen
zum Kalibrieren von Werkstücken,
insbesondere von Werkstücken,
die in einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt wurden.
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Bei
der pulvermetallurgischen Herstellung von Werkstücken erfolgt im ersten Arbeitsgang
die Verdichtung des Metallpulvers oder der Metallgranulats in einer
Pressform. Das auf diese Weise hergestellte Objekt wird dann in
einem Ofen gesintert. Die so hergestellten Werkstücke weisen
oft nicht die gewünschte
Massgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit
auf. Um die Massgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit solcher
Werkstücke
zu verbessern, ist es bekannt, diese einem weiteren Arbeitsgang,
nämlich
dem so genannten Kalibriervorgang zu unterziehen. Zu diesem Zweck
wird das Werkstück
in eine Form eingelegt und einem sehr hohen Druck, der sich in der
Grössenordnung
von 60 KN pro cm2 bewegen kann, ausgesetzt.
Dadurch wird das Gefüge
des Werkstücks
verfestigt und die Oberflächenbeschaffenheit
und Massgenauigkeit erhöht. Dieses
Kalibrierverfahren wurde bisher mit relativ einfachen Vorrichtungen
durchgeführt.
Die in der Praxis bekannten Vorrichtungen sind jedoch für komplizierte
Werkstücke
zu wenig modular und flexibel.
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In
der Patentliteratur konnten keine Vorrichtungen ermittelt werden,
die zur Aufnahme eines Werkzeugs zum Kalibrieren von Werkstücken bestimmt
sind. Das Gebrauchsmuster
DE
90 12 752.8 aus dem Jahre 1991 zeigt einen Werkzeugadapter für Werkzeuge
zur Herstellung von Werkstücken durch
Verdichtung von Metallpulver. Es findet sich in dieser Literaturstelle
kein Hinweis, dass diese Vorrichtung auch zum Pressen eines gesinterten,
also soliden Werkstücks
verwendet werden könnte,
um sein Gefüge
zu verfestigen, um die Oberflächenbeschaffenheit
zu verbessern und die Massgenauigkeit zu erhöhen. Die Verfestigung des Gefüges, die
Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit
und die Erhöhung
der Massgenauigkeit des gesicherten Werkstückes stellen eine völlig andere
Aufgabe dar als die Formung eines Rohlings aus pulverförmigem Material.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu
schaffen, welche hoch flexibel in der Anwendung und modular aufgebaut
und in der Lage ist, mehrere Stempel auf verschiedenen Werkzeugebenen
aufzunehmen, so dass komplizierte Werkstücke kalibriert werden können.
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Erfindungsgemäss wird
dies erreicht durch eine Vorrichtung mit einer Grundplatte zur Befestigung
auf dem Tisch einer Presse, einer unteren Kupplungsplatte zur Befestigung
am Unterbären
der Presse, einer oberen Kupplungsplatte zur Befestigung am Oberbären der
Presse, einer zwischen Grundplatte und oberer Kupplungsplatte angeordneten
Matrizenhalteplatte, einer unteren Werkzeugaufnahmeeinheit, die
mit der unteren Kupplungsplatte verbunden ist und als Ganzes mit
den entsprechenden Werkzeugauflagen bewegbar ist, und einer oberen
Werkzeugaufnahmeeinheit, die mit der oberen Kupplungsplatte verbunden
ist und als Ganzes mit den entsprechenden Werkzeugauflagen bewegbar ist,
wobei mindestens eine der Werkzeugaufnahmeeinheiten mehrere Werkzeugauflagen
aufweist, und eine Verstellvorrichtung für jede Werkzeugauflage vorgesehen
ist, um die Werkzeugauflage individuell hin und her zu bewegen.
Diese Vorrichtung erlaubt auch das Kalibrieren von relativ komplizierten
Werkstücken,
wie dies durch das nachfolgende Ausführungsbeispiel illustriert
wird. Die Vorrichtung gestattet die Stempel des Werkzeugs während des
Pressvorgangs individuell zu bewegen. Beim anschliessenden Ausstossvorgang
werden jedoch sämtliche
untere Stempel gemeinsam mit dem Unterbär bewegt, was das Freilegen
des Werkstücks
sowie dessen Übergabe
an ein Handlingsgerät
ermöglicht.
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Zweckmässigerweise
weist sowohl die untere als auch die obere Werkzeugaufnahmeeinheit mehrere
Werkzeugauflagen auf. Wenn aber vorgesehen ist, die Vorrichtung
lediglich mit einem bestimmten Werkzeug zum Kalibrieren von sehr
grossen Stückzahlen
eines Werkstücks,
für das
die eine Werkzeughälfte
nur einen Stempel aufweist, zu verwenden, könnte eventuell nur eine der
beiden Werkzeugaufnahmeeinheiten mit mehreren Werkzeugauflagen versehen
werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sieht vor, die Verstellvorrichtungen für die Werkzeugauflagen
in der Werkzeugaufnahmeeinheit zu integrieren. In diesem Fall ist
die Vorrichtung weitgehend unabhängig
von der Ausgestaltung der Presse. Es ist aber auch möglich, die
jeweilige Werkzeugauflage mit Kupplungsstangen zu verbinden, die
durch Verstellvorrichtungen der Presse verstellbar sind.
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Die
Vorrichtung kann eine zentrale Werkzeugauflage aufweisen, die durch
eine Verstellvorrichtung der Presse verstellbar ist. Diese zentrale Werkzeugauflage
dient der Aufnahme eines sogenannten Mittelstifts, der in die zentrale
Bohrung des Werkstücks
eingreifen kann, wenn das Werkstück eine
solche aufweist.
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Zweckmässigerweise
sind die jeweiligen Verstellvorrichtungen hydraulisch betätigbar,
z.B. als hydraulischen Zylinder ausgestaltet.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizenhalteplatte
von Säulen
getragen wird, die in der Grundplatte längsverschiebbar gelagert sind,
wobei die oberste Stellung der jeweiligen Säule durch einen Anschlag begrenzt
wird. Diese Säulen
sind mit hydraulischen Zylindern der Presse kuppelbar. Diese Konstruktion
gewährleistet,
dass sich die Matrizenhalteplatte sowohl beim Zuführen und
beim Entnehmen des Werkstücks
auf der gleichen Höhe
befindet, was eine Automatisierung dieser Vorgänge erleichtert. Eine andere
Ausführungsform
sieht vor, dass zwischen der Grundplatte und der Matrizenhalteplatte
hydraulische Zylinder angeordnet sind. In beiden Fällen wird
dadurch eine sogenannte schwimmende Lagerung der Matrizenhalteplatte
erreicht, welche in geringem vertikalem Abstand von einem Kraftabstützungsorgan
angeordnet ist, welches die untere Werkzeugaufnahmeeinheit zentrumsnah
umgibt. Wenn somit beim Kalibrieren der auf die Matrizenhalteplatte ausgeübte Druck
eine bestimmte einstellbare Schwelle überschreitet, kommt die Matrizenhalteplatte
auf dem Kraftabstützungsorgan
zur Auflage. Die zentrumsnahe Anordnung des Kraftabstützungsorgans
hat den Vorteil, dass sich die Matrizenhalteplatte nicht unzulässig durchbiegt,
wenn der auf sie wirkende Druck weiter ansteigt. Zweckmässigerweise ist
am Kraftabstützungsorgan
ein verstellbarer Anschlag, z.B. in Form eines Gewinderings, für die Matrizenhalteplatte
angeordnet. Dies ermöglicht
eine Verstellung des Abstands zwischen Matrizenhalteplatte und Kraftabstützungsorgan.
Dies ermöglicht beim
Werkzeugwechsel die Umrüstzeit
zu verkürzen, weil
keine speziellen Distanzstücke
eingesetzt werden müssen.
Zweckmässigerweise
ist für
die jeweilige Werkzeugauflage ein verstellbarer Anschlag für die Pressposition
und die Ausstossposition vorgesehen. Es ist aber auch möglich, statt
eines Anschlags für
die Ausstossposition ein Messystem vorzusehen. Das Messystem kann
in der Vorrichtung selbst oder in der Presse angeordnet sein. Auch
diese Massnahmen verkürzen
die Umrüstzeit.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Presse zum Kalibrieren von Werkstücken mit
einer Vorrichtung gemäss
einem der Ansprüche
1 bis 15. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Presse ist dadurch gekennzeichnet, dass die Matrizenhalteplatte
von Säulen
getragen wird, die in der Grundplatte längsverschiebbar gelagert sind,
wobei die oberste Stellung der jeweiligen Säule durch einen Anschlag begrenzt ist,
und dass jede Säule
mit einem hydraulischen Zylinder bewegbar ist. Zweckmässigerweise
ist auch eine zentrale Werkzeugauflage vorgesehen, welche durch
eine im Unterbären
angeordnete Verstellvorrichtung vorzugsweise hydraulisch betätigbar ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Es zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
durch die Vorrichtung,
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2 die
Vorrichtung wie in 1 mit eingesetztem Werkzeug
und auf die Matrize gelegtem Werkstück,
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3 eine
Variante der Vorrichtung,
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4 eine
weitere Variante der Vorrichtung, und
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5 verschiedene
Stufen des Kalibriervorgangs,
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Um
die erfindungswesentlichen Merkmale besser darstellen zu können, ist
die Darstellung in den Figuren etwas schematisiert worden.
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Wie 1 und 2 zeigen,
besitzt die Vorrichtung eine beispielsweise quadratische Grundplatte 11 zur
Befestigung auf dem Tisch 13 einer Presse, eine untere
Kupplungsplatte 15 zur Befestigung am Ausstosskolben oder
Unterbären 17 der
Presse, eine obere Kupplungsplatte 19 zur Befestigung am
Oberbären 21 der
Presse und eine Matrizenhalteplatte 23, welche im Zwischenraum
zwischen der Grundplatte 11 und der oberen Kupplungsplatte 19 angeordnet ist.
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Eine
untere Werkzeugaufnahmeeinheit 25 ist mittels beispielsweise
vier Säulen 27 mit
der Kupplungsplatte 15 verbunden. Eine obere Werkzeugaufnahmeeinheit 29 ist
mit der oberen Kupplungsplatte 19 verbunden. Die untere
Werkzeugaufnahmeeinheit 25 weist drei Werkzeugauflagen 31, 32, 33 auf,
welche durch Verstellvorrichtungen, z.B. hydraulische Zylinder 37, 38, 39,
entlang der Vorrichtungsachse 40 individuell oder auch
gemeinsam hin- und herbewegbar sind. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Verstellvorrichtungen 37, 38, 39 in der
Werkzeugaufnahmeeinheit 25 integriert. Die Werkzeugauflagen 31, 32, 33 sind
ringförmig
und für die
jeweilige Werkzeugauflage sind mehrere hydraulische Zylinder in
gleichmässigen
Abständen
voneinander verteilt vorgesehen.
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Weiter
ist eine zentrale Werkzeugauflage 41 vorgesehen, welche
durch eine Verstellvorrichtung 43, z.B. ein hydraulischer
Zylinder, der Presse verstellbar ist. Für jede Werkzeugauflage 31, 32, 33 ist ein
verstellbarer Anschlag 45, 46, 47 für die Pressposition
vorgesehen. Ebenso ist ein verstellbarer Anschlag 49, 50, 51 für die Ausstossposition
vorgesehen. Diese verstellbaren Anschläge können beispielsweise die Form
von Gewinderingen besitzen.
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Beim
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die obere Werkzeugaufnahmeeinheit 29 analog zur unteren
Werkzeugaufnahmeeinheit 25 ausgestaltet, so dass diesbezüglich auf
den Beschrieb der unteren Werkzeugaufnahmeeinheit 25 verwiesen
werden kann. Es werden zur Bezeichnung der entsprechenden Teile
die gleichen Bezugszeichen verwendet, jedoch mit einem Apostroph
versehen.
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Für den Fachmann
ist ersichtlich, dass es möglich
ist, die Werkzeugaufnahmeeinheiten 25, 29 auch
mit mehr oder weniger Werkzeugauflagen auszustatten.
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Die
Matrizenhalteplatte 23 wird von beispielsweise vier Säulen 55 getragen,
die in der Grundplatte 11 längsverschiebbar gelagert sind.
Die Säulen 55 sind über Kupplungsstücke 57 mit
hydraulischen Zylindern 58 der Presse kuppelbar. Die Kupplungsstücke 57 dienen
zugleich als Anschläge,
mit welchen die oberste Stellung der Säulen 55 bzw. der Matrizenhalteplatte 23 begrenzt
wird. Wie 3 und 4 zeigen,
ist es aber auch möglich,
die hydraulischen Zylinder 58 statt bei der Presse bei
der Vorrichtung vorzusehen.
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Ein
Kraftabstützungsorgan 59 mit
einem verstellbaren Anschlag 61 umgibt die untere Werkzeugaufnahmeeinheit 25 zentrumsnah.
Zwischen dem Anschlag 61 und der Matrizenhalteplatte 23 besteht ein
kleiner Spalt 63. Wenn beim Pressen der Druck auf die Matrize 84 einen
vorbestimmten Wert erreicht, wird die Matrizenhalteplatte 23 auf
dem Anschlag 61 zur Anlage gebracht. Der verstellbare Anschlag 61 kann
beispielsweise die Form eines Gewinderings aufweisen.
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Beispielsweise
vier Führungssäulen 65,
welche sich von der oberen Kupplungsplatte 19 in Bohrungen 67 der
Matrizenhalteplatte 23 erstrecken, dienen der Führung der
oberen Werkzeugaufnahmeeinheit 29 bei ihrer Bewegung relativ
zur unteren Werkzeugaufnahmeeinheit 25.
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2 zeigt
die Vorrichtung von 1 mit dem Werkzeug und dem eingesetzten
Werkstück 83. Das
gezeigte Werkzeug umfasst die Matrize 83, die oberen und
unteren Stempel 77, 78, 79; 80, 81, 82 und
den Mittelstift 85.
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Wie
Ausführungsformen
gemäss 3 und 4 zeigen,
kann für
die Positionierung der jeweiligen Werkzeugauflage in die Ausstossposition
ein Messystem 69, 70, 71 bzw. 69', 70', 71' vorgesehen werden,
in welchem Fall ein verstellbarer Anschlag für die Ausstossposition nicht
notwendig ist.
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Beim
Ausführungsbeispiel
von 4 ist ersichtlich, dass die jeweilige Werkzeugauflage 31', 32', 33' mit einer Kupplungsstange 73, 74, 75 verbunden
ist, die durch Verstellvorrichtungen, z.B. hydraulische Zylinder, 37', 38', 39', der Presse
verstellbar sind.
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Für den Fachmann
ist ersichtlich, dass verschiedene der in den 2 bis 4 gezeigten
Einzelheiten anders kombiniert werden können. So könnten beispielsweise auch bei
der Konstruktion von 2 die hydraulischen Zylinder 37', 38', 39' wie bei 4 bei
der Presse angeordnet werden.
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In 5 wird
der Kalibriervorgang mit einer Vorrichtung gemäss 1 und 2 dargestellt.
In die Vorrichtung ist ein Werkzeug eingesetzt worden, dessen untere
Hälfte
die Stempel 77, 78, 79 und die obere
Hälfte
die Stempel 80, 81, 82 aufweist. Ferner ist
ein Mittelstift 85 vorgesehen. Auch das Werkstück 83 ist
ersichtlich, welches die Form eines Rotationskörpers aufweist.
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Es
sind nun folgende Phasen des Kalibriervorgangs dargestellt:
- a) Alle Stempel befinden sich in Grundposition. Die
Matrizenhalteplatte 23 mit der Matrize 84 befindet
sich in der obersten Stellung, wobei der Spalt 63 ersichtlich
ist. Das zu kalibrierende Werkstück 83 ist
auf die Matrize 84 aufgelegt worden.
- b) Das obere Werkzeug bewegt sich nach unten und schiebt das
Werkstück 83 in
die Matrize 84.
- c) Das Werkzeug ist nun unter hohem Druck in Pressposition und
die schwimmende Matrizehalteplatte 23 ist auf den Anschlag 61 des
Kraftabstützungsorgan 59 zur
Auflage gelangt.
- d) Das obere Werkzeug wird nach oben gefahren und die Stempel 80, 82 ermöglichen
bei diesem Beispiel dem dazwischen liegenden Stempel 81 aus
der Nut des Werkstücks 83 herauszufahren.
- e) Das kalibrierte Werkstück 83 wird
aus der Matrize 84 ausgestossen. Sämtliche Stempel 77, 78, 79,
inklusive Mittelstift werden durch den hydraulischen Zylinder 43 nach
oben bewegt.
- f) Der Mittelstift 85 wird nach unten gezogen und der
innerste Stempel 77 stösst
bei diesem Beispiel das Werkstück
aus. Das kalibrierte Werkstück 83 ist
nun frei.
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Zusammenfassend
kann folgendes festgehalten werden:
Die Vorrichtung dient zum
Aufnehmen eines Werkzeugs zum Kalibrieren von Werkstücken 83,
vorzugsweise solchen, die in einem pulvermetallurgischen Verfahren
hergestellt wurden. Bei gezeigtem Beispiel besitzt das Werkzeug
die unteren Stempel 77, 78, 79 und die
oberen Stempel 80, 81, 82, welche auf
Werkzeugauflagen 31, 32, 33; 31', 32', 33' befestigt sind. Diese
sind individuell und auch gemeinsam entlang der Vorrichtungsachse 40 hin-
und herbewegbar. Ebenfalls hin- und herbewegbar ist die Werkzeugauflage 41,
an welcher bei Bedarf ein Mittelstift 85 befestigt ist.
Die Vorrichtung eignet sich besonders zum Kalibrieren von komplizierten
Werkstücken,
wie es beispielsweise das Werkstück 83 darstellt,
das die Form eines Rotationskörpers
aufweist.