Technologisches Gebiet
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der mechanischen
Metallbearbeitung und bezieht sich insbesondere auf das Verfahren zum
Herstellen von hohlen Schmiedlingen durch Radialschmieden von
massiven Rohlingen.
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Dieses Verfahren kann im Maschinenbau und in der Metallurgie
zum Herstellen von langen hohle Zwischenprodukten wie
Elektromotorwellen, Eisenbahnwagenachsen, Drehbankspindeln,
Drehmomentübertragungsspindeln verwendet werden; ebenfalls für
Rohrzwischenprodukte, die unter hohem Druck arbeiten,
beispielsweise in Anordnungen von chemischen und ölverarbeitenden
Installationen, sowie für Bohrlochrohre, Riegel, Rohrstutzen und
so weiter.
Stand der Technik
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Es ist ein Verfahren zum Schmieden von langen massiven
Rohlingen mit Hilfe einer Radialschmiedemaschine bekannt (siehe zum
Beispiel ein Werbeprospekt der Gesellschaft "GFM", Österreich,
"Präzisionsschmiedemaschinen". Copyright 76-09-08/2). Bei
diesem Verfahren wird der lange Ausgangsrohling mit rundem oder
polyedrischem Querschnitt zuerst erhitzt, dann in der
Einspannvorrichtung des Manipulators plaziert und anschliessend unter
gleichzeitiger Rotation in den Zwischenraum der
Schmiedewerkzeuge geführt. Der Rohling wird gleichzeitig durch vier
Kontaktoberflächen aus vier Richtungen mit einem maximalen
Deformierungsgrad von mehr als 10% geschmiedet, unter Verwendung von
vier Schmiedewerkzeugen, die sich radial gegeneinander und in
der Achse des Rohlings bewegen. In den Pausen zwischen den
Schmiedevorgängen, wenn die Schmiedewerkzeuge ihren Rücklauf
ausführen, wird der Rohling mit Hilfe eines Manipulators um
seine Längsachse gedreht und in axialer Richtung bewegt. Wenn
der nächste Arbeitsschritt ausgeführt wird, schmieden die
Schmiedewerkzeuge andere Teile des Rohlings und so weiter. Der
oben erwähnte Arbeitszyklus wird immer wieder wiederholt, damit
die ganze Länge des Rohlings geschmiedet wird, bis die
erforderlichen Grössen des Endquerschnittes erreicht sind. Um den
Abbau von Metall im axialen Bereich des Rohlings zu verhindern,
werden folgende Schmiedemerkmale (Deformierungsgrad und Form
der Schmiedewerkzeuge) gewählt: 25% wenn der Eingangswinkel 15º
ist, und 20,5% wenn der Eingangswinkel 5º ist. Das in Betracht
gezogene Verfahren zum Schmieden bietet eine Möglichkeit,
Schmiedlinge mit hochpräzisen Ausmassen, dichter Makrostruktur
des Metalls im axialen Bereich zu erhalten, und zwar unter
Verwendung in grossem Ausmass von Automation und Steuerung der
Deformierungsarten.
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Durch Radialschmieden eines massiven Ausgangsrohlings erhält
man einen langen massiven Schmiedling, und dies bedeutet, dass
es das oben erwähnte Verfahren nicht ermöglicht, einen hohlen
Schmiedling zu erhalten. Aus diesem Grund muss dieser massive
Schmiedling nachträglich maschinell bearbeitet werden
(Tiefbohrung), um ein axiales Loch usw. zu erhalten.
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Falls es trotzdem notwendig ist, ein langes hohles Produkt zu
erhalten, wird ein anderes technologisches Verfahren
angewendet: ein langer hohler Ausgangsrohling wird mit einem Dorn in
axialen Hohlraum (Kanal) des Rohlings oder ohne diesen
geschmiedet (siehe zum Beispiel ein Werbeprospekt der
Gesellschaft "GFM", Österreich, CNC-Präzisionsschmiedemaschinen für
die Massenproduktion von rotationssymmetrischen Teilen durch
Heissschmieden oder Kaltschmieden. Copyright 1987-03-16).
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In diesem Fall wird der Ausgangsrohling entweder durch
vorgängiges Bohren des Werkstücks oder durch dessen Walzen mit Hilfe
einer Mannesmann-Stopfenwalze oder durch vorgängiges
Durchdringen mit Hilfe von hydraulischen Pressen erhalten.
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Der Ausgangsrohling (erhitzt oder kalt) wird in der
Einspannvorrichtung des Manipulators plaziert, worauf der Dorn in den
axialen Kanal des Rohlings bewegt wird, und der gedrehte
Rohling wird zusammen mit dem Dorn in den Zwischenraum der
Schmiedewerkzeuge gebracht. Vier Schmiedewerkzeuge bewegen sich
radial gegeneinander und gegen die Rohlingachse und schmieden den
Rohling gleichzeitig mittels vier Kontaktoberflächen. Während
den Pausen zwischen den Schmiedevorgängen, wenn die
Schmiedewerkzeuge ihren Rücklauf ausführen, wird der Rohling mit Hilfe
eines Manipulators um seine Längsachse gedreht und in der
Längsrichtung bewegt. Beim Ausführen des nächsten
Arbeitsschritts schmieden die Schmiedewerkzeuge andere Teile des
Rohlings und so weiter. Der oben erwähnte Arbeitszyklus wird immer
wieder wiederholt, bis der Rohling auf die gewünschten Masse
geschmiedet ist. Das in Betracht gezogene Verfahren zum
Erhalten von hohlen Schmiedlingen durch Radialschmieden liefert
Produkte von hoher Präzision und mannigfaltigen Formen.
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Um jedoch mit diesem Verfahren ein langes hohles Produkt zu
erhalten, ist es notwendig, einen hohlen Ausgangsrohling zu
verwenden, der durch Walzen, Extrudieren oder maschinelle
Bearbeitung (zum Beispiel Bohren) erhalten wurde. In diesem Fall ist
es notwendig, eine teure Walz-, Extrudier- und
Bearbeitungsausrüstung zu verwenden. Die Herstellung von Schmiedlingen in
kleinen Mengen verunmöglicht es, die Vorteile der
Walzausrüstung, die durch hohe Produktivität aber kleiner Bereich an
Produktegrössen gekennzeichnet sind, vollkommen auszunützen.
Der Ausstoss einer Bearbeitungssausrüstung zum Bohren von
Löchern in den Ausgangsrohling ist viel niedriger als der
Ausstoss einer Schmiedevorrichtung, was zur Notwendigkeit führt,
ein beträchtliches Lager an teuren Werkzeugmaschinen zu
betreiben, wesentlichen Industrieraum zu belegen und zusätzliches
Kapital für Schneidewerkzeuge auszugeben. Daneben führt der
Bohrvorgang zu beträchtlichem Metallabfall in Form von Chips. Der
Preis des Ausgangsrohlings steigt, es erscheint eine
Abhängigkeit von der damit verbundenen Produktion ausserhalb der
Schmiedewerkstatt, in welcher die Radialschmiedemaschine
installiert ist. Kleine Produktemengen und deren stark
diversifizierten Sortimenteigenschaften der Schmiedeproduktion
verunmöglichen die Verwendung der Vorteile der Walzproduktion, die sich
durch einen hohen Ausstoss und einen kleinen Bereich an
Produktegrössen sowie einen grossen Bereich an Stahlarten
auszeichnet.
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Es ist noch ein Verfahren zum Schmieden eines langen hohlen
Rohlings mit Hilfe einer Radialschmiedemaschine bekannt (siehe
zum Beispiel einen Artikel "Längs und kontinuierlich
schmiedende Maschinen, Entwicklung und Anwendungsgebiet", H. Hojas,
Metals Technology, Dezember 1979). Der Ausgangsrohling mit
einem runden oder polyedrischen Querschnitt wird zuerst erhitzt,
dann in den Zwischenraum der Schmiedewerkzeuge geführt, ohne
dass er gedreht wird. Der Rohling wird im Zwischenraum der
Schmiedewerkzeuge geschmiedet, und zwar mit einem maximalen
Deformierungsgrad von mehr als 10%, abwechslungsweise zuerst mit
vier Schmiedewerkzeugen, die sich gleichzeitig radial und in
der Achse des Rohlings bewegen, und anschliessend, während dem
Rücklauf dieser vier Schmiedewerkzeuge, wird der Rohling mit
einem Deformierungsgrad von mehr als 10% mit den nächsten vier
Schmiedewerkzeugen geschmiedet, die sich gleichzeitig radial
und in der Achse des Rohlings bewegen. Wenn die
Schmiedewerkzeuge ihren Rücklauf ausführen, wird der Rohling mit Hilfe von
Rollen in der axialen Richtung bewegt. Der oben erwähnte
Arbeitszyklus wird immer wieder wiederholt, bis der Rohling auf
die erforderlichen Grössen des Endquerschnitts reduziert ist.
Aufgrund des Radialschmiedens des Ausgangsrohlings nach dem
oben erwähnten Verfahren wird ein langer massiver Schmiedling
erhalten, das heisst, dass es das erwähnte Verfahren ebenfalls
nicht ermöglicht, einen hohlen Schmiedling herzustellen. Daraus
ergeben sich alle Komplikationen, die mit dem nachträglichen
Bohren von langen massiven Schmiedlingen usw. in Beziehung
stehen.
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Nach einem anderen Verfahren zum Schmieden eines langen
massiven Rohlings mit Hilfe einer Radialschmiedemaschine (siehe zum
Beispiel ein Werbeprospekt der Gesellschaft "Andritz",
Österreich,
"Hydraulische Schmiedemaschine", Typ SMA, Gratz-Andritz,
Österreich. A 017101 2000d-84) wird der Ausgangsrohling mit
rundem oder polyedrischem Querschnitt zuerst erhitzt, dann
unter gleichzeitigem Drehen in der Einspannvorrichtung des
Manipulators plaziert und in den Zwischenraum der Schmiedewerkzeuge
gebracht. Zwei Schmiedewerkzeuge, die sich gegeneinander
bewegen, schmieden den Rohling in radialer Richtung. Zwischen den
Pausen während den Schmiedevorgängen, wenn die
Schmiedewerkzeuge ihren Rücklauf ausführen, wird der Rohling um seine
Längsachse gedreht und mit Hilfe des Manipulators in der
Längsrichtung bewegt. Während dem nächsten Arbeitsschritt schmieden
die Schmiedewerkzeuge andere Teile des Rohlings und so weiter.
Der oben erwähnte Arbeitszyklus wird immer wieder wiederholt,
bis der Rohling in der Längsrichtung auf die gewünschten
Grössen des Endquerschnitt geschmiedet ist. Die Konfiguration
der Schmiedewerkzeuge zum Herstellen von Schmiedlingen mit
rundem Querschnitt ist radiusförmig oder V-förmig gewählt.
Aufgrund des Radialschmiedens des Ausgangsrohlings erhält man
durch dieses Verfahren jedoch einen langen massiven
Schmiedling, das heisst, dass es das erwähnte Verfahren auch nicht
ermöglicht, einen hohlen Rohling herzustellen.
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Schliesslich offenbart die SU-A-715195 ein Verfahren zum
Herstellen eines hohlen Schmiedlings aus einem massiven Rohling.
Dieses Verfahren zieht die Verwendung eines zentralen
Durchbohrwerkzeugs mitein.
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Somit ermöglicht keines der bekannten Radialschmiedeverfahren,
durch den Vorgang des Radialschmiedens direkt lange hohle
Schmiedlinge zu erhalten.
Beschreibung der Erfindung
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Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren zum Herstellen von langen
hohlen Schmiedlingen durch Radialschmieden von massiven
Rohlingen zur Verfügung zu stellen.
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Dies wird durch das Verfahren von Anspruch 1 gelöst.
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Es liefert eine Möglichkeit, beim Vorgang des Radialschmiedens
von massiven Rohlingen lange hohle Schmiedlinge zu erhalten.
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Nach dem Bewegen des Rohlings in der axialen Richtung ist es
möglich, diesen zuerst zu schmieden, dann zu wenden und
wiederum zu schmieden, und ihn in der axialen Richtung
zurückzubewegen.
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Es gewährleistet, dass beim Vorgang des Radialschmiedens nur
teilweise in der Längsrichtung eine Kammer im axialen Bereich
erhalten wird. Es ist bei der Verwendung eines einfachen nicht
teuren Manipulators nützlich.
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Wenn es mehrere Schmiedewerkzeugpaare gibt, welche den
Arbeitsbereich bilden, kann das Schmieden des Rohlings
zweckmässigerweise alternierend mit jedem Schmiedewerkzeugpaar ausgeführt
werden.
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Diese Technik ermöglicht es, beim Ausführen aller erwähnten
Vorgänge die Produktivität zu steigern.
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Es ist ratsam, das Drehen und/oder das Bewegen des Rohlings in
seiner axialen Richtung nach alternierenden Schmiedevorgängen
mit allen Schmiedewerkzeugpaaren auszuführen.
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Diese Technik entlastet die Manipulatoranordnungen von der
Belastung, die durch Drehkraftmomente entstehen, und senkt die
Drehgeschwindigkeit der Einspannvorrichtung.
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Wenn die Rohlinge aus Materialien mit hoher Festigkeit, wie zum
Beispiel Stahl, geschmiedet werden, ist es zweckmässig, den
Rohling zuerst auf die Schmiedetemperatur zwischen den
Grenzwerten 0,65 und 0,80 des Materialschmelzpunktes auf der Kelvin-
Skala zu erhitzen.
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Dies ermöglicht es, die erforderliche Schmiedekraft zu senken
und die Arbeitsbedingungen für die Schmiedewerkzeuge zu
verbessern.
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Es ist ratsam, die Oberfläche des erhitzten Rohlings auf die
Temperatur zwischen den Grenzwerten 0,50-0,55 des
Materialschmelzpunktes auf der Kelvin-Skala abzukühlen.
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Diese Technik ermöglicht es, das Öffnen der axialen Kammer
während dem Schmieden von massiven Rohlingen zu intensivieren.
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Weiter unten werden spezielle Beispiele des zu patentierenden
Verfahrens gegeben, wobei deren Ausführung mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen erklärt wird, in denen:
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Figur 1 die Anfangsposition des massiven zylindrischen Rohlings
in den Schmiedewerkzeugen (Seitenansicht) in Übereinstimmung
mit der Erfindung schematisch darstellt;
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Figur 2 das gleiche (aber in einer Endansicht) in
Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt;
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Figur 3 auf schematische Art den Querschnitt des massiven
zylindrischen Rohlings nach dem ersten einzelnen Schmieden in
Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt;
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Figur 4 auf schematische Art die Position des massiven Rohlings
vor dem nächsten Schmieden (Seitenansicht) in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigt;
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Figur 5 die Position des zylindrischen Rohlings vor dem zweiten
Schmieden (Endansicht) in Übereinstimmung mit der Erfindung
zeigt;
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Figur 6 auf schematische Art den Rohling nach dem zweiten
Schmieden mit der im axialen Bereich (Endansicht) des Rohlings
gebildeten Kammer in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt;
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Figur 7 auf schematische Art den Rohling zeigt, nach dem er um
seine gesamte Peripherie geschmiedet worden ist, sowie die im
Rohling gebildete axiale Kammer (Endansicht) in Übereinstimmung
mit der Erfindung;
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Figur 8 die Position des Verformungsbereichs und der normalen
horizontalen Belastungsverteilung im Querschnitt des Rohlings
zeigt, wenn der Rohling in Übereinstimmung mit der Erfindung
mit einem Deformierungsgrad von weniger als 3% geschmiedet
wird;
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Figur 9 das gleiche zeigt, wenn der Rohling in Übereinstimmung
mit der Erfindung mit einem Deformierungsgrad von mehr als 3%
aber weniger als 8% geschmiedet wird;
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Figur 10 das gleiche , wenn der Rohling in Übereinstimmung mit
der Erfindung mit einem Deformierungsgrad von mehr als 8%
geschmiedet wird;
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Figur 11 auf schematische Art die Position des Rohlings
(Seitenansicht) nach dem Bewegen in der axialen Richtung zeigt,
sowie den Teil der Länge des Rohlings, an dem in
Übereinstimmung mit der Erfindung die axiale Kammer hergestellt werden
soll;
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Figur 12 auf schematische Art die Position des polyedrischen
Rohlings und seinen Rand in Bezug auf die Schmiedewerkzeuge vor
dem Schmieden zeigt;
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Figur 13 das gleiche, aber nach dem Schmieden in
Übereinstimmung mit der Erfindung;
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Figur 14 auf schematische Art die Position des polyedrischen
Rohlings (Seitenansicht) zeigt, nachdem er in Übereinstimmung
mit der Erfindung vor dem zweiten Schmieden um die Längsachse
gedreht worden ist.
Beschreibung der besten Ausführungsart der Erfindung
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Das zu patentierende Verfahren zum Herstellen von hohlen
Rohlingen durch Radialschmieden von massiven Rohlingen wird wie im
folgenden beschrieben ausgeführt.
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Ein massiver Ausgangsrohling (Figur 1) mit beispielsweise
rundem Querschnitt wird in der Einspannvorrichtung 2 des
Manipulators plaziert und dann in den Arbeitsbereich zwischen den
Schmiedwerkzeugen 3 geführt. Die Mantellinie AA der
zylindrischen Oberfläche des massiven Rohlings 1 ist entlang der
Längsachse CC der Arbeitsoberfläche des Schmiedewerkzeugs 3
ausgerichtet, und der Rohling wird mit Hilfe eines
Schmiedewerkzeugpaars 3 in radialer Richtung geschmiedet, und zwar zuerst in
der Richtung des Pfeils D (Achse d-d, Figur 1 und Figur 2) mit
einen Deformierungsgrad ε der aktuellen Querschnittgrösse E des
Rohlings 1. Durch das Schmieden werden auf dem Rohling 1
Kontaktbereichelemente 4 (Figur 3) gebildet mit einer Breite F&sub1;,
die einen Wert Θ (Θ=F&sub1;/E) der oben erwähnten Querschnittgrösse
E des Rohlings 1 darstellt. Wenn die Schmiedewerkzeuge 3 ihren
Rücklauf in der Richtung D' (Figur 4) ausführen, wird der
Rohling 1 in der Richtung des Pfeils G um seine Längsachse 00
gedreht und anschliessend mit dem gleichen Deformierungsgrad ε in
einer anderen radialen Richtung (entlang der Achse h-h, Figur
5) geschmiedet, wodurch auf dem Rohling 1 neue
Kontaktbereichelemente 4 mit einer Breite F&sub2; gebildet werden, die einen Wert
Θ (Θ=F&sub2;/E) der aktuellen Querschnittgrösse E des Rohlings 1
darstellt, wobei F&sub1;=F&sub2; ist. Während dies geschieht, beginnt
sich im axialen Bereich des Rohlings 1 eine Kammer 5 zu öffnen
(Figur 6). Die Bildung der Kammer 5 wird durch das
Vorhandensein einer Zugspannung in der axialen Richtung des Rohlings 1
verursacht, die über die Zugfestigkeit des Rohlingmaterials
hinausgeht.
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Der oben erwähnte Arbeitszyklus wird immer wieder wiederholt,
bis der Rohling 1 über seine gesamte Peripherie geschmiedet
ist, wodurch die Querschnittgrösse einen Wert E' (Figur 7) und
die axiale Kammer 5 dementsprechend eine Grösse J' annimmt. Die
Grösse E' wird der Anfangswert zum Bestimmen des
Deformierungsgrades, wenn der oben erwähnte Arbeitszyklus für eine
anschliessende Vergrösserung der Kammer 5 wiederholt wird. Die
beschriebenen Vorgänge können zum Beispiel nur am Teil M (Figur
4) des Rohlings 1, an dem eine axiale Kammer benötigt wird,
ausgeführt werden.
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Der Deformierungsgrad ε wird innerhalb von 3-8% der aktuellen
Querschnittgrösse E des Rohlings 1 bestimmt. Durch solches
Schmieden liegt die Breite des Kontaktbereichelements innerhalb
0,121-0,124 der oben erwähnten aktuellen Querschnittgrösse E
des Rohlings 1. Hier stammt die untere Grenze des
Deformierungsgrads ε&sub1;=3% (mit dem Resultat, dass die Breite F¹ des
Kontaktbereichelements 4 Θ=0,121E darstellt) von der Tatsache,
dass sich bei tieferem Deformierungsgrad die plastische
Deformierung im Oberflächenbereich 6 (Figur 8) des Rohlings 1
befindet und nicht den axialen Bereich erreicht, in dem die
Zugspannungen den elastischen Grenzwert des Materials des Rohlings 1
übersteigen.
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Bei einem Deformierungsgrad ε> 3% erreicht die plastische
Deformierung den axialen Bereich des Rohlings 1 (Figur 9), wobei die
Breite F² des Kontaktbereichelements 4 Θ&sub2;> 0,121E darstellt,
wobei bei diesem Grössenverhältnis im axialen Bereich des
Rohlings 1 Zugspannungen wirken, die über die Zugfestigkeit des
Materials des Rohlings 1 hinausgehen und damit zum Abtragen des
Metalls führen.
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Die obere Grenze des Deformierungsgrades ε&sub3;=8% (mit dem
Resultat, dass die Breite F³ (Figur 10) des Kontaktbereichelements 4
Θ&sub3;=0,124E darstellt) stammt von der Tatsache, dass, obwohl die
plastische Deformierung den axialen Bereich erreicht, bei
diesem Grössenverhältnis die Zugspannungen im axialen Bereich
des Rohlings 1 nicht existieren und keine Metallabtragung
stattfindet.
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Während dem Schmieden des Rohlings 1, wenn die
Kontaktbereichelemente mit der Breite F grösser als 0,121E und kleiner
als 0,124E sind, findet ein Abtragen der inneren Schichten des
Materials des Rohlings 1 statt, sowie ein Anwachsen der axialen
Kammer, indem der restliche Teil der Dicke des Rohlings 1
kontinuierlich zugeführt wird.
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Wenn die Schmiedewerkzeuge 3 (Figur 11) ihren Rücklauf in der
Richtung des Pfeils D' ausführen, kann der Rohling 1 in der
Richtung des Pfeils K um die Achse 00 gedreht werden und
anschliessend in einer anderen radialen Richtung (entlang der
Achse 1-1, Figur 3) geschmiedet werden. Die erwähnten Vorgänge
werden immer wieder wiederholt. Nachdem am Teil M der Länge des
Rohlings 1, in dem eine axiale Kammer erforderlich ist,
Schmiedevorgänge vorgenommen wurden, wird der Rohling in der Richtung
des Pfeils G um seine Längsachse 00 gedreht und der oben
erwähnte Arbeitszyklus wird wiederum wiederholt.
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Wenn die Schmiedewerkzeuge 3 ihren Rücklauf in der Richtung des
Pfeils D' ausführen (Figur 4), kann der Rohling 1 in der
Richtung des Pfeils G um seine Längsachse 00 gedreht und entlang
der Achse in der Richtung des Pfeils K (Figur 11) bewegt
werden, um dann in einer anderen radialen Richtung (entlang der
Achse h-h, Figur 5, oder entlang der Achse 1-1, Figur 3)
geschmiedet zu werden.
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Die erwähnten Vorgänge werden wiederholt, bis der Rohling 1 um
seine gesamte Peripherie geschmiedet ist.
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Der massive Ausgangsrohling 1 kann einen polyedrischen
Querschnitt aufweisen, zum Beispiel ein Quadrat (Figur 12).
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In diesem Fall ist der Rand B&sub1;B&sub1; (Figur 12) des polyedrischen
Rohlings 1 entlang der Längsachse CC der Arbeitsoberfläche des
Schmiedewerkzeugs 3 ausgerichtet und wird mit einem Paar
Schmiedewerkzeuge 3 in der radialen Richtung des Pfeils D
geschmiedet, und zwar mit einem Deformierungsgrad ε der aktuellen
Querschnittgrösse E des Rohlings 1. Durch das Schmieden werden
auf dem Rohling 1 (Figur 14) Kontaktbereichelemente 4 mit der
Breite F&sub1; gebildet, die einen Wert Θ (0,121< Θ< 0,124)
der oben
erwähnten aktuellen Querschnittgrösse E des Rohlings 1
darstellt (Figur 13).
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Wenn die Schmiedewerkzeuge 3 ihren Rücklauf in der Richtung des
Pfeils D' (Figur 14) ausführen, kann der Rohling 1 in der
Richtung des Pfeils G um seine Längsachse 00 gedreht und mit seinem
anstossenden Rand B&sub2;B&sub2;, der während dem vorhergehenden Schritt
der Schmiedewerkzeuge (Figur 12 und Figur 14) nicht geschmiedet
wurde, entlang der Längsrichtung CC der Arbeitsoberfläche des
Schmiedewerkzeugs 3 ausgerichtet und dann mit einem
Deformierungsgrad ε in einer anderen radialen Richtung (entlang der
Achse 1-1, siehe Figur 12) geschmiedet werden, wodurch auf dem
Rohling 1 neue Kontaktbereichelemente mit der Breite F&sub2;
gebildet werden, die einen Wert Θ (0,121< Θ< 0,124) der
Querschnittgrösse E des Rohlings 1 darstellt. Während dies stattfindet,
beginnt sich im axialen Bereich des Rohlings 1 eine Kammer 5 zu
bilden (für den Fall eines polyedrischen Rohlings 1 ist die
Kammer nicht dargestellt).
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Der oben erwähnte Arbeitszyklus wird immer wieder wiederholt,
bis der Rohling 1 um seine gesamte Peripherie geschmiedet ist,
wodurch sein Querschnitt eine Grösse E' und seine axiale Kammer
5 dementsprechend eine Grösse J' annimmt.
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Obwohl das beanspruchte Verfahren durch das Schmieden eines
Rohlings mit quadratischem Querschnitt beispielhaft beschrieben
wurde, ist es selbstverständlich, das die gleiche
Arbeitssequenz dazu verwendet werden kann, um Ausgangsrohlinge zu
schmieden, die mehr Ränder aufweisen, wobei ebenfalls eine
axiale Kammer in einem Rohling erhalten wird.
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Wenn die Schmiedewerkzeuge 3 ihren Rücklauf in der Richtung des
Pfeils D' ausführen, kann der Rohling 1 in der Richtung des
Pfeils K (Figur 11) entlang der Achse 00 gedreht und
anschliessend in einer anderen radialen Richtung (entlang der
Achse 1-1, Figur 12) geschmiedet werden. Der oben beschriebene
Arbeitszyklus wird immer wieder wiederholt.
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Nachdem am Teil M (Figur 11) der Länge des Rohlings 1, an dem
eine axiale Kammer erforderlich ist, Schmiedevorgänge
vorgenommen wurden, kann der Rohling in der Richtung des Pfeils G um
seine Längsachse 00 gedreht werden und mit seinem anstossenden
Rand B&sub2;B&sub2; (Figur 12 und Figur 13), der während dem
vorhergehenden Schmiedeschritt nicht geschmiedet wurde, entlang der
Längsachse
CC der Arbeitsoberfläche des Schmiedewerkzeugs 3 (Figur
14) ausgerichtet werden, und der angedeutete Arbeitszyklus kann
wiederholt werden.
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Wenn die Schmiedewerkzeuge 3 ihren Rücklauf in der Richtung des
Pfeils D' ausführen, kann der Rohling in der Richtung des
Pfeils G um seine Längsachse 00 gedreht werden, und mit seinem
anstossenden Rand B&sub2;B&sub2;, der während dem vorhergehenden Schritt
der Schmiedewerkzeuge nicht geschmiedet wurde, entlang der
Längsachse 00 der Arbeitsoberfläche des Schmiedewerkzeugs 3
ausgerichtet und in der Richtung des Pfeils K (siehe Figur 11)
entlang der Achse 00 bewegt und dann in einer anderen radialen
Richtung (entlang der Achse 1-1, Figur 12) geschmiedet werden.
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Nach dem zu patentierendem Verfahren ist es ebenfalls möglich,
den Rohling 1 in der Richtung des Pfeils K (Figur 11) entlang
der Achse 00 zu bewegen, ihn dann in der Richtung des Pfeils G
um seine Längsachse 00 zu drehen, ihn nochmals zu schmieden und
ihn wiederum entlang der Achse 00 zurückzubewegen. Es ist
zweckmässig, einen solchen Arbeitsschritt zu verwenden, wenn
nicht teure und einfache Manipulatoren verwendet werden.
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Wenn mehrere Paare Schmiedewerkzeuge 3 zur Verfügung stehen,
ist es zweckmässig, den Rohling 1 abwechslungsweise mit jedem
Paar Schmiedewerkzeuge 3 zu schmieden. Diese Technik ermöglicht
es, den Produktionsausstoss zu erhöhen und gleichzeitig alle
erwähnten Arbeitzyklen am Rohling 1 auszuführen.
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Wenn der Rohling 1 mit mehreren Paaren Schmiedewerkzeugen 3
geschmiedet wird, ist es möglich, den Rohling in der Richtung des
Pfeils G um seine Längsachse 00 zu drehen und/oder ihn in der
Richtung des Pfeils K entlang der Achse 00 zu bewegen, nachdem
mit allen zur Verfügung stehenden Schmiedewerkzeugen 3
alternierende Schmiedevorgänge ausgeführt wurden. Diese Technik
entlastet die Manipulatoranordnung von der Belastung, die durch
die Drehkraftmomente erzeugt wird und senkt die
Drehgeschwindigkeit ihrer Einspannvorrichtung.
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Wenn mit dem zu patentierenden Verfahren lange hohle Rohlinge
verarbeitet werden, ist es möglich, den folgenden Arbeitszyklus
(Bewegen des Rohlings 1 entlang der Achse 00, Schmieden, Drehen
um seine Längsachse 00, nächstes Schmieden und nächstes Bewegen
um seine Achse 00) teils vom anfänglich geschmiedeten Teil bis
über die gesamte Länge des Rohlings 1 auszuführen. Diese
Technik
ermöglicht es, eine axiale Kammer zu erhalten, die sich
nicht über die ganze Länge des Schmiedlings sondern nur
demjenigen Teil entlang erstreckt, in dem die Kammer erforderlich
ist.
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Wenn Rohlinge aus Materialien mit hoher Festigkeit geschmiedet
werden, zum Beispiel Stahl, ist es zweckmässig, den Rohling 1
zuerst auf den Schmiedetemperaturbereich zu erhitzen. Für
unterschiedliche Eisenlegierungen beträgt dieser
Temperaturbereich ungefähr 0,65 bis 0,80 des Schmelzpunktes des
Rohlingmaterials auf der Kelvin-Skala. Die Rohlinge sollten wegen dem
grossen Widerstand des Rohlingmaterials in Bezug auf die
Deformierung weder über- noch unterhitzt werden.
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Wenn ein heisser Rohling geschmiedet wird ist es möglich, seine
Oberfläche unmittelbar vor dem Schmieden auf die Temperatur von
ungefähr 0,5 bis 0,55 der Schmelzpunktes des Rohlingmaterials
auf der Kelvin-Skala abzukühlen. Diese Technik ermöglicht, das
Öffnen der axialen Kammer während dem Vorgang des Schmiedens
des massiven Rohlings zu beschleunigen. Es macht wenig Sinn,
den Rohling auf wesentlich tiefere Temperaturen abzukühlen, da
die Möglichkeit einer Verschlechterung der Plastizität des
Rohlingmaterials besteht; dasselbe gilt für eine schwache
Abkühlung des Rohlings, da ein geringer Unterschied in den
Materialfestigkeitseigenschaften besteht zwischen der Oberfläche und
dem axialen Bereich des Rohlings.
Beispiel 1
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Ein zylindrischer massiver Stahlrohling mit E=80 mm Durchmesser
und einem Inhalt von 0,45% C wurde auf 1220 C erhitzt, in der
Einspannvorrichtung des Manipulators einer herkömmlichen
Schmiedemaschine plaziert, in den Arbeitsraum zwischen flache
Schmiedewerkzeuge geführt und 4 mm abwärts geschmiedet (was
einem Deformierungsgrad von ε=5% entspricht). Dadurch wurden auf
dem Rohling zwei flache Kontaktbereichelemente mit je einer
Breite von F=9,8 mm (Θ=F/E=0,123) gebildet. Indem der Rohling
nach jedem Schmiedevorgang um seine Längsachse gedreht wurde,
führte der Arbeitszyklus zu einem Rohling, der um seinen
gesamten Peripheriequerschnitt geschmiedet war. Somit wurde ein
polyedrischer Schmiedling mit einer Querschnittendgrösse von 76
mm (gemessen zwischen zwei einander gegenüberliegenden flachen
Teilen des Querschnitts) erhalten sowie eine Kammer im
Axialbereich des geschmiedeten Teils (mit einem mittleren Durchmesser
von 12 mm).
Beispiel 2
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Ein ähnlicher heisser zylindrischer Rohling wurde in den
Arbeitsraum der Schmiedewerkzeuge geführt und 2 mm abwärts
geschmiedet (was einem Deformierungsgrad von ε=2,5% entspricht).
Dadurch wurden auf der Oberfläche des Rohlings zwei flache
Kontaktbereichelemente mit je einer Breite von F=9,6 mm
(Θ=F/E=0,120) gebildet. Der Schmiedevorgang wurde wiederholt,
indem der Rohling nach jedem Schmieden um seine Längsachse
gedreht wurde. Der Arbeitszyklus wurde mit einem um seine gesamte
Querschnittperipherie geschmiedeten Rohling abgeschlossen.
Dadurch wurde ein polyedrischer Schmiedling mit einem
Endquerschnitt von 77,6 mm (gemessen zwischen zwei einander
gegenüberliegenden flachen Teilen des Querschnitts) erhalten. Die
Kontinuität des Rohlingmaterials im axialen Bereich wurde
aufrechterhalten, das heisst es entstanden keine Löcher.
Beispiel 3
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Ein ähnlicher zylindrischer Rohling, der auf die gleiche
Temperatur wie im vorhergehenden Fall erhitzt wurde, wurde in den
Arbeitsraum von flachen Schmiedewerkzeugen geführt und 7,2 mm
abwärts geschmiedet (was einem Deformierungsgrad von ε=9%
entspricht). Dadurch wurden auf der Oberfläche des Rohlings zwei
flache Kontaktbereichelemente mit je einer Breite von F= 10,0
mm (Θ=F/E=0,125) gebildet. Indem der Rohling nach jedem
Schmieden um seine Längsachse gedreht wurde, entstand ein um
seine gesamte Querschnittperipherie geschmiedeter Rohling. Auf
diese Weise wurde ein polyedrischer Schmiedling mit einer
Endquerschnittgrösse von 72,8 mm erhalten (gemessen zwischen zwei
einander gegenüberliegenden flachen Teilen des Querschnitts).
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Die Kontinuität des Rohlingmaterials im axialen Bereich wurde
aufrechterhalten, das heisst es entstanden keine Löcher.
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Das beanspruchte Verfahren zum Erhalten von hohlen
Schmiedlingen durch Radialschmieden von massiven Rohlingen ermöglicht
somit, lange hohle Schmiedlinge mit einem Deformierungsgrad von
8%> ε> 3% zu erhalten, wobei demzufolge die Breite des
Kontaktbereichelements innerhalb von 0,121-0,124 der aktuellen
Querschnittgrösse des Rohlings liegt. Dadürch ist es zum ersten Mal
möglich, einen axialen Kanal sowohl über die gesamte Länge des
Rohlings als auch über einen bestimmten Teil davon zu erhalten,
sowie eine blinde axiale Kammer ohne Ausgänge zu beiden Enden
des Schmiedlings.
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Die Verwendung des beanspruchten Verfahrens zum Erhalten von
hohlen Schmiedlingen durch Radialschmieden von massiven
Rohlingen ermöglicht es, das Tiefbohren von Schmiedlingen zu
eliminieren, das heutzutage bei der Herstellung von langen hohlen
Produkten verwendet wird. Dadurch ist keine zusätzliche
Werkstatt mit Präzisionsmaschinenwerkzeugen und es sind keine
gelernten Arbeitskräfte mehr nötig. Ausserdem ermöglicht die
Anwendung des beanspruchten Verfahrens, durch die Eliminierung
des zeitraubenden Tiefbohrvorgangs bis zu 60-80% an in Chips
verschwendetes Abfallmaterial zu sparen.
Industrielle Anwendung
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Das beanspruchte Verfahren zum Herstellen von hohlen
Schmiedlingen garantiert eine wesentliche Sortimenterweiterung von
Produkten, die durch Radialschmieden hergestellt werden.
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Es ist ziemlich klar, dass die Herstellung von hohlen
Schmiedlingen durch Radialschmieden von massiven Rohlingen billiger
ist als die Verwendung von hohlen Rohlingzwischenprodukten, die
beispielsweise durch Walzen und Durchbohren erhalten werden.
Zusätzlich zur Steigerung der Produktionsrate weist das neue
Verfahren, verglichen mit der maschinellen Bearbeitung
(Tiefbohren von massiven Zwischenrohlingen), einen weiteren
Vorteil auf, namentlich eine qualitativ hochstehende
Deformierung der Gusseisenstruktur durch die Schmiedlingswand. Dadurch
werden die mechanischen Eigenschaften des Produkts wesentlich
verbessert. So ist es zum Beispiel möglich, eine approximative
Parität von Werten für die Metallfestigkeit in der Längs- und
Querrichtung des Produkts zu erreichen, was mit Hilfe von
anderen bekannten Verfahren nicht möglich ist: weder durch das
Bohren von massiven Schmiedlingen noch durch das Dornschmieden von
vorgängig gebohrten Rohlingen.