DE69936007T2

DE69936007T2 - Schmiedegesenk mit verbesserter Rückseite

Info

Publication number: DE69936007T2
Application number: DE69936007T
Authority: DE
Inventors: Ronald R. Biederman; Stephen R. Crosby; Thomas Trevor Baltimore Bludis; Kyle J. Eppley; Lawrence George Buganto; Antoni Von Felkerzam; Charles P. Gure; Robert Scott Simmons; Timothy T. Mckenzie; Paul Andrew Stone; Gregory H. Selke; Jeffrey W. Tartamella; Rickey James Thomas; Ioannis Voskasis; Charles T. Wetherington
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: ES2223158T3; EP1419833B1; EP1419833A3; CN1515374A; CN1265949A; DE69919825T2; CA2292089C; HK1030572A1; CN1323786C; US20040194528A1; ATE275014T1; EP1759786A3; EP1013359B1; EP1419833A2; EP1759786A2; US6739171B2; DK1419833T3; DE69919825D1; EP1013359A3; CA2292089A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Schmiedegesenk gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Solche Gesenke werden zum Formen von Teilen einer vorbestimmten Form, wie zum Beispiel von Bohrern, und insbesondere von Schaufelbohrern, aus einem zusammenhängenden Rohmaterial verwendet.
Täglich werden unzählige Metall- und Kunststoffteile mit einer Vielzahl von vorbestimmten Formen, beispielsweise durch einen Schmiedeprozess, hergestellt, bei dem eine permanente Änderung der Form des Teils erfolgt. Diese Teile werden oft in großen Mengen hergestellt und in vielen verschiedenen Anwendungen benutzt. So wird zum Beispiel an jedem Tag in massenhaften Mengen eine Anzahl von Werkzeugen hergestellt, wie zum Beispiel Bohrer, Schraubendreher, Zapfenfräser, Schlagbohrmeißel und Sägeblätter für Stichsägen und Sägen mit hin- und hergehender Bewegung. Gleichermaßen werden auch an jedem Tag Befestigungselemente, Drehschlagschraubereinsätze, Rund- und Kugelspitzenmeißel, Zahnräder, Wellen, Ausgleichsträger und Betätigungsstangen in großen Mengen hergestellt.
Daher wurde eine Anzahl von Fertigungsprozessen entwickelt, um Teile vorbestimmter Form in großer Anzahl herzustellen. Diese Fertigungsprozesse schließen allgemein eine Anzahl von unabhängigen Arbeitsgängen oder Schritten ein, die in einer vorbestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, um Teile der gewünschten Form herzustellen. So umfassen zum Beispiel typische Prozesse für das Herstellen von Metallteilen allgemein Schmiedearbeitsgänge, Entgratungsarbeitsgänge, Wärmebehandlungsarbeitsgänge und Schleif- oder andere Endbearbeitungs-Arbeitsgänge.
Diese Fertigungsprozesse sind normalerweise so ausgestaltet, dass sie eine Anzahl von einzelnen Werkstücken in jeweilige Teile vorbestimmter Form umzuformen. Somit schließen diese herkömmlichen Herstellungsprozesse allgemein einen anfänglichen Schritt des Bereitstellens einer Anzahl von einzelnen Werkstücken der gewünschten Größe und Länge ein. So kann zum Beispiel ein Metalldraht oder eine Metallstange vor dem Beginn des eigentlichen Herstellungsprozesses in eine Anzahl von einzelnen Stücken zugeschnitten werden. Danach werden mehrere einzelne Werkstücke individuell bearbeitet, um mehrere Teile vorbestimmter Form zu erzeugen.
Infolge dessen muss jedes einzelne Teil allgemein nach jedem Arbeitsgang dieser herkömmlichen Herstellungsprozesse eingesammelt werden, so dass das Teil zu der nächsten Stufe oder zu dem nächsten Arbeitsgang des Herstellungsprozesses transportiert werden kann. Weiterhin muss, da diese Teile während jedes Arbeitsgangs allgemein in einer vorbestimmten Art und Weise dieser Herstellungsprozesse ausgerichtet werden müssen, jedes Teil allgemein individuell vor jeder nächsten Stufe des Herstellungsprozesses ausgerichtet werden. Somit erfordern diese herkömmlichen Herstellungsprozesse, obwohl die Teile im Allgemeinen gesammelt und in Losen zwischen den Stufen dieser Herstellungsprozesse transportiert werden, allgemein eine umfangreiche Handhabung der Teile, um sie zu sammeln, zu transportieren und sie zwischen jeder Stufe dieser Herstellungsprozesse korrekt auszurichten. Diese herkömmlichen Herstellungsprozesse erfordern weiterhin normalerweise zu jeder Zeit eine relativ große Anzahl von im Prozess befindlichen Teilen, da sie in Losen bearbeitet werden. Wie offensichtlich ist, verringern die Zeit und der Arbeitsaufwand, die erforderlich sind, um die Teile während dieser herkömmlichen Herstellungsprozesse zu sammeln, zu transportieren und korrekt auszurichten, die Effektivität, mit der sie gefertigt werden, und dementsprechend steigen die Kosten der fertiggestellten Teile an.
Die Unwirtschaftlichkeit, die durch das Handhaben und Bearbeiten mehrerer Teile erzeugt wird und die erhöhten Kosten des Haltens einer relativ großen Anzahl von teilweise geformten Teilen im Prozess sind insbesondere für solche Herstellungsprozesse von Bedeutung, die dazu ausgestaltet sind, jeden Tag eine große Anzahl von Teilen, wie zehntausende, wenn nicht sogar hunderttausende von Teilen zu produzieren. So produzieren zum Beispiel herkömmliche Herstellungsprozesse, die Metallteile, wie Bohrer, Fräser, Befestigungselemente, Schlagbohrmeißel, Sägeblätter für Dekupiersägen und Sägen mit hin- und hergehender Bewegung, Schlagschrauberdreheinsätze, Rund- und Kugelspitzenmeißel, Zahnräder, Wellen, Schraubendreher, Ausgleichsträger und Betätigungsstangen herstellen, allgemein Teile in Mengen bis zu Tausenden oder mehr pro Tag.
Um die ihnen eigene Unwirtschaftlichkeit dieser herkömmlichen Herstellungsprozesse aufzuzeigen, die individuell eine große Anzahl von einzelnen Teilen bearbeiten, wird nachfolgend hierin der Herstellungsprozess beschrieben, der angewendet wird, um Bohrer vom Schaufeltyp zu formen (hierin nachfolgend als "Schaufelbohrer" bezeichnet). Schaufelbohrer werden normalerweise durch einen Warmschmiedeprozess geformt. Gemäß diesem Prozess wird ein aufgespultes Draht-Rohmaterial mit vorgegebenen Durchmesser in Stücke geschnitten, von denen jedes etwa die Länge eines einzelnen Schaufelbohrers aufweist. Jedes Stück wird dann gestaucht, um einen Bereich von Material mit vergrößertem Durchmesser am ersten Ende des Segments zu formen, d.h. einen Materialwulst mit einem vergrößerten Durchmesser über eine kürzere Länge am ersten Ende. Entweder während dieses anfänglichen Erwärmungsprozesses oder nach dem nachfolgenden weiteren Erwärmen des Materialwulstes wird das Teil durch Stauchen des erwärmten Materialwulstes zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Formen geschmiedet. Normalerweise ist das Paar von gegenüberliegenden Formen geradlinig so geschlossen, dass der erwärmte Materialwulst Druckkräften unterworfen wird, die das Material in die vorbestimmte feste Grenzform verdrängen, die durch die Formen definiert ist. Das geschmiedete Teil kann dann entgratet und einer Endbearbeitung unterworfen werden, um Schaufelbohrer herzustellen, wie sie vorher beschrieben sind. Während der Bearbeitung kann auch ein Erkennungszeichen auf den Schaufelbohrer gestanzt werden.
Durch das anfängliche Schneiden des Draht-Rohmaterials und/oder von Knüppeln in eine Anzahl von einzelnen Teilen müssen diese Teile jedoch einzeln gehandhabt und während des Warmschmiedeprozesses bearbeitet werden, wodurch die Effektivität, mit welcher die Schaufelbohrer hergestellt werden, verringert wird und sich die sich ergebenden Kosten der fertiggestellten Schaufelbohrer erhöhen. So muss zum Beispiel jedes einzelne Teil nach jeder Stufe des Herstellungsprozesses eingesammelt und zur nächsten Stufe transportiert werden. Weiterhin muss jedes einzelne Teil während jedes Schritts des Prozesses in geeigneter Weise ausgerichtet werden, um zu sichern, dass die Eingangsform des Teils als eine korrekte und zulässige Vorform dient, um den Forderungen jedes nachfolgenden Formarbeitsgangs, einschließlich dem Füllen der Form zu genügen, so dass der fertiggestellte Schaufelbohrer den gewünschten Produkttoleranzen entspricht.
Es wurden daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen von mehreren Teilen, wie zum Beispiel von Schaufelbohrern, aus einem zusammenhängenden Rohmaterial zur Verfügung gestellt. Somit können die verschiedenen Schritte des Formverfahrens für vorbestimmte Teile des zusammenhängenden Rohmaterials durchgeführt werden, bevor das zusammenhängende Rohmaterial in eine Anzahl von einzelnen Teilen aufgetrennt wird. Die Wirtschaftlichkeit des Formverfahrens wird dadurch verstärkt, weil während der Formprozesse keine einzelnen Teile mehrmals transportiert und ausgerichtet werden müssen. Dadurch dass es nicht notwendig ist, die einzelnen Teile während der Formprozesse zu handhaben, wurde die Qualitäts- und Toleranzkontrolle der durch das Formverfahren und die Formvorrichtung geformten Teile verbessert, da ein solches Handhaben einzelner Teile im Allgemeinen die Möglichkeiten zur Fehlausrichtung vergrößert und zu geringer Toleranzkontrolle während des Herstellungsprozesses beitragen. Außerdem verringerten das Formverfahren und die Formvorrichtung effektiv die Anzahl von Teilen, die zur gleichen Zeit während des Herstellungsprozesses bearbeitet wurden, indem die Anzahl von notwendigen Stapelverarbeitungsprozessen im Vergleich zu konventionelleren Fabrikationsprozessen eingeschränkt wurde.
Ein Beispiel eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Bearbeiten von zusammenhängendem Rohmaterial ist in der WO 97/47421 offenbart.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gesenk zum Schmieden eines Bereichs eines Teils mit vorbestimmter Form aus einem Werkstück zur Verfügung gestellt, wobei sich das Gesenk in Längsrichtung zwischen gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden erstreckt und
eine zum Berühren und Formen des Werkstücks in die vorbestimmte Form des sich ergebenden Teils angepasste Berührungsfläche und
eine hintere Fläche aufweist, auf die Kräfte ausgeübt werden, um das Gesenk in Berührung mit dem Werkstück zu drücken, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Fläche
einen eine teilweise konische Form aufweisenden Mittelabschnitt und
erste und zweite Seitenabschnitte aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten des Mittelabschnitts angeordnet sind, wobei der Seitenabschnitt ebenfalls eine teilweise konische Form hat,
wobei ein von dem konischen Mittelabschnitt gebildeter Radius größer ist als ein an jeder entsprechenden Stelle entlang der Länge des Gesenks durch die konischen Seitenabschnitte gebildeter Radius, so dass jeder Seitenabschnitt bezüglich dem Mittelabschnitt zurückgesetzt ist, wodurch vorgegeben ist, dass die Kräfte im Wesentlichen auf den Mittelabschnitt der hinteren Fläche ausgeübt werden, um das Gesenk in Berührung mit dem Werkstück zu drücken.
Somit stellt die hintere Fläche des Schmiedegesenks der vorliegenden Erfindung keine durchgehende glatte Fläche über die gesamte hintere Fläche mehr dar.
Da sich das Schmiedegesenk normalerweise verjüngt, so dass die Kontaktfläche durch eine größere Strecke an einem ersten Ende des Schmiedegesenks von der hinteren Fläche getrennt ist, als an einem zweiten Ende des Schmiedegesenks, verjüngt sich vorzugsweise auch der mittlere Querschnitt der hinteren Fläche der vorliegenden vorteilhaften Ausführung, so dass er in der Nähe des ersten Endes des Schmiedegesenks breiter und in der Nähe des zweiten Endes des Schmiedegesenks schmaler ist. Infolge dessen weist der mittlere Querschnitt eine trapezförmige Oberfläche auf. Wegen der außergewöhnlichen Konstruktion der hinteren Fläche des Schmiedegesenks berührt das Schmiedegesenk vorteilhaft die Bereiche des Stempels in einer relativ gleichmäßigen Art und Weise über fast den gesamten, wenn nicht sogar über den gesamten, konischen mittleren Querschnitt, die den Formhohlraum des Schmiedegesenks bilden, im Gegensatz zu herkömmlichen Schmiedegesenken, die den Stempel in einer viel kleineren Fläche berühren und dadurch die Kräfte wesentlich erhöhen, die mindestens an Bereiche des Schmiedegesenks angelegt werden und daher den Verschleiß der Form erhöhen und ihre effektive Lebensdauer verringern.
1 ist eine schematische Draufsicht der Formvorrichtung in Verbindung mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Seitenaufrissansicht von mindestens Bereichen der in 1 dargestellten Formvorrichtung.
3A bis 3G zeigen die verschiedenen Formen, in die das zusammenhängende Rohmaterial durch das Formverfahren und die Formvorrichtung in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung geformt wird, die dazu ausgestaltet ist, Schaufelbohrer herzustellen.
4 ist eine Aufrissansicht eines Schaufelbohrers.
5 ist eine Seitenaufrissansicht des in 4 dargestellten Schaufelbohrers.
6 ist eine stark vergrößerte Teil-Aufrissansicht des Schaufelbereichs des in 4 dargestellten Schaufelbohrers von vorn.
7 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht eines Bereichs der Formvorrichtung, die in 1 dargestellt ist und die die Richtvorrichtung, den Formkasten, die Beschickungs-Klemmeinheit und die Weitertaktungs-Vorrichtung ausführlicher darstellt.
8 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht eines anderen Bereichs der Formvorrichtung, die in 1 dargestellt ist, welche die Sechskant-Schmiedevorrichtung und den Drehkopf darstellt.
8A ist eine Teil-Querschnitts-Draufsicht entlang der Linie 8A-8A aus 8 und zeigt verschiedene Sensoren und Überwachungseinrichtungen, die der Sechskant-Schmiedevorrichtung zugehörig sind.
9 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht eines Bereichs der Sechskant-Schmiedevorrichtung, in der die mehreren Schmiedegesenke mindestens teilweise um das zusammenhängende Rohmaterial geschlossen sind und in der die stromaufwärtige Drehkopf-Klemmvorrichtung geschlossen ist.
10 ist eine Perspektivansicht einer der mehreren Schmiedegesenke der Sechskant-Schmiedevorrichtung.
11 ist eine Querschnittsansicht des Schmiedegesenks aus 10 entlang der Linie 11-11.
12A ist eine Querschnitts-Endansicht der Sechskant-Schmiedevorrichtung aus 9 und insbesondere des Bereichs des Stempels, der den Formhohlraum und die Formanordnung bildet, die in dem Formhohlraum angeordnet ist und die mehrere Schmiedegesenke in einer offenen Position, geschnitten entlang der Linie 12-12 aus 9, aufweist.
12B ist eine Querschnitts-Endansicht der in 12A dargestellten und entlang der Linie 12-12 aus 9 geschnittenen Formanordnung, in welcher die mehreren Schmiedegesenke mindestens teilweise um das zusammenhängende Rohmaterial geschlossen sind.
13 ist eine Teil-Querschnitts-Endansicht eines Bereichs der Sechskant-Schmiedevorrichtung, welche das Zahnrad und die zugehörige Sperrklinke für das Drehen des Stempels nach den Schmiedearbeitsgängen zeigt, geschnitten entlang der Linie 13-13 aus 9.
14A ist eine Teil-Querschnittsansicht des Zahnrads und der zugehörigen Sperrklinke aus 13 und zeigt die Art und Weise, in welcher die Sperrklinke mit dem Zahnrad eingreift, so dass das Zahnrad und dadurch der Stempel in eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden, wenn die Sperrklinke nach unten getrieben wird.
14B ist eine Teil-Querschnittsansicht des Zahnrads und der zugehörigen Sperrklinke aus 13 und zeigt die Art und Weise, in welcher die Sperrklinke von dem Zahnrad nach dem Drehen außer Eingriff kommt, so dass die Sperrklinke nach oben in ihre Ausgangsstellung angehoben werden kann.
15 ist eine Teil-Querschnitts-Endansicht der Sechskant-Schmiedevorrichtung, geschnitten entlang der Linie 15-15 aus 9, welche das Schmiersystem zum Schmieren der verschiedenen Komponenten der Sechskant-Schmiedevorrichtung darstellt.
16 ist eine Teil-Querschnitts-Endansicht der Sechskant-Schmiedevorrichtung, geschnitten entlang der Linie 16-16 aus 15, welche ferner die Art und Weise zeigt, in der das Schmiermittel den verschiedenen Komponenten der Sechskant-Schmiedevorrichtung zugeführt wird.
17 ist eine Teil-Perspektivansicht eines Bereichs des Drehkopfes einschließlich der stromabwärtigen Drehkopf-Klemmvorrichtung, in welcher die Drehkopf-Schneidwerkzeuge sich in der offenen Position befinden und in welcher die Abdeckung zum Zweck der Erläuterung entfernt ist.
18 ist eine Teil-Querschnitts-Endansicht eines Bereichs des Drehkopfes, welche den zusammenwirkenden Eingriff des zusammenhängenden Rohmaterials durch die Drehkopf-Schneidwerkzeuge zeigt, um eine Kugellaufrille und eine abgeschrägte Kante am hinteren Bereich des Schafts eines Schaufelbohrers zu formen.
19 ist eine Teil-Querschnitts-Endansicht der stromabwärtigen Drehkopf-Klemmvorrichtung, geschnitten entlang der Linie 19-19 aus 17.
20 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung, die die mehreren Öffnungen darstellt, durch die Schmiermittel eingeführt wird.
20A eine Teil-Querschnitts-Draufsicht, geschnitten entlang der Linie 20A-20A aus 20, welche die verschiedenen Sensoren und Überwachungseinrichtungen zeigt, die zu der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung gehören.
21 ist eine Teil-Perspektivansicht des Ausrichtsensors für das Erkennen von Fällen, in denen das zusammenhängende Rohmaterial geknickt oder in anderer Weise verbogen ist, so dass die Schmiedearbeitsvorgänge gestoppt werden können, bevor die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung Schaden erleidet.
22 ist eine Teil-Querschnittsansicht eines einstellbaren Auflagers für das präzise Positionieren und Lagern des Kopfes während der Schmiedearbeitsgänge, geschnitten entlang der Linie 22-22 aus 20.
23 ist eine Teil-Querschnittsansicht des einstellbaren Auflagers aus 22, geschnitten entlang der Linie 23-23 aus 22.
24 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung, in welcher sich die Schmiedegesenke in der offenen Position befinden.
25 ist eine partielle Teil-Querschnitts-Endansicht der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung, geschnitten entlang der Linie 25-25 aus 24, welche das Schmiersystem für das Schmieren der verschiedenen Komponenten der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung darstellt.
26 ist eine partielle Teil-Querschnitts-Seitenansicht der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung, geschnitten entlang der Linie 26-26 aus 25, welche ferner die Art und Weise darstellt, in der das Schmiermittel den verschiedenen Komponenten der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung zugeführt wird.
27 ist eine vergrößerte Teil-Querschnitts-Seitenansicht eines Bereichs der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung, die in 24 dargestellt ist, welche die mehreren Schmiedegesenke in einer mindestens teilweise geschlossenen oder Betriebsstellung zeigt und weiterhin die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Schaufel-Press-Klemmen in einer geschlossenen Stellung darstellt.
28 ist eine Querschnitts-Endansicht der Formanordnung, die ein Paar von gegenüberliegenden Schmiedegesenken und den Bereich des Stempels umfasst, welcher den Formhohlraum der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung bildet, geschnitten entlang der Linie 28-28 aus 27.
29 ist eine stark vergrößerte Teil-Querschnitts-Endansicht des Paars von gegenüberliegenden Schmiedegesenken der in 28 dargestellten Schaufel-Druckschmiedevorrichtung, in der das Paar gegenüberliegender Schmiedegesenke sich in einer mindestens teilweise geschlossenen oder Betriebsstellung befindet.
30 ist eine Perspektivansicht eines Schmiedegesenks gemäß der vorliegenden Erfindung, welche die hintere Oberfläche, die einen konischen mittleren Querschnitt aufweist, und ein Paar von konischen Seitenquerschnitten darstellt, die relativ zu dem mittleren Querschnitt ausgespart sind.
31 ist eine Teil-Endansicht des Schmiedegesenks aus 30, welche die hintere Oberfläche und insbesondere die jeweiligen Radien des konischen mittleren Querschnitts und des Paars von konischen Seitenquerschnitten zeigt.
32 ist eine Querschnittsansicht der stromabwärtigen Schaufel-Press-Klemme der Schaufelpresse, geschnitten entlang der Linie 32-32 aus 27.
33 ist eine Endansicht der Klemmplatte, der stromabwärtigen Schaufel-Press-Klemme und der Rahmenplatte des Schaufel-Press-Schlittens, gesehen entlang der Linie 33-3 aus 24.
34 ist eine Seitenaufrissansicht der Klemmplatte der stromabwärtigen Schaufel-Press-Klemme und der Rahmenplatte des Schaufel-Press-Schlittens, gesehen entlang der Linie 34-34 aus 33.
35 ist eine Seitenaufrissansicht der Spitzen-Entgratungsstation, der Entgratungsstation für den Außendurchmesser und der Sägestation der Vorrichtung in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung.
36 ist eine Querschnitts-Draufsichts-Ansicht der Spitzen-Entgratungsstation, der Entgratungsstation für den Außendurchmesser und der Sägestation, geschnitten entlang der Linie 36-36 aus 35.
37 ist eine Endansicht der Sägestation, gesehen entlang der Linie 37-37 aus 35, welche den Vorschub der Säge durch das zusammenhängende Rohmaterial zeigt.
38 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht der Sägestation und der Dimensionierungsstempelstation der Vorrichtung in Kombination mit der vorliegenden Erfindung, welche die Bewegung der Dimensionierungsstempelstation in Längsrichtung zeigt.
39 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht der in 38 dargestellten Sägestation und Dimensionierungsstempelstation, die den Eingriff eines Schaufelbohrers mit der Dimensionierungsstempelstation zeigt, während die Säge, wie durch A angedeutet, einen Schnitt an dem vorderen Ende eines Schaufelbohrers ausführt.
40 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht der in den 38 und 39 dargestellten Sägestation und Dimensionierungsstempelstation, die den Eingriff eines Schaufelbohrers mit der Dimensionierungsstempelstation zeigt, während die Säge, wie. durch B bezeichnet, einen Schnitt an dem hinteren Ende eines Schaufelbohrers ausführt.
41 ist eine Querschnitts-Endansicht des Dimensionierungsstempels, geschnitten entlang der Linie 41-41 aus 40, welche die Dimensionierungsstempelformen, die Ausrichtungs-Haltevorrichtung und die umgebende Hülle zeigt.
42 ist eine Draufsicht auf ein Paar von Schaufelbohrern, die aus benachbarten Bereichen des zusammenhängenden Rohmaterials geformt sind, und zeigt die mit A bzw. B bezeichneten Schnitte der Sägestation an dem vorderen und an dem hinteren Ende der Schaufelbohrer.
43 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht der Sägestation und der Dimensionierungsstempelstation, wie sie in 38 bis 40 dargestellt sind, und sie zeigt die Bewegung der Dimensionierungsstempelstation in Stromabwärtsrichtung von der Sägestation weg, nachdem der Schaufelbohrer von dem verbleibenden zusammenhängenden Rohmaterial getrennt ist.
44 ist eine Teil-Querschnitts-Draufsichtsansicht der Dimensionierungsstempelstation aus 43, welche das Ausstoßen des Schaufelbohrers in eine Sammelrinne nach den Stempelarbeitsgängen zeigt.
45 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht einer Außendurchmesser-Entgratungs- und Trennstation, einer Dimensionierungsstempelstation und einer Sägestation gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung, in welcher die Entgratungsvorrichtung für den Außendurchmesser und eine Abschneidevorrichtung auf einer gemeinsamen Plattform für eine gemeinsame Bewegung angebracht sind.
46 ist eine Draufsichtsansicht der Außendurchmesser-Entgratungs- und Trennstation, der Dimensionierungsstempelstation und der Sägestation der in 44 dargestellten Ausführung der vorliegenden Erfindung, gesehen entlang der Linie 46-46.
47 ist eine Draufsichtsansicht eines Schaufelbohrers, welche die durch die Abschneidevorrichtung und durch die Sägestation ausgeführten Schnitte an mit C, D und E bezeichneten Stellen zeigt.
48 ist eine Teil-Querschnittsansicht eines Dreh-Betätigungselements der Dimensionierungsstempelstation, geschnitten entlang der Linie 48-48 aus 46.
49 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht der Sägestation, wie sie allgemeiner in 45 und 46 dargestellt ist, geschnitten entlang der Linie 49-49 aus 46.
50 ist eine Teil-Querschnittsansicht der Sägestation, die allgemein in 45 und 46 dargestellt ist, geschnitten entlang der Linie 50-50 aus 49, welche die Art und Weise zeigt, in welcher die Sägestation sich in die Bahn des zusammenhängenden Rohmaterials hinein und aus ihr heraus bewegt.
51 ist eine Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht einer alternativen Schaufel-Druckschmiedevorrichtung in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung.
52 ist eine detailliertere Teil-Querschnitts-Seitenaufrissansicht der in 51 dargestellten Schaufel-Druckschmiedevorrichtung.
53 ist eine Teil-Querschnitts-Endansicht der in den 51 und 52 dargestellten Schaufel-Druckschmiedevorrichtung, geschnitten entlang der Linie 53-53 aus 51.
54 ist eine Teil-Querschnitts-Draufsichtsansicht der Stempel-Lagerungsanordnung der in den 51 und 52 dargestellten Schaufel-Druckschmiedevorrichtung, geschnitten entlang der Linie 54-54 aus 51.
55A–55I sind Flussdiagramme, die die Arbeitsgänge erläutern, die durch das Formverfahren und die Formvorrichtung in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständiger beschrieben, wobei in einigen davon eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dargestellt ist. Die Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und soll nicht als auf die hierin angeführten Ausführungen eingeschränkt betrachtet werden. Die vorliegende Ausführung ist eher so ausgeführt, dass die vorliegende Offenbarung umfassend und vollständig ist und Fachleuten den Schutzumfang der Erfindung vermittelt. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
Nun auf die 1 und 2 Bezug nehmend, ist eine Formvorrichtung 10 in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie ausführlich nachfolgend beschrieben und in 1 und 2 dargestellt, formen die Formvorrichtung und das zugehörige Formverfahren mehrere Teile aus einem zusammenhängenden Rohmaterial 12. Zum Zweck der Erläuterung werden jedoch die Formvorrichtung und das Formverfahren vornehmlich in Verbindung mit der Formung mehrerer Schaufelbohrer aus einem zusammenhängenden Metalldraht beschrieben, wie in den 3 bis 6 dargestellt. Das Formverfahren und die Formvorrichtung können jedoch dazu angepasst sein, eine Vielzahl anderer Teile zu formen, ohne von der Wesensart und von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. So können zum Beispiel das Formverfahren und die Formvorrichtung in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung Spiralbohrer, Löffelbohrer, Befestigungselemente, Schlagbohrer, Sägeblätter für Stichsägen und sich hin- und herbewegende Sägen, Schlagschraubendrehereinsätze, Rund- und Spitzmeißel, Zahnräder, Wellen, Schraubendrehereinsätze, Ausgleichsträger und Betätigungsstangen sowie andere Arten von Teilen formen, die sowohl symmetrisch um eine Längsachse als auch nicht um eine zentrale Längsachse symmetrisch sind, ohne von der Wesensart und dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Gemäß dem Formverfahren und der Formvorrichtung 10 in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung werden die mehreren Teile aus einer zusammenhängenden Länge von Rohmaterial 12 geformt. Normalerweise besteht das zusammenhängende Rohmaterial aus einer Stahllegierung, beispielsweise Kohlenstoffstahl 1050, der doppelt geglüht ist und eine Rockwell RB-Härte von etwa 71 bis 74 aufweist. Das zusammenhängende Rohmaterial kann jedoch aus jedem schmiedbaren Material bestehen, das Fachleuten bekannt ist. So kann zum Beispiel das zusammenhängende Rohmaterial aus Kupfer, Aluminium, Titan, Zink, Messing oder Legierungen davon bestehen. Ferner kann das zusammenhängende Rohmaterial aus einer Kombination von Materialien bestehen. So kann zum Beispiel das zusammenhängende Rohmaterial aus Metallpulver und/oder Harz bestehen, angeordnet in einem Trägerrohr aus Metall oder Kunststoff. Somit können das Formverfahren und die Formvorrichtung das Trägerrohr, in dem das Metallpulver und/oder Harz enthalten ist, in mehrere Teile vorbestimmter Form formen, ohne von der Wesensart und von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ferner könnte das zusammenhängende Rohmaterial aus mehreren Einzelteilen geformt sein, möglicherweise mit stark unterschiedlichen Querschnitten und Größen, die in einer Ende-an-Ende-Beziehung verbunden werden können, zum Beispiel durch Schweißen.
Wenn hierin nachfolgend auch prinzipiell als Kaltformverfahren beschrieben, kann das zusammenhängende Rohmaterial 12 vor dem Schmiedeschritt erwärmt werden, zum Beispiel mit in Reihe angeordneten Induktions- oder Infrarot-Erwärmungsvorrichtungen, so dass das Formverfahren, ein Warm- oder Halbwarm-Schmiedeverfahren ist. Die Temperaturbereiche, auf die jedes der verschiedenen Materialien, aus denen das zusammenhängende Rohmaterial geformt werden kann, erwärmt werden muss, um kalt, halbwarm oder warm geschmiedet zu werden, hängen unter anderem von der Festigkeit und den inneren Eigenschaften des jeweiligen Materials ab und sind den Fachleuten bekannt. So hat zum Beispiel zusammenhängendes Rohmaterial aus einer Stahllegierung normalerweise eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 150°C (300°F) bei Kaltschmiedearbeitsgängen, eine Temperatur zwischen 100°C (200°F) und 760°C (1400°F) bei Halbwarmschmiedearbeitsgängen und eine Temperatur zwischen 650°C (1200°F) und 1200°C (2200°F) bei Warmschmiedearbeitsgängen. Weiterhin ist das Formverfahren, das den Schritt eines Warmschmiedens eines Werkstücks einschließt, besonders effektiv für das Schmieden von Werkstücken aus einem Material mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt, beispielsweise Aluminium, Messing, Zink und Kupfer.
Nun auf die 55A bis 55I Bezug nehmend, ist dort ein Flussdiagramm, das die Arbeitsgänge erläutert, die durch das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden, dargestellt. Nachdem das zusammenhängende Rohmaterial 12, wie in Block 500 angegeben und wie nachfolgend beschrieben wird, geladen ist, sind die restlichen Arbeitsgänge des Formverfahrens und der Formvorrichtung relativ kontinuierlich. Daher wiederholen sich die durch das Flussdiagramm gemäß 55A bis 55I dargestellten Arbeitsgänge allgemein viele Male. Zum Zweck der Erläuterung beginnt jedoch das Flussdiagramm gemäß 55A bis 55I an einem Punkt in dem kontinuierlichem Formungszyklus, an dem jeder der Formarbeitsgänge an einem vorbestimmten Teil des zusammenhängenden Rohmaterials ausgeführt ist, so dass das zusammenhängende Rohmaterial nun vorwärts bewegt werden muss.
Wie in 7 dargestellt, weist die Formvorrichtung 10 vorzugsweise eine Weitertaktungs-Vorrichtung 14 auf, welche das zusammenhängende Rohmaterial 12 durch Schieben des zusammenhängenden Rohmaterials in Längsrichtung intermittierend um eine vorbestimmte, lineare Entfernung in Stromabwärtsrichtung vorwärts bewegt. Um das zusammenhängende Rohmaterial vorwärts zu bewegen, weist die Weitertaktungs-Vorrichtung vorzugsweise eine Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 für das sichere Festklemmen eines Bereichs des zusammenhängenden Rohmaterials auf. Wie in 7 dargestellt ist, hat die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme vorzugsweise eine ringförmige Klemmhülse 18, durch die sich das zusammenhängende Rohmaterial erstreckt. Die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme kann auch eine ringförmige Umschließungshülle 20 enthalten, die einen inneren Hohlraum aufweist, in den die Klemmhülse aufgenommen werden kann. Die Form des inneren Hohlraums, der durch die Umschließungshülle gebildet wird, ist vorzugsweise komplementär zu der Form der Hülse. So kann zum Beispiel die Hülse allgemein eine kegelstumpfförmige Form aufweisen und der durch die Um schließungshülle definierte innere Hohlraum, kann allgemein kegelstumpfförmig sein. Somit kann durch Drücken der Umschließungshülle über die Hülse die Hülse um das zusammenhängende Rohmaterial geschlossen werden, wie es in Block 502 von 55A gezeigt ist, und dadurch das zusammenhängende Rohmaterial sicher festklemmen.
Fachleute werden erkennen, dass die Umschließungshülle 20 in vielfältiger Art und Weise über die Hülse 18 gedrückt oder angeordnet werden kann. So kann zum Beispiel die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 eine Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemmen-Zylinderanordnung mit einer ringförmigen Kolbenstange aufweisen, die betätigbar mit der Umschließungshülle verbunden ist und die in einem ringförmigen Zylinder angeordnet ist, so dass durch hydraulische Betätigung dieser Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemmen-Zylinderanordnung die ringförmige Kolbenstange ausgefahren und die Umschließungshülle über die Hülse gedrückt oder über der Hülse angeordnet wird, so dass die Hülse um das zusammenhängende Rohmaterial 12 geschlossen wird.
Nun auf 56 Bezug nehmend, weist die Formvorrichtung 10 ferner eine Steuereinrichtung 30 auf, die funktionsmäßig mit der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 verbunden ist, um die hydraulische Betätigung der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemmen-Zylinderanordnung zu steuern. Die Steuereinrichtung 30 stellt vorzugsweise eine Kombination von Hardware und Software dar. So kann zum Beispiel die Steuereinrichtung durch eine programmierbare Mehrfachzugriff-Steuereinrichtung (PMAC) und eine oder mehrere programmierbare logische Steuereinrichtungen (PLCs) verwirklicht werden, die unter Steuerung der Software arbeiten, die in einem oder mehreren Speicherelementen gespeichert ist, um die nachfolgend beschriebene Überwachung und Steuerung zur Verfügung zu bewirken. Die Steuereinrichtung ist außerdem funktional mit einer Hydraulikenergiequelle bzw. mit einer Elektroenergiequelle 31 zur Lieferung und Zuweisung von hydraulischer bzw. elektrischer Leistung für das Formverfahren und die Formvorrichtung verbunden, wie es schematisch in 2 und 56 dargestellt ist und nachfolgend beschrieben wird.
Wie nachfolgend beschrieben, weist die Formvorrichtung 10 vorzugsweise außer der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 eine Anzahl von Klemmen auf. Um das zusammenhängende Rohmaterial 12 vorwärts zu bewegen, sollten alle Klemmen, außer der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme geöffnet sein, so dass das zusammenhängende Rohmaterial sich in eine Stromabwärts-Längsrichtung frei hindurch bewegen kann. Somit bewegt die Weitertaktungs-Vorrichtung 14, wie in den Blöcken 504–508 von 55A dargestellt, nachdem die Steuereinrichtung 30 die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme um das zusammenhängende Rohmaterial geschlossen hat und alle anderen Klemmen geöffnet sind, die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 14 in Längsrichtung um eine vorbestimmte, lineare Entfernung aus der Anfangsposition, wie in 7 in durchgehenden Linien dargestellt, in die Endposition, die in gestrichelten Linien dargestellt ist. Infolge des sicheren Festklemmens des zusammenhängenden Rohmaterials durch die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme bewegt jedoch die Weitertaktungs-Vorrichtung auch das zusammenhängende Rohmaterial effektiv um dieselbe lineare Entfernung in Längsrichtung.
Die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 kann die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 in einer Anzahl von Art und Weisen in Längsrichtung vorwärts bewegen. In dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Weitertaktungs-Vorrichtung jedoch eine Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung 22 auf. Wie im US-Patent Nr. 5,842,267 (das "'267iger" Patent) beschrieben, kann die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung in einer Linie liegend angeordnet werden und könnte somit eine Ringkolbenstange aufweisen, die in einem kreisringförmigen Hydraulikzylin der angeordnet ist, so dass das zusammenhängende Rohmaterial 12 sich hindurch erstrecken könnte. Um die Länge der Formvorrichtung 10 zu verringern und um die Kompliziertheit der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinder-anordnung zu reduzieren, kann die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung der Ausführung von 7 unterhalb der Plattform 17 angebracht werden, welche die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme lagert. Wie dargestellt, weist die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung einen Kolbenzylinder 26 und eine Kolbenstange 24 auf, die sich aus dem Kolbenzylinder heraus erstreckt. Die Kolbenstange ist funktionell mit der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme durch eine Öffnung in der Plattform verbunden, so dass nach hydraulischer Betätigung der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung die ringförmige Kolbenstange und somit die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme in Stromabwärtsrichtung gedrückt werden. Alternativ kann die Weitertaktungs-Vorrichtung einen Wechselstrom-Servomotor und eine Kugelumlaufspindel für den Vorschub der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme in Längsrichtung aufweisen. Um die Längsbewegung der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme zu erleichtern, ist sie, und, noch typischer, die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Plattform vorzugsweise auf einem Paar sich in Längsrichtung erstreckender Schienen 25 angeordnet, welche die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme auf die Längsbewegung einschränken.
Die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 enthält vorzugsweise auch eine Weitertaktungs-Vorrichtungs-Überwachungseinrichtung 28 zum Überwachen der Entfernung in Längsrichtung, um welche die Weitertaktungs-Vorrichtung das zusammenhängende Rohmaterial 12 vorwärts bewegt hat, auf. In einer vorteilhaften Ausführung weist die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Überwachungseinrichtung einen Glasmaßstab auf, beispielsweise vom Typ RSF Elektronik MSA 6706, der funktionell mit der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Plattform 17 verbunden ist, um die Längsverlagerung der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 infolge des Herausschiebens der Kolben stange 24 in Stromabwärts-Längsrichtung effektiv zu messen.
Die Steuereinrichtung 30 ist funktionell mit der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung 22 und der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Überwachungseinrichtung 28 verbunden, um die hydraulische Betätigung der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung zu steuern. Die Steuereinrichtung beendet das weitere Herausschieben der Kolbenstange durch Anhalten der hydraulischen Betätigung der Weitertaktungs-Vorrichtung-Zylinderanordnung, wenn die Steuereinrichtung festgestellt hat, dass die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 das zusammenhängende Rohmaterial 12 um die vorbestimmte lineare Entfernung vorwärts bewegt hat.
Die Formvorrichtung 10 enthält vorzugsweise auch eine Richtwalze 32, die eine Reihe von ausgerichteten Walzen 34 zum Richten des zusammenhängenden Rohmaterials 12 vor dem Formen des zusammenhängenden Rohmaterials in mehrere Teile aufweist. In der dargestellten Ausführung hat die Richtwalze eine Richtwalzenanordnung in zwei Ebenen, die mehrere ausgerichtete Walzen besitzt, die in zwei gegeneinander senkrechten Ebenen angeordnet sind, so dass das zusammenhängende Rohmaterial in jeder der Ebenen ausgerichtet wird. Somit bewegt die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 das zusammenhängende Rohmaterial intermittierend in Stromabwärts-Längsrichtung vorwärts, wobei das Rohmaterial von einer Zuliefertrommel 33 abgezogen und durch Passieren der Richtwalze gerichtet wird.
Nachdem die Steuereinrichtung 30 den Vorschub des zusammenhängenden Rohmaterials 12 in Längsrichtung durch die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 beendet hat, wird eine andere Klemme stromabwärts der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 geschlossen, um einen anderen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials sicher festzuklemmen. In der in 1 und 2 dargestellten Ausführung und in Block 510 aus 55A weist die Formvorrichtung 10 eine strom aufwärtige Drehkopfklemme 44 auf, die dazu angepasst ist, nach dem intermittierenden Vorschub des zusammenhängenden Rohmaterials durch die Weitertaktungs-Vorrichtung um das zusammenhängende Rohmaterial geschlossen zu werden. Die Formvorrichtung könnte jedoch auch andere Klemmen enthalten, die nicht zu einem Drehkopf 45 gehören, um nach dem intermittierenden Vorschub des zusammenhängenden Rohmaterials einen anderen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials sicher festzuklemmen.
Wie vorher in Verbindung mit der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 beschrieben wurde und in 8 dargestellt ist, kann die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 eine ringförmige Klemmhülse 46, durch die sich das zusammenhängende Rohmaterial 12 erstreckt, und eine ringförmige Umschließungshülle 48 aufweisen, die einen inneren Hohlraum bildet, der dazu angepasst ist, die Hülse aufzunehmen. Die stromaufwärtige Drehkopfklemme enthält auch eine Drehkopf-Zylinderanordnung, die aus einem ringförmigen Zylinder und einer ringförmigen Kolbenstange besteht, die in dem ringförmigen Zylinder angeordnet ist. Die Steuereinrichtung 30 kann die Drehkopf-Zylinderanordnung so betätigen, dass die Kolbenstange ausgefahren wird. Infolge der funktionellen Verbindung der Kolbenstange mit der ringförmigen Umschließungshülle, drückt das Ausfahren der Kolbenstange die Umschließungshülle um die Hülse, um die Hülse mindestens teilweise um das zusammenhängende Rohmaterial zu schließen, so dass die stromaufwärtige Drehkopfklemme einen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials sicher festklemmt, wie es in 9 dargestellt ist.
Wie in den Blöcken 512 und 514 dargestellt, öffnet die Steuervorrichtung 30, nachdem die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 über eine vorbestimmte Verweilzeit geschlossen ist, in einer vorteilhaften Ausführung beispielsweise 0,1 Sekunden, die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 14, so dass die Hülse 18 geöffnet ist und das zusammenhängende Rohmaterial 12 sich in Längsrichtung frei hindurch bewegen kann. Die Steuervorrichtung kann zum Beispiel die ringförmige Kolbenstange der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung hydraulisch zurückziehen, so dass die Umschließungshülle 20 außer Eingriff mit der Hülse kommt.
Wie in dem Block 516 aus 55C angegeben, kann die Weitertaktungs-Vorrichtung 14, und insbesondere die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 dann so zurückgezogen werden, dass sie in eine Ausgangsstellung oder Ruhestellung zurückkehrt, wie es in durchgehenden Linien in 7 dargestellt ist, wobei zur gleichen Zeit ein Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12 geformt wird. Insbesondere betätigt die Steuereinrichtung 30 die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung 22 vorzugsweise hydraulisch, um die Kolbenstange 24 und somit die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme mit einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit zurückzuziehen.
Nun auf 7 Bezug nehmend, weist die Formvorrichtung 10 vorzugsweise auch einen Ziehkasten 36 mit Ziehformen 38 auf, durch welche das zusammenhängende Rohmaterial 12 gezogen wird, um das zusammenhängende Rohmaterial geeignet zu dimensionieren und um den Vorrat des vorher aufgespulten Rohmaterials effektiv zu entfernen. Wie Fachleuten bekannt ist, kann der Ziehkasten eine Vorziehform 40 enthalten, um mindestens teilweise die Größe des zusammenhängenden Rohmaterials zu verringern, und sie kann eine Schmiermittelquelle 42 zwischen der Vorziehform und der Ziehform aufweisen, um das Ziehen des zusammenhängenden Rohmaterials zu erleichtern.
Der Ziehkasten 36 ist dazu angepasst, sich in Verbindung mit der ringförmigen Kolbenstange 24 der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung 22 in Längsrichtung zu bewegen, wie es nachfolgend beschrieben wird. Der Ziehkasten weist daher vorzugsweise einen oder mehrere Schlitten 37 auf, die auf einem Paar sich in Längsrichtung erstreckender paralleler Schienen oder Gleitbahnen 39 gleiten und mit diesem Paar zusammenwirken. Wie in 7 dargestellt, ist die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Zylinderanordnung vorzugsweise doppeltwirkend. Somit wird nach dem Zurückziehen der ringförmigen Kolbenstange, wie es in Block 516 aus 55C angegeben ist, der Ziehkasten ebenfalls in eine Stromaufwärts-Längsrichtung gedrückt oder axial verlagert. Somit wird der Ziehkasten über das zusammenhängende Rohmaterial gedrückt oder geschoben, um es so vor dem nachfolgenden Formungsarbeitsgang effektiv zu ziehen und damit zu dimensionieren.
Wie dargestellt, ist der Ziehkasten 36 normalerweise stromabwärts der Richtvorrichtung 32 angeordnet, so dass die fertig bearbeitete Oberfläche des zusammenhängenden Rohmaterials, die durch den Ziehkasten erzeugt wird, nicht durch die Richtwalzen 34 der Richtvorrichtung ungünstig beeinflusst wird. Der Ziehkasten kann jedoch ggfs. stromaufwärts von der Richtvorrichtung angeordnet sein, um zu verhindern, dass die Ziehformen 38 das zusammenhängende Rohmaterial schadhaft einknicken oder in anderer Weise geringfügige Verbiegungen in dem zusammenhängenden Rohmaterial erzeugen.
Wie Fachleute erkennen, kann der Ziehkasten 36 dazu ausgestaltet sein, das zusammenhängende Rohmaterial 12 auf jede zweckentsprechende gewünschte Größe zu ziehen. In der Ausführung, in welcher das Schmiedeverfahren und die Vorrichtung 10 angepasst sind, Schaufelbohrer 410 herzustellen, ist der Ziehkasten und insbesondere die Ziehform 38 vorzugsweise so ausgebildet, dass die Größe oder der Durchmesser des gezogenen Rohmaterials bezogen auf den Außendurchmesser des Schaufelbereichs 418 des sich ergebenden Schaufelbohrers so variiert wird, wie es als Beispiel in der nachfolgenden Tabelle angeführt ist:
Während die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 zurückgezogen wird, schmieden das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12 in eine erste vorbestimmte Form. So können zum Beispiel für die dargestellte Ausführung des Formverfahrens und der Formvorrichtung, die dazu angepasst ist, mehrere Schaufelbohrer 410 zu formen, das Formverfahren und die Formvorrichtung einen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials so formen, dass er eine sechskantige Querschnittsform aufweist, wodurch der hintere Bereich 416 des Schafts 412 des sich ergebenden Schaufelbohrers geformt wird.
Die Formvorrichtung 10 enthält eine Schmiedevorrichtung und in einer vorteilhaften Ausführung eine Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 zum Formen eines Bereichs des zusammenhängenden Rohmaterials 12 in eine erste vorbestimmte Form, nämlich in eine sechskantige Querschnittsform, wie es in 3A dargestellt ist. Wie in 8 bis 12 gezeigt, weist die Sechskant-Schmiedevorrichtung vorzugsweise eine Gesenkanordnung mit mehreren Schmiedegesenken 52 auf, die um das zusammenhängende Rohmaterial angeordnet sind. So haben zum Beispiel die mehreren Schmiedegesenke einer Ausführung sechs Schmiedegesenke, die zusammenwirken, um einen Hohlraum zu bilden, der wiederum mindestens einen Bereich vorbestimmter Form des sich ergebenden Teils definiert, beispielsweise den hinteren Bereich 416 des Schafts 412 des Schaufelbohrers 410, der eine sechskantige Querschnittsform hat.
Die mehreren Schmiedegesenke 52 können mindestens teilweise in einer Ausrichtungs-Haltevorrichtung 54, beispielsweise in einem Drehkreuz, angeordnet sein, welche die Schmiedegesenke in einer vorbestimmten, ausgerichteten Beziehung hält. Siehe dazu zum Beispiel die 12A und 12B. Somit stellt die Kombination der mehreren Schmiedegesenke und der Ausrichtungs-Haltevorrichtung eine Sechskant-Schmiedegesenkanordnung dar. Wie hierin nachfolgend beschrieben, weist in einer vorteilhaften Ausführung die Gesenkanordnung eine vorbestimmte Form, beispielsweise eine Kegelstumpfform, auf.
Wie in den 8 bis 10 dargestellt, ist die Sechskant-Schmiedevorrichtung vorzugsweise federbelastet, beispielsweise mit den Federn 56. Wie dargestellt, erstrecken sich die Federn in der Ausrichtungs-Haltevorrichtung 54 in radialer Richtung, und sie sind mindestens teilweise in jeweiligen Taschen 58 angeordnet, die durch die Schmiedegesenke gebildet werden. Daher drücken die Federn die Schmiedegesenke in eine radiale Auswärtsrichtung in Bezug auf die Ausrichtungs-Haltevorrichtung, so dass sich die Schmiedegesenke in einer offenen Stellung befinden, wenn keine zusätzlichen Ausgleichskräfte vorhanden sind, wie es in 8 dargestellt ist.
Die Schmiedevorrichtung 10 und insbesondere die Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 dieses Aspektes weist auch Einrichtungen zum radialen Schließen der mehreren Schmiedegesenke 52 auf, beispielsweise das Gesenkgehäuse 60 des Druckstempels 61. Wie es ausführlich nachfolgend beschrieben wird, bewegen sich die Schmiedegesenke bei einer Relativbewegung zwischen dem Stempel und den mehreren Schmiedegesenken in einer vorbestimmten Richtung radial nach innen, die in 9 und 11 durch Pfeile gezeigt ist.
Mindestens ein und bevorzugt jedes Schmiedegesenk 52 weist vorteilhafterweise eine Kontaktfläche 62 auf, die einen Bereich des Hohlraums bildet, durch den sich das zusammenhängende Material 12 erstreckt. Jede Kontaktfläche ist dazu angepasst, das Werkstück zu berühren und in eine durch den Hohlraum definierte vorbestimmte Form zu formen. Wie in 10 und 11 dargestellt, definiert die Kontaktfläche mindestens einer der Schmiedegesenke vorzugsweise eine Kontaktebene 64, die bezüglich der vorbestimmten Richtung geneigt ist, in welcher die Schmiedegesenke geschlossen werden. Somit bringen die Kontaktebenen der Schmiedegesenke sowohl axiale als auch radiale Kräfte auf das Werkstück auf, was wiederum während des Verformungsprozesses zu Druck-, Zug- und Scherbeanspruchungen in dem Werkstück führt. Die sich ergebenden Druck- und Scherkraftkomponenten verformen das Werkstück nach außen in die vorbestimmte Form, die durch die Schmiedegesenke definiert ist. Insbesondere verformen die sich ergebenden Druck- und Scherkraftkomponenten das Werkstück plastisch und nicht umkehrbar in die vorbestimmte Form, die durch die Schmiedegesenke in der geschlossenen oder Betriebsstellung definiert ist.
Insbesondere ist zwischen den jeweiligen Kontaktebenen und einer Bezugsebene 68 senkrecht zu der vorbestimmten Richtung, in die sich die Schmiedegesenke bewegen, ein Winkel 66 definiert, wie es in 11 dargestellt ist. In einer bevorzugten Ausführung beträgt der Winkel zwischen etwa 10° und etwa 20° und in einem Ausführungsbeispiel etwa 15°.
Wie hierin verwendet, beinhaltet der Ausdruck "Druckkraft" die Kräfte in der vorbestimmten Richtung, in welche sich die Schmiedegesenke 52 bewegen, und der Ausdruck "Scherkraft" beinhaltet die Querkräfte, die wirken, um das Werkstück radial nach außen zu verformen. Somit vergrößert bzw. verringert sich für eine vorgegebene Größe der Eingangsenergie die Größe der Scherkraft und der Druckkraft, die auf das Werkstück aufgebracht wird, wenn der Winkel 66, der zwischen einer jeweiligen Kontaktebene 64 und der Bezugsebene 68 definiert ist, größer wird. Gleichermaßen verringert bzw. vergrößert sich für eine vorgegebene Größe der Eingangsleistung die Größe der Scherkraft und der Druckkraft, die auf das Werkstück aufgebracht wird, wenn der Winkel, der zwischen einer jeweiligen Kontaktebene und der Bezugsebene definiert ist, kleiner wird.
Die Bereiche des Werkstücks, die der Scherkraft und daher der Scherbeanspruchung unterliegen, werden leichter verformt, da die Scherfestigkeit der meisten üblichen Werkstücke, d.h. der meisten Metallwerkstoffe, bedeutend kleiner ist als ihre Druckfestigkeit. Normalerweise beträgt die Scherfestigkeit von Metallwerkstoffen etwa 60 ihrer Druckfestigkeit. So sind zum Beispiel während des Formens eines Schaufelbohrers gemäß dem Formverfahren und der Formvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen der maximalen Querverlagerung aus einem zusammenhängenden Rohmaterial 12 des kleinsten Anfangsdurchmessers beide Seitensegmente vorzugsweise hohen Scherbeanspruchungen unterworfen.
Somit ist bedeutend weniger Eingangsenergie erforderlich, um ein Werkstück mit Scherkräften zu verformen, als beim Verformen mit Druckkräften. Ferner ermöglicht es das Anlegen von Scherkräften, die ein Werkstück leichter radial nach außen verformen, das Verhältnis der Dicke eines Teils zu dessen Breite oder zu dessen Durchmesser zu verringern, so dass dünne Teile mit einem relativ großen Durchmesser, beispielsweise ein Schaufelbohrer, leicht geschmiedet werden können. Gemäß diesem Aspekt kann das Verhältnis des neu erzeugten Produkt-Flächenbereichs zu einer minimalen Produktdicke optimiert werden.
Das Anlegen von Scherkraft zum Verformen eines Werkstücks erhöht jedoch wesentlich die Kräfte, denen die Schmiedegesenke 52, das Gesenkgehäuse 60 und der Rest des Stempels 61 während des Schmiedeprozesses widerstehen müssen, und ist daher bei herkömmlichen Schmiedeprozessen vermieden worden, in denen die Schmiedegesenke in einer rechtwinkligen Art und Weise geschlossen werden, um Druckkräfte auf das Werkstück aufzubringen. Um den vergrößerten Kräften zu widerstehen, sind die mehreren Schmiedegesenke und das Formgehäuse in einer bevorzugten Ausführung aus einem Schnellstahl hergestellt und bevorzugter aus dem Schnellstahl CPM^®REX^TMM4 oder aus einem äquivalenten Stahl, der von der Colt Industries Crucible Specialty Metals Division of Syracuse, New York, vertrieben wird und der ausführlicher in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Crucible Data Sheet" (Datenblatt Tiegelstahl) der Colt Industries Crucible Specialty Metals Division, Dokumentennummer D88 308-5M-776, beschrieben ist.
Wie weiterhin in den 8, 9, 12A und 12B dargestellt ist, weisen die Einrichtungen zum Schließen der mehreren Schmiedegesenke 52 vorzugsweise ein Gesenkgehäuse 60 auf, das einen inneren Hohlraum 70 bildet. In der dargestellten Ausführung, in welcher das Gesenkgehäuse von dem Rest des Stempels 61 getrennt ist, ist das Gesenkgehäuse allgemein im Presssitz in einem entsprechend geformten Hohlraum angeordnet, der durch den Stempel und durch die Öffnung durch das vordere Ende des Stempels gebildet ist. Alternativ kann der Stempel einstückig geformt sein, so dass der Gesenkhohlraum, der durch den Stempel und durch die Öffnung durch das vordere Ende des Stempels gebildet ist, als Gesenkgehäuse dient. In jeder Ausführung ist der innere Hohlraum des Gesenkgehäuses vorzugsweise in einer komplementären Form zur Form und Größe der Gesenkanordnung geformt und dimensioniert. So kann zum Beispiel das Gesenkgehäuse einen inneren Hohlraum mit einer Kegelstumpfform aufweisen, um eine kegelstumpfförmige Gesenk anordnung aufzunehmen und umfangsmäßig zu umgeben. Somit drückt, durch Vorschieben oder Vordrücken des Stempels, und insbesondere des Gesenkgehäuses über die Gesenkanordnung, das Gesenkgehäuse die mehreren Schmiedegesenke radial nach innen, um sich so um das zusammenhängende Rohmaterial 12, das sich durch sie erstreckt, zu schließen. Die Festigkeit der Gesenkanordnung und ihre sich daraus ergebende Fähigkeit, Kräften zu widerstehen, die während der Verformung des zusammenhängenden Rohmaterials mit axialen Kräften und Druckkräften entstehen, die wiederum Druck-, Zug- und Scherkräfte erzeugen, wird ferner durch die radiale Richtung erhöht, in welche die Gesenkanordnung geschlossen wird, und durch die umgebende Beziehung des Gehäuses und dem Rest des Stempels zu der Gesenkanordnung.
Gemäß einer vorteilhaften, in den 10 und 11 dargestellten Ausführung weist jedes Schmiedegesenk 52 nicht nur eine innere Kontaktfläche 62 für das Berühren und Formen des Werkstücks auf, sondern auch eine gegenüberliegende äußere oder hintere Fläche 63 mit einer vorbestimmten Form, um funktionell das Gehäuse 60 zu kontaktieren. Die vorbestimmte Form der äußeren Fläche jedes Schmiedegesenks ist vorzugsweise eine andere als die vorbestimmte Form des inneren Hohlraums 70 des Gesenkgehäuses, wenn sich die mehreren Schmiedegesenke in der offenen Stellung befinden, wie es in 8 und 12A dargestellt ist. Die Schmiedegesenke bewegen sich jedoch nicht nur radial nach innen, sondern sie drehen sich nach Einsetzen in das Gesenkgehäuse auch allgemein in die Richtung, die durch den Pfeil 67 in 11 angezeigt ist. Somit entspricht die vorbestimmte Form der äußeren Fläche jedes Schmiedegesenks vorzugsweise der vorbestimmten Form des inneren Hohlraums des Gesenkgehäuses, wenn sich die Schmiedegesenke in der Betriebsstellung oder geschlossenen Stellung befinden, wie es in den 9 und 12B dargestellt ist.
Um gemäß dem Formverfahren und der Formvorrichtung 10 der vorlie genden Erfindung mehrere Teile aus einem zusammenhängenden Rohmaterial herzustellen, ist die Sechskant-Schmiedevorrichtung vorzugsweise so ausgestaltet, dass sich das zusammenhängende Rohmaterial 12 in Längsrichtung durch sie erstrecken kann. Insbesondere bilden die mehreren Schmiedegesenke 52 eine Eintrittsöffnung 72 und eine Austrittsöffnung 74, die sich in den inneren Hohlraum öffnen, der durch die Schmiedegesenke gebildet ist, so dass das zusammenhängende Rohmaterial sich in Längsrichtung hindurch erstrecken kann. Weiterhin hat das Gesenkgehäuse 60 vorzugsweise eine ringförmige Konfiguration, damit sich das zusammenhängende Rohmaterial ebenfalls hindurch erstrecken kann.
Die Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 weist weiterhin vorzugsweise Einrichtungen für den Vorschub des Stempels 61, einschließlich des Gesenkgehäuses 60, in Längsrichtung über die mehreren Schmiedegesenke 52 auf, beispielsweise eine hydraulisch betätigte Gesenkpresse 76, so dass die Schmiedegesenke radial um das zusammenhängende Rohmaterial 12 geschlossen werden. Um mehrere Teile aus einem zusammenhängenden Rohmaterial zu formen, enthält die Gesenkpresse einer vorteilhaften, in 8 und 9 dargestellten Ausführung eine ringförmige Kolbenstange 78, die in einem ringförmigen Zylinder 80 angeordnet ist, der wiederum eine sich in Längsrichtung erstreckende Öffnung bildet, durch welche sich das zusammenhängende Rohmaterial erstreckt. Insbesondere weisen die ringförmige Kolbenstange und der zugehörige Kolben eine zentrale Bohrung auf, die es dem zusammenhängenden Rohmaterial ermöglicht, die Gesenkpresse zu durchlaufen. Die ringförmige Kolbenstange ist vorzugsweise funktionell mit dem Gesenkpressenstempel 61 verbunden, so dass die Steuereinrichtung 30 die Gesenkpresse so hydraulisch betätigen kann, dass sie die ringförmige Kolbenstange und dementsprechend den Stempel in Längsrichtung vorwärts bewegen kann, wie es in den 8 und 9 dargestellt und im Block 518 in 55B angegeben ist.
Wie in den 8 und 9 dargestellt, enthält die Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 auch einen Kopf 81, der einen Durchgang bildet, der sich in Längsrichtung durch mindestens einen vorderen Bereich des Kopfes erstreckt. Vorzugsweise haben der vordere Bereich des Stempels 61 und der durch den Kopf gebildete Durchgang die gleiche Form, d.h. sie sind beide zylindrisch, und sind so dimensioniert, dass eine Presspassung zwischen dem Kopf und dem vorderen Bereich des Stempels aufrechterhalten wird. Als solcher dient der durch den Kopf definierte Durchgang dazu, den Stempel zu führen, wenn dieser in Längsrichtung vorwärts bewegt und zurückgezogen wird.
Wie in 9 dargestellt, weist die Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 vorzugsweise eine Rahmenplatte 82 und eine Verschleißplatte auf, gegen die die mehreren Schmiedegesenke 52 anliegen werden, um dadurch einen Vorschub der Schmiedegesenke in Längsrichtung zu verhindern. Somit drückt der Längsvorschub der ringförmigen Kolbenstange 78 den Stempel 61 und insbesondere das Formgehäuse 60 über die Schmiedegesenke, so dass diese radial um das zusammenhänge Rohmaterial 12 geschlossen werden. Wenn auch der Druck oder die Kraft, die erforderlich sind, um das Gesenkgehäuse axial über die Schmiedegesenke zu verlagern, sich in Abhängigkeit von den Prozessbedingungen, einschließlich der Art des Materials, aus dem das zusammenhängende Material geformt ist, und der Größe und Form des sich ergebenden Teils, verändern, hat eine hydraulische Presse, beispielsweise eine 500-Tonnen-Presse, Schaufelbohrer der vorliegenden Erfindung aus Kohlenstoffstahl 1050 hergestellt.
Obwohl die Gesenkpresse 76 der dargestellten Ausführung einen ringförmigen Zylinder 80 und eine ringförmige Kolbenstange 78 enthält, kann die Formpresse auch andere Einrichtungen zum Drücken oder axialen Verlagern des Gesenkgehäuses 60 über die mehreren Schmiedegesenke 52 aufweisen. Die Sechskant-Schmiede vorrichtung 50 einer alternativen Ausführung kann zum Beispiel mehrere Hydraulikzylinderanordnungen enthalten, die konzentrisch um das zusammenhängende Rohmaterial 12 angeordnet sind. Gemäß der vorliegenden Ausführung kann jede der Hydraulikzylinderanordnungen funktionell mit dem Gesenkgehäuse verbunden sein, so dass das Gesenkgehäuse auf Betätigung der Hydraulikzylinderanordnungen hin über die mehreren Schmiedegesenke gedrückt werden kann.
Während der Schmiedearbeitsgänge wird das zusammenhängende Rohmaterial 12 in Längsrichtung größer. Insbesondere wächst das zusammenhängende Rohmaterial sowohl in Stromaufwärts- als auch in Stromabwärtsrichtung. Daher enthält die Schmiedevorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Ausgleichsmittel zum Ausgleichen des Wachsens des zusammenhängenden Rohmaterials in Längsrichtung auf. In Bezug auf die Sechskant-Schmiedevorrichtung 50, die in den 8 und 9 dargestellt ist, wird das Wachsen des zusammenhängenden Rohmaterials in Stromaufwärts-Längsrichtung in eine Stromaufwärtsrichtung auf die Zuliefertrommel 33 hin umgekehrt.
Im Gegensatz dazu wird das Wachsen des zusammenhängenden Rohmaterials 12 in Stromabwärts-Längsrichtung, d.h. das Wachsen des zusammenhängenden Rohmaterials in Längsrichtung zwischen dem Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials, der geformt wird, und dem festen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials, der durch die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 festgeklemmt ist, durch Anbringen der mehreren Schmiedegesenke 52, des Stempels 61 einschließlich des Gesenkgehäuses 60, des Kopfes 81, der Rahmenplatte 82 und der Gesenkpresse 76 auf einem Schlitten 84 ausgeglichen oder kompensiert, der dazu angepasst ist, sich in Längsrichtung zu bewegen. Insbesondere enthält die Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 vorzugsweise einen Schlitten, der dazu angepasst ist, sich aus einer Anfangs- oder Ruheposition um eine Entfernung in Stromaufwärts-Längsrichtung zu bewegen, die gleich dem Wachsen des zusammenhängenden Rohmaterials in Stromabwärts-Längsrichtung zwischen dem Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials, der geformt wird, und dem festen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials ist, der durch die stromaufwärtige Drehkopf klemme festgeklemmt ist. Infolge dessen ermöglicht es die Sechskant-Schmiedevorrichtung während jedes jeweiligen Formungsschritts den mehreren Schmiedegesenken, um denselben Bereich des Rohmaterials geschlossen zu bleiben, wobei das Wachsen des zusammenhängenden Rohmaterials in Längsrichtung in beiden Längsrichtungen, d.h. in sowohl Stromaufwärts-Längsrichtung als auch in Stromabwärts-Längsrichtung, ermöglicht wird.
Wie in 8 dargestellt, kann der Schlitten 84 Gleitflächen 86 enthalten, die auf einem Paar sich parallel in Längsrichtung erstreckender Gleisbahnen 88 angebracht sind, um die Längsbewegung des Schlittens zu erleichtern. Weiterhin kann der Schlitten in Längsrichtung vorgespannt sein, beispielsweise durch eine hydraulische Feder oder andere Vorspanneinrichtungen 90, um eine übermäßige Bewegung des Schlittens in Stromaufwärts-Längsrichtung zu verhindern. Insbesondere unterstützt das Vorspannen des Schlittens in Längsrichtung, dass der Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12, der geformt wird, um seitlich im Hohlraum zu expandieren, der durch die mehreren Schmiedegesenke 52 gebildet wird, diesen dadurch gebildeten Hohlraum vollständiger füllt.
Wenn auch während des gesamten Schmiedearbeitsgangs dieselbe Vorspannkraft an den Schlitten 84 angelegt werden kann, kann die Steuereinrichtung 30 mit den Vorspanneinrichtungen 90 funktionell verbunden sein, um die von diesen angelegte Vorspannkraft zu steuern. Die Steuereinrichtung kann zum Beispiel einen vorbestimmten Vorspannzeitplan aufweisen, welcher die über die Zeit anzulegende Vorspannkraft festlegt. Somit können die Steuereinrichtung und die Vorspannmittel die Größe der Vorspannkraft über die Zeit vergrößern, um so die seitliche Ausdehnung des Bereichs des zusammenhängenden Rohmaterials 12, der geformt wird, weiter zu unterstützen.
Die Formvorrichtung 10 und insbesondere die Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 weist vorzugsweise eine Überwachungseinrichtung 92 für die Stellung der Sechskantpresse, beispielsweise ein MTS Temposonics^® LP-Positions-Messsystem, für die Überwachung der Längsrichtungsposition des Schlittens 84 auf, wie es in 8A und in Block 520 von 55B angegeben ist. Die Steuereinrichtung 30 ist ebenfalls funktionell mit der Überwachungseinrichtung 92 für die Stellung der Sechskantpresse verbunden, um zu bestimmen, ob die Stromaufwärts-Längsbewegung des Schlittens gleich einem vorbestimmten Schwellenwert für das Wachsen ist oder diesen überschreitet. Da die Längsbewegung des Schlittens gleich dem Wachsen des zusammenhängenden Rohmaterials 12 in der Stromabwärts-Längsrichtung ist, das wiederum direkten Bezug zum Ausmaß hat, in welchem das zusammenhängende Rohmaterial geschmiedet ist, können die Steuereinrichtung und die zugehörige Überwachungseinrichtung für die Stellung der Sechskantpresse die Schmiedearbeitsgänge durch Messen des Wachsens des zusammenhängenden Materials in Längsrichtung effektiv überwachen. Die Steuereinrichtung kann die Schmiedearbeitsgänge beenden, beispielsweise durch Stoppen der hydraulischen Betätigung der Gesenkpresse 76, wenn das Wachsen des zusammenhängenden Materials in Längsrichtung mindestens so groß ist, wie ein vorbestimmter Schwellenwert für das Wachsen in Längsrichtung, wie es in Block 522 angegeben ist.
Wenn die Steuereinrichtung 30 die Schmiedearbeitsgänge beendet hat, kann sie den Stempel 61 zurückziehen und so das Gesenkgehäuse 60 von den mehreren Schmiedegesenken 52 abziehen, beispielsweise durch hydraulisches Zurückziehen der ringförmigen Kolbenstange 78 mindestens teilweise in den ringförmigen Zylinder 80. Wie vorher beschrieben, weist die Gesenkanordnung mehrere Federn 56 auf, von denen jeweils eine mit jedem der mehreren Schmiedege senke verbunden ist, um die jeweiligen Schmiedegesenke radial nach außen zu drücken. Daher werden nach dem Entfernen des Gesenkgehäuses von den mehreren Schmiedegesenken die mehreren Schmiedegesenke geöffnet, so dass sich das zusammenhängende Rohmaterial 12 in Längsrichtung hindurch bewegen kann.
Die Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 kann auch eine Positionierungsvorrichtung enthalten, beispielsweise eine hydraulische Betätigungsvorrichtung 90, die auch als Vorspanneinrichtung dient, und die funktionell mit dem Schlitten 84 verbunden ist, um ihn in eine vorbestimmte Ausgangs- oder Ruhestellung zurück zu positionieren, nachdem die mehreren Schmiedegesenke geöffnet sind. Wie in 8A dargestellt, ist die vorbestimmte Ausgangsstellung durch das Ende einer mit Gewinde versehenen Stange 96 definiert, die durch eine feste Mutteranordnung 99 an einem darunterliegenden Tisch 98 befestigt ist. Somit kann die Steuereinrichtung 30 die hydraulische Betätigungsvorrichtung anweisen, den Schlitten so zurück zu positionieren, dass er zu der vorbestimmten Ruhestellung für nachfolgende Schmiedearbeitsgänge zurückkehrt. Wie von Fachleuten zu erkennen ist, kann die Positionierungsvorrichtung der Sechskant-Schmiedevorrichtung in vielfältiger Form ausgeführt sein, beispielsweise mit einem Wechselstrom-Servomotor und einer zugehörigen Kugelspindel, ohne von der Wesensart und von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 der dargestellten Ausführung weist weiterhin vorzugsweise eine Gesenkpressen-Überwachungseinrichtung 100, beispielsweise ein anderes MTS Temposonics^® LP-Positions-Messsystem oder einen Glasmaßstab, zum Überwachen der relativen Position der ringförmigen Kolbenstange 78 der Gesenkpresse 76 auf. Wie vorher beschrieben, ist die Steuereinrichtung 30 funktionell mit der Gesenkpressen-Überwachungseinrichtung verbunden, um so zu bestimmen, ob die ringförmige Kolbenstange in eine vorbestimmte Ausgangsposition zurückgezogen worden ist. Wie in den Blöcken 524 bis 528 von 55B dargestellt, setzt die Steuereinrichtung das Zurückziehen des ringförmigen Kolbens fort, wenn die ringförmige Kolbenstange nicht auf die vorbestimmte Ausgangsstellung zurückgezogen worden ist. Nachdem der ringförmige Kolben in die vorbestimmte Ausgangsstellung zurückgezogen worden ist, stoppt jedoch die Steuereinrichtung das Zurückziehen des ringförmigen Kolbens.
Zusätzlich zu dem Beenden der Schmiedearbeitsgänge nach dem Erkennen, dass das zusammenhängende Rohmaterial 12 um eine vorbestimmte Strecke in Längsrichtung gewachsen ist, erhöht die Schmiedevorrichtung 10 und insbesondere die Steuereinrichtung 30 vorzugsweise die Geschwindigkeit, mit welcher die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 zurückgezogen wird, wenn die Schmiedearbeitsgänge abgeschlossen sind. Insbesondere zieht die Steuereinrichtung vorzugsweise die Kolbenstange 24 der Weitertaktungs-Vorrichtung-Zylinderanordnung 22 und infolge dessen die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 mit einer zweiten vorbestimmten Geschwindigkeit zurück, wenn die Schmiedearbeitsgänge abgeschlossen sind. Normalerweise ist die zweite vorbestimmte Geschwindigkeit größer als die erste vorbestimmte Geschwindigkeit. Während des Zurückziehens der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme überwacht die Steuereinrichtung in Reaktion auf Signale, die von der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Überwachungseinrichtung 28 geliefert werden, vorzugsweise die relative Position der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme und stoppt das weitere Zurückziehen der ringförmigen Kolbenstange und der Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme, wenn sich die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme in einer vorbestimmten zurückgezogenen Position befindet, wie es in den Blöcken 530 bis 534 in 55C dargestellt ist. Wenn auch die vorbestimmte Rückzugsposition dieselbe sein kann, wie die vorbestimmte Ausgangs- oder Ruheposition der Weitertaktungs-Vorrichtung, zieht die Formvorrichtung der einen vorteilhaften Ausführung vorzugsweise die Weitertaktungs-Vorrichtung auf eine zurückgezogene Position zurück, die in Längsrichtung um eine relativ kleine, vorbestimmte Distanz in Längsrichtung, beispielsweise 0,013 cm (0,005 Inch), hinter der Ausgangs- oder Ruheposition liegt, um die zusätzliche Bewegung des zusammenhängenden Rohmaterials auszugleichen, wenn die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 freigegeben ist.
Wie in Block 533 von 55B angegeben ist, kann, wenn die Steuereinrichtung 30 die Schmiedearbeitsgänge beendet und den Stempel 61 der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 zurückgezogen hat, der Stempel relativ zu den mehreren Schmiedegesenken 52 gedreht werden, so dass sich der Verschleiß und der Qualitätsverlust des Gesenkgehäuses 60, die durch die Relativbewegung des Stempels und der mehreren Schmiedegesenke aufgetreten sind, relativ gleichmäßig über den Umfang des Gesenkgehäuses verteilen. In dieser Hinsicht kann die Sechskant-Schmiedevorrichtung eine Drehvorrichtung zum Aufbringen einer relativen Drehung zwischen dem Stempel und der Gesenkanordnung aufweisen. Wie in 13 dargestellt ist, enthält zum Beispiel die Drehvorrichtung ein Zahnrad 102, das an dem Stempel befestigt ist, und ein Antriebselement 103, beispielsweise eine Stange, die eine Sperrklinke 103a trägt, welche in das Zahnrad eingreift und bewirkt, dass das Zahnrad, und dadurch der Stempel, dreht. Wie dargestellt, kann das Antriebselement am Schlitten 84 und insbesondere an einer hinteren Auflageplatte der Gesenkpresse angebracht sein. Obwohl das Antriebselement in einer Vielzahl von Art und Weisen betätigt werden kann, kann das Antriebselement der dargestellten Ausführung durch eine hydraulische Betätigungsvorrichtung 105 ausgefahren und zurückgezogen werden. In dieser Hinsicht kann die hydraulische Betätigungsvorrichtung das Antriebselement durch Vorwärtsbewegen des Antriebselements in eine Richtung nach unten ausfahren, wie es in 13 dargestellt ist, so dass die Sperrklinke in das Zahnrad eingreift, wie es in 14A dargestellt ist, und bewirken kann, dass sich das Zahnrad um eine vorbestimmte Winkelgröße entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Nachdem das Zahnrad gedreht worden ist, wird das Antriebselement durch die hydraulische Betätigungsvorrichtung zurückgezogen. Wie in 14B dargestellt ist, wird die Sperrklinke außer Eingriff mit dem Zahnrad gebracht, indem sie von diesem weg geschwenkt wird. Normalerweise wird die Sperrklinke von dem Zahnrad weg geschwenkt, da das Zahnrad dazu angepasst ist, sich nur in eine Richtung, d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn, in der Ausführung von 13, zu drehen, so dass Versuche, das Antriebselement zurückzuziehen, die Federkraft überwinden, welche die Sperrklinke in den Eingriff mit dem Zahnrad drückt, und ermöglichen, die Sperrklinke außer Eingriff mit dem Zahnrad zu schwenken. Wie zu erkennen ist, kann eine Vielzahl von anderen Antriebselementen, beispielsweise Zahnradritzel oder Ähnliches, verwendet werden, um das Zahnrad und somit wiederum den Stempel zu drehen.
Vorzugsweise wird der Stempel 61 schrittweise gedreht, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Teilen geformt worden ist, beispielsweise nachdem jedes Teil geformt worden ist. Obwohl der Stempel um verschiedene vorbestimmte Größen gedreht werden kann, wird er allgemein zwischen 10° und 30° und, noch typischer, um etwa 20° gedreht. Durch wiederholtes schrittweises Drehen des Stempels wird er jedoch schließlich vollständig um die Gesenkanordnung gedreht, d.h. um volle 360°. Als solche verteilt die Drehung des Stempels relativ zu der Gesenkanordnung den Verschleiß gleichmäßiger um den Gesenkhohlraum. Außerdem erhält die Drehung des Stempels relativ zu der Gesenkanordnung die allgemein zylindrische Form des Stempels aufrecht und verhindert im Wesentlichen, dass das vordere Ende des Stempels eine ovale Form annimmt oder in anderer Weise während der Schmiedearbeitsgänge verformt wird, wie es sich bei Stempeln herkömmlicher Schmiedevorrichtungen ereignet hat.
Obwohl nicht dargestellt, könnte die Gesenkanordnung der Sechskant-Schmiedeeinrichtung zusätzlich oder anstatt des Drehens des Stempels 61 gedreht werden. Zusätzlich zur Förderung eines gleichmäßigeren Verschleißes des Gesenkgehäuses 60 würde es das Drehen der Gesenkanordnung der Sechskant-Schmiedeeinrichtung auch ermöglichn, verschiedene Teile in jeweilige vorbestimmte Formen zu schmieden, die in verschiedenen Winkelausrichtungen relativ zu dem zusammenhängenden Rohmaterial angeordnet sind, um dadurch die Vielseitigkeit des Formverfahrens und der Formvorrichtung 10 weiter zu erhöhen.
Die Sechskant-Schmiedeeinrichtung 50 kann auch einen Sensor 107 für das Erkennen der Drehung des Stempels 61 bezüglich der Gesenkanordnung aufweisen. Durch Überwachen des Rotationssensors durch die Steuereinrichtung 30 kann diese bestimmen, ob der Stempel relativ zu der Gesenkanordnung nach dem Schmiedearbeitsgang gedreht worden ist, und kann weitere Schmiedearbeitsgänge verhindern, bis der Stempel ausreichend gedreht ist.
Die Sechskant-Schmiedeeinrichtung 50 kann auch ein Schmiersystem 109 enthalten, wie es in 15 und 16 dargestellt ist, um Schmiermittel an der Gesenkanordnung, dem Stempel 61, einschließlich dem Gesenkgehäuse 60 und dem Kopf 81, bereitzustellen. Normalerweise ist das Schmiermittel ein Öl, wie zum Beispiel Maschinenschmieröl. Das Schmiersystem kann jedoch, wenn es erwünscht ist, andere Schmiermittel verwenden. Gemäß der vorliegenden Ausführung sind die mehreren Öffnungen 111 durch den Kopf und den Stempel gebildet, um sich in den Hohlraum zu öffnen, in den die Gesenkanordnung eingesetzt ist. Durch Einspritzen des Schmiermittels durch diese Öffnungen kann das Schmiersystem daher Schmiermittel zu den hinteren Flächen 63 der Schmiedegesenke 52 liefern.
Die Steuereinrichtung 30 steuert normalerweise den Betrieb des Schmiersystems 109, beispielsweise durch das pneumatisch betätigte Magnetventil 109a und die Servoventile 109b, welche den Fluss des Schmiermittels in der dargestellten Ausführung steuern. Normalerweise weist die Steuereinrichtung das Schmiersystem an, nach jedem Schmiedearbeitsgang durch Einspritzen durch die Öffnungen 111 Schmiermittel zu liefern, wenn der Stempel 61 in Längsrichtung zurückgezogen worden ist und während die hinteren Flächen 63 der Schmiedegesenke 52 mindestens etwas frei liegen. Siehe auch Block 531 in 55B. Wenn das Schmiermittel an mehreren getrennten Öffnungen eingespritzt ist, beispielsweise an drei Öffnungen, dient die nachfolgende Drehung des Stempels relativ zu der Gesenkanordnung dazu, das Schmiermittel gleichmäßig zwischen dem Stempel und den hinteren Flächen jedes der Schmiedegesenke zu verteilen.
Das Schmiersystem 109 kann auch Schmiermittel zwischen dem Kopf 81 und dem Stempel 61 bereitstellen, um den Längsrichtungs-Vorschub und das Zurückziehen des Stempels in dem durch den Kopf gebildeten Durchgang zu erleichtern. In dieser Hinsicht kann eine andere Öffnung 113 durch den Kopf gebildet werden, so dass das durch diese zusätzliche Öffnung eingespritzte Schmiermittel sich über die äußere Oberfläche des Stempels und die innere Oberfläche des Kopfbereichs ausbreitet, der den Durchgang bildet. Um das gleichmäßige Verteilen des Schmiermittels um den gesamten Umfang des Stempels zu erleichtern, bildet der Kopf vorzugsweise eine sich über den Umfang erstreckende Nut 115. Durch Einspritzen des Schmiermittels in die Umfangsnut wird es wirksam um den gesamten Umfang des Stempels aufgetragen, wodurch der Stempel gleichmäßig geschmiert wird. Alternativ kann statt des Kopfes oder zusätzlich dazu der Stempel die Umfangsnut bilden, wenn es so gewünscht wird.
Wie vorher beschrieben, weist die Steuereinrichtung 30 normalerweise das Schmiersystem 109 an, Schmiermittel einzuspritzen, wenn der Stempel 61 vollständig zurückgezogen worden ist. Das Schmiermittel kann jedoch auch zu anderen Zeiten während des Schmiedeprozesses eingespritzt werden, wenn es gewünscht wird. Somit kann das Schmiersystem der Schmiedevorrichtung der vorliegenden vorteilhaften Ausführung wiederholt die verschiedenen Komponenten der Schmiedevorrichtung schmieren, um den Verschleiß zu verringern und die effektive Lebensdauer der Komponenten zu erhöhen, ohne dass genug Schmiermittel auf das zusammenhängende Rohmaterial aufgetragen wird, dass es während der Stromabwärts-Arbeitsgänge schwierig festzuklemmen ist.
Das Schmiedeverfahren und die Vorrichtung 10 können auch einen Sensor 85 aufweisen, beispielsweise ein photoelektrisches Auge oder einen photoelektrischen Sensor, um das zusammenhängende Rohmaterial 12 zu überwachen, das aus der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 austritt. Dieser Sensor ist normalerweise unmittelbar stromabwärts der Sechskant-Schmiedevorrichtung positioniert. Der Sensor ist normalerweise dazu angepasst, den sechskantigen Bereich zu überwachen, der durch die Sechskant-Schmiedevorrichtung geformt ist, und die Steuereinrichtung 30 zu benachrichtigen, wenn der sechskantige Bereich nicht korrekt geformt ist, so dass die Steuereinrichtung die weiteren Schmiedearbeitsgänge stoppen kann, um ein Korrigieren des Schmiedeprozesses zu ermöglichen.
Das zusammenhängende Rohmaterial 12 weist vorzugsweise ein oder mehrere Ausrichtmerkmale 104 auf, die an vorbestimmten Stellen entlang seiner Länge angeordnet sind. Siehe zum Beispiel 3A bis 3G. Wenn auch das zusammenhängende Rohmaterial die Ausrichtmerkmale vor dem Beginn des Formverfahrens der vorliegenden Erfindung aufweisen kann, erzeugen oder formen normalerweise das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 die Ausrichtmerkmale während des Herstellungsprozesses. So formt zum Beispiel die Formvorrichtung 10 der dargestellten Ausführung vorzugsweise ein vorbestimmtes Ausrichtmerkmal auf dem zusammenhängenden Rohmaterial, während die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 einen festen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials sicher festklemmt. Das Ausrichtmerkmal ist vorzugsweise zwischen jedem der mehreren Teile, die aus dem zusammenhängenden Rohmaterial geformt werden, gebildet. Das Ausrichtmerkmal kann jedoch an anderen vorbestimmten Stellen geformt werden. Weiterhin können das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 die Ausrichtmerkmale in anderer Weise formen, beispielsweise durch Drucken mehrerer in Längsrichtung beabstandeter Linien auf das zusammenhängende Rohmaterial oder durch Stanzen eines Lochs in einen vorbestimmten Bereich jedes Teils.
Wenn es auch nachfolgend hierin so beschrieben ist, dass der Drehkopf 45 das Ausrichtmerkmal 104 nach dem Anfangs-Schmiedearbeitsgang formt, kann er das Ausrichtmerkmal zu jeder Zeit formen, während die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 den festen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12 festklemmt. Wie in den 8, 17 und 19 dargestellt ist, weist der Drehkopf vorzugsweise eine stromabwärtige Klemme 47 zum sicheren Festklemmen eines Bereichs des zusammenhängenden Rohmaterials 12 auf. Somit kommt vor dem Formen des Ausrichtmerkmals vorzugsweise die stromabwärtige Klemme mit dem Rohmaterial in Eingriff und hält danach das zusammenhängende Rohmaterial fest, bis das Formen des Ausrichtmerkmals abgeschlossen ist. Wenn es auch so dargestellt ist, dass die stromabwärtige Klemme pneumatisch betätigt wird, kann die Drehklemme auch in anderer Weise betätigt werden, beispielsweise durch hydraulische Betätigung. Weiterhin kann die stromabwärtige Drehklemme in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden, solange sie das zusammenhängende Rohmaterial sicher festklemmt, um so zu verhindern, dass das zusammenhängende Rohmaterial schwingt, während das Ausrichtmerkmal geformt wird.
Gemäß einer in den 8, 17 und 18 dargestellten und in Block 529 in 55B gezeigten Ausführung, enthält der Drehkopf 45, beispielsweise ein Drehkopf, der von der Eubama Company, Deutschland, hergestellt und vertrieben wird, vorzugsweise ein Paar Drehkopf-Schnittwerkzeuge 106 und einen zugehörigen Motor 108, der dazu angepasst ist, die Formen um das zusammenhängende Rohmaterial 12 zu drehen. Der Drehkopf ist weiterhin dazu angepasst, die Formen radial nach innen gerichtet vorwärts zu bewegen, um die vorbestimmten Merkmale in das zusammenhängende Rohmaterial spanend einzuarbeiten. So können zum Beispiel die Drehkopf-Schnittwerkzeuge so geformt sein, dass sie in dem sechseckig geformten hinteren Bereich 416 des Schafts 412 eines Schaufelbohrers 410 eine Kugellaufrille 110 spanend einarbeiten. Weiterhin können die Drehkopf-Schnittwerkzeuge so geformt sein, dass sie an dem hintersten Bereich des Schafts eine abgeschrägte Kante 112 eines Schaufelbohrers spanend bearbeiten. Beim Formen der abgeschrägten Kante am hintersten Bereich des Schafts des Schaufelbohrers können der Drehkopf und, insbesondere, die Drehkopf-Schnittwerkzeuge auch eine Nut 114 mit einer Seitenwand ausbilden, die sich senkrecht zu der Längsachse des zusammenhängenden Rohmaterials erstreckt. Wie hierin nachfolgend beschrieben und in 3B dargestellt, kann die Seitenwand während der nachfolgenden Formarbeitsgänge als ein Ausrichtmerkmal 104 dienen. Wie in 8 und 17 dargestellt, kann der Drehkopf auch ein oder mehrere Gebläse 49 aufweisen, die einen Luftstrom an dem Rohmaterial entlang richten, um vor dem weiteren Bearbeiten des Rohmaterials die Späne und andere Abfallreste zu entfernen.
Während des Anfangs-Formungs-Arbeitsgangs, der in den Blöcken 518 bis 528 dargestellt ist, können gleichzeitig verschiedene zusätzliche Arbeitsgänge durch das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 ausgeführt werden. Diese gleichzeitig ausgeführten Arbeitsgänge werden jedoch an verschiedenen Teilen ausgeführt, in die das zusammenhängende Rohmaterial 12 geformt wird. Weiterhin verändern sich die Arten der gleichzeitig ausgeführten Arbeits gänge in Abhängigkeit von der Art des hergestellten Teils. Für ein Formverfahren und eine Formvorrichtung, die dazu angepasst sind, mehrere Schaufelbohrer 410 aus einem zusammenhängenden Rohmaterial herzustellen, kann jedoch der Bohrerspitzenbereich 430 eines ersten Schaufelbohrers zur gleichen Zeit entgratet werden, wie der Außendurchmesser eines anderen Schaufelbohrers. Wie hierin nachfolgend beschrieben wird, ist das zusammenhängende Rohmaterial während dieser Entgratungsarbeitsgänge noch miteinander verbunden. Stromabwärts von und gleichzeitig mit diesen Entgratungsarbeitsgängen kann das zusammenhängende Rohmaterial in mehrere einzelne Teile getrennt werden, und wenn es erwünscht ist, kann es im Prozessgang vor oder nach dem Trennen des zusammenhängenden Rohmaterials in mehrere einzelne Teile einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
Um den Spitzenbereich 430 eines Schaufelbohrers 410 zu entgraten, weist das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung eine Spitzen-Entgratungsstation 116 auf, die das zusammenhängende Rohmaterial 12 nach den Schmiedearbeitsgängen durchläuft. Wie in 35 und 36 dargestellt ist, enthält die Spitzen-Entgratungsstation eine Spitzen-Entgratungsstations-Plattform 118 und eine Positionierungsvorrichtung zum steuerbaren Positionieren der Spitzen-Entgratungsstations-Plattform, so dass die entsprechenden Bereiche eines jeweiligen Teils entgratet werden. Wenn auch die Spitzen-Entgratungsstation auf vielfache Weise positioniert werden könnte, wie zum Beispiel mit einem Wechselstrom-Servomotor und einer zugehörigen Kugellaufspindel, hat die Positionierungsvorrichtung der einen Ausführung eine Hydraulikzylinderanordnung 120 mit einem Zylinder 122 und einer Kolbenstange 124, die funktionell mit der Spitzen-Entgratungsstations-Plattform verbunden ist.
Wie in 36 dargestellt, weist die Spitzen-Entgratungsstation 116 vorzugsweise auch eine Ausricht-Überwachungseinrichtung 126 auf, beispielsweise ein photoelektrisches Auge oder einen Sensor, die das zusammenhängende Rohmaterial 12 während des intermittierenden Vorschubs des zusammenhängenden Rohmaterials durch die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 überwacht. Die Ausricht-Überwachungseinrichtung ist dazu angepasst, jedes Ausrichtmerkmal 104 zu erkennen, das an dem zusammenhängenden Rohmaterial gebildet ist, wenn es vorwärts bewegt wird. Die Spitzen-Entgratungsstation enthält auch eine Positions-Überwachungseinrichtung 128, beispielsweise ein MTS Temposonics^® LP Positions-Messsystem, zum Überwachen der Position der Spitzen-Entgratungsstations-Plattform 118.
Beide Überwachungseinrichtungen sind funktionell mit der Steuereinrichtung 30 verbunden. Die Steuereinrichtung ist ebenfalls funktionell mit der Überwachungseinrichtung 28 für die Weitertaktungs-Vorrichtung verbunden, um so die zusätzliche Entfernung zu bestimmen, um welche die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 das zusammenhängende Rohmaterial 12 nach dem Erkennen des Ausrichtmerkmals 104 durch die Ausricht-Überwachungseinrichtung 126 vorwärts bewegt. Darauf basierend kann die Steuereinrichtung während der nachfolgenden Entgratungsarbeitsgänge präzise die korrekte Position der Spitzen-Entgratungsstations-Plattform 118 bestimmen.
Nachdem der intermittierende Vorschub des zusammenhängenden Rohmaterials 12 abgeschlossen ist und die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 das zusammenhängende Rohmaterial sicher festgeklemmt hat, kann die Positionierungsvorrichtung unter Steuerung durch die Steuervorrichtung 30 die Spitzen-Entgratungsstations-Plattform 118 in einer vorbestimmten beabstandeten Beziehung von dem Ausrichtmerkmal 104 positionieren, das während des letzten Vorschubs des zusammenhängenden Rohmaterials durch die Ausricht-Überwachungseinrichtung 126 erkannt wurde, wie es in den Blöcken 536 bis 542 in 55D gezeigt ist. Um diese Bewegung der Spitzen-Entgratungsstations-Plattform zu erleichtern, kann die Spit zen-Entgratungsstation 116 eine Anzahl von Schlitten 130 aufweisen, die mit einem Paar von sich in Längsrichtung erstreckenden parallelen Schienen oder Gleitbahnen 132 zusammenwirken, wie es in den 35 und 36 dargestellt ist.
Die Spitzen-Entgratungsstation 116 enthält auch ein Paar gegenüberliegender Spitzen-Entgratungs-Klemmen 134 und ein Paar gegenüberliegender Spitzen-Entgratungs-Stanzwerkzeuge 136, die alle auf der Spitzen-Entgratungsstations-Plattform 118 angebracht sind. Somit kann, nachdem die Spitzen-Entgratungs-stations-Plattform in geeigneter Weise positioniert worden ist, die Steuereinrichtung 30 die gegenüberliegenden Spitzen-Entgratungs-Klemmen ausfahren, um so das zusammenhängende Rohmaterial 12 in der gewünschten Position zu halten, wie es in Block 544 in 55D angegeben ist. Jede der gegenüberliegenden Spitzen-Entgratungs-Klemmen weist vorzugsweise eine Kontaktfläche auf, die im Wesentlichen mit der vorbestimmten Form des Teils zusammenpasst, das entgratet wird, wie zum Beispiel in einer vorteilhaften Ausführung mit dem Schaufelbereich eines Schaufelbohrers.
Wie in Block 546 angegeben ist, kann die Steuereinrichtung 30 danach die gegenüberliegenden Spitzen-Entgratungs-Stanzwerkzeuge ausfahren, um so selektiv unerwünschte Bereiche des zusammenhängenden Rohmaterials 12 zu entfernen. Insbesondere werden die Spitzen-Entgratungs-Stanzwerkzeuge vorzugsweise entlang dem zusammenhängenden Rohmaterial ausgefahren, um so Grate und andere unerwünschte Bereiche des zusammenhängenden Rohmaterials in der Nähe der Spitze zu entfernen. Nachdem diese unerwünschten Bereiche entfernt worden sind, ist die Spitze des sich ergebenden Schaufelbohrers schärfer ausgebildet, wie es in 3D dargestellt ist. Wie ebenfalls in 3D dargestellt, bleibt jedoch der Schaufelbohrer während des Entgratungsprozesses an den anderen Bereichen des zusammenhängenden Rohmaterials befestigt. Nach dem Ausfahren der Spitzen-Entgratungs-Stanzwerkzeuge zieht die Steuereinrichtung die Spitzen-Entgratungs-Stanzwerkzeuge und die Spitzen-Entgratungs-Klemmen zurück, und die abgegrateten Bereiche werden entfernt, beispielsweise durch Blasen von Luft oder eines Luft/Öl-Gemisches über einen vorbestimmten Zeitraum, wie es in den Blöcken 548 bis 552 angegeben ist. Danach kann die Positionierungsvorrichtung unter Steuerung durch die Steuerungseinrichtung die Spitzen-Entgratungsstations-Plattform 118 an einer vorbestimmten Ausgangs- oder Ruhestellung neu positionieren.
Gleichzeitig mit dem Entgraten der Spitze eines Schaufelbohrers entgraten das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 vorteilhafterweise auch den Außendurchmesser eines anderen Schaufelbohrers. Wie vorher im Zusammenhang mit der Spitzen-Entgratungsstation 116 beschrieben, weisen das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 eine Außendurchmesser-Entgratungsstation 138 auf, durch die sich das zusammenhängende Rohmaterial 12 erstreckt. Die Außendurchmesser-Entgratungsstation enthält eine Außendurchmesser-Entgratungsstations-Plattform 140 und eine Positionierungsvorrichtung für das steuerbare Positionieren der Außendurchmesser-Entgratungsstations-Plattform, so dass entsprechende Bereiche eines jeweiligen Teils entgratet werden. Wenn auch die Außendurchmesser-Entgratungsstation auf vielfache Weise positioniert werden könnte, wie zum Beispiel mit einem Wechselstrom-Servomotor und einer zugehörigen Kugellaufspindel, hat die Positionierungsvorrichtung der einen Ausführung eine Hydraulikzylinderanordnung 142 mit einem Zylinder 144 und einer Kolbenstange 146, die funktionell mit der Außendurchmesser-Entgratungsstations-Plattform verbunden ist.
Wie in 36 dargestellt, weist die Außendurchmesser-Entgratungsstations-Plattform 138 vorzugsweise auch eine Ausricht-Überwachungseinrichtung 148 auf, beispielsweise ein photoelektrisches Auge oder einen Sensor, die das zusammenhängende Rohmaterial 12 während des intermittierenden Vorschubs des zusammenhängen den Rohmaterials durch die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 überwacht. Die Ausricht-Überwachungseinrichtung erkennt jedes Ausrichtmerkmal 104, das am zusammenhängenden Rohmaterial ausgebildet ist, wenn es vorwärts bewegt wird. Die Außendurchmesser-Entgratungsstation enthält auch eine Positions-Überwachungseinrichtung 150, beispielsweise ein MTS Temposonics^® LP Positions-Messsystem, zum Überwachen der Position der Außendurchmesser-Entgratungsstations-Plattform 140. Wie vorher in Verbindung mit der Spitzen-Entgratungsstation 116 beschrieben, sind beide Überwachungseinrichtungen funktionell mit der Steuereinrichtung 30 verbunden, so dass die Steuereinrichtung präzise den Ort des Ausrichtmerkmals und die relative Position der Außendurchmesser-Entgratungsstations-Plattform bestimmen kann.
Nachdem der intermittierende Vorschub des zusammenhängenden Rohmaterials 12 abgeschlossen ist und die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 das zusammenhängende Rohmaterial sicher festgeklemmt hat, kann die Positionierungsvorrichtung unter Steuerung durch die Steuerungsvorrichtung 30 die Außendurchmesser-Entgratungsstations-Plattform 140 in einer vorbestimmten beabstandeten Beziehung zum Ausrichtmerkmal 104 positionieren, das während des letzten Vorschubs des zusammenhängenden Rohmaterials durch die Ausricht-Überwachungseinrichtung 148 erkannt wurde, wie es in den Blöcken 554 bis 560 in 55E angegeben ist. Um diese Bewegung der Außendurchmesser-Entgratungsstations-Plattform zu erleichtern, kann die Außendurchmesser-Entgratungsstation 138 eine Anzahl von Schlitten 152 aufweisen, die auf einem Paar sich in Längsrichtung erstreckender paralleler Schienen oder Gleitbahnen 154 gleiten und mit ihm zusammenwirken.
Die Außendurchmesser-Entgratungsstation 138 enthält auch ein Paar gegenüberliegender Außendurchmesser-Entgratungs-Klemmen 156 und ein Paar gegenüberliegender Außendurchmesser-Entgratungs-Stanzwerkzeuge 158, die alle auf der Außendurchmesser- Entgratungsstations-Plattform 140 angebracht sind. Somit kann, nachdem die Außendurchmesser-Entgratungsstations-Plattform in geeigneter Weise positioniert worden ist, die Steuereinrichtung 30 die gegenüberliegenden Außendurchmesser-Entgratungs-Klemmen ausfahren, um so das zusammenhängende Rohmaterial 12 in der gewünschten Position zu halten, wie es in Block 562 in 55E angegeben ist. Jede der gegenüberliegenden Außendurchmesser-Entgratungs-Klemmen weist vorzugsweise eine Kontaktfläche auf, die im Wesentlichen mit der vorbestimmten Form des Teils zusammenpasst, das entgratet wird, wie zum Beispiel in einer vorteilhaften Ausführung mit dem Schaufelbereich eines Schaufelbohrers.
Wie in Block 564 angegeben ist, kann die Steuereinrichtung 30 danach die gegenüberliegenden Außendurchmesser-Entgratungs-Stanzwerkzeuge 150 ausfahren, um so selektiv unerwünschte Bereiche des zusammenhängenden Rohmaterials 12 zu entfernen. Insbesondere werden die Außendurchmesser-Entgratungs-Stanzwerkzeuge vorzugsweise entlang dem zusammenhängenden Rohmaterial ausgefahren, um so Grate und andere unerwünschte Bereiche des zusammenhängenden Rohmaterials entlang dem Außendurchmesser des Teils zu entfernen. Nachdem diese unerwünschten Bereiche entfernt worden sind, ist der Außendurchmesser des sich ergebenden Schaufelbohrers schärfer ausgebildet, wie es in 3E dargestellt ist. Wie ebenfalls in 3E dargestellt, bleibt jedoch während des Entgratungsprozesses der Schaufelbohrer an den anderen Bereichen des zusammenhängenden Rohmaterials befestigt. Nach dem Ausfahren der Außendurchmesser-Entgratungs-Stanzwerkzeuge zieht die Steuereinrichtung die Außendurchmesser-Entgratungs-Stanzwerkzeuge und die Außendurchmesser-Entgratungs-Klemmen zurück, wie es in den Blöcken 566 bis 570 angegeben ist. Wie in 35 und 36 dargestellt, kann Luft oder ein Gemisch von Luft und Öl über das abgegratete Teil geblasen werden, um das Abfallmaterial zu entfernen, wenn die Außendurchmesser-Entgratungs-Stanzwerkzeuge und die Außendurchmesser-Entgratungs-Klemmen zurückgezogen sind.
Stromabwärts sowohl der Spitzen-Entgratungs- als auch der Außendurchmesser-Entgratungsstation kann die Formvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführung eine Sägestation 160 zum Trennen des zusammenhängenden Rohmaterials in einzelne Teile aufweisen. Wie vorher in Verbindung mit der Spitzen-Entgratungs- und der Außendurchmesser-Entgratungsstation beschrieben und in 35 und 36 dargestellt ist, enthält die Sägestation vorzugsweise eine Sägestations-Plattform 161 und eine zugehörige Positionierungsvorrichtung für ein solches steuerbares Positionieren der Sägestation, so dass der entsprechende Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials abgetrennt wird. Wenn auch die Sägestation in vielfältiger Art und Weise positioniert werden könnte, beispielsweise mit einem Wechselstrom-Servomotor und einer zugehörigen Kugelumlaufspindel, hat die Positionierungsvorrichtung der einen Ausführung eine Hydraulikzylinderanordnung mit einem Zylinder 164 und einer Kolbenstange 166, die funktionell mit der Sägestations-Plattform verbunden ist.
Die Sägestation 160 weist vorzugsweise eine Ausricht-Überwachungseinrichtung 168 auf, beispielsweise ein photoelektrisches Auge oder einen Sensor, die das zusammenhängende Rohmaterial 12 während seines intermittierenden Vorschubs überwacht. Die Ausricht-Überwachungseinrichtung erkennt jedes Ausrichtmerkmal 104, das am zusammenhängenden Rohmaterial ausgebildet ist, wenn es intermittierend vorwärts bewegt wird. Die Sägestation weist ferner vorzugsweise eine Positions-Überwachungseinrichtung 170, beispielsweise ein MTS Temposonics^® LP Positions-Messsystem, zum Überwachen der Position der Sägestations-Plattform 161 auf. Wie vorher in Verbindung mit der Spitzen-Entgratungsstation 116 beschrieben, sind beide Überwachungseinrichtungen funktionell mit der Steuereinrichtung 30 verbunden, so dass die Steuereinrichtung präzise den Ort des Ausrichtmerkmals und die relative Position der Sägestations-Plattform bestimmen kann.
Nachdem der intermittierende Vorschub des zusammenhängenden Rohmaterials 12 abgeschlossen ist und die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 dieses sicher festgeklemmt hat, kann die Positionierungsvorrichtung unter Steuerung durch die Steuerungsvorrichtung 30 die Sägestations-Plattform 161 in einer vorbestimmten beabstandeten Beziehung von dem letzten erkannten Ausrichtmerkmal 104 positionieren, wie es in den Blöcken 572 bis 578 in 55F angegeben ist. Um die Bewegung der Sägestation-Plattform zu erleichtern, kann die Sägestation 160 auch eine Anzahl von Schlitten 172 aufweisen, die auf einem Paar sich in Längsrichtung erstreckender paralleler Schienen oder Gleitbahnen 154 gleiten und mit ihm zusammenwirken.
Nun auf die 35, 36, 38 bis 40, 43 und 44 Bezug nehmend, kann die Formvorrichtung 10 auch eine Dimensionierungsstempel-Station 176 enthalten, die eine oder mehrere Dimensionierungsstempel-Klemmen 178 aufweist. Die Dimensionierungsstempel-Station hat eine Positionierungsvorrichtung 181, die auf die Steuervorrichtung 30 anspricht, um die Dimensionierungsstempel-Plattform 180 steuerbar zu positionieren. In einer Ausführung weist die Positionierungsvorrichtung einen Schrittmotor 183 auf, der funktionell mit einer Leitspindel 184 für das steuerbare Vorwärtsbewegen und Zurückziehen der Leitspindel durch eine Mutteranordnung 186 verbunden ist. Da die Mutteranordnung ebenfalls funktionell mit der Dimensionierungsstempel-Plattform verbunden ist, bewegt die Drehbewegung der Leitspindel auch die Dimensionierungsstempel-Plattform. Gemäß einer Ausführung ha der Schrittmotor einen Drehmelder, der funktionell mit der Steuereinrichtung verbunden ist, um die Position der Dimensionierungsstempel-Plattform zu überwachen und zu steuern. Die Positioniervorrichtung kann jedoch die Dimensionierungsstempel-Plattform gemäß anderen Techniken steuerbar positionieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung befinden sich die Sägestati an 160 und die Dimensionierungsstempel-Station 176 anfangs an ihren jeweiligen Ausgangs- oder Ruhepositionen, wie es in 38 dargestellt ist. Nachdem das zusammenhängende Rohmaterial 12 weitergetaktet worden ist und die Sägestation auf der Basis des Ausrichtmerkmals neu positioniert worden ist, wie vorher beschrieben, wird die Dimensionierungsstempel-Plattform 180 durch die Positionierungsvorrichtung in eine Stromaufwärts-Längsrichtungs-Position vorwärts bewegt, wie es in 39 dargestellt ist. Wie in Block 580 angegeben, bewegt die Positioniervorrichtung die Dimensionierungsstempel-Plattform vorzugsweise in eine Stromaufwärts-Längsrichtung vorwärts, bis das freie oder vordere Ende des zusammenhängenden Rohmaterials von den Dimensionierungsstempel-Klemmen aufgenommen 178 ist. In der dargestellten Ausführung wird die Dimensionierungsstempel-Plattform in eine Stromaufwärts-Längsrichtung vorwärts bewegt, bis der Schaufelbereich des vorderen Schaufelbohrers von den Dimensionierungsstempel-Klemmen aufgenommen ist.
Wie in 41 dargestellt, enthält jede Dimensionierungsstempel-Klemme 178 eine Dimensionierungsstempel-Gesenkanordnung, die aus einer Gesenkanordnung besteht, die eine Ausrichtungsvorrichtung 190, wie zum Beispiel ein Drehkreuz, und mehrere Dimensionierungsstempel-Gesenke 188 aufweist, die in der Ausrichtungsvorrichtung gehalten werden. Die Dimensionierungsstempel-Klemme kann auch eine Umschließungshülle 192 haben, die dazu angepasst ist, die Dimensionierungsstempel-Gesenkanordnung aufzunehmen. Die Dimensionierungsstempel-Station 176 kann weiterhin Einrichtungen wie beispielsweise eine Hydraulikzylinderanordnung 194 enthalten, die von der Steuereinrichtung 30 gesteuert wird, um die Umschließungshülle über die Dimensionierungsstempel-Gesenkanordnung zu drücken, so dass die Dimensionierungsstempel-Gesenkanordnungen um das vordere Ende des zusammenhängenden Rohmaterials geschlossen werden, wie es in Block 582 von 55F angegeben ist.
Die Dimensionierungstempel-Gesenke 188 haben vorzugsweise eine Form, welche der Form des Teils entspricht, das durch die Dimensionierungsstempel-Klemme 178 gehalten werden soll, wie zum Beispiel der Form des Schaufelbereichs 418 eines Schaufelbohrers 410. Die Dimensionierungsstempel-Gesenke enthalten vorzugsweise auch eine oder mehrere hervorgehobene Zahlen für das Einprägen der Abmessungen des jeweiligen Schaufelbohrers auf seinem Schaufelbereich. Wenn auch Dimensionierungsstempel-Gesenke dargestellt sind, die dazu angepasst sind, die Abmessungen des jeweiligen Teils auf das Teil aufzuprägen, dienen sie nur als eine Klemme für das Halten oder Festklemmen des vorderen Endes des zusammenhängenden Rohmaterials 12. Daher können die Dimensionierungsstempel-Gesenke eine Form aufweisen, welche der Form des zu haltenden Teils entspricht, müssen jedoch nicht die hervorgehobenen Zahlen aufweisen, die vorher beschrieben sind.
Während der Schaufelbereich 418 des Schaufelbohrers 410 durch die Dimensionierungsstempel-Klemme 178 gehalten wird, kann die Steuereinrichtung 30 die Säge 198 in Richtung auf das zusammenhängende Rohmaterial 12 bewegen, um so das zusammenhängende Rohmaterial an einer Stelle nahe dem vorderen Ende des Schaufelbohrers abzutrennen, d.h. an einer Stelle nahe der Bohrerspitze, wie sie in 39 und 42 mit A bezeichnet ist. Wie in 37 mit gestrichelten Linien gekennzeichnet, wird die Säge drehend vorwärts bewegt, um das zusammenhängende Material zu durchschneiden und dadurch den vorderen Teil von dem Rest des zusammenhängenden Rohmaterial abzutrennen, wie es in 3F und in Block 584 von 55F angegeben ist. Die Sägestation 160 kann auch einen Abstandssensor aufweisen, der funktionell mit der Steuereinrichtung verbunden ist, um den Vorschub der Säge zu einer vorbestimmten Position zu erkennen. Danach kann die Steuereinrichtung die Säge in ihre Ausgangsposition zurückziehen, wie es in durchgehenden Linien in 37 dargestellt ist.
Wenn das zusammenhängende Rohmaterial 12 abgetrennt ist und die Steuereinrichtung 30 die Säge 198 zurückgezogen hat, bewegt die Positionierungsvorrichtung der Sägestation 160 diese unter Steuerung durch die Steuereinrichtung in Stromabwärtsrichtung, wie in 40 und in Block 585 in 55F angegeben, bis die Säge mit der abgeschrägten Kante 112 an dem hintersten Bereich des Schafts 412 des Schaufelbohrers 410 ausgerichtet ist. Die Säge wird dann erneut drehend vorwärts bewegt, um das zusammenhängende Rohmaterial an einer Stelle nahe dem hinteren Teil des Schaufelbohrers abzutrennen, die in 40 und 42 mit B bezeichnet ist. Siehe auch 3G und Block 586 in 55F. Infolge der an den mit A und B in der dargestellten Ausführung bezeichneten Stellen durchgeführten Schnitte, wird das Verbindungsstück 200 ebenfalls von dem zusammenhängenden Rohmaterial und von dem vorderen Teil abgetrennt. Nach dem Weitertakten des zusammenhängenden Rohmaterials wird das Abfallstück aus der Sägestation entsorgt und kann durch eine Rutsche 187 zu einem Sammelbehälter oder Ähnlichem geleitet werden, wie es in 139 dargestellt ist.
Danach bewegt die Positionierungsvorrichtung der Dimensionierungsstempel-Station 176 diese unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 30 in Stromabwärtsrichtung, wie es in 43 und in Block 587 in 55F angegeben ist. Vorzugsweise wird die Dimensionierungsstempel-Plattform in Stromabwärts-Längsrichtung um eine lineare Entfernung bewegt, welche das Wachsen in Längsrichtung des zusammenhängenden Rohmaterials 12 in Stromabwärts-Längsrichtung während einer Folge von Formarbeitsgängen überschreitet. So kann zum Beispiel die Dimensionierungsstempel-Station um den erwarteten Betrag des Wachsens in Längsrichtung des zusammenhängenden Rohmaterials in Stromabwärtsrichtung plus einem vorbestimmten zusätzlichen Betrag, beispielsweise 0,254 cm (0,100 Inch) in Stromabwärts-Längsrichtung bewegt werden. Wie in 38 dargestellt, kann die Dimensionierungsstempel-Plattform von einer stromaufwärtigen Position, wie sie in gestrichelten Linien dargestellt ist, in eine stromabwärtige Position bewegt werden, wie es durch die durchgehenden Linien gekennzeichnet ist.
Somit können nun weitere Bereiche des zusammenhängenden Rohmaterials 12 geschmiedet werden, ohne das einzelne Teil zu berühren, das durch die Dimensionierungsstempel-Klemme 178 gehalten wird. Daher können das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 weiter das einzelne Teil bearbeiten, das durch die Dimensionierungsstempel-Klemme gehalten wird, während weitere Bereiche des zusammenhängenden Rohmaterials zur gleichen Zeit geformt werden. Nachdem die Dimensionierungsstempel-Station 176 die Stempelarbeitsgänge abgeschlossen hat, kann sie das formgepresste Teil ausstoßen, das durch eine Rutsche 189, einen Stetigförderer oder Ähnliches zu einem Sammelbehälter geleitet werden kann, wie es in 43 und 44 und in Block 589 in 55F angegeben ist. Obwohl die Dimensionierungsstempel-Station das formgepresste Teil in vielfältiger Weise ausstoßen kann, weist die Dimensionierungsstempel-Station der dargestellten Ausführung eine Stoßstange 191 auf, die durch eine Feder ausgefahren werden kann, um das formgepresste Teil auszustoßen, wenn die Dimensionierungsstempel-Formen 188 geöffnet sind.
Wie in den 45 und 46 dargestellt ist, müssen das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 nicht getrennte Stationen für das Entgraten des Außendurchmessers des sich ergebenden Teils und für das Sägen oder Trennen des sich ergebenden Teils von dem Rest des zusammenhängenden Material 12 in anderer Weise enthalten. Statt dessen können das Formverfahren und die Formvorrichtung eine Entgratungsvorrichtung, beispielsweise eine Außendurchmesser-Entgratungsstation 138 und eine Trennvorrichtung, beispielsweise eine Abschneidstation 400, aufweisen, die auf einer gemeinsamen Plattform 402 angebracht sind, um sich zusammen in Längsrichtung zu bewegen. Wie in 45 und 46 dargestellt ist, können zum Beispiel die Außendurchmesser-Entgratungsstation und die Ab schneidstation auf einer gemeinsamen Plattform angebracht sein. Die Plattform kann mehrere Schlitten 152 haben, die auf einem Paar sich in Längsrichtung erstreckender Schienen 406 angebracht sind, so dass die Plattform, welche die Außendurchmesser-Entgratungsstation und die Abschneidstation trägt, in Längsrichtung bewegt werden kann.
Die kombinierte Entgratungs- und Abschneidestation kann eine hydraulische Betätigungsvorrichtung mit einem Zylinder 414 und einer Kolbenstange 416 für das geeignete Beabstanden der Außendurchmesser-Entgratungsstation 138 und der Abschneidstation 400 enthalten. Diesbezüglich weist die Abschneidstation vorzugsweise eine bewegbare Plattform 418 auf, die auf einer Trägerplattform 420 angebracht und dazu angepasst ist, sich in Längsrichtung relativ zu der Trägerplattform, und insbesondere relativ zu der Außendurchmesser-Entgratungsstation zu bewegen. Basierend auf der vorbestimmten Beabstandung und Größe der Teile, kann die Steuereinrichtung 30 die hydraulische Betätigungsvorrichtung anweisen, die bewegbare Plattform so zu bewegen, dass ein vorderes Teil abgeschnitten wird, während ein hinteres Teil entgratet wird. Wie in 45 dargestellt, kann die kombinierte Entgratungs- und Abschneidestation eine Abstützung 402a, beispielsweise eine hydraulische Feder, zum Abstützen der vorkragenden Abschneidstation haben.
Wie vorher in Verbindung mit der Außendurchmesser-Entgratungsstation 138 beschrieben wurde, weist die kombinierte Entgratungs- und Abschneidstation auch eine Positionierungsvorrichtung für das steuerbare Positionieren der Plattform 402 auf, so dass die entsprechenden Bereiche des jeweiligen Teils abgegratet und abgeschnitten werden. Wenn auch die Plattform in vielfältiger Weise positioniert werden könnte, beispielsweise durch einen Wechselstrom-Servomotor und eine zugehörige Kugelumlaufspindel, hat die Positionierungsvorrichtung der einen Ausführung eine Hydraulikzylinderanordnung 408 und eine Kolbenstange 410, die funktionell mit der Plattform verbunden ist. Die kombinierte Entgratungs- und Abschneidstation enthält vorzugsweise auch eine Ausricht-Überwachungseinrichtung 148, beispielsweise ein photoelektrisches Auge oder einen Sensor, die das zusammenhängende Rohmaterial 12 während seines inter-mittierenden Vorschubs durch die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 überwacht. Wie vorher beschrieben, erkennt die Ausricht-Überwachungseinrichtung jedes Ausrichtmerkmal 104, das am zusammenhängenden Rohmaterial angebracht ist, wenn es vorwärts bewegt wird. Die kombinierte Entgratungs- und Abschneidstation weist auch eine Positions-Überwachungseinrichtung 412, beispielsweise ein MTS Temposonics^® LP Positions-Messsystem, zum Überwachen der Position der Plattform auf. Wie weiterhin vorher beschrieben, sind sowohl die Ausricht-Überwachungseinrichtung als auch die Positions-Überwachungseinrichtung funktionell mit der Steuereinrichtung 30 verbunden, so dass die Steuereinrichtung präzise den Ort des Ausrichtmerkmals und die relative Position der Plattform und weiter die relativen Positionen der Außendurchmesser-Entgratungsstation 138 und der Abschneidstation 400 bestimmen kann, die durch die Plattform getragen werden.
Wenn der intermittierende Vorschub des zusammenhängenden Rohmaterials 12 abgeschlossen ist und die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 das zusammenhängende Rohmaterial sicher festgeklemmt hat, kann die Positionierungsvorrichtung unter Steuerung durch die Steuervorrichtung 30 die Plattform 402 in einer vorbestimmten beabstandeten Beziehung zum Ausrichtmerkmal 104 positionieren, das während des letzten Vorschubs des zusammenhängenden Rohmaterials durch die Ausricht-Überwachungseinrichtung 148 erkannt wurde. Wie vorher beschrieben, kann die Steuereinrichtung dann die gegenüberliegenden Außendurchmesser-Entgratungsklemmen 156 ausfahren, um so das zusammenhängende Rohmaterial sicher in der gewünschten Position zu halten, während die gegenüberliegenden Außendurchmes ser-Entgratungswerkzeuge 158 danach ausgefahren werden, um so selektiv unerwünschte Bereiche des zusammenhängenden Rohmaterials zu entfernen. Nach dem Ausfahren der Außendurchmesser-Entgratungswerkzeuge zieht die Steuereinrichtung die Außendurchmesser-Entgratungswerkzeuge und die Außendurchmesser-Entgratungsklemmen zurück.
Während die Außendurchmesser-Entgratungsstation 138 ein Teil entgratet, schneidet die Abschneidstation 400 vorzugsweise ein anderes Teil ab, da die Steuereinrichtung 30 die Außendurchmesser-Entgratungsstation und die Abschneidstation basierend auf der Beabstandung und der Größe der Teile bereits korrekt beabstandet hat. Wie in 45 dargestellt ist, weist die Abschneidstation ein Paar Abschneidwerkzeuge 422 mit einem Paar Schneidkanten auf, die in Längsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Steuereinrichtung 30 kann daher ein Paar Abschneidwerkzeuge ausfahren, welche das zusammenhängende Rohmaterial 12 an den mit C und D in 47 bezeichneten Stellen abtrennen. In der dargestellten Ausführung, in welcher das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 mehrere Schaufelbohrer 410 formen, kann die Abschneidstation 400 ausgestaltet sein, das zusammenhängende Rohmaterial an einer mit C bezeichneten Stelle nahe dem vorderen Ende des Schaufelbohrers, d.h. nahe der Bohrerspitze, und an einer mit D bezeichneten Stelle nahe der abgeschrägten Kante 112 im hintersten Bereich des Schafts 412 des Schaufelbohrers abzutrennen oder abzuschneiden und dadurch das Abfallstück 200a zu erzeugen. Wenn das zusammenhängende Rohmaterial an den mit C und D bezeichneten Stellen getrennt worden ist, zieht die Steuereinrichtung das Abschneidwerkzeug zurück, um eine weiteres Weitertakten des zusammenhängenden Rohmaterials zu ermöglichen.
Durch Anordnen der Außendurchmesser-Entgratungsstation 138 und der Abschneidstation 400 auf einer einzigen Plattform 402 werden das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführung vereinfacht, da nur eine Positionierungsvorrichtung, eine Ausricht-Überwachungseinrichtung 148 und eine Positionsüberwachungseinrichtung 412 für die präzise Bewegung und Ausrichtung der Außendurchmesser-Entgratungsstation und der Abschneidstation 400 erforderlich sind. Weiterhin kann das zusammenhängende Rohmaterial durch Verwendung der Abschneidstation gleichzeitig an zwei verschiedenen, mit C und D bezeichneten Stellen abgetrennt werden, ohne dass die Säge oder das Schneidwerkzeug an jeder der vorher beschriebenen Stellen neu positioniert werden muss. Die Abschneidstation kann jedoch andere Mittel als Abschneidwerkzeuge aufweisen, beispielsweise ein Sägeblattpaar oder Ähnliches, um das zusammenhängende Rohmaterial gleichzeitig an zwei voneinander beabstandeten Stellen, d.h. an den mit C und D bezeichneten Stellen, abzutrennen.
Vor dem Abtrennen des vorderen Teils vom zusammenhängenden Rohmaterial 12, wird das freie Ende des vorderen Teils vorzugsweise durch die Dimensionierungsstempel-Klemmen 178 einer Dimensionierungsstempel-Station 176 ergriffen. In dieser Hinsicht weist die Dimensionierungsstempel-Station auch eine Positionierungsvorrichtung 181 auf, die auf die Steuereinrichtung 30 anspricht, um die Dimensionierungsstempel-Plattform 180 steuerbar zu positionieren. In einer Ausführung enthält die Positionierungsvorrichtung einen Schrittmotor 183, der funktionell mit einer Leitspindel 184 für das steuerbare Vorwärtsbewegen und Zurückziehen einer Leitspindel durch eine feststehende Mutter 186 verbunden ist. Da die Mutteranordnung ebenfalls funktionell mit der Dimensionierungsstempel-Plattform verbunden ist, bewegt das Drehen der Leitspindel auch die Dimensionierungsstempel-Plattform. Wie zu erkennen ist, kann jedoch die Positionierungsvorrichtung die Dimensionierungsstempel-Station gemäß anderen Techniken bewegen.
Wenn das zusammenhängende Rohmaterial 12 entsprechend weitergetaktet wurde, weist die Steuereinrichtung die Positionierungsvor richtung 181 an, die Dimensionierungsstempel-Station 176 in Stromaufwärtsrichtung vorwärts zu bewegen, so dass das freie Ende des vorderen Teils von den Dimensionierungsstempel-Klemmen 178 aufgenommen wird. In der dargestellten Ausführung wird die Dimensionierungsstempel-Plattform 180 in einer Stromaufwärts-Längsrichtung vorwärts bewegt, bis der Schaufelbereich des vorderen Schaufelbohrers von den Dimensionierungsstempel-Klemmen aufgenommen ist.
Wie vorher beschrieben, enthält jede Dimensionierungsstempel-Klemme 178 allgemein eine Dimensionierungsstempel-Gesenkan-Ordnung, welche eine Ausrichtungsvorrichtung, beispielsweise ein Drehkreuz, und mehrere Dimensionierungsstempel-Gesenke einschließt, die in der Ausrichtungsvorrichtung gehalten werden. Durch Schließen der Dimensionierungsstempel-Gesenke um das freie Ende des zusammenhängenden Rohmaterials kann die Dimensionierungsstempel-Klemme das freie Ende des zusammenhängenden Rohmaterials auf das Maß des jeweiligen Teils formpressen, wie es ebenfalls vorher beschrieben ist.
Wenn die Abschneidstation 400 das vordere Teil von dem Rest des zusammenhängenden Rohmaterials 12 abgetrennt hat und die Abschneidwerkzeuge 422 zurückgezogen sind, kann die Positionierungsvorrichtung 181 die Dimensionierungsstempel-Station 176 in Stromabwärts-Längsrichtung bewegen. In der dargestellten Ausführung ist die Dimensionierungsstempel-Plattform 180 auf einem Revolverkopf angebracht, der für eine Drehbewegung angepasst ist. Wenn auch die Dimensionierungsstempel in vielfältiger Weise gedreht werden kann, weist die Dimensionierungsstempel-Plattform der einen Ausführung eine Dreh-Betätigungsvorrichtung 650 auf, wie sie beispielsweise in 48 dargestellt ist. Wie von Fachleuten zu erkennen ist, hat die Dreh-Betätigungsvorrichtung einen Doppelendzylinder 652a, 652b, der pneumatisch betätigt werden kann, um eine Zahnstange relativ zu einem Ritzelzahnrad 654a zu bewegen, das wiederum den aufrechtstehenden Pfosten 654 dreht, auf dem die Dimensionierungsstempel-Plattform angebracht ist. Die Steuereinrichtung 30 weist vorzugsweise nicht nur die Positionierungsvorrichtung an, die Dimensionierungsstempel-Station in eine Stromabwärts-Längsrichtung zu bewegen, sondern sie weist auch an, dass die Dreh-Betätigungsvorrichtung pneumatisch betätigt wird, um so die Dimensionierungsstempel-Plattform um einen vorbestimmten Winkel zu drehen, in der normalen Ausführung beispielsweise um etwa 180°.
Die Formvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführung enthält auch eine Sägestation 656, die zum Schneiden des sich ergebenden Teils auf Länge stromabwärts von der Dimensionierungsstempel-Station 176 angeordnet ist. In der dargestellten Ausführung, in welcher Schaufelbohrer 410 hergestellt werden, dreht die Steuereinrichtung 30 vorzugsweise die Dimensionierungsstempel-Plattform und bewegt sie in Stromabwärts-Längsrichtung vorwärts, bis das Sägeblatt 657 mit der abgeschrägten Kante 112 an dem hintersten Bereich des Schafts 412 des Schaufelbohrers ausgerichtet ist. Die Steuereinrichtung stoppt dann die Bewegung der Dimensionierungsstempel-Plattform und betätigt die Sägestation.
Wie in den 49 und 50 dargestellt ist, ist die Sägestation 656 dazu angepasst, sich in eine Richtung zu bewegen, die allgemein senkrecht zu dem zusammenhängenden Rohmaterial 12 liegt. In dieser Hinsicht weist die Sägestation 656 allgemein ein Paar Schlitten 662 auf einer Schiene 659 auf, die auf einer feststehenden Plattform 660 angebracht ist. Weiterhin hat die Sägestation eine Positionierungsvorrichtung, beispielsweise eine hydraulische oder pneumatische Betätigungsvorrichtung 658, um einen Säge-Montageträger 663 zu bewegen, welcher die Säge, einschließlich Sägeblatt 657 hält, so dass das Sägeblatt auch in Richtung auf das zusammenhängende Rohmaterial und von diesem weg bewegt werden kann. Schließlich kann die Sägestation eine Sägeklemme 664 zum Halten des zusammenhängenden Rohmaterials während der Sägearbeitsgänge aufweisen, um eine Bewegung des zusammenhängenden Rohmaterial zu verhindern. Somit kann die Steuereinrichtung 30, nachdem die Dimensionierungsstempel-Plattform 176 das Teil entsprechend zum Sägeblatt 657 ausgerichtet und die Sägeklemme das zusammenhängende Rohmaterial festgeklemmt hat, die Positionierungsvorrichtung anweisen, die Sägeplattform seitlich vorwärts zu bewegen, so dass die Säge das zusammenhängende Rohmaterial an der gewünschten Stelle durchschneidet, um das Abfallstück 200b zu erzeugen, dass auf eine Fördereinrichtung 667 fällt und durch diese entfernt wird, wenn die Sägeklemme geöffnet ist. Danach kann die Säge zurückgezogen werden. Somit kann der hinterste Bereich des Schaufelbohrers 410 durch Abtrennen des Schaufelbohrers an einer in 47 mit E bezeichneten Stelle geformt werden. Nach den Abtrenn-Arbeitsgängen öffnet die Dimensionierungsstempel-Station die Dimensionierungsstempel-Klemmen 178, so dass das sich ergebende Teil, beispielsweise ein sich ergebender Schaufelbohrer, von der Dimensionierungsstempel-Klemme freigegeben wird und zum Sammeln in einem Sammelbehälter für die nachfolgende Bearbeitung in eine Rutsche 665, eine Fördereinrichtung oder Ähnliches fällt. Wie vorher beschrieben, kann die Dimensionierungsstempel-Station auch eine federbetätigte Stoßstange zum Ausstoßen des sich ergebenden Teils nach den Dimensionierungs-Arbeitsgängen enthalten, wenn es so gewünscht wird.
Obwohl das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 vorstehend beschrieben wurden, dass sie eine Weitertaktungs-Vorrichtung 14 aufweisen, die zum Schieben des zusammenhängenden Rohmaterials 12 entlang einer vorbestimmten Bahn stromabwärts der Schmiedevorrichtung 50 angeordnet ist, können das Formverfahren und die Formvorrichtung auch eine Stromabwärts-Weitertaktungs-Vorrichtung zum intermittierenden Ziehen des zusammenhängenden Rohmaterials in Stromabwärtsrichtung aufweisen. Im Gegensatz zu der Stromaufwärts-Weitertaktungs-Vorrichtung ist die Stromabwärts-Weiter taktungs-Vorrichtung stromabwärts von der Schmiedevorrichtung angeordnet. Die Stromaufwärts- und Stromabwärts-Weitertaktungs-Vorrichtungen sind jedoch in dieser Ausführung synchronisiert, so dass sie zusammen arbeiten, um das zusammenhängende Rohmaterial entlang der vorbestimmten Bahn in Stromabwärtsrichtung vorwärts zu bewegen. Diesbezüglich sind die Stromaufwärts- und Stromabwärts-Weitertaktungs-Vorrichtungen vorzugsweise so synchronisiert, dass sie das zusammenhängende Rohmaterial gleichzeitig in Stromabwärtsrichtung schieben und ziehen. Weiterhin sind die Stromaufwärts- und Stromabwärts-Weitertaktungs-Vorrichtungen vorzugsweise so synchronisiert, dass sie das zusammenhängende Rohmaterial intermittierend über die gleiche vorbestimmte Entfernung in Stromabwärtsrichtung schieben und ziehen.
Obwohl die Stromabwärts-Weitertaktungs-Vorrichtung so konstruiert sein kann, dass sie der Stromaufwärts-Weitertaktungsvorrichtung 14 gleicht oder ähnlich ist, verwenden das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 einer vorteilhaften Ausführung die Spitzen-Entgratungsstation 116, die Außendurchmesser-Entgratungs-station 138 oder beide Stationen als Stromabwärts-Weitertaktungs-Vorrichtung. In dieser Hinsicht taktet die Steuereinrichtung 30 vorzugsweise das zusammenhängende Rohmaterial weiter, indem nicht nur die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16, sondern auch die Spitzen-Entgratungs-Klemmen 134 und/oder die Außendurchmesser-Entgratungsklemmen 156 angewiesen werden, auszufahren und das zusammenhängende Rohmaterial festzuklemmen. Um die richtigen Bereiche des zusammenhängenden Rohmaterials festzuklemmen, muss die Steuereinrichtung vorher die Weitertaktungs-Vorrichtung, die Spitzen-Entgratungsstation und die Außendurchmesser-Entgratungsstation neu an ihren jeweiligen Stromaufwärts-Ruhestellungen positionieren, bevor sie das zusammenhängende Rohmaterial festklemmen. Wenn das zusammenhängende Rohmaterial festgeklemmt worden ist, weist die Steuereinrichtung der vorliegenden Ausführung vorzugsweise die Positionierungsvorrichtungen der Weitertak tungs-Vorrichtung, der Spitzen-Entgratungsstation und der Außendurchmesser-Entgratungsstation an, die Weitertaktungs-Vorrichtung, die Spitzen-Entgratungsstation und die Außendurchmesser-Entgratungsstation gleichzeitig mit gleicher Geschwindigkeit über die gleiche vorbestimmte Distanz in Stromabwärtsrichtung zu bewegen. Somit schieben und ziehen das Formverfahren und die Formvorrichtung der vorliegenden vorteilhaften Ausführung das zusammenhängende Rohmaterial gleichzeitig entlang der vorbestimmten Bahn, und, in der dargestellten Ausführung, durch die Schmiedevorrichtungen. Durch sowohl das Ziehen als auch das Schieben des zusammenhängenden Rohmaterials ist es weniger wahrscheinlich dass es verbogen, geknickt oder in anderer Weise während des Weitertaktungsprozesses beschädigt wird. Nachdem das zusammenhängende Rohmaterial um die vorbestimmte Entfernung weitergetaktet ist, weist die Steuereinrichtung die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme, die Spitzen-Entgratungs-Klemmen und die Außendurchmesser-Entgratungsklemmen an, das zusammenhängende Rohmaterial freizugeben, so dass die Formungsarbeitsgänge, wie sie vorher beschrieben sind, weitergeführt werden können.
Wie vorher angeführt, kann die Formvorrichtung 10 eine oder mehrere zusätzliche Schmiedevorrichtungen enthalten, beispielsweise eine zweite Schmiedevorrichtung 204, um einen andere Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12 in eine zweite vorbestimmte Form zu formen, wie es detailliert in 20, 24 und 27 dargestellt ist. Somit können die durch das Formverfahren und die Formvorrichtung in Kombination mit der vorliegenden Erfindung geformten Teile sowohl eine erste Form als auch eine zweite Form aufweisen, die ihnen in den verschiedenen Stadien während des Formungsprozesses durch die erste bzw. zweite Schmiedevorrichtung verliehen wird. Wie vorher im Zusammenhang mit der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 beschrieben ist, weist die zweite Schmiedevorrichtung der einen vorteilhaften Ausführung vorzugsweise eine Schaufelpresse zum Formen des Schaufelbereichs der sich ergebenden Schaufelbohrer auf, wie er in 3C dargestellt ist. Die zweite Schmiedevorrichtung kann jedoch dazu angepasst sein, eine Vielzahl von verschiedenen Merkmalen an einem oder mehreren Bereichen anderer Arten von Teilen zu formen.
Obwohl die Verwendung von sowohl Stromaufwärts- als auch von Stromabwärts-Weitertaktungs-Vorrichtungen dazu dient, die Möglichkeit zu verringern, dass das zusammenhängende Rohmaterial 12 geknickt wird, können das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 einen Ausrichtungsdetektor 422 enthalten, der stromaufwärts von der zweiten Schmiedevorrichtung 204 angeordnet ist. Wie in 21 dargestellt ist, kann der Ausrichtungsdetektor ein gegabeltes Element 424 aufweisen, das ein Paar Zungen besitzt, zwischen denen sich das zusammenhängende Rohmaterial hindurch bewegt. Wenn das zusammenhängende Rohmaterial geknickt oder anders verbogen ist, berührt es eine der Zungen und bewirkt, dass das gegabelte Element sich um einen Drehpunkt 428 dreht. Die Drehung des gegabelten Elements bringt dieses außer Eingriff mit einem Berührungssensor 430, der an die Steuereinrichtung 30 eine Meldung abgibt, dass das Rohmaterial geknickt oder verbogen ist. Die Steuereinrichtung kann die Formungsarbeitsgänge stoppen, bis das zusammenhängende Rohmaterial gerichtet ist und dadurch die Herstellung ungenauer Teile und die mögliche Beschädigung der stromabwärts liegenden Ausrüstung verhindert wird. Obwohl eine Ausführung des Ausrichtungssensors dargestellt und hierin vorher beschrieben ist, kann der Ausrichtungssensor in vielfältig unterschiedlicher Weise verkörpert werden.
Wie ebenfalls vorher in Verbindung mit der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 beschrieben und in 20, 24 und 27 bis 31 dargestellt ist, weist die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 vorzugsweise ein Paar gegenüberliegender Schmiedegesenke 206 auf, die zusammenwirken, um einen Hohlraum vorbestimmter Form zu bilden. Der Hohlraum definiert wiederum die Form mindestens eines Bereichs des sich ergebenden Teils, beispielsweise des Schaufelbereichs des sich ergebenden Schaufelbohrers. In Bezug auf die dargestellte Ausführung des Formverfahrens und der Formvorrichtung 10, die dazu angepasst ist, Schaufelbohrer zu formen, kann mindestens ein und vorzugsweise jedes Schmiedegesenk eine Kontaktfläche 208 mit etwa Z-förmiger Ausgestaltung aufweisen, welche einen Bereich des Hohlraums bildet.
Wie in den 28 und 29 dargestellt, hat der Z-förmige Hohlraum einen mittleren Bereich 210, der eine mittlere Ebene und gegenüberliegende Seitenbereiche oder Seitenflügel 212 aufweist, die sich von den gegenüberliegenden Seiten des mittleren Bereichs erstrecken. Die gegenüberliegenden Seitenbereiche definieren jeweilige Querebenen, die zu der mittleren Ebene geneigt sind. Die jeweiligen Kontaktflächen 208 der gegenüberliegenden Schmiedegesenke 206 berühren und formen das Werkstück in die vorbestimmte Form eines Bereichs des sich ergebenden Teils.
Die Kontaktfläche 208 mindestens eines Schmiedegesenks 206 definiert mindestens eine Kontaktebene, welche, gemäß der einen Ausführung geneigt zu der vorbestimmten Richtung liegt, in welche die Schmiedegesenke geschlossen werden. Wie zum Beispiel in 28 und 29 dargestellt, sind die mittleren Bereiche 210 der jeweiligen Kontaktflächen zu der vorbestimmten Richtung geneigt, in welche die Schmiedegesenke geschlossen werden und die jeweiligen Kontaktebenen definieren. Insbesondere wird zwischen den jeweiligen Kontaktebenen und einer Bezugsebene senkrecht zu der vorbestimmten Richtung, in welche sich die Schmiedegesenke bewegen, wie es in 29 dargestellt ist, ein Winkel definiert. In einer bevorzugten Ausführung beträgt der Winkel zwischen etwa 10° und etwa 20° und in einer spezifischen Ausführung etwa 15°.
Infolge der geneigten Ausrichtung der jeweiligen Kontaktebenen zu der vorbestimmten Richtung, in welche die Schmiedegesenke 206 geschlossen werden, legen die Kontaktebenen der Schmiedegesenke sowohl axiale als auch radiale Kräfte an das Werkstück an, wodurch während des Verformungsprozesses Druck-, Zug- und Scherbeanspruchungen in dem Werkstück entstehen. Die sich ergebenden Druck-, Zug- und Scherkraftkomponenten verformen das Werkstück nach außen in die durch die Schmiedegesenke definierte vorbestimmte Form.
Wie vorher beschrieben, erhöht das Anlegen von Scherkräften zur Verformung eines Werkstück wesentlich die Kräfte, denen die Schmiedegesenke 206 und der umgebende Stempel 217 während des Schmiedeprozesses widerstehen müssen. Um den erhöhten Kräften zu widerstehen, sind die gegenüberliegenden Schmiedegesenke und der Stempel in einer bevorzugten Ausführung aus Schnellstahl hergestellt, und bevorzugter aus Schnellstahl CPM^®REX^TMM14 oder aus einem äquivalenten, von der Colt Industries Crucible Specialty Metals Division of Syracuse, New York hergestellten Schnellstahl.
Weiterhin ist die Energie, die erforderlich ist, um ein Werkstück mit Scherkräften zu verformen, allgemein geringer als die entsprechende Energie, die erforderlich ist, um ein Werkstück mit Druckkräften zu verformen. Jedoch für Teile, die einen relativ kleinen Durchmesser haben, wie beispielsweise Schaufelbohrer mit einem Durchmesser von etwa 0,95 cm (3/8 Inch) oder weniger, und bei denen die Verformung des Werkstücks mit Scherkräften keine wesentliche Menge von Eingangsenergie einspart, ist der Winkel 214, der zwischen den jeweiligen Kontaktebenen und der Bezugsebene 216 definiert ist, verringert oder eliminiert, so dass erhöhte Druckkraftbeträge an das Werkstück angelegt werden und der Verformungsprozess wirksam fortschreitet, insbesondere weil der Arbeitshub allgemein verringert ist. Bei diesen Ausführungen können jedoch noch Scherkräfte, wenn auch in kleineren Beträgen, durch die Kontaktflächen angelegt werden, die geneigte seitliche Bereiche aufweisen, wie es durch den Z-förmigen Hohlraum in 28 und 29 dargestellt ist. Für Teile mit einem relativ großen Durchmesser, beispielsweise Schaufelbohrer mit einem Durchmesser von etwa 1,11 cm (7/16 Inch) oder größer, bei denen die Verformung des Werkstücks mit Scherkräften eine wesentliche Menge von Eingangsenergie einspart, sind die jeweiligen Kontaktebenen unter einem Winkel von zum Beispiel 15° zu der Bezugsebene angeordnet.
Nun auf die Erfindung Bezug nehmend, ist auch die hintere Fläche 432 der Schmiedegesenke 206 umgestaltet, um zu sichern, dass die angelegten Kräfte gleichmäßiger über die hintere Fläche des Gesenks angelegt werden und dadurch der Verschleiß des Gesenks verringert und die erwartete Lebensdauer der Schmiedegesenke entsprechend erhöht wird. In dieser Hinsicht weist die hintere Fläche der Schmiedegesenke einen mittleren Abschnitt 437 und einen ersten und einen zweiten seitlichen Abschnitt 436 auf, die an gegenüberliegenden Seiten des mittleren Abschnitts angeordnet sind. Wie in 30 dargestellt, hat der mittlere Abschnitt eine teilweise konische Form. In einer Ausführung hat zum Beispiel der mittlere Abschnitt eine Fläche, die durch einen Bereich eines Kegels mit einem eingeschlossenen Winkel von etwa 30° definiert ist. Gleichermaßen weist jeder seitliche Abschnitt eine teilweise konische Form auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch der Radius R_m, der durch den konischen Mittelabschnitt definiert ist, größer als der Radius R_L, der durch den konischen seitlichen Abschnitt an jeder entsprechenden Stelle entlang der Länge des Schmiedegesenks definiert ist. Infolge dessen ist der erste und der zweite seitliche Abschnitt relativ zu dem mittleren Abschnitt zurückgesetzt, so dass die Kräfte prinzipiell an den mittleren Abschnitt der hinteren Fläche angelegt werden, um das Schmiedegesenk in Kontakt mit dem Werkstück zu zwingen. Im Gegensatz zu den früheren Schmiedegesenken, bei denen die Kräfte an einen begrenzten Bereich angelegt wurden, beispielsweise entlang einer Kontaktlinie, gestatten es die Schmiedegesenke des vorliegenden Aspekts der vorliegenden Erfindung, dass die Kräfte über einen viel breiteren Bereich angelegt werden, nämlich über tatsächlich den gesamten mittleren Abschnitt. Durch das Anlegen der Kräfte über einen breiteren Bereich wird das Schmiedegesenk in einer gleichmäßigeren Art und Weise radial nach innen gedrückt und der erwartete Verschleiß wird verringert, wodurch die geplante Lebensdauer des Schmiedegesenks größer wird.
Wie in 30 dargestellt, verjüngt sich vorzugsweise das Schmiedegesenk 206. In dieser Hinsicht ist die Höhe des Schmiedegesenks, wie sie zwischen der Kontaktfläche 208 und der hinteren Fläche 432 definiert ist, an einem ersten Ende 206a des Schmiedegesenks vorzugsweise größer, als an einem gegenüberliegenden zweiten Ende 206b des Schmiedegesenks. Infolge der sich verjüngenden Form des Schmiedegesenks verjüngt sich auch der mittlere Abschnitt. In dieser Hinsicht ist die Breite des zylindrischen mittleren Abschnitts nahe dem ersten Ende des Schmiedegesenks allgemein größer und an dem zweiten Ende des Schmiedegesenks kleiner. Somit weist die Fläche des mittleren Abschnitts allgemein eine Trapezform auf.
Zurückkommend auf das Verfahren und die Vorrichtung 10, enthält die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 auch vorzugsweise eine Ausrichtungs-Haltevorrichtung 220, beispielsweise ein Drehkreuz, zum Halten des Paars gegenüberliegender Schmiedegesenke 206 in einer vorbestimmten ausgerichteten Beziehung während des Schmiedeprozesses. Die Ausrichtungs-Haltevorrichtung und das Paar gegenüberliegender Schmiedegesenke bilden eine Gesenkanordnung, welche in einer bevorzugten Ausführung eine Kegelstumpfform aufweist.
Die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 weist ferner Mittel zum radialen Schließen der gegenüberliegenden Schmiedegesenke 206, beispielsweise einen Stempel 217, auf. Obwohl der Stempel aus drei oder mehr Komponenten geformt sein kann, wie es durch das '267-iger Patent dargestellt und beschrieben wird, kann er auch aus zwei Komponenten geformt sein, wie in 24 und 27 dargestellt, oder der Stempel kann einstückig geformt sein, wie es hierin nachfolgend beschrieben wird. In diesen Ausführungen kann der Stempel dazu ausgestaltet sein, eine größere Vorbelastung und eine größere Ringspannung zu haben, um die Durchbiegung des Stempels während der Schmiedearbeitsgänge zu verringern. In jeder Ausführung bildet der Stempel 217 eine Hohlraumöffnung durch die vordere Stempelöffnung, und er hat eine Form, beispielsweise eine Kegelstumpfform, die der Form der Gesenkanordnung komplementär ist. Wie der in Verbindung mit der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 vorher beschriebene Stempel, weist der Stempel der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 ein Gesenkgehäuse auf. Wie in 24 und 27 dargestellt, kann der Stempel so ausgestaltet sein, dass die inneren Seitenwände, die den Gesenkhohlraum bilden, als Gesenkgehäuse dienen. Alternativ kann der Stempel eine getrennte ringförmige Komponente enthalten, die in Presspassung in den Gesenkhohlraum eingepasst ist, wie es vorher in Verbindung mit der Sechskant-Schmiedevorrichtung beschrieben ist.
In der in den 20, 24 und 27 dargestellten Ausführung weist die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 weiterhin einen Kopf 218 auf, der einen Durchgang bildet, der sich in Längsrichtung durch mindestens einen vorderen Bereich des Kopfes erstreckt. Wie vorher in Verbindung mit der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 beschrieben wurde, entsprechen die Größe und die Form des durch den Kopf gebildeten Durchgangs vorzugsweise der Größe und Form des vorderen Bereichs des Stempels 217. So sind zum Beispiel der Stempel und der durch den Kopf gebildete Durchgang allgemein zylindrisch. Weiterhin sind mindestens Bereiche des Stempels und des durch den Kopf gebildeten Durchgangs so dimensioniert, dass der Stempel in Presspassung in den durch den Kopf gebildeten Durchgang passt.
Im Gegensatz zu früheren Konstruktionen, die eine Presspassung zwischen dem Stempel 217 und der gesamten Länge des durch den Kopf 218 gebildeten Durchgangs vorsahen, wirken die innere Fläche des Kopfes und die äußere Fläche des Stempels einer vorteilhaften Ausführung zusammen, um einen Freiraumbereich nahe dem vorderen Ende des Stempels zu bilden. Der Freiraumbereich ermöglicht es dem vorderen Ende des Stempels, sich in radialer Auswärtsrichtung geringfügig zu biegen, wenn der Stempel und die Gesenkanordnung weiter in den Gesenkhohlraum vorwärts bewegt werden. Mit anderen Worten, der Freiraumbereich bildet einen größeren Spalt zwischen dem Kopf und dem vorderen Bereich des Stempels, als zwischen dem Kopf und anderen, weiter hinten liegenden, Bereichen des Stempels, beispielsweise den Bereichen des Stempels, die sich in Presspassung in dem Kopf befinden. Indem eine geringfügige radiale Auswärts-Ausbiegung des vorderen Bereiches des Stempels ermöglicht wird, kann die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 der vorliegenden vorteilhaften Ausführung die vorgesehene Durchbiegung des Stempels aufnehmen, ohne wesentliche Kräfte auf den Stempel und den Kopf aufzubringen, welche die effektive Lebensdauer dieser Komponenten verkürzen. Durch Aufrechterhaltung der Presspassung zwischen anderen Bereichen des Stempels und des Kopfes bleibt jedoch die Schmiedevorrichtung der vorliegenden vorteilhaften Ausführung in präziser Ausrichtung und Führung, die zwischen dem Stempel und der Gesenkanordnung erforderlich ist.
Bei der Ausgestaltung des Stempels 217 und des Kopfes 218 der in 27 dargestellten Ausführung wurde der Stempel in drei Zonen unterteilt, nämlich in eine vordere Belastungszone, eine mittlere neutrale Zone und eine belastungsfreie hintere Zone. Wie durch die Terminologie angezeigt, ist der vordere Belastungsabschnitt des Stempels der Stempelbereich, der bedeutende Belastungen erfährt, wenn der Stempel in Längsrichtung vorwärts bewegt und die Gesenkanordnung in den Gesenkhohlraum eingeführt wird. Im Gegensatz dazu erfährt der hintere belastungsfreie Abschnitt dieses Bereichs des Stempels wenig, wenn überhaupt, eine Belastung, wenn der Stempel in Längsrichtung vorwärts bewegt wird und die Gesenkanordnung weiter in den Gesenkhohlraum eingeführt wird, während der mittlere neutrale Abschnitt ein Übergangsbereich ist. Daher ist die Länge des Freiraumbereichs etwa gleich der Breite des vorderen Belastungsabschnitts. Anders gesagt, erstreckt sich die Breite des Freiraumbereichs vorzugsweise von einer Stelle nahe dem vorderen Ende des Stempels zu einer Stelle mindestens hinter der hintersten Stelle, bis zu der die Schmiedegesenke in den Hohlraum eingeführt sind, wenn der Stempel vollständig in Längsrichtung vorwärts bewegt worden ist. Somit ermöglicht der Freiraumbereich eine geringfügige radiale Auswärtsbiegung des Stempelbereichs, der die Gesenkanordnung nach dem Vorwärtsbewegen des Stempels während der Schmiedearbeitsgänge umgibt.
In der dargestellten Ausführung hat der Kopf 218 nahe dem vorderen Ende des Stempels 217 eine Umfangsnut 438, die als Freiraumbereich dient. Alternativ könnte der Stempel eine Umfangsnut aufweisen, um als Freiraumbereich zu dienen. Noch anders könnten sowohl der Stempel als auch der Kopf ausgerichtete Nuten haben, die zusammenwirken, um als Freiraumbereich zu dienen. In jedem Fall sollte die Tiefe der Nut mindestens so groß sein, wie die vorgesehene Auswärtsbiegung des vorderen Bereichs des Formwerkzeugs, in einer Ausführung beispielsweise 0,044 cm (0,0175 Inch).
Um zu sichern, dass der Stempel 217 korrekt im Durchgang geführt wird, der durch den Kopf 218 gebildet ist, ist der hintere belastungsfreie Bereich des Stempels vorzugsweise in Presspassung in den Kopf eingepasst, so dass der Stempel korrekt mit der Gesenkanordnung ausgerichtet ist, wenn er in Längsrichtung vorwärts bewegt und zurückgezogen wird. Weiterhin kann der Kopf eine Bronzebuchse 440 aufweisen, die dimensioniert ist, eine Presspassung mit einem hinteren Bereich des Stempels zu erzeugen. Siehe 24 und 27. Wie Fachleuten bekannt ist, entspricht die Bronzebuchse der Form des Stempels, um den Stempel weiterhin in dem durch den Kopf gebildeten Durchgang auszurichten.
Wie in den 51 und 52 dargestellt, enthält die Schmiedevorrichtung 442 einer anderen Ausführung keinen Kopf 218. Statt dessen weist die Schmiedevorrichtung einen Stempel 444 auf, der ausgestaltet ist, eine viel dickere Wand zu haben, als der Stempel der Ausführung, die in 24 und 27 dargestellt ist. Der Stempel der 51 und 52 kann den Kräften widerstehen, die erzeugt werden, wenn der Stempel in Längsrichtung vorwärts bewegt und die Gesenkanordnung 446 weiter in den Gesenkhohlraum eingeführt wird, der durch den Stempel gebildet ist. Wie vorher in Verbindung mit anderen Ausführungen beschrieben ist, ist der Stempel der vorliegenden Ausführung vorzugsweise aus einem Schnellstahl hergestellt, beispielsweise aus dem Schnellstahl CPM^®REX^TMM4 oder aus einem äquivalenten Stahl, der von der Colt Industries Crucible Specialty Metals Division of Syracuse, New York vertrieben wird.
Um das Ausrichten des Stempels 444 mit der Gesenkanordnung 446 sowie das Vorwärtsbewegen und Zurückziehen des Stempels während der Schmiedearbeitsgänge zu erleichtern, kann die Schmiedevorrichtung 442 der vorliegenden Ausführung auch eine Stempel-Stützplattform 450 enthalten. Wie in 51 und 52 dargestellt ist, weist die Stempel-Stützplattform mehrere Schlitten 451 auf, die auf sich in Längsrichtung erstreckenden Schienen 452 angebracht sind, um es der Stempel-Stützplattform zu ermöglichen, sich in Längsrichtung mit dem Stempel zu bewegen. Die Stempel-Stützplattform ist unter dem Stempel angebracht, um so den Stempel vor, während und nach den Schmiedearbeitsgängen abzustützen.
Die Stempel-Stützplattform 450 hat auch Mittel zum Einstellen der Höhe des Stempels 444 bezüglich der restlichen Schmiedevorrichtung 442, einschließlich der Gesenkanordnung 446. Wenn auch die Stempel-Stützplattform verschiedene Mittel zum Einstellen der Höhe des Stempels aufweisen kann, enthält die Stempel-Stützplattform der dargestellten Ausführung ein Paar sich in Längsrichtung erstreckender Walzen 454, die sich längs den gegenüberliegenden Seiten des Stempels erstrecken, um den Stempel auszurichten und abzustützen. Um die Walzen definitiver relativ zu dem Stempel zu positionieren, bildet die Außenfläche des Stempels der dargestellten Ausführung vorzugsweise eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 456, die dimensioniert ist, um die Walzen aufzunehmen.
Durch steuerbares Einstellen des Abstands zwischen den Walzen 454 kann der Stempel 444 angehoben und abgesenkt werden. Insbesondere kann der Stempel durch Verringern des Abstands zwischen den Walzen angehoben oder durch Vergrößern des Abstands zwischen den Walzen abgesenkt werden. Wie in 53 und 54 dargestellt, weist die Stempel-Stützplattform 450 einer Ausführung eine Grundplatte 458 auf, die sich zwischen einem Paar Schlitten 451 erstreckt, die sich auf jeder der sich in Längsrichtung erstreckenden Schienen 452 bewegen. Wie am deutlichsten in 53 dargestellt, hat die Stempel-Stützplattform dieser Ausführung auch ein Paar von Träger 460, welche die jeweiligen Walzen tragen und die auf gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte angebracht sind. Der Stempel kann auf der Stempel-Stützplattform so positioniert werden, dass die Walzen ihren Sitz in der Umfangsnut 456 haben, die durch die äußere Oberfläche des Stempels gebildet ist.
Wie in den 53 und 54 dargestellt, weist die Stempel-Stützplattform 450 dieser Ausführung ein mit Gewinde versehenes Bauteil 462 auf, das zu jedem Träger 454 gehört. Das mit Gewinde versehene Bauteil ist schraubend mit der Grundplatte 458 verbunden, so dass das mit Gewinde versehene Bauteil schraubend relativ zu der Grundplatte vorwärts bewegt und zurückgezogen werden kann. Im Gegensatz dazu ist der Träger auf einem mittleren Bereich des jeweiligen mit Gewinde versehenen Bauteils gelagert, so dass er sich relativ zu dem Stempel 444 nach innen und nach außen bewegen kann, wenn das mit Gewinde versehene Bauteil schraubend in die Basisplatte vorwärts bewegt bzw. schraubend aus der Grundplatte zurückgezogen wird. Obwohl der Träger in vielfältiger Weise durch das mit Gewinde versehene Bauteil getragen werden kann, weist der Träger der vorliegenden Ausführung eine Buchse 464 auf, durch welche sich das mit Gewinde versehene Bauteil erstreckt und die für eine Bewegung damit angepasst ist. Die mit Gewinde versehenen Bauteile können gedreht werden, um die Walzen dichter zueinander zu bewegen, um den Stempel anzuheben, oder um die Walzen weiter voneinander weg zu bewegen, um den Stempel abzusenken. Somit kann der Stempel vor Beginn der Schmiedearbeitsgänge präzise mit der Gesenkanordnung ausgerichtet werden, und kann danach während der Schmiedearbeitsgänge durch die Gesenk-Stützplattform der vorliegenden Erfindung abgestützt werden.
Wie in den 20 und 24 dargestellt kann die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 einer Ausführung auch einstellbare Abstützungen 470 enthalten, welche den Kopf 218 abstützen und ausrichten, insbesondere die vorderen und hinteren Platten 218a, 218b. Wie ausführlicher in 22 und 23 dargestellt, weist jede Abstützung ein Paar Schlitten 472 auf, die auf jeweiligen, sich in Längsrichtung erstreckenden Schienen 235 angebracht sind, um die Bewegung der einstellbaren Abstützung sowie des durch die einstellbaren Abstützungen abgestützten Kopfes zu erleichtern. Das Schlittenpaar ist allgemein durch ein Stützteil 474 verbunden, das sich zwischen den Schlitten erstreckt und das unter dem jeweiligen Kopfrahmen angebracht ist und ihn abstützt. Jede einstellbare Abstützung hat einen Einstellmechanismus 476, wie zum Beispiel ein mit Gewinde versehenes Einstellelement, das schraubend vorwärts bewegt und zurückgezogen werden kann, um den jeweiligen Rahmen des Kopfes entsprechend anzuheben und abzusenken. Der Kopf kann während der anfänglichen Ausgestaltung der Schmiedevorrichtung passend in Bezug auf die anderen Komponenten der Schmiedevorrichtung, beispielsweise in Bezug auf den Stempel 217 und die Gesenkanordnung, ausgerichtet werden. Weiterhin dienen die einstellbaren Abstützungen dazu, den Kopf und andere Komponenten der Schmiedevorrichtung während der Schmiedearbeitsgänge abzustützen und dadurch den Kopf und die anderen Komponenten der Schmiedevorrichtung davor zu schützen, dass sie durch die Schwerkraft langsam nach unten gezogen werden.
Wie in den 20 und 24 dargestellt ist, weist die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 vorzugsweise eine Schaufelpresse 224 auf, um den Stempel 217 über die Gesenkanordnung zu drücken. Wie dargestellt, kann die Schaufelpresse einen ringförmigen Zylinder 226 und eine ringförmige Kolbenstange 228 aufweisen, die mindestens teilweise im Zylinder angeordnet ist und durch die sich das zusammenhängende Rohmaterial erstreckt. Ein Ende der ringförmigen Kolbenstange ist auch funktionell mit dem Stempel verbunden, so dass die Bewegung der ringförmigen Kolbenstange auch den Stempel bewegt.
Wie in den 20 und 24 dargestellt ist, enthält die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 vorzugsweise eine Rahmenplatte 230, die mit der hinteren Kopfplatte 218b durch Zugstangen 218c verbunden ist, und eine zugehörige Verschleißplatte, an denen die gegenüberliegenden Schmiedegesenke 206 anliegen, wodurch ein Vorschub der Schmiedegesenke in Längsrichtung verhindert wird. Somit kann die Steuereinrichtung 30 die ringförmige Kolbenstange 228, beispielsweise durch hydraulisches Betätigen der Schaufelpresse 224, ausfahren, um den Stempel 217 über die Gesenkanordnung zu drücken und dadurch das Paar gegenüberliegender Schmiedegesenke um einen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12 zu schließen. Wenn auch ein ringförmiger Zylinder 226 und eine ringförmige Kolbenstange dargestellt und beschrieben sind, kann die Schaufelpresse auch andere Einrichtungen zum Bewegen des Formgehäuses bezüglich dem Paar von gegenüberliegenden Schmiedegesenken aufweisen, beispielsweise mehrere Hydraulikzylinderanordnungen, die sich in Betriebskontakt mit dem Gehäuse befinden und die konzentrisch um das zusammenhängende Rohmaterial angeordnet sind. Wenn sich auch der Druck oder die Kraft, die erforderlich sind, um das Formgehäuse über die Gesenkanordnung zu drücken, in Abhängigkeit von den Prozessbedingungen, einschließlich der Art des Materials, aus dem das Werksstück geformt ist, und der Größe und Form des sich ergebenden Teils, verändern, hat eine hydraulische Presse, beispielsweise eine 500-Tonnen-Presse, Schaufelbohrer der vorliegenden Erfindung aus Kohlenstoffstahl 1050 hergestellt.
Um Teile gewünschter Form und Größe zu formen, wirkt die Presse der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 vorzugsweise auf einen vorbestimmten Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12 oder schmiedet nur einen vorbestimmten Bereich davon. Insbesondere verformt die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung vorzugsweise nur einen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials, der um eine vorbestimmte Distanz in Längsrichtung von einem jeweiligen Ausrichtmerkmal 104 beabstandet ist. Daher müssen die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung und das zusammenhängende Rohmaterial präzise ausgerichtet werden, um zu sichern, dass die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung den richtigen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials verformt. Vorzugsweise schmieden die erste und die zweite Schmiedevorrichtung, nämlich die Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 und die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung, in dem Ausführungsbeispiel beide Bereiche desselben Teils, jedoch in verschiedenen Stadien des Herstellungsprozesses. Somit kann jedes Teil sowohl die erste als auch die zweite vorbestimmte Form aufweisen, die ihm durch die erste bzw. zweite Schmiedevorrichtung verliehen wurde.
Wie vorher in Verbindung mit der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 beschrieben wurde, weist die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 vorzugsweise einen Schlitten 232 auf, auf dem die Schaufelpresse 224, der Stempel 217, der Kopf 218, das Paar gegenüberliegender Schmiedegesenke 206 und die Rahmenplatte 230 angebracht sind. Der Schaufelpressen-Schlitten ist vorzugsweise dazu angepasst, sich gesteuert in Längsrichtung zu bewegen. Die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung kann eine oder mehrere Gleitbahnen 233 haben, die sich auf sich in Längsrichtung erstreckenden, parallelen Schienen oder Führungsspuren 235 bewegen und mit diesen zusammenwirken. Weiterhin enthält die Schaufelpresse vorzugsweise eine Positionierungsvorrichtung, beispielsweise eine Hydraulikzylinderanordnung 224 mit einem Hydraulikzylinder 226 und einer Kolbenstange 228, die sich in funktionellem Kontakt mit dem Schaufelpressen-Schlitten befindet und auf die Steuereinrichtung 30 anspricht, so dass die Steuereinrichtung den Schaufelpressen-Schlitten durch hydraulisches Betätigen der Hydraulikzylinderanordnung steuerbar positionieren kann.
Wie in 20A dargestellt ist, weist die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 vorzugsweise auch einen Positionssensor für den Schaufelpressen-Schlitten 240, beispielsweise ein MTS Temposonics^® LP-Positions-Messsystem, für das Überwachen der relativen Position des Schaufelpressen-Schlittens 232 auf. Der Positionssensor versorgt die Steuereinrichtung 30 mit Signalen, welche die relative Position des Schaufelpressen-Schlittens anzeigen.
Nun auf 27 Bezug nehmend, enthält die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 vorzugsweise auch eine Ausrichtungs-Überwachungseinrichtung 242, beispielsweise ein photoelektrisches Auge oder einen Sensor, welche das zusammenhängende Rohmaterial 12 während des intermittierenden Vorschubs des zusammenhängenden Rohmaterials durch die Weitertaktungs-Vorrichtung 14 überwacht. Die Schaufel-Druckschmiede-vorrichtung erkennt jedes Ausricht- Merkmal, das das zusammenhängende Rohmaterial aufweist, wenn sich dieses vorwärts bewegt. Wie vorher in Verbindung mit der Spitzen-Entgratungsstation 116 beschrieben, ist die Steuereinrichtung 30 vorzugsweise funktionell mit der Ausrichtungs-Überwachungseinrichtung und den Positionssensoren verbunden, so dass die Steuereinrichtung den Schaufelpressen-Schlitten basierend auf dessen relativer Stellung und der Orte des Ausrichtmerkmals steuerbar positioniert, so dass das Paar gegenüberliegender Schmiedegesenke 206 einen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials berührt, der während des letzten Vorschubs des zusammenhängenden Rohmaterials in einer vorbestimmt beabstandeten Beziehung zum Ausrichtmerkmal erkannt wurde. Siehe Blöcke 588 bis 594 von 55G. Wenn auch der Schaufelpressen-Schlitten in verschiedenartiger Weise positioniert werden kann, weist die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung der einen Ausführung einen hydraulischen Zylinder 268 auf, der an der Rahmenplatte 230 befestigt und dazu angepasst ist, die Rahmenplatte relativ zu einem festen Punkt zu positionieren, der durch das Ende einer mit Gewinde versehenen Stange 280 definiert ist, welche schraubbar mit einer feststehenden Mutteranordnung 282 eingreift, die auf der darunter liegenden Plattform 484 angebracht ist.
Wenn der Schaufelpressen-Schlitten 232 korrekt positioniert ist, wird ein Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12 stromaufwärts der Schmiedegesenke 206 sicher festgeklemmt, wie es in Block 596 angegeben ist. Insbesondere weist die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 vorzugsweise eine stromaufwärtige Klemme 244 für das sichere Festklemmen eines Bereichs des zusammenhängenden Rohmaterials auf, der in einer Ausführung ein mittlerer Bereich des Schafts 4412 des sich ergebenden Schaufelbohrers 410 ist. Wie vorher in Verbindung mit anderen Klemmen beschrieben und wie in 27 dargestellt ist, hat die stromaufwärtige Klemme vorzugsweise eine ringförmige Klemmhülse 246, durch welche sich das zusammenhängende Rohmaterial erstreckt. Die stromaufwärtige Klemme enthält vorzugsweise auch eine ringförmige Umschließungshülle 248 und eine durch die Steuereinrichtung 330 gesteuerte Hydraulikzylinderanordnung 250, um die ringförmige umgebende Umschließungshülle über die ringförmige Klemmhülse zu drücken, so dass die Hülse um das sich durch sie erstreckende zusammenhängende Rohmaterial geschlossen wird und dieses sicher festklemmt.
Danach wird ein Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12 stromabwärts der Schmiedegesenke 206 sicher festgeklemmt. Insbesondere weist die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 auch eine stromabwärtige Klemme 252 auf, um einen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials stromabwärts von den Schmiedegesenken sicher festzuklemmen, wie es in Block 598 angegeben ist. Insbesondere klemmt die stromabwärtige Klemme das Verbindungsstück 200 fest, das sich zwischen einem Paar von benachbarten Teilen, beispielsweise von benachbarten Schaufelbohrern, erstreckt und die Teile verbindet.
Wenn auch die stromabwärtige Klemme 252 in vielfältiger Weise ausgestaltet sein kann, enthält die stromabwärtige Klemme der einen in 32 dargestellten vorteilhaften Ausführung ein Paar von Gesenken 254, die in einer jeweiligen Ausrichtungsvorrichtung 256 angeordnet sind. Die Ausrichtungsvorrichtung ist wiederum an einer Klemmplatte 258 montiert und erstreckt sich von der Klemmplatte in eine Stromaufwärts-Längsrichtung nach außen, wie es in 27 dargestellt ist. Wie in 27 und 32 gezeigt, weist die Klemmplatte eine Nockenhülse 259 auf, welche die Ausrichtungsvorrichtung aufnimmt und die ein Paar gegenüberliegender Taschen 260 bildet, die dazu angepasst sind, die äußeren Bereiche der Gesenke aufzunehmen. Wie auch in 32 dargestellt ist, haben die äußeren Bereiche der Gesenke, die in den jeweiligen Taschen angeordnet sind, eine jeweilige äußere Nockenfläche 262. Somit wirken nach Drehung der Nockenhülse relativ zu der Ausrichtungs vorrichtung und zu den Gesenken die äußeren Nockenflächen der Gesenke und die Taschen, die durch die Nockenhülse gebildet sind, zusammen, um die Gesenke nach innen in Richtung auf das zusammenhängende Rohmaterial 12 zu drücken, um so das zusammenhängende Rohmaterial dazwischen sicher festzuklemmen.
Wie in den 27, 33 und 34 dargestellt, kann die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 einen Hebelarm 264 aufweisen, der funktionell sowohl mit der Ausrichtungsvorrichtung 256 als auch mit der Steuereinrichtung 30 verbunden ist. Daher kann die Steuereinrichtung den Hebelarm um einen vorbestimmten Betrag drehen, beispielsweise durch hydraulische Betätigung einer zugehörigen Hydraulikzylinderanordnung 266. Durch das Drehen des Hebelarms wird die Ausrichtungsvorrichtung entsprechend relativ zu der Klemmplatte 258 gedreht. Die Schaufel-Druckschmiede-vorrichtung kann auch einen Abstandssensor enthalten, der funktionell mit der Steuereinrichtung verbunden ist, um zu erkennen, dass der Hebelarm um den vorbestimmten Betrag gedreht worden ist. Alternativ kann die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung einen Druckschalter aufweisen, der funktionell mit der Hydraulikzylinderanordnung und der Steuereinrichtung verbunden ist, um den hydraulischen Druck zu erkennen, der angelegt wird, um den Hebelarm zu drehen. In jedem Fall kann die Steuereinrichtung dann nach dem Erkennen der ausreichenden Drehung des Hebelarms oder eines ausreichenden Anlegens von hydraulischem Druck die weitere Drehung des Hebelarms stoppen, da die stromabwärtige Klemme 252 das zusammenhängende Rohmaterial 12 bereits sicher festgeklemmt haben sollte.
Nachdem die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Klemmen um das zusammenhängende Rohmaterial 12 geschlossen sind, drückt die Schaufelpresse 224 vorzugsweise den Stempel 217 in Längsrichtung vorwärts, um so die Gesenkanordnung weiter in den Hohlraum einzuführen, so dass das Paar gegenüberliegender Schmiedegesenke 206 radial um das zusammenhängende Rohmaterial geschlossen wird.
Während das Teil geschmiedet wird, wächst das zusammenhängende Rohmaterial sowohl in Stromaufwärts- als auch in Stromabwärts-Längsrichtung, wie es vorher beschrieben wurde. Insbesondere wächst der Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials zwischen dem geschmiedeten Bereich und der stromabwärtigen Klemme 252 in Stromabwärts-Längsrichtung, während der Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials zwischen dem geschmiedeten Bereich und der Stromaufwärts-Klemme 244 in Stromaufwärts-Längsrichtung wächst.
Die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 der vorliegenden Erfindung gleicht das Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials 12 in Stromaufwärts-Längsrichtung aus, indem es dem Schaufelpressen-Schlitten 232 ermöglicht wird, sich in Stromabwärts-Längsrichtung zu bewegen. Insbesondere bewegt sich der Schaufelpressen-Schlitten um eine lineare Entfernung in Stromabwärts-Längsrichtung, die gleich dem Wachsen des zusammenhängenden Rohmaterials in Stromaufwärts-Längsrichtung ist. Vorzugsweise weist die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung Mittel, beispielsweise eine oder mehrere hydraulische Betätigungsvorrichtungen 268, auf, die effektiv als Federn wirken, um den Schaufelpressen-Schlitten in Längsrichtung vorzuspannen, um so die Stromabwärts-Längsrichtungs-Bewegung des Schaufelpressen-Schlittens abzubremsen und dadurch die seitliche Vergrößerung des geschmiedeten Bereichs des zusammenhängenden Materials zu unterstützen, so dass der geschmiedete Bereich den Hohlraum ausfüllt, der durch das Paar gegenüberliegender Schmiedegesenke 206 gebildet wird.
Wie in den 24 und 27 dargestellt ist, ist die Klemmplatte 258, in welcher die stromabwärtige Klemme 252 angeordnet ist, an der Rahmenplatte 230 des Schaufelpressen-Schlittens 232 angebracht. Insbesondere ist die Klemmplatte vorzugsweise an der Rahmenplatte des Schaufelpressen-Schlittens in einer solchen Weise angebracht, dass der Abstand oder die Entfernung zwischen der Klemmplatte und der Rahmenplatte verändert werden kann.
Insbesondere ist die Klemmplatte vorzugsweise in Richtung auf die Rahmenplatte des Schaufelpressen-Schlittens vorgespannt, beispielsweise durch eine oder mehrere hydraulische Federn 270.
Durch Überwinden der Vorspannkraft, die durch die hydraulischen Federn 270 aufgebracht wird, kann jedoch die Klemmplatte 258, und daher die stromabwärtige Klemme 252, weiter von der Rahmenplatte 228 des Schaufelpressen-Schlittens 232 weggedrückt werden. Das Wachsen des zusammenhängenden Rohmaterials 12 liefert in Stromabwärts-Längsrichtung während der Schmiedearbeitsgänge eine ausreichende Kraft auf die stromabwärtige Klemme und infolge dessen auf die Klemmplatte, um so die vorbestimmte Vorspannkraft zu überwinden und die Klemmplatte weiter von der Rahmenplatte des Schaufelpressen-Schlittens weg zu drücken und dadurch während des Schmiedearbeitsgangs das Längenwachstum des zusammenhängenden Materials in Stromabwärts-Längsrichtung auszugleichen.
Wie vorher in Verbindung mit der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 beschrieben, kann die Steuereinrichtung 30 funktionell mit einer oder mehreren hydraulischen Federn 270 verbunden sein, so dass die vorbestimmte Vorspannkraft in Längsrichtung, die durch die jeweiligen hydraulischen Federn geliefert wird, nach einem vorbestimmten Ablaufplan über die Zeit verändert werden kann. So kann zum Beispiel die Steuereinrichtung über die Zeit allmählich die vorbestimmte Vorspannkraft in Längsrichtung erhöhen, um zu sichern, dass der Bereich des zusammenhängenden Lagermaterials 12, der geschmiedet wird, sich seitlich ausdehnt, um den Hohlraum zu füllen, der von den Schmiedegesenken 206 gebildet wird, während während der Schmiedearbeitsgangs zur gleichen Zeit das Längenwachstum des zusammenhängenden Materials in Stromabwärts-Längsrichtung ausgeglichen wird.
Die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 enthält auch vorzugsweise auch ein Paar Wachstumssensoren zum Überwachen des Längen- Wachstums des zusammenhängenden Rohmaterials 12. Wie in 20A dargestellt, misst der Positionssensor 240 für den Schaufelpressen-Schlitten durch Überwachen der Stromabwärts-Längsrichtungs-Bewegung des Schaufelpressen-Schlittens 232 das Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials in Stromaufwärts-Längsrichtung. Wie ebenfalls in 20A dargestellt ist, weist die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung vorzugsweise auch einen Sensor 274 für das Wachsen in Stromabwärtsrichtung auf, der durch Überwachen des relativen Abstands der Klemmplatte 258 von der Rahmenplatte 230 des Schaufelpressen-Schlittens das Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials in Stromabwärts-Längsrichtung misst.
Die Steuereinrichtung 30 ist funktionell sowohl mit den Stromaufwärts- als auch mit den Stromabwärts-Wachstumssensoren verbunden, so dass durch Summieren des jeweiligen Längenwachstums, das durch beide Wachstumssensoren gemessen wird, die Steuereinrichtung das gesamte Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials 12 in beide Richtungen bestimmen kann. Da das Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials direkten Bezug auf das Ausmaß des Schmiedens hat, ist das Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials, das durch die Stromaufwärts- und Stromabwärts-Wachstumssensoren gemessen wird, tatsächlich ein Maß für das Ausmaß des durchgeführten Schmiedens.
Während der Schmiedearbeitsgänge einer vorteilhaften Ausführung drückt die Schaufelpresse 224 das Gesenkgehäuse anfangs mit einer relativ schnellen ersten vorbestimmten Geschwindigkeit über die Gesenkanordnung, wie es in Block 600 angegeben ist. Wenn die Schmiedearbeitsgänge fortschreiten, drückt jedoch die Schaufelpresse das Gesenkgehäuse mit einer zweiten, geringeren vorbestimmten Geschwindigkeit über die Gesenkanordnung. So drückt zum Beispiel die Schaufelpresse einer vorteilhaften Ausführung vorzugsweise das Gesenkgehäuse mit einer relativ schnellen Geschwin digkeit über die Gesenkanordnung, bis die Steuereinrichtung 30 und die Wachstumssensoren feststellen, dass das kombinierte Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials 12 sowohl in Stromaufwärts- als auch in Stromabwärts-Längsrichtung gleich einem vorbestimmten Prozentsatz, beispielsweise 90%, des gesamten Längenwachstums des zusammenhängenden Rohmaterials ist, das während des Schaufelpressen-Schmiedearbeitsgangs vorgesehen ist. Nachdem der vorbestimmte Prozentsatz, beispielsweise 90%, des gesamten erwarteten Längenwachstums des zusammenhängenden Rohmaterials erreicht ist, verlangsamt die Schaufelpresse vorzugsweise den Vorschub des Gesenkgehäuses über die Gesenkanordnung, während das Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials weiter sowohl in Stromaufwärts- als auch in Stromabwärts-Längsrichtung überwacht wird. Wenn die Steuereinrichtung und die Wachstumssensoren festgestellt haben, dass das Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials sowohl in Auf- als auch Abwärts-Längsrichtung gleich dem gesamten vorgesehenen Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials ist, kann die Steuereinrichtung den weiteren Vorschub des Gesenkgehäuses über die Gesenkanordnung stoppen und dadurch das Schmieden des Schaufelbereichs des Schaufelbohrers beenden. Siehe Blöcke 602 bis 614 in 55G und 55H.
Wenn die Steuereinrichtung 30 die Schmiedearbeitsgänge beendet hat, zieht die Schaufelpresse 224 den Stempel 217 aus der Gesenkanordnung 206 zurück, wie es in Block 616 angegeben ist. Wie vorher in Verbindung mit der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 beschrieben wurde, weist die Gesenkanordnung vorzugsweise mehrere Federn 276 auf, von denen eine jedem der Schmiedegesenke zugeordnet ist, um das jeweilige Schmiedegesenk in eine radiale Auswärtsrichtung zu drücken. Daher öffnet sich, wenn die Schaufelpresse das Formgehäuse zurückzieht, das Paar gegenüberliegender Schmiedegesenke oder bewegt sich radial auswärts, um dem zusammenhängenden Rohmaterial 12 die Bewegung in Längsrichtung zu ermöglichen.
Wie in 20 dargestellt, hat die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung vorzugsweise auch einen Sensor, beispielsweise ein MTS Temposonics^® L2-Positions-Messsystem, um die relative Position der ringförmigen Kolbenstange 228 der Schaufelpresse 224 zu überwachen. Wie in den Blöcken 618 und 620 angegeben ist, ist die Steuereinrichtung 30 funktionell mit dem Sensor verbunden, um so das Zurückziehen der ringförmigen Kolbenstange zu beenden, wenn sie in eine vorbestimmte Ruhe- oder Ausgangsstellung zurückgekehrt ist. Danach kann die Steuereinrichtung die stromabwärtige Klemme 252 durch hydraulisches Drehen des Hebelarms 264 öffnen, so dass der Hebelarm ebenfalls in seine vorbestimmte Ruhe- oder Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Nachfolgend kann die Steuereinrichtung die stromaufwärtige Klemme 244 durch hydraulisches Zurückziehen der stromaufwärtigen Umschließungshülse 248. öffnen. Siehe Blöcke 622 und 624 in 55H.
Wie in 20A dargestellt, kann die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 auch eine Positioniervorrichtung aufweisen, beispielsweise einen Wechselstrom-Servomotor und eine zugehörige Kugelumlaufspindel, oder, wie dargestellt, die hydraulische Betätigungsvorrichtung 268, die funktionell mit dem Schaufelpressen-Schlitten 232 verbunden ist und auf Befehle der Steuervorrichtung 30 anspricht. Somit kann die Steuereinrichtung den Schaufelpressen-Schlitten durch Betätigen der hydraulischen Betätigungsvorrichtung auf eine vorbestimmte Anfangs- oder Startposition zurückführen, die den Schaufelpressen-Schlitten in die Anfangs- oder Ruheposition zurückführt, die durch das Ende der mit Gewinde versehenen Stange 280 definiert ist, wie es vorher beschrieben wurde.
Wie in Block 621 in 55H dargestellt ist, kann, wenn die Steuereinrichtung 30 die Schmiedearbeitsgänge beendet und den Stempel 217 der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 zurückgezogen hat, der Stempel relativ zu den mehreren Schmiedegesenken 206 gedreht werden, so dass sich der Verschleiß und die Zerstörung des Gehäuses, die durch die relative Bewegung des Stempels und der mehreren Schmiedegesenke verursacht werden, relativ gleichmäßig um den Umfang des Stempels verteilen. Wie in 20 und 24 dargestellt ist, kann die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung eine Drehvorrichtung enthalten, beispielsweise ein Zahnrad 490, das an dem Stempel angebracht ist, und ein Antriebselement, das dazu angepasst ist, in das Zahnrad einzugreifen, und bewirkt, dass sich das Zahnrad und dadurch der Stempel drehen. Wie vorher in Verbindung mit der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 beschrieben ist, kann das Antriebselement eine Stange sein, die eine Sperrklinke zum Eingriff mit dem Zahnrad trägt. Wie dargestellt, ist das Antriebselement an dem Schaufelpressen-Schlitten 232 angebracht und, insbesondere, an einer hinteren Auflageplatte der Schaufelpresse. Obwohl das Antriebselement in vielfältiger Weise betätigt werden kann, kann es durch eine hydraulische Betätigungsvorrichtung 492 ausgefahren und zurückgezogen werden. In dieser Hinsicht kann die hydraulische Betätigungsvorrichtung die Sperrklinke durch Vorschieben des Antriebselements in eine Richtung nach unten ausfahren, so dass die Sperrklinke in Eingriff mit dem Zahnrad kommt und bewirken kann, dass das Zahnrad um einen vorbestimmten Winkel entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn sich das Zahnrad gedreht hat, wird das Antriebselement durch die hydraulische Betätigungsvorrichtung zurückgezogen. Wie vorher beschrieben, kann die Sperrklinke durch sein Schwenken von dem Zahnrad weg mit dem Zahnrad außer Eingriff gebracht werden. Normalerweise wird die Sperrklinke von dem Zahnrad weg geschwenkt, da das Zahnrad dazu angepasst ist, nur in eine Richtung, beispielsweise in eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn, zu drehen, so dass Versuche, das Antriebselement zurückzuziehen, die Federkraft überwinden, die die Sperrklinke in Eingriff mit dem Zahnrad drückt, und es der Sperrklinke ermöglicht wird, außer Eingriff mit dem Zahnrad zu schwenken. Wie zu erkennen ist, kann eine Vielzahl von anderen Antriebselementen, beispielsweise Zahnradritzelanordnungen oder Ähnliches, verwendet werden, um das Zahnrad, und wiederum den Stempel zu drehen.
Eine andere Technik zum Erzeugen einer relativen Drehung zwischen dem Stempel 217 und der Gesenkanordnung ist in Verbindung mit der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 gemäß 51 bis 53 dargestellt. In dieser Hinsicht kann ein Zahnrad 490 an dem Stempel zur Drehung mit diesem angebracht sein. Weiterhin kann die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung ein Antriebszahnrad 490b, beispielsweise ein Ritzel, aufweisen, welches in Eingriff mit dem Zahnrad kommt und beispielsweise durch einen Motor 490a angetrieben wird, um das Zahnrad und wiederum den Stempel zu drehen. Um es dem Stempel zu ermöglichen, sowohl gedreht als auch durch die Kolbenstange in Längsrichtung vorgeschoben und zurückgezogen zu werden, ist die Kolbenstange vorzugsweise durch eine Mutter mit Innengewinde 447 mit einem hinteren Bereich des Stempels verbunden, die auf das vordere Ende der Kolbenstange geschraubt und auch drehbar mit einer Verbindungsplatte 448 verbunden ist, die am hinteren Ende des Stempels angebracht ist. Insbesondere ist die Mutter der dargestellten Ausführung durch mehrere Nockenstößel 449 in einer Vertiefung gehalten, die in einem mittleren Bereich der Verbindungsplatte gebildet ist. Wie am besten aus 53 ersichtlich ist, bewegt sich ein Ende jedes Nockenstößels in einer von der Mutter gebildeten Umfangsnut, während das andere Ende jedes Nockenstößels jeweils in einer Öffnung gehalten wird, die in der Verbindungsplatte gebildet ist, um so eine relative Drehung zwischen dem Stempel und der Kolbenstange zu ermöglichen, während die Kolbenstange weiterhin den Stempel in Längsrichtung vorwärts bewegen und zurückziehen kann.
Vorzugsweise wird der Stempel 217 schrittweise gedreht, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Teilen geformt ist, beispielsweise nachdem jedes Teil geformt ist. Obwohl der Stempel um verschiedene vorbestimmte Beträge gedreht werden kann, wird er allgemein zwischen 10° und 30°, und noch typischer, um etwa 20° gedreht. Durch wiederholtes schrittweises Drehen des Stempels kann er jedoch schließlich vollständig um die Gesenkanordnung gedreht werden, d.h. über volle 360°. Dadurch verteilt die Drehung des Stempels relativ zu der Gesenkanordnung den Verschleiß gleichmäßiger über den Hohlraum. Weiterhin erhält die Drehung des Stempels relativ zu der Gesenkanordnung die allgemein zylindrische Form des Stempels aufrecht und verhindert im Wesentlichen, dass das vordere Ende des Stempels eine ovale Form annimmt oder dass es während der Schmiedearbeitsgänge in anderer Weise verformt wird, wie es bei den Stempeln der herkömmlichen Schmiedevorrichtungen der Fall war.
Obwohl nicht dargestellt, könnte die Schaufelpressen-Gesenkanordnung zusätzlich zur oder statt der Drehung des Stempels 217 gedreht werden. Außer dem Unterstützen eines gleichmäßigeren Verschleißes des Formgehäuses würde es die Drehung der Schaufelpressen-Gesenkanordnung es auch ermöglichen, verschiedene Teile in jeweilige vorbestimmte Formen zu schmieden, die in verschiedenen Winkelausrichtungen relativ zu dem zusammenhängenden Rohmaterial angeordnet sind, und dadurch die Vielseitigkeit des Formverfahrens und der Formvorrichtung 10 weiter erhöhen.
Die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 kann auch einen Sensor 494 zum Erkennen der Drehung des Stempels 47 relativ zu der Gesenkanordnung enthalten. Durch Überwachen des Rotationssensors durch die Steuereinrichtung 30 kann diese feststellen, ob der Stempel nach einem Schmiedearbeitsgang relativ zu der Gesenkanordnung gedreht wurde, und kann weitere Schmiedearbeitsgänge verhindern, bis der Stempel korrekt gedreht worden ist.
Die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 kann auch ein Schmiersystem 496 zum Liefern von Schmiermittel zu der Gesenkanordnung, dem Stempel 217, einschließlich dem Formgehäuse 60 und dem Kopf 218, aufweisen. Normalerweise ist das Schmiermittel ein Öl, beispielsweise Maschinen-Schmieröl. Das Schmiersystem kann jedoch andere Schmiermittel verwenden, wenn es gewünscht wird. Gemäß der vorliegenden Ausführung sind mehrere Öffnungen 497 durch den Kopf und den Stempel gebildet, die sich in den Gesenkhohlraum öffnen, in den die Gesenkanordnung eingesetzt ist. Siehe 25 und 26. Durch Einspritzen von Schmiermittel durch diese Öffnungen kann das Schmiersystem daher Schmiermittel zu den hinteren Flächen 432 der Schmiedegesenke 206 liefern.
Die Steuereinrichtung 30 steuert normalerweise den Betrieb des Schmiersystems 496, beispielsweise das pneumatisch aktivierte Magnetventil 496a und die Servoventile 496b, welche in der dargestellten Ausführung den Schmiermittelfluss steuern. Normalerweise weist die Steuereinrichtung das Schmiersystem an, nach jedem Schmiedearbeitsgang Schmiermittel durch dessen Einspritzen durch die Öffnungen 497 zu liefern, wenn der Stempel 61 in Längsrichtung zurückgezogen ist und die hinteren Flächen 432 der Schmiedegesenke 206 mindestens teilweise frei liegen. Siehe Block 619 von 55H. Während Schmiermittel an mehreren getrennten Öffnungen eingespritzt wird, beispielsweise an drei Öffnungen, dient die nachfolgende Drehung des Stempels relativ zur Gesenkanordnung dazu, das Schmiermittel gleichmäßig zwischen dem Stempel und den hinteren Flächen jedes der Schmiedegesenke zu verteilen.
Das Schmiersystem 496 kann auch Schmiermittel zwischen Kopf 218 und Stempel 217 liefern, um den Vorschub und das Zurückziehen des Stempels in Längsrichtung in dem durch den Kopf gebildeten Durchgang zu erleichtern. Dazu kann mindestens eine Öffnung und, gebräuchlicher, ein Paar Öffnungen 498 im Kopf gebildet werden, so dass Schmiermittel, das durch diese zusätzlichen Öffnungen eingespritzt wird, sich über die äußere Fläche des Stempels und die innere Fläche des Bereiches des Kopfes verteilt, der den Durchgang bildet. Um die gleichmäßige Verteilung des Schmiermit tels um den gesamten Umfang des Stempels zu erleichtern, hat der Kopf vorzugsweise ein Paar sich in Umfangsrichtung erstreckender Nuten 499. Durch Einspritzen von Schmiermittel in die Umfangsnut wird dieses effektiv über den gesamten Umfang des Stempels aufgetragen und dadurch der Stempel gleichmäßig geschmiert. Alternativ kann der Stempel statt des Kopfes oder zusätzlich zum Kopf die Umfangsnut aufweisen, wenn es so gewünscht wird.
Wie in den 24 bis 26 dargestellt, kann durch einen hinteren Bereich des Kopfes 218 und die Buchse 440 eine zusätzliche Öffnung 495 gebildet werden, um Schmiermittel zwischen Buchse und Stempel 217 zu bringen. In gleicher Weise, wie vorher beschrieben, kann die Buchse und/oder der Stempel eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 493 haben, um das Schmiermittel gleichmäßig um den Umfang der Buchse und des Stempels zu verteilen.
Wie vorher beschrieben, weist die Steuereinrichtung 30 normalerweise das Schmiersystem 496 an, Schmiermittel einzuspritzen, wenn der Stempel 217 vollständig zurückgezogen ist. Schmiermittel kann jedoch auch zu anderen Zeiten des Schmiedeprozesses eingespritzt werden, wenn es gewünscht wird. Somit kann das Schmiersystem der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 der vorliegenden vorteilhaften Ausführung wiederholt die verschiedenen Komponenten der Schmiedevorrichtung schmieren, um den Verschleiß zu verringern und die effektive Lebensdauer der Komponenten zu erhöhen, ohne so viel Schmiermittel auf das zusammenhängende Rohmaterial 12 aufzutragen, dass dieses während der Stromabwärts-Arbeitsgänge schwierig festzuklemmen ist.
In der dargestellten Ausführung kann die Steuereinrichtung 30 die ringförmige Kolbenstange der Weitertaktungs-Vorrichtung 14 ausfahren, wenn alle Schmiedearbeitsgänge abgeschlossen sind, so dass die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16 in eine vorbestimmte Start- oder Ausgangsposition gebracht wird. Siehe Blöcke 626–630. Danach kann die Steuereinrichtung die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme schließen, wie es vorher beschrieben wurde, um so einen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12 sicher festzuklemmen und, nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit, beispielsweise von 0,1 Sekunden, kann die Steuereinrichtung die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 freigeben. Siehe Blöcke 632 bis 636 in 55I. In Ausführungen der vorliegenden Erfindung, in denen die Spitzen-Entgratungsstation 116 und/oder die Außendurchmesser-Entgratungsstation 138 als Stromabwärts-Weitertaktungs-Vorrichtung verwendet werden, werden ebenfalls die Spitzen-Entgratungsklemmen 134 und die Außendurchmesser-Entgratungs-Klemmen 156 ausgefahren, um so das zusammenhängende Rohmaterial zusammen mit der Stromaufwärts-Weitertaktungs-Vorrichtung sicher festzuklemmen. Danach können die Schritte des Schmiedeverfahrens der vorliegenden Erfindung, die vorher beschrieben wurden und in 55A bis 55I dargestellt sind, wiederholt werden. Siehe Block 638.
Nach dem Abtrennen des geschmiedeten Teils von dem zusammenhängenden Rohmaterial 12 wird das Teil vorzugsweise einer Anzahl von Endbearbeitungsarbeitsgängen unterzogen. Um die Effektivität des Formverfahrens und der Formvorrichtung 10 weiter zu erhöhen, können diese Endbearbeitungsschritte zur gleichen Zeit wie die Schaufel-Schmiede-Arbeitsgänge durchgeführt werden. Diese Endbearbeitungs-Arbeitsgänge können jedoch auch zu einer späteren Zeit durchgeführt werden.
Wie schematisch in den 1 und 2 dargestellt ist, kann die Formvorrichtung 10 eine Fördervorrichtung oder einen anderen Typ eines Sammelsystems zum Sammeln und Transportieren der sich ergebenden Teile in gesteuerter Weise aufweisen. Die sich ergebenden Teile können danach wärmebehandelt und einer Strahlreinigung unterzogen werden, bevor die Endbearbeitungsvorgänge an ihnen durchgeführt und sie für den Versand und Verkauf verpackt werden. Siehe Blöcke 308 bis 312 in 1. Diese Endbearbeitungs-Arbeitsgänge können Schleifarbeitsgänge und Rostschutz-Arbeitsgänge sein. Die Schleifarbeitsgänge werden normalerweise von einer numerisch gesteuerten Schleifmaschine durchgeführt, die in einer Ausführung dazu dient, die vorderen Schneidkanten des sich ergebenden Schaufelbohrers weiter zu schärfen und auszubilden. Im Gegensatz zum herkömmlichen Schleifprozess, der den Außendurchmesser des Schaufelbohrers 410 vor dem Schleifen der Spitze und der vorderen Schneidkanten schleift, schleift der Schleifprozess der einen vorteilhaften Ausführung zuerst die Schneidkanten, einschließend der vorderen Schneidkanten 434 und der Spitzenschneidkanten 432. Danach kann der Außendurchmesser geschliffen werden, ohne die vorher geschliffenen Schneidkanten zu beschädigen. Weiterhin können die Klemmen, die verwendet werden, um den Schaufelbohrer während der Schleifarbeitsgänge zu halten, auch verwendet werden, um die Geradlinigkeit des Schaufelbohrers und die Form des sechseckigen hinteren Bereichs 416 des Schafts 412 zu prüfen, so dass fehlerhafte Schaufelbohrer erkannt und vor den Endbearbeitungs-Arbeitsgängen entfernt werden können.
Wie in Block 500 in 55A dargestellt ist, muss die Formvorrichtung 10 vor dem Beginn der Formungsarbeitsgänge zunächst beschickt werden. Daher enthält die Formvorrichtung vorzugsweise eine Beschickungsklemme 314 zum sichereren Festklemmen des zusammenhängenden Rohmaterials während der Beschickungsarbeitsgänge. Wie in 7 dargestellt, weist die Beschickungsklemme vorzugsweise eine ringförmige Klemmhülse 315 auf, durch die sich das zusammenhängende Rohmaterial erstreckt. Die Beschickungsklemme kann auch eine Beschickungs-Umschließungshülle 317 und eine Hydraulikzylinderanordnung 319 haben, die funktionell mit der Beschickungs-Umschließungshülle verbunden ist und auf Befehle von der Steuereinrichtung 30 anspricht. Um das zusammenhängende Rohmaterial in die Formvorrichtung der vorliegenden vor teilhaften Ausführung zu laden, kann die Steuereinrichtung die Beschickungsklemme schließen, beispielsweise durch hydraulischen Vorschub der Beschickungs-Umschließungshülle über die Beschickungs-Klemmhülse, so dass sich die Beschickungs-Klemm-hülse radial nach innen bewegt und dadurch das zusammenhängende Rohmaterial sicher festklemmt. Die Steuereinrichtung öffnet vorzugsweise auch alle anderen Klemmen, wie beispielsweise die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemme 16, die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Drehkopfklemmen 44 und 47 und die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Schaufelpressen-Klemmen 244 und 252, so dass das zusammenhängende Rohmaterial sich durch diese erstrecken kann.
Die Formvorrichtung 10 und insbesondere die Steuereinrichtung 30 kann dann die Beschickungsklemme 314 um eine vorbestimmte lineare Entfernung in Stromabwärts-Längsrichtung vorwärts bewegen, so dass das zusammenhängende Rohmaterial 12 ebenfalls um die vorbestimmte lineare Entfernung in Stromabwärts-Längsrichtung vorwärts bewegt wird. Insbesondere die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Kolbenstange kann funktionell mit der Beschickungsklemme verbunden sein, so dass die hydraulische Betätigung des Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemmen-Zylinders die Beschickungsklemme in Stromabwärts-Längsrichtung vorwärts bewegen kann. Dazu kann die Beschickungsklemme einen oder mehrere Schlitten 321 aufweisen, die sich auf in Längsrichtung erstreckenden parallelen Schienen oder Führungsbahnen 39 bewegen oder mit ihnen zusammenwirken.
Die Steuereinrichtung 30 öffnet dann die Beschickungsklemme 314, beispielsweise durch hydraulisches Zurückziehen der Beschickungs-Umschließungshülle, so dass sich die ringförmige Beschickungs-Klemmhülse öffnet. Nachdem die Beschickungsklemme geöffnet ist, bewegt die Steuereinrichtung die Beschickungsklemme um dieselbe vorbestimmte lineare Distanz in Stromaufwärts-Längsrichtung, so dass die Beschickungsklemme zu einer vorbestimmten Ausgangs- oder Ruheposition zurückkehrt, wie es in 7 dargestellt ist. So kann zum Beispiel in der dargestellten Ausführung die Steuereinrichtung den Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemmen-Zylinder hydraulisch betätigen, um so die Weitertaktungs-Vorrichtungs-Klemmen-Kolbenstange und somit die Beschickungsklemme in Stromaufwärts-Längsrichtung zu drücken. Die Steuereinrichtung kann dann die Schritte des Schließens der Beschickungsklemme um das zusammenhängende Rohmaterial, des Vorwärtsbewegens der Beschickungsklemme in Stromabwärts-Längsrichtung, des Öffnens der Beschickungsklemme und des Zurückführens der Beschickungsklemme in die vorbestimmte Ausgangs- oder Ruheposition in so vielen Zyklen wiederholen, wie es erforderlich ist, um das vordere Ende des zusammenhängenden Rohmaterials 12 durch die Formvorrichtung 10 zu führen.
Obwohl das Formverfahren und die Formvorrichtung vorher sehr ausführlich beschrieben wurden, ist für Fachleute zu erkennen, dass verschiedene Modifikationen des Formverfahrens und der Formvorrichtung durchgeführt werden können. So ist zum Beispiel in einer alternativen Ausführung des Formverfahrens und der Formvorrichtung der Drehkopf 45 nicht zwischen der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 und der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 angeordnet, sondern statt dessen stromabwärts der Schmiede-, Entgratungs- und Säge-Arbeitsgänge. Der Drehkopf kann die Kugellaufnut 110 und die abgeschrägte Kante 112 in einer äußerst präzisen Art und Weise in Bezug auf ein Ende des sich ergebenden Teils, normalerweise in Bezug auf das hintere Ende, spanend bearbeiten. Wenn der Drehkopf stromabwärts der Schmiede-, Entgratungs- und Säge-Arbeitsgänge angeordnet wäre, würde die Formvorrichtung der vorliegenden Ausführung vorzugsweise eine Klemme aufweisen, die zwischen der Sechskant-Schmiedevorrichtung und der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung angeordnet ist, um so während der Schmiede- und Entgratungsvorgänge einen festen Bereich des zusammenhängenden Rohmaterials 12 festzuklemmen. Damit würde die feste Klemme in einer ähnlichen Weise funktionieren, wie die stromaufwärtige Drehkopfklemme 44 der vorher hierin beschriebenen Ausführung.
Für eine Formvorrichtung 10, die dazu angepasst ist, Teile vorbestimmter Länge herzustellen, kann die Ausgangs- oder Ruheposition der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 feststehend sein und braucht nicht eingestellt zu werden, um das Längenwachstum des zusammenhängenden Rohmaterials auszugleichen, das während der Sechskant-Schmiedearbeitsgänge hervorgerufen wird. Statt dessen kann der Abstand zwischen der jeweiligen Ausgangs- oder Ruheposition der Sechskant-Schmiedevorrichtung 50 und der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 während der Sechskant-Schmiedearbeitsgänge auf Basis der Länge des sich ergebenden Teils, des Hubs der Weitertaktungsvorrichtung 14 und des vorgesehenen Längenwachstums des zusammenhängenden Rohmaterials bestimmt werden. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen der Sechskant- und der Schaufelpressen-Schmiedevorrichtung minimiert, um die Qualitäts- und Toleranzkontrolle der sich ergebenden Teile weiter zu verbessern. So sind zum Beispiel die Sechskant- und die Schaufelpressen-Schmiedevorrichtung einer vorteilhaften Ausführung um etwa 61 cm (24 Inch) voneinander entfernt.
Wie vorher beschrieben, braucht die vorbestimmte Ausgangs- oder Ruheposition der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 nicht eingestellt zu werden, um Variationen im Wachsen des zusammenhängenden Rohmaterials 12 in Stromabwärts-Längsrichtung, die während der Sechskant-Schmiedearbeitsgänge erzeugt wurden, auszugleichen, beispielsweise durch Erkennen eines Ausrichtmerkmals 104 und Einstellen der Position der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung relativ zu dem erkannten Ausrichtmerkmal. Wenn es gewünscht wird, kann jedoch das zusammenhängende Rohmaterial mehrere Ausrichtmerkmale aufweisen, die entlang seiner Länge beabstandet sind und die durch die Schaufel- Druckschmiedevorrichtung in der vorher beschriebenen Art und Weise erkannt werden können. Somit kann die Formvorrichtung eine Schaufel-Druckschmiedevorrichtung enthalten, die dazu angepasst ist, während des intermittierenden Vorschubs des zusammenhängenden Rohmaterials Ausrichtmerkmale zu erkennen und vor den Schaufelpressen-Schmiedearbeitsgängen ihre Position relativ zu dem letzten erkannten Ausrichtmerkmal einzustellen. So kann zum Beispiel die Schaufel-Druckschmiedevorrichtung 204 der vorliegenden Ausführung eine Ausricht-Überwachungseinrichtung zum Erkennen des Ausrichtmerkmals aufweisen, so dass die relative Position der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung danach relativ zu dem erkannten Ausrichtmerkmal in einer ähnlichen Art und Weise, wies es vorher beschrieben wurde, eingestellt werden kann.
Obwohl vorstehend ein vorteilhafter Satz von Entgratungs- und Sägearbeitsgängen beschrieben wurde, können das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 eine Vielzahl von Entgratungsarbeitsgängen haben. So können zum Beispiel das Formverfahren und die Formvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Entgratungsstation auf der linken Seite und eine Entgratungsstation auf der rechten Seite aufweisen, um die linke bzw. rechte Seite des sich ergebenden Teils zu entgraten. In Bezug auf ein Formverfahren und eine Formvorrichtung, die dazu angepasst sind, Schaufelbohrer herzustellen, können die Entgratungsstationen auf der linken und der rechten Seite die linke bzw. rechte Seite des Schaufelbereichs des Schaufelbohrers, einschließlich der linken bzw. rechten Seite der Spitze, entgraten. Somit wird nach dem Abschluss des abschließenden Entgratungsarbeitsgangs das sich ergebende Teil von dem vorhergehenden oder Stromabwärts-Teil abgetrennt und das vordere Ende des Teils, beispielsweise die Spitze, wird vollständig entgratet.
In der vorliegenden Ausführung weisen die Entgratungsstation auf der linken Seite und die Entgratungsstation auf der rechten Seite vorzugsweise jeweils Ausricht-Überwachungseinrichtungen auf, beispielsweise Photosensoren, um die Ausrichtmerkmale zu erkennen. Die Entgratungsstation auf der linken Seite und die Entgratungsstation auf der rechten Seite haben weiterhin vorzugsweise Mittel, beispielsweise eine Hydraulikzylinderanordnung oder einen Wechselstrom-Servomotor und eine zugehörige Kugelumlaufspindel, um die jeweiligen Stationen in Längsrichtung relativ zu dem erkannten Loch zu bewegen, so dass die Entgratungsstation auf der linken Seite und die Entgratungsstation auf der rechten Seite präzise zum zu entgratenden Bereich des Teils ausgerichtet sind. Wie weiterhin vorher beschrieben ist, kann die Entgratungsstation auf der linken Seite und die Entgratungsstation auf der rechten Seite an verschiedenen der mehreren Teile zur gleichen Zeit arbeiten.
Für Ausführungen des Formverfahrens und der Formvorrichtung 10, die dazu angepasst sind, Schaufelbohrer herzustellen, ist beobachtet worden, dass die Schaufel-Schmiedearbeitsgänge eine wesentlich längere Zeit bis zu ihrem Abschluss erfordern, als die anderen Arbeitsgänge, die durchgeführt werden. Somit ist es sinnvoll, dass das Formverfahren und die Formvorrichtung der einen Ausführung mehrere Schaufel-Druckschmiedevorrichtungen 204 aufweisen könnten, obwohl das vorher beschriebene Formverfahren und die Formvorrichtung besonders gut für das Bearbeiten eines zusammenhängenden Rohmaterials 12 geeignet ist. Wie hierin nachfolgend beschrieben wird, können die mehreren Schaufel-Druckschmiedevorrichtungen parallel arbeiten, um den Durchsatz der sich ergebenden Formvorrichtung zu erhöhen. Alternativ können die mehreren Schaufel-Druckschmiedevorrichtungen in Reihe angeordnet werden, so dass verschiedene Schmiedevorrichtungen an verschiedenen Teilen arbeiten.
Daher kann die Sägestation 160 der Formvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführung stromabwärts von der Sechskant- Schmiedevorrichtung 50 angeordnet sein, um so das zusammenhängende Rohmaterial 12 in eine Anzahl von einzelnen, teilweise geformten Teilen zu trennen. Die Formvorrichtung der vorliegenden Ausführung kann auch mehrere Transportmechanismen aufweisen, die mit jeweils einem der einzelnen Teile in Eingriff kommen und die jeweiligen Teile zu den Schaufel-Druckschmiedevorrichtungen 204 transportieren. So kann zum Beispiel der Transportmechanismus eine Klemme zum Eingriff mit einem vorbestimmten Bereich des teilweise geformten Teils aufweisen. Danach kann der Transportmechanismus das jeweilige Teil zu der Schaufel-Druckschmiedevorrichtung transportieren oder alternativ kann die jeweilige Schaufel-Druckschmiedevorrichtung in Eingriff mit dem jeweiligen Teil bewegt werden. Da der Transportmechanismus bereits mit einem vorbestimmten Bereich des jeweiligen Teils in Eingriff ist, wie zum Beispiel mit dem Verbindungsstück 200, das sich zwischen benachbarten Teilen erstreckt, kann der Transportmechanismus bei den nachfolgenden Schaufel-Schmiedearbeitsgängen als stromabwärtige Schaufelpressen-Klemme dienen. Danach können die geschmiedeten Teile entgratet und bearbeitet werden, wie es vorher beschrieben ist. So können zum Beispiel die geschmiedeten Teile durch eine einzelne Entgratungs- und Bearbeitungslinie entgratet und bearbeitet werden, die stromabwärts von den mehreren Schaufel-Druckschmiedevorrichtungen angeordnet ist. Alternativ können die geschmiedeten Teile parallel durch getrennte Entgratungs- und Bearbeitungslinien entgratet und bearbeitet werden.
Während das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 verwendet werden können, eine Anzahl verschiedener Arten von Teilen herzustellen, stellen das Formverfahren und die Formvorrichtung der vorliegenden Ausführung mehrere Schaufelbohrer 410 aus einem zusammenhängenden Rohmaterial 12 her. Daher wird ein Schaufelbohrer, der gemäß einer vorteilhaften Ausführung werden könnte, nachfolgend ausführlicher beschrieben.
Wie in den 4 bis 6 dargestellt, weist ein Schaufelbohrer 410 einen länglichen Schaft 412 auf, der eine zentrale Längsachse 414 definiert. Der hintere Bereich 416 des Schafts ist dazu angepasst, von einer Bohrmaschine (nicht dargestellt) aufgenommen und gehalten zu werden. So hat zum Beispiel der längliche Schaft normalerweise einen zylindrischen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich, der im Querschnitt sechseckig ist, um durch das Spannfutter einer Bohrmaschine (nicht dargestellt) sicher aufgenommen und gehalten zu werden.
Der Schaufelbohrer 410 weist ferner einen Schaufelbereich 418 auf, der mit einem vorderen Ende des länglichen Schafts 412 verbunden ist. Der Schaufelbereich hat ein Paar allgemein flacher Seitensegmente 420, die sich seitlich in entgegengesetzte Richtungen von der zentralen Längsachse 414 erstrecken. Die Seitensegmente definieren vorzugsweise jeweilige Querebenen, die parallel zueinander und zu der zentralen Längsachse sind. Gemäß der vorliegenden Ausführung enthält der Schaufelbereich ferner ein allgemein flaches, mittleres Segment 424, das entlang der zentralen Längsachse angeordnet ist und eine Mittelebene definiert. Insbesondere weist das mittlere Segment gegenüberliegende Seiten 428, die parallel zu der zentralen Längsachse verlaufen, ein hinteres Ende, welches die Fortsetzung des vorderen Endes des Schafts bildet, und ein gegenüberliegendes vorderes Ende auf. Gemäß der vorliegenden Ausführung bildet das Paar der Seitensegmente oder Seitenflügel die Fortsetzung des mittleren Segments entlang verschiedenen Seiten des mittleren Segments. Insbesondere bildet das Paar von Seitensegmenten die Fortsetzung zu den jeweiligen Seiten des mittleren Segments, so dass die Querebenen, die durch die jeweiligen Seitensegmente definiert werden, die mittlere Ebene, die durch das mittlere Segment definiert wird, unter einem schrägen Winkel schneiden.
Jedes Seitensegment 420 kann einen jeweiligen abgeschrägten Eckbereich 435 aufweisen. Jeder abgeschrägte Eckbereich hat eine abgeschrägte Kante, die sich von der jeweiligen vorderen Schneidkante 434 sowohl axial nach hinten als auch seitlich nach außen erstreckt. Insbesondere erstreckt sich die vordere Schneidkante jedes Segments normalerweise von einem inneren Bereich zu einem äußeren Bereich seitlich nach außen. Daher erstreckt sich die abgeschrägte Kante jedes abgeschrägten Eckbereichs vorzugsweise vom äußeren Bereich der jeweiligen vorderen Schneidkante sowohl axial nach hinten als auch seitlich nach außen. Vorzugsweise sind die abgeschrägten Kanten so ausgebildet, dass eine Linie parallel zu der zentralen Längsachse 414 und zu der abgeschrägten Kante jedes jeweiligen Seitensegments einen Schrägwinkel zwischen etwa 30° und etwa 60° dazwischen definiert.
Jeder abgeschrägte Eckbereich 435 weist weiterhin eine abgeschrägte Fläche auf, die sich von der jeweiligen abgeschrägten Kante zu einem hinteren Ende radial nach innen neigt. Vorzugsweise sind die abgeschrägten Flächen so ausgebildet, dass sie einen abgeschrägten Freiwinkel von zwischen etwa 10° und etwa 20° definieren. Diesbezüglich ist der abgeschrägte Freiwinkel als der Winkel zwischen einer abgeschrägten Ebene, die durch eine abgeschrägte Fläche gebildet ist, und einer Ebene senkrecht zu einer Querebene, gebildet durch ein jeweiliges Seitensegment, definiert.
Durch das Erstrecken der jeweiligen vorderen Schneidkante 434 sowohl axial nach hinten als auch seitlich nach außen können die abgeschrägten Eckbereiche 435 wiederholt die Umfangswand des sich ergebenden Bohrlochs schneiden, wenn der Schaufelbohrer 410 der vorliegenden Erfindung drehend durch das Werkstück vorwärts bewegt wird. Daher kann der Schaufelbohrer der vorliegenden Erfindung effektiv Bohrlöcher mit glatten Umfangswänden und relativ sauberen Ein- und Austrittspunkten erzeugen.
Der Schaufelbereich 418 hat auch eine Spitze 430, die sich axial vom vorderen Ende des Schaufelbereichs erstreckt, um den Schaufelbohrer 410 während der Bohrarbeitsgänge zu zentrieren und zu führen. Wie am besten in 6 ersichtlich, weist die Spitze der vorliegenden Ausführung eine allgemein dreieckige Form auf und erstreckt sich zu einer Führungsspitze auf der zentralen Längsachse 414. Die Spitze hat ferner ein Paar Spitzen-Schneidkanten 432, die sich am vorderen Ende des Schaufelbereichs entlang den gegenüberliegenden Seiten der Spitze zwischen der Führungsspitze und einer Basis der Spitze erstrecken. Die Spitzen-Schneidkanten sind so angeordnet, dass sie bei Drehung des Schaufelbohrers in eine vorbestimmte Drehrichtung zunächst das Werkstück berühren, wie es durch den entgegen den Uhrzeigersinn gerichteten Pfeil in 4 dargestellt ist.
Jedes Seitensegment 420 hat auch eine jeweilige vordere Schneidkante auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind die jeweiligen Schneidkanten jedes Seitensegments vorzugsweise in axialer Richtung versetzt. Mit anderen Worten, der Schaufelbohrer einer vorteilhaften Ausführung weist eine in axialer Richtung voreilende vordere Schneidkante 434 und eine in axialer Richtung hintere Schneidkante 436 auf. Insbesondere sind in einer vorteilhaften Ausführung die jeweiligen vorderen Schneidkanten der Seitensegmente vorzugsweise in axialer Richtung um einen vorbestimmten axialen Wert D versetzt, beispielsweise zwischen etwa 0,025 cm (0,010 Inch) und etwa 0,030 cm (0,012 Inch). Normalerweise wird der axiale Versatz der jeweiligen vorderen Schneidkanten während der Schleifarbeitsgänge, die dem vorher beschriebenen Formverfahren und der Formvorrichtung 10 folgen, in die vorderen Schneidkanten geschliffen. Dadurch, dass die jeweiligen Schneidkanten in axialer Richtung versetzt sind, berühren und entfernen sie das Material in einer effektiven Art und Weise, wenn sich der Schaufelbohrer 410 während der Bohrarbeitsgänge in eine vorbestimmte Drehrichtung dreht. Ferner hat der Schaufel bohrer der vorliegenden vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung wegen des effektiven Entfernens von Material bei Vorwärtsbewegung durch ein Werkstück eine relativ lange Lebensdauer, weil die vorderen Schneidkanten in axialer Richtung versetzt sind.
Das Ausrichten der vorderen Schneidkanten der Seitensegmente 420 entlang einer Mittellinie, die durch die zentrale Längsachse 414 verläuft, verbessert die Leistungsfähigkeit des Schaufelbohrers 410 durch Richten des entfernten Späneabfalls in eine Richtung senkrecht zur abgeschrägten Ebene und nach oben, und nicht radial nach außen, weiter. Aus diesem Grund behindert der Späneabfall nicht die nachfolgende Drehung des Schaufelbohrers durch Verklemmen zwischen dem Schaufelbohrer und des Seitenwänden des gebildeten Bohrlochs. Daher werden die Langlebigkeit des Schaufelbohrers durch Verringerung des Verschleißes des Schaufelbohrers und die Effektivität, mit welcher der Schaufelbohrer ein Bohrloch mit vorbestimmten Durchmesser bohrt, erhöht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung erstreckt sich jede Spitzen-Schneidkante 432 vorzugsweise an mindestens einem innersten Bereich der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments 420 radial nach außen. Somit ist jede Spitzen-Schneidkante radial von der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments getrennt. Weiterhin definiert die Spitze 430 vorzugsweise eine Spitzenebene, die schräg zu den jeweiligen Querebenen verläuft, die durch die Seitensegmente definiert werden, so dass jede Spitzen-Schneidkante ebenfalls vorzugsweise winklig von der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments in der vorbestimmten Drehrichtung des Schaufelbohrers 410, gesehen entlang der zentralen Längsachse 414, versetzt ist. Insbesondere ist jede Spitzen-Schneidkante in der vorbestimmten Drehrichtung von der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments winklig nach hinten positioniert. Somit ist jede Spitzen- Schneidkante ebenfalls winklig von der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments getrennt. Weiterhin erstreckt sich mindestens ein Bereich jeder Spitzen-Schneidkante von der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments in Längsrichtung axial nach hinten, so dass jede Spitzen-Schneidkante ebenfalls axial von der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments getrennt ist.
Ein vorderer Bereich jedes Seitensegments definiert vorzugsweise eine Schnittebene. Die Schnittebene schneidet die durch das jeweilige Seitensegment 420 definierte Querebene, um einen Hakenwinkel zwischen diesen zu definieren. Vorzugsweise beträgt der Hakenwinkel zwischen etwa 10° und etwa 20° und, bevorzugter, etwa 15°. Die vorderen Schneidkanten der dargestellten Ausführung sind in der vorbestimmten Drehrichtung des Schaufelbohrers 410, gesehen entlang der zentralen Längsachse 414, winklig vor den Querebenen der jeweiligen Seitensegmente angeordnet. Die von dem Werkstück durch die vordere Schneidkante entfernten Späne werden somit durch die weitere Drehung des Schaufelbohrers und teilweise durch den Hakenwinkel, der zwischen der Schnittebene und der Querebene definiert ist, entlang dem Schaufelbohrer nach oben oder nach hinten und weg von der Schneidfläche gerichtet.
Ferner kann jedes Seitensegment 420 des Schaufelbohrers 410 auch ein vorderes Ende mit einer vorderen Endfläche 442 aufweisen, die sich zwischen der jeweiligen vorderen Schneidkante und einer hinteren Kante 444 erstreckt. Vorteilhafterweise ist die vordere Endfläche von der vorderen Schneidkante nach hinten zur hinteren Kante hin geneigt, so dass während der Bohrarbeitsgänge nur die vordere Schneidkante die Schneidfläche berührt. Somit werden der Widerstand oder andere Reibungskräfte, die zwischen dem sich drehenden Schaufelbohrer und dem Werkstück erzeugt werden, verringert, und die Effektivität, mit welcher der Schaufelbohrer dieser Erfindung bohrt, wird weiter erhöht.
Jede vordere Endfläche hat vorzugsweise eine erste und eine zweite vordere Endebene, welche eine Ebene senkrecht zu der zentralen Längsachse 414 schneiden, um erste bzw. zweite Schneidlippen-Freiwinkel zwischen diesen zu definieren. Der zweite Schneidlippen-Freiwinkel ist normalerweise größer als der erste Schneidlippen-Freiwinkel, um den Widerstand oder die Reibungskräfte weiter zu verringern, die zwischen dem sich drehenden Schaufelbohrer und dem Werkstück erzeugt werden. So betragen zum Beispiel in einer Ausführung die ersten und zweiten Schneidlippen-Freiwinkel etwa 5° bzw. 8°. Die ersten und zweiten Schneidlippen-Freiwinkel können jedoch variiert werden. Weiterhin braucht die vordere Endfläche nicht eine erste und zweite Endebene aufzuweisen, wie es dargestellt ist, sondern kann statt dessen eine einzige vordere Endebene haben.
Darüber hinaus weist jedes Seitensegment 420 der dargestellten Ausführung des Schaufelbohrers 410 entlang einer Seite 428 eine erste, mit dem mittleren Segment 424 verbundene Seite und eine gegenüberliegenden zweite Seite 452 auf, die eine zweite oder äußere Seitenfläche definiert. Die zweite oder äußere Seitenfläche erstreckt sich zwischen den jeweiligen vorderen und hinteren Kanten und folgt vorzugsweise im Querschnitt einem Kreisbogen, um den Widerstand oder andere Reibungskräfte, die durch die Drehung des Schaufelbohrers in dem Bohrloch erzeugt werden, zu verringern. Alternativ kann die Seite von der vorderen Kante zu der hinteren Kante radial nach innen konisch verlaufen, so dass nur die vordere Kante der Seitenfläche des Seitensegments die Seitenwände des Bohrlochs berührt, um dadurch das Verklemmen des Schaufelbohrers weiter zu reduzieren.
Die zweiten Seiten 452 der jeweiligen Seitensegmente 420 verjüngen sich vorzugsweise auch nach innen in axialer Richtung vom vorderen Ende zum hinteren Ende des Schaufelbereichs 418. Somit wird ein Seitenflächen-Verjüngungswinkel, normalerweise etwa 1° oder 0,5°, zwischen der Seitenflächen-Ebene und einer Linie parallel zur zentralen Längsachse 414 definiert. Durch Verjüngung der zweiten Seiten der Seitensegmente nach innen berühren die Seitenflächen vorzugsweise das Werkstück nur nahe der Schneidfläche, so dass der Widerstand oder andere Reibungskräfte noch weiter verringert werden.
Wenn auch ein besonders vorteilhafter Schaufelbohrer 410 in 4 bis 6 hierin dargestellt ist, kann der Schaufelbohrer viele andere Ausgestaltungen aufweisen. In dieser Hinsicht beschreiben die US-Patente Nr. 5,697,738 und 5,700,113 verschiedene andere Ausführungen eines Schaufelbohrers, die ebenfalls durch das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung hergestellt werden könnten.
Unabhängig von der Art des Teils, weisen das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Herstellungsprozessen auf. Insbesondere wird durch Bearbeiten der mehreren Teile, während sie durch das zusammenhängende Rohmaterial 12 noch verbunden sind, der Umfang der Handhabung und des Transports der einzelnen Teile wesentlich verringert. Weiterhin sind das Formverfahren und die Formvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung in der Lage, eine präzise Ausrichtung zwischen den teilweise geformten Teilen und den verschiedenen Stationen der Formvorrichtung aufrechtzuerhalten, um so Teile mit hoher Qualität herzustellen, die ausgeprägt definierte Merkmale aufweisen, beispielsweise das vorher beschriebene radiale, winklige und Längsrichtungs-Trennen der Spitzen-Schneidkante 432 von den vorderen Schneidkanten 434 und 435 der jeweiligen Seitensegmente 420 des Schaufelbereichs 418 des Schaufelbohrers 410. Durch Verändern des Hubs der Weitertaktungs-Vorrichtung 14 können Teile verschiedener Längen aus demselben zusammenhängenden Rohmetall hergestellt werden, beispielsweise Schaufelbohrer mit einem länglichen Schaft verschiedener Längen. Darüber hinaus können das Formverfahren und die Formvorrichtung in Kombination mit dem Schmiedegesenk der vorliegenden Erfindung effektiv mehrere Teile vorbestimmter Form formen, da das Formverfahren und die Formvorrichtung der vorliegenden Erfindung gleichzeitig verschiedene Arbeitsgänge ausführen, wenn auch an verschiedenen Teilen an verschiedenen Positionen entlang der Fertigungslinie.
In den Zeichnungen und in der Beschreibung ist eine bevorzugte Ausführung der Erfindung behandelt worden, und, obwohl spezifische Begriffe verwendet wurden, sind die verwendeten Begriffe im allgemeinen und beschreibendem Sinne und nicht zum Zweck der Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung verwendet, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

Gesenk zum Schmieden eines Bereichs eines Teils mit vorbestimmter Form aus einem Werkstück, wobei sich das Gesenk in Längsrichtung zwischen gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden erstreckt und eine zum Berühren und Formen des Werkstücks in die vorbestimmte Form des sich ergebenden Teils angepasste Berührungsfläche (208) und eine hintere Fläche (432) aufweist, auf die Kräfte ausgeübt werden, um das Gesenk (206) in Berührung mit dem Werkstück zu drücken, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Fläche (432) einen eine teilweise konische Form aufweisenden Mittelabschnitt (437) und erste und zweite Seitenabschnitte (436) aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten des Mittelabschnitts (437) angeordnet sind, wobei der Seitenabschnitt (436) ebenfalls eine teilweise konische Form hat, wobei ein von dem konischen Mittelabschnitt gebildeter Radius (R_M) größer ist als ein an jeder entsprechenden Stelle entlang der Länge des Gesenks (206) durch die konischen Seitenabschnitte gebildeter Radius (R_L), so dass jeder Seitenabschnitt (436) bezüglich dem Mittelabschnitt (437) zurückgesetzt ist, wodurch vorgegeben ist, dass die Kräfte im Wesentlichen auf den Mittelabschnitt (437) der hinteren Fläche (432) ausgeübt werden, um das Gesenk (206) in Berührung mit dem Werkstück zu drücken.
Gesenk nach Anspruch 1, bei dem das Gesenk sich verjüngt, so dass die Berührungsfläche (208) am ersten Ende (206a) um einen größeren Betrag von der hinteren Fläche (432) getrennt ist als am zweiten Ende (206b), und bei dem sich der konische Mittelabschnitt (437) ebenfalls verjüngt, so dass er nahe dem ersten Ende (206a) breiter und nahe dem zweiten Ende (206b) schmaler ist.
Gesenk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Mittelabschnitt (437) eine trapezförmige Fläche hat.