EP0013545A1 - Schmiedegesenk und mit dem Schmiedegesenk hergestellter Formling - Google Patents

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EP0013545A1
EP0013545A1 EP79890053A EP79890053A EP0013545A1 EP 0013545 A1 EP0013545 A1 EP 0013545A1 EP 79890053 A EP79890053 A EP 79890053A EP 79890053 A EP79890053 A EP 79890053A EP 0013545 A1 EP0013545 A1 EP 0013545A1
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EP
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forging
die according
segments
forging die
mandrel
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EP79890053A
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Johann Spannbauer
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Vereinigte Edelstahlwerke AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02—Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/02—Dies or mountings therefor
    • B21J13/025—Dies with parts moving along auxiliary lateral directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/76—Making machine elements elements not mentioned in one of the preceding groups
    • B21K1/762—Coupling members for conveying mechanical motion, e.g. universal joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/76—Making machine elements elements not mentioned in one of the preceding groups
    • B21K1/762—Coupling members for conveying mechanical motion, e.g. universal joints
    • B21K1/765—Outer elements of coupling members

Definitions

  • the invention relates to a forging die with die parts that form the outer contour of the body to be forged and a forging mandrel that determines the inner contour.
  • Such forging dies are known in various designs, but so far it has not been possible to forge hollow bodies which have areas with an undercut contour in the cavity. It has hitherto been regarded as impossible to remove the forging mandrel that forms the inner contour from the precision-forged molding while avoiding deformation thereof.
  • the feature of the forging die according to the invention is that the forging mandrel is composed of segments and can be reversibly expanded to achieve the dimensions required for forging.
  • the segments delimit an inner cavity in which a conical expanding mandrel which causes the segments to move radially is guided.
  • the expanding mandrel is expediently cylindrical in its upper region, which interacts with the segments, and conical in its lower region.
  • the individual segments can be held together at least at one point with a snap ring or spring ring located in a groove.
  • Each of the segments can advantageously have an internal, axially extending groove with which it is guided longitudinally on a nose formed on the expanding mandrel,
  • the segments are chamfered on their outer contact edges.
  • axle journals chosen for the exemplary embodiment are used as a drive-transmitting element in front-wheel drive cars.
  • the actual power transmission takes place through six balls, which in the undercut axle cavity run in six also undercut ball raceways.
  • Such journals can now be precision-forged using the forging die according to the invention.
  • This consists of the lower die 1 and the upper die 2 fixed by fastening screws 3 as the outer contour of the die parts to be forged.
  • a forging mandrel which is composed of six uniform segments 4 and an expanding mandrel 10 formed with six lugs 11 for longitudinal guidance of the segments 4, is used to form the cavity.
  • the expanding mandrel 10 is cylindrical in its upper region and conical in its lower region.
  • the segments 4 are held together by the spring ring 9 located in the groove 6.
  • the outer contact edges are parallel to the axis and chamfered in the radial direction for each segment, parallel to one another, as can be seen in particular in FIGS. 3a, 3b and FIGS. 4 and 5 with the chamfer 12.
  • the die carrier 16 receiving the lower die 1 has a corresponding recess for receiving the stub 13 'of the molded article 13, which is not shown in FIG.
  • fastening means are provided for the stub 13 ', which come into effect when the expanding mandrel 10 is pulled out into its starting position, in order to hold the molding 13 in the forged position.
  • the moldings produced with the forging die according to the invention with undercut hollow contour have forging burrs which, according to a further feature of the invention, run axially in the areas of the inner contour (forging burrs 14), but on the outer circumference in the circumferential direction (forging burrs 15).
  • the level of the forging rate depends primarily on the volume of the blank 13 used and secondarily on the forging temperature. The higher this temperature, the easier it is for the material to flow and, accordingly, slightly higher burrs are formed. The skilled person therefore has it in his hand to determine the optimal design of the precision-forged moldings by appropriately coordinating the influencing factors mentioned.
  • both the forging burrs 15 and the forging burrs 14 located in the cavity can be used without any special effort, e.g. can be removed efficiently by machining without the forged fiber course in the particularly stressed ball raceways being weakened or even interrupted.
  • the finishing of the precision-forged moldings is limited to the removal of the forging burr described.
  • the blanks 13 used consist of an unalloyed, surface-hardenable carbon steel with 0.5% C, because a corresponding hardness is required in particular for the ball raceways. In principle, it is possible to use all forgeable alloys for this.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schmiedegesenk mit die Außenkontur des zu schmiedenden Körpers formenden Gesenkteilen (1,2) und einem die Innenkontur bestimmenden Schmiededorn (4,10). Zur Schmiedung von Hohlkörpern, die im Hohlraum zumindest Teilbereiche mit hinterschnittener Kontur aufweisen, ist der Schmiededom aus Segmenten (4) zusammengesetzt und zur Erreichung der für das Schmieden erforderlichen Abmessung reversibel aufweitbar ausgebildet

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schmiedegesenk mit die Außenkontur des zu schmiedenden Körpers formenden Gesenkteilen und einem die Innenkontur bestimmenden Schmiededorn. Derartige Schmiedegesenke sind in verschiedenen Ausführungsarten bekannt, doch war es damit bisher nicht mögliche Hohlkörper zu schmieden, welche im Hohlraum Bereiche mit hinterschnittener Kontur aufweisen. Man hat es nämlich bisher als unmöglich betrachtet, den die Innenkontur ausformenden Schmiededorn aus dem präzisionsgeschmiedeten Formling unter Vermeidung einer Deformation desselben zu entfernen.
  • Zur Lösung der Aufgabe, eine Präzisionsschmiedung von Hohlkörpern ausführen zu können, die im Hohlraum zumindest Teilbereiche mit hinterschnittener Kontur aufweisen, besteht das Kennzeichen des erfindungsgemäßen Schmiedegesenkes darin, daß der Schmiededorn aus Segmenten zusammengesetzt und zur Erreichung der für das Schmieden erforderlichen Abmessung reversibel aufweitbar ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform begrenzen die Segmente einen inneren Hohlraum, in welchem ein eine Radialbewegung der Segmente bewirkender konischer Aufweitdorn geführt ist. Der Aufweitdorn ist zweckmäßig in seinem oberen, mit den Segmenten zusammenwirkenden Bereich zylinderförmig und in seinem unteren Bereich konisch gestaltet.
  • Die einzelnen Segmente können an zumindest einer Stelle mit einem in einer Nut liegenden Sprengring bzw. Federring zusammengehalten sein. Jedes der Segmente kann vorteilhafterweise eine innen liegende axial verlaufende Nut aufweisen, mit der es an einer am Aufweitdorn ausgebildeten Nase längsgeführt ist,
  • Gemäß einem weiteren Erfindungskennzeichen sind die Segmente an ihren Berührungsaußenkanten angefast gestaltet.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert, in denen als Ausführungsbeispiel die Präzisionsschmiedung von Achszapfen für Kraftfahrzeuge dargestellt ist.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Schmiedegesenk im Stadium der ausgeführten Schmiedung;
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch das Obergesenk in der Ausgangsstellung;
    • Fig. 3a bzw. 3b ein Segment des Schmiededorns im Aufriß bzw. Kreuzriß;
    • Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV - IV von Fig. 1;
    • Fig. 5 einen Querschnitt gemäß der Linie V - V von Fig.2;
    • Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen mit dem erfindungsgemäßen Schmiedegesenk geschmiedeten Formling und
    • Fig. 7 einen Querschnitt gemäß der Linie VII - VII von Fig. 6.
  • Die für das Ausführungsbeispiel gewählten Achszapfen werden als antriebsübertragendes Element bei frontbetriebenen Autos verwendet. Die eigentliche Kraftübertragung erfolgt durch sechs Kugeln, welche im hinterschnittenen Achszapfenhohlraum in sechs ebenfalls hinterschnittenen Kugellaufbahnen laufen.
  • Solche Achszapfen können nun durch Anwendung des erfindungsgemäßen Schmiedegesenkes präzisionsgeschmiedet hergestellt werden. Dieses besteht aus dem Untergesenk 1 und dem durch Befestigungsschrauben 3 fixierten Obergesenk 2 als die Außenkontur des zu schmiedenden Körpers formenden Gesenkteilen. Zur Formung des Hohlraumes dient ein Schmiededorn, der aus sechs gleichförmigen Segmenten 4 und einem mit sechs Nasen 11 zur Längsführung der Segmente 4 ausgebildeten Aufweitdorn 10 zusammengesetzt ist. Der Aufweitdorn 10 ist in seinem oberen Bereich zylinderförmig und in seinem unteren Bereich konisch gestaltet. Die Segmente 4 sind durch den in der Nut 6 liegenden Federring 9 zusammengehalten. Bei der durch nicht dargestellte Mittel bewirkten Abwärtsbewegung des Dornes 10 werden die Segmente 4 in die Schmiedestellung aufgeweitet. Nach erfolgter Schmiedung können sie wieder in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt und somit der Formling 13 abgezogen werden. Um die ungehinderte Bewegung der Segmente 4 sicherzustellen, sind die Berührungsaußenkanten achsparallel verlaufend und in radialer Richtung je Segment zueinander parallel verlaufend angefast, wie dies insbesondere die Fig. 3a, 3b und die Fig. 4 und 5 mit der Anfasung 12 erkennen lassen.
  • Diese Art der Anfasung wird als optimal angesehen, wenngleich Abweichungen.davon möglich und bei der Angabe dieser Erfindungsmerkmale berücksichtigt sind. Der das Untergesenk 1 aufnehmende Gesenkträger 16 hat eine entsprechende Ausnehmung zur Aufnahme des Stummels 13' des Formlings 13, welcher in Fig.1 nicht dargestellt ist. In einer anschließenden Verbreiterung der erwähnten Ausnehmung sind nicht dargestellte Befestigungsmittel für den Stummel 13' vorgesehen, welche beim Ausziehen des Aufweitdornes 10 in seine Ausgangsstellung zur Wirkung kommen, um den Formling 13 in der Schmiedestellung festzuhalten.
  • Grundsätzlich weisen die mit dem erfindungsgemäßen Schmiedegesenk hergestellten Formlinge mit hinterschnittener Hohlkontur Schmiedegrate auf, die gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal in den Bereichen der Innenkontur axial (Schmiedegrate 14), am äußeren Umfang hingegen in Umfangsrichtung verlaufen (Schmiedegrate 15). Die Höhe der Schmiedegrate hängt primär vom Volumen des eingesetzten Rohlings 13 ab und in zweiter Linie von der Schmiedetemperatur. Je höher diese Temperatur ist, umso leichter kann das Material fließen und dementsprechend kommt es auch zur Ausbildung etwas höherer Grate. Der Fachmann hat es demnach in der Hand, durch zweckentsprechende Abstimmung der genannten Einflußfaktoren die optimale Ausbildung der präzisionsgeschmiedeten Formlinge festzulegen. Es erscheint einleuchtend, daß sowohl die Schmiedegrate 15 als auch die im Hohlraum befindlichen Schmiedegrate 14 ohne besonderen Aufwand, z.B. durch spanabhebende Bearbeitung rationell entfernt werden können, ohne daß der Schmiedefaserverlauf in den besonders beanspruchten Kugellaufbahnen geschwächt oder gar unterbrochen wird. Die Nachbearbeitung der präzisionsgeschmiedeten Formlinge ist auf die Entfernung der beschriebenen Schmiedegrate beschränkt.
  • Die eingesetzten Rohlinge 13 bestehen im Falle des beschriebenen Anwendungsbeispieles aus einem unlegierten, oberflächenhärtbaren Kohlenstoff-Stahl mit 0,5 % C, weil insbesondere für die Kugellaufbahnen eine entsprechende Härte erforderlich ist. Grundsätzlich ist es möglich, dafür alle schmiedbaren Legierungen einzusetzen.

Claims (10)

1. Schmiedegesenk mit die Außenkontur des zu schmiedenden Körpers formenden Gesenkteilen und einem die Innenkontur bestimmenden Schmiededorn, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiededorn zum Gesenkschmieden von Hohlkörpern, die im Hohlraum zumindest Teilbereiche mit hinterschnittener Kontur aufweisen, aus Segmenten (4) zusammengesetzt und zur Erreichung der für das Schmieden erforderlichen Abmessung reversibel aufweitbar ist.
2. Schmiedegesenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (4) einen inneren Hohlraum begrenzen, in welchem ein eine Radialbewegung der Segmente (4) bewirkender Aufweitdorn (10) geführt ist.
3. Schmiedegesenk nach Anspruch 2,-dadurch gekennzeichnet, daß der Aufweitdorn (10) in seinem oberen Bereich zylinderförmig und in seinem unteren Bereich konisch gestaltet ist.
4. Schmiedegesenk nach den Ansprüchen 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Segmente (4) an zumindest einer Stelle mit einem in einer Nut (5,6) liegenden Sprengring bzw. Federring (8, 9) zusammengehalten sind.
5. Schmiedegesenk nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Segmente (4) eine innen liegende axial verlaufende Nut (7) aufweist, mit der es an einer am Aufweitdorn (10) ausgebildeten Nase (11) längsgeführt ist.
6. Schmiedegesenk nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (4) an ihren Berührungsaußenkanten angefast sind.
7. Schmiedegesenk nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase achsparallel verläuft.
8. Schmiedegesenk nach den Ansprüchen 1,6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasen eines Segmentes in Achsrichtung konisch bis vorzugsweise achsparallel verlaufend ausgebildet sind.
9. Schmiedegesenk nach den Ansprüchen 1 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasen eines Segmentes (4) in radialer Richtung konisch bis vorzugsweise zueinander parallel verlaufend ausgebildet sind.
10. Mit dem Schmiedegesenk nach den Ansprüchen 1 bis 9 hergestellter Formling,dadurch gekennzeichnet, daß er Schmiedegrate (14, 15) aufweist, die in den Bereichen der Innenkontur axial und am äußeren Umfang in Umfangsrichtung verlaufen.
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