EP0034139B1 - Gegossener Hammer für Schmiedemaschinen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen gegossenen Hammer für Schmiedemaschinen mit einer verbesserten Standzeit.
• Die Hämmer von Schmiedemaschinen, insbesondere von Langschmiedemaschinen, sind sehr hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen ausgesetzt. Bei Langschmiedemaschinen werden beispielsweise die auf über 800°C erhitzten, zu schmiedenden Stücke in einer Transportvorrichtung befestigt, welche sodann das längliche Schmiedegut durch die eigentliche Schmiedemaschine hindurch bewegt, in welcher beispielsweise vier gleichzeitig gegeneinander bewegbare Hämmer angeordnet sind, die das Schmiedegut verformen. Gleichzeitig mit der Längsbewegung kann auch noch eine Drehbewegung ausgeübt werden, sodass nicht nur annähernd quadratische Stücke, sondern auch rundes Schmiedegut erhalten werden kann.
• Um dabei das Auswechseln der Werkzeuge etwa beim Übergang vom Quadratschmieden auf das Rechteckschmieden bzw. das Rundschmieden vermeidbar zu machen, ist es aus der DE-OS Nr. 2024248, welche die im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Merkamle zeigt, bekannt, vier Hämmer mit bezüglich ihrer Symmetrieebene symmetrisch ausgebildeten seitlichen Aussparungen zu verwenden, die so angeordnet werden, dass sie mit ihren die volle Blockbreite aufweisenden fetten in die Seitenaussparungen des dazwischenliegenden Werkzeuges eingreifen können. Ohne aufeinanderzutreffen können somit vier Hämmer gleichzeitig schlagen, wobei zwischen ihnen btoss ein Spalt verbleibt, der dem zu schmiedenden Mindest-Quadratquerschnitt entspricht.
• Damit die bei Pressformen oder Gesenken mit scharfen Kanten auftretende Rissbildung durch Verminderung der Spannungen eingedämmt wird, ist es aus der DE-PS Nr. 608449 grundsätzlich bekannt, die Pressformen oder Gesenke hinter diesen Kanten mit Bohrungen zu versehen.
• Die DE-PS Nr. 965100 beschreibt ein aus Warmarbeitsstahl gefertigtes Gesenk zum Herstellen von Turbinenschaufeln od. dglt., das zur Verhinderung von Einsenkungen in der Gravur von mindestens einem Schrumpfmantel umgeben und in dem unterhalb des Gravurbereiches eine Materialausnehmung vorgesehen ist.
• Die Schmiedehämmer von Schmiedemaschinen weisen eine Grundplatte auf, welche mit jener des Schmiedepleuels verbindbar ist. Die Grundplatte des Schmiedehammers unterliegt keinen übermässig starken mechanischen Beanspruchungen, da sie lediglich zur Kräfteübertragung von Hammer auf Schmiedepleuel dient und hierfür eine relativ grosse Fläche vorgesehen ist. Weiters ist die ther--mische Beanspruchung nur gering, da selbst bei lang andauernden Bearbeitungen keine Temperaturen erreicht werden, die wesentlich über 300°C betragen. Anders sieht die Beanspruchung der gegenüber der Basisfläche der Grundplatte angeordneten Arbeitsfläche aus. Die Arbeitsfläche weist im allgemeinen verschiedene Abschnitte auf, welche im Laufe des Schmiedeprozesses verschiedene Aufgaben zu erfüllen haben. So kann ein Schmiedehammer und zwar in Achsrichtung des Schmiedestückes gesehen, verschiedene Bereiche aufweisen. Jene Bereiche der Arbeitsfläche, die nicht parallel zur Basisfläche angeordnet sind, dienen zur Verdrängung des zu schmiedenden Materials und unterliegen, da hier die grössten Kräfte einwirken, einer besonders starken Beanspruchung. Jener Bereich der Arbeitsfläche, der ungefähr parallel zur Basisfläche angeordnet ist, hat die Funktion, dass das bereits verformte Material in seiner Oberflächenbeschaffenheit verändert und zwar geglättet wird. Diese sogenannte Glättfläche ist somit nicht so hohen Beanspruchungen ausgesetzt wie die restliche Arbeitsfläche. Die Temperatur der Arbeitsfläche kann über 800°C erreichen; bedenkt man nun, dass die Temperatur der Basisfläche nur ca. 300°C beträgt, so wird verständlich, dass geringste Fehler im Schmiedehammer bereits zu einer beträchtlichen Verringerung der Lebensdauer desselben führen können. Von der Materialseite her sind nur ganz wenige Legierungen überhaupt geeignet, derartig grossen Beanspruchungen zu genügen, wobei es sich erwiesen hat, dass NickelBasis-Legierungen mit ca. 20% Chrom besonders geeignet sind.
• Im Laufe des Schmiedeprozesses bilden sich bei den Hämmern sogenannte Brandrisse aus, die auf die hohe mechanische Beanspruchung bei hohen Temperaturen zurückzuführen sind. Diese Brandrisse müssen, um eine Zerstörung des Hammers zu vermeiden, z.B. durch Schleifen entfernt werden, um eine Kerbwirkung zu vermeiden, wobei nach dem Herausschleifen derartiger Risse eine Auftragsschweissung zur Egalisierung der Arbeitsfläche vorgenommen werden kann.
• Derartige Hämmer weisen ein Gewicht auf, welches es nicht mehr erlaubt, eine Manipulation ohne mechanische Hilfsmittel durchzuführen. Für diese Manipulation, z.B. zum Einsetzen der Hämmer in die Schmiedemaschine, sind Handhabungsbohrungen in der Grundplatte vorgesehen, die keinen wesendtlichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, bekannte Schmiedehämmer insbesondere für Langschmiedemaschinen so auszugestalten, dass eine höhere Lebensdauer erzielt werden kann.
• Es wurde bereits versucht, die Aufgabe dadurch zu lösen, dass die Schmiedehämmer nicht gegossen sondern aus verformtem Material hergestellt wurden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass derartige Schmiedehämmer zwar wesentlich aufwendiger in der Herstellung sind und ein feineres Gefüge als die gegossenen Hämmer aufweisen; es konnte jedoch keine Erhöhung der Standzeit erreicht werden, wie sie an sich durch das feinere Gefüg zu erwarten war.
• Der erfindungsgemässe gegossene Hammer für Schmiedemaschinen, insbesondere Langschmiedemaschinen, mit einer Grundplatte mit Basisfläche, die im an Schmiedepleuel montierten Zustand an dessen Grundfläche anliegt und mit einer gegenüber der Basisfläche angeordneten Arbeitsfläche, die eine Glättfläche aufweist, welche etwa parallel zur Basisfläche liegt, besteht im wesentlichen darin, dass zwischen Grundplatte und Arbeitsfläche zumindest eine abgerundete, den Hammer ganz oder teilweise durchsetzende und in der Nähe des thermischen Zentrums des Hammers angeordnete Ausnehmung vorgesehen ist, welche die ungefähr normal zur Grundplatte verlaufende Symmetrieebene des Hammers durchsetz oder symmetrisch zu dieser angeordnet ist. Dadurch wird eine Querschnittsverminderung des Schmiedehammers in jenen Bereichen bewirkt, die einer besonders starken mechanischen und thermischen Beanspruchung unterliegen.
• Es wäre zu erwarten gewesen, dass die Brandrisse, die von der Arbeitsfläche in das Material hineingehen, sich schneller fortpflanzen können, da weniger Material vorhanden ist. Es hat sich jedoch durchaus überraschend erwiesen, dass ein derartiger Schmiedehammer eine wesentlich längere Lebensdauer aufweist, als die bekannten Schmiedehämmer. Alleine die metallurgischen Vorteile bei der Herstellung des Gussstückes, wiez.B. Verminderung der Spannungen bei der Abkühlung des Gussstückes, beim Anwärmen zum Lösungsglühen, beim Abkühlen vom Lösungsglühen, beim Anwärmen zum Aushärten und beim Abkühlen vom Aushärten reichen jedoch als Erklärung für die erhöhte Lebensdauer nicht aus. Es muss vielmehr angenommen werden, dass die Spannungen im Betrieb, die z. B. durch das Anwärmen der Schmiedehämmer vor dem Schmiedebeginn, die Temperaturveränderung während des Schmiedevorganges und das Abkühlen nach dem Betrieb bedingt sind, vermindert werden und die Spannungen durch die Ausnehmung (en) so verteilt werden können, dass sie unwirksam werden.
• Mündet zumindest eine Ausnehmung in der Basisfläche, so kann eine gleichmässige Querschnittsverminderung vermieden werden, wobei die Ausnehmung als solche in jenem Bereich angeordnet werden kann, wo die Krafteinwirkungen geringer sind.
• Wird oder werden die Ausnehmungen parallel zur Basisfläche angeordnet, so kann ein besonders guter Ausgleich der Spannungen im Betrieb erreicht werden, so dass die Brandrisse, welche normal zur Arbeitsfläche verlaufen, langsamer wachsen und ebenfalls eine Erhöhung der Lebensdauer erreichbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, die Ausnehmung(en) mit der Massgabeanzuordnen, dass mit Bezug zur Aussenwandung bzw. zu(r) benachbarten Ausnehmung(en) eine etwa gleichmässige Materialstärke vorliegt, wodurch sowohl für die mechanischen als auch für die thermischen Beanspruchungen eine besonders günstige Ausgestaltung erreichbar ist.
• Der erfindungsgemässe Effekt der Erhöhung der Lebensdauer wird besonders günstig damit erreicht, dass das Volumen der Ausnehmung zumindest 3%, vorzugsweise 5-15%, desjenigen des Hammers beträgt.
• Völlig überraschend hat es sich erwiesen, dass die Erhöhung der Lebensdauer auch dann gege_- ben ist, wenn die Ausnehmung des Hammers mit im wesentlichen demselben Material, aus dem der Hammer besteht, ausgefüllt ist. Offensichtlich liegt im Inneren des Hammers eine derartige Gefügestruktur vor, dass die Spannungen an den ursprünglichen Grenzen der Ausnehmung so abgelenkt werden, dass sie keinerlei Schädigung mehr bewirken können.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1, 2 und 3 verschiedene einstückige Schmiedehämmer, welche mit Ausnehmungen versehen sind.
• Der in Fig. 1 dargestellte Schmiedehammer weist eine mit Handhabungsbohrungen 3 versehene Grundplatte 1 auf, deren Dicke durch die Fortsätze 2 bestimmt ist, welche zur Montage des Schmiedehammers an dem nicht dargestellten Schmiedepleuel dienen. Der Basisfläche 4, die sich auch über die Fortsätze 2 erstreckt, gegenüber angeordnet ist die Arbeitsfläche, die einen Bereich 5 aufweist, welcher geneigt zur Basisfläche 4 angeordnet ist und eine Glättfläche 6, die parallel zur Basisfläche angeordnet ist. Zwischen Grundplatte 1 und Arbeitsfläche 5, 6 ist eine zylindrische Ausnehmung 7 vorgesehen, die sich über die gesamte Länge des Hammers erstreckt und durch deren Achse die Symmetrieebene des Hammers, welche normal zur Grundplatte verläuft, geht. Die Ausnehmung erstreckt sich somit über den gesamten Arbeitsbereich des einstückigen Hammers und ergibt eine Gewichtsersparnis von etwa 5%. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines Hammers dargestellt, wie er sich in der Praxis besonders bewährt hat. Der Hammer weist oberhalb der Grundplatte 1 zwei Ausnehmungen 8 auf, so dass ein Steg 9 gebildet wird. Die Arbeitsfläche erstreckt sich vom Steg 9 über die Glättfläche 6 bis zum Bereich 5. Zwischen der Glättfläche 6 und dem Bereich 5 der Arbeitsfläche und der Grundplatte 1, deren Dicke durch die Stärke der Fortsätze 2 bestimmt ist, sind zwei zylindrische Ausnehmungen 10 vorgesehen, die sich normal zur Symmetrieebene erstrecken und diese durchsetzen. Die zylindrischen Ausnehmungen münden in den jeweiligen Seitenflächen 11. Die Gesamthöhe des Schmiedehammers beträgt ca. 230 mm, die Höhe der Grundplatte 80 mm und der Durchmesser der beiden Bohrungen 60 mm, die Gewichtsersparnis beträgt etwa 7%.
• In Fig. 3 ist eine besonders einfache Ausführungsform eines Schmiedehammers dargestellt, wobei von der Basisfläche 4 zwei sackförmige Ausnehmungen 12 ausgehen, die sich normal zur Glättfläche erstrecken und deren Gesamtvolumen etwa 12% beträgt. Die Dicke der Grundplatte wird auch hier durch die Fortsätze 2 bestimmt, so dass sie dicker ist als jener Bereich 13, welcher keine Arbeitsfläche aufweist.
• Wie den Zeichnungen leicht zu entnehmen, sind die abgerundeten Ausnehmungen immer in der Nähe des thermischen Zentrums des Hammers angeordnet. Das thermische Zentrum des Hammers entspricht ungefähr dem Schwerpunkt des gesamten Schmiedehammers.
• Alle in den Zeichnungen dargestellten Schmiedehämmer können auch so ausgeführt werden, dass die Ausnehmungen z.B. durch Schweissen bzw. durch Einschweissen eines Bolzens wieder ausgefüllt werden. Dadurch ist zwar die Gewichtsersparung von ca. 10 bis 20% nicht mehr gegeben, jedoch kann die mechanische Stabilität dadurch erhöht werden.

Claims (6)

1. Gegossener Hammer für Schmiedemaschinen, insbesondere Langschmiedemaschinen, mit einer Grundplatte (1) mit Basisfläche (4), die im am Schmiedepleuel montierten Zustand an dessen Grundfläche anliegt und einer gegenüber der Basisfläche (4) angeordneten Arbeitsfläche (5), die eine Glättfläche (6) aufweist, welche etwa parallel zur Basisfläche liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Grundplatte (1) und Arbeitsfläche (5, 6) zumindest eine abgerundete, den Hammer ganz oder teilweise durchsetzende und in der Nähe des thermischen Zentrums des Hammers angeordnete Ausnehmung oder Bohrung (7, 10, 12) vorgesehen ist, welche die ungefähr normal zur Grundplatte verlaufende Symmetrieebene des Hammers durchsetzt oder symmetrisch zu dieser angeordnet ist.

2. Hammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ausnehmung in der Basisfläche (4) mündet.

3. Hammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Hammer vorzugsweise zur Gänze durchsetzende(n) Ausnehmung(en) (7, 10) parallel zur Basisfläche (4) angeordnet ist (sind).

4. Hammer nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung(en) mit der Massgabe angeordnet ist (sind), dass mit Bezug zur Aussenwandung bzw. zu(r) benachbarten Ausnehmung(en) eine etwa gleichmässige Materialstärke vorliegt.

5. Hammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Ausnehmungen (7, 10, 12) zumindest 3%, vorzugsweise 5-15% des Hammervolumens beträgt.

6. Hammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung-(en) mit einem im wesentlichen dem Hammerwerkstoff entsprechenden Material ausgefüllt ist (sind).

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