EP0206235A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Anstauchen von Stabstahl - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Anstauchen von Stabstahl Download PDF

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EP0206235A2
EP0206235A2 EP86108298A EP86108298A EP0206235A2 EP 0206235 A2 EP0206235 A2 EP 0206235A2 EP 86108298 A EP86108298 A EP 86108298A EP 86108298 A EP86108298 A EP 86108298A EP 0206235 A2 EP0206235 A2 EP 0206235A2
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EP
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upsetting
compression
path
holding
rod
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Eberhard Gründel
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Gesenkschmiede Schneider GmbH
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Gesenkschmiede Schneider GmbH
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    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08—Upsetting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21J9/02—Special design or construction
    • B21J9/06—Swaging presses; Upsetting presses
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    • 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
    • B21K1/20—Making machine elements valve parts
    • B21K1/22—Making machine elements valve parts poppet valves, e.g. for internal-combustion engines

Definitions

  • the invention relates to a method for upsetting rod-shaped material and a device for carrying it out.
  • the forming of rod-shaped material by upsetting is known, for example, from DIN 9890.
  • the best known are upsetting with horizontal upsetting machines, presses and electric upsetting.
  • the first two methods have the disadvantage that with a compression ratio length: thickness of the rod-shaped material> 3 in several cone operations must be compressed to avoid kinking.
  • the length to be sprained is limited by the tools to be accommodated in the tool room and, unless an expensive automatic transfer system is used, is very time-consuming.
  • Electro upsetting allows a length to be sprained that is a multiple of the diameter.
  • the disadvantage lies in long upsetting times, especially with medium and large diameters. The reason for this is that the heating and upsetting machine form a unit and the upsetting speed must not be greater than the heating rate. In order to arrive at acceptable cycle times, several electro upsetting units are combined, which is of course associated with very high investments.
  • the object is achieved according to the invention by a generic method in which the rod-shaped material is compressed against a movable compression path.
  • the heating and upsetting processes are separate, but a upsetting ratio as with electro upsetting in one operation is possible. Existing heating devices can therefore be used.
  • the preferably partially heated rod material is received in a holder and pressed against a compression path by a stamp is arranged at a distance of about twice the rod diameter from the holder and can retreat at an adjustable speed to create space for the material being fed.
  • a particular advantage of the method is that the compressive force is introduced at the cold end of the rod and the formation of a ridge is avoided.
  • the method according to the invention can also be carried out advantageously with cold material.
  • a movable upsetting path which can recede according to the material requirements, it is possible for the first time to upsize a length of material that is greater than approximately fifteen times the diameter of the bar in a upsetting operation, for example in the case of steel bars.
  • the material can be heated by electrical resistance heating, radiant heating or the like.
  • the speed of movement of the upsetting path is regulated by a control unit which controls the upsetting path in accordance with a previously determined movement pattern or measured values such as the temperature of the heated material, the type of material, the existing resistance to deformation of the material or the thickness of the upset material at certain times of upset in a manner known per se by sensors or the like, the measured values being constantly compared in the control unit with setpoints and accordingly the upsetting path speed or upsetting sterling speed is regulated accordingly.
  • rod-shaped material is pushed by means of a holding device against a movable compression path by means of a movable compression ram, wherein a material heating device can also be provided.
  • the material is then compressed between the holder and the compression path.
  • the holding device has two holding bushes, which correspond to the outer contours of the material to be processed, the holding bushings being rotatable about a central axis parallel to the workpiece travel direction in such a way that the holding bushing, which lies in front of the compression punch, is supported by a other holding bush, which receives a new workpiece, is replaced.
  • At least one ejector, which is movable in the material conveying direction, is preferably arranged in the vicinity of the holding device in such a way that when the holder rotates about its central axis, the holding opening, which contains a molded part, is brought in front of the ejector.
  • the feed of the ejector and the compression ram can be coupled in such a way that, when being compressed, the ejector simultaneously ejects the finished piece of material in another holding opening of the holding device.
  • measuring devices can also be provided for measuring state variables of the material section to be molded, which measure the temperature, material compression or resistance to deformation of the material piece. It can also be a non-contact measuring device lines, such as IR analyzers for the temperature, or optical devices for scanning the thickness of the upset material, or also power meters for the forward movement of the compression die necessary power to derive the deformation resistance. When the material is compressed, these values can be continuously evaluated via a control computer and the speed of the compression path can be controlled accordingly.
  • an elongated rod-shaped piece of material (3) is heated in its front section as seen in the direction of movement (hatched) and pushed into the holding opening (6) of a holding block by means of an upsetting stamp (2) .
  • an ejector (5) moves into a second holding opening (6 ') of the holding device (1), in which a finished, molded workpiece is already located.
  • the upset is located in front of the discharge end of the holding opening (6) track (4), which can be moved in a controlled manner. (The control is not shown).
  • the holding device (1) can be rotated about its central axis, as indicated by the rotating arrow.
  • the upsetting punch (2) pushes the rod-shaped workpiece (3) with its heated end against the upsetting path (4), which moves at a lower speed than the upsetting punch (2) in the same direction as this.
  • the material flow which is in lines of symmetry during upsetting. plays, depending on the material on the basis of determined measured values or a predetermined speed control program in such a way that kinking of the material bar is avoided even with larger bar lengths than could previously be processed. It has proven to be advantageous if the distance between the upsetting path (4) and the holder (1) at the start of the upsetting process is approximately twice the rod diameter, since experience has shown that the rod does not kink at such a distance. While the compression punch (2) pushes the rod (3) through the holder (1), the heated part of the workpiece (3) compresses between the compression path (4) and holder (1). The controlled retraction of the upsetting path (4) can prevent forging folds in the upset part.
  • FIG. 3 has a cylindrical approximately holder - wherein, any other holder shape can be selected, two opposite Garc Anlagenen (6, 6 ') the position of which can be exchanged by rotating the holder 180 0 .
  • the method according to the invention which differs from conventional methods by the controlled movement of the upsetting tracks and, in the case of partial warming, by the introduction of the force at the cold rod end, can be used in particular for the production of valves which have hitherto been produced by means of electric upsetting processes. It can be used for the first time raw rolled cheap starting material, instead of the previously used, partially processed material, so that in addition to the upsetting of elongated rod-shaped pieces, as previously by electric upsetting in one operation, there is the advantage of using a cheaper starting material.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anstauchen von stangenförmigem Material, wie Stabstahl, wobei das stangenförmige Material gegen eine bewegbare Stauchbahn gestaucht wird sowie auf eine Vorrichtung zum Anstauchen von stangenförmigem Material mit mindestens einem bewegbaren Stauchstempel, einer Stauchbahn und einer Halteeinrichtung zwischen Stauchstempel und Stauchbahn sowie gegebenenfalls einer Materialerwärmungseinrichtung, bei der die Stauchbahn mit regelbarer Geschwindigkeit bewegbar ist. Durch die Erfindung ist es möglich, in einer Stauchoperation, beispielsweise bei Stabstahl, eine Materiallänge ähnlich wie beim Elektrostauchen, anzustauchen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anstauchen von stangenförmigem Material sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.
  • Das Umformen von stangenförmigem Material durch Anstauchen ist beispielsweise aus der DIN 9890 bekannt. Am bekanntesten sind das Anstauchen mit Waagerecht-Stauchmaschinen, Pressen und das Elektrostauchen. Die beiden erstgenannten Verfahren haben den Nachteil, daß bei einem Stauchverhältnis Länge:Dicke des stangenförmigen Materials >3 in mehreren Kegeloperationen gestaucht werden muß, um ein Knicken zu vermeiden. Außerdem ist die zu verstauchende Länge durch die im Werkzeugraum unterzubringenden Werkzeuge begrenzt und, sofern nicht mit einer aufwendigen Transferautomatik gearbeitet wird, sehr zeitaufwendig.
  • Das Elektrostauchen läßt eine zu verstauchende Länge, die ein Vielfaches des Durchmessers beträgt, zu. Der Nachteil liegt aber, insbesondere bei mittleren und großen Durchmessern, in langen Stauchzeiten. Das liegt darin begründet, daß Erwärmungs- und Stauchmaschine eine Einheit bilden und die Stauchgeschwindigkeit nicht größer als die Erwärmungsgeschwindigkeit sein darf. Um zu annehmbaren Taktzeiten zu kommen, werden darum mehrere Elektrostaucheinheiten zusammengefaßt, was natürlich mit sehr hohen Investitionen verbunden ist.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die bekannten Verfahren zum Anstauchen von stangenförmigem Material dahingehend weiterzuentwickeln, daß das Anstauchen von stabförmigem Material, insbesondere von Stabstahl, dahingehend verbessert wird, daß die zu verstauchende Länge größer als etwa das Dreifache des Stabdurchmessers sein kann, ohne die Nachteile der vorgenannten Verfahren, wie z.B. mehrere Stauchoperationen, lange Stauchzeiten, hohe Investitionen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, bei dem das stangenförmige Material gegen eine bewegbare Stauchbahn gestaucht wird. Dabei sind Erwärmungs- und Stauchprozeß getrennt, aber es ist ein Stauchverhältnis wie beim Elektrostauchen in einer Operation möglich. Es können daher vorhandene Erwärmungseinrichtungen eingesetzt werden. Das bevorzugt partiell erwärmte Stangenmaterial wird in einem Halter aufgenommen und von einem Stempel gegen eine Stauchbahn gepreßt, die im Abstand von etwa dem doppelten Stangendurchmesser vom Halter angeordnet ist und mit regelbarer Geschwindigkeit zurückweichen kann, um Raum für das nachgeschobene Material zu schaffen.
  • Bei partieller Erwärmung des Materials liegt ein besonderer Vorteil des Verfahrens darin, daß die Stauchkraft am kalten Stangenende eingeleitet und die Bildung eines Büchsengrats vermieden wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch in vorteilhafter Weise mit kaltem Material durchgeführt werden.
  • Dadurch, daß im Gegensatz zu bekannten Verfahren eine bewegbare Stauchbahn vorgesehen ist, die entsprechend den Materialerfordernissen zurückweichen kann, ist es erstmals möglich, in einer Stauchoperation beispielsweise bei Stabstahl eine Materiallänge, die größer als etwa das fünfzehnfache des Stabdurchmessers ist, anzustauchen.
  • Die Erhitzung des Materials kann, je nach Einsatzart, durch elektrische Widerstandsheizung, Strahlungsheizung oder dergleichen erfolgen.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Stauchbahn über eine Steuereinheit geregelt, welche die Stauchbahn entsprechend einem vorher bestimmten Bewegungsmuster steuert oder aber es können Meßwerte, wie die Temperatur des erwärmten Materials, die Materialart, der bestehende Umformwiderstand des Materials oder die Dicke des angestauchten Materials zu bestimmten Zeiten des Anstauchens in an sich bekannter Weise durch Meßfühler oder ähnliches abgenommen werden, wobei die Meßwerte ständig in der Steuereinheit mit Sollwerten verglichen werden und dementsprechend die Stauchbahngeschwindigkeit bzw. die Stauch- sterr.pelgeschindigkeit geregelt wird.
  • Bei der bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels eines bewegbaren Stauchstempels stangenförmiges Material durch eine Halteeinrichtung gegen eine bewegbare Stauchbahn geschoben, wobei zusätzlich eine Materialerwärmungsvorrichtung vorgesehen sein kann. Das Anstauchen des Materials erfolgt dann zwischen Halter und Stauchbahn.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Haltevorrichtung weist diese zwei Haltebuchsen, die den Außenkonturen des zu verarbeiteten Materials entsprechen, auf, wobei die Haltebuchsen derart um eine zur Werkstücks-Fortbewegungsrichtung parallele Mittelachse drehbar ist, daß die Haltebuchse, welche vor dem Stauchstempel liegt, durch eine andere Haltebuchse, welche ein neues Werkstück aufnimmt, ersetzt wird. Bevorzugt ist mindestens ein Ausstoßer, der in Materialförderrichtung bewegbar ist, in der Nähe der Halteeinrichtung derart angeordnet, daß bei Drehung des Halters um seine Mittelachse die Halteöffnung, welche ein ausgeformtes Teil enthält, vor den Ausstoßer gebracht wird. In einer Ausführungsform, bei welcher die Halteeinrichtung zwei Halteöffnungen aufweist, kann der Vorschub von Ausstoßer und Stauchstempel so gekoppelt sein, daß beim Anstauchen gleichzeitig der Ausstoßer das fertige Materialstück in einer anderen Halteöffnung der Haltereinrichtung ausstößt.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch Meßeinrichtungen zur Messung von Zustandsgrcßen des zu formenden Materialabschnitts vorgesehen sein, welche Temperatur, Materialanstauchung bzw. Umformwiderstand des Materialstücks messen. Es kann sich dabei auch um berührlose Meßeinrichtungen, wie beispielsweie IR-Analysatoren für die Temperatur, bzw. optische Einrichtungen zur Abtastung der Dicke angestauchten Materials, oder auch um Leistungsmeßgeräte für Vorwärtsbewegung des Stauchstempels notwendige Leistung, um den Umformwiderstand abzuleiten, handeln. Bei Anstauchen des Materials können diese Werte ständig über einen Steuerrechner ausgewertet werden und die Geschwindigkeit der Stauchbahn entsprechend gesteuert werden.
  • Im folgenden werden nun weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Stauchstempel und der Ausstoßer sich in zurückgezogener Stellung befinden;
    • Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in der Anstauch-Ausstoßstellung; und
    • Fig. 3 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Halters für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
  • Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein längliches stangenförmiges Materialstück (3) in seinem in Bewegungsrichtung gesehen vorderen Abschnitt erhitzt (schraffiert dargestellt) und mittels eines Stauchstempels (2) in die Halteöffnung (6) eines Halteblocks geschoben. Gleichzeitig bewegt sich ein Ausstoßer (5) in eine zweite Halteöffnung (6') der Halteeinrichtung (1), in welcher bereits ein fertig ausgeformtes angestauchtes Werkstück liegt. Vor dem Ausstoßende der Halteöffnung (6) befindet sich die Stauchbahn (4), welche gesteuert bewegbar ist. (Die Steuerung ist nicht dargestellt).
  • Die Halteeinrichtung (1) ist um ihre Mittelachse, wie durch den Drehpfeil angedeutet, drehbar.
  • In Fig. 2 wird der Anstauchvorgang mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Der Stauchstempel (2) schiebt das stangenförmige Werkstück (3) mit seinem erhitzten Ende gegen die Stauchbahn (4), welche sich mit einer kleineren Geschwindigkeit als der Stauchstempel (2) in gleicher Richtung wie dieser, bewegt. Durch diese Bewegung wird der Materialfluß, welcher sich beim Stauchen in Symmetrielinien. abspielt, abhängig vom Material aufgrund ermittelter Meßwerte oder eines vorherbestimmten Geschwindigkeitsregelungsprogramms derart gesteuert, daß ein Abknicken der Materialstange auch bei größeren Stangenlängen, als bisher verarbeitet werden konnten, vermieden wird. Es hat sich dabei als günstig erwiesen, wenn der Abstand der Stauchbahn (4) zum Halter (1) bei Beginn des Stauchvorgangs etwa das zweifache des Stabdurchmessers beträgt, da erfahrungsgemäß bei einem derartigen Abstand der Stab noch nicht knickt. Während der Stauchstempel (2) den Stab (3) durch den Halter (1) schiebt, staucht sich der erwärmte Teil des Werkstücks (3) zwischen Stauchbahn (4) und Halter (1). Durch das geregelte Zurückfahren der Stauchbahn (4) können im gestauchten Teil Schmiedefalten vermieden werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie in Fig. 3 dargestellt, besitzt ein in etwa zylindrischer Halter - wobei auch jegliche andere Halterform gewählt werden kann, zwei gegenüberliegende Haltecffnungen (6, 6') wobei deren Position durch Drehen des Halters um 1800 ausgetauscht werden können.
  • Bei Vorsehen eines derartigen drehbaren Halters können Ausstoßen und Anstauchen gleichzeitig mittels des gleichen Antriebs erfolgen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, welches sich von herkömmlichen Verfahren durch die gesteuerte Bewegung der Stauchbahnen und bei partieller Frwärmung durch die Einleitung der Kraft am kalten Stangenende unterscheidet, läßt sich insbesondere für die Herstellung von Ventilen einsetzen, welche bisher über Elektrostauchverfahren hergestellt wurden. Es kann dadurch erstmals rohgewalztes billiges Ausgangsmaterial eingesetzt werden, anstelle des bisher verwendeten, bereits teilweise bearbeiteten Materials, so daß zusätzlich zum Vorteildes Anstauchens längeret stangenförmiger Stücke, als bisher durch Elektrostauchen in einem Arbeitsgang sich noch der Vortel des Einsatzes eines billigeren Ausgangsmaterials ergibt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und begleitenden Zeichnung, auf welche zur Erläuterung der Erfindung ausdrücklich Bezug genommen wird.

Claims (13)

1. Verfahren zum Anstauchen von stangenförmigem Material, wie Stabstahl,
dadurch gekennzeichnet, daß das stangenförmige Material gegen eine bewegbare Stauchbahn gestaucht wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das stangenförmige Material vor dem Anstauchen in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch elektrische Widerstandsheizung, Strahlungsheizung, oder dergleichen demzumindest partiell erwärmt wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der Stauchbahn entsprechend einem vorherbestimmten Muster und/oder gemäß Meßsignalen, wie Temperatursignalen, Umformwiderstandssignalen, Dicke des angestauchten Materials oder dergleichen gesteuert wird.
4. Verfahren gemäß irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Stauchen eines partiell erwärmten stangenförmigen Materials gegen eine Stauchbahn, wobei sich der erwärmte Teil des stangenförmigen Materials zwischen Stauchbahn und einem Halter staucht; Zurückfahren der Stauchbahn während des Stauchvorganges mit regelbarer Geschwindigkeit; Zurückziehen des Stauchstempels und Ausstoßen des gestauchten Materials aus dem Halter.
5. Vorrichtung zum Anstauchen von stangenförmigen Material mit mindestens einem bewegbaren Stauchstempel, einer Stauchbahn und einer Halteeinrichtung zwischen Stauchstempel und Stauchbahn sowie gegebenenfalls einer Materialerwärmungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stauchbahn (3) mit regelbarer Geschwindigkeit bewegbar ist.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (1) um ihre zur Werkstückstauchringung parallele Mittelachse drehbar ist und mindestens zwei Halteöffnungen (6, 6') aufweist.
7. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Stauchrichtung bewegbarer Ausstoßer (5) derart in der Nähe der Halteeinrichtung (1) angeordnet ist, daß durch Drehen des Halters um die Mittelachse eine Halteöffnung (6, 6') vor den Ausstoßer (5) und eine Halteöffnung (6, 6') vor den Stauchstempel (2) bewegbar ist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (1) zwei Haltebuchsen (6, 6') aufweist, und daß Ausstoßer (5) und Stauchstempel (2) derart miteinander verbunden sind, daß bei der Anstauchbewegung des Stauchstempels (2) gleichzeitig der Ausstoßer (5) in Ausstoßrichtung bewegt wird, wobei Stauchstempel und Ausstoßer jeweils vor einer Halteöffnung angeordnet sind.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Steuerung, beispielsweise einen Rechner, der den Vortrieb der Stauchbahn (4) entsprechend vorherbestimmter Werte und/oder Meßsignale steuert.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Temperatur und/oder des Umformwiderstands des angestauchten Materialstücks und/oder der Dicke des gestauchten Materialabschnitts beim Anstauchen vorgesehen ist, die mit der Steuerung verbunden ist.
11. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauchbahn (4) eine Gesenkform aufweist.
12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet,daß der Stauchstempel gesteuert bewegbar ist.
13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauchbahr eine heiz-und/oder kühlbare Aufnahmebuchse aufweist.
EP86108298A 1985-06-18 1986-06-18 Verfahren und Vorrichtung zum Anstauchen von Stabstahl Withdrawn EP0206235A3 (de)

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EP0206235A2 true EP0206235A2 (de) 1986-12-30
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