EP0224792B1 - Werkzeugwechseleinrichtung einer mehrstufigen Umformmaschine - Google Patents

Werkzeugwechseleinrichtung einer mehrstufigen Umformmaschine Download PDF

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EP0224792B1
EP0224792B1 EP86115967A EP86115967A EP0224792B1 EP 0224792 B1 EP0224792 B1 EP 0224792B1 EP 86115967 A EP86115967 A EP 86115967A EP 86115967 A EP86115967 A EP 86115967A EP 0224792 B1 EP0224792 B1 EP 0224792B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
clamping
tool
tools
die
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP86115967A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0224792A1 (de
Inventor
Joseph Broquet
Raymond Schoenenberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hatebur Umformmaschinen AG
Original Assignee
Hatebur Umformmaschinen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hatebur Umformmaschinen AG filed Critical Hatebur Umformmaschinen AG
Priority to AT86115967T priority Critical patent/ATE43260T1/de
Publication of EP0224792A1 publication Critical patent/EP0224792A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0224792B1 publication Critical patent/EP0224792B1/de
Expired legal-status Critical Current

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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
    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/08—Accessories for handling work or tools
    • B21J13/085—Accessories for handling work or tools handling of tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/04—Movable or exchangeable mountings for tools
    • 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
    • B21J13/03—Die mountings

Definitions

  • the invention relates to a tool change device according to the preamble of patent claim 1.
  • Such devices should above all enable the stamping and die tools to be replaced as quickly as possible in the tool room of a forming machine, so that the corresponding changeover times, which require machine downtime, can be kept as short as possible.
  • a further disadvantage with known tool changing devices and in particular also with the tool described in the above-mentioned documents is that the stamping and die tools are guided in the tool holders without tension.
  • increased wear of these tool guides and setting of the tool parts occurs relatively frequently during operation, which results in increasing play between the tool holder and the machine body, which cannot be compensated for during operation.
  • a resulting loosening of the tension of the corresponding tool holder: with the press slide or the machine body can often only be recognized when the interacting tools have already been damaged or even destroyed.
  • the object of the invention is to provide a tool changing device in which the tools for a rapid automatic or semi-automatic change can be prepared outside the tool space of the .forming machine in a manner that can be expected of low-wear operation, and which can be prepared in a very short time
  • the use of a central control allows both the stamp and the die tools to be exchanged without any problems and with reliable tool adjustment.
  • stamping and die tools in the manner of changing magazines in tool blocks, these can be made ready for use outside the machine, so that the downtime of the machine required for the tool change alone takes the duration of the tool block exchange.
  • the clamping elements are located in the corresponding clamping slide or machine body-side clamping parts and only protrude from them with piston head sections of the pressure-operated piston-cylinder units; these head sections can be inserted into the T-slots that are recessed in the tool block to be replaced, perpendicular to the row of the respective tools, and the tool blocks can then be clamped against the pressure surfaces on the machine body or press slide side when the clamping elements are suitably pressurized.
  • the displacement of the piston head sections between a tool block release position, in which the block can be removed from the tool space vertically to the direction of stroke of the press slide, and a position ready for use to fix the respective tool block, is carried out from a central command desk via corresponding pressure medium control devices, preferably a hydraulic control.
  • the piston-cylinder units can be designed as tandem cylinders to achieve high contact pressures in order to obtain smaller piston diameters.
  • pressure medium-actuated centering elements also remain in the machine body or press slide-side clamping parts when the tool block is replaced, which can engage with suitable piston sections in the centering recesses provided on the clamping surface of the respective tool block.
  • These centering elements can be operated from the central control console.
  • the chip can be clamped tightly by means of a corresponding pressure medium control device, preferably also a hydraulic control Control the elements by moving the piston sections of the centering elements into the appropriate centering recesses so that the entire respective tool block is positioned correctly in the correct position while the tool block is clamped.
  • the centering and adjustment accuracy achieved is so high that there is no need for separate alignment of the punch and die-side tools with respect to one another in the horizontal and vertical directions.
  • a punch clamping device is provided between the punch tool block and the press slide, each with coupling tensioning elements aligned with the longitudinal longitudinal axis of the punch, which produce a non-positive, play-free connection between the punch tools on the one hand and the press slide on the other.
  • This coupling clamping elements. capture the respective stamping tools at their rear end sections via a detachable bayonet connection arranged in the area of the stamping tool block separating plane and press these via a pressure piece between the pressing slide and the stamping end in a pressure medium-controlled manner onto the pressing slide front. Due to the contact pressure generated on the press slide front in accordance with the applied pressure, any play on the stamping tools and between them and the press slide is excluded.
  • the contact pressure of the stamping tools, which is maintained and possibly monitored during operation, against the press slide front ensures in every position of the machine parts concerned that there are contact conditions which cannot be achieved with conventional tool clamping devices.
  • a deformation or setting of the loaded tool parts which occurs in conventional devices and which has an effect on the clamping force of the connecting elements is compensated for in the device according to the invention by constant pressurizing of the stamping tools in question, or such wear phenomena cannot occur at all. It can thus be seen that the stamp clamping device of the tool changing device according to the invention makes a large contribution to reducing the wear of the entire tool.
  • Via a pressure switch built into the pressure medium circuit of the stamp clamping device the contact pressure of the clamping device can be monitored during operation or controlled by a corresponding safety device, which stops the machine when the pressure falls below a specified minimum and indicates the type of fault.
  • the die tool block 5 shown in Fig. 1 has a centering plate 2 which receives 33 die tools 1 supported circumferentially in receiving bores, so that an adjacent row of individual die tools is formed for successive forming steps.
  • a bar knife 8 is visible, which is used to cut off blanks to be machined in the tools.
  • individual clamping glasses 3 are placed on the die tools 1, which are each provided with four threaded bores formed at their corner areas.
  • an adapter plate 4 is attached, which supports the die tools 1 at its rear end.
  • the adapter plate 4 forms a relatively large-area support for the die tools 1 in comparison with the illustration in FIG. 5b.
  • three clamping screws 9 are used for each pair of spectacles 3, which clamp the entire die tool block into a ready-to-install tool unit which has an overall low overall depth.
  • the placement of the tensioning screws 9 in the corner areas of the tensioning glasses 3 permits the use of a shrink ring 10, which can be designed to be substantially shorter and without weakening threaded holes than was the case with the conventional die packages according to FIG. 5b .
  • the possible enlargement of the die parts located behind the die tools 1 in the die tool block 5 according to FIG. 5a leads to an overall favorable compressive stress curve within the die support, since larger receiving surfaces are available for absorbing the pressing forces than in the case of conventional dies packages.
  • the pressure force curve to be expected in each example is shown in FIGS. 5a and 5b by dash-dotted lines and indicated as 0a and 0b, respectively.
  • This diameter designation relates to the respective pressure receiving part which is in direct contact with the relevant die package.
  • Corresponding conclusions can be drawn from the diagrams of the compressive stress curves under pressing force given for the two figures, regarding the tool wear to be expected in each case or the material stress.
  • the machine body 25 schematically indicated in FIG. 1 carries a clamping plate 7 on the front, on which the die tool block 5 with its adapter plate 4 can be clamped to a clamping surface 31 which runs transversely with respect to the longitudinal center axes of the die.
  • the entire assembled unit forms the tool change holder 28.
  • five T-grooves 26b running perpendicular to the row of die tools 1 are recessed in the adapter plate 4 for clamping the tool block 5.
  • Correspondingly shaped piston head sections 32b engage in these grooves 26b and form the piston ends of hydraulically actuated piston-cylinder units (clamping elements 6b). 1, two clamping elements 6b are provided in the clamping plate 7 for each groove 26b.
  • the tool block 5 can be removed from the clamping plate 7 at right angles to the axis of the row of die tools 1.
  • a transport device (not shown) can be provided for the corresponding removal of a die tool block removed in this way.
  • the tensioning elements 6b are connected to a central hydraulic arrangement, and their piston displacement can be controlled from a central control desk.
  • the stamping tools 13 are mounted in a stamping tool block 14 and guided in bushings 15.
  • T-grooves 26a are cut out on a clamping surface 29 of this tool block 14, perpendicular to the row of stamping tools 13, in which correspondingly shaped piston head sections 32a of clamping elements 6a engage, which with their pressure medium-actuated piston-cylinder units in a platen 24 of a stamp clamping device 30 are accommodated.
  • the stamping tool block 14 together with the stamp clamping device 30 forms the stamp-side tool change holder 27, which is located on the front of the press slide 22.
  • the tensioning elements 6a are constructed in the same way as the tensioning elements 6b described above, including their pressure medium actuating device.
  • FIG. 2 shows a hydraulically actuated centering element 11 a, which is provided in a corresponding manner between the clamping plate 7 and the adapter plate 4 in the die tool block 5 according to FIG. 1.
  • a centering element is shown in detail in FIG. 3 and is used for centering the respective tool blocks 5 and 14 on their clamping surfaces in the vertical and horizontal direction during the clamping process.
  • the centering element 11b visible in FIG. 3 is accommodated in the clamping plate 7 and has a hydraulically actuated piston, the piston section 34b of which is conically shaped in order to be able to engage in conical surfaces of centering recesses 12b in the adapter plate 4.
  • This hydraulically actuated centering elements 11 a and 11 b are matched to the clamping action of the hydraulic clamping elements 6 a and 6 b, operated from the central control panel, so that an exact positioning takes place essentially simultaneously with the clamping.
  • the centering elements 11a and 11b can, if desired, be held in engagement with their centering recesses 12a and 12b until the vertical displacement of the respective tool block is to take place, for example in the event of an exchange, in order to prevent premature replacement To be able to reliably prevent relocation of the already released tool block. At least two centering elements are required for each tool block.
  • the stamp clamping device 30 has a row of coupling clamping elements 35 which are aligned with the respective longitudinal longitudinal center axes and which can produce a non-positive, play-free connection between the stamping tools 13 on the one hand and the press slide 22 on the other hand.
  • the coupling clamping elements 35 are provided, as shown in FIG. 4, on the side of the clamping plate 24 facing the clamping surface, each with a bayonet connection 17, which has a connecting sleeve 36 on the clamping element side, which can be connected to a sleeve counterpart 37 provided on the rear end section of a stamping tool 13.
  • each of the clamping elements 35 has a hollow piston 16 which is guided within the clamping plate 24 so as to be relatively displaceable under pressure control and in its inner region a pressure piece 19 which can be displaced relatively takes up, which rests on the one hand on the rear end of the stamping tool 13 and on the other hand on a support surface 39 of an adjusting wedge 18 guided vertically displaceably in the pressing slide 22. If, as shown in FIG.
  • the hollow piston 16 is displaced to the right via the pressure medium circuit 38 (hydraulic channels) in the direction of the double arrow shown, with the bayonet connection 17 closed, the stamping tool in question is simultaneously displaced in this direction, as a result of which the tool 13 corresponds to the hydraulic pressure , which acts on the hollow piston 16, is pressed against the adjusting wedge 18 and thus against the front of the press slide 22. If the hydraulic pressure on the hollow piston 16 is maintained, virtually any play between the stamping tool and the press slide front is eliminated.
  • the adjustment wedge 18 visible in FIG. 4 is used for the axial adjustment of the stamping tools.
  • the hollow piston 16 must be made pressure-free so that the pressure piece 19 can be displaced in its interior depending on the vertical adjustment of the wedge 18.
  • a motor drive 23 is shown schematically in FIG. 4, which can perform a desired vertical displacement of the adjustment wedge 18 via a threaded spindle. The control of this drive 23 can also be operated from the central control panel.
  • the hollow piston can be pressurized again in the manner described in order to achieve the axial bracing.
  • a pressure switch can also be installed in the pressure medium circuit 38 of the hollow piston 16 in order to be able to monitor the clamping pressure of the hollow piston.
  • a rotary drive 21 which is indicated only schematically in FIG. 4 and which is also centrally controlled, can rotate all stamping tools 13 until the sleeve parts 36, 37 can be pulled apart.
  • the stamping tools 13 are moved to the left in accordance with FIG. 4 until their rear ends have emerged from the region of the hollow piston 16 and the stamping tool block 14 is guided over the T-grooves 26a in a vertical direction out of the tool space can be.
  • This displacement of the stamping tool block 14 can be carried out by hand or by means of a suitable lifting and transport device (not shown), optionally also remotely controlled.
  • the basic redesign and automation of the die space of metal forming machines according to the invention creates a tool block quick-change system that significantly expands the production possibilities of such metal forming machines. Due to the rapid changeover, small series can now also be produced cheaply, since the tool life is greater than the number of series due to the new structure of the tool blocks and the low-wear clamping method, which is why a replacement of worn tools, which would necessarily result in machine downtime, has become unnecessary . The relatively long changeover times that are customary in conventional forming machines have made the production of small series costly. In addition to these production-related advantages, the working conditions in connection with the tool room are also improved, since a tool block change can be carried out without great effort. Due to the small amount of time required for a tool block change, there is also enough space to e.g. check other units of the metal forming machine and, if necessary, replace them.

Landscapes

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  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugwechseleinruchtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Derartige Einrichtungen sollen vor allem ein möglichst rasches Auswechseln der Stempel- und Matrizenwerkzeuge im Werkzeugraum einer Umformmaschine ermöglichen, damit die entsprechenden Umrüstzeiten, die einen Maschinenstillstand erfordern, so kurz wie möglich gehalten werden können.
  • Bei bekannten Einrichtungen dieser Art sind die Werkzeuge in Werkzeugwechselhalterungen befestigt und müssen zum Teil einzeln ausgetauscht und innerhalb des Werkzeugraums der Umformmaschine verspannt werden. Diese zum Teil kraftaufwendigen Arbeiten müssen innerhalb des häufig engen Werkzeugraums und in unbequemer Körperstellung ausgeführt werden, wodurch ein zuverlässiges gleichförmiges Verspannen sämtlicher Werkzeugpakete oft nur schwer durchführbar ist. In jedem Fall bedingt ein in bekannter Weise stattfindender Werkzeugaustausch relativ lange Umrüstzeiten, in denen die Maschine stillstehen muß. Eine teilweise Automatisierung bei bekannten Werkzeugwechseleinrichtungen besteht darin, daß das Lösen und Anziehen der Spannschrauben von einer Vorrichtung übernommen wird. Da aber die Betätigung aller Befestigungselemente mittels dieser Vorrichtung auch eine relativ lange Zeit in Anspruch nimmt, wird mit dieser bekannten Teilautomatisierung nur eine unerhebliche Zeitersparnis erzielt.
  • Aus der DE-A 19 66 879 und der US-A 3 559 446 ist es bekannt, auf einer Haltevorrichtung, die in einer bestimmten Lage einen Amboß trägt, Werkzeuge auf diesem Amboß und einerAufspannplatte für eine Verwendung in einer Umformmaschine voreinzustellen. Zwar wird bei dieser bekannten Einrichtung eine gewisse Zeitersparnis gegenüber Werkzeugwechselsystemen erzielt, deren Werkzeuge jeweils einzeln in den Werkzeugraum eingebaut werden müssen, jedoch erfordert die aus den genannten Dokumenten bekannte Einrichtung ein aufwendiges Justieren und Verspannen der bekannten Werkzeugwechselhalterungen beim Einbau in die Umformmaschine, so daß durch die bekannte Voreinstellung der Werkzeuge auf dem Amboß und der Aufspannplatte mittels der besagten Haltevorrichtung insgesamt nur eine geringe Standzeitverkürzung erreicht werden kann.
  • Ein weiterer Nachteil besteht bei bekannten Werkzeugwechseleinrichtungen und insbesondere auch bei der in den obengenannten Dokumenten beschriebenen darin, daß die Stempel- und Matrizenwerkzeuge, unverspannt in den Werkzeughalterungen geführt sind. Dadurch kommt es während des laufenden Betriebs relativ häufig zu erhöhtem Verschleiss dieser Werkzeugführungen und einem Setzen der Werkzeugteile, was ein zunehmendes Spiel zwischen Werkzeughalter und Maschinenkörper zur Folge hat, das während des Betriebs nicht mehr ausgeglichen werden kann. Ein daraus sich ergebendes Lösen der Verspannung des entsprechenden Werkzeughalters: mit dem Preßschlitten oder dem Maschinenkörper kann oft erst dann erkannt werden, wenn bereits eine Beschädigung oder gar Zerstörung der zusammenwirkenden Werkzeuge aufgetreten ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Werkzeugwechseleinrichtung zu schaffen, bei der die Werkzeuge für einen raschen automatischen bzw. halbautomatischen Wechsel in einer Weise, die einen verschleißarmen Betrieb erwarten läßt, außerhalb des Werkzeugraumes der .Umformmaschine vorbereitet werden können und die in kürzester Zeit unter Einsatz einer zentralen Steuerung sowohl den Austausch der Stempel als auch der Matrizenwerkzeuge problemlos und bei zuverlässiger Werkzeugjustierung gestattet.
  • Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist insbesondere in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 definiert. Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den entsprechend rückbezogenen Unteransprüchen.
  • Bedingt durch die erfindungsgemäße Anordnung der Stempel- und Matrizenwerkzeuge nach Art von Wechselmagazinen in Werkzeugblöcken, können diese außerhalb der Maschine einsatzbereit gemacht werden, so daß die für den Werkzeugwechsel benötigte Stillstandzeit der Maschine allein die Dauer des Werkzeugblockaustausches in Anspruch nimmt.
  • Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Art des Aufspannens der matrizen- und stempelseitigen Werkzeugblöcke befinden sich die Spannelemente in den entsprechenden preßschlitten-oder maschinenkörperseitigen Aufspannteilen und ragen aus diesen lediglich mit Kolbenkopfabschnitten der druckmittelbetätigten Kolben-Zylinder-Einheiten heraus; diese Kopfabschnitte sind in im jeweils auszuwechselnden Werkzeugblock senkrecht zur Reihe der jeweiligen Werkzeuge ausgesparte T-Nuten einführbar, und die Werkzeugblöcke können dann bei einer entsprechenden Druckmittelbeaufschlagung der Spannelemente gegen die maschinenkörper- bzw. preßschlittenseitigen Andruckflächen gespannt werden. Die Verlagerung der Kolbenkopfabschnitte zwischen einer Werkzeugblock-Löseposition, in der der Block vertikal zur Hubrichtung des Preßschlittens aus dem Werkzeugraum herausgenommen werden kann, und einer den jeweiligen Werkzeugblock einsatzbereit festspannenden Stellung erfolgt von einem zentralen Kommandopult aus über entsprechende Druckmittelsteuereinrichtungen, vorzugsweise eine Hydrauliksteuerung. Die Kolben-Zylinder-Einheiten können zur Erzielung hoher Anpreßdrücke als Tandemzylinder ausgeführt sein, um kleinere Kolbendurchmesser zu erhalten.
  • Außer den Spannelementen verbleiben beim Werkzeugblockaustausch in den maschinenkörper- bzw. preßschlittenseitigen Aufspannteilen ebenfalls druckmittelbetätigbare Zentrierelemente, welche mit passenden Kolbenabschnitten in an der Spannfläche des jeweiligen Werkzeugblocks vorgesehene Zentrieraussparungen eingreifen können. Diese Zentrierelemente sind vom zentralen Kommandopult aus betätigbar. Über eine entsprechende Druckmittel-Steuereinrichtung, vorzugsweise ebenfalls eine Hydrauliksteuerung, läßt sich das Festspannen der Werkzeugblöcke durch die Spannelemente mit dem Einfahren der Kolbenabschnitte der Zentrierelemente in die passenden Zentrieraussparungen so steuern, daß ein lagerichtiges Positionieren des gesamten jeweiligen Werkzeugblocks automatisch während des Festspannens des Werkzeugblocks ausgeführt wird. Die hierbei erzielte Zentrier- und Justiergenauigkeit ist derart hoch, daß ein gesondertes Ausrichten von stempel- und matrizenseitigen Werkzeugen zueinander in horizontaler und vertikaler Richtung entfallen kann.
  • Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugwechseleinrichtung ist zwischen dem Stempelwerkzeugblock und dem Preßschlitten eine Stempel-Verspanneinrichtung mit jeweils auf die Stempel-Längsmittelachsen ausgerichteten Koppelungs-Spannelementen vorgesehen, die eine kraftschlüssige spielfreie Verbindung zwischen den Stempelwerkzeugen einerseits und dem Preßschlitten andererseits erzeugen. Diese Kopplungs-Spannelemen- . te erfassen über eine im Bereich der Stempelwerkzeugblock-Trennebene angeordnete lösbare Bajonettverbindung die jeweiligen Stempelwerkzeuge an ihren hinteren Endabschnitten und pressen diese über ein Druckstück zwischen dem Preßschlitten und dem Stempelende druckmittelgesteuert an die Preßschlittenfront. Bedingt durch die entsprechend dem aufgebrachten Druck erzeugte Anpreßkraft an der Preßschlittenfront wird jegliches Spiel an den Stempelwerkzeugensowie zwischen diesen und dem Preßschlitten ausgeschlossen. Der während des Betriebs aufrechterhaltene und gegebenenfalls überwachte Anpreßdruck der Stempelwerkzeuge gegen die Preßschlittenfront sorgt in jeder Stellung der betreffenden Maschinenteile für Auflagebedingungen, welche bei herkömmlichen Werkzeug-Spannvorrichtungen nicht erreicht werden können. Ein bei herkömmlichen Einrichtungen auftretendes Deformieren oder Setzen der belasteten Werkzeugteile, das sich auf die Spannkraft der Verbindungselemente auswirkt, wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung durch konstante Druckmittelbeaufschlagung der betreffenden Stempelwerkzeuge ausgeglichen, bzw.es können derartige Verschleißerscheinungen erst gar nicht auftreten. Damit ist einsehbar, daß die Stempel-Verspanneinrichtung der erfindungsgemäßen Werkzeugwechseleinrichtung eine hohen Beitrag zur Verschleißreduktion der gesamten Werkzeuge leistet. Über einen in den Druck mittelkreislauf der Stempel-Verspanneinrichtung eingebauten Druckwächter läßt sich der Anpreßdruck der Verspanneinrichtung während des laufenden Betriebs überwachen bzw. von einer entsprechenden Sicherheitseinrichtung kontrollieren, welche bei Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestdrucks die Maschine stillsetzt und die Art der Störung anzeigt.
  • Weitere Einzelheiten und Funktionszusammenhänge ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Werkzeugwechseleinrichtung anhand von Zeichnungen. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Matrizenwerkzeugblocks nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, befestigt an einem Maschinenkörper,
    • Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht eines Stempelwerkzeugblocks, der frontseitig an einem Preßschlitten angebracht ist,
    • Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Zentriereinrichtung,
    • Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer Stempel-Verspanneinrichtung,
    • Fig. 5a eine schematische Schnittdarstellung durch einen Matrizenwerkzeugblock der über eine Spannplatte am Maschinenkörper befestigt ist, bei einer Schnittführung durch die Längsmittelachse eines Matrizenwerkzeugs zur Verdeutlichung des qualitativen Druckspannungsverlaufs unter Preßkraft,
    • Fig. 5b eine schematische Darstellung entsprechend der in Fig. 5a zur Veranschaulichung des qualitativen Druckspannungsverlaufs unter Preßkraft bei herkömmlichen, unter Verwendung eines Amboß aufgebauten Matrizenwerkzeugen, und
    • Fig. 5a' und 5b' zeigen den entsprechenden Druckspannungsverlauf.
  • Der in Fig. 1 gezeigte Matrizenwerkzeugblock 5 besitzt eine Zentrierplatte 2, welche in Aufnahmebohrungen 33 Matrizenwerkzeuge 1 umfangsseitig abgestützt aufnimmt, so daß eine nebeneinanderliegende Reihe einzelner Matrizenwerkzeuge für aufeinanderfolgende Umformstufen gebildet wird. An dem gemäß Fig. 1 linken Endabschnitt der Zentrierplatte 2 ist ein Stangenmesser 8 sichtbar, das zum Abtrennen von in denWerkzeugen zu bearbeitenden Rohlingen dient. Auf die Matrizenwerkzeuge 1 sind von der Vorderseite des Werkzeugblocks 5 her jeweils einzelne Spannbrillen 3 aufgesetzt, welche mit jeweils vier an ihren Eckbereichen ausgebildeten Gewindebohrungen versehen sind. An der den Spannbrillen 3 abgewandt liegenden Fläche der Zentrierplatte 2 ist eine Adapterplatte 4 angesetzt, welche die Matrizenwerkzeuge 1 an ihrem hinteren Ende abstützt. In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 5a ist ersichtlich, daß die Adapterplatte 4 eine im Vergleich zu der Darstellung in Fig.5b relativ großflächige Abstützung für die Matrizenwerkzeuge 1 ausbildet. Von der Adapterplattenrückseite her sind für jede Spannbrille 3 vier Spannschrauben 9 eingesetzt, welche den gesamten Matrizenwerkzeugblock zu einer einbaubereiten Werkzeugeinheit zusammenspannen, die eine insgesamt geringe Bautiefe besitzt.
  • Wie ferner aus Fig. 5a ersichtlich, gestattet die Plazierung der Spannschrauben 9 in den Eckbereichen der Spannbrillen 3 den Einsatz eines Schrumpfringes 10, der wesentlich kürzer und ohne schwächende Gewindebohrungen ausgebildet sein kann, als dies bei den herkömmlichen Matrizenpaketen nach Fig.5b der Fall war. Die bei dem Matrizenwerkzeugblock 5 gemäß Fig. 5a mögliche Vergrößerung der hinter den Matrizenwerkzeugen 1 liegenden Werkzeugteile führen zu einem insgesamt günstigen Druckspannungsverlauf innerhalb der Matrizenabstützung, da für die Aufnahme der Preßkräfte jeweils größere Aufnahmeflächen zur Verfügung stehen als bei herkömmlichen Matrizenpaketen. Der bei jedem Beispiel zu erwartende Preßkraftverlauf ist in den Fig. 5a und 5b durch strichpunktierte Linien eingezeichnet und als 0a bzw. 0b angegeben. Diese Durchmesserbenennung bezieht sich auf das jeweilige direkt in Kontakt mit dem betreffenden Matrizenpaket befindliche Druckaufnahmeteil. Aus den zu den beiden Figuren angeführten Diagrammen der Druckspannungsverläufe unter Preßkraft lassen sich entsprechende Rückschlüsse auf den jeweils zu erwartenden Werkzeugverschleiß bzw. auf die Materialbeanspruchung ziehen.
  • Der in Fig. 1 schematisch angedeutete Maschinenkörper 25 trägt frontseitig eine Spannplatte 7, auf welcher der Matrizenwerkzeugblock 5 mit seiner Adapterplatte 4 an einer bezüglich der Matrizen-Längsmittelachsen querverlaufenden Aufspannfläche 31 festspannbar ist. Die gesamte montierte Einheit bildet die Werkzeugwechselhalterung 28. Zum Festspannen des Werkzeugblocks 5 auf der Spannplatte 7 sind beim dargestellten Beispiel in der Adapterplatte 4 fünf senkrecht zur Reihe der Matrizenwerkzeuge 1 verlaufende T-Nuten 26b ausgespart. In diese Nuten 26b greifen entsprechend geformte Kolbenkopfabschnitte 32b ein, welche die Kolbenenden von hydraulisch betätigten Kolben-Zylinder-Einheiten (Spannelemente 6b) bilden. Gemäß Fig. 1 sind für jede Nut 26b zwei Spannelemente 6b in der Spannplatte 7 vorgesehen. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß bei gelösten Spannelementen 6b der Werkzeugblock 5 rechtwinklig zur Achse der Reihe der Matrizenwerkzeuge 1 von der Spannplatte 7 abgenommen werden kann. Eine nicht dargestellte Transporteinrichtung kann zum entsprechenden Abtransport eines auf diese Weise abgenommenen Matrizenwerkzeugblocks vorgesehen sein. Die Spannelemente 6b sind an eine zentrale Hydraulikanordnung angeschlossen, und deren Kolbenverlagerung ist von einem zentralen Kommandopult aus steuerbar.
  • Neben dem Vorteil des raschen Lösens des Matrizenwerkzeugblocks 5 von der Spannplatte 7 durch eine entsprechende Betätigung der Spannelemente 6b, bietet deren Verwendung noch den weiteren Vorteil, daß ein nie gänzlich zu eliminierender Verschleiß und ein dadurch entstehendes Spiel zwischen dem Matrizenwerkzeughalter 5 und der Aufspannfläche der Spannplatte 7 durch die im Betrieb unter Druck stehenden Spannelemente praktisch im Entstehen bereits ausgeglichen werden. Daher kann man sagen, daß ein gleichbleibend hoch gehaltener Anpreßdruck der Spannelemente 6b dafür sorgt, daß bei den aufeinandertreffenden Maschinenteilen stets Auflagebedingungen geschaffen werden, welche mit denen im Neuzustand der Maschine vergleichbar sind. Auch ist es möglich, in den die Spannelemente 6b versorgenden Hydraulikkreis Druckwächter einzubauen, um auf diese Weise den Anpreßdruck zu kontrollieren bzw. über eine Sicherheitsanordnung überwachen zu können und bei einer Störung deren Ursache zur Anzeige zu bringen.
  • Die Stempelwerkzeuge 13 sind gemäß Fig. 2 in einem Stempelwerkzeugblock 14 gelagert und in Büchsen 15 geführt. In ganz entsprechender Weise wie bei dem Matrizenwerkzeugblock sind an einer Spannfläche 29 dieses Werkzeugblocks 14 senkrecht zur Reihe der Stempelwerkzeuge 13 verlaufende T-Nuten 26a ausgespart, in welche entsprechend geformte Kolbenkopfabschnitte 32a von Spannelementen 6a eingreifen, die mit ihren druckmittelbetätigbaren Kolben-Zylinder-Einheiten in einer Aufspannplatte 24 einer Stempel-Verspanneinrichtung 30 untergebracht sind. Der Stempelwerkzeugblock 14 bildet zusammen mit der Stempel-Verspanneinrichtung 30 die stempelseitige Werkzeugwechselhalterung 27, die sich frontseitig an dem Preßschlitten 22 befindet. Die Spannelemente 6a sind entsprechend aufgebaut, wie die obenbeschriebenen Spannelemente 6b, einschließlich ihrer Druckmittelbetätigungseinrichtung.
  • In Fig. 2 ist ein hydraulisch betätigbares Zentrierelement 11 a sichtbar, das beim Matrizenwerkzeugblock 5 gemäß Fig. 1 in entsprechender Weise zwischen der Spannplatte 7 und der Adapterplatte 4 vorgesehen ist. Ein derartiges Zentrierelement ist in Fig. 3 im einzelnen dargestellt und dient zur Zentrierung der jeweiligen Werkzeugblöcke 5 bzw. 14 an ihren Aufspannflächen in vertikaler und horizontaler Richtung während des Aufspannvorgangs. Das in Fig. 3 sichtbare Zentrierelement 11 b ist in der Spannplatte 7 untergebracht und besitzt einen hydraulisch betätigbaren Kolben, dessen Kolbenabschnitt 34b konisch geformt ist, um in konische Flächen von Zentrieraussparungen 12b in der Adapterplatte 4 eingreifen zu können. Diese hydraulisch betätigbaren Zentrierelemente 11 a und 11b werden abgestimmt auf die Spannwirkung der hydraulischen Spann elemente 6a und 6b, vom zentralen Kommandopult aus betätigt, so daß im wesentlichen gleichzeitig mit dem Aufspannen eine exakte Positionierung erfolgt. Nach einem Lösen der hydraulischen Spannelemente 6a und 6b können die Zentrierelemente 11 a und 11 b gewünschtenfalls noch solange in Eingriff mit ihren Zentrieraussparungen 12a und 12b gehalten werden, bis die Vertikalverlagerung des jeweiligen Werkzeugblocks, beispielsweise bei einem Austausch, erfolgen soll, um so eine vorzeitige Verlagerung des bereits gelösten Werkzeugblocks sicher unterbinden zu können. Für jeden Werkzeugblock sind mindestens zwei Zentrierelemente erforderlich.
  • Die Stempel-Verspanneinrichtung 30 weist gemäß Fig. 2 eine Reihe mit den jeweiligen Stempel-Längsmittelachsen fluchtende Koppelungs-Spannelemente 35 auf, welche eine kraftschlüssige spielfreie Verbindung zwischen den Stempelwerkzeugen 13 einerseits und dem Preßschlitten 22 andererseits erzeugen können. Die Koppelungs-Spannelemente 35 sind gemäß Fig. 4 an der der Spannfläche zugewandten Seite der Aufspannplatte 24 mit je einer Bajonettverbindung 17 versehen, welche spannelementseitig eine Anschlußmuffe 36 aufweist, die mit einem an dem jeweils hinteren Endabschnitt eines Stempelwerkzeug 13 vorgesehenen Muffengegenstück 37 zusammenschließbar ist. Ferner besitzt jedes der Spannelemente 35 einen Hohlkolben 16, der innerhalb der Aufspannplatte 24 druckmittelgesteuert relativverschiebbar geführt ist und in seinem Innenbereich ein relativverlagerbares Druckstück 19 aufnimmt, das einerseits an dem hinteren Ende des Stempelwerkzeugs 13 und andererseits an einer Abstützfläche 39 eines im Preßschlitten 22 vertikal verschiebbar geführten Verstellkeils 18 anliegt. Wenn gemäß der Darstellung in Fig. 4 der Hohlkolben 16 über den Druckmittelkreis 38 (Hydraulikkanäle) in Richtung des eingezeichneten Doppelpfeils nach rechts verlagert wird, erfolgt bei geschlossener Bajonettverbindung 17 eine gleichzeitige Verlagerung des betreffenden Stempelwerkzeugs in diese Richtung, wodurch das Werkzeug 13 entsprechend dem Hydraulikdruck, der auf den Hohlkolben 16 wirkt, gegen den Verstellkeil 18 und damitgegen die Front des Preßschlittens 22 angedrückt wird. Bei einer Aufrechterhaltung des Hydraulikdrucks auf den Hohlkolben 16 wird praktisch jedes Spiel zwischen dem Stempelwerkzeug und der Preßschlittenfront eliminiert.
  • Der in Fig. 4 sichtbare Verstellkeil 18 dient zur axialen Einstellung der Stempelwerkzeuge. Zu diesem Zweck muß der Hohlkolben 16 druckfrei gemacht werden, damit eine Verlagerung des Druckstücks 19 in seinem Inneren je nach der Vertikalverstellung des Keils 18 erfolgen kann. Zur Fernbetätigung der Keilverstellung ist in Fig. 4 ein Motorantrieb 23 schematisch dargestellt, der über eine Gewindespindel eine gewünschte Vertikalverschiebung des Verstellkeils 18 ausführen kann. Auch die Ansteuerung dieses Antriebs 23 läßt sich vom zentralen Kommandopult aus betätigen. Nach erfolgter Axialeinstellung des Stempelwerkzeugs 13 kann der Hohlkolben wieder in der beschriebenen Weise unter Druck gesetzt werden, um die Axialverspannung zu erreichen. Auch in den Druckmittelkreis 38 des Hohlkolbens 16 kann ein Druckwächter eingebaut sein, um den Spanndruck des Hohlkolbens überwachen zu können.
  • Für ein Austauschen des Stempelwerkzeugblocks 14 ist es neben dem bereits beschriebenen Lösen der Spannelemente 6a notwendig, auch die Bajonettverbindung 17 zwischen dem jeweiligen Stempelwerkzeug 13 und der Stempel-Vespanneinrichtung 30 zu öffnen. Dazu dient ein in Fig. 4 lediglich schematisch angedeuteter Drehantrieb 21, der, ebenfalls zentral gesteuert, alle Stempelwerkzeuge 13 so weit verdrehen kann, bis die Muffenteile 36, 37 auseinandergezogen werden können. Bei einem solchen Auseinanderziehen der Bajonettverbindungen 17 werden die Stempelwerkzeuge 13 gemäß Fig.4 nach links bewegt, bis ihre hinteren Enden aus dem Bereich des Hohlkolbens 16 herausgetreten sind und der Stempelwerkzeugblock 14 über die T-Nuten 26a geführt, in vertikaler Richtung aus dem Werkzeugraum herausgehoben werden kann. Diese Verlagerung des Stempelwerkzeugblocks 14 kann von Hand oder mittels einer geeigneten, nicht abgebildeten Hub- und Transporteinrichtung, gegebenenfalls auch ferngesteuert, ausgeführt werden.
  • Neben den bereits beschriebenen Vorteilen der matrizen- und stempelseitigen Werkzeugblockausführung wird mit der erfindungsgemäßen grundsätzlichen Umgestaltung und Automatisierung des Werkzeugraumes von Umformmaschinen ein Werkzeugblock-Schnellwechselsystem geschaffen, das die Produktionsmöglichkeiten derartiger Umformmaschinen entscheidend erweitert. Bedingt durch das schnelle Umrüsten können nun auch Kleinserien günstig produziert werden, da die Werkzeugstandzeit durch den neuartigen Aufbau der Werkzeugblöcke und die verschleißarme Aufspannweise größer wird als die Serienzahl, weshalb ein Auswechseln von verschlissenen Werkzeugen, was notgedrungenermaßen einen Maschinenstillstand zur Folge hätte, unnötig geworden ist. Gerade die bei herkömmlichen Umformmaschinen üblichen relativ langen Umrüstzeiten haben die Produktion von Kleinserien kostenaufwendig gestaltet. Neben diesen produktionsbezogenen Vorteilen werden aber auch die Arbeitsbedingungen im Zusammenhang mit dem Werkzeugraum verbessert, da ein Werkzeugblockwechsel ohne großen Kraftaufwand vorgenommen werden kann. Auch bleibt infolge des geringen Zeitaufwandes für einen Werkzeugblockwechsel genügend Freiraum, um z.B. andere Aggregate der Umformmaschine überprüfen und gegebenenfalls austauschen zu können.

Claims (9)

1. Werkzeugwechseleinrichtung einer mehrstufigen, zur spanlosen Umformung von Metallteilen dienenden Umformmaschine mit einem hin- und herbeweglich angetriebenen Preßschlitten (22) und einem diesem in Hubrichtung gegenüberliegenden ortsfesten Maschinenkörper (25) mit jeweils an der Preßschlitten- und der Maschinenkörperfront vorgesehenen Werkzeugwechselhalterungen (27,28), die preßschlittenseitig einen austauschbaren Satz Stempelwerkzeuge (13) und maschinenkörperseitig einen entsprechend passenden austauschbaren Satz Matritzenwerkzeuge (1) tragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempelwerkzeuge (13) in einem nach Art eines Wechselmagazins ausgebildeten Stempelwerkzeug-Kassettenblock (14) einsatzbereit zusammengesetzt gelagert sind, der mit einer quer zu den Stempel-Längsmittelachsen liegenden Spannfläche (29) an der Gegenfläche einer am Preßschlitten (22) angebrachten Stempel-Verspanneinrichtung (30) und gleichzeitig an der Preßschlittenfront durch zu den jeweiligen Stempel-Längsachsen fluchtende Kopplungs-Spannelemente (35) spielfrei und in Hubrichtung kraftschlüssig festspannbar ist und daß die Matritzenwerkzeuge (1) in einem ebenfalls nach Art eines Wechselmagazins ausgebildeten Matritzenwerkzeug-Kassettenblock (5), matrizenhinterseitig an einer Adapter platte (4) abgestützt durch in Hubrichtung wirkende Spannelemente (9) einsatzbereit fest eingespannt sind, und diese Adapterplatte über eine bezüglich der Matrizen-Längsmittelachsen querverlaufende Aufspannfläche (31) an einer am Maschinenkörper (25) befestigten Spannplatte (7), durch in dieser Spannplatte vorgesehene Spannelemente (6b) ,festspannbar ist.
2. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelungs-Spannelemente (35) an der der Spannfläche (29) zugewandten Seite einer Aufspannplatte (24) der Stempel-Verspanneinrichtung (30) je eine Anschlußmuffe (36) aufweisen, die mit entsprechenden, an den hinteren Endabschnitten der Stempelwerkzeuge (13) vorgesehenen Muffengegenstücken (37) zu einer Bajonettverbindung (17) zusammenschließbar sind, daß jede Anschlußmuffe (36) mit einem druckmittelgesteuert in der Aufspannplatte (24) relativverschiebbar geführten Hohlkolben (16) verbunden ist, der ein in den Abstand zwischen einem jeden hinteren Stempelende und einer Abstützfläche (39) eines im Preßschlitten (22) vertikal verschiebbar geführten Verstellkeils (18) eingesetztes Druckstück (19) relativbeweglich umschließt und bei entsprechender Druckmittelbeaufschlagung das betreffende Stempelwerkzeug (13) über das zugeordnete Druckstück(19) sowie die gleichzeitig verspannte Bajonettverbindung (17) gegen die Abstützfläche (39) des Verstellkeils (18) preßt.
3. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Aufspannplatte (24) ein Drehantrieb (21) für ein gemeinsames Verdrehen sämtlicher Stempelwerkzeuge (13) zum Öffnen bzw. Schließen der die Bajonettverbindung (17) bildenden Muffenteile (36, 37) vorgesehen ist.
4. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Vertikalverlagerung eines jeden Verstellkeils (18) ein fernbetätigbarer Antrieb (23) vorgesehen ist.
5. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in den die Verlagerung des Hohlkolbens (16) steuernden Druckmittelkreis (38) ein Druckwächter eingebaut ist, der mit einer bei zu geringem über den Hohlkolben ausgeübten Spanndruck auslösenden Alarmsignaleinrichtung verbunden ist.
6. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß im Stempelwerkzeug-Kassettenblock (14) an der Spannflächenseite mehrere senkrecht zur Reihe der Stempelwerkzeuge (13) verlaufende T-Nuten (26a) ausgespart sind, in welche entsprechend geformte Kolbenkopfabschnitte (32a) von in einer Aufspannplatte (24) der Stempel-Verspanneinrichtung (30) den T-Nuten (26a) gegenüberliegend angeordneten, jeweils aus druckmittelbetätigbaren Kolben-Zylinder-Einheiten bestehenden Spannelementen (6a) einsetzbar sind, daß in der Spannfläche (29) ferner mindestens zwei Zentrieraussparungen (12a) vorgesehen sind, in welche entsprechend passende Kolbenabschnitte (34a) von in der Aufspannplatte (24) angeordneten, ebenfalls druckmittelbetätigbaren Zentrierelementen (11a) einführbar sind.
7. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Matrizenwerkzeug-Kassettenblock (5) an der Seite der Aufspann fläche der Adapterplatte (4) mehrere senkrecht zur Reihe der Matrizenwerkzeuge (1) verlaufende T-Nuten (26b) ausgespart sind, in welche entsprechend geformte Kolbenkopfabschnitte (32b) der in der Spannplatte (7) den T-Nuten gegenüberliegend angeordneten, jeweils aus druckmittelbetätigbaren Kolben-ZylinderEinheiten bestehenden Spannelementen (6b) einsetzbar sind, daß in der Aufspannfläche (31) ferner mindestens zwei Zentrieraussparungen (12b) vorgesehen sind, in welche entsprechend passende Kolbenabschnitte (34b) von in der besagten Spannplatte (7) angeordneten, ebenfalls druckmittelbetätigbaren Zentrierelementen (11 b) einführbar sind.
8. Werkzeugwechseleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Matrizenwerkzeug-Kassettenblock (5), bestehend aus der Adapterplatte (4), welche die Preßkräfte auf den Körper überträgt und nur kleine Bohrungen für die Auswerfer aufweist, einer einstückigen, die einzelnen Matrizenwerkzeuge (1) und gegebenenfalls weitere Hilfswerkzeuge, wie Stangenmesser (8), in Aufnahmebohrungen (33) umfangseitig führendenZentrierplatte (2)sowie aus stirnseitig auf diese und die jeweiligen Matrizenwerkzeuge (1) einzeln aufgesetzte Spannbrillen (3), ausgehend von der Adapterplatte (4) durch je vier die Spannelemente (9) bildende Schrauben pro Spannbrille (3) zu der einbaubereiten Werkzeugeinheit verspannt ist.
9. Werkzeugwechseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einbringen und Herausverlagern der Werkzeug-Kassettenblöcke (5,14) in den bzw. aus dem zwischen dem Preßschlitten (22) und dem Maschinenkörper (25) gebildeten Werkzeugraum der Umformmaschine eine Transportvorrichtung vorgesehen ist.
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