EP1046440A1 - Forging method of axial symmetric metallic workpieces - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
Aus der Verfahrenstechnik sind zahlreiche Umformverfahren bekannt, wobei diese entweder am warmen oder am kalten Werkstück erfolgen. Notorisch bekannt ist u.a. das Fliesspressen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.Numerous forming processes are from process engineering known, this either on the warm or the cold Workpiece. Notoriously known is the extrusion according to the preamble of claim 1.
Die bekannten Massivumformungen stossen beim Querfliesspressen unter Raumtemperatur rasch an Verfahrensgrenzen, d.h. bei hohen Umformgraden kommt es zu Einschnürungen beispielsweise am Rand eines Bundes, hervorgerufen durch die dort herrschenden tangentialen Zugspannungen, was zum Versagen des Werkstücks durch Aufreissen führt. Bei geringen Spalthöhen können Werkstofftrennungen im Bereich der Fliess-Scheide auftreten, wobei in dieser Zone die lokale Formänderung derart hoch ist, dass das Formänderungsvermögen des Werkstoffs erschöpft wird und kein Kaltverschweissen mehr möglich ist.The well-known solid formations come across in cross extrusion quickly at room temperature below room temperature, i.e. at high degrees of deformation, for example, constrictions occur on the edge of a covenant caused by the prevailing tangential tensile stresses there, leading to failure of the workpiece by tearing. At low Gap heights can separate materials in the range of Fluid sheath occur, with the local one in this zone Shape change is so high that the ability to change shape of the material is exhausted and no cold welding is more possible.
Unter dem Formänderungsvermögen eines Werkstoffs wird daher die maximale Formänderung verstanden, die dieser erträgt ohne dass ein Bruch entsteht. Charakterisiert wird dieses Formänderungsvermögen über die Bruchformänderung oder über die aus Zugversuchen ermittelten Zähigkeitskennwerte wie Bruchdehnung und Einschnürung. Die Bruchformänderung wird in Modellversuchen, Zug-, Druck- oder Torsionsversuchen ermittelt, wobei die Bruchformänderung grundlegend betrachtet der logarithmischen Bruchdehnung entspricht. Under the deformability of a material is therefore understand the maximum shape change that it can endure without breaking. This is characterized Resilience over the change in fracture shape or over the toughness parameters determined from tensile tests such as Elongation at break and constriction. The fracture shape change will determined in model tests, tensile, compression or torsion tests, the fracture shape change is considered fundamentally corresponds to the logarithmic elongation at break.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches eine Erhöhung der Umformgrade ermöglicht, ohne dass die Werkstückqualität darunter leidet.Based on this, it is an object of the present invention to create a process which increases the degree of deformation enables without the workpiece quality underneath suffers.
Ebenfalls ist es Aufgabe der Erfindung, durch die Umformung die Werkstoffeigenschaften positiv zu beeinflussen, um nachfolgende Wärmebehandlungen in ihrer Zahl zu reduzieren oder gar zu eliminieren. Die Massgenauigkeit und Oberflächengüte soll derjenigen des Kaltumformens entsprechen.It is also an object of the invention, through the deformation to positively influence the material properties in order to to reduce the number of subsequent heat treatments or even to eliminate them. The dimensional accuracy and surface quality should correspond to that of cold forming.
Im weiteren soll das Verfahren erlauben, in Verbindung mit Folge-Operationen einzelne Verfahrensschritte, wie Nachpressen, Härten, Polieren, Spanen oder Schneiden etc., auszuschalten, zu vereinfachen oder zu verbilligen.Furthermore, the method should allow in connection with Follow-up operations of individual process steps, such as repressing, Switch off hardening, polishing, cutting or cutting etc., to simplify or cheapen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass das Formänderungsvermögen keine reine Werkstoffeigenschaft ist sondern auch von den Verfahrensbedingungen abhängt.The invention is based on the knowledge that the ability to change shape is not a pure material property but also depends on the process conditions.
Erfindungsgemäss erfolgt daher eine lokale Anpassung des Formänderungsvermögens an die gewünschte Verformung mittels einer gezielten Erwärmung des Werkstücks, wobei eine Kombination von Kalt- und Warmumformung erfolgt, welche die Vorteile der guten Umformung am warmen Werkstück mit den Vorteilen des Kaltumformens, wie Materialverfestigung, Massgenauigkeit und hohe Oberflächengüte vereinigt. According to the invention, a local adaptation of the Resilience to the desired deformation by means of targeted heating of the workpiece, using a combination of cold and hot forming, which has the advantages the good forming on the warm workpiece with the advantages of cold forming, such as material hardening, dimensional accuracy and high surface quality.
Gemäss Anspruch 2 kann das Kaltumformen bzw. dessen resultierende Verfestigung durch einen gezielt beeinflussten Temperaturverlauf am Werkstück optimiert werden.According to claim 2, the cold forming or the resulting thereof Solidification through a specifically influenced Temperature curve on the workpiece can be optimized.
Durch Führung des Abkühlvorgangs nach dem Querfliesspressen lässt sich zudem die Festigkeit des Werkstücks lokal nochmals verbessern, Anspruch 3.By guiding the cooling process after cross extrusion the strength of the workpiece can also be checked locally improve, claim 3.
Die Wärmebehandlung vor, während und nach dem Querfliesspressen kann mit an sich bekannten Mitteln, wie Induktionsheizung, Flamme oder Laser, erfolgen.The heat treatment before, during and after cross extrusion can be known by means known per se, such as induction heating, Flame or laser.
Beispielsweise kann die Vorwärmung des Werkstücks induktiv durchgeführt werden, während die gezielte Einbringung von Prozesswärme auf der Presse, durch einen zeitlich und zielgerecht geführten Laserstrahl hoher Energie, erfolgt.For example, the preheating of the workpiece can be inductive be carried out during the targeted introduction of Process heat on the press, through a timely and targeted guided high energy laser beam.
Ebenfalls kann die Wärmeabfuhr durch gekühlte Greifer etc. gesteuert werden.Heat can also be dissipated using cooled grippers etc. to be controlled.
Gleichartige Mittel könnten zur Weiterverarbeitung des Presslings in weiteren Verfahrensstufen eingesetzt werden, was u.a. die Durchlaufzeit und die Energiekosten beträchtlich verbessern würde.Similar means could be used for further processing of the Pellets are used in further process stages, what u.a. the lead time and energy costs are considerable would improve.
Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung diskutiert, welche durch rechnerische Nachprüfung (Simulation) erhärtet sind.Exemplary embodiments are described below with the aid of drawings discussed the invention, which by arithmetic Verification (simulation) are confirmed.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemässen Verfahrens,
- Fig. 2
- einen Rohling, vorbereitet für das Querpressen und
- Fig. 3
- den resultierenden Pressling.
- Fig. 1
- a schematic representation of the inventive method,
- Fig. 2
- a blank, prepared for cross pressing and
- Fig. 3
- the resulting compact.
Gemäss Fig. 1 wird ein Rohling 100 in seinem mittleren Bereich
40 durch eine Wärmequelle 30 über seine Rekristallisationstemperatur
erwärmt. Dabei oder anschliessend wird er
mit seinem Schaft in eine Matrize 20 gestellt und durch einen
Stempel 10 an seinem Wellendurchmesser gefasst und mit
einer Kraft F verformt, so dass ein axial-symmetrischer
Bund (Flansch) entsteht.1, a blank 100 is in its
In Fig. 2 ist der Rohling 100 einzeln dargestellt und mit Masslinien versehen; der Wellendurchmesser beträgt d1, der untere Schaftdurchmesser d2 und die Länge L0.2, the blank 100 is shown individually and with Provide dimension lines; the shaft diameter is d1, the lower shaft diameter d2 and length L0.
Durch das in Fig. 1 aufgezeigte Verfahren entsteht ein Pressling 100' gemäss Fig. 3, welcher beispielsweise als Getriebewelle dient. Durch das Querfliesspressen hat sich die ursprüngliche Länge L0 auf L1 reduziert, in einem Bereich der Materialumformung S1 sind an der Welle Materialverdickungen feststellbar; gepresst wurde ein Bund mit einem Durchmesser D und einer Bundbreite S2.1 results from the method shown in FIG Pressing 100 'according to FIG. 3, which for example as Gear shaft is used. The cross extrusion has the original length L0 reduced to L1, in one area of material forming S1 are thickened material on the shaft noticeable; a bundle was pressed with a Diameter D and a collar width S2.
Gewählt wurden folgende Parameter:
1000 °C im erwärmten Bereich
1000 ° C in the heated area
Erzielt wurden:
Die numerische Simulation erfolgte mittels der Software MSC/SuperForge 1.0 (Fa. MacNeal-Schwendler GmbH, München)The numerical simulation was carried out using the software MSC / SuperForge 1.0 (MacNeal-Schwendler GmbH, Munich)
Bei der Warmumformung wird eine Verfestigung durch die dynamischen Entfestigungsvorgänge weitgehendst verhindert; die Verteilung der Fliess-Spannung ist homogen.During hot forming, the dynamic Softening processes largely prevented; the distribution of the yield stress is homogeneous.
Durch die erfindungsgemässe partielle Erwärmung werden die dynamischen Entfestigungsvorgänge gezielt örtlich ausgenutzt, wodurch das Formänderungsvermögen des Werkstoffs während des gesamten Umformvorganges nahezu unverändert bleibt.Due to the partial heating according to the invention targeted use of dynamic softening processes, whereby the deformability of the material almost unchanged during the entire forming process remains.
Das Verfestigungsverhalten wird lokal modifiziert, so dass das Formänderungsvermögen der zu erzielenden Formänderung angepasst wird. Also erfolgt ein "Massschneidern" der Werkstoffeigenschaft an den Umformvorgang. Damit werden dann lokale Umformgrade sehr viel grösser als 1,0 ohne Zwischenglühungen möglich. Da das Verfahren im wesentlichen ein Kaltquerfliesspressen bleibt, ist eine vergleichbare Genauigkeit der Endform und eine erwünschte Festigkeitssteigerung gewährleistet. Durch Anpassen der gewählten lokalen Temperatur und einer kontrollierten Abkühlung kann eine in praxi ausreichende Festigkeit des warm- oder halbwarmumgeformten Bundes erzeugt werden.The hardening behavior is modified locally so that the resilience of the shape change to be achieved is adjusted. So there is a "tailoring" of the material property the forming process. So then local degrees of deformation very much greater than 1.0 without intermediate annealing possible. Since the procedure is essentially a Cold cross extrusion remains is a comparable accuracy the final shape and a desired increase in strength guaranteed. By customizing the chosen local Temperature and controlled cooling can be a in in practice sufficient strength of the hot or semi-hot formed Federal generated.
Zur Abkühlung und/oder zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperaturgefälle bieten sich hydro- und aerodynamische Mittel an.To cool down and / or to maintain the desired Temperature differences are hydro and aerodynamic Means on.
Claims (3)
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