EP2344289B1 - Verfahren zur herstellung eines mit einem durchgehenden loch versehenen formteils und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines mit einem durchgehenden loch versehenen formteils und vorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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EP2344289B1
EP2344289B1 EP09775793A EP09775793A EP2344289B1 EP 2344289 B1 EP2344289 B1 EP 2344289B1 EP 09775793 A EP09775793 A EP 09775793A EP 09775793 A EP09775793 A EP 09775793A EP 2344289 B1 EP2344289 B1 EP 2344289B1
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EP
European Patent Office
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blank
die
disc
guide
force
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Andreas Matt
Mihai Vulcan
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Hatebur Umformmaschinen AG
Original Assignee
Hatebur Umformmaschinen AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/76—Making machine elements elements not mentioned in one of the preceding groups
    • B21K1/761—Making machine elements elements not mentioned in one of the preceding groups rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/28—Making machine elements wheels; discs

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a molding provided with a through hole according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for carrying out the method according to the preamble of independent claim 12.
  • Such a method is for example from the DE 31 47 897 A1 known.
  • the serial production of identical annular metal parts starting from a metallic, rod-shaped blank by compression and thereby causing deformation of an end portion of the blank into a disc and then axial puncture of the disc by means of a stamp of the same cross-sectional shape as the (uncompressed) blank and separating takes place of the disc punctured disc core from the disc.
  • the integral with the uncompressed blank section blank core together with the latter forms the starting point for another cycle of the process until the remaining blank remnant is no longer sufficient for the formation of other moldings and is lost as waste.
  • the invention has for its object to improve a method of the type mentioned in such a way that the moldings produced therewith require no or at least a much lower post-processing.
  • the molded parts in the region of their generated through hole should have no significant fracture phenomena, burrs or other deformations.
  • bar material is understood as meaning any material form having pronounced longitudinal extent and any cross-section which is constant over the longitudinal extent.
  • bars, bars and wires of any dimensions fall under this definition.
  • Circular cross sections are the rule, but the invention is not limited thereto.
  • the term "bar-shaped” is to be understood analogously.
  • Disc in the present context is understood to mean any body shape widened in relation to the blank in the cross-sectional dimensions. Flat discs with a particular circular outer contour are the rule, but the invention is not limited thereto.
  • the essence of the invention consists in the following: In a method for producing a molded part provided with a through hole, in a feed step, a rod-shaped blank is moved in its longitudinal direction through a Guide the same cross-sectional shape as the blank by a defined length in a die whose inner peripheral wall defines the outer circumference of the molded part to be produced, advanced and then held. In at least one forming step, the end region of the blank located outside the guide on the die side is axially compressed by means of a die and thereby formed into a disk limited in the circumference by the die.
  • the disk located in the die is penetrated by means of a coaxial stamp for the same cross-sectional shape as the guide, while a piece integral with the undeformed part of the blank disk core of the same cross-sectional shape pushed out of the disk, pushed into the guide and together with in the Guide located undeformed part of the blank moved back against the feed direction of the blank.
  • a separation step the pierced disc is separated from the disc core and finally in a removal step, the finished molding is removed from the die.
  • the disc located in the die is acted upon by a sleeve-shaped, holding the punch movable, relative to the punch movable hold-down organ of the die with an axial compressive force in Scheibenkernausstosscardi and the blank with an axial counterforce against the Scheibenkernausstossutter, the outer contour of the hold-down organ in the Substantially corresponds to the inner contour of the die.
  • an axial compressive force in the disc core ejection direction is exerted on the disc located in the female part.
  • the blank is retained during the forming step, the piercing step and the separating step by means of a clamping arrangement acting on its circumference.
  • the counterforce is preferably introduced into the blank with the aid of the clamping arrangement acting on the outer circumference of the blank.
  • the counterforce can either be applied to the clamping arrangement and transmitted from there to the blank, or the counterforce is generated by the frictional force acting on the blank by the clamping arrangement
  • the axial compressive force and the opposing force acting against it are preferably dimensioned so that a stress state is achieved in the disc by superposition of compressive stress, which at least compensates for the shear and tensile stresses acting in the disc during penetration. As a result, fractures, burrs or other deformations are optimally avoided at the peripheral edge of the generated through hole.
  • the pane core is not ejected completely from the pane, but preferably only up to about 98-99% of its height or the thickness of the pane.
  • the blank with the integral with him disc core while retaining the said axial pressure force on the disc located in the die axially withdrawn or axially moved away from the disc located in the die until the disc core is separated from the remaining disc ring.
  • the formation of undesirable deformations on the inner edge of the molded part is avoided and also prevents the punch strikes the inner edge of the die.
  • the blank is held and moves the die with the disc located in it from the blank.
  • the blank is held between two dies, which cause the advance of the blank and the compression of the same. This is the length of the blank and thus the Number of limited producible with a blank moldings and the unusable residual pieces of blanks are lost as waste.
  • this problem is avoided by using a clamping arrangement which acts on the circumference of the blank to support the blank and fix it in position during the forming step and preferably also during the piercing step and during the separating step.
  • This clamping arrangement can be arranged, for example, in the feed direction shortly before the guide. In this way, the length of the blanks is not limited by a second die, so that even long rods or quasi-endless blank material, which is for example wound on coils, can be processed and accordingly virtually no appreciable waste arises
  • the blank is produced in a reduction step by cross-sectional tapering of a rod material of larger cross-sectional dimensions.
  • the starting material used is a rod material which has larger cross-sectional dimensions than the blank required for the production of the shaped parts, and this rod material is tapered to the cross-sectional dimensions required for the blank or the molded parts to be produced therefrom.
  • the taper can e.g. in a conventional manner by means of a superior Reduziermatrize done by which the bar material during the advance of the blank in the feed step or in an upstream forming step is pressed and / or pulled. In this way, the dimensions of the rod material do not have to match those of the blank and mold parts of different dimensions can be produced with one and the same rod material. This simplifies u.a. the procurement and storage of the bar material considerably.
  • a suitable device for carrying out the inventive method comprises a guide for a blank, a die, a movable die with a punch for axial compression and deformation of an end portion of the blank, feed means for the blank and retaining means for the blank.
  • the die comprises a sleeve-shaped holding-down member which surrounds the punch and is movable relative to the punch, by means of which an axial pressure force can be applied to a disk located in the die, the outer contour of the hold-down member substantially corresponding to the inner contour of the die, and the retaining means comprise one on the periphery of the blank engaging clamping assembly, which is formed separately from the guide and the die and for introducing an axial counterforce in the blank.
  • the clamping arrangement is adjustable in the longitudinal direction of the blank.
  • the device has a Querterrorismsreduzieran Aunt for forming the blank of a bar material of larger cross-sectional dimensions. This allows the production of differently sized moldings from a limited set of different bar materials.
  • the method according to the invention and the device according to the invention can be used in cold to hot forming over the entire temperature range.
  • FIGS 1-6 illustrate a first embodiment of the invention, wherein only the essential parts for understanding the invention of the device are shown. It can be seen a guide 1, a die arranged above 2, a die 3 and a clamping arrangement 4 and only symbolized by an arrow feed means 5 and 50 for a rod-shaped blank R with a circular cross-section, for the clamping arrangement 4 and for the die 3.
  • Die Guide 1, the die 2, the die 3 and the clamping assembly 4 are aligned coaxially with each other.
  • the die 3 comprises a punch 31 and a substantially sleeve-shaped or ring-shaped hold-down member 32 enclosing it.
  • the guide 1 and the die 2 are stationary while the die 3 and the clamping assembly 4 are arranged to be axially movable.
  • the guide 1, the die 2, the die 3, the clamping arrangement 4 and the Feeding means 5, 50 are parts of a forming machine, which in a conventional manner drive means for the realization of the movements of the mentioned device parts to be described as well as for the generation of the required forces.
  • the expert requires no further explanation.
  • the stationary guide 1 has a continuous, in this example cylindrical guide opening 11 with substantially the same cross-sectional shape as the blank R used.
  • the likewise stationary die 2 has a cylindrical inner space 21 whose diameter is greater than the diameter of the blank R or
  • the punch 31 of the die 3 is formed cylindrically and has substantially the same cross-sectional shape as the blank R.
  • the hold-down member 32 of the die 3 has the shape of a cylindrical tube, wherein its outer diameter substantially corresponds to the inner diameter of the die 2.
  • the punch 31 and the hold-down member 32 here have planar end faces 31a and 32a.
  • the clamping arrangement 4 has, for example, two opposing clamping jaws 41 and 42, which are adapted to the outer shape of the blank R.
  • the method according to the invention runs in a repetitive cycle.
  • the blank R is advanced by means of the provided with a feed means 5 clamping assembly 4 through the guide 1 and the die 2 in its longitudinal direction until the required volume of material for the conversion is available.
  • the punch 31 is advanced until its end surface 31 a in Fig. 1 shown position of Umformbeginns achieved.
  • the portion of the blank extending from the guide 1 to the die 3 is referred to below as the end region.
  • the clamping arrangement 4 acted upon by a clamping force F K is held stationary and the blank R is fixed axially.
  • the die 3 as a whole is pressed axially against the end region of the blank R, wherein the punch 31 and the hold-down member 32 with a punch force F st and a hold-down force F NH are applied.
  • the end portion of the blank is compressed and - in the die into - transformed, initially a bead-like deformation W is formed, which in particular does not yet fill the corner regions of the die 2 ( Fig. 2 ).
  • the bead-like deformation W is formed into a disc S, which fills the die 2 and has the definite external shape of the molded part to be produced ( Fig. 3 ).
  • the outer shape of the molded part to be produced is already reached after these two process steps. Now follows an enforcing step, in which the central ring opening of the molded part to be produced is generated.
  • the punch 31 of the die 3 is pressed axially by the application of an axial punching force F st through the slice S.
  • the blank R still held in the clamping arrangement 4 is moved away from the guide 1 together with it, counter to a defined counterforce F G acting axially on the clamping arrangement 4.
  • a one-piece with the blank disc nucleus K s is forced out of the disc S and moved to the guide 1 by the punch 31 ( Fig. 4 ).
  • the hold down member 32 holds the disc S in the die 2 and urges it with an axial pressing force F NH .
  • the described counterforce F G acts axially on the blank and the disc S.
  • the axial compressive force F NH and the axial counterforce F G generate a compressive stress in the disc S, which superimposed on the shear and tensile stresses occurring when passing through the disc and compensated or even overcompensated.
  • the described penetration process is terminated before the disk core K s is completely pushed through. In practice, this means that the disk core K s is pushed through to about 98-99% or is within the disk S with about 1-2% of its height, which corresponds to the thickness of the disk S.
  • the enlarged detail of the Fig. 4a clarifies this.
  • the hold-down member 32 holds the disc S in the die 2 and urges it with an axial pressing force F NH .
  • the still held in the clamping arrangement 4 blank R is in this step together with the clamping assembly 4 under the action of a release force F L against the feed direction of the blank by a short distance from the stationary guide 1 and the stationary die 2 moved away in the Fig. 5 So down.
  • the integral with the blank disk core K s is thereby separated from the disc S, whereby the disc S now has a continuous central hole and thus finished molded part has the desired shape.
  • the opposing force F G acting on the blank can also be generated by friction according to an alternative method variant.
  • the clamping assembly 4 is kept stationary and the clamping force F K set slightly lower so that the blank R can move against the frictional resistance generated by the clamping action by the clamping arrangement 4.
  • the frictional resistance corresponds to the said counterforce.
  • the separating step can also be carried out so that the blank is not moved away from the die but the blank R is held in the clamping arrangement 4 and the die 2 with the slice S located in it, possibly together with the guide 1 , is moved away from the blank.
  • the required for this, acting on the die 2 and the guide 1 release force is in Fig. 5 symbolized by the arrow F La .
  • the finished molded part located after these process steps in the die 2 is designated FT and is now removed in a removal step from the device, wherein this is preferably done by ejecting the molding FT with an ejector not shown here.
  • the die 3 in the in Fig. 6 shown position while at the same time retracted the punch 31 in the hold-down member 32 until their faces are again in a plane.
  • a gripping device 6 symbolized only by an arrow grips the finished molded part FT and leads it eg to a collection container, not shown, or to another processing station.
  • the die 3 and the clamping arrangement 4 are again in their in Fig. 1 shown starting positions, and another cycle of the process can begin.
  • the Figures 7-12 illustrate a second embodiment of the invention, which differs from the embodiment according to the Figures 1-6 essentially only differs in that in the feed direction of the blank R before the clamping arrangement 4 is arranged coaxially to this a Queritessreduzieran Aunt in the form of a Reduziermatrize 7.
  • the Reduziermatrize 7 is arranged at a fixed distance to the clamping arrangement and mitbewegbar with the latter.
  • a rod material R A is used as the starting material, which has larger cross-sectional dimensions than the actual blank R required for the production of the moldings, and the actual blank R is formed from this thicker rod material R A in a Reduzier suits.
  • the cross-sectional dimensions of the blank R are reduced to the desired or required dimension before reaching the clamping arrangement 4 or the guide 1.
  • This cross-sectional or thickness tapering is advantageously carried out in the context of the advancing step of the method, but can also take place in an upstream step. Due to the cross-sectional taper in the course of the rest of the procedure, the dimensions of the rod material do not have to match those of the blank and it can be made with one and the same rod material moldings of different dimensions.

Abstract

Zur Herstellung eines mit einem durchgehenden Loch versehenen Formteils wird ein stangenförmiger Rohling (R) durch eine Führung (1) um eine definierte Länge koaxial in eine Matrize (2) vorgeschoben und dann festgehalten. Dann wird der Endbereich des Rohlings (R) mittels eines Gesenks (3) axial gestaucht und dabei zu einer durch die Matrize (2) begrenzten Scheibe (S) umgeformt. Daraufhin wird in einem Durchsetzschritt mittels eines Stempels (31) ein Scheibenkern (Ks) gleicher Querschnittsform wie der Rohling (R) aus der Scheibe (S) ausgestossen und dabei in die Führung (1) hineingeschoben und zusammen mit dem unverformten Teil des Rohlings zurückbewegt. Anschliessend wird die durchstossene Scheibe (S) vom Scheibenkern (KS) getrennt und das Formteil aus der Matrize (2) entnommen. Während des Durchsetzschritts wird die in der Matrize (2) befindliche Scheibe (S) mit einer axialen Druckkraft (FNH) in Scheibenkernausstossrichtung und der Rohling (R) mit einer axialen Gegenkraft (FG) entgegen der Scheibenkernausstossrichtung beaufschlagt. Dadurch werden die in der Scheibe auftretenden Zug- bzw. Scherspannungen durch Überlagerung von Druckspannung kompensiert und die Ausbildung von Brucherscheinungen, Graten oder sonstigen Verformungen an der Innenkontur des Formteils vermieden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem durchgehenden Loch versehenen Formteils gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 12.
  • Ein solches Verfahren ist z.B. aus der DE 31 47 897 A1 bekannt. Gemäss diesem Dokument erfolgt die Serienherstellung von identischen ringförmigen Metallteilen ausgehend von einem metallischen, stangenförmigen Rohling durch Stauchung und dadurch bewirkte Verformung eines Endbereichs des Rohlings zu einer Scheibe und durch anschliessendes axiales Durchstossen der Scheibe mittels eines Stempels gleicher Querschnittform wie der (ungestauchte) Rohling und Trennen des vom Stempel durchgestossenen Scheibenkerns von der Scheibe. Der mit dem ungestauchten Rohlingsabschnitt einstückige Scheibenkern bildet zusammen mit dem letzteren den Ausgangspunkt für einen weiteren Verfahrenszyklus solange, bis der verbliebene Rohlingsrest nicht mehr für die Bildung weiterer Formteile ausreicht und als Abfall verloren geht.
  • Beim Durchstossen des Scheibenkerns bildet sich am Umfangsrand des dabei erzeugten durchgehenden Lochs in der Scheibe aufgrund der wirkenden Scher- bzw. Zugspannungen eine unerwünschte Bruchfläche mit Rissen und allenfalls Graten, die eine Nachbearbeitung der Formteile erforderlich machen können. In der DE 31 47 897 A1 ist zwar erwähnt, dass zur Erzielung einer glatteren Oberfläche des Formteils während des Schervorgangs durch einen unteren Stempel eine Gegenkraft ausreichender Stärke auf den Rohling ausgeübt werden sollte. Näheres ist dazu jedoch nicht ausgeführt.
  • In der JP 58 070935 A und der JP 62 084849 A sind weitere ähnliche Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung ringförmiger Formteile beschrieben. Hierbei wird jeweils ein Rohling in einer als öffen- und schliessbaren Klemmvorrichtung ausgebildeten Führung festgeklemmt und ein aus der Führung in eine Matrize hineinragendes Endstück des Rohlings wird mittels eines Gesenks axial gestaucht und in die Matrize hinein zu einer Scheibe verformt. Anschliessend wird ein Kern aus der Scheibe ausgestossen. Das Gesenk umfasst einen Stempel und eine diesen umschliessende Hülse, deren äussere Abmessungen an die Form der Matrize angepasst sind, so dass das Gesenk in die Matrize hineinbewegbar ist. Der gegenüber der Hülse relativ bewegbare Stempel dient zur Ausstossung des Scheibenkerns. Die Problematik scher- bzw. zugspannungsbedingter Verformungen, Gratbildungen oder sonstiger Artefakte ist in diesen Dokumenten nicht angesprochen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, dass die damit erzeugten Formteile keiner oder zumindest einer wesentlich geringeren Nachbearbeitung bedürfen. Insbesondere sollen die Formteile im Bereich ihres erzeugten durchgehenden Lochs keine wesentlichen Brucherscheinungen, Grate oder sonstige Verformungen aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung gelöst, wie sie im unabhängigen Anspruch 1 bzw. unabhängigen Anspruch 12 definiert sind. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.
  • Unter "Stangenmaterial" wird im vorliegenden Zusammenhang jede Materialform mit ausgeprägter Längserstreckung und beliebigem, über die Längserstreckung konstantem Querschnitt verstanden. Insbesondere fallen Stäbe, Stangen und Drähte jeglicher Abmessungen unter diese Definition. Kreisrunde Querschnitte sind die Regel, die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Die Bezeichnung "stangenförmig" ist analog zu verstehen. Unter "Scheibe" ist im vorliegenden Zusammenhang jede gegenüber dem Rohling in den Querschnittsabmessungen erweiterte Körperform zu verstehen. Flache Scheiben mit insbesondere kreisförmiger Aussenkontur sind die Regel, die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Das Wesen der Erfindung besteht im Folgenden: Bei einem Verfahren zur Herstellung eines mit einem durchgehenden Loch versehenen Formteils wird in einem Vorschubschritt ein stangenförmiger Rohling in seiner Längsrichtung durch eine Führung gleicher Querschnittsform wie der Rohling um eine definierte Länge in eine Matrize, deren innere Umfangswand den äusseren Umfang des herzustellenden Formteils festlegt, vorgeschoben und dann festgehalten. In mindestens einem Umformungsschritt wird der sich matrizenseitig ausserhalb der Führung befindliche Endbereich des Rohlings mittels eines Gesenks axial gestaucht und dabei zu einer im Umfang durch die Matrize begrenzten Scheibe umgeformt. In einem Durchsetzschritt wird die in der Matrize befindliche Scheibe mittels eines zur Führung koaxialen Stempels gleicher Querschnittsform wie die Führung durchsetzt und dabei ein mit dem unverformten Teil des Rohlings einstückiger Scheibenkern gleicher Querschnittsform aus der Scheibe gestossen, in die Führung hineingeschoben und zusammen mit dem in der Führung befindlichen unverformten Teil des Rohlings entgegen der Vorschubrichtung des Rohlings zurückbewegt. In einem Abtrennschritt wird die durchstossene Scheibe vom Scheibenkern getrennt und schliesslich wird in einem Entnahmeschritt das fertige Formteil aus der Matrize entnommen. Erfindungsgemäss wird die in der Matrize befindliche Scheibe während des Durchsetzschritts durch ein hülsenförmiges, den Stempel umschliessendes, relativ zum Stempel bewegliches Niederhalteorgan des Gesenks mit einer axialen Druckkraft in Scheibenkernausstossrichtung und der Rohling mit einer axialen Gegenkraft entgegen der Scheibenkernausstossrichtung beaufschlagt, wobei die Aussenkontur des Niederhalteorgans im Wesentlichen der Innenkontur der Matrize entspricht.
  • Durch die axiale Druckkraft und die axiale Gegenkraft wird bei geeigneter Bemessung derselben ein Spannungszustand erzeugt, der wesentliche Brucherscheinungen, Grate oder sonstige Verformungen am Umfangsrand des beim Durchstossen erzeugten durchgehenden Lochs in der Scheibe verhindert.
  • Vorzugsweise wird auch während des Abtrennschritts, wenn also der aus der in der Matrize befindlichen Scheibe ausgestossene Scheibenkern von der Scheibe getrennt wird, eine axiale Druckkraft in Scheibenkernausstossrichtung auf die in der Matrize befindliche Scheibe ausgeübt.
  • Vorzugsweise wird der Rohling während des Umformungsschritts, des Durchsetzschritts und des Abtrennschritts mittels einer an seinem Umfang angreifenden Klemmanordnung festgehalten.
  • Die Gegenkraft wird vorzugsweise mit Hilfe der am äusseren Umfang des Rohlings angreifenden Klemmanordnung in den Rohling eingeleitet Dabei kann die Gegenkraft entweder an der Klemmanordnung appliziert und von dieser auf den Rohling übertragen werden oder die Gegenkraft wird durch die von der Klemmanordnung auf den Rohling wirkende Reibungskraft erzeugt
  • Die axiale Druckkraft und die dagegen wirkende Gegenkraft werden vorzugsweise so bemessen, dass in der Scheibe durch Überlagerung von Druckspannung ein Spannungszustand erreicht wird, der die beim Durchsetzen wirkenden Scher- und Zugspannungen in der Scheibe zumindest kompensiert. Dadurch werden Brucherscheinungen, Grate oder sonstige Verformungen am Umfangsrand des erzeugten durchgehenden Lochs optimal vermieden.
  • Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Scheibenkern nicht vollständig aus der Scheibe ausgestossen, sondern vorzugsweise nur bis zu etwa 98-99% seiner Höhe bzw. der Dicke der Scheibe. Anschliessend wird dann der Rohling mit dem mit ihm einstückigen Scheibenkern unter Aufrechterhaltung der genannten axialen Druckkraft auf die in der Matrize befindliche Scheibe axial soweit zurückgezogen bzw. von der in der Matrize befindlichen Scheibe axial wegbewegt, bis der Scheibenkern vom verbleibenden Scheibenring getrennt ist. Auch durch diese Massnahme wird die Ausbildung von unerwünschten Verformungen am inneren Rand des Formteiles vermieden und ausserdem verhindert, dass der Stempel am inneren Rand der Matrize anschlägt. Gemäss einer ebenso vorteilhaften alternativen Ausführungsvariante wird der Rohling festgehalten und die Matrize mit der in ihr befindlichen Scheibe vom Rohling wegbewegt.
  • Bei dem in der angeführten DE 31 47 897 A1 beschriebenen Verfahren wird der Rohling zwischen zwei Gesenken gehalten, welche den Vorschub des Rohlings und die Stauchung desselben bewirken. Dadurch ist die Länge des Rohlings und damit die Anzahl der mit einem Rohling herstellbaren Formteile begrenzt und die nicht verwendbaren Reststücke der Rohlinge gehen als Abfall verloren. Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird dieses Problem dadurch vermieden, dass zur Stützung des Rohlings und zu seiner lagemässigen Fixierung während des Umformungsschritts und vorzugsweise auch während des Durchsetzschritts und während des Abtrennschritts eine Klemmanordnung eingesetzt wird, welche am Umfang des Rohlings angreift. Diese Klemmanordnung kann z.B. in Vorschubrichtung kurz vor der Führung angeordnet sein. Auf diese Weise wird die Länge der Rohlinge nicht durch ein zweites Gesenk begrenzt, so dass auch lange Stangen oder quasi endloses Rohlingsmaterial, das z.B. auf Spulen aufgewickelt vorliegt, verarbeitet werden kann und dementsprechend praktisch kein nennenswerter Abfall mehr entsteht
  • Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Rohling in einem Reduzierschritt durch Querschnittsverjüngung aus einem Stangenmaterial grösserer Querschnittsabmessungen erzeugt. Das heisst, dass als Ausgangsmaterial ein Stangenmaterial verwendet wird, das grössere Querschnittsabmessungen als der für die Herstellung der Formteile benötigte Rohling aufweist, und dieses Stangenmaterial auf die für den Rohling bzw. die daraus herzustellenden Formteile benötigten Querschnittsabmessungen verjüngt wird. Die Verjüngung kann z.B. in an sich bekannter Weise mittels einer vorgesetzten Reduziermatrize erfolgen, durch welche das Stangenmaterial während des Vorschubs des Rohlings im Vorschubschritt oder in einem vorgelagerten Umformschritt gepresst und/oder gezogen wird. Auf diese Weise müssen die Abmessungen des Stangenmaterials nicht mit denjenigen des Rohlings übereinstimmen und es können mit ein und demselben Stangenmaterial Formteile unterschiedlicher Abmessungen hergestellt werden. Dadurch vereinfacht sich u.a. die Beschaffung und Lagerhaltung des Stangenmaterials erheblich.
  • Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung umfasst eine Führung für einen Rohling, eine Matrize, ein bewegliches Gesenk mit einem Stempel zur axialen Stauchung und Umformung eines Endbereichs des Rohlings, Vorschubmittel für den Rohling und Festhaltemittel für den Rohling. Erfindungsgemäss weist das Gesenk ein hülsenfömiges, den Stempel umschliessendes, relativ zum Stempel bewegliches Niederhalteorgan auf, über welches eine in der Matrize befindliche Scheibe mit einer axialen Druckkraft beaufschlagbar ist, wobei die Aussenkontur des Niederhalteorgans im Wesentlichen der Innenkontur der Matrize entspricht, und weisen die Festhaltemittel eine am Umfang des Rohlings angreifende Klemmanordnung auf, die getrennt von der Führung und der Matrize und zur Einleitung einer axialen Gegenkraft in den Rohling ausgebildet ist. Durch die Klemmanordnung ist ausserdem die Verarbeitung von vergleichsweise sehr langem bzw. quasi endlosem Stangenmaterial möglich.
  • Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Klemmanordnung in Längsrichtung des Rohlings verstellbar.
  • Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Querschnittsreduzieranordnung zur Formung des Rohlings aus einem Stangenmaterial grösserer Querschnittsabmessungen auf. Diese ermöglicht die Herstellung unterschiedlich dimensionierter Formteile aus einem begrenzten Satz von unterschiedlichen Stangenmaterialien.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung sind in der Kalt- bis Warmumformung im gesamten Temperaturbereich einsetzbar.
  • Im Folgenden werden das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von zwei Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1-6 -
    die wesentlichen Teile eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung in sechs typischen Verfahrensphasen;
    Fig. 4a -
    ein Detail A aus Fig. 4 in vergrösserter Darstellung;
    Fig. 7-12 -
    die wesentlichen Teile eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung in sechs typischen Verfahrensphasen und
    Fig. 10a -
    ein Detail B aus Fig. 10 in vergrösserter Darstellung.
  • Die folgenden Ausführungen beschreiben rein beispielsweise die Herstellung von flachen, kreisringförmigen Formteilen, wobei Stangenmaterial bzw. Rohlinge mit kreisförmigem Querschnitt zum Einsatz kommen.
  • Die Figuren 1-6 illustrieren ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile der Vorrichtung dargestellt sind. Man erkennt eine Führung 1, eine darüber angeordnete Matrize 2, ein Gesenk 3 und eine Klemmanordnung 4 und nur durch einen Pfeil symbolisierte Vorschubmittel 5 bzw. 50 für einen stangenförmigen Rohling R mit kreisförmigem Querschnitt, für die Klemmanordnung 4 und für das Gesenk 3. Die Führung 1, die Matrize 2, das Gesenk 3 und die Klemmanordnung 4 sind koaxial zu einander ausgerichtet. Das Gesenk 3 umfasst einen Stempel 31 und ein diesen umschliessendes, im Wesentlichen hülsen- bzw. ringförmiges Niederhalteorgan 32. Die Führung 1 und die Matrize 2 sind stationär, während das Gesenk 3 und die Klemmanordnung 4 axial beweglich angeordnet sind. Die Führung 1, die Matrize 2, das Gesenk 3, die Klemmanordnung 4 und die Vorschubmittel 5, 50 sind Teile einer Umformmaschine, welche in an sich bekannter Weise Antriebsmittel für die Realisierung der noch zu beschreibenden Bewegungsabläufe der erwähnten Vorrichtungsteile sowie für die Erzeugung der erforderlichen Kräfte aufweist. Der Fachmann bedarf dazu keiner näheren Erläuterung.
  • Die stationäre Führung 1 besitzt eine durchgehende, hier im Beispiel zylindrische Führungsöffnung 11 mit im Wesentlichen derselben Querschnittsform wie der zum Einsatz kommende Rohling R. Die ebenfalls stationäre Matrize 2 weist einen zylindrischen Innenraum 21 auf, dessen Durchmesser grösser ist als der Durchmesser des Rohlings R bzw. der Führungsöffnung 11. Der Stempel 31 des Gesenks 3 ist zylindrisch ausgebildet und besitzt im Wesentlichen dieselbe Querschnittsform wie der Rohling R. Das Niederhalteorgan 32 des Gesenks 3 hat die Form eines zylindrischen Rohrs, wobei sein Aussendurchmesser im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Matrize 2 entspricht. Der Stempel 31 und das Niederhalteorgan 32 weisen hier ebene Stirnflächen 31a bzw. 32a auf. Die Klemmanordnung 4 weist beispielsweise zwei gegenüberliegende Klemmbacken 41 und 42 auf, die an die äussere Form des Rohlings R angepasst sind.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren läuft in einem sich wiederholenden Zyklus ab. In einem Vorschubschritt wird der Rohling R mittels der mit einem Vorschubmittel 5 versehenen Klemmanordnung 4 durch die Führung 1 und die Matrize 2 soweit in seiner Längsrichtung vorgeschoben, bis das benötigte Materialvolumen für die Umformung zur Verfügung steht. Dann wird der Stempel 31 vorgeschoben, bis seine Stirnfläche 31a die in Fig. 1 gezeigte Stellung des Umformbeginns erreicht. Der sich von der Führung 1 bis zum Gesenk 3 erstreckende Abschnitt des Rohlings wird im Folgenden als Endbereich bezeichnet.
  • Im darauffolgenden Umformungsschritt wird die mit einer Klemmkraft FK beaufschlagte Klemmanordnung 4 stationär gehalten und der Rohling R axial fixiert. Anschliessend wird das Gesenk 3 als Ganzes axial gegen den Endbereich des Rohlings R gepresst, wobei der Stempel 31 und das Niederhalteorgan 32 mit einer Stempelkraft Fst bzw. einer Niederhaltekraft FNH beaufschlagt werden. Durch die Vorschubbewegung des Gesenks 3 wird der Endbereich des Rohlings gestaucht und - in die Matrize hinein - umgeformt, wobei zunächst eine wulstartige Verformung W entsteht, die insbesondere die Eckbereiche der Matrize 2 noch nicht ausfüllt (Fig. 2). Durch weiteres axiales Vorschieben des Gesenks 3 wird die wulstartige Verformung W in eine Scheibe S umgeformt, welche die Matrize 2 ausfüllt und die definitive äussere Form des herzustellenden Formteils aufweist (Fig. 3).
  • Die äussere Gestalt des herzustellenden Formteils ist nach diesen beiden Verfahrensschritten bereits erreicht. Nun folgt ein Durchsetzschritt, in welchem die zentrale Ringöffnung des herzustellenden Formteils erzeugt wird. Dazu wird (nur) der Stempel 31 des Gesenks 3 durch Beaufschlagung mit einer axialen Stempelkraft Fst axial durch die Scheibe S gepresst. Dabei wird der immer noch in der Klemmanordnung 4 gehaltene Rohling R zusammen mit dieser entgegen einer definierten, axial auf die Klemmanordnung 4 wirkenden Gegenkraft FG von der Führung 1 wegbewegt. Auf diese Weise wird durch den Stempel 31 ein mit dem Rohling einstückiger Scheibenkern Ks aus der Scheibe S herausgedrückt und in die Führung 1 verschoben (Fig. 4). Während dieses Schritts hält das Niederhalteorgan 32 die in der Matrize 2 befindliche Scheibe S fest und beaufschlagt diese mit einer axialen Druckkraft FNH. Gleichzeitig wirkt die beschriebene Gegenkraft FG axial auf den Rohling und die Scheibe S. Die axiale Druckkraft FNH und die axiale Gegenkraft FG erzeugen eine Druckspannung in der Scheibe S, welche die beim Durchsetzen der Scheibe auftretenden Scher- und Zugspannungen überlagert und kompensiert oder sogar überkompensiert. Der beschriebene Durchsetzvorgang wird beendet, bevor der Scheibenkern Ks vollständig durchgestossen ist. In der Praxis heisst das, dass der Scheibenkern Ks zu etwa 98-99% durchgestossen wird bzw. mit etwa 1-2% seiner Höhe, welche der Dicke der Scheibe S entspricht, noch innerhalb der Scheibe S liegt. Die vergrösserte Detaildarstellung der Fig. 4a verdeutlicht dies.
  • Als nächstes folgt ein Abtrennschritt. Auch während dieses Schritts hält das Niederhalteorgan 32 die in der Matrize 2 befindliche Scheibe S fest und beaufschlagt diese mit einer axialen Druckkraft FNH. Der nach wie vor in der Klemmanordnung 4 festgehaltene Rohling R wird in diesem Schritt zusammen mit der Klemmanordnung 4 unter der Wirkung einer Lösekraft FL entgegen der Vorschubrichtung des Rohlings um eine kurze Wegstrecke von der stationären Führung 1 bzw. der stationären Matrize 2 wegbewegt, in der Fig. 5 also nach unten. Der mit dem Rohling einstückige Scheibenkern Ks wird dabei von der Scheibe S getrennt, womit die Scheibe S nun ein durchgehendes zentrales Loch aufweist und das somit fertiggestellte Formteil die gewünschte Form aufweist. Durch die Beaufschlagung der in der Matrize festgehaltenen Scheibe S mit der axialen Druckkraft FNH über das Niederhalteorgan 32 werden bei geeigneter Bemessung der axialen Druckkraft FNH und der Gegenkraft FG die beim Durchsetzen der Scheibe und beim Abtrennen des Scheibenkerns Ks auftretenden Scher- und Zugspannungen durch Überlagerung von Druckspannung kompensiert oder überkompensiert und dadurch die Ausbildung von Brucherscheinungen, Graten oder sonstigen Verformungen am Umfangsrand des erzeugten durchgehenden Lochs in der Scheibe verhindert.
  • Die auf den Rohling wirkende Gegenkraft FG kann gemäss einer alternativen Verfahrensvariante auch durch Reibung erzeugt werden. Dabei wird die Klemmanordnung 4 stationär gehalten und die Klemmkraft FK etwas niedriger so eingestellt, dass sich der Rohling R entgegen dem durch die Klemmwirkung erzeugten Reibungswiderstand durch die Klemmanordnung 4 bewegen kann. Der Reibungswiderstand entspricht dabei der genannten Gegenkraft.
  • Der Abtrennschritt kann gemäss einer weiteren Verfahrensvariante auch so durchgeführt werden, dass nicht der Rohling von der Matrize wegbewegt wird, sondern der Rohling R in der Klemmanordnung 4 festgehalten und die Matrize 2 mit der in ihr befindlichen Scheibe S, ggf. zusammen mit der Führung 1, vom Rohling wegbewegt wird. Die dafür erforderliche, auf die Matrize 2 bzw. die Führung 1 einwirkende Lösekraft ist in Fig. 5 durch den Pfeil FLa symbolisiert.
  • Das nach diesen Verfahrensschritten in der Matrize 2 befindliche fertige Formteil ist mit FT bezeichnet und wird nun in einem Entnahmeschritt aus der Vorrichtung entnommen, wobei dies vorzugsweise durch ein Ausstossen des Formteils FT mit einem hier nicht dargestellten Auswerfer erfolgt. Dazu wird das Gesenk 3 in die in Fig. 6 gezeigte Stellung verfahren und dabei gleichzeitig der Stempel 31 in das Niederhalteorgan 32 eingezogen, bis ihre Stirnflächen wieder in einer Ebene liegen. Eine nur durch einen Pfeil symbolisierte Greifeinrichtung 6 ergreift das fertige Formteil FT und führt es z.B. einem nicht dargestellten Auffangbehältnis oder einer weiteren Verarbeitungsstation zu. Abschliessend werden das Gesenk 3 und die Klemmanordnung 4 wieder in ihre in Fig. 1 dargestellten Ausgangsstellungen gebracht, und ein weiterer Verfahrenszyklus kann beginnen.
  • Die Figuren 7-12 illustrieren ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches sich vom Ausführungsbeispiel gemäss den Figuren 1-6 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass in Vorschubrichtung des Rohlings R vor der Klemmanordnung 4 koaxial zu dieser eine Querschnittsreduzieranordnung in Form einer Reduziermatrize 7 angeordnet ist. Die Reduziermatrize 7 ist in fixem Abstand zur Klemmanordnung angeordnet und mit der letzteren mitbewegbar.
  • Bei dieser Verfahrensvariante wird als Ausgangsmaterial ein Stangenmaterial RA verwendet, das grössere Querschnittsabmessungen als der für die Herstellung der Formteile benötigte eigentliche Rohling R aufweist, und der eigentliche Rohling R wird aus diesem dickeren Stangenmaterial RA in einem Reduzierschritt gebildet. In anderen Worten ausgedrückt, werden die Querschnittsabmessungen des Rohlings R vor Erreichen der Klemmanordnung 4 bzw. der Führung 1 auf das gewünschte bzw. benötigte Mass reduziert. Diese Querschnitts- bzw. Dickenverjüngung wird vorteilhafterweise im Rahmen des Vorschubschritts des Verfahrens durchgeführt, kann aber auch in einem vorgelagerten Schritt erfolgen. Durch die Querschnittsverjüngung im Zuge des übrigen Verfahrensablaufs müssen die Abmessungen des Stangenmaterials nicht mit denjenigen des Rohlings übereinstimmen und es können mit ein und demselben Stangenmaterial Formteile unterschiedlicher Abmessungen hergestellt werden.
  • Alle übrigen Teile der in den Figuren 7-12 gezeigten Vorrichtung entsprechen voll und ganz der Vorrichtung der Figuren 1-6, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Mit Ausnahme des zusätzlichen Reduzier- bzw. Verjüngungsschritts sind alle Verfahrensschritte und Bewegungsabläufe die gleichen wie beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1-6, so dass sich eine nähere Erläuterung erübrigt. Weiters gelten die im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläuterten Verfahrensvarianten sinngemäss auch für das Ausführungsbeispiel gemäss den Figuren 7-12.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines mit einem durchgehenden Loch versehenen Formteils (FT), bei dem in einem Vorschubschritt ein stangenförmiger Rohling (R) in seiner Längsrichtung durch eine Führung (1) gleicher Querschnittsform wie der Rohling (R) um eine definierte Länge in eine Matrize (2), deren innere Umfangswand den äusseren Umfang des herzustellenden Formteils (FT) festlegt, vorgeschoben und dann festgehalten wird, in mindestens einem Umformungsschritt der sich matrizenseitig ausserhalb der Führung (1) befindliche Endbereich des Rohlings (R) mittels eines Gesenks (3) axial gestaucht und dabei zu einer im Umfang durch die Matrize (2) begrenzten Scheibe (S) umgeformt wird, in einem Durchsetzschritt die in der Matrize (2) befindliche Scheibe (S) mittels eines zur Führung (1) koaxialen Stempels (31) gleicher Querschnittsform wie die Führung (1) durchsetzt und dabei ein mit dem unverformten Teil des Rohlings (R) einstückiger Scheibenkern (Ks) gleicher Querschnittsform aus der Scheibe (S) gestossen, in die Führung (1) hineingeschoben und zusammen mit dem in der Führung (1) befindlichen unverformten Teil des Rohlings (R) entgegen der Vorschubrichtung des Rohlings (R) und entgegen einer in den Rohling (R) eingeleiteten axialen Gegenkraft (FG) zurückbewegt wird, in einem Abtrennschritt die durchstossene Scheibe (S) vom Scheibenkern (Ks) getrennt wird, und in einem Entnahmeschritt das fertige Formteil (FT) aus der Matrize (2) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Matrize (2) befindliche Scheibe (S) während des Durchsetzschritts durch ein hülsenförmiges, den Stempel (31) umschliessendes, relativ zum Stempel bewegliches Niederhalteorgan (32) des Gesenks (3) mit einer axialen Druckkraft (FNH) in Scheibenkernausstossrichtung beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abtrennschritts die in der Matrize (2) befindliche Scheibe (S) mit einer axialen Druckkraft (FNH) in Scheibenkernausstossrichtung beaufschlagt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Druckkraft (FNH) und die axiale Gegenkraft (FG) so gross gewählt werden, dass in der Scheibe (S) ein Spannungszustand erzeugt wird, der die auftretenden Zug- bzw.
    Scherspannungen zumindest kompensiert.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Durchsetzschritt der Scheibenkem (KS) nicht vollständig, vorzugsweise nur zu 98-99% seiner Dicke, aus der Scheibe (S) ausgestossen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abtrennschritt der Rest des Rohlings (R) zusammen mit dem mit ihm einstückigen Scheibenkern (KS) axial von der in der Matrize (2) stationär festgehaltenen Scheibe (S) wegbewegt wird, so dass der Scheibenkern (KS) von der Scheibe (S) getrennt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass im Abtrennschritt die Matrize (2) mit der in ihr befindlichen Scheibe (S) axial vom stationär festgehaltenen Rest des Rohlings (R) und dem mit diesem einstückigen Scheibenkern (KS) wegbewegt wird, so dass der Scheibenkern (KS) von der Scheibe (S) getrennt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (R) während des Umformungsschritts, des Durchsetzschritts und des Abtrennschritts mittels einer an seinem Umfang angreifenden Klemmanordnung (4) festgehalten wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Gegenkraft (FG) die Klemmanordnung (4) beaufschlagt und über diese in den Rohling (R) eingeleitet wird oder dass die axiale Gegenkraft (FG) durch eine von der Klemmanordnung (4) auf den Rohling wirkende Reibungskraft erzeugt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (R) in einem Reduzierschritt durch Querschnittsverjüngung aus einem Stangenmaterial (RA) grösserer Querschnittsabmessungen erzeugt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduzierschritt während des Vorschubschritts erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Niederhalteorgan (32) die Form eines zylindrischen Rohrs hat, wobei der Aussendurchmesser des Niederhalteorgans (32) im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Matrize (2) entspricht.
  12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Führung (1) für einen Rohling (R), einer Matrize (2), einem beweglichen Gesenk (3) mit einem Stempel (31) zur axialen Stauchung und Umformung eines Endbereichs des Rohlings, Vorschubmitteln (5) für den Rohling und Festhaltemitteln (4) für den Rohling, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesenk (3) ein hülsenfömiges, den Stempel (31) umschliessendes, relativ zum Stempel bewegliches Niederhalteorgan (32) aufweist, über welches eine in der Matrize (2) befindliche Scheibe (S) mit einer axialen Druckkraft (FNH) beaufschlagbar ist, wobei die Festhaltemittel eine am Umfang des Rohlings (R) angreifende Klemmanordnung (4) aufweisen, die getrennt von der Führung (1) und der Matrize (2) und zur Einleitung einer axialen Gegenkraft (FG) in den Rohling (R) ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmanordnung (4) in Längsrichtung des Rohlings (R) entgegen einer axialen Gegenkraft (FG) verstellbar ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Querschnittsreduzieranordnung (7) zur Formung des Rohlings (R) aus einem Stangenmaterial (RA) grösserer Querschnittsabmessungen aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalteorgan (32) die Form eines zylindrischen Rohrs hat, wobei der Aussendurchmesser des Niederhalteorgans (32) im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Matrize (2) entspricht.
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