NO324165B1

NO324165B1 - A sniping process

Info

Publication number: NO324165B1
Application number: NO20040634A
Authority: NO
Inventors: Trygve Ruste
Original assignee: Raufoss Tech As
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2007-09-03
Also published as: DE112005000334T5; WO2005077565A1; US20070277579A1; NO20040634D0; NO20040634L

Description

Oppfinnelsens område Field of the invention

Foreliggende oppfinnelse vedrører smiing generelt, og nærmere bestemt senkesmiing av hjulopphengselementer i aluminium, for bilindustrien. The present invention relates to forging in general, and more specifically to the drop forging of wheel suspension elements in aluminium, for the automotive industry.

Teknisk bakgrunn Technical background

Den vanlige metoden for å smi aluminium er en arv fra klassisk stålsmiing. To pressformer eller senker monteres i en presse, og presses vertikalt mot hverandre mens deres form preges på et emne som ligger derimellom. Hver senke omfatter en negativ halvdel av formen til det ferdige produkt inngravert i senkematerialet; dimensjonen av formen er korrigert for temperaturen av emnet og senkeverktøyet. En bremseflate er frest inn langs kanten av hver halvdel. Når senkeverktøyene presses mot hverandre til sluttposisjonen, vil disse bremseflater danne en spalte av minimum 3 mm. Smiprosessen "knar" materialet, og riktig utført gir den en høyfast aluminiumslegering med meget stor utmatningsstyrke. Smiing er derfor særlig egnet for høyt påkjente komponenter, for eksempel i hjulopphenget i en bil. The common method of forging aluminum is a legacy of classical steel forging. Two pressing forms or dies are mounted in a press, and are pressed vertically against each other while their shape is impressed on a blank that lies between them. Each sinker comprises a negative half of the shape of the finished product engraved in the sinker material; the dimension of the mold is corrected for the temperature of the workpiece and the sinking tool. A braking surface is milled along the edge of each half. When the lowering tools are pressed against each other to the final position, these braking surfaces will form a gap of at least 3 mm. The forging process "crunches" the material, and when done correctly it produces a high-strength aluminum alloy with very high yield strength. Forging is therefore particularly suitable for highly stressed components, for example in the wheel suspension in a car.

Den klassiske smiprosessen har fire store ulemper: The classic forging process has four major disadvantages:

1. Forholdsvis stort forbruk av materialer (mye "skrap"). Trykkoppbygningen for å fylle verktøyformen frembringes ved å bremse materialet i spalten. Spalten er integrert i synkeverktøyet, og følger bevegelsen av synkene. Spalten er derfor innledningsvis meget stor. Den store spalten vil tillate lett strømning av materiale gjennom spalten. Bare ved slutten av presseslaget blir det frembrakt tilstrekkelig trykk til å fylle formen. Det betraktes som et meget godt resultat å oppnå 30% skrap (vekten av skrapmaterialet sammenlignet med vekten av det ferdige produktet). 2. Det kreves stor pressekraft. Ved slutten av presseslaget må en stor arbeidsflate (overflaten av produktet i tillegg til arealet av bremseflåtene) settes under tilstrekkelig trykk til å få materialet til å flyte ut av spalten mellom synkene. 3. Behov for spesielle smøremidler, i relativt store volum. Materialet presses fra sentrum av verktøyet og ut gjennom bremsespalten under stadig økende trykk. Det er store horisontale bevegelser av materiale langs verktøyflåtene, som må smøres med spesielle smøremidler i relativt store mengder. 4. Store krav til sentrering av emnet. En forutsetning for prosessen er at materialet skal flyte fritt i alle retninger. Derfor er det ikke mulig å plassere stoppere/orienteringspinner i verktøyet. Emnet må derfor plasseres nøyaktig i pressen, for eksempel med en robot. 1. Relatively large consumption of materials (a lot of "scrap"). The pressure build-up to fill the tool mold is produced by braking the material in the gap. The slit is integrated into the sinking tool, and follows the movement of the sinkers. The gap is therefore initially very large. The large slot will allow easy flow of material through the slot. Only at the end of the press stroke is sufficient pressure produced to fill the mold. It is considered a very good result to achieve 30% scrap (the weight of the scrap material compared to the weight of the finished product). 2. Great pressing force is required. At the end of the press stroke, a large working surface (the surface of the product in addition to the area of the brake floats) must be put under sufficient pressure to cause the material to flow out of the gap between the sinkers. 3. Need for special lubricants, in relatively large volumes. The material is pressed from the center of the tool out through the brake gap under ever-increasing pressure. There are large horizontal movements of material along the tool floats, which must be lubricated with special lubricants in relatively large quantities. 4. Major requirements for centering the subject. A prerequisite for the process is that the material must flow freely in all directions. Therefore, it is not possible to place stoppers/orientation pins in the tool. The workpiece must therefore be placed precisely in the press, for example with a robot.

Fra kanadisk patent CA2449107 er det kjent en prosess for hammersmiing omfattende å smi et langstrakt emne i en presse med fire hammere som omgir emnet på fire sider. Emnet smis og flyttes i flere runder inntil det har fått den ønskede form og dimensjoner. From Canadian patent CA2449107 is known a process for hammer forging comprising forging an elongated blank in a press with four hammers surrounding the blank on four sides. The object is forged and moved in several rounds until it has obtained the desired shape and dimensions.

Fra US-patentene 3750450 og 4649731 er det kjent utstyr for senkesmiing av henholdsvis felger og sportrinser, dvs. artikler med overheng som gjør det vanskelig å fjerne den ferdige artikkelen fra pressen etter at smiprosessen er fullført. I begge tilfeller benyttes det et smiverktøy som består av flere under-, over- og sidedeler. Før smiingen låses sidedelene til underdelen, hvorpå emnet legges i og overdelen presses ned. Etter smiprosessen trekkes sidedelene tilbake slik at artikkelen kan fjernes. Trinnet hvor artikkelen smis er derfor en konvensjonell prosess, men det benyttes et sammensatt verktøy. From US patents 3750450 and 4649731 there is known equipment for drop forging of rims and sports pulleys respectively, i.e. articles with overhangs which make it difficult to remove the finished article from the press after the forging process has been completed. In both cases, a forging tool is used which consists of several lower, upper and side parts. Before forging, the side parts are locked to the lower part, after which the workpiece is inserted and the upper part is pressed down. After the forging process, the side parts are pulled back so that the article can be removed. The step where the article is forged is therefore a conventional process, but a complex tool is used.

Kortfattet sammenfatning av oppfinnelsen Concise summary of the invention

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte og verktøy for senkesmiing med større utnyttelse av råmaterialet enn tidligere kjente metoder. It is an aim of the present invention to provide a method and tool for drop forging with greater utilization of the raw material than previously known methods.

En annen hensikt er å tilveiebringe en fremgangsmåte og verktøy for senkesmiing som krever mindre pressekraft. Another purpose is to provide a method and tool for drop forging that requires less pressing force.

Enda en hensikt er å tilveiebringe en fremgangsmåte og verktøy for senkesmiing hvor stor horisontal flyt av materiale blir unngått, og derfor gjør kravene til smøring mindre strenge. Yet another purpose is to provide a method and tool for drop forging where large horizontal flow of material is avoided, and therefore makes the requirements for lubrication less stringent.

Enda en hensikt er å tilveiebringe en fremgangsmåte og verktøy for senkesmiing hvor emnet er mer eller mindre selvsentrerende i pressen. Another purpose is to provide a method and tools for drop forging where the workpiece is more or less self-centering in the press.

Disse hensikter oppnås ved en fremgangsmåte og verktøy ifølge de vedføyde patentkrav. These purposes are achieved by a method and tool according to the appended patent claims.

Kortfattet beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor The invention will now be described in detail with reference to the attached drawings, where

Fig. 1 er en illustrasjon av en klassisk smiprosess ifølge teknikkens stand, vist i fire påfølgende trinn, Fig. 2 er en illustrasjon av den inventive smiprosess, vist i tre individuelle trinn, Fig. 3 A - C viser detaljer ved den inventive smiprosess, Fig. 4 viser en detalj ved den tilsvarende prosess for å smi komponenter med stor bredde, Fig. 5 viser typiske tverrsnitt av komponenter produsert ved den nye prosess og den tidligere kjente prosess. Fig. 1 is an illustration of a classical forging process according to the state of the art, shown in four successive steps, Fig. 2 is an illustration of the inventive forging process, shown in three individual steps, Fig. 3 A - C show details of the inventive forging process, Fig. 4 shows a detail of the corresponding process for forging components with a large width, Fig. 5 shows typical cross-sections of components produced by the new process and the previously known process.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Detailed description of the invention

Den klassiske tidligere kjente smiprosess er illustrert i Fig. 1. I det første trinnet, Fig. IA, blir et råemne plassert mellom synkene i en presse. Når det påføres kraft, Fig. IB, vil materialet i emnet begynne å fylle formen av synkene. Noe materiale vil flyte horisontalt ut av synkeverktøyet. Fig. 1C viser hvordan denne prosessen fortsetter etter som synkeverktøyet lukker seg. Ved slutten av presseslaget, Fig. ID, vil materialet til emnet fylle synkeformen fullstendig, med en rand av overflødig materiale som stikker ut av bremsespalten. I et etterfølgende trinn blir denne randen fjernet. Mengden materiale som må fjernes kan være lik vekten av den ferdige artikkel, det vil si at 50% av materialet i råemnet går bort som skrap. The classic previously known forging process is illustrated in Fig. 1. In the first step, Fig. IA, a blank is placed between the sinks in a press. When force is applied, Fig. IB, the material in the blank will begin to fill the shape of the sinkers. Some material will flow horizontally out of the sinking tool. Fig. 1C shows how this process continues after the sinking tool closes. At the end of the press stroke, Fig. ID, the material of the blank will completely fill the die, with a rim of excess material protruding from the brake gap. In a subsequent step, this border is removed. The amount of material that must be removed can be equal to the weight of the finished article, that is, 50% of the material in the raw material is lost as scrap.

I den nye inventive smiprosessen, illustrert i Fig. 2A - C, blir det brukt et nykonstruert smiverktøy. Verktøyet omfatter en øvre 21 og nedre 22 senterdel, og første 23, 24 og andre 25, 26 sideenheter. Hver sideenhet består av en øvre del 23, 25 og en nedre del 24, 26. Sideenhetene er utstyrt med en skrånende ytre overflate. To pressdeler 27 og 28 med motstående skrånende overflater virker på sideenhetene. Når pressdelene beveges vertikalt blir deres bevegelse overført til en tilsvarende horisontal bevegelse av sideenhetene. I horisontalplanet vil formene av den indre overflate av hver sideenhet tett følge formene av de øvre og nedre senterdeler. Når sideenhetene er brakt fullstendig sammen, vil verktøyet derfor danne en lukket enhet. Hele sammensetningen hviler på et bord 29. In the new inventive forging process, illustrated in Fig. 2A - C, a newly constructed forging tool is used. The tool comprises an upper 21 and lower 22 central part, and first 23, 24 and second 25, 26 side units. Each side unit consists of an upper part 23, 25 and a lower part 24, 26. The side units are provided with a sloping outer surface. Two pressing parts 27 and 28 with opposing sloping surfaces act on the side units. When the pressing parts are moved vertically, their movement is transferred to a corresponding horizontal movement of the side units. In the horizontal plane, the shapes of the inner surface of each side unit will closely follow the shapes of the upper and lower center parts. When the side units are brought completely together, the tool will therefore form a closed unit. The entire composition rests on a table 29.

Innledningsvis plasseres emnet 20 mellom senterdelene 21, 22, som holder emnet i posisjon. Deretter blir sideenhetene 23, 24, 25, 26 lukket om emnet. På grunn av dette arrangementet er det ikke nødvendig å plassere emnet med stor presisjon, ettersom verktøyet selv vil innrette emnet i en korrekt posisjon når sideenhetene lukker seg om det. Initially, the workpiece 20 is placed between the center parts 21, 22, which hold the workpiece in position. The side units 23, 24, 25, 26 are then closed around the workpiece. Because of this arrangement, it is not necessary to place the workpiece with great precision, as the tool itself will align the workpiece in a correct position when the side units close on it.

I det første smitrinnet, Fig. 2B, blir pressdelene 27, 28 tvunget nedover inntil de butter mot bordet 29. Dette resulterer i en horisontal bevegelse av sideenhetene, som vil stuke endene av emnet. Sideenhetene vil lukke seg mot senterdelene. Materialet i emnet blir presset horisontalt fra endene inn i synkeformen, som vil bli omtrent 2/3 fylt. In the first forging step, Fig. 2B, the press members 27, 28 are forced down until they butt against the table 29. This results in a horizontal movement of the side units, which will twist the ends of the blank. The side units will close against the center units. The material in the blank is pressed horizontally from the ends into the sinking mold, which will be approximately 2/3 full.

Synkront, eller når den horisontale bevegelsen er avsluttet, blir senterdelene tvunget mot hverandre og klemmer materialet inntil det har fylt resten av formen. Dette trinnet er illustrert i Fig. 2C. På grunn av den smale bredden av senterdelene, kreves det en relativt liten presskraft sammenlignet med tidligere smimetoder. Synchronously, or when the horizontal movement is finished, the center parts are forced against each other and squeeze the material until it has filled the rest of the mold. This step is illustrated in Fig. 2C. Due to the narrow width of the center parts, a relatively small pressing force is required compared to previous forging methods.

I denne utførelsen av den inventive smiprosess kan det benyttes en liten bremsespalte av fast størrelse, i området 0,5 - 1,0 mm. Bremsespalten er hovedsakelig tatt med for å tillate formen å fylles fullstendig, mens det tas hånd om små forskjeller i volumet av emnet. Mengden skrapmateriale er forsvinnende. Imidlertid kreves det et ekstra trinn for å fjerne randen av skrapmateriale. In this embodiment of the inventive forging process, a small brake gap of a fixed size, in the range of 0.5 - 1.0 mm, can be used. The brake gap is mainly included to allow the mold to fill completely, while taking care of small differences in the volume of the blank. The amount of scrap material is disappearing. However, an additional step is required to remove the edge of scrap material.

I utførelsen vist i Fig. 3 A - C, er bremsespalten fullstendig utelatt. Figurene viser bare en detalj ved verktøyet. In the embodiment shown in Fig. 3 A - C, the brake gap is completely omitted. The figures only show a detail of the tool.

I Fig. 3A har verktøyet nettopp blitt lukket. Sideenhetene har ingen bremsspalte og er formet som en butt kile. Når det påføres kraft vil denne butte kile treffe emnet; emnet blir stuket i kanten og begynner å fylle hulrommet på en passende måte, som illustrert i Fig. 3B. I Fig. 3B har de horisontale bevegelsene blitt fullført. Materialet i emnet har blitt stuket ved kanten, og fyller nå delvis hulrommet dannet av sideenhetene. Ved å bruke sideenheter med denne bestemte form, er man sikret at emnet stukes på det rette sted. Ellers kunne stukningen starte i ethvert punkt langs emnet, for eksempel i midten, og hindre materialet i å fylle hulrommet som det skal. In Fig. 3A, the tool has just been closed. The side units have no brake gap and are shaped like a blunt wedge. When force is applied, this blunt wedge will strike the workpiece; the blank is pinched at the edge and begins to fill the cavity in a suitable manner, as illustrated in Fig. 3B. In Fig. 3B, the horizontal movements have been completed. The material in the blank has been pinched at the edge, and now partially fills the cavity formed by the side units. By using side units with this particular shape, it is ensured that the workpiece is bent in the right place. Otherwise, the buckling could start at any point along the workpiece, for example in the middle, preventing the material from filling the cavity as it should.

I Fig. 3C har også de vertikale bevegelser blitt fullført. Materialet i emnet fyller nå nesten fullstendig hulrommet. Bare små mellomrom gjenstår. Toleranser i volumet av emnet tas hånd om av disse mellomrom. In Fig. 3C, the vertical movements have also been completed. The material in the blank now almost completely fills the cavity. Only small spaces remain. Tolerances in the volume of the blank are taken care of by these spaces.

I tilfelle bredden av produktet overskrider omtrent 30 mm, må senterdelene deles opp i flere underdeler, som illustrert i Fig. 4. Slik vil den sentrale part av produktet danne ribber eller et vaffelmønster for å oppnå tilstrekkelig "knaing" uten store horisontale bevegelser av materiale under det andre trinn av smiprosessen. Figuren viser en detalj ved det ferdige produktet. In case the width of the product exceeds approximately 30 mm, the central parts must be divided into several sub-parts, as illustrated in Fig. 4. In this way, the central part of the product will form ribs or a waffle pattern in order to achieve sufficient "crunch" without large horizontal movements of material during the second stage of the forging process. The figure shows a detail of the finished product.

I Fig. 5 er det vist typiske tverrsnitt av en bred komponent smidd ifølge den klassiske fremgangsmåten (høyre; randen med skrapmateriale er fjernet), og ifølge den nye inventive fremgangsmåte (venstre). Fig. 5 shows typical cross-sections of a wide component forged according to the classic method (right; the edge with scrap material has been removed), and according to the new inventive method (left).

Claims

1. Method for drop forging a product from a blank of a malleable material, comprising: placing the blank in a press tool, said press tool comprising a number of center parts and side units that surround the blank, closing the press tool about the blank, characterized by vertical holding of the blank between an upper and lower center part, horizontal movement of first and second side units synchronously towards said center parts while the workpiece is centered in the press tool, splicing of the outer parts of said workpiece with the first and second side units in a continuation of said horizontal movement, forcing of upper and lower center part into the blank until the material of the blank fills a cavity defined by said center parts and side units.

2. Tool for drop forging a workpiece with the method according to claim 1, the tool comprising a number of upper (21) and lower (22) center parts, and first (23, 24) and second (25, 26) side units, where said parts define a closed cavity with the shape of the product, characterized in that said first (23, 24) and second (25, 26) side units surround said upper (21) and lower (22) center parts and first and second side units (23, 24, 25, 26) are adapted to close on the blank, center and twist it, and upper and lower center parts (21, 22) are arranged to be pressed into the workpiece synchronously or in a subsequent movement so that it fills the cavity.

3. Tool according to claim 2, characterized in that said first (23, 24) and second (25, 26) side units have sloping outer surfaces, a number of pressing parts (27, 28) with corresponding inner surfaces which act on said first (23, 24) and second (25, 26) side units to force said first (23, 24) and second (25, 26) side units against each other.

4. Tool according to claim 3, characterized in that said first (23, 24) and second (25, 26) side units comprise upper (23, 25) and lower (24, 26) parts.

5. Tools according to claims 2-4, characterized in that said first (23, 24) and second (25, 26) side units comprise braking surfaces which form a braking gap.

6. Tools according to claims 2-4, characterized in that said first (23, 24) and second (25, 26) side units are shaped like blunt wedges in the inner parts that hit the workpiece.