NO324165B1 - En smiprosess - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører smiing generelt, og nærmere bestemt senkesmiing av hjulopphengselementer i aluminium, for bilindustrien.

Teknisk bakgrunn

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.

Den klassiske smiprosessen har fire store ulemper:

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.

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.

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.

Kortfattet sammenfatning av oppfinnelsen

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte og verktøy for senkesmiing med større utnyttelse av råmaterialet enn tidligere kjente metoder.

En annen hensikt er å tilveiebringe en fremgangsmåte og verktøy for senkesmiing som krever mindre pressekraft.

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.

Enda en hensikt er å tilveiebringe en fremgangsmåte og verktøy for senkesmiing hvor emnet er mer eller mindre selvsentrerende i pressen.

Disse hensikter oppnås ved en fremgangsmåte og verktøy ifølge de vedføyde patentkrav.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj med henvisning til de vedføyde tegninger, hvor

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.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

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.

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.

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.

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.

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.

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.

I utførelsen vist i Fig. 3 A - C, er bremsespalten fullstendig utelatt. Figurene viser bare en detalj ved verktøyet.

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.

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.

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.

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).

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å senkesmi et produkt fra et råemne av et smibart materiale, omfattende: plassering av emnet i et presseverktøy, idet nevnte presseverktøy omfatter et antall senterdeler og sideenheter som omgir emnet, lukking av presseverktøyet om emnet,karakterisert vedvertikal holding av emnet mellom en øvre og nedre senterdel, horisontal bevegelse av første og andre sideenheter synkront mot nevnte senterdeler mens emnet sentreres i presseverktøyet, stuking av de ytre deler av nevnte emne med de første og andre sideenheter i en fortsettelse av nevnte horisontale bevegelse, tvinging av øvre og nedre senterdel inn i emnet inntil emnets materiale fyller et hulrom definert av nevnte senterdeler og sideenheter.

2. Verktøy for senkesmiing av et emne med fremgangsmåten ifølge krav 1, idet verktøyet omfatter et antall øvre (21) og nedre (22) senterdeler, og første (23, 24) og andre (25, 26) sideenheter, hvor nevnte deler definerer et lukket hulrom med produktets form, karakterisert ved at nevnte første (23, 24) og andre (25, 26) sideenheter omgir nevnte øvre (21) og nedre (22) senterdeler og første og andre sideenheter (23, 24, 25, 26) er innrettet til å lukke seg om emnet, sentrere og stuke det, og øvre og nedre senterdeler (21, 22) er innrettet til synkront eller i en etterfølgende bevegelse, å presses inn i emnet slik at det fyller hulrommet.

3. Verktøy ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte første (23, 24) og andre (25, 26) sideenheter har skrånende ytre overflater, et antall pressdeler (27, 28) med motsvarende indre overflater som virker på nevnte første (23, 24) og andre (25, 26) sideenheter for å tvinge nevnte første (23, 24) og andre (25, 26) sideenheter mot hverandre.

4. Verktøy ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte første (23, 24) og andre (25, 26) sideenheter omfatter øvre (23, 25) og nedre (24, 26) deler.

5. Verktøy ifølge krav 2-4, karakterisert ved at nevnte første (23, 24) og andre (25, 26) sideenheter omfatter bremseflater som danner en bremsespalte.

6. Verktøy ifølge krav 2-4, karakterisert ved at nevnte første (23, 24) og andre (25, 26) sideenheter er formet som butte kiler i de indre deler som treffer emnet.