SE440612B - Forfarande och anordning for kallformning - Google Patents

Description

l5 20 25 30 35 40 7808787-1 z föreliggande uppfinning tvâ steg, vilka inbegriper tillverkning av en mellanliggande produkt från ett utgàngsämne, vilken därefter extruderas i det andra steget.

Vid det tidigare kända sättet att i ett enda steg tillverka en detalj med en inre polygonal form erfordras att en polygonal punch intryckes i ett ursprungligen kallt metallämne med den nödvändiga kraft som erfordras för att extrudera detaljen.

Den erforderliga kraften är väsentligt högre än tvâstegsförfarandet enligt föreliggan- de uppfinning, eftersom belastningen är direkt proportionell mot ytan hos verktyget och materialet som skall extruderas. Vid användning av en hexagonal punch är den kraft som erfordras för att extrudera detaljen lika med ytan hos punchen multipli- cerad med den tryckbelastning som erfordras för att extrudera materialet. Antag exempelvis att en hexagonal punch har en yta av 6,5 cm2 och att punchen använts för att kallextrudera ett metallämne som erfordrar 23 ton/cmz i tryck. Detta resulterar i en extrusionskraft på l50 ton. Därvid belastas den hexagonala punchen med en be- lastning av l50 ton. Förfarandet enligt föreliggande uppfinning erfordrar endast en kraft av 48 ton, vilket innebär en reduktion på 68%. Vidare resulterar det tidigare kända enstegsförfarandet i ojämna ändar, vilket ökar svårigheterna under efterföljan- de bearbetningar för att âstadkomma den slutliga artikeln." Föreliggande uppfinning skiljer sig från tidigare känd teknik. Uppfinningen hänför sig till tillverkning av en detalj med en cylindrisk yttre yta och en poly- gonal inre yta genom kallextrudering. En typisk industriell tillämpning av ovan- nämnda produkt är en nyckelhylsa för användning tillsammans med en jämförbar nyckel för fastgöring av fästorgan av olika typer.

Det nya förfarandet enligt uppfinningen erfordrar en serie extrusionsoperationer.

Först extruderas ett utgângsämne för att bilda ett mellanliggande ämne, som har en serie periferiellt anordnade lober på sin yttre yta. Storleken hos loberna avgöres av förhållandet mellan den inre polygonala formen hos den slutliga detaljen och den yttre diametern hos denna, såsom förklaras mer i detalj härnedan. Antalet lober hos det mellanliggande ämnet är lika med antalet ytor hos den inre polygonala formen hos den slutliga produkten. I det första extrusionssteget placeras utgängsämnet i verktygets hålrum hos den första extruderingsapparaten, och en punch, som är belägen ovanför verktyget och i linje med detta, sänkes under tryck pâ vanligt sätt vid kallextrudering. Verktygshâlrummet motsvarar de yttre, med lober försedda ytorna hos det mellanliggande ämnet medan punchen är cylindrisk och motsvarar den inre ytan hos det mellanliggande ämnet. Efter det första extrusionssteget överföres det mellan- liggande ämnet till en andra extruderingsapparat, som inbegriper ett cylindriskt verktygshälrum motsvarande den cylindriska yttre formen hos den slutliga produkten och en punch med polygonal yttre form motsvarande den polygonala inre formen hos den slutliga produkten. Ändamålet med uppfinningen och fördelarna framgår mer i detalj av nedanstående beskrivning av en föredragen utföringsform under hänvisning till ritningarna. Därvid 10 15 20 25 30 35 40 , vaoavav-1 visar fig. 1 en perspektivvy över en deta1j som kan ti11verkas med förfarandet en1igt uppfinningen. Fig. 2 är en p1anvy över deta1jen. Fig. 3 är en sidovy över deta1jen i fig. 1. Fig. 4 är en perspektivvy över det me11an1iggande ämnet med 1ober.

Fig. 5 är en p1anvy över ämnet. Fig. 6 är en sidovy över ämnet de1vis i tvärsnitt.

Fig. 7 är en perspektivvy över utgångsämnet. Fig. 8 är en p1anvy av detta. Fig. 9 är en sidovy av utgångsämnet. Fig. 10 är ett vertikalt tvärsnitt genom en maskin för genomföring av det första extruderingssteget. Fig. 11 är ett tvärsnitt utmed 1injen 11-11 i fig. 10. Fig. 12 är ett vertika1t tvärsnitt genom en maskin för ut- föring av det andra steget. Fig. 13 är ett tvärsnitt utmed 1injen 13-13 i fig. 12.

Fig. 14 är ett tvärsnitt utmed 1injen 14-14 i fig. 12. Ändamå1et med före1iggande uppfinning är att mede1st extrusion a1stra en cy1ind- risk artike1 med en ihâ1ig inre yta med po1ygona1 kontur. Ett exempe1 på en sådan artike1, vi1ken har väggar med varierande tjock1ek i periferie11 1ed, visas i fig. 1-3. Artike1n utgöres av en tändstiftshy1sa X. Det övre partiet av artike1n S har en utåt cy1indrisk vägg 10 och en serie p1ana inre ytor 11, vi1ka är sex ti11 anta1et och bi1dar en hexagon med hörn vid 12. Väggarna 13 sträcker sig utmed 1ängd- axe1n ett väsent1igt avstånd från den öppna änden 14 ti11 ett nedre ändparti 15, vi1ket har en något reducerad yttre form.

En sådan artike1 kan extruderas från ett ämne B, som visas i fig. 7, 8 och 9, vi1ket innehå11er en förutbestämd mängd meta11, som är beräknad att vara 1ika med massan hos den s1ut1iga extruderade artike1n S. En1igt före1iggande uppfinning ut- föres extrusionen i två på varandra fö1jande operationer. Efter det första extrusions- steget formas från ämnet B ett med 1ober försett me11an1iggande ämne L, som visas i fig. 4, 5 och 6. Ämnet L har en cy1indrisk inre yta 16 och en serie yttre 1ober 17, samma ti11 anta1et som anta1et hörn 12 hos den s1ut1iga artike1n S.

Det första extrusionssteget utföres med apparaten i fig. 10, vi1ken är en kon- ventione11 extruderingsmaskin, men försedd med ett specia1verktyg D1 och en specia1- punch P1. Maskinen består av en bas 18, som uppbär en stationär ring 19, som inne- hå11er verktyget D1. Ett rör1igt huvud 20 innehå11er en hy1sa 21, som upptager punchen P1.

Det andra extrusionssteget utföres i apparaten i fig. 12, vi1ken är en konven- tione11 maskin 1iknande den i fig. 10 förutom att den är försedd med ett specia1- vmkwgD2od1m wedawwwhPL Ämnet B kan ti11verkas med konventione11a metoder, antingen genom sågning av en rundstång med en förutbestämd diameter proportione11 mot den yttre diametern 10 hos den s1ut1iga artike1n S, e11er med en ka11stukningsmaskin. Ämnets diameter ska11 vara cirka 10% mindre än diametern 10, sä att ämnet kan p1aceras i verktygets hå1rum med ett minimum av spe1rum. Ämnet innehå11er samma mängd meta11 som den s1ut- 1iga extruderade artike1n. Ämnet B p1aceras i verktygets hå1rum hos det första verktyget D1 i maskinen 10 l5 20 25 30 35- 40 vaosvav-1 enligt fig. l0, i vilken ämnet visas med streckade linjer. Det nedre partiet 22 hos verktyget Dl har samma storlek som det nedre partiet 23 hos det mellanliggande ämnet L, medan det övre partiet 24 hos verktyget har en utformning 25 motsvarande de önskade yttre konturerna hos loberna l7. Punchen Pl har cirkulärt tvärsnitt, varvid ena änden 26 är något smalare än huvudcylinderväggen 27.

När punchen Pl sänkes under tryck ned i verktygshâlrummet medför punchen att metallen i ämnet 28 flyter genom omvänd extrusion uppåt omkring väggarna hos punchen för att utfylla verktygshålrummet omkring punchen och bilda ett ämne med den form som visas i fig. 4-6, nämligen det med lober försedda mellanliggande ämnet L.

Efter det nedåtriktade slaget hos punchen Pl tillbakadrages denna uppåt och det extruderade mellanliggande ämnet utskjutes från maskinen på vanligt sätt. Ämnet L som formats utsättas därefter för ett andra extrusionssteg i maskinen enligt fig. l2. Ämnet L utsättes först för lämplig värmebehandling för att härda metallen.

Det med lober försedda mellanliggande ämnet L placeras i verktygshålrummet hos det andra verktyget D2 i maskinen enligt fig. l2. Punchen P2 har en hexagonal yttre kontur 29 vid sitt nedre parti såsom framgår ur fig. l4 medan det övre partiet 30 är cylindriskt såsom framgår ur fig. l3.

Det med lober försedda mellanliggande ämnet L placeras i det övre området 3l hos verktygshâlrummet i verktyget D2, vilket hâlrum 3l har en tvärsnittskontur som motsvarar den yttre formen hos det med lober försedda ämnet L för att mottaga detta ämne. Under hâlrummet 3l finns en inåt konisk yta 32, som övergår i den nedre cylind- riska ytan 33 hos verktyget D2, som har samma diameter som den slutliga extruderade artikeln. Det med lober försedda hâlrummet 3l är orienterat relativt de hexagonala ytorna 29 hos punchen P2 så att varje lobhålrum 34 är motbelägen en plan yta 35 hos punch P2.

Det med lober försedda ämnet L inplaceras på lämpligt sätt i det övre verktygs- hålrummet 3l, varefter punchen P2 börjar röra sig nedåt och intränger i det inre hos det med lober försedda ämnet L tills punchen när bottenytan. Vid fortsatt nedåt- riktade rörelse hos punchen tvingas ämnet ned i det nedre verktygshälrummet så att metallen i loberna l7 förskjutes inåt in i utrymmet omkring ytorna hos punchen.

Samtidigt flyter metallen vertikalt uppåt omkring den hexagonala punchen, varvid alstras den önskade hexagonala inre formen hos den slutliga artikeln S. Den runda yttre ytan alstras allteftersom punchen rör sig nedåt och loberna l7 tvingas förbi den koniska ytan 32 i verktygshâlrumet. Den största diametern hos loberna är större än verktygsdiametern hos den nedre cylindriska ytan 33, varigenom samverkan alstras mellan loberna och verktyget vid de punkter som tvingar metallen i ämnet att röra' sig i sidled relativt den vertikala punchrörelsen. Denna sidledes rörelse hos metallen medför att metallen fullständigt utfyller utrymmena omkring den hexagonala punchformen, varigenom alstras den önskade hexagonala inre formen hos den slutliga artikeln S. Den smala tvärsnittsytan hos hålrummet i verktyget D2 i jämförelse med 10 15 ' s 78087874 tvärsnittsytan hos ämnet L medför en bakätriktad eïïer omvänd extrusionseffekt i detta andra extrusionssteg så att längden hos det med 1ober försedda ämnet L ökas väsentiigt, viïket framgår genom en jämföreïse meïian fig. 1 och 3 å ena sidan och fig. 4 och 6 ä andra sidan. Efter siutfärdigandet av det nedâtriktade siaget hos punchen P2 tiïïbakadrages denna uppåt och den sïutïiga extruderade artikeln S ut- skjutes från maskinen på vanligt sätt.

Såsom framgår av ovanstående beskrivning tiiïverkas en detalj med en inre hexa- gonaï form och en rund yttre form i en tvástegs extrusionsprocess. Först biidas ett meiianiiggande ämne, där den inre ytan är cyiindrisk och vars yttre yta har en serie utåt utskjutande lober. Därefter utsättes detta melianïiggande ämne för en andra extrusion, varvid ämnet antar den s1ut1iga utformningen under användning av mindre mängd energi än vad som är möjiigt vid användning av ett enda extrusionssteg.

En fördei med föreiiggande uppfinning är att efter tvästegsförfarandet bïir ändarna hos artikein jämna, varvid erfordras ett minimum av efterbearbetning.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 40 7808787-1 6 PATENTKRAV

1. Förfarande för kallextrudering av en detalj (S) med en cylindrisk yttre yta (10) och en ihålig inre yta med polygonalt tvärsnitt, k ä n n e- t e c k n a t av att en mellanprodukt (L) bildas med longitudinellt för- löpande, utåtskjutande lober (17); att mellanprodukten placeras i ett ex- trusionsverktyg (D2) med en cylindrisk kavitet (33), som har mindre diameter än lobdiametern; att en punch (P2) med polygonal yttre form införes i ämnet med punchens ytor belägna inriktade med nämnda lober; att tryck tillföras punchen för att förflytta denna först till kontakt med mellanprodukten för att därefter trycka denna in i verktyget, varigenom material förflyttas från loberna inåt till utrymmena intill ytorna hos punchen och att samtidigt åstadkommas en omvänd extrustion för att fullständigt utfylla utrymmet mellan punchen och verktyget.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att mellan- produkten tillverkas med en sluten ände (23) mot vilken änden av den polygonala punchen utövar sitt tryck.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den med lober försedda mellanprodukten formas genom omvänd extrusion i ett verktyg (D1) med en kavitet motsvarande den yttre konturen hos mellanprodukten och med en punch (P1) med cylindrisk yttre kontur.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att mellan- produkten inbegriper sex likformigt fördelade lober och att punchens yttre kontur är hexagonal.

5. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att mellan- produkten inbegriper sex likformigt fördelade lober och att punchens yttre form är hexagonal.

6. Förfarande enligt krav 1,.k ä n n e t e c k n a t av att ett massivt cylindriskt utgångsämne (B) formas med en massa som är lika med massan av nämnda detalj (S), varvid formningen av mellanprodukten (L) med utskjutande lober (17) utföres genom att placera det cylindriska ämnet (B) i en första extruderingsmaskin med ett första verktyg (D1) försett med en huvudsakligen cylindrisk kavitet med longitudinella lober motsvarande den med yttre lober försedda mellanprodukten (L), att en första punch (P1) införes i det första verktyget, varvid punchen har en cylindrisk yttre yta (27), att tryck appli- ceras på den första punchen för att intränga i det cylindriska utgångsämnet (B) och förorsaka en bakåtriktad strömning av material in i kaviteten mellan verktyget och punchen för att därigenom erhålla en extruderad mellanprodukt (L) med en serie longitudinellt förlöpande, utåtskjutande lober och en ihålig, cylindrisk inre yta (16).

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att intrång- 10 15 20 25 30 35 40 7 ningen i det cylindriska utgångsämnet (B) avslutas för att lämna en inre änd- vägg (23), mot vilken änden av den polygonala punchen applicerar sitt tryck för att tvinga mellanprodukten (L) in i verktygskaviteten i den andra extruderingsmaskinen.

8. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att den inre kaviteten hos det första verktyget har sex periferiellt fördelade lobkavite- ter, varvid mellanprodukten (L) erhåller sex yttre lober och den polygonala konturen hos den andra punchen är hexagonal. _

9. Anordning för att forma en detalj (5), innefattande en första maskin för att forma en långsträckt mellanprodukt med ett ihåligt inre med cylindriskt tvärsnitt (16) och yttre, longitudinellt förlöpande lober (17), och en andra maskin för att av mellanprodukten forma nämnda detalj (S) med en cylindrisk yttre yta (10) och en ihålig inre yta med polygonalt tvärsnitt, vilken andra maskin är k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar ett verktyg (D2) med en yttre kavitet (31) formad för att mottaga mellanprodukten (L), och en inre cylindrisk kavitet (33) samt en konisk yta (32) som samman- binder den yttre och den inre kaviteten; en punch (P2), som har en polygonal yttre yta med de plana ytorna inriktade med lober på mellanprodukten (L); samt en anordning för att förflytta den polygonala punchen till kontakt med mellanprodukten (L) i den yttre verktygskaviteten och fortsätta sin rörelse tillsammans med mellanprodukten (L) till den inre verktygskaviteten, varvid punchen och verktygskavitetens dimensioner är sådana att material flyter från de yttre loberna inåt samt förorsakar omvänd extrusion utåt för att utfylla utrymmena mellan punchen och den inre verktygskaviteten.

10. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att den poly- gonala punchen är hexagonal och den övre kaviteten är formad för att mottaga en mellanprodukt som har sex periferiellt fördelade utåt förlöpande lober.

11. Mellanprodukt bestående av en långstrëckt, ihålig, med lober försedd artikel (L) användbar för efterföljande extrudering av en slutlig produkt (S) utan lober men med en polygonal inre form, k ä n n e t e c k n a d av att artikeln utgöres av en långsträckt, ihålig, tunnväggig cylinder med en jämn cylindrisk inre yta (16) och en yttre yta innehållande ett flertal longi- tudinellt förlöpande lober (17) periferiellt fördelade omkring axeln för cylindern motsvarande antalet plana ytor hos den polygonala inre formen hos den slutliga extruderade produkten.

12. Mellanprodukt enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d av att den ihåliga artikeln har en sluten ände, som är kapabel att upptaga trycket för att tvinga ämnet in i ett omformande verktyg.