WO2024002582A1 - Smx forging strategy - Google Patents

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WO2024002582A1
WO2024002582A1 PCT/EP2023/063572 EP2023063572W WO2024002582A1 WO 2024002582 A1 WO2024002582 A1 WO 2024002582A1 EP 2023063572 W EP2023063572 W EP 2023063572W WO 2024002582 A1 WO2024002582 A1 WO 2024002582A1
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WO
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workpiece
forging
radial forging
radial
tools
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Application number
PCT/EP2023/063572
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German (de)
French (fr)
Inventor
Frederik Knauf
Frederik WOLFGARTEN
Original Assignee
Sms Group Gmbh
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Publication date
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J7/00—Hammers; Forging machines with hammers or die jaws acting by impact
    • B21J7/02—Special design or construction
    • B21J7/14—Forging machines working with several hammers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J7/00—Hammers; Forging machines with hammers or die jaws acting by impact
    • B21J7/20—Drives for hammers; Transmission means therefor
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21J9/00—Forging presses
    • B21J9/02—Special design or construction
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J9/00—Forging presses
    • B21J9/10—Drives for forging presses
    • B21J9/20—Control devices specially adapted to forging presses not restricted to one of the preceding subgroups

Definitions

  • the invention relates to a method for radial forging a workpiece from an initial state to a final state by means of a radial forging machine, comprising forging tools arranged around the circumference of the workpiece, preferably four forging tools, and a radial forging machine for carrying out such a method.
  • Radial forging machines are well known to those skilled in the art and have several, usually four, tools, which usually act on the workpiece at the same time. This almost completely avoids any widening of the workpiece; in the radial forging process, there is usually only a workpiece elongation during forming from an initial state into a final state with corresponding geometries.
  • overforging a stitch
  • the workpiece is reshaped by repeated action of the tools; an action of the tools can also be referred to as a stroke or tool stroke.
  • the entire forming of the workpiece is usually carried out using successive stitch sequences in the form of a stitch plan.
  • a stitch plan therefore consists of several stitches and describes the development of the workpiece geometry from the initial state to the desired final state.
  • the forming process on a radial forging machine can be divided into two types of forming, namely forming, in which the workpiece structure is formed in such a way that the required workpiece quality is achieved with the highest possible productivity, and on the other hand, so-called finishing, in which the surface is optimized accordingly .
  • finishing in which the surface is optimized accordingly .
  • the most widely used strategy is to perform workpiece forming in a spiral forging mode. After each tool stroke, the workpiece is rotated by a defined angle and moved in such a way that in the subsequent stroke an area that has not yet undergone complete deformation is reshaped with the help of the tools. This means that the tool completely covers the surface of the workpiece throughout the entire pass. In this spiral forging mode, the movement, i.e. the possible feed, is limited by the maximum tool length and the angle of rotation for rotating the workpiece. With this spiral forging strategy, all, preferably four, forging tools are always in motion with every stroke and thus take part in the forming and reshape the workpiece in the same shape.
  • Another known forging strategy provides that all, preferably 4, forging tools also reshape the workpiece with each stroke, but there is no rotation of the workpiece between the strokes.
  • This strategy is called straight-ahead mode and bears some similarity to common forging processes on open-die forging presses. By eliminating the workpiece rotation after a stroke, it is possible to increase the feed rate compared to the spiral forging strategy.
  • forging an octagonal cross-section for example, there is no complete forging of the workpiece surface in this pass.
  • a forging strategy for radial forging machines that has so far only rarely been used is one in which the available tools be controlled in pairs.
  • opposing tools are controlled together and take part in the forming process; other tools are controlled at a different time or with a different target dimension.
  • This forging strategy is also called flat mode. In flat mode, it is also possible for a pair of tools to remain at a target dimension during the stitch and at least limit the free flow of material in the lateral direction, which is caused by the pair of tools fully participating in the forming.
  • one of the three forging strategies mentioned above is used to form a workpiece.
  • a finishing process is usually carried out to ensure an attractive surface with a forming process limited around the circumference of the workpiece to produce a workpiece with the desired final geometry and desired surface quality and desired appearance.
  • a method for radial forging a workpiece from an initial state to a final state wherein the radial forging is preferably carried out several times following a pass plan by one
  • the initial state is transformed into a final state by means of a radial forging machine, which comprises forging tools arranged around the circumference of the workpiece.
  • a radial forging machine which comprises forging tools arranged around the circumference of the workpiece.
  • four forging tools are arranged around the circumference of the workpiece.
  • the radial forging machine is designed and arranged to carry out radial forging in at least three operating modes, namely A) spiral mode, B) straight mode and C) flat mode.
  • the workpiece is formed from an initial state to a final state in a sequence of radial forging passes, with at least two of the three different operating modes being applied consecutively, ie directly and without intermediate passes.
  • the invention refers to a stitch as a sequence of forming processes in a predetermined operating mode over the entire length of the workpiece or at least a predetermined partial length of the workpiece.
  • the method for radial forging should include at least two different and successive operating modes, for example a first stitch in spiral mode, followed by a second stitch in straight mode, followed in turn by a third stitch in spiral mode, possibly followed by a flat mode. Every conceivable combination of operating modes in the stitch sequence is covered by the idea of the invention, as long as two consecutive stitches implement different operating modes. This means that stitch sequences are also included in the inventive concept, in which several consecutive stitches implement the same operating mode, but then followed by a different operating mode.
  • finishing pass is not taken into account as a forming operation and therefore does not represent a separate operating mode.
  • an improvement in the local shape change and thus an improvement in product quality can be achieved.
  • the process chain can also be shortened by reducing pre-forging processes.
  • the method according to the invention allows a forming process that is optimally adapted to the workpiece and its material quality, in particular with the best possible forging of the workpiece as a whole and taking into account the shape change distribution within the workpiece.
  • the application and/or the sequence of the different operating modes depends on the material of the workpiece. It is advantageous to use the requirements that need to be taken into account for certain materials when creating the stitch plan.
  • different materials can be combined into material classes, which can optionally be subjected to the same sequence of operating modes. These material classes are, for example: carbon steels, tempered steels, high-speed steels, cold-work steels, hot-work steels, rust- and acid-resistant steels, nickel-based alloys, high-temperature steels and titanium alloys, to name just a few.
  • material classes are, for example: carbon steels, tempered steels, high-speed steels, cold-work steels, hot-work steels, rust- and acid-resistant steels, nickel-based alloys, high-temperature steels and titanium alloys, to name just a few.
  • the radial forging process which can then influence the selection of operating modes and the sequence of operating modes to be used, depending on the material.
  • the workpiece in the operating mode of the spiral mode, is rotated at a predetermined angle of rotation about its longitudinal axis after each forging tool stroke. It is preferred if all forging tools participate in the forming process, preferably evenly. In an equally preferred embodiment of the invention, in the operating mode of the straight-ahead mode, there is no rotation of the workpiece about its longitudinal axis after each tool stroke. In this context, it is particularly preferred if all forging tools participate in the forming process evenly.
  • only one forming takes place by forging tools arranged opposite one another, preferably two forging tools located opposite one another from a total number of four forging tools arranged around the circumference of the workpiece.
  • the tools that do not participate in a first forming operation or only participate to a limited extent can be controlled differently in terms of time or in terms of the amount of forming than the forging tools described above and taking part in the forming.
  • the forging tools that do not take part in the forming can only be placed close to the workpiece in order to at least limit and preferably completely prevent lateral spreading of the workpiece during the radial forging process.
  • the forging tools that do not take part in the forming can of course also remain in a starting position and do not make contact with the workpiece, at least for a limited time.
  • the method according to the invention is preferably carried out with a control device which is designed and set up to calculate an optimal stitch sequence for the workpiece and then specify it to the radial forging machine so that the optimal stitch sequence is carried out.
  • a control device which is designed and set up to calculate an optimal stitch sequence for the workpiece and then specify it to the radial forging machine so that the optimal stitch sequence is carried out.
  • the control of the radial forging machine is carried out on the basis of a pass plan calculation program, which generates an optimal stitch sequence taking into account the optimal forging strategies.
  • the starting temperature for example, is preferably also taken into account Furnace temperature, and particularly preferably also the material quality, are specified.
  • the technology program can then calculate the best stitch sequence using all possible forging strategies.
  • the intermediate dimensions after each tool stroke and the forging strategy are calculated in such a way that the best shape change distribution is achieved at the end of the stitch sequence. This can be done, for example, by comparing the shape change distribution at the end of the process by calculating all possible combinations of stitch sequences and stitches in different operating modes.
  • the design of the forging strategy is preferably carried out taking into account the system force and the available tool geometries.
  • a technology program for pass plan calculation that is particularly suitable for such purposes is the Comforge® technology package, which, with data from all industrially relevant materials, has all the prerequisites for calculating the corresponding forging plans.
  • Comforge® provides system operators with a comprehensive database for trouble-free and technologically proven forging processes. It is particularly preferred if an automation system monitors and controls all system components, control devices and sensors. With the appropriate application of the Comforge® technology package, the forging process from start to finish, the geometry of the forming, the forces involved and the temperatures to be taken into account as well as the time for each pass can be pre-calculated and modeled for the entire forging process.
  • a radial forging machine for carrying out the method according to the first aspect of the invention.
  • the radial forging machine is provided with a control device which is designed and set up to control the radial forging machine on the basis of a pass schedule calculation program.
  • This Pass plan calculation program preferably takes into account the start and desired final geometry as well as the starting temperature of the radial forging process as well as the material quality of the workpiece itself.
  • the pass plan calculation program also takes into account intermediate dimensions of the workpiece with the aim of optimal shape change distribution on the workpiece.
  • the system operator is provided with a method and a radial forging machine intended for this purpose, which are able to enable optimal forming of the workpiece adapted to the material quality and using a sequence of comparatively easy-to-control processes.

Abstract

The invention relates to a method for radial forging of a workpiece from an initial state to an end state, preferably following a pass schedule multiple times from an initial state to an end state, by means of a radial forging machine, comprising forging tools arranged around the periphery of the workpiece, preferably four forging tools, wherein the radial forging machine is designed and configured to perform the radial forging in at least three modes of operation, which comprise: A) radial forging in the spiral mode, B) radial forging in the straight mode and C) radial forging in the flat mode, and characterised in that the shaping of the workpiece from an initial state to an end state is a sequence of radial forging passes, wherein at least two of the three different modes of operation are applied in succession. The invention further relates to a radial forging machine for carrying out this method.

Description

Schmiedestrategie SMX Forging strategy SMX
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Radialschmieden eines Werkstücks von einem Ausgangszustand in einen Endzustand mittels einer Radialschmiedemaschine, umfassend um den Umfang des Werkstücks angeordnete Schmiedewerkzeuge, vorzugsweise vier Schmiedewerkzeuge, sowie eine Radialschmiedemaschine zur Durchführung eines solchen Verfahrens. The invention relates to a method for radial forging a workpiece from an initial state to a final state by means of a radial forging machine, comprising forging tools arranged around the circumference of the workpiece, preferably four forging tools, and a radial forging machine for carrying out such a method.
Radialschmiedemaschinen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und weisen mehrere, normalerweise vier, Werkzeuge auf, welche üblicherweise gleichzeitig auf das Werkstück einwirken. Dadurch wird eine Breitung des Werkstücks nahezu vollständig vermieden, es kommt somit beim Radialschmiedevorgang üblicherweise nur zu einer Werkstücklängung bei der Umformung aus einem Ausgangszustand in einen Endzustand mit entsprechenden Geometrien. Radial forging machines are well known to those skilled in the art and have several, usually four, tools, which usually act on the workpiece at the same time. This almost completely avoids any widening of the workpiece; in the radial forging process, there is usually only a workpiece elongation during forming from an initial state into a final state with corresponding geometries.
Wenn das Werkstück einmal über die gesamte Länge umgeformt ist, wird von einer Überschmiedung oder einem Stich gesprochen. Während eines Stichs wird das Werkstück durch mehrmaliges Einwirken der Werkzeuge umgeformt, ein Einwirken der Werkzeuge kann auch als Hub- oder Werkzeughub bezeichnet werden. Die gesamte Umformung des Werkstücks erfolgt in der Regel durch nacheinander ablaufende Stichfolgen in Form eines Stichplans. Ein Stichplan besteht somit aus mehreren Stichen und beschreibt die Entwicklung der Werkstückgeometrie vom Ausgangszustand zum gewünschten Endzustand. Once the workpiece has been formed over its entire length, it is referred to as overforging or a stitch. During a stitch, the workpiece is reshaped by repeated action of the tools; an action of the tools can also be referred to as a stroke or tool stroke. The entire forming of the workpiece is usually carried out using successive stitch sequences in the form of a stitch plan. A stitch plan therefore consists of several stitches and describes the development of the workpiece geometry from the initial state to the desired final state.
Grundsätzlich kann der Umformprozess auf einer Radialschmiedemaschine in zwei Umformarten unterteilt werden, nämlich einerseits das Umformen, bei dem das Werkstückgefüge derart ausgebildet wird, dass die geforderte Werkstückqualität bei möglichst hoher Produktivität eingestellt wird, und andererseits das sogenannte Schlichten, bei dem die Oberfläche entsprechend optimiert wird. Beim Schlichten von Rundquerschnitten wird üblicherweise ein kleiner Drehwinkel mit kleinem Werkstückvorschub verwendet, um eine möglichst glatte und ansprechende Oberfläche zu erhalten. Basically, the forming process on a radial forging machine can be divided into two types of forming, namely forming, in which the workpiece structure is formed in such a way that the required workpiece quality is achieved with the highest possible productivity, and on the other hand, so-called finishing, in which the surface is optimized accordingly . When finishing round cross sections, a A small rotation angle with a small workpiece feed is used to obtain the smoothest and most attractive surface possible.
In den in Rede stehenden Radialschmiedemaschinen sind eine Reihe von Schmiedestrategien oder Betriebsmodi bekannt, wie folgt: In the radial forging machines in question, a number of forging strategies or operating modes are known, as follows:
A) Die weitverbreitetste Strategie erfolgt so, dass die Werkstückumformung in einem Spiralschmiedemodus durchgeführt wird. Dabei wird das Werkstück nach jedem Werkzeughub um einen definierten Winkel gedreht und derart bewegt, dass im nachfolgenden Hub ein Bereich, der noch keine vollständige Umformung erfahren hat, mit Hilfe der Werkzeuge umgeformt wird. Somit wird im gesamten Stich eine vollständige Oberflächenüberdeckung des Werkstücks durch das Werkzeug erreicht. Bei diesem Spiralschmiedemodus ist die Bewegung, also der mögliche Vorschub, durch die maximale Werkzeuglänge sowie den Drehwinkel zur Drehung des Werkstücks begrenzt. Bei dieser Spiralschmiedestrategie sind immer alle, vorzugsweise vier, Schmiedewerkzeuge bei jedem Hub in Bewegung und nehmen somit an der Umformung teil und formen das Werkstück in gleicher Form um. A) The most widely used strategy is to perform workpiece forming in a spiral forging mode. After each tool stroke, the workpiece is rotated by a defined angle and moved in such a way that in the subsequent stroke an area that has not yet undergone complete deformation is reshaped with the help of the tools. This means that the tool completely covers the surface of the workpiece throughout the entire pass. In this spiral forging mode, the movement, i.e. the possible feed, is limited by the maximum tool length and the angle of rotation for rotating the workpiece. With this spiral forging strategy, all, preferably four, forging tools are always in motion with every stroke and thus take part in the forming and reshape the workpiece in the same shape.
B) Eine weitere bekannte Schmiedestrategie sieht vor, dass ebenfalls alle, vorzugsweise 4, Schmiedewerkzeuge bei jedem Hub das Werkstück umformen, jedoch erfolgt zwischen den Hüben keine Werkstückdrehung. Diese Strategie wird als Geradeausmodus bezeichnet und weist eine gewisse Ähnlichkeit mit den gängigen Schmiedeverfahren auf Freiformschmiedepressen auf. Durch den Verzicht der Werkstückdrehung nach einem Hub ist es möglich, den Vorschub im Vergleich zur Spiralschmiedestrategie zur vergrößern. Beim beispielsweise Schmieden eines Achtkantquerschnitts findet in diesem Stich somit keine vollständige Überschmiedung der Werkstückoberfläche statt. B) Another known forging strategy provides that all, preferably 4, forging tools also reshape the workpiece with each stroke, but there is no rotation of the workpiece between the strokes. This strategy is called straight-ahead mode and bears some similarity to common forging processes on open-die forging presses. By eliminating the workpiece rotation after a stroke, it is possible to increase the feed rate compared to the spiral forging strategy. When forging an octagonal cross-section, for example, there is no complete forging of the workpiece surface in this pass.
C) Eine bisher nur selten angewandte Schmiedestrategie für Radialschmiedemaschinen ist eine solche, bei der die vorliegenden Werkzeuge paarweise angesteuert werden. Hierbei werden sich gegenüberliegende Werkzeuge gemeinsam angesteuert und nehmen an der Umformung teil, andere Werkzeuge werden zu einem anderen Zeitpunkt oder mit einem anderen Zielmaß angesteuert. Diese Schmiedestrategie wird auch als Flachmodus bezeichnet. Im Flachmodus ist es ebenfalls möglich, dass ein Werkzeugpaar während des Stiches auf einem Zielmaß verbleibt und dem freien Werkstofffluss in lateraler Richtung, der durch das vollständig an der Umformung teilnehmende Werkzeugpaar hervorgerufen wird, zumindest begrenzt. C) A forging strategy for radial forging machines that has so far only rarely been used is one in which the available tools be controlled in pairs. Here, opposing tools are controlled together and take part in the forming process; other tools are controlled at a different time or with a different target dimension. This forging strategy is also called flat mode. In flat mode, it is also possible for a pair of tools to remain at a target dimension during the stitch and at least limit the free flow of material in the lateral direction, which is caused by the pair of tools fully participating in the forming.
Üblicherweise wird eine der drei oben genannten Schmiedestrategien für die Umformung eines Werkstücks angewendet. Nachdem die gewünschte Umformung erfolgt ist, erfolgt dann zur Sicherstellung einer ansprechenden Oberfläche üblicherweise noch ein Schlichtprozess mit einer um den Umfang des Werkstücks herum begrenzten Umformung zu einem Werkstück mit gewünschter Endgeometrie und gewünschter Oberflächenbeschaffenheit und gewünschtem Erscheinungsbild. Typically, one of the three forging strategies mentioned above is used to form a workpiece. After the desired forming has taken place, a finishing process is usually carried out to ensure an attractive surface with a forming process limited around the circumference of the workpiece to produce a workpiece with the desired final geometry and desired surface quality and desired appearance.
Ausgehend von dem oben beschriebenen Stand der Technik war es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Radialschmieden eines Werkstücks sowie eine Radialschmiedemaschine, die ausgelegt und eingerichtet ist, dieses Verfahren auszuführen, zur Verfügung zu stellen, die einen optimierten Stichplan und eine optimierte Werkstückbeschaffenheit ergeben. Based on the prior art described above, it was an object of the invention to provide a method for radial forging of a workpiece and a radial forging machine that is designed and set up to carry out this method, which result in an optimized pass plan and an optimized workpiece condition.
Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mit einem Verfahren, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1 , sowie einer Radialschmiedemaschine, umfassend die Merkmale des Anspruchs 10, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere in den abhängigen Ansprüchen dargelegt. This object is achieved in the sense of the invention with a method comprising the features of claim 1, and a radial forging machine comprising the features of claim 10. Advantageous embodiments of the invention are set out in particular in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Radialschmieden eines Werkstücks von einem Ausgangszustand in einen Endzustand zur Verfügung gestellt, wobei das Radialschmieden vorzugsweise mehrfach einem Stichplan folgend von einem Ausgangszustand in einen Endzustand mittels einer Radialschmiedemaschine erfolgt, welche um den Umfang des Werkstücks angeordnete Schmiedewerkzeuge umfasst. Vorzugsweise sind vier Schmiedewerkzeuge um den Umfang des Werkstücks herum angeordnet. Die Radialschmiedemaschine ist so ausgelegt und eingerichtet, dass sie das Radialschmieden in mindestens drei Betriebsmodi ausführen kann, nämlich A) im Spiralmodus, B) im Geradeausmodus und C) im Flachmodus. Erfindungsgemäß erfolgt die Umformung des Werkstücks von einem Ausgangszustand zu einem Endzustand in einer Abfolge von Radialschmiedestichen, wobei wenigstens zwei der drei unterschiedlichen Betriebsmodi aufeinanderfolgend, d. h. unmittelbar und ohne Zwischenstich aufeinanderfolgend angewandt werden. According to the invention, a method for radial forging a workpiece from an initial state to a final state is provided, wherein the radial forging is preferably carried out several times following a pass plan by one The initial state is transformed into a final state by means of a radial forging machine, which comprises forging tools arranged around the circumference of the workpiece. Preferably, four forging tools are arranged around the circumference of the workpiece. The radial forging machine is designed and arranged to carry out radial forging in at least three operating modes, namely A) spiral mode, B) straight mode and C) flat mode. According to the invention, the workpiece is formed from an initial state to a final state in a sequence of radial forging passes, with at least two of the three different operating modes being applied consecutively, ie directly and without intermediate passes.
Als Stich bezeichnet die Erfindung eine Abfolge von Umformungsvorgängen in einem vorher festgelegten Betriebsmodus über die gesamte Länge des Werkstücks oder zumindest eine vorgegebene Teillänge des Werkstücks. Erfindungsgemäß soll das Verfahren zum Radialschmieden wenigstens zwei unterschiedliche und aufeinander abfolgende Betriebsmodi umfassen, so beispielsweise einen ersten Stich im Spiralmodus, gefolgt von einem zweiten Stich im Geradeausmodus, gefolgt wiederum von einem dritten Stich im Spiralmodus, gegebenenfalls sich anschließend ein Flachmodus. Jede denkbare Kombination von Betriebsmodi bei der Stichabfolge ist vom Erfindungsgedanken umfasst, solange zwei aufeinander folgende Stiche unterschiedliche Betriebsmodi umsetzen. Dies bedeutet, dass auch Stichabfolgen vom Erfindungsgedanken umfasst sind, bei denen mehrere aufeinanderfolgende Stiche einen gleichen Betriebsmodus umsetzen, dann aber gefolgt von einem anderen Betriebsmodus. Gegebenenfalls und bevorzugt wird am Ende des Umform prozesses innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Oberflächenoptimierung durch einen Schlichtstich erreicht. Der Schlichtstich bleibt erfindungsgemäß als Umformoperation unberücksichtigt und stellt somit keinen eigenen Betriebsmodus dar. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Verbesserung der lokalen Formänderung und somit eine Verbesserung der Produktqualität erreicht werden. Ebenso kann eine Verkürzung der Prozesskette durch Verringerung von Vorschmiedeprozessen erreicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt ein auf das Werkstück und dessen Werkstoffgüte optimal angepasstes Umformverfahren, insbesondere bei bestmöglicher Durchschmiedung des Werkstücks insgesamt und unter Berücksichtigung der Formänderungsverteilung innerhalb des Werkstücks. The invention refers to a stitch as a sequence of forming processes in a predetermined operating mode over the entire length of the workpiece or at least a predetermined partial length of the workpiece. According to the invention, the method for radial forging should include at least two different and successive operating modes, for example a first stitch in spiral mode, followed by a second stitch in straight mode, followed in turn by a third stitch in spiral mode, possibly followed by a flat mode. Every conceivable combination of operating modes in the stitch sequence is covered by the idea of the invention, as long as two consecutive stitches implement different operating modes. This means that stitch sequences are also included in the inventive concept, in which several consecutive stitches implement the same operating mode, but then followed by a different operating mode. If necessary and preferably, at the end of the forming process within the method according to the invention, surface optimization is achieved by a finishing pass. According to the invention, the finishing pass is not taken into account as a forming operation and therefore does not represent a separate operating mode. With the method according to the invention, an improvement in the local shape change and thus an improvement in product quality can be achieved. The process chain can also be shortened by reducing pre-forging processes. The method according to the invention allows a forming process that is optimally adapted to the workpiece and its material quality, in particular with the best possible forging of the workpiece as a whole and taking into account the shape change distribution within the workpiece.
Bevorzugt wird, wenn die Anwendung und/oder die Reihenfolge der unterschiedlichen Betriebsmodi in Abhängigkeit vom Werkstoff des Werkstücks erfolgt. Vorteilhaft können hierbei die bei bestimmten Werkstoffen besonders zu berücksichtigenden Anforderungen bei Erstellung des Stichplans herangezogen werden. Insbesondere wird bevorzugt, wenn verschiedene Werkstoffe in Werkstoffklassen zusammengefasst werden können, die gegebenenfalls einer gleichen Abfolge von Betriebsmodi unterzogen werden können. Diese Werkstoffklassen sind beispielsweise: Kohlenstoffstähle, Vergütungsstähle, Schnellarbeitsstähle, Kaltarbeitsstähle, Warmarbeitsstähle, Rost- und Säurebeständige Stähle, Nickel-Basis-Legierungen, Hochwarmfeste Stähle und Titanlegierungen, um nur einige zu nennen. Für jede Werkstoffklasse können besondere Anforderungen hinsichtlich des Radialschmiedeverfahrens bestehen, die dann werkstoffabhängig Einfluss auf die Auswahl der Betriebsmodi und die Reihenfolge der anzuwendenden Betriebsmodi haben können. It is preferred if the application and/or the sequence of the different operating modes depends on the material of the workpiece. It is advantageous to use the requirements that need to be taken into account for certain materials when creating the stitch plan. In particular, it is preferred if different materials can be combined into material classes, which can optionally be subjected to the same sequence of operating modes. These material classes are, for example: carbon steels, tempered steels, high-speed steels, cold-work steels, hot-work steels, rust- and acid-resistant steels, nickel-based alloys, high-temperature steels and titanium alloys, to name just a few. For each material class, there may be special requirements regarding the radial forging process, which can then influence the selection of operating modes and the sequence of operating modes to be used, depending on the material.
Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn im Betriebsmodus des Spiralmodus ein Drehen des Werkstücks in einem vorab festgelegten Drehwinkel um seine Längsachse nach jedem Schmiedewerkzeughub erfolgt. Hierbei wird bevorzugt, wenn sämtliche Schmiedewerkzeuge an der Umformung vorzugsweise gleichmäßig teilnehmen. In einer ebenso bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt beim Betriebsmodus des Geradeausmodus keinerlei Drehen des Werkstücks um seine Längsachse nach jedem Werkzeughub. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn alle Schmiedewerkzeuge vorzugsweise gleichmäßig an der Umformung teilnehmen. In this context, it is preferred if, in the operating mode of the spiral mode, the workpiece is rotated at a predetermined angle of rotation about its longitudinal axis after each forging tool stroke. It is preferred if all forging tools participate in the forming process, preferably evenly. In an equally preferred embodiment of the invention, in the operating mode of the straight-ahead mode, there is no rotation of the workpiece about its longitudinal axis after each tool stroke. In this context, it is particularly preferred if all forging tools participate in the forming process evenly.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt im Betriebsmodus des Flachmodus nur eine Umformung durch gegenüberliegend angeordnete Schmiedewerkzeuge, vorzugsweise von zwei einander gegenüberliegenden Schmiedewerkzeugen aus einer Gesamtanzahl von vier um den Umfang des Werkstücks angeordneten Schmiedewerkzeugen. Im Flachmodus können die an einer ersten Umformoperation nicht oder nur begrenzt teilnehmenden Werkzeuge zeitlich oder hinsichtlich des Umformmaßes anders als die oben beschriebenen und an der Umformung teilnehmenden Schmiedewerkzeuge angesteuert werden. Ebenso können die an der Umformung nicht teilnehmenden Schmiedewerkzeuge nur an das Werkstück heran angestellt werden, um eine seitliche Breitung des Werkstücks während des Radialschmiedevorgangs zumindest zu begrenzen und vorzugsweise gänzlich zu unterbinden. Schließlich können die an der Umformung nicht teilnehmenden Schmiedewerkzeuge selbstverständlich auch in einer Ausgangsposition verbleiben und zumindest zeitlich begrenzt keinen Kontakt zum Werkstück aufnehmen. In a further preferred embodiment of the invention, in the operating mode of the flat mode, only one forming takes place by forging tools arranged opposite one another, preferably two forging tools located opposite one another from a total number of four forging tools arranged around the circumference of the workpiece. In flat mode, the tools that do not participate in a first forming operation or only participate to a limited extent can be controlled differently in terms of time or in terms of the amount of forming than the forging tools described above and taking part in the forming. Likewise, the forging tools that do not take part in the forming can only be placed close to the workpiece in order to at least limit and preferably completely prevent lateral spreading of the workpiece during the radial forging process. Finally, the forging tools that do not take part in the forming can of course also remain in a starting position and do not make contact with the workpiece, at least for a limited time.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Steuerungseinrichtung durchgeführt, die dazu ausgelegt und eingerichtet ist, eine für das Werkstück optimale Stichabfolge zu berechnen und dann der Radialschmiedemaschine so vorzugeben, dass die optimale Stichabfolge durchgeführt wird. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn die Ansteuerung der Radialschmiedemaschine auf Basis eines Stichplanberechnungsprogramms ausgeführt wird, welches eine optimale Stichabfolge unter Berücksichtigung der optimalen Schmiedestrategien erzeugt. Vorzugsweise wird neben der Start- und Endgeometrie des Werkstücks auch die Starttemperatur, beispielsweise die Ofentemperatur, und besonders bevorzugt auch die Werkstoffgüte vorgegeben. Das Technologieprogramm kann dann unter Verwendung aller möglichen Schmiedestrategien die beste Stichabfolge berechnen. Besonders bevorzugt wird, wenn die Zwischenabmessungen nach jedem Werkzeughub sowie die Schmiedestrategie derart berechnet werden, dass die beste Formänderungsverteilung am Ende der Stichabfolge erreicht wird. Dies kann beispielsweise durch Vergleich der Formänderungsverteilung zum Prozessende unter Berechnung aller möglicher Kombinationen von Stichabfolgen sowie Stichen unterschiedlicher Betriebsmodi erfolgen. Die Auslegung der Schmiedestrategie erfolgt insbesondere bevorzugt unter Berücksichtigung der Anlagenkraft sowie der verfügbaren Werkzeuggeometrien. The method according to the invention is preferably carried out with a control device which is designed and set up to calculate an optimal stitch sequence for the workpiece and then specify it to the radial forging machine so that the optimal stitch sequence is carried out. In this context, it is particularly preferred if the control of the radial forging machine is carried out on the basis of a pass plan calculation program, which generates an optimal stitch sequence taking into account the optimal forging strategies. In addition to the start and end geometry of the workpiece, the starting temperature, for example, is preferably also taken into account Furnace temperature, and particularly preferably also the material quality, are specified. The technology program can then calculate the best stitch sequence using all possible forging strategies. It is particularly preferred if the intermediate dimensions after each tool stroke and the forging strategy are calculated in such a way that the best shape change distribution is achieved at the end of the stitch sequence. This can be done, for example, by comparing the shape change distribution at the end of the process by calculating all possible combinations of stitch sequences and stitches in different operating modes. The design of the forging strategy is preferably carried out taking into account the system force and the available tool geometries.
Ein für derartige Zwecke besonders geeignetes Technologieprogramm zur Stichplanberechnung stellt das Comforge® Technologiepaket dar, dass mit dem Daten allen industriell relevanten Werkstoffen alle Voraussetzungen besitzt, die entsprechenden Schmiedepläne zu berechnen. Durch Comforge® steht den Anlagenbetreibern eine umfassende Datenbank für störungsfreie und technologisch bewährte Schmiedeprozesse zur Verfügung. Besonders bevorzugt wird, wenn ein Automationssystem alle Anlagenbauteile, Steuerungseinrichtungen und Sensoren überwacht und steuert. Hierdurch kann bei geeigneter Anwendung des Comforge® Technologiepakets der Ablauf des Schmiedens vom Start bis zum Ende die Geometrie der Umformung, die dabei einwirkenden Kräfte und zu beachtenden Temperaturen sowie die Zeit für jeden Stich für den gesamten Schmiededurchgang vorberechnet und modelliert werden. A technology program for pass plan calculation that is particularly suitable for such purposes is the Comforge® technology package, which, with data from all industrially relevant materials, has all the prerequisites for calculating the corresponding forging plans. Comforge® provides system operators with a comprehensive database for trouble-free and technologically proven forging processes. It is particularly preferred if an automation system monitors and controls all system components, control devices and sensors. With the appropriate application of the Comforge® technology package, the forging process from start to finish, the geometry of the forming, the forces involved and the temperatures to be taken into account as well as the time for each pass can be pre-calculated and modeled for the entire forging process.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Radialschmiedemaschine zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Verfügung gestellt. Erfindungsgemäß ist die Radialschmiedemaschine mit einer Steuerungseinrichtung versehen, die dazu ausgelegt und eingerichtet ist, die Ansteuerung der Radialschmiedemaschine auf Basis eines Stichplanberechnungsprogramms auszuführen. Dieses Stichplanberechnungsprogramm berücksichtigt bevorzugt die Start- und gewünschte Endgeometrie sowie die Starttemperatur des Radialschmiedevorgangs sowie die Werkstoffgüte des Werkstücks selbst. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn das Stichplanberechnungsprogramm auch Zwischenabmessungen des Werkstücks mit dem Ziel einer optimalen Formänderungsverteilung am Werkstück berücksichtigt. Gemäß der Erfindung wird dem Anlagenbetreiber ein Verfahren sowie eine hierfür vorgesehene Radialschmiedemaschine zur Verfügung gestellt, die in der Lage sind, eine optimale Umformung des Werkstücks angepasst auf die Werkstoffgüte und unter Anwendung einer Abfolge von vergleichsweise leicht beherrschbaren Prozessen zu ermöglichen. According to a second aspect of the present invention, a radial forging machine for carrying out the method according to the first aspect of the invention is provided. According to the invention, the radial forging machine is provided with a control device which is designed and set up to control the radial forging machine on the basis of a pass schedule calculation program. This Pass plan calculation program preferably takes into account the start and desired final geometry as well as the starting temperature of the radial forging process as well as the material quality of the workpiece itself. In this context, it is particularly preferred if the pass plan calculation program also takes into account intermediate dimensions of the workpiece with the aim of optimal shape change distribution on the workpiece. According to the invention, the system operator is provided with a method and a radial forging machine intended for this purpose, which are able to enable optimal forming of the workpiece adapted to the material quality and using a sequence of comparatively easy-to-control processes.

Claims

Patentansprüche: Patent claims:
1. Verfahren zum Radialschmieden eines Werkstücks von einem Ausgangszustand in einen Endzustand, vorzugsweise mehrfach einem Stichplan folgend von einem Ausgangszustand in einen Endzustand, mittels einer Radialschmiedemaschine, umfassend um den Umfang des Werkstücks angeordnete Schmiedewerkzeuge, vorzugsweise vier Schmiedewerkzeuge, wobei die Radialschmiedemaschine ausgelegt und eingerichtet ist, das Radialschmieden in mindestens drei Betriebsmodi auszuführen, die A) das Radialschmieden im Spiralmodus, B) das Radialschmieden im Geradeausmodus und C) das Radialschmieden im Flachmodus umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des Werkstücks von einem Ausgangszustand zu einem Endzustand als Abfolge von Radialschmiedestichen erfolgt, wobei wenigstens zwei der drei unterschiedlichen Betriebsmodi aufeinander folgend angewandt werden. 1. A method for radial forging a workpiece from an initial state to a final state, preferably several times following a pass plan from an initial state to a final state, by means of a radial forging machine, comprising forging tools arranged around the circumference of the workpiece, preferably four forging tools, the radial forging machine being designed and set up , to carry out radial forging in at least three operating modes, which include A) radial forging in spiral mode, B) radial forging in straight mode and C) radial forging in flat mode, characterized in that the forming of the workpiece from an initial state to a final state as a sequence of radial forging passes takes place, with at least two of the three different operating modes being applied consecutively.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des Werkstücks eine sich wiederholende Abfolge von unterschiedlichen Betriebsmodi, vorzugsweise beginnend mit Betriebsmodus A), gefolgt von Betriebsmodus B), daran anschließend wieder Betriebsmodus A), oder beginnend mit Betriebsmodus B), gefolgt von Betriebsmodus A), daran anschließend wieder Betriebsmodus B), besonders bevorzugt abschließend gefolgt von Betriebsmodus C), umfasst. 2. The method according to claim 1, characterized in that the forming of the workpiece involves a repeating sequence of different operating modes, preferably starting with operating mode A), followed by operating mode B), then again operating mode A), or starting with operating mode B). followed by operating mode A), then again operating mode B), particularly preferably finally followed by operating mode C).
3. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umformung des Werkstücks von einem Ausgangszustand zu einem Endzustand alle drei unterschiedlichen Betriebsmodi angewandt werden. 3. Method according to one of the preceding claims, characterized in that all three different operating modes are used when forming the workpiece from an initial state to a final state.
4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendung und/oder die Reihenfolge der Betriebsmodi in Abhängigkeit vom Werkstoff des Werkstücks erfolgt. 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the application and/or the sequence of the operating modes takes place depending on the material of the workpiece.
5. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der abschließende Stich ein Schlichten zur Einstellung der Oberflächenoptimierung ist. 5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the final stitch is a finishing to adjust the surface optimization.
6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebsmodus A) des Spiralmodus ein Drehen des Werkstücks in einem vorab festgelegten Drehwinkel um seine Längsachse nach jedem Schmiedewerkzeughub erfolgt, wobei vorzugsweise alle Schmiedewerkzeug an der Umformung teilnehmen. 6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in operating mode A) of the spiral mode, the workpiece is rotated at a predetermined angle of rotation about its longitudinal axis after each forging tool stroke, with preferably all forging tools taking part in the forming.
7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebsmodus B) des Geradeausmodus kein Drehen des Werkstücks nach jedem Werkzeughub erfolgt, wobei vorzugsweise alle Schmiedewerkzeug an der Umformung teilnehmen. 7. The method according to one of the preceding claims, characterized in that in operating mode B) of the straight-ahead mode, the workpiece is not rotated after each tool stroke, with preferably all forging tools taking part in the forming.
8. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebsmodus C) des Flachmodus nur einander gegenüberliegende Schmiedewerkzeuge, vorzugsweise zwei einander gegenüberliegende Schmiedewerkzeuge von vier um den Umfang des Werkstücks angeordneten Schmiedewerkzeugen, an der Umformung teilnehmen. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the operating mode C) of the flat mode, only opposing forging tools, preferably two opposing forging tools of four forging tools arranged around the circumference of the workpiece, take part in the forming.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht an der Umformung teilnehmenden Schmiedewerkzeuge an den Umfang des Werkstücks angestellt sind, um eine laterale Breitung des Werkstücks zumindest zu begrenzen. Radialschmiedemaschine zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialschmiedemaschine mit einer Steuerungseinrichtung verbunden ist, die dazu ausgelegt und eingerichtet ist, eine für das Werkstück optimale Stichabfolge zu berechnen und der Radialschmiedemaschine vorzugeben. Radialschmiedemaschine gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseirichtung dazu ausgelegt und eingerichtet ist, die Ansteuerung der Radialschmiedemaschine auf Basis eines Stichplanberechnungsprogramms auszuführen, das die Start- und gewünschte Endgeometrie sowie die Starttemperatur des Radialschmiedevorgangs und die Werkstoffgüte des Werkstücks berücksichtigt. Radialschmiedemaschine gemäß Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stichplanberechnungsprogramm neben der Start- und Endgeometrie auch Zwischenabmessungen des Werkstücks mit dem Ziel einer optimalen Formänderungsverteilung im Werkstück berücksichtigt. Radialschmiedemaschine gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Radialschmiedemaschine unter Berücksichtigung der maximalen Maschinenkraft sowie der Geometrien der verfügbaren Schmiedewerkzeuge erfolgt. Radialschmiedemaschine gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Betriebsmodus (C) des Flachmodus, bei dem nur einander gegenüberliegende Schmiedewerkzeuge, vorzugsweise zwei einander gegenüberliegende Schmiedewerkzeuge von vier um den Umfang des Werkstücks angeordneten Schmiedewerkzeugen, so ansteuerbar sind, dass sie an der Umformung teilnehmen, wobei die nicht an der Umformung teilnehmenden Schmiedewerkzeuge so an den Umfang des Werkstücks anstellbar sind, dass eine laterale Breitung des Werkstücks zumindest begrenzt wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that the forging tools that do not take part in the forming are placed on the circumference of the workpiece in order to at least limit a lateral spreading of the workpiece. Radial forging machine for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that the radial forging machine is connected to a control device which is designed and set up to calculate a stitch sequence that is optimal for the workpiece and to specify it to the radial forging machine. Radial forging machine according to claim 10, characterized in that the control device is designed and set up to control the radial forging machine based on a pass schedule calculation program that takes into account the start and desired end geometry as well as the start temperature of the radial forging process and the material quality of the workpiece. Radial forging machine according to claim 10 or 11, characterized in that the pass plan calculation program takes into account not only the start and end geometry but also intermediate dimensions of the workpiece with the aim of an optimal distribution of shape change in the workpiece. Radial forging machine according to one of claims 10 to 12, characterized in that the radial forging machine is controlled taking into account the maximum machine force and the geometries of the available forging tools. Radial forging machine according to one of claims 10 to 13, characterized in that in the operating mode (C) of the flat mode, in which only opposing forging tools, preferably two opposing forging tools of four forging tools arranged around the circumference of the workpiece, can be controlled in such a way that they are on take part in the transformation, although they do not take part in the transformation participating forging tools can be adjusted to the circumference of the workpiece in such a way that lateral spreading of the workpiece is at least limited.
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