DE10047467C5

DE10047467C5 - Vorrichtung und Verfahren zum Umformen, insbesondere mit hydraulischer Schließvorrichtung

Info

Publication number: DE10047467C5
Application number: DE10047467A
Authority: DE
Inventors: Richard Knödler
Original assignee: L Schuler GmbH
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: ES2199649A1; KR20020023152A; ITMI20011942A1; US20020040589A1; ES2199649B1; JP2002102988A; DE10047467A1; ITMI20011942A0; DE10047467B4

Abstract

Vorrichtung zum Umformen, umfassend:
wenigstens ein Werkzeugoberteil (3),
wenigstens eine obere Matrize (5), die an dem Werkzeugoberteil angeordnet ist,
wenigstens ein Werkzeugunterteil (4),
wenigstens eine untere Matrize (6), die an dem Werkzeugunterteil angeordnet ist, und
eine zweistufige Schließeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Matrizen (5, 6) im geschlossenen Zustand zusammenzuhalten,
mit wenigstens einer ersten Schließvorrichtung (16) für einen ersten Schließvorgang, die einen druckbeaufschlagten ersten Ringkolben (18) aufweist, der mit einem ersten Blasenspeicher oder Kolbenspeicher (20) kommuniziert, und
mit wenigstens einer zweiten Schließvorrichtung (17) für einen weiteren darauf folgenden Schließvorgang, die einen druckbeaufschlagten zweiten Ringkolben (19) aufweist, der mit einem zweiten Blasenspeicher oder Kolbenspeicher (21) kommuniziert,
wobei die erste Schließvorrichtung (16) und die zweite Schließvorrichtung unterschiedliche Schließkräfte aufweisen,
wobei der erste und der zweite Ringkolben (18, 19) in dem Werkzeugoberteil (3) oder dem Werkzeugunterteil (4) angeordnet sind,
mit einem Druckring bzw....

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umformen, insbesondere mit hydraulischer Schließvorrichtung.
Stand der Technik
Derartige Vorrichtungen bzw. Verfahren sind bekannt, z. B. aus der DE 4418922 A1 . Hier wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmieden eines Polrades aus Stahl dargestellt. Zur Herstellung wird eine aus zwei Hälften bestehende Form verwendet, die in eine Presse einsetzbar ist. Die beiden Formhälften sind vor dem Umformbeginn derart verschließbar, daß kein Gratspalt mehr vorhanden ist. Die Innenkontur der Formhälften bei geschlossener Form entspricht genau der Endform des Polrades. In der einen Formhälfte ist ein mittiger Preßstempel axial verschieblich geführt, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Fußkreisdurchmesser des Polrades
Weiter ist ein derartiges Verfahren bzw. eine Vorrichtung in der DE 4426180 A1 vorveröffentlicht. Dort wird ein Verfahren zur Herstellung von Kegelzahnrädern mit einbaufertiger Verzahnung offenbart. Die Zahnräder werden durch eine mehrstufige Umformung in einer vertikal schließenden Mehrstufenpresse mit einer Oberflächenhärte der Gesenke von mindestens 50 Rockwell geformt. Die Ausformung der Verzahnung erfolgt durch Querfließpressen, das bevorzugt beginnt, bevor die Werkzeughälften geschlossen sind
Aus der DE 14814487 A1 ist eine Schliessvorrichtung zum Verschliessen von Urform- und Umformwerkzeugen vorzugsweise in einfach wirkenden Maschienen mit einer einstellbaren Schliesskraft, die durch die Komprimierung hydraulischer oder mechanischer Federelemente waehrend der Maschinenstoesselbewegung erzeugt wird bekannt, wobei bei Erreichen der notwendigen Schliesskraft in den Zylindern durch das Oeffnen der Ventile und die Kopplung der Kolben ueber die Zugstangen und die Kupplungen mit dem Stoessel das Volumen und der Druck in dem Hydrauliksystem konstant bleiben, wodurch die Aufrechterhaltung der Schliesskraft zwischen den Hohlformhaelften gewaehrleistet wird und der Maschinenantrieb durch die Rueckkopplung der Schliesskraft ueber die Kolben, die Zugstangen, die Kupplungen und das Querjoch auf den Stoessel von der Schliesskraft und somit weiterer Schliessarbeit vollstaendig entlastet wird, wodurch eine lastfreie Bewegung des verriegelten Werkzeuges ermoeglicht wird.
Die US-PS 5 195 349 offenbart ein Werkzeug zum Massivumformen. Das Werkzeug weist eine obere und eine untere Matrize auf, der eine Schließvorrichtung zugeordnet ist. Des Weiteren weist das Werkzeug einen oberen Werkzeugteil auf, der fest mit der oberen Matrize verbunden ist. Der untere Werkzeugteil ist fest mit einem ortsfest gelagerten Pressentisch verbunden.
Bei einem solchen Werkzeug muss das Volumen des Rohlings weitgehend genau mit dem Innenvolumen des Werkzeugs übereinstimmen.
Aufgabenstellung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Umformvorrichtung zu schaffen, bei der die Füllung der Form zuverlässig funktioniert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei ist von Vorteil, daß die Schließkraft mittels der zwei Schließvorrichtungen, die unterschiedliche Schließkräfte aufweisen, an den benötigten Preßkraftverlauf, der für eine komplette Formfüllung des Werkzeugs notwendig ist, anpassbar ist.
Erfindungsgemäß ist in einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß die Vorrichtung wenigstens einen Stempel aufweist. Diese Stempel erweisen sich unter anderem als vorteilhaft im Falle des Auswerfens des fertigen Teiles aus dem Werkzeug.
Es erweist sich als vorteilhaft, daß durch die Verwendung von unterschiedlichen Speichern unterschiedliche Schließkräfte realisierbar sind.
In einer anderen erfindungsgemäßen Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Vorrichtung einen Gegenstempel aufweist.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Vorrichtung wenigstens einen Auswerferstift aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Presse zum Umformen gelöst, die eine eingangs beschriebene Vorrichtung zum Umformen auf weist.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Presse wenigstens einen Stößel und wenigstens einen Pressentisch aufweist.
Eine andere erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, daß die Presse wenigstens einen Stößelauswerferbolzen und wenigstens einen Tischauswerferbolzen aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Umformen gelöst, wobei eine Vorrichtung und/oder eine Presse zum Umformen, wie weiter oben beschrieben, zum Einsatz kommen. Von Vorteil ist hierbei, daß mittels dieses Verfahrens hergestellte Teile wegen der kompletten Formfüllung des Werkzeuges sehr präzise gefertigt werden.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung ist in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt, es zeigen
1 eine schematisch Darstellung der Umformvorrichtung
2 eine Umformvorrichtung nach 1 in geöffnetem Zustand vor dem Umformen
3 eine Darstellung des Kraft-Weg-Verlaufs des Umformvorganges
4 zwei FEM-Netz-Darstellungen
In 1 ist ein Stößel 1 über einem Pressentisch 2 einer Presse zum Umformen dargestellt. An der Unterseite des Stößel 1 ist ein Werkzeugoberteil 3 angeordnet, das seinerseits oberhalb bzw. über einem Werkzeugunterteil 4 angeordnet ist. An der Unterseite des Werkzeugoberteils 3 ist eine obere Matrize 5 angeordnet, die in dem Werkzeugoberteil montiert ist und im wesentlichen in Stößelbewegungsrichtung bewegt wird. Die untere Matrize 6 ist ähnlich wie ihr oben angeordnetes Gegenstück auf bzw. in dem Werkzeugunterteil angeordnet, so daß auch die Matrize im wesentlichen in Stößelbewegungsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Der Gegenstempel 7, der dem Stempel 8 gegenüberliegend angeordnet ist, ist in der Matrize 5 und dem Werkzeugoberteil 3 längsverschieblich angeordnet. Der Stempel 8, der in dem Werkzeugunterteil angeordnet ist, wird von einer Presshülse 9 umgeben. Der obere Auswerferstift 10 ist ebenfalls längsverschieblich im Werkzeugoberteil 3 in der Weise angeordnet, daß er mit dem Gegenstempel kommuniziert. Im Stößel 1 ist der Stößelauswerferbolzen 11 längsverschieblich angeordnet, so daß er im Auswurffall den Auswurfstift 10 kontaktiert, der dann den Auswerferimpuls auf den Gegenstempel 7 überträgt, der seinerseits das umgeformte Teil aus dem offenen Werkzeug wirft. Im Pressentisch 2 ist ein Tischauswerferbolzen 12 längsverschieblich angeordnet, der im Auswurffall seinen Impuls auf einen ebenfalls längsverschieblich im wesentlichen im Werkzeugunterteil 4 angeordneten Auswerferstift 13 weitergibt. Der Auswerferstift kommuniziert dann mit den drei Auswerferstiften 14, die ihrerseits ihre Bewegung auf die Presshülse 9 weitergeben, die dann das umgeformte Teil aus dem geöffneten Werkzeug wirft. Unterhalb der Matrize 6 ist ein Druckring 15 angeordnet. Dieser Druckring 15 bewirkt gemeinsam mit der Schließvorrichtung 16 sowie dem Ringkolben I mit Druckhülse 18 ein erstes Schließen des Werkzeugs, wobei in dieser ersten Variante ein größerer Weg und eine niedrige Schließkraft erforderlich sind, wie dies auch aus 3, Kurve 4 zu entnehmen ist.
Diesem ersten Schließvorgang folgt ein weiterer Schließvorgang, bei dem ein kurzer Weg und eine zusätzliche, höhere Schließkraft auf das Werkzeug wirkt, dies ist ebenfalls der 3, Kurve 2 zu entnehmen. Ausgelöst wird dieser weitere Schließvorgang durch Ringkolben 19 mit Druckhülse 18 in der Weise, daß die Druckhülse auf den Ringkolben 19 wirkt. Auf diese Weise erfolgt eine Addition der Schließkräfte, die sicherstellt, daß das umzuformende Teil in der geschlossenen Umformform die vorgegebene Kontur vollständig annimmt. Dieser Vorgang findet in der Schließvorrichtung 17 statt. Schließvorrichtung 17 kommuniziert mit Ringkolben 19. Der Blasenspeicher 20 und der Blasenspeicher 21 kommunizieren mit den Schließvorrichtungen 17, 16 in der Weise, daß sie über entsprechend komprimierte Luftpolster verfügen, die sicherstellen, daß die jeweiligen Schließvorgänge definiert ablaufen. In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die zweistufige Schließvorrichtung in einem Mehrfachwerkzeug wenigstens einmal angeordnet ist. In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die zweistufige Schließvorrichtung nicht am Pressentisch angeordnet ist, sondern am Stößel. Eine andere alternative Ausgestaltung sieht vor, daß sowohl am Pressentisch als auch am Stößel eine derartige Schlißvorrichtung angeordnet ist.
Eine geöffnete Vorrichtung zum Umformen vor dem Umformen mit einem noch nicht umgeformten Umformteil 22 ist in 2 zu sehen, das in die offene Matrize 6 gesteckt wird. Es ist ein Stößel 1 über einem Pressentisch 2 einer Presse zum Umformen dargestellt. An der Unterseite des Stößel 1 ist ein Werkzeugoberteil 3 angeordnet, das über einem Werkzeugunterteil 4 angeordnet ist. An der Unterseite des Werkzeugoberteils 3 ist eine obere Matrize 5 angeordnet. Die untere Matrize 6 ist wie ihr gegenüberliegend angeordnetes Gegenstück auf bzw. in dem Werkzeugunterteil 4 angeordnet. Wenn der Umformvorgang beginnt, bewegt sich die Matrize 5 samt der an ihr angebrachten Elemente auf ihr Gegenstück Matrize 6 zu. Die Matrizen 5, 6 erreichen einn ander und schließen somit die offenen Matrizenteile in der Weise, daß sie formschlüssig aufeinander zu liegen kommen. Im ersten Schritt des Umformvorganges arbeitet der Stößel 1 samt Werkzeugoberteil 3 und der Matrize 5, 6 gegen den Ringkolben 18, der mit dem Blasenspeicher 20 kommuniziert. Im Verlauf dieses ersten Umformschrittes versucht das zwischenzeitlich an die Matrizenwände gelangte Material des Umformteiles 22 die Matrize 5, 6 zu öffnen. Den Preßkrftverlauf dieses ersten Schrittes wird in 3 als Kurve 2 dargestellt. Im weiteren Verlauf des Umformvorganges wirkt der Ringkolben 18 samt den über ihm angeordneten Elementen Matrize 5, 6, Werkzeugoberteil 3 und Stößel 1 auf den Ringkolben 19, sobald diese den Ringkolben erreichen. Ringkolben 19 kommuniziert mit dem Blasenspeicher 21. Der Kraft-Wege-Verlauf dieses zweiten Schrittes wird in 3 durch die Kurve 4 dargestellt. Der zurückzulegende Weg des ersten Schrittes ist deutlich größer als der des zweiten Schrittes. Der Gegenstempel 7, der dem Stempel 8 gegenüberliegend angeordnet ist, ist in der Matrize 5 und dem Werkzeugoberteil 3 längsverschieblich angeordnet. Der Stempel 8, der im wesentlichen in dem Werkzeugunterteil 4 angeordnet ist, wird von einer Preßhülse 9 umgeben. Im Stößel 1 ist der Stößelauswerferbolzen 11 längsverschieblich angeordnet, so daß er im Auswurffall den Auswurfstift 10 kontaktiert, der dann den Auswerferimpuls auf den Gegenstempel 7 überträgt, der seinerseits das umgeformte Teil aus dem offenen Werkzeug wirft. Der obere Auswerferstift 10 ist im Werkzeugoberteil 3 in der Weise angeordnet, daß er auf den Gegenstempel 7 stößt und im vorliegenden Beispiel diesen Gegenstempel 7 dazu veranlaßt, aus der Matrize 5 herauszutreten. Wenn der Umformvorgang beendet ist, hilft somit der Gegenstempel 7, das umgeformte Teil, aus der Matrize 5 auszutragen. Im Pressentisch 2 ist ein Tischauswerferbolzen 12 längsverschieblich angeordnet, der im Falle des Auswerfens seinen Impuls auf einen ebenfalls längsverschieblich im Werkzeugunterteil 4 angeordneten Auswerferstift 13 weitergibt. Der Auswerferstift 13 kommuniziert dann mit den drei Auswerferstiften 14, die ihrerseits ihre Bewegung auf die Presshülse 9 weitergeben, die dann das umgeformte Teil aus dem geöffneten Werkzeug werfen. Unterhalb der Matrize 6 ist ein Druckring 15 angeordnet. Dieser Druckring 15 bewirkt gemeinsam mit der Schließvorrichtung 16 sowie dem Ringkolben I mit Druckhülse 18 ein erstes Schließen des Werkzeugs, wobei in dieser ersten Variante ein größerer Weg und eine niedrige Schließkraft erforderlich sind, wie dies auch aus 1 Kurve 4 zu entnehmen ist.
Diesem ersten Schließvorgang folgt ein weiterer Schließvorgang, bei dem ein kurzer Weg und eine zusätzliche, höhere Schließkraft auf das Werkzeug wirkt, dies ist ebenfalls der 3, Kurve 2 zu entnehmen. Dieser Vorgang findet in der Schließvorrichtung 17 statt. Schließvorrichtung 17 kommuniziert mit Ringkolben 19. Der Blasenspeicher 20 und der Blasenspeicher 21 kommunizieren mit den Schließvorrichtungen 17, 16 in der Weise, daß sie über entsprechend komprimierte Luftpolster verfügen, die sicherstellen, daß die jeweiligen Schließvorgänge definiert ablaufen. In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß statt der Blasenspeicher Kolbenspeicher zum Einsatz kommen. Hierbei ist von Vorteil, daß diese Kolbenspeicher kleiner bauen und vor allem lageunabhängig verbaubar sind. Eine weitere alternative Ausgestaltung sieht vor, daß statt der vorgesehenen Druckringe auch am Umfang verteilt angeordnete Druckbolzen zum Einsatz kommen. Derartige Werkzeuge kommen beispielsweise in Exzenter oder Kniehebelpressen zum Einsatz.
3 zeigt den Kurvenverlauf (2, 4) der zwei Schließvorgänge.
4 zeigt in Bild 1 ein FEM Netz vor der Umformung.
4 zeigt in Bild 2 ein FEM Netz nach der Umformung.

Claims

Vorrichtung zum Umformen, umfassend: wenigstens ein Werkzeugoberteil (3), wenigstens eine obere Matrize (5), die an dem Werkzeugoberteil angeordnet ist, wenigstens ein Werkzeugunterteil (4), wenigstens eine untere Matrize (6), die an dem Werkzeugunterteil angeordnet ist, und eine zweistufige Schließeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Matrizen (5, 6) im geschlossenen Zustand zusammenzuhalten, mit wenigstens einer ersten Schließvorrichtung (16) für einen ersten Schließvorgang, die einen druckbeaufschlagten ersten Ringkolben (18) aufweist, der mit einem ersten Blasenspeicher oder Kolbenspeicher (20) kommuniziert, und mit wenigstens einer zweiten Schließvorrichtung (17) für einen weiteren darauf folgenden Schließvorgang, die einen druckbeaufschlagten zweiten Ringkolben (19) aufweist, der mit einem zweiten Blasenspeicher oder Kolbenspeicher (21) kommuniziert, wobei die erste Schließvorrichtung (16) und die zweite Schließvorrichtung unterschiedliche Schließkräfte aufweisen, wobei der erste und der zweite Ringkolben (18, 19) in dem Werkzeugoberteil (3) oder dem Werkzeugunterteil (4) angeordnet sind, mit einem Druckring bzw. mit Druckbolzen (15) zur Abstützung der oberen oder der unteren Matrize (5, 6) gegen den ersten Ringkolben mit Druckhülse (18), die auf den zweiten Ringkolben (19) wirkt, um den genannten weiteren Schließvorgang auszulösen, um eine Addition der Schließkräfte zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens einen Druckring (15) und/oder wenigstens drei Druckbolzen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens einen Stempel (8) aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens einen Gegenstempel (7) aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens einen Auswerferstift (10, 13, 14) aufweist.
Presse zum Umformen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche aufweist.
Presse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Stößel (1) und wenigstens einen Pressentisch (2) aufweist.
Presse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Presse wenigstens einen Stößelauswerferbolzen (11) und/oder wenigstens einen Tischauswerferbolzen aufweist.
Verfahren zum Umformen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung und/oder eine Presse nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche zum Einsatz kommt.