DE102005016528A1 - Method for producing a high-precision bolt-shaped element, a bolt-shaped element and a device for producing the element - Google Patents

Abstract

Um ein hochpräzises bolzenförmiges Element, insbesondere Auswerferstift, Schneidstempel, Vorstaucher, Fließpressstempel, Stempel oder Ritzwellen in einfacher Weise herzustellen, ist ein Warmumformverfahren mit Hilfe einer Hammermaschine vorgesehen, bei dem ein Stempel (6) mit einer hohen Stempelgeschwindigkeit von etwa 6000 mm pro Sekunde gegen einen in einer Matrize (8) angeordneten und umzuformenden Metallstift (12) verfahren wird. Im umzuformenden Kopfbereich wird der Metallstift (12) vorher zweckdienlicherweise lediglich auf eine Temperatur von etwa 600 DEG bis 900 DEG C erwärmt.In order to produce a high-precision bolt-shaped element, in particular ejector pin, punch, Vorstaucher, extrusion punches, punches or scoring shafts in a simple manner, a hot forming method using a hammer machine is provided, in which a punch (6) with a high punch speed of about 6000 mm per second against one in a die (8) arranged and reshaped metal pin (12) is moved. In the head area to be formed, the metal pin (12) is expediently heated only to a temperature of approximately 600 ° to 900 ° C. beforehand.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochpräzisen bolzenförmigen Elements mit einem Schaft und einem warmumgeformten Kopf sowie ein derartiges bolzenförmiges Element und eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen bolzenförmigen Elements. Das bolzenförmige Element ist insbesondere ein Auswerterstift, ein Schneidstempel, ein Vorstaucher, ein Fließpressstempel, ein Stempel oder eine Ritzelwelle.The The invention relates to a method for producing a high-precision bolt-shaped element with a stem and a hot-formed head and such bolt-shaped Element and a device for producing such a bolt-shaped element. The bolt-shaped element is in particular an evaluation pen, a cutting punch, a pre-diver, an extrusion stamp, a stamp or a pinion shaft.

Auswerterstift und auch Schneidstempel weisen üblicherweise einen zylindrischen Schaft mit einem endseitigen Kopf auf. Der Schaft kann als Hülse oder als Vollmaterial ausgebildet sein. Der Kopf ist beispielsweise als Zylinderscheibe oder als Senkkopf ausgebildet. Auswerferstifte werden bei Formwerkzeugen eingesetzt, beispielsweise Spritzgusswerkzeuge, um nach dem Formungsvorgang das geformte Bauteil aus der Werkzeugform auszustoßen. Bei Schneidstempeln ist das dem Kopf abgewandte Ende des Schafts üblicherweise scharfkantig ausgebildet. Die Schneidstempel dienen beispielsweise zum Durchstanzen von Blechen. Die Schneidstempel sowie die Auswerterstifte werden aus geeigneten Stählen hergestellt. Dies sind beispielsweise legierte Kaltarbeitsstähle (WS), Warmarbeitsstähle (WAS) oder pulvermettalurgisch hergestellte Schnellarbeitsstähle, hochlegierte Kaltarbeitsstähle (HWS), Hochleistungsschnellarbeitsstähle (HSS) usw. Insbesondere bei den Schneidstempeln dient der Kopf als Angriffselement für eine Rückstellkraft, um den Schneidstempel aus dem gestanzten Loch wieder in die Ausgangsposition zurückzuziehen. Ähnliches gilt für Auswerferstift, Vorstaucher, Fließpressstempel und Stempel, die im Einsatz eine wechselnde Zug- und Druckbelastung auf den Kopf erfahren und diese am Übergang an den Schaft weitergeben. Während bei Ritzelwellen das Moment vom Zahnrad auf die Welle weitergegeben wird und deshalb der Übergang als besonders belastet zu bezeichnen ist.Auswerterstift and also have cutting punches usually a cylindrical shaft with an end-side head. The shaft can as a sleeve or be formed as a solid material. The head is for example designed as a cylindrical disc or as a countersunk head. ejector are used in molds, for example injection molds, after the molding process, the molded part from the mold eject. In cutting punches, the end of the shaft facing away from the head is usually sharp-edged. The punches are used for example for Punching sheet metal. The cutting punches and the evaluation pins are made of suitable steels produced. These are, for example, alloyed cold work steels (WS), Hot work tool steels (WAS) or powder metallurgical produced high-speed steels, high-alloyed Cold work steels (HWS), High Speed High Speed Steels (HSS), etc. In particular in the cutting dies, the head serves as an attack element for a restoring force, around the punch from the punched hole back to the starting position withdraw. something similar applies to Ejector pin, pre-ups, extrusion punches and punches, the in use an alternating tensile and compressive load on the head experienced and these at the transition pass on to the shaft. While at Pinion shafts the moment passed by the gear on the shaft and therefore the transition as particularly stressed is to call.

Der Kopf bzw. der Übergang zwischen Kopf und Schaft ist daher hohen Belastungen ausgesetzt. Insgesamt handelt es sich bei diesen Elementen um hochpräzise Teile, deren Außenabmessungen und Materialeigenschaften nur innerhalb enger Toleranzgrenzen variieren dürfen. Die Spezifikationen für die Schneidstempel ergeben sich beispielsweise aus DIN 9861, ISO 8020, DIN 9844, DIN 9840 und für Quadrat-/Rechteck- oder Profilstempel nach DIN 9846. Die Spezifikationen für Auswerferstifte bestimmen sich beispielsweise nach DIN ISO 6751, DIN ISO 8694, DIN 1530, DIN ISO 8693, DIN ISO 8405 sowie DIN IOS 6751.Of the Head or transition between head and shaft is therefore exposed to high loads. All in all these elements are high-precision parts whose outer dimensions and material properties vary only within narrow tolerance limits allowed to. The specifications for The cutting punches result, for example, from DIN 9861, ISO 8020, DIN 9844, DIN 9840 and for square / rectangular or profile stamp according to DIN 9846. The specifications for ejector pins are determined, for example, according to DIN ISO 6751, DIN ISO 8694, DIN 1530, DIN ISO 8693, DIN ISO 8405 and DIN IOS 6751.

Der Kopf dieser Elemente wird üblicherweise durch ein Warmumformverfahren ausgebildet. Hierzu wird der Schaft in einem Teilbereich des auszubildenden Kopfes auf Schmiedetemperatur, d.h. je nach Stahlart auf eine Temperatur von etwa 850° bis 1300° erwärmt. Anschließend wird mit Hilfe einer Matrize und eines zugeordneten Stempels, der gegen den erwärmten Schaftteil gepresst wird, der Kopf durch Umformen ausgebildet. Der Stempel wird hierbei durch einen Hydraulikzylinder oder durch eine Exzentervorrichtung angetrieben. Hierbei wird der Stempel bis zu einer definierten Endposition gegen den Schaft mit einer im Wesentlichen gleichbleibenden Umformgeschwindigkeit gepresst, die bei einer hydraulischen Presse bei etwa 200 bis 500 mm pro Sekunde und bei einer Exzenter- oder Kurbelpresse bei 400 bis 600 mm pro Sekunde liegen. Bei diesen Umformverfahren ergeben sich in der Regel Maßungenauigkeiten, insbesondere eine Aufdickung im Schaftbereich unter dem Kopf, die durch Nachbearbeitungsschritte behoben werden. Zudem tritt oft eine Verschlechterung der Materialeigenschaften auf. Ein besonderer Vorteil der Warmumformung des Kopfes ist darin zu sehen, dass sich aufgrund des Warmumformens ein „Faserverlauf", also Orientierungen im Gefüge ausbildet, welcher im Wesentlichen der Kopfgeometrie folgt. Im Unterschied hierzu werden bei Stiften, die durch eine spanende Bearbeitung, wie beispielsweise Einstechdrehen oder -schleifen, erzeugt werden, die Faserverläufe durch den Materialabtrag unterhalb des Kopfes unterbrochen. Insgesamt besteht hierdurch eine erhöhte Bruch- und Abrissgefahr des Kopfes. Ein Nachteil der Warmumformung gegenüber einer spanenden Bearbeitung ist darin zu sehen, dass aufgrund der Wärmebehandlung das Materialgefüge im Kopfbereich verän dert wird, und dass somit im Kopfbereich andere Materialeigenschaften, wie beispielsweise Härte, vorliegen als im Schaftbereich.Of the Head of these elements is usually by formed a hot forming process. For this purpose, the shaft is in a Part of the head to be formed at forging temperature, i. Depending on the type of steel heated to a temperature of about 850 ° to 1300 °. Subsequently, will with the help of a die and an associated punch, against the heated ones Shank part is pressed, the head formed by forming. Of the This stamp is by a hydraulic cylinder or by a Eccentric driven. Here, the stamp is up to a defined end position against the shaft with a substantially pressed constant forming speed, which in a hydraulic press at about 200 to 500 mm per second and in an eccentric or crank press at 400 to 600 mm per second. In this forming process usually result in dimensional inaccuracies, in particular a thickening in the shaft area under the head, the be corrected by post-processing steps. In addition, often occurs Deterioration of the material properties. A special advantage the hot deformation of the head can be seen in that due to the hot forming a "fiber", ie orientations in the structure which essentially follows the head geometry. In difference For this purpose, in the case of pens produced by machining, such as grooving or grinding, are generated fiber directions interrupted by the material removal below the head. All in all this is an increased Risk of breakage and demolition of the head. A disadvantage of hot forming across from A machining is to be seen in that due to the heat treatment the material structure in Head area changed becomes, and thus in the head area other material properties, such as hardness, present as in the shaft area.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und einfache Herstellung eines derartigen bolzenförmigen Elements mit guten mechanischen und werkstofftechnischen Eigenschaften zu ermöglichen.Of the present invention is based on the object, a cost-effective and simple production of such a bolt-shaped element with good mechanical and material properties to allow.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines hochpräzisen bolzenförmigen Elements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Danach ist zur Herstellung insbesondere eines Auswerferstifts oder eines Schneidstempels, Vorstauchers, Fließpresstempels, Stempels oder einer Ritzelwelle eine Warm- oder Halbwarmumformung vorgesehen, bei der ein Stempel gegen einen in einem umzuformenden Bereich erwärmten Metallstift mit hoher Stempelgeschwindigkeit größer etwa 3000 mm pro Sekunde verfahren wird. Insbesondere beträgt die Stempelgeschwindigkeit, mit der der Stempel zu Beginn des Umformvorgangs gegen den Metallstift verfahren wird, etwa 5000 bis 8000 mm pro Sekunde.The Task is according to the invention solved by a method for producing a high-precision bolt-shaped element with the features of claim 1. Thereafter, for the production in particular an ejector pin or a punch, pre-sampler, Flow stamp, stamp or a pinion shaft, hot or warm forging is provided, in which a stamp against a heated in a reshaping area metal pin with high punch speed greater about 3000 mm per second is moved. In particular, the stamp speed, with the stamp at the beginning of the forming process against the metal pin is moved, about 5000 to 8000 mm per second.

Mit Hilfe des Stempels wird daher auf den Metallstift kinetische Energie übertragen. Die Höhe dieser kinetischen Energie hängt neben der Geschwindigkeit auch von der Größe der beschleunigten Masse ab. Allgemein wird bei diesem Verfahren eine – unter den technischen Voraussetzungen – möglichst hohe Geschwindigkeit eingestellt. In Abhängigkeit der erreichbaren Stempelgeschwindigkeit wird zweckdienlicherweise die beschleunigte Masse derart gewählt, dass eine ausreichende kinetische Energie für die Umformung des Metallstifts oder Stahlstabs bereitgestellt wird.With Help of the punch is therefore transferred to the metal pin kinetic energy. The height of this kinetic energy hangs in addition to the speed also on the size of the accelerated mass from. In general, this method - if possible under the technical conditions set high speed. Depending on the achievable punch speed is expediently the accelerated mass is chosen such that a sufficient kinetic energy for the deformation of the metal pin or steel bar is provided.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass mit dieser sehr hohen Geschwindigkeit, die etwa das Zehnfache der bei Hydraulik- oder Exzenterpressen erreichbaren Geschwindigkeiten beträgt, deutlich verbesserte Eigenschaften des gefertigten Auswerferstifts oder Schneidstempels erreichen lassen. Insbesondere erfolgt aufgrund der hohen Umformgeschwindigkeit im Bereich des auszubildenden Kopfes keine oder nur eine geringe Umwandlung des Gefüges, so dass der warmumgeformte Bereich ein im Wesentlichen identisches Gefüge wie der unbehandelte Schaftbereich aufweist. D.h. die Materialeigenschaften sind über das gesamte Element weitgehend gleichbleibend, ähnlich wie bei einem durch spanende Bearbeitung hergestellten Element. Gleichzeitig bleibt jedoch der Vorteil der Warmumformung, nämlich der an die Kopfgeometrie angepasste Faserverlauf, erhalten. Durch das hier beschriebene spezielle Herstellungsverfahren, nämlich Warmumformung mit sehr hoher Umformgeschwindigkeit, werden daher die Vorteile der Warmumformung mit denen der spanenden Bearbeitung in vorteilhafter Weise kombiniert. Durch diese besonders schnelle Umformung lassen sich materialschonend sehr hohe Maßhaltigkeit und komplexe Geometrien, wie Vielzähne oder Ritzelwellen herstellen.It has surprisingly shown that at this very high speed, which is about the Ten times the speeds achievable with hydraulic or eccentric presses is, clearly improved properties of the manufactured ejector pin or cutting punch achieve. In particular, due to the high forming speed in the area of the trainee head no or only a small Transformation of the structure, so that the hot formed area is essentially identical structure as the untreated shank area has. That the material properties are about The entire element largely consistent, similar to a by cutting Machining manufactured element. At the same time, however, remains Advantage of hot forming, namely the fiber geometry adapted to the head geometry. By the special manufacturing process described here, namely hot forming with very high forming speed, therefore, the advantages the hot forming with those of the machining in an advantageous manner combined. This very fast forming can be gentle on materials very high dimensional stability and create complex geometries, such as teeth or pinion shafts.

Um eine möglichst einfache gerätetechnische Ausgestaltung zu ermöglichen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung zur Erzeugung der hohen Geschwindigkeit sowie der notwendigen Kraft zur Umformung ein Fallhammer mit einer insbesondere variablen Masse unter Ausnutzung der Erdbeschleunigung vorgesehen. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsvariante werden daher keine Hydraulik- oder sonstige Antriebseinheiten für die Bewegung des Stempels verwendet.Around one possible simple device technical To enable design is according to a preferred Training for the generation of high speed and the necessary force for forming a monkey with a particular variable Mass provided by exploiting the gravitational acceleration. According to this preferred embodiment are therefore no hydraulic or other Drive units for used the movement of the stamp.

Durch die insbesondere stufenlose Einstellung der Fallhöhe des Fallhammers sowie durch vorzugsweise stufenlose Einstellbarkeit der Masse des Fallhammers, der Wahl der Stempelform, der Matrizenform etc. lassen sich die gewünschten Arbeitsbedingungen, wie Stempelgeschwindigkeit beim Auftreffen auf den Metallstift, Impuls des auftreffenden Stempels, kinetische Energie usw., problemlos an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst einstellen. Die Einstellungen hängen hierbei von dem gewählten Werkstoff des umzuformenden Elements, vom Durchmesser des Schafts usw. ab. Die Geschwindigkeit von 3000 mm pro Sekunde lässt sich mit einem Fallhammer bereits bei einer Fallhöhe von etwa 0,5 m entsprechend der Beziehung v = (2gh)^½ erreichen. h ist hierbei die Fallhöhe und g die Erdbeschleunigung.Due to the particular stepless adjustment of the drop height of the drop hammer and preferably stepless adjustability of the mass of the drop hammer, the choice of the punch shape, the female mold, etc., the desired working conditions, such as punch speed when hitting the metal pin, impulse of the impinging punch, kinetic energy, etc ., easily adjusted to the respective application. The settings depend on the selected material of the element to be reshaped, the diameter of the shaft, etc. The speed of 3000 mm per second can be a drop hammer already at a drop height of about 0.5 m according to the relationship v = (2gh) ^½ reach. Here h is the height of fall and g is the gravitational acceleration.

Um eine möglichst flexible Einstellung der Masse des Fallhammers zu ermöglichen, werden einzelne Gewichtsplatten miteinander kombiniert, die je nach gewünschtem Gesamtgewicht ausgewählt werden.Around one possible to allow flexible adjustment of the mass of the drop hammer individual weight plates are combined with each other, depending on desired Total weight to be selected.

Alternativ zum Fallhammer wird zur Beschleunigung des Stempels eine über die Erdbeschleunigung beschleunigte Antriebsmasse herangezogen, die über ein Umlenk- oder Koppelelement, beispielsweise eine über Umlenkrollen geführte Kette oder eine steife Stange, mit dem Stempel verbunden ist, und dieser somit zumindest mittelbar über die Antriebsmasse durch die Erdbeschleunigung beschleunigt wird.alternative to the monkey is to accelerate the punch on the Acceleration accelerated drive mass used, the over Deflection or coupling element, for example, guided over pulleys chain or a stiff rod, connected to the stamp, and thus this at least indirectly via the drive mass is accelerated by the gravitational acceleration.

Alternativ zu der Ausnutzung der Erdbeschleunigung wird zur Beschleunigung des Stempels auf die Stempelgeschwindigkeit gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ein komprimiertes Gas schlagartig entspannt. Die Entspannung erfolg hierbei üblicherweise innerhalb eines Druckraums und treibt einen Pneumatikstempel an, welcher wiederum gegen den Stempel verfahren wird.alternative to the exploitation of gravity acceleration becomes acceleration the stamp on the stamp speed according to a preferred embodiment a compressed gas suddenly relaxes. The relaxation succeed usually inside a pressure chamber and power a pneumatic stamp, which in turn is moved against the stamp.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Alternative ist schließlich vorgesehen, dass der Stempel mit Hilfe eines speziellen, hochschnellbeschleunigenden elektromotorischen Antriebs beschleunigt wird.According to one Another preferred alternative is finally provided that the Stamp with the help of a special, high-speed accelerating electromotive Drive is accelerated.

Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Kopfbereich des Metallstifts vor dem Umformvorgang lediglich auf etwa 600° bis 900°C erwärmt wird. Im Unterschied zu den herkömmlichen Warmumformprozessen mittels Hydraulikpressen oder Exzenter- oder Kurbelpressen ist eine Temperatur deutlich unterhalb der sonst erforderlichen, materialabhängigen Schmiedetemperatur ausreichend. Ein besonderer Vorteil dieser geringen Temperaturen ist darin zu sehen, dass ein lokal sehr begrenzter Bereich des Metallstifts der Wärmebehandlung unterzogen wird.Preferably is further provided that the head portion of the metal pin is heated to about 600 ° to 900 ° C before the forming process. In contrast to the conventional one Hot forming processes by means of hydraulic presses or eccentric or Crank presses is a temperature well below the otherwise required material-dependent Forging temperature sufficient. A particular advantage of this low Temperatures can be seen in the fact that a locally very limited Area of metal pin of heat treatment is subjected.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung wird die Wärmebehandlung des Metallstifts im umzuformenden Kopfbereich bis zum Beginn des Umformvorgangs aufrechterhalten. Durch diese Maßnahme braucht der Metallstift nicht „überhitzt" zu werden, so dass insgesamt eine vergleichsweise geringe Temperatur ausreichend ist. Wegen der niedrigen Temperatur und der kurzen Umformzeit unmittelbar nach dem Wärmeeintrag ergibt sich nahezu keine schmiedetypische Zunderschicht, die das Teil unansehnlich macht und dadurch die Matrize verschmutzt und den Umformvorgang stört. Die geringe Temperatur ist vermutlich mit entscheidend für die guten Gefügeeigenschaften auch im wärmebehandelten Bereich. Die geringen Temperaturen lassen sich insbesondere aufgrund der hohen Umformgeschwindigkeit und des hierdurch bedingten hohen Energieeintrags verwirklichen.According to an expedient development, the heat treatment of the metal pin in the head area to be formed is maintained until the start of the forming process. By virtue of this measure, the metal pin does not need to be "overheated", so that overall a comparatively low temperature is sufficient., Because of the low temperature and the short forming time immediately after the heat input, there is almost no damage a detypical scale layer, which makes the part unsightly and thus contaminates the matrix and disturbs the forming process. The low temperature is probably decisive for the good microstructural properties even in the heat-treated area. The low temperatures can be realized in particular due to the high forming speed and the resulting high energy input.

Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung weist das hochpräzise bolzenförmige Element nach der Warmumformung bereits den fertigen Endzustand auf und wird keiner weiteren Nachbehandlung unterzogen. Es hat sich nämlich in überraschender Weise gezeigt, dass mit den oben beschriebenen Parametern bereits nach dem Umformvorgang eine sehr hohe Maßgenauigkeit erreicht ist.According to one expedient development has the high-precision bolt-shaped element after the hot forming already on the finished final state and is no further aftertreatment. It has become surprising shown that with the parameters described above already after the forming process is achieved a very high dimensional accuracy.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein bolzenförmiges Element, insbesondere ein Auswerferstift oder ein Schneidstempel, dessen Materialgefüge im warmumgeformten Kopfbereich und im unbehandelten Schaftbereich im Wesentlichen übereinstimmen. Das Materialgefüge in beiden Bereichen weist eine im Wesentlichen gleiche Korngrößenverteilung auf. Unter im Wesentlichen gleichem Materialgefüge bzw. im Wesentlichen gleiche Korngrößenverteilung wird hierbei verstanden, dass das Gefüge bzw. die Korngrößenverteilung im Schaft- und im Kopfbereich innerhalb eines Toleranzbereiches übereinstimmen oder nur geringfügig voneinander abweichen. Beispielsweise weisen die Korngrößenverteilungen eine Abweichung < 5% und insbesondere < 3% auf. Gleiches gilt vorteilhafterweise für andere Materialeigenschaften, wie beispielsweise die Härte. Der Toleranzbereich wird hierbei bestimmt zum einen durch Messtoleranzen und zum anderen durch Herstellungstoleranzen.The Task is according to the invention still solved by a bolt-shaped Element, in particular an ejector pin or a cutting punch, its material structure in the hot-formed head area and in the untreated shaft area essentially match. The material structure in Both areas have a substantially equal particle size distribution on. Under substantially the same material structure or substantially the same Particle size distribution is understood here that the structure or the particle size distribution in Shaft and head within a tolerance range match or only slightly different from each other differ. For example, the particle size distributions have a deviation <5% and in particular <3%. The same applies advantageously for other material properties, such as hardness. Of the Tolerance range is determined on the one hand by measuring tolerances and secondly by manufacturing tolerances.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung der hochpräzisen bolzenförmigen Elemente mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Zur Erzeugung der Stempelgeschwindigkeit sind geeignete Mittel vorgesehen. Dies sind beispielsweise ein speziell ausgebildeter elektromotorischer Antrieb, ein pneumatischer Antrieb, bei dem die Beschleunigung durch ein schlagartiges Entspannen eines komprimierten Gases erfolgt, oder Mittel, die unter Ausnutzung der Erdbeschleunigung den Stempel auf die hohe Geschwindigkeit beschleunigen.The Task is according to the invention still solved by a device for producing the high-precision bolt-shaped elements with the features of claim 13. To generate the stamp speed suitable means are provided. These are for example a special one trained electromotive drive, a pneumatic drive, in which the acceleration by a sudden relaxation of a compressed gas takes place, or means taking advantage of the Acceleration accelerate the stamp to the high speed.

Im Hinblick auf eine möglichst einfache Ausgestaltung weist die Vorrichtung oder Presse vorzugsweise einen senkrecht geführten Fallhammer auf, der den Stempel gegen eine Matrize verfährt. Die Vorrichtung umfasst allgemein ein oberhalb der Matrize angeordnetes Heizelement zur Erwärmung des umzuformenden Kopfbereichs des Metallstifts.in the Regard to one as possible simple embodiment, the device or press preferably a vertically guided Monkey on which moves the punch against a die. The device generally includes a heating element disposed above the die for warming the reshaped head portion of the metal pin.

Zweckdienlicherweise ist das Heizelement als feststehendes ringförmiges Element ausgebildet, dessen freier Innenraum derart bemessen ist, dass der Stempel berührungslos durch den freien Innenraum zum Metallstift verfahrbar ist. Durch die Ausgestaltung als feststehendes Element kann die Wärmebehandlung bis unmittelbar zum Beginn des Umformprozesses problemlos aufrechterhalten werden. Das Heizelement braucht also nicht verfahren zu werden, um den Weg für den Stempel freizugeben. Auch lassen sich hierdurch hohe Taktraten erhalten. Bevorzugt wird als Heizelement eine Hochfrequenz-Induktionsspule eingesetzt.Conveniently, the heating element is designed as a fixed annular element whose free interior is dimensioned such that the stamp contactless can be moved through the free interior to the metal pin. By the design as a fixed element, the heat treatment up to the beginning of the forming process easily maintained become. So the heating element does not need to be moved to the way for to release the stamp. This also allows high clock rates receive. The heating element used is preferably a high-frequency induction coil used.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:One embodiment The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. It show each in schematic and highly simplified representations:

1 eine teilweise Schnittansicht einer nach Art einer Hammermaschine ausgebildeten Umformvorrichtung mit einem Fallhammer, 1 a partial sectional view of a trained like a hammer machine forming device with a monkey,

2 einen Auswerferstift oder Schneidstempel in schematisierter Darstellung, 2 an ejector pin or punch in a schematic representation,

3 eine teilweise Schnittansicht einer alternativen, horizontal ausgerichteten Umformvorrichtung bei der der Stempel mit Hilfe eines schlagartig expandierenden Gases beschleunigt wird und 3 a partial sectional view of an alternative, horizontally oriented forming device in which the stamp is accelerated by means of a sudden expanding gas and

4 eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Umformvorrichtung, bei der der Stempel mit Hilfe eines speziellen elektromotorischen Antriebs beschleunigt wird. 4 a partial sectional view of another forming device in which the stamp is accelerated by means of a special electric motor drive.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures are like-acting parts with the same reference numerals Mistake.

Die in den 1, 2 und 3 dargestellten Umformvorrichtungen weisen jeweils eine Führungsplatte 2 auf, die in den Ausführungsbeispielen gleitend an zwei Führungsstangen 4 sehr präzise, d. h. weitgehend spielfrei und zudem möglichst reibungsfrei geführt ist. Der Stempel 6 ist über eine Stempelaufnahme 7 mit der Führungsplatte 2 verbunden und an dieser befestigt.The in the 1 . 2 and 3 Forming devices shown each have a guide plate 2 on, in the embodiments sliding on two guide rods 4 very precise, ie largely free of play and also guided as smoothly as possible. The Stamp 6 is over a stamp recording 7 with the guide plate 2 connected and attached to this.

Gegenüberliegend zur Führungsplatte 2 ist eine Matrize 8 mit einer Aufnahme 10 für einen umzuformenden Metallstift 12 vorgesehen. Nach dem Umformvorgang weist dieser beispielsweise die in 2 dargestellte Geometrie eines fertigen Auswerferstifts oder Schneidstempels 14 auf. Dieser umfasst einen Kopf 14A sowie einen Schaft 14B und ist üblicherweise als um seine Längsachse rotationssymmetrischer Körper mit kreisrunder Querschnittsfläche ausgebildet. Die Aufnahme 10 der Matrize 8 weist im Wesentlichen die Geometrie des zu fertigenden Kopfes 14A des Schneidstempels 14 auf.Opposite to the guide plate 2 is a die 8th with a recording 10 for a metal pin to be formed 12 intended. After the forming process, this example, the in 2 illustrated geometry of a finished ejector pin or cutting punch 14 on. This includes a head 14A and a shaft 14B and is usually formed as about its longitudinal axis rotationally symmetrical body with circular cross-sectional area. The recording 10 the matrix 8th essentially has the geometry of the head to be manufactured 14A the cutting punch 14 on.

An die Matrize 8 schließt sich ein sogenannter Stauchturm 15 an, der eine zylindrische Führung für den Metallstift 12 ausbildet und diesen gegen ein Ausknicken beim Umformvorgang sichert. Gegenüberliegend zum Stauchturm 15 ist wiederum ein so genannter Amboss 17 angeordnet, der einen Anschlag für den umzuformenden Metallstift 12 in Axialrichtung bildet und die während des Umformvorgangs auftretenden axialen Kräfte aufnimmt. Der Amboss 17 ist zweckdienlicher weise in Axialrichtung einstellbar, um die axiale Länge bzw. die axiale Position des Schneidstempels 14 beim Umformvorgang exakt zu positionieren.To the matrix 8th closes a so-called Stauchturm 15 on, which is a cylindrical guide for the metal pin 12 forms and this secures against buckling during the forming process. Opposite to the Stauchturm 15 is in turn a so-called anvil 17 arranged, a stop for the metal pin to be formed 12 forms in the axial direction and absorbs the axial forces occurring during the forming process. The anvil 17 is expediently adjustable in the axial direction to the axial length or the axial position of the cutting punch 14 to position exactly during the forming process.

Die Umformvorrichtung umfasst weiterhin ein Heizelement 16, das oberhalb der Aufnahme 10 angeordnet ist. Es weist einen freien Innenraum 18 auf, der derart bemessen ist, dass sowohl der Metallstift 12 als auch der Stempel 6 hindurchgeführt werden können.The forming device further comprises a heating element 16 that is above the picture 10 is arranged. It has a free interior 18 on, which is dimensioned such that both the metal pin 12 as well as the stamp 6 can be passed.

Beim Herstellungsverfahren wird zunächst der Metallstift 12 in die Aufnahme 10 eingesteckt. Hierbei steht der Stift 12 mit einem Teilbereich, in dem der Kopf ausgeformt wird, über die Matrize 8 hervor. Hierzu ist beispielsweise eine hier nicht dargestellte Federlagerung vorgesehen. Mit Hilfe des Heizelements 16, welches insbesondere als eine Hochfrequenz-Induktionsspule ausgebildet ist, wird der obere Bereich des Metallstifts 12 in wenigen Sekunden auf die notwendige Umformtemperatur, insbesondere im Bereich zwischen 600° und 900°C erwärmt. Anschließend wird der Stempel 6 auf eine möglichst hohe Stempelgeschwindigkeit zu Beginn des Umformvorgangs beschleunigt. Unter Berücksichtigung der Stempelgeschwindigkeit wird hierbei die beschleunigte und auf den Metallstift 12 einwirkende Masse derart gewählt, dass die auf den Metallstift 12 übertragene kinetische Energie möglichst genau der Energie entspricht, die zur Umformung und zur Ausformung des Kopfbereichs notwendig ist. Diese notwendige Energie setzt sich einerseits aus der notwendigen Energie für die plastische Verformung sowie der inneren Energie, d. h. der im Metallstift 12 erzeugten Wärme, zusammen. Hierbei können über 90% der eingesetzen kinetischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt werden. Durch die vom Stempel 6 ausgeübte Kraft wird der Metallstift 12 zunächst gegen den Amboss 17 gedrückt. Anschließend beginnt die Umformung zur Ausbildung des Kopfes 14A. Danach wird der ausgebildete Schneidstempel 14 ausgeworfen.In the manufacturing process, the metal pin is first 12 in the recording 10 plugged in. This is the pen 12 with a portion in which the head is formed, over the die 8th out. For this purpose, for example, a spring bearing, not shown here is provided. With the help of the heating element 16 , which is designed in particular as a high-frequency induction coil, the upper portion of the metal pin 12 heated in a few seconds to the necessary forming temperature, in particular in the range between 600 ° and 900 ° C. Subsequently, the stamp 6 accelerated to the highest possible stamp speed at the beginning of the forming process. Taking into account the stamping speed, this is the accelerated and the metal pin 12 acting mass is chosen such that on the metal pin 12 transmitted kinetic energy corresponds as closely as possible to the energy that is necessary for forming and forming the head area. On the one hand, this necessary energy consists of the necessary energy for the plastic deformation as well as the internal energy, ie the one in the metal pin 12 generated heat, together. Over 90% of the kinetic energy used can be converted into thermal energy. By the stamp 6 applied force becomes the metal pin 12 first against the anvil 17 pressed. Subsequently, the deformation begins to form the head 14A , Thereafter, the trained cutting punch 14 ejected.

Die unterschiedlichen Umformvorrichtungen gemäß den 2, 3 und 4 unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Art der Beschleunigung des Stempels 6. Die bevorzugte Ausführungsvariante ist hierbei die nach 2, bei der die Um formvorrichtung nach Art einer Hammermaschine ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsvariante lassen sich durch einen geringen konstruktiven Aufwand in einfacher Art und Weise hohe Stempelgeschwindigkeiten erzielen, die zudem sehr genau eingestellt werden können. Durch eine genaue Einstellung der Masse ist daher insgesamt eine sehr genaue Einstellung der kinetischen Energie möglich.The different forming devices according to the 2 . 3 and 4 Essentially differ by the way the stamp is accelerated 6 , The preferred embodiment is here after 2 in which the order forming device is designed in the manner of a hammer machine. In this embodiment can be achieved by a low design effort in a simple manner high punch speeds, which can also be set very accurately. By a precise adjustment of the mass therefore a very precise adjustment of the kinetic energy is possible.

Bei dieser Ausführungsvariante bildet die Führungsplatte 2 eine Grundplatte 20A eines Fallhammers 20 aus, welcher im Ausführungsbeispiel neben der Grundplatte 20A eine zusätzliche Gewichtsplatte 20B aufweist. Nach dem Aufheizvorgang wird eine hier nicht dargestellte Arretierung des Fallhammers 20 gelöst und der Stempel 6 wird durch die Gewichtskraft des Fallhammers 20 über eine Fallhöhe h hinweg in Richtung zum Stempel 6 beschleunigt und erreicht auf der Höhe der Matrize 8 seine höchste Stempelgeschwindigkeit, bevor der Umformvorgang einsetzt.In this embodiment, the guide plate forms 2 a base plate 20A a monkey 20 from, which in the embodiment next to the base plate 20A an additional weight plate 20B having. After the heating process, a detent not shown here of the drop hammer 20 solved and the stamp 6 is determined by the weight of the monkey 20 over a drop height h away towards the stamp 6 accelerated and reached at the level of the matrix 8th its highest punch speed, before the forming process begins.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß der 3 ist die Umformvorrichtung insgesamt und damit die Führungsstangen 4 horizontal ausgerichtet. Die Beschleunigung erfolgt auf pneumatischem Wege. Hierzu ist ein Druckzylinder 24 vorgesehen, in dem ein Pneumatikstempel 26 verschieblich geführt ist. Der Pneumatikstempel 26 wirkt auf die Führungsplatte 2 ein. Der Druckzylinder 24 weist einen Expansionsraum 28 auf, in den bei Bedarf in hier nicht näher dargestellter Art und Weise ein zuvor komprimiertes Gas zur Entspannung eingeleitet wird. Das Gas wird hierzu beispielsweise in einem hier nicht näher dargestellten Druckspeicher auf einen sehr hohen Druck komprimiert und aus diesem Druckspeicher bei Bedarf über das Öffnen eines Ventils in den Expansionsraum 28 hinein entspannt. Hierdurch wird der Pneumatikstempel 26 schlagartig beschleunigt, so dass insgesamt der Stempel 6 auf die gewünschte hohe Stempelgeschwindigkeit beschleunigt wird.In the embodiment according to the 3 is the forming device as a whole and thus the guide rods 4 aligned horizontally. The acceleration takes place pneumatically. For this purpose, a printing cylinder 24 provided in which a pneumatic stamp 26 slidably guided. The pneumatic stamp 26 acts on the guide plate 2 one. The printing cylinder 24 has an expansion area 28 on, in the manner not shown here in a manner previously introduced a compressed gas for relaxation is initiated. The gas is compressed for this purpose, for example, in a pressure accumulator not shown here to a very high pressure and from this pressure accumulator as needed via the opening of a valve in the expansion space 28 relaxed in it. This will be the pneumatic stamp 26 accelerated abruptly, so that in total the stamp 6 is accelerated to the desired high punch speed.

Bei der Ausführungsvariante gemäß der 4 erfolgt die Beschleunigung mit Hilfe eines speziellen elektromotorischen Antriebs 30. Dieser umfasst ein in Richtung des Doppelpfeils verschiebbares und nach Art einer Antriebsnoppe ausgebildetes Antriebselement 32. Über das linear verschiebliche Antriebselement 32 wird die Führungsplatte 2 beschleunigt.In the embodiment according to the 4 the acceleration takes place with the help of a special electromotive drive 30 , This comprises a displaceable in the direction of the double arrow and designed in the manner of a drive knob drive element 32 , About the linearly displaceable drive element 32 becomes the guide plate 2 accelerated.

Sowohl der Pneumatikstempel 26 als auch das Antriebselement 32 berühren hierbei lediglich die Führungsplatte 2 und sind mit dieser nicht fest verbunden. Nach einem vorgegebenen Beschleunigungsweg wird die Führungsplatte 2 frei gegeben. Durch diese Maßnahme wird sicher gestellt, dass spätestens bei Beginn des Umformvorgangs der Pneumatikstempel 26 bzw. das Antriebselement 32 nicht mehr auf die Führungsplatte 2 einwirkt. Hierdurch wird zum einen gewährleistet, dass es sich um eine arbeitsgebundene Wirkungsweise handelt, dass also lediglich die kinetische Energie zur Umformung herangezogen wird, und nicht die von den elektromotorischen Antrieb 30 oder von dem Druckzylinder 24 unmittelbar ausgeübte Kraft auf den Metallstift 12 übertragen wird.Both the pneumatic stamp 26 as well as the drive element 32 only touch the guide plate 2 and are not tied to it. After a predetermined acceleration path, the guide plate 2 Approved. By this measure, it is ensured that at the latest at the beginning of the forming process of the pneumatic temple 26 or the drive element 32 no longer on the guide plate 2 acts. This ensures, on the one hand, that it is a work-related mode of action, that is, only the kinetic energy is used for forming, and not that of the electromotive drive 30 or from the impression cylinder 24 immediately exerted force on the metal pin 12 is transmitted.

Insbesondere bei hohen Umformenergien und den hierbei üblicherweise hohen Impulsübertragungen vom Stempel 6 auf dem Metallstift 12 und den Amboss 17 ist vorzugsweise vorgesehen, einen Gegenimpuls auf den Amboss 17 über geeignete Maßnahmen beispielsweise auf pneumatischen und elektromotorischem Weg bereit zu stellen, wie dies durch den Pfeil am Amboss 17 angedeutet ist.Especially at high forming energies and the usually high pulse transmissions from the stamp 6 on the metal pin 12 and the anvil 17 is preferably provided, a counter-pulse on the anvil 17 to provide suitable measures, for example, pneumatic and electromotive way, as indicated by the arrow on the anvil 17 is indicated.

Durch das hier beschriebene Herstellungsverfahren lassen sich insbesondere folgende Vorteile erreichen:

• – Der Schneidstempel 14 weist sowohl im Schaft 14B als auch im Kopf 14A ein im Wesentlichen gleiches, homogenes Gefüge mit nahezu identischer Korngrößenverteilung auf. Das Gefüge nach der Wärmebehandlung entspricht daher dem des Ausgangsmaterials.
• – Die Härte des Kopfes 14A entspricht im Wesentlichen der Härte des Schafts 14B.
• – Es ist bereits eine geringe Umformtemperatur im Bereich zwischen 600° und 900°C ausreichend. Es wird also im Wesentlichen bei dem hier beschriebenen Massivumformen durch Stauchen ein Halbwarmumformverfah ren durchgeführt. Dadurch ist die Belastung der Bauteile, also des Schneidstempels 14 sowie auch der Matrize 8, gering gehalten.
• – Zwischen dem Aufwärmvorgang des Metallstifts 12 und dem Beginn des Umformvorgangs ist keine Wartezeit vorgesehen, so dass der Metallstift 12 vor Beginn des Umformvorgangs nicht abkühlt. Hierdurch ist kein „Überhitzen" erforderlich.
• – Aufgrund der Warmumformung zeigt das Gefüge einen an die Geometrie des Schneidstempels 14 angepassten „Faserverlauf".
• – Die aus der Umformvorrichtung ausgeworfenen fertigen Bauteile 14 weisen bereits eine hohe Maßgenauigkeit auf und benötigen keine Nachbehandlungsschritte mehr, es sind daher auch keine weiteren Nachbearbeitungsmaßnahmen vorgesehen.
• – Aufgrund der hohen Stempelgeschwindigkeit erfolgt eine vergleichsweise rasche Umformung, so dass bis zur Beendigung des Umformvorgangs nur eine geringe Abkühlung des Metallstifts 12 auftritt. Ganz im Gegenteil wird bei der Umformung die gespeicherte Bewegungsenergie zu nahezu 97% in innere Energie (Temperaturerhöhung) umgewandelt. D. h. das Teil nimmt in der Bearbeitungszeit mehr Energie auf als es an seine Umgebung abgeben kann.
• – Aufgrund der Ausgestaltung nach Art einer Hammermaschine erfolgt eine arbeitsgebundene Umformung, d.h. die Umformung ist beendet, sobald die kinetische Energie des Stempels 6 aufgebraucht ist. Im Unterschied zu weggebundenen Maschinen, wie beispielsweise einer Hydraulik- oder Exzenterpresse, bei der der Stempel bis zu einer definierten Endposition unabhängig von der aufzuwendenden Arbeit verstellt wird, wird insbesondere die Matrize 8, der Stauchturm 15, der Amboss 17 sowie die gesamte Maschine weniger beansprucht. Bei den weggebundenen Maschinen besteht nämlich die Gefahr, dass geringfügig überschüssiges Material mit hohem Druck gegen die Wandung der Aufnahme 10 gepresst wird und diese hierbei verformt.
• – Aufgrund der niedrigeren Temperaturen, der kurzen Umformzeit und der damit verbundenen hohen Maßhaltigkeit tritt an der Kopfunterseite am Schaft 14B allenfalls eine geringe Schaftverdickung auf, die an sich unerwünscht ist.
• – Durch die geringen Temperaturen ist insgesamt ein Material schonendes Herstellungsverfahren mit kurzer Taktzeit ermöglicht.
• – Der Einsatz einer Hammermaschine ist eine denkbar einfache Ausführungsform, die kostengünstig, verschleißarm und zuverlässig betrieben werden kann.

The production method described here can in particular achieve the following advantages:

• - The cutting punch 14 points both in the shaft 14B as well as in the head 14A a substantially equal, homogeneous microstructure with almost identical particle size distribution. The microstructure after the heat treatment therefore corresponds to that of the starting material.
• - The hardness of the head 14A essentially corresponds to the hardness of the shaft 14B ,
• - It is already sufficient for a low forming temperature in the range between 600 ° and 900 ° C. Thus, it is essentially carried out by upsetting a Halbwarmumformverfah ren in the case of massive forming described here. As a result, the burden of the components, so the cutting punch 14 as well as the matrix 8th , kept low.
• - Between the warm-up of the metal pin 12 and the beginning of the forming process, no waiting time is provided, so that the metal pin 12 Do not cool before starting the forming process. As a result, no "overheating" is required.
• - Due to the hot forming the structure shows a to the geometry of the cutting punch 14 adapted "fiber flow".
• - The finished components ejected from the forming device 14 Already have a high dimensional accuracy and require no post-treatment steps more, so there are no further post-processing measures provided.
• - Due to the high punch speed is a comparatively rapid transformation, so that until the completion of the forming process, only a slight cooling of the metal pin 12 occurs. On the contrary, during the transformation, the stored kinetic energy is converted into almost 97% internal energy (temperature increase). Ie. the part consumes more energy during processing than it can deliver to its environment.
• - Due to the design in the manner of a hammer machine is a work-related deformation, ie the transformation is completed as soon as the kinetic energy of the punch 6 is used up. In contrast to weggebundenen machines, such as a hydraulic or eccentric press, in which the stamp is adjusted to a defined end position regardless of the work to be applied, in particular the die 8th , the bulge tower 15 , the anvil 17 and less stress on the entire machine. With the machines tied away there is the danger that slightly excess material with high pressure against the wall of the recording 10 is pressed and this deformed.
• - Due to the lower temperatures, the short forming time and the associated high dimensional accuracy occurs at the top of the head on the shaft 14B at most a slight thickening of the shaft, which is undesirable in itself.
• - Due to the low temperatures, a material-friendly manufacturing process with a short cycle time is possible in total.
• - The use of a hammer machine is a very simple embodiment that can be operated inexpensively, wear and reliable.

Das hier beschriebene Verfahren zur Warm- und Halbwarmumformung mit der hohen Stempelgeschwindigkeit und der besonders guten Dosierbarkeit der Kraft, die durch den Stempel auf den umformenden Bereich einwirkt, insbesondere mit den geringen Umformtemperaturen, lässt sich insbesondere für die Herstellung von Auswerferstiften oder Schneidstempeln verwenden. Insbesondere ist mit diesem Verfahren auch die Herstellung von derartigen Elementen mit geringem Durchmesser von beispielsweise lediglich 0,5 mm problemlos und vollautomatisch mit hoher Maßgenauigkeit ermöglicht. Aufgrund der mit diesem Verfahren erreichbaren hohen Maßgenauigkeit bei gleichzeitig sehr guten Gefügeeigenschaften wird dieses Verfahren insbesondere auch für die Herstellung von hochpräzisen Bauteilen, beispielsweise für die Medizintechnik und insbesondere auch zur Herstellung von Zahnrädern oder Ritzelwellen eingesetzt. Bei Ritzelwellen ist der Kopf 14A nach Art eines Zahnrads oder eines Ritzels ausgebildet. Insgesamt sind mit dem hier beschriebenen Verfahren hochpräzise Schmiedeteile herstellbar.The method described here for hot and warm forging with the high punch speed and the particularly good metering of the force acting on the forming area by the punch, in particular with the low forming temperatures, can be used in particular for the production of ejector pins or cutting punches. In particular, this method also allows the production of such elements with a small diameter of, for example, only 0.5 mm easily and fully automatically with high dimensional accuracy. Due to the achievable with this method high dimensional accuracy combined with very good structural properties of this method is used in particular for the production of high-precision components, for example for medical technology and in particular for the production of gears or pinion shafts. For pinion shafts, the head is 14A formed in the manner of a gear or a pinion. Overall, high-precision forgings can be produced with the method described here.

Entscheidend bei dem vorliegenden Verfahren ist die hohe Stempelgeschwindigkeit. Im Ausführungsbeispiel wird zur Erreichung der hohen Stempelgeschwindigkeit eine Hammermaschine eingesetzt. Prinzipiell können diese hohen Geschwindigkeiten beispielsweise auch mit pneumatischen Antrieben oder elektrischen Stellantrieben erzielt werden. Bei der Verwendung von sehr großen Massen für den Fallhammer 20 und bei hohen Geschwindigkeiten ist es aufgrund des dann hohen Impulseintrags von Vorteil, wenn zum Ausgleich des Impulseintrags ein Gegenimpuls in geeigneter Weise erzeugt wird.Decisive in the present method is the high punch speed. In the embodiment, a hammer machine is used to achieve the high punch speed. In principle, these high speeds can be achieved, for example, with pneumatic drives or electric actuators the. When using very large masses for the monkey 20 and at high speeds it is advantageous due to the then high pulse input, if a counter-pulse is generated in a suitable manner to compensate for the pulse input.

22

Führungsplatteguide plate

44

Führungsstangeguide rod

66

Stempelstamp

77

Stempelaufnahmepunch holder

88th

Matrizedie

1010

Aufnahmeadmission

1212

Metallstiftmetal pin

1414

Schneidstempelcutting punch

14A14A

Kopfhead

14B14B

Schaftshaft

1515

StauchturmStauch tower

1616

Heizelementheating element

1717

Ambossanvil

1818

freier Innenraumfree inner space

2020

Fallhammermonkeys

20A20A

Grundplattebaseplate

20B20B

Gewichtsplatteweight plate

2424

Druckzylinderpressure cylinder

2626

Pneumatikstempelpneumatic rams

2828

Expansionsraumexpansion space

3030

elektromotorischer Antriebelectromotive drive

3232

Antriebselementdriving element

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines hochpräzisen bolzenförmigen Elements (14) mit einem Schaft (14B) und einem warmumgeformten Kopf (14A), bei dem in eine Matrize (8) ein umzuformender Metallstift (12) eingesteckt, der Metallstift (12) in einem umzuformenden Bereich erwärmt wird und bei dem der Metallstift (12) mit Hilfe eines Stempels (6) und der Matrize (8) zur Ausbildung des Kopfes (14A) umgeformt wird, wobei der Stempel (6) zu Beginn des Umformvorgangs mit einer Stempelgeschwindigkeit größer etwa 3000 mm/s, insbesondere mit einer Stempelgeschwindigkeit im Bereich von etwa 5000 bis 80000 mm/s, gegen den Metallstift (12) verfahren wird.Method for producing a high-precision bolt-shaped element ( 14 ) with a shaft ( 14B ) and a hot-formed head ( 14A ), in which in a die ( 8th ) a metal pin to be formed ( 12 ), the metal pin ( 12 ) is heated in a region to be reshaped and wherein the metal pin ( 12 ) with the help of a stamp ( 6 ) and the die ( 8th ) for the training of the head ( 14A ) is formed, the stamp ( 6 ) at the beginning of the forming operation with a punch speed greater than about 3000 mm / s, in particular with a punch speed in the range of about 5000 to 80000 mm / s, against the metal pin ( 12 ). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Erzeugung der Stempelgeschwindigkeit ein Fallhammer (20) unter Ausnutzung der Erdbeschleunigung eingesetzt wird.Method according to Claim 1, in which a monkey ( 20 ) is used by exploiting the gravitational acceleration. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Masse des Fallhammers (20) einstellbar ist und hierzu einzelne, miteinander kombinierbare Gewichtsplatten (20B) verwendet werden.Method according to Claim 2, in which the mass of the drop hammer ( 20 ) is adjustable and for this purpose individual, combinable weight plates ( 20B ) be used. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Beschleunigung des Stempels (6) auf die Stempelgeschwindigkeit eine Antriebsmasse über ein Umlenk- oder Koppelelement mit dem Stempel (6) verbunden ist und durch die Erdbeschleunigung beschleunigt wird.Method according to Claim 1, in which, in order to accelerate the stamp ( 6 ) on the punch speed a drive mass via a deflection or coupling element with the stamp ( 6 ) and accelerated by the gravitational acceleration. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Beschleunigung des Stempels (6) auf die Stempelgeschwindigkeit ein komprimiertes Gas schlagartig entspannt wird.Method according to Claim 1, in which, in order to accelerate the stamp ( 6 ) At the punch speed a compressed gas is suddenly relaxed. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Beschleunigung des Stempels (6) auf die Stempelgeschwindigkeit ein elektromotorischer Antrieb verwendet wird.Method according to Claim 1, in which, in order to accelerate the stamp ( 6 ) An electric motor drive is used on the punch speed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine arbeitsgebundene Umformung erfolgt und die mit dem Stempel (6) auf den Metallstift (12) übertragene kinetische Energie derart eingestellt wird, dass sie genau der für den Umformvorgang notwendigen Energie entspricht.Method according to one of the preceding claims, in which a work-related deformation takes place and which with the punch ( 6 ) on the metal pin ( 12 ) transmitted kinetic energy is adjusted so that it corresponds exactly to the energy necessary for the forming process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der umzuformende Bereich des Metallstifts (12) auf etwa 600° bis 900°C erwärmt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the region of the metal pin ( 12 ) is heated to about 600 ° to 900 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wärmebehandlung des Metallstifts (12) im Kopfbereich bis zum Beginn des Umformvorgangs aufrechterhalten wird.Method according to one of the preceding claims, in which the heat treatment of the metal pin ( 12 ) is maintained in the head area until the beginning of the forming process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das hochpräzise bolzenförmige Element nach der Warmumformung bereits den fertigen Endzustand aufweist und keiner weiteren Nachbehandlung unterzogen wird.Method according to one of the preceding claims, in the highly precise bolt-shaped element after the hot forming already has the finished final state and no further aftertreatment. Bolzenförmiges Element mit einem Schaft (14B) und einen warmumgeformten Kopf (14A), das insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, dessen Materialgefüge im warmumgeformten Kopfbereich und im unbehandelten Schaftbereich im Wesentlichen übereinstimmen.Bolt-shaped element with a shaft ( 14B ) and a hot-formed head ( 14A ), which is produced in particular according to one of the preceding claims, whose material structure in the hot-formed head region and in the untreated shank region substantially coincide. Element nach Anspruch 11, das nach dem Warmumformen im Kopfbereich im Wesentlichen die gleiche Härte aufweist wie im Schaftbereich.An element according to claim 11 which after hot working has substantially the same hardness in the head area as in the shaft area. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit – zumindest einem Führungselement (4) – einem Stempel (6), der zumindest mittelbar am Führungselement (4) verschieblich gelagerten ist, – mit einer Matrize (8) zur Aufnahme eines umzuformenden Metallstifts (12), die am unteren Ende des Führungselements angeordnet ist, mit – einem Heizelement (16), das oberhalb der Matrize (8) zur Erwärmung eines umzuformenden Kopfbereichs des Metallstifts (12) angeordnet ist, wobei – Mittel zur Beschleunigung des Stempels auf eine Stempelgeschwindigkeit vorgesehen sind, die zu Beginn des Umformvorgangs größer etwa 3000 mm/s ist und insbesondere im Bereich von etwa 5000 bis 80000 mm/s liegt.Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 10, comprising - at least one guide element ( 4 ) - a stamp ( 6 ), at least indirectly on the guide element ( 4 ) is displaceably mounted, - with a die ( 8th ) for receiving a metal pin ( 12 ), which is arranged at the lower end of the guide element, with - a heating element ( 16 ) above the die ( 8th ) for heating a to be formed head portion of the metal pin ( 12 ), wherein - Means are provided for accelerating the punch to a punch speed, which is greater than about 3000 mm / s at the beginning of the forming operation and in particular in the range of about 5000 to 80000 mm / s. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der – das Führungselement (4) senkrecht ausgerichtet ist – ein Fallhammer (20) am Führungselement (4) gelagert ist und bei der – der Stempel (6) am Fallhammer (20) angeordnet ist.Apparatus according to claim 13, wherein - the guide element ( 4 ) is oriented vertically - a monkey ( 20 ) on the guide element ( 4 ) and in which - the stamp ( 6 ) at the monkey 20 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei der das Heizelement (16) als feststehendes ringförmiges Element ausgebildet ist, dessen freier Innenraum (18) derart bemessen ist, dass der Stempel (6) berührungslos durch den freien Innenraum (18) zum Metallstift (12) verfahrbar ist.Apparatus according to claim 13 or 14, wherein the heating element ( 16 ) is formed as a fixed annular element whose free interior ( 18 ) is dimensioned such that the stamp ( 6 ) contactlessly through the free interior ( 18 ) to the metal pin ( 12 ) is movable.