DE102010019547A1 - Cold forging device for surface of metal workpiece, has hollow piston element with pneumatic hammer adjustably arranged in adapter housing to position pneumatic hammer with impact head during pre-loading on metal surface - Google Patents

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Abstract

The device (1) has a pneumatic hammer (2) provided with an impact head (3). A processing machine (5) with a compressed air supply line (9) is provided for the pneumatic hammer. A tensioning device (6) is provided for attachment of the pneumatic hammer on a metal surface (10). The pneumatic hammer is arranged in a hollow piston element (7). The hollow piston element with the pneumatic hammer is adjustably arranged in an adapter housing (8) to position the pneumatic hammer with the impact head during pre-loading on the metal surface. An independent claim is also included for a method for processing metal surfaces.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kaltschmiedevorrichtung und ein Verfahren für eine Oberfläche eines Metallwerkstücks, insbesondere zum inkrementellen Kaltschmieden.The The invention relates to a cold forging apparatus and a method for a surface of a metal workpiece, in particular for incremental cold forging.

Der Einsatz des sogenannten inkrementellen Kaltschmiedens ist zur mechanischen Bearbeitung metallischer Oberflächen bekannt, um die Festigkeit durch Beeinflussung der Eigenspannungen zu steigern, die Härte an der Oberfläche zu erhöhen sowie die Oberfläche einzuglätten beziehungsweise zu strukturieren oder die Reibeigenschaften zu optimieren.Of the Use of the so-called incremental cold forging is mechanical Machining metallic surfaces known to increase the strength To increase the influence of residual stresses, the hardness to increase the surface as well as the surface smooth out or structure or the Optimize friction properties.

Aus dem Stand der Technik sind dazu elektromagnetische Systeme bekannt, etwa aus der WO 2007/016919 A1 , in der ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kalten Mikroschmiedetechnik von beliebigen 3-D-Freiformflächen offenbart ist. Nachteile der elektromagnetischen Systeme liegen in dem hohen Verschleiß und einem geringen Wirkungsgrad, sowie geringen Standzeiten und eine starke Erwärmung und geometrische Abweichungen bei der Bearbeitung der Mentaloberfläche.Electromagnetic systems are known from the prior art, such as from WO 2007/016919 A1 in which a method and apparatus for cold microforging of any 3-D freeform surfaces is disclosed. Disadvantages of the electromagnetic systems are the high wear and low efficiency, as well as short life and a strong heating and geometric variations in the processing of the mental surface.

Auch die Verwendung pneumatischer Systeme für die Bearbeitung von Metalloberflächen gehört zum Stand der Technik. So ist in der WO 95/23051 ein pneumatischer Schlaghammer bekannt, der eine verbesserte Luftkissenenergieabsorption bei Leerhüben oder dem unteren Todpunkt des Hammerkolbens durch eine verbesserte geradlinige Bewegung des Stempelabschnitts des Hammerkolbens bereitstellt. Dadurch wird eine wirksame, nichtmetallische Dichtung zwischen einem Stempelabschnitt und einer zylindrischen Bohrung mit verbesserter Dichtigkeit der energieabsorbierenden Luftkissenkammer bereitgestellt. Schließlich wurden in einer Veröffentlichung ( L. Hacini, N. Van Lê P. Bocher, Experimental Mechanics, (2009) 49: 775–783 ) die positiven Auswirkungen von Kaltschmieden auf Metalloberflächen, insbesondere geschweißten Metalloberflächen beschrieben, in der Kaltschmieden geeignet ist mechanische Spannungen in der Metalloberfläche, die beispielsweise durch Schweißen entstehen, zu entspannen. Dies wurde anhand von geschmiedeten Edelstahlplatten, die unter Verwendung eines pneumatischen Hammers kalt gehämmert wurden, untersucht.The use of pneumatic systems for processing metal surfaces also belongs to the state of the art. So is in the WO 95/23051 a pneumatic percussion hammer which provides improved air cushion energy absorption at idle strokes or the bottom dead center of the hammer piston through improved linear motion of the plunger portion of the hammer piston. This provides an effective, non-metallic seal between a die portion and a cylindrical bore with improved sealing of the energy absorbing air cushion chamber. Finally, in a publication ( L. Hacini, N. Van Lê P. Bocher, Experimental Mechanics, (2009) 49: 775-783 ) describes the positive effects of cold forging on metal surfaces, in particular welded metal surfaces, in which cold forging is able to relax mechanical stresses in the metal surface, such as by welding. This was examined using forged stainless steel plates which were cold hammered using a pneumatic hammer.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Kaltschmiedevorrichtung zu schaffen, die eine maschinelle inkrementelle Bearbeitung von Metalloberflächen derart bereitstellt, dass Oberflächen nahe Druckeigenspannungen eingebracht werden, um die Wechselfestigkeit zu erhöhen, so wie die Oberfläche einzuglätten und auszuhärten. Die mit der Vorrichtung geschaffenen Oberflächen sollen eine höhere Bearbeitungsqualität aufweisen und die zum inkrementellen Kaltschmieden verwendete Vorrichtung soll günstig in der Anschaffung und im Unterhalt sein.outgoing from this prior art, the present invention is the The object of a cold forging device to create a automatic incremental processing of metal surfaces such that surfaces provide near compressive stresses be introduced to increase the resistance to change, as the surface smoothen and harden. The created with the device surfaces are intended have higher quality processing and the Incremental cold forging used device should be cheap to be in the purchase and maintenance.

Diese Aufgabe wird durch eine Kaltschmiedevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is by a cold forging device with the features of claim 1.

Die Aufgabe der Schaffung eines entsprechenden Kaltschmiedeverfahrens, mit dem Metalloberflächen geglättet und gehärtet werden können, wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 bereitgestellt.The Task of creating a corresponding cold forging method, smoothed and hardened with the metal surface will be through a procedure with the characteristics of claim 6 provided.

Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.further developments the apparatus and the method are set forth in the respective subclaims.

Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kaltschmiedevorrichtung zur Bearbeitung einer Oberfläche eines Metallwerkstücks bezieht sich darauf, dass die Kaltschmiedevorrichtung einen Pneumatikhammer mit einem Schlagkopf und eine Bearbeitungsmaschine umfasst, die mit einer Druckluftzuleitung für den Pneumatikhammer ausgestattet ist und zur geführten Positionierung des Pneumatikhammers an der Metalloberfläche eine Spannvorrichtung aufweist.A first embodiment of the invention Cold forging device for processing a surface of a metal workpiece refers to the fact that the cold forging device a pneumatic hammer with a percussion head and a processing machine includes, with a compressed air supply line for the pneumatic hammer equipped and for the guided positioning of the pneumatic hammer has a clamping device on the metal surface.

Um nun gleichmäßige Schlagenergien auch bei ungleichmäßigen Werkstückoberflächen zu erreichen, wird der Pneumatikhammer mit dem Schlagkopf gegen die Metalloberfläche mit einer Vorspannung aufgebracht, in dem die Kaltschmiedevorrichtung eine Positioniervorrichtung umfasst, die die geführte Positionierung des Pneumatikhammers unter Vorspannung des Schlagkopfes gegen die Metalloberfläche bereitstellt. Diese Positioniervorrichtung wird durch ein Adaptergehäuse gebildet, das lösbar in der Spannvorrichtung der Bearbeitungsmaschine festgelegt ist. In dem Adaptergehäuse ist ein Hohlkolbenelement verschiebbar angeordnet, in dem der Pneumatikhammer angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Schlagkopf des Pneumatikhammers gleichmäßigere Schläge ausführen, die zu einer höheren Bearbeitungsqualität der zu bearbeiteten Metalloberfläche führt.Around now even strike energy even with uneven To achieve workpiece surfaces, the pneumatic hammer with the impact head against the metal surface with a Bias applied in which the cold forging a Positioning device includes the guided positioning of the pneumatic hammer under bias of the impact head against the Metal surface provides. This positioning device is formed by an adapter housing, which is releasable in the clamping device of the processing machine is fixed. In the adapter housing a hollow piston element is displaceable arranged in which the pneumatic hammer is arranged. To this Way, the impact head of the pneumatic hammer can be more even Perform blows that result in higher quality machining leads to the processed metal surface.

Vorzugsweise erfolgt die Vorspannung des Pneumatikhammers gegen das Metallwerkstück pneumatisch, indem die Positioniervorrichtung mit einer Druckluftzuleitung verbunden ist, so dass das Hohlkolbenelement, in dem der Pneumatikhammer festgelegt ist, in dem Adaptergehäuse mit Druckluft beaufschlagt werden kann und dadurch der Schlagkopf gegen die Metalloberfläche vorgespannt wird. Vorteilhaft kann hierbei der gleiche Druckerzeuger und die gleiche Druckluftzuleitung wie für den Antrieb des Pneumatikhammers verwendet werden. Da das Hohlkolbenelement eine wesentlich größere Angriffsfläche als der Pneumatikhammer besitzt, ist bei gemeinsamer einheitlicher Druckbeaufschlagung die auf das Hohlkolbenelement ausgeübte Kraft größer als auf den Pneumatikhammer. Somit ergibt sich in apparativ einfacher Weise eine Vorspannung des Pneumatikhammers gegen das Metallwerkstück.Preferably, the bias of the pneumatic hammer against the metal workpiece takes place pneumatically by the positioning device is connected to a compressed air supply, so that the hollow piston element, in which the pneumatic hammer is fixed, can be acted upon in the adapter housing with compressed air and thereby the impact head is biased against the metal surface. Advantageously, in this case the same pressure generator and the same compressed air supply as used for the drive of the pneumatic hammer. Since that Hollow piston member has a much larger attack surface than the pneumatic hammer, the force exerted on the hollow piston member is greater force than the pneumatic hammer with common uniform pressurization. Thus results in a simple apparatus a bias of the pneumatic hammer against the metal workpiece.

Ein besonderer Vorteil bei der Verwendung eines Pneumatikhammers gegenüber einem elektromagnetischen Kaltschmiedesystem liegt darin, dass in dem pneumatischen System keinerlei Resonanzen auftreten, die die Gleichmäßigkeit der Bearbeitungsergebnisse beeinträchtigen können. So können die Vorteile des inkrementellen Kaltschmiedens, die unter anderem in der Einsparung von Material- und Bearbeitungskosten liegen, durch die Vorteile des vorgespannten pneumatischen Schlagsystems kombiniert werden, mittels denen eine höhere Bearbeitungsqualität durch gleichmäßigere Schlagenergien erreicht werden kann, die selbst wiederum in Abhängigkeit des zugeführte Drucks in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 1 Joule/Schlag variiert werden können.One particular advantage compared to the use of a pneumatic hammer An electromagnetic cold forging system is that in the pneumatic system, no resonances occur, the Uniformity of the machining results can. So can the advantages of incremental Cold forging, which, among other things, saves on material and processing costs are due to the benefits of the prestressed pneumatic impact system can be combined by means of which a higher machining quality through more even Impact energies can be achieved, which in turn depend on the supplied pressure in a range of about 0.1 to about 1 joule / beat can be varied.

Die Druckluftzuleitung, die vorteilhaft gemeinsam sowohl für den Pneumatikhammer als auch für die pneumatische Vorspannung benutzt werden kann, liegt vorteilhaft zentral in der Bearbeitungsmaschine und kann in deren Spannvorrichtung münden, so dass die normalerweise seitlich angeschlossenen Druckluftschläuche entfallen, die einerseits einen erhöhten Anschlussaufwand und andererseits unter Umständen eine Behinderung des Verfahrwegs des Pneumatikhammers bedeuten könnten.The Compressed air supply, which is beneficial for both the pneumatic hammer as well as for the pneumatic preload can be used advantageously located centrally in the processing machine and can open into the clamping device, so that the usually side-connected compressed air hoses eliminated, on the one hand an increased connection costs and on the other hand possibly a hindrance to the travel path of the pneumatic hammer could mean.

In einer Ausführungsform kann das Adaptergehäuse mit einem Gewinde ausgestattet sein, so dass das Adaptergehäuse zusammen mit dem integrierten Pneumatikhammer in die Bearbeitungsmaschine beziehungsweise in die Spannvorrichtung der Bearbeitungsmaschine eingeschraubt werden kann, so dass die Bearbeitungsmaschine selbst auch für andere Bearbeitungsprozesse genutzt werden kann, indem das Adaptergehäuse aufgeschraubt wird, und somit die Bearbeitungsmaschine mit einem anderen schraubbefestigbaren Bearbeitungskopf ausgestattet werden kann.In In one embodiment, the adapter housing be threaded, so that the adapter housing together with the integrated pneumatic hammer in the processing machine or in the clamping device of the processing machine can be screwed, so that the machine itself can also be used for other machining processes by the adapter housing is screwed on, and thus the processing machine equipped with another screw-mounted machining head can be.

Mit einer so ausgeführten Kaltschmiedevorrichtung können Beschaffungs- und Rüstkosten verringert werden, auch Umbaukosten können durch die austauschbare Ausführung des Adaptergehäuses günstig und einfach durchgeführt werden.With a so executed cold forging can Procurement and set-up costs are reduced, including conversion costs can be replaced by the replaceable design of the Adapter housing cheap and easy become.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bearbeitung von Metalloberflächen insbesondere zur Durchführung von inkrementellem Kaltschmieden mittels einer erfindungsgemäßen Kaltschmiedevorrichtung umfasst dazu das Führen des Pneumatikhammers durch die Bearbeitungsmaschine über dem zu bearbeitenden Werkstück und das Anordnen, respektive Positionieren, des Schlagkopfs direkt an der zu bearbeitenden Oberfläche. Um den Pneumatikhammer mit dem Schlagkopf in die Metalloberfläche vorzuspannen, wird auf das in dem Adaptergehäuse verschiebbar angeordnete Hohlkolbenelement ein Druck in Richtung Metalloberfläche ausgeübt, so dass die durch ein Beaufschlagen des Pneumatikhammers mit Druckluft durch die Druckluftzuleitung ausgeführten Hübe des Schlagkopfs unter Vorspannung erfolgen, die dann auch bei unregelmäßiger Werkstückoberfläche gleichmäßige Schlagenergien erzielen und damit oberflächennahe Druckeigenspannungen in die Metallwerkstückoberfläche einbringen, wodurch die Wechselfestigkeit erhöht wird und die Oberfläche mit höherer Bearbeitungsqualität eingeglättet und ausgehärtet wird.One Inventive method for processing Metal surfaces, in particular for implementation of incremental cold forging by means of an inventive Cold forging device comprises for this purpose the guiding of the pneumatic hammer through the processing machine over the to be processed Workpiece and arranging, respectively positioning, of Impact head directly on the surface to be processed. To bias the pneumatic hammer with the impact head into the metal surface, is placed on the displaceable in the adapter housing Hollow piston element a pressure in the direction of metal surface exercised, so that by applying the pneumatic hammer performed with compressed air through the compressed air supply line Strokes of the impact head are done under bias, which then even with irregular workpiece surface achieve uniform impact energy and thus near-surface compressive stresses in the metal workpiece surface bring, whereby the change resistance is increased and the surface smoothed with higher quality machining and cured.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Vorspannen des Pneumatikhammers gegen die Metalloberfläche pneumatisch, indem das Hohlkolbenelement mit Druckluft beaufschlagt wird, wobei die gleiche Druckluftzuleitung wie für den Pneumatikhammer zur Zufuhr der Druckluft verwendet werden kann.In In a preferred embodiment, pretensioning takes place pneumatic hammer against the metal surface pneumatically, by the hollow piston element is acted upon with compressed air, wherein the Same compressed air supply as for the pneumatic hammer can be used to supply the compressed air.

So lassen sich einerseits Hübe des Schlagkopfs mit geringer Schlagenergie pro Hub in einem Bereich von 0,1 Joule/Schlag ausführen, wenn Metalle geringer Festigkeit wie etwa Blei-, Zinn- und/oder Zinklegierungen bearbeitet werden sollen, oder auch Metalle, die eine hohe Sprödigkeit aufweisen; es können aber auch Hübe des Schlagkopfs mit einer hohen Schlagenergie pro Hub in einem Bereich um 1 Joule/Schlag ausgeführt werden, um schwer zu bearbeitende Metalle beziehungsweise deren Oberfläche zu glätten.So On the one hand, strokes of the impact head can be reduced Perform impact energy per stroke in a range of 0.1 Joule / beat, when metals of low strength such as lead, tin and / or Zinc alloys are to be processed, or even metals, the have high brittleness; but it can also strokes of the impact head with a high impact energy per stroke in a range of 1 joule / beat, difficult-to-process metals or their surface to smooth.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.These and further advantages are provided by the following description with reference to the accompanying figures.

Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.Of the Reference to the figures in the description is for assistance the description and the easier understanding of the Object. Objects or parts of objects, which are essentially the same or similar be provided with the same reference numerals. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the Invention.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine schematische Seitenansicht einer Kaltschmiedevorrichtung gemäß der Erfindung, 1 a schematic side view of a cold forging device according to the invention,

2 eine schematische Seitenschnittansicht eines mittels Hohlkolbenelement in dem Adaptergehäuse der Kaltschmiedevorrichtung angeordneten Pneumatikhammers. 2 a schematic side sectional view of a arranged by means of hollow piston element in the adapter housing of the cold forging apparatus pneumatic hammer.

Die Kaltschmiedevorrichtung 1, wie sie in 1 dargestellt ist, besteht aus einer Bearbeitungsmaschine 5, die unter Umständen auch durch einen Industrieroboter bereitgestellt sein kann, so dass die Bearbeitungsmaschine beziehungsweise der Industrieroboter den Pneumatikhammer 2 über die Metalloberfläche 10 führen und platzieren kann. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die Bearbeitungsmaschine 5 stationär ist und das Metallwerkstück unter den Pneumatikhammer geführt wird.The cold forging device 1 as they are in 1 is shown, consists of a processing machine 5 , which may also be provided by an industrial robot under certain circumstances, so that the processing machine or the industrial robot the pneumatic hammer 2 over the metal surface 10 lead and place. However, it can also be provided that the processing machine 5 is stationary and the metal workpiece is guided under the pneumatic hammer.

Der Pneumatikhammer 2 ist in 1 nur angedeutet, in 2 ist der Pneumatikhammer 2 skizziert, generell handelt es sich um einen Pneumatikhammer aus dem Stand der Technik, wie er zum Beispiel als Gravierstift erhältlich ist. In 1 ist der Pneumatikhammer 2 mit seinem Schlagkopf 3 in Kontakt mit der zu bearbeitenden Metalloberfläche 10 positioniert. Die Hübe, die der Schlagkopf 3 ausführt, sind durch den Doppelpfeil C angedeutet. Der Pneumatikhammer 2 ist im Hohlkolbenelement 7 angeordnet, das gleichzeitig der Führung des Pneumatikhammers 2 in dem Adaptergehäuse 8 dient. Durch die Verschiebbarkeit des in dem Hohlkolbenelement 7 angeordneten Pneumatikhammers 2 kann der Pneumatikhammer und damit auch der Schlagkopf 3 mit einer Vorspannung gegen die Metalloberfläche 10 beaufschlagt werden, was vorzugsweise pneumatisch geschieht.The pneumatic hammer 2 is in 1 only hinted at 2 is the pneumatic hammer 2 sketched, in general, it is a pneumatic hammer from the prior art, as it is available, for example, as engraving. In 1 is the pneumatic hammer 2 with his head 3 in contact with the metal surface to be processed 10 positioned. The strokes, the blow head 3 executes are indicated by the double arrow C. The pneumatic hammer 2 is in the hollow piston element 7 arranged, at the same time the leadership of the pneumatic hammer 2 in the adapter housing 8th serves. By the displaceability of the in the hollow piston element 7 arranged pneumatic hammer 2 can the pneumatic hammer and thus the impact head 3 with a preload against the metal surface 10 be acted upon, which is preferably done pneumatically.

Generell ist selbstverständlich denkbar, dass die Vorspannung des Pneumatikhammers auch durch andere Vorschubmittel bereitgestellt werden kann, sei es durch Federkräfte oder elektrisch angetrieben.As a general rule is of course conceivable that the bias of the Pneumatic hammer also provided by other feed means can be, whether by spring forces or electrically driven.

Die pneumatische Vorspannung bietet allerdings den Vorteil, dass die für den Betrieb des Pneumatikhammers erforderliche Druckluft A, die durch eine zentral in der Bearbeitungsmaschine 5 angeordnete Druckluftzuleitung 9 zugeführt wird, gleichzeitig auch zur Druckbeaufschlagung des Hohlkolbenelements 7 verwendet wird, auf das aufgrund der Größenangriffsfläche ein höherer Druck ausgeübt wird als auf den Pneumatikhammer 2 und so in einfacher Weise die Vorspannung bereitgestellt wird.The pneumatic bias, however, has the advantage that required for the operation of the pneumatic hammer compressed air A, which by a central in the processing machine 5 arranged compressed air supply line 9 is supplied, at the same time for pressurizing the hollow piston element 7 is used, on the basis of the size application area, a higher pressure is exerted than on the pneumatic hammer 2 and thus the bias voltage is provided in a simple manner.

Zu sehen ist in 1 auch der Eingriff des Adaptergehäuses 8 in die Spannvorrichtung 6 der Bearbeitungsmaschine 5, die hier durch einen flanschartigen Überstand des Adaptergehäuses 8 dargestellt ist. Hier ist vorteilhaft auch die Druckluftzuleitung 9 angeordnet, die zentral durch die Spannvorrichtung 6 in das Adaptergehäuse 8 mündet.You can see it in 1 also the engagement of the adapter housing 8th in the tensioning device 6 the processing machine 5 , here by a flange-like projection of the adapter housing 8th is shown. Here is also advantageous the compressed air supply 9 arranged centrally through the tensioning device 6 in the adapter housing 8th empties.

Der Eingriff des Adaptergehäuses in die Werkzeugspannvorrichtung ist vorzugsweise lösbar und kann beispielsweise entsprechend mit Befestigung eines Bohraufsatzes in einem Bohrfutter durch eine Bewegung der Spannvorrichtung, angedeutet durch die Pfeile b, gelöst werden. Es kann sich aber auch um eine Schraubverbindung handeln, wobei Spannvorrichtung und Adaptergehäuse entsprechend mit Gewinden ausgestattet sind, so dass eine von der Bearbeitungsmaschine geführte Werkzeugvorrichtung ausgetauscht werden kann. So kann hier an Stelle des Adaptergehäuses mit dem integrierten Pneumatikhammer beispielsweise auch ein Fräser eingeschraubt werden, der ebenfalls zur Bearbeitung der Werkstückoberfläche verwendet werden kann.Of the Engagement of the adapter housing in the tool clamping device is preferably detachable and may, for example, accordingly with attachment of a drill attachment in a chuck by a Movement of the clamping device, indicated by the arrows b, solved become. It can also be a screw connection, where clamping device and adapter housing accordingly are equipped with threads, making one of the processing machine Guided tool device can be replaced. So here, instead of the adapter housing with the integrated pneumatic hammer For example, a milling cutter are screwed in, the also for machining the workpiece surface can be used.

Durch die pneumatische Vorspannung des Pneumatikhammers 2 gegen die Werkstückoberflache 10, die durch die auf die Angriffsfläche des Hohlkolbenelements 7 wirkende Druckluft bereitgestellt wird, können auch auf ungleichmäßige Werkstückoberflächen Schläge mit gleichmäßiger Schlagenergie aufgebracht werden. Dies ist vor allem bei der Bearbeitung mit Metallen mit geringer Festigkeit wie beispielsweise Blei-, Zinn-, Zinklegierungen von Bedeutung, bei denen gleichmäßig geringe Schlagenergien von unter 0,1 Joule/Schlag nötig sind, um ein homogenes Ergebnis zu erzielen. Mit der erfindungsgemäßen Kaltschmiedevorrichtung können nun auch solche Werkstoffe erfolgreich bearbeitet werden.Due to the pneumatic preload of the pneumatic hammer 2 against the workpiece surface 10 passing through the on the attack surface of the hollow piston element 7 acting compressed air is provided, can be applied to uneven workpiece surfaces blows with uniform impact energy. This is particularly important when working with low strength metals such as lead, tin, zinc alloys, where uniformly low impact energies of less than 0.1 joule / stroke are needed to achieve a homogeneous result. With the cold forging apparatus according to the invention, such materials can now also be processed successfully.

Gleichzeitig ermöglicht die erfindungsgemäße Kaltschmiedevorrichtung durch die höhere Leistungsdichte des pneumatischen Hammers im Vergleich zu den elektromagnetischen piezoelektrischen Systemen die Einbringung auch von sehr großen Schlagenergien, so dass auch lang schwer zu bearbeitende Metalloberflächen bearbeitet werden können. Die Höhe der Schlagenergie wird über den Druck der Zuluft gesteuert.simultaneously allows the cold forging device according to the invention due to the higher power density of the pneumatic hammer compared to the electromagnetic piezoelectric systems the introduction of very large whipping powers, so that too long difficult to machine metal surfaces can be edited. The amount of impact energy is controlled by the pressure of the supply air.

So kann zusätzlich vorteilhaft durch die Verwendung des pneumatischen Antriebs zum inkrementellen Kaltschmieden auf Steuerungseinheiten und elektrische Leitungen verzichtet werden, so dass sich der Einrichtaufwand deutlich reduziert. Zudem entfallen die elektrische Umrüstung der Bearbeitungsmaschine und eventuelle automatische Werkzeugwechseleinrichtungen.So can be additionally advantageous by the use of the pneumatic Drive for incremental cold forging on control units and Electrical lines are omitted, so that the Einrichtaufwand significantly reduced. In addition, eliminates the electrical conversion the processing machine and any automatic tool changing facilities.

In 2 ist der Pneumatikhammer 2, der in dem Hohlkolbenelement 7 angeordnet ist, gezeigt, der mittels der zugeführten Druckluft a, angedeutet durch die gestrichelten Pfeile, sowohl durch die Verschiebbarkeit des Hohlkolbenelements 7 in dem Adaptergehäuse 8 mit einer Vorspannung beaufschlagbar ist als auch die Ausführung der Schlaghübe des Schlagkopfs 3 zulässt.In 2 is the pneumatic hammer 2 in the hollow piston element 7 is arranged, shown by the supplied compressed air a, indicated by the dashed arrows, both by the displaceability of the hollow piston element 7 in the adapter housing 8th can be acted upon with a bias and the execution of the strokes of the impact head 3 allows.

Die durch den Zylinderdeckel 18 einströmende Druckluft a wird in den Zylinderspalt 20 umgeleitet, der zwischen dem Kolbengehäuse 17 und dem Pneumatikhammergehäuse 11 vorliegt. Aus dem Zylinderspalt 20 strömt die Druckluft in eine erste Druckluftkammer 21 und drückt somit den Kolben 15 nach oben. Im Kolben 17 befindet sich eine Bohrung 17, die die über dem Kolben befindliche Luftkammer 24 mit einer unteren Luftkammer 22 verbindet, wenn der Kolben wie gezeigt in einer unteren Stellung ist. Der Kolben 15 bewegt sich somit unter Luftdruckausgleich solange nach oben, bis der radiale Teil der Bohrung 17 von einem Einengungsabschnitt des Kolbengehäuses 14 verschlossen wird. Eine weitere Aufwärtsbewegung des Kolbens 15 führt nun zur Komprimierung der Luft in der oberen Kammer 24, bis der radiale Bohrungsabschnitt in Kolben 15 wieder freigegeben wird und ein Durchtritt der Luft aus der oberen Kammer 24 in die erste Kammer 21 ermöglicht. Während des Druckausgleichs bewegt sich der Kolben 15 nach unten bis die Kolbenbohrung 17 wieder in der unteren Kammer mündet, wodurch der Kolben beschleunigt wird und gegen den Stössel 13 schlägt. Die Bohrungen 25 in Stössel 13 und 26 der Schlagkopfführung 12 dienen zum Druckausgleich der untersten Kammer 22 mit der Umgebung.The through the cylinder cover 18 incoming compressed air a is in the cylinder gap 20 diverted between the piston housing 17 and the pneumatic hammer housing 11 is present. From the cy relieving gap 20 the compressed air flows into a first compressed air chamber 21 and thus pushes the piston 15 up. In the piston 17 there is a hole 17 , which is the air chamber located above the piston 24 with a lower air chamber 22 connects when the piston is in a lower position as shown. The piston 15 thus moves up under air pressure equalization until the radial part of the bore 17 from a constriction portion of the piston housing 14 is closed. Another upward movement of the piston 15 now leads to the compression of the air in the upper chamber 24 until the radial bore section in piston 15 is released again and a passage of air from the upper chamber 24 in the first chamber 21 allows. During pressure equalization, the piston moves 15 down to the piston bore 17 opens again in the lower chamber, whereby the piston is accelerated and against the plunger 13 suggests. The holes 25 in Stössel 13 and 26 the impact head guide 12 serve for pressure equalization of the lowest chamber 22 with the environment.

Der mittels der Feder 16 vorgespannte Stössel 13 lässt den Schlagkopf 3 den inkrementellen Schub ausführen und bringt den Stössel 13 wieder zum Anschlag gegen den Kolben 15, so dass die untere Luftkammer 22 wieder verschlossen ist und ein nächster pneumatischer Zyklus beginnt. Durch Variieren des Drucks der zugeführten Druckluft a lässt sich die Schlagenergie des von dem Schlagkopf 3 ausgeführten Schlags variieren, während gleichzeitig entsprechend die erforderliche Vorspannung angepasst wird.The by means of the spring 16 preloaded pestle 13 leaves the blow head 3 perform the incremental thrust and bring the plunger 13 again to the stop against the piston 15 so that the lower air chamber 22 is closed again and a next pneumatic cycle begins. By varying the pressure of the supplied compressed air a can be the impact energy of the impact head 3 vary while simultaneously adjusting the required preload accordingly.

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Claims (8)

Kaltschmiedevorrichtung (1) für eine Oberfläche (10) eines Metallwerkstücks, wobei die Kaltschmiedevorrichtung (1) – einen Pneumatikhammer (2) mit einem Schlagkopf (3) und – eine Bearbeitungsmaschine (5) mit einer Druckluftzuleitung (9) für den Pneumatikhammer (2) und mit einer Spannvorrichtung (6) zum geführten Aufbringen des Pneumatikhammers (2) auf die Metalloberfläche (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das geführte Aufbringen des Pneumatikhammers (2) durch eine Positioniervorrichtung bereitgestellt wird, die ein Adaptergehäuse (8), das in lösbarem Eingriff mit der Spannvorrichtung (6) der Bearbeitungsmaschine (5) steht, und ein Hohlkolbenelement (7) umfasst, in dem der Pneumatikhammer (2) angeordnet ist, wobei das Hohlkolbenelement (7) mit dem Pneumatikhammer (2) in dem Adaptergehäuse (8) verschiebbar angeordnet ist, um den Pneumatikhammer (2) mit dem Schlagkopf (3) mit einer Vorspannung auf der Metalloberfläche (10) zu positionieren.Cold forging device ( 1 ) for a surface ( 10 ) of a metal workpiece, wherein the cold forging device ( 1 ) - a pneumatic hammer ( 2 ) with a percussion head ( 3 ) and - a processing machine ( 5 ) with a compressed air supply line ( 9 ) for the pneumatic hammer ( 2 ) and with a tensioning device ( 6 ) for the guided application of the pneumatic hammer ( 2 ) on the metal surface ( 10 ), characterized in that the guided application of the pneumatic hammer ( 2 ) is provided by a positioning device comprising an adapter housing ( 8th ) in releasable engagement with the tensioning device ( 6 ) of the processing machine ( 5 ), and a hollow piston element ( 7 ), in which the pneumatic hammer ( 2 ), wherein the hollow piston element ( 7 ) with the pneumatic hammer ( 2 ) in the adapter housing ( 8th ) is slidably disposed to the pneumatic hammer ( 2 ) with the impact head ( 3 ) with a preload on the metal surface ( 10 ). Kaltschmiedevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung mit einer Druckluftzuleitung verbunden ist, um das Hohlkolbenelement (7) mit dem Pneumatikhammer (2) in dem Adaptergehäuse (8) mit Druckluft zu beaufschlagen, insbesondere mit einer Druckluftzuleitung, die auch die Druckluftzuleitung (9) für den Pneumatikhammer (2) ist.Cold forging device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the positioning device is connected to a compressed air supply line to the hollow piston element ( 7 ) with the pneumatic hammer ( 2 ) in the adapter housing ( 8th ) with compressed air, in particular with a compressed air supply line, which also the compressed air supply ( 9 ) for the pneumatic hammer ( 2 ). Kaltschmiedevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Kaltschmiedevorrichtung (1) ausführbarer Hub ein inkrementeller Hub ist, wobei eine durch den Hub des Schlagkopfs (3) freisetzbare Schlagenergie von 0,1 J bis 1 J variierbar ist.Cold forging device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a through the cold forging device ( 1 ) executable stroke is an incremental stroke, whereby one by the stroke of the impact head ( 3 ) releasable impact energy of 0.1 J to 1 J is variable. Kaltschmiedevorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftzuleitung (9) zentral in der Bearbeitungsmaschine (5), insbesondere zentral in der Bearbeitungsmaschine (5) und in die Spannvorrichtung (6) mündend angeordnet ist.Cold forging device ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the compressed air supply line ( 9 ) centrally in the processing machine ( 5 ), in particular centrally in the processing machine ( 5 ) and in the tensioning device ( 6 ) is arranged opening. Kaltschmiedevorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der lösbare Eingriff des Adaptergehäuse (8) mit der Spannvorrichtung (6) durch ein Gewinde bereitgestellt ist.Cold forging device ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the detachable engagement of the adapter housing ( 8th ) with the tensioning device ( 6 ) is provided by a thread. Verfahren zur Bearbeitung von Metalloberflächen (10) unter Verwendung einer Kaltschmiedevorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte: – Führen des Pneumatikhammers (2) über dem zu bearbeitenden Metallwerkstück durch die Bearbeitungsmaschine (5) und Positionieren des Schlagkopfs (3) direkt an der zu bearbeitenden Metalloberfläche (10), – Druckausüben in Richtung der Metalloberfläche (10) auf das in dem Adaptergehäuse (8) verschiebbar angeordnete Hohlkolbenelement (7) und dadurch – Vorspannen des Pneumatikhammers (2) mit dem Schlagkopf (3) gegen die Metalloberfläche (10), – Beaufschlagen des Pneumatikhammers (2) mit Druckluft durch die Druckluftzuleitung (9) und Ausführen von Hüben des Schlagkopfs (3) unter Vorspannung.Method for processing metal surfaces ( 10 ) using a cold forging device ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, comprising the steps of: - guiding the pneumatic hammer ( 2 ) over the metal workpiece to be processed by the processing machine ( 5 ) and positioning the impact head ( 3 ) directly on the metal surface to be processed ( 10 ), - applying pressure in the direction of the metal surface ( 10 ) on the in the adapter housing ( 8th ) displaceably arranged hollow piston element ( 7 ) and thereby - pretensioning the pneumatic hammer ( 2 ) with the impact head ( 3 ) against the metal surface ( 10 ), - applying the pneumatic hammer ( 2 ) with compressed air through the compressed air supply line ( 9 ) and performing strokes of the impact head ( 3 ) under tension. Verfahren nach Anspruch 7, umfassend den Schritt: – pneumatisch Vorspannen durch Beaufschlagens des Hohlkolbenelements (7) mit Druckluft, wobei die Zufuhr der Druckluft insbesondere durch die Druckluftzuleitung (9) des Pneumatikhammers (2) erfolgt.Method according to claim 7, comprising the step of: - pneumatic pretensioning by loading of the hollow piston element ( 7 ) with compressed air, wherein the supply of compressed air in particular by the compressed air supply ( 9 ) of the pneumatic hammer ( 2 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, umfassend die Schritte – Ausführen von Hüben des Schlagkopfs (3) mit einer geringen Schlagenergie pro Hub zur Bearbeitung von Metallen geringer Festigkeit, umfassend Pb-, Sn- und Zn-Legierungen, und/oder von Metallen hoher Sprödigkeit, in einem Bereich um 0,1 J pro Schlag oder – Ausführen von Hüben des Schlagkopfs (3) mit einer hohen Schlagenergie pro Hub zur Glättung von schwer bearbeitbaren Metallen in einem Bereich um 1 J pro Schlag.A method according to claim 7 or 8, comprising the steps of - performing strokes of the impact head ( 3 low impact energy per stroke for machining low strength metals, including Pb, Sn and Zn alloys, and / or high brittleness metals, within a range of 0.1 J per stroke, or - performing strokes of the impact head ( 3 ) with a high impact energy per stroke to smooth out hard-to-machine metals in a range of 1 J per stroke.
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