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
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
Auch
die Verwendung pneumatischer Systeme für die Bearbeitung
von Metalloberflächen gehört zum Stand der Technik.
So ist in der
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:
Die
Kaltschmiedevorrichtung
Der
Pneumatikhammer
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
Zu
sehen ist in
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
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
Die
durch den Zylinderdeckel
Der
mittels der Feder
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: POKOLM FRAESTECHNIK GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNERS: BUEHLER, CHRISTIAN, 71131 JETTINGEN, DE; WIED, JOHANNES, 71067 SINDELFINGEN, DE Owner name: KWM-TOOLS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: BUEHLER, CHRISTIAN, 71131 JETTINGEN, DE; WIED, JOHANNES, 71067 SINDELFINGEN, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENT- & RECHTSANWAELTE BAUER WAGNER PRIESMEY, DE Representative=s name: MEISSNER BOLTE PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE P, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: POKOLM FRAESTECHNIK GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: KWM-TOOLS GMBH, 87616 MARKTOBERDORF, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: BAUER WAGNER PELLENGAHR SROKA PATENT- & RECHTS, DE Representative=s name: PATENT- & RECHTSANWAELTE BAUER WAGNER PRIESMEY, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: BAUER WAGNER PELLENGAHR SROKA PATENT- & RECHTS, DE |