DE102017117276A1 - Press and method for cold forming an initial part into a hollow body - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Presse (10) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers (14) aus einem Ausgangsteil (13). Die Presse (10) weist eine in einer Arbeitsrichtung (A) entlang einer Längsachse (L) bewegbare Ramme (11) auf, die ein Rammenwerkzeug (12) trägt. Das Rammenwerkzeug (12) arbeitet mit einem Matrizenwerkzeug (26) zusammen, um das Ausgangsteil (13) zum Hohlkörper (14) umzuformen. Das Umformen ist als Kaltumformen, bspw. als Abstreckgleitziehen ausgeführt. Die Ramme (11) ist über eine Führungsanordnung (19) mit einem oder mehreren Lagern (20) in Arbeitsrichtung (A) bewegbar gelagert und wird über einen Antrieb (18) bewegt. Kommt es durch ungleichmäßige Erwärmung der Ramme (11) zu Verformungen, die dazu führen, dass die Ramme (11) nicht mehr exakt symmetrisch zur Längsachse (L) ausgerichtet ist, können durch Beschleunigungen der Ramme (11) Schwingungen auftreten, die zu Abweichungen in der Wandstärke des hergestellten Hohlkörpers (14) führen. Um dies zu vermeiden, wird die Ramme (11) erfindungsgemäß aus einer Eisen-Legierung und vorzugsweise einer Eisen-Nickel-Legierung hergestellt, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (α) von maximal 3,0 × 10Kaufweist.The invention relates to a press (10) and to a method for producing a hollow body (14) from an output part (13). The press (10) has a ram (11) which can be moved in a working direction (A) along a longitudinal axis (L) and carries a ram tool (12). The ram tool (12) cooperates with a die tool (26) to reshape the output part (13) to the hollow body (14). The forming is carried out as cold forming, for example. As Abstreckgleitziehen. The ram (11) is movably mounted via a guide arrangement (19) with one or more bearings (20) in the working direction (A) and is moved by means of a drive (18). If, due to uneven heating of the ram (11), deformations which result in the ram (11) no longer being aligned exactly symmetrically with respect to the longitudinal axis (L), vibrations of the ram (11) can occur which lead to deviations in the wall thickness of the produced hollow body (14) lead. To avoid this, the ram (11) according to the invention is made of an iron alloy and preferably an iron-nickel alloy having a thermal expansion coefficient (α) of at most 3.0 × 10K.
Description
Die Erfindung betrifft eine Presse und ein Verfahren zum Kaltumformen eines Ausgangsteils in einen Hohlkörper. Der umgeformte Hohlkörper hat eine Zylindermantelfläche und ist an einer axialen Seite offen und an der gegenüberliegenden axialen Seite geschlossen. An der geschlossenen Seite kann beispielsweise ein Boden des Hohlkörpers ausgebildet bzw. umgeformt werden. Der Hohlkörper ist integral ausgebildet und hat keine Naht- oder Fügestellen. Der Hohlkörper besteht vorzugsweise aus einer metallischen Legierung, beispielsweise einer Aluminiumlegierung. Das Ausgangsteil besteht aus demselben Material wie der herzustellende Hohlkörper und kann in Form einer plattenförmig flachen Platine oder in Form eines Bechers oder Napfes bereitgestellt werden.The invention relates to a press and a method for cold forming an initial part in a hollow body. The formed hollow body has a cylinder jacket surface and is open on one axial side and closed on the opposite axial side. On the closed side, for example, a bottom of the hollow body can be formed or reshaped. The hollow body is integrally formed and has no seam or joints. The hollow body is preferably made of a metallic alloy, for example an aluminum alloy. The output part consists of the same material as the hollow body to be produced and can be provided in the form of a plate-shaped flat plate or in the form of a cup or cup.
Das Kaltumformen zur Herstellung von Hohlkörpern unter Verwendung einer Presse ist bekannt. Beispielsweise können Ausgangsteile durch Abstreckgleitziehen in Hohlkörper umgeformt werden. Eine Einrichtung dazu ist zum Beispiel aus
Neben dem Kaltumformen existieren andere Pressen und Verfahren zur Herstellung von Bauteilen. Beispielsweise offenbart
Ein durch Kaltumformen aus einem Ausgangsteil umgeformter hohlzylindrischer Behälter unterliegt hohen Qualitätsanforderungen. Die Toleranzen für die Wandstärke liegen im Mikrometerbereich. Bei der Herstellung kann eine unzureichende Präzision zu einem unerwünscht hohen Anteil von Ausschuss führen. Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine verbesserte Presse bzw. ein verbessertes Verfahren zum Kaltumformen von Ausgangsteilen in Hohlkörper zu schaffen, die eine ausreichende Genauigkeit bei hoher Produktivität sicherstellt.A hollow cylindrical container formed by cold forming from an output part is subject to high quality requirements. The tolerances for the wall thickness are in the micrometer range. In manufacturing, insufficient precision can result in an undesirably high level of rejects. It may therefore be regarded as an object of the present invention to provide an improved press or process for cold working of raw materials in hollow bodies, which ensures sufficient accuracy with high productivity.
Diese Aufgabe wird durch eine Presse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.This object is achieved by a press with the features of claim 1 and a method having the features of
Die Presse ist zum Kaltumformen eines Ausgangsteils in einen Hohlkörper eingerichtet. Der Hohlkörper hat eine geschlossene Umfangswand, die im Querschnitt vorzugsweise kreisrund ist. An einer axialen Seite ist der Hohlkörper offen und an der anderen axialen Seite geschlossen, beispielsweise durch einen Boden. Der Hohlkörper ist integral hergestellt und weist keine Naht- oder Fügestellen auf. Als Material des Ausgangsteils kann beispielsweise eine metallische Legierung und insbesondere eine Aluminiumlegierung verwendet werden. Das Ausgangsteil hat bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die Form eines Bechers oder eines Napfes und kann alternativ dazu in Form einer plattenförmigen Platine vorliegen.The press is adapted for cold forming an initial part into a hollow body. The hollow body has a closed peripheral wall, which is preferably circular in cross section. On one axial side of the hollow body is open and closed at the other axial side, for example by a bottom. The hollow body is made integral and has no seam or joints. As the material of the starting part, for example, a metallic alloy and in particular an aluminum alloy can be used. The output part has the shape of a cup or a cup in the embodiment described here and may alternatively be in the form of a plate-shaped board.
Die Presse weist eine Ramme auf, an deren freiem Ende ein Rammenwerkzeug angeordnet ist. Die Ramme ist mittels einer Führungsanordnung in einer Arbeitsrichtung linear bewegbar gelagert. Mittels eines Antriebs wird die Ramme in der Arbeitsrichtung
Die Presse weist außerdem ein Matrizenwerkzeug auf. Das Rammenwerkzeug ist relativ zum Matrizenwerkzeug bewegbar. Zwischen dem Rammenwerkzeug und dem Matrizenwerkzeug wird das Ausgangsteil zum Hohlkörper umgeformt, insbesondere durch Abstreckgleitziehen.The press also has a die tool. The ram tool is movable relative to the die tool. Between the ram tool and the die tool, the output part is converted to the hollow body, in particular by Abstreckgleitziehen.
Solche Pressen arbeiten mit einer großen Hubzahl. Die schnelle Bewegung der Ramme erzeugt Reibung und Wärme. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Erwärmung der Ramme relativ zu einer Längsachse der Ramme betrachtet ungleichmäßig erfolgt und dadurch eine Verformung der Ramme erfolgt, so dass die Ramme nicht mehr rotationssymmetrisch zu ihrer Längsachse ausgerichtet ist. Wennn diese unsymmetrisch verformte Ramme zur Erhöhung oder Verringerung der Geschwindigkeit beschleunigt wird, können Schwingungen in der Ramme angeregt werden. Diese Schwingungen ist insbesondere dann ausgeprägt, wenn das Rammenwerkzeug mit seiner Stirnseite mit einem Formwerkzeug zusammenarbeitet, um die geschlossene Seite des Hohlkörpers zu formen, beispielsweise um einen Boden des Hohlkörpers zu formen. Die Schwingungen der Ramme dauern in der Regel über einen Hub an und werden beim nachfolgenden Hub neu angeregt oder verstärkt. Aufgrund der Schwingungen der Ramme variieren die Wandstärken des Hohlkörpers, so dass die vorgegebenen Toleranzgrenzen häufig überschritten werden. Der Anteil an Ausschuss ist relativ hoch.Such presses work with a large number of strokes. The fast movement of the ram generates friction and heat. The invention is based on the finding that the heating of the ram considered non-uniform relative to a longitudinal axis of the ram and thereby a deformation of the ram takes place, so that the ram is no longer aligned rotationally symmetrical to its longitudinal axis. When this asymmetrically deformed ram is accelerated to increase or decrease the speed, vibrations in the ram can be excited. These vibrations are particularly pronounced when the ram tool cooperates with its end face with a molding tool to form the closed side of the hollow body, for example, to form a bottom of the hollow body. The vibrations of the ram usually last over a stroke and are re-excited or amplified during the subsequent stroke. Due to the vibrations of the ram, the wall thicknesses of the hollow body vary, so that the predetermined tolerance limits are often exceeded. The percentage of committee is relatively high.
Deshalb ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Ramme aus einer Eisen-Legierung herzustellen, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von maximal 3,0×10-6 K-1 aufweist. Durch die geringe Wärmeausdehnung bleibt die Symmetrie der Ramme bezüglich ihrer Längsachse, die parallel zur Arbeitsrichtung ausgerichtet ist, zumindest weitgehend erhalten. Die Schwingungsanregung der Ramme wird minimiert und die Toleranzen bei der Herstellung des Hohlkörpers können eingehalten werden. Eine solche Presse kann bei hohen Hubzahlen mit einer geringen Menge an Ausschuss arbeiten. Therefore, it is provided according to the invention to produce the ram of an iron alloy having a coefficient of thermal expansion of a maximum of 3.0 × 10 -6 K -1 . Due to the low thermal expansion, the symmetry of the ram with respect to its longitudinal axis, which is aligned parallel to the working direction, at least largely maintained. The vibration excitation of the ram is minimized and the tolerances in the production of the hollow body can be maintained. Such a press can work at high stroke rates with a small amount of waste.
Es ist vorteilhaft, wenn die Eisen-Legierung wenigstens einen weiteren Hauptlegierungsbestandteil aufweist, dessen Massenanteil in der Eisen-Legierung den Wärmeausdehnungskoeffizienten bestimmt. Beispielsweise kann als weiterer Hauptlegierungsbestandteil Nickel und/oder Mangan und/oder Platin und/oder Palladium enthalten sein. Bevorzugt wird die Eisen-Legierung als Eisen-Nickel-Legierung ausgeführt. Der Massenanteil des Nickels in der Eisen-Nickel-Legierung kann 30% bis 42% und vorzugsweise 35% bis 36% betragen.It is advantageous if the iron alloy has at least one further main alloy constituent whose mass fraction in the iron alloy determines the thermal expansion coefficient. For example, nickel and / or manganese and / or platinum and / or palladium may be contained as a further main alloy constituent. Preferably, the iron alloy is carried out as an iron-nickel alloy. The mass fraction of nickel in the iron-nickel alloy may be 30% to 42%, and preferably 35% to 36%.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Eisen-Legierung zusätzlich zu dem wenigstens einen Hauptlegierungsbestandteil noch einen weiteren Legierungsbestandteil aufweist, der beispielsweise durch Magnesium, Silizium, Kohlenstoff, Kobalt oder eine Kombination mehrerer dieser Elemente gebildet sein kann. Der Massenanteil des wenigstens einen weiteren Legierungsbestandteils in der Eisen-Legierung beträgt vorzugsweise maximal 10% oder maximal 5%.It is also advantageous if, in addition to the at least one main alloy constituent, the iron alloy also has a further alloy constituent, which may be formed for example by magnesium, silicon, carbon, cobalt or a combination of several of these elements. The mass fraction of the at least one further alloy constituent in the iron alloy is preferably at most 10% or at most 5%.
Es ist vorteilhaft, wenn der Massenanteil des Eisens in der Eisen-Legierung maximal 58% bis maximal 70% und insbesondere maximal 64% bis maximal 65% beträgt.It is advantageous if the mass fraction of the iron in the iron alloy amounts to a maximum of 58% to a maximum of 70% and in particular a maximum of 64% to a maximum of 65%.
Es ist bevorzugt, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient der Eisen-Legierung maximal 1,7 bis 2,0 × 10-6 K-1 beträgt. Eisen-Legierungen mit einem solchen Wärmeausdehnungskoeffizienten werden auch mit dem Oberbegriff „Invar“-Legierungen zusammengefasst.It is preferable that the thermal expansion coefficient of the iron alloy is at most 1.7 to 2.0 × 10 -6 K -1 . Iron alloys with such a thermal expansion coefficient are also summarized with the generic term "Invar" alloys.
Die Führungsanordnung der Presse hat bei einem Ausführungsbeispiel mehrere separate Lager, die in Arbeitsrichtung mit Abstand zueinander angeordnet sind. Jedes Lager kann als Gleitleitlager und/oder Wälzlager ausgeführt sein.The guide arrangement of the press has, in one embodiment, a plurality of separate bearings, which are arranged in the working direction at a distance from each other. Each bearing can be designed as Gleitleitlager and / or bearings.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das Rammenwerkzeug aus einem Material besteht, das sich vom Material der Ramme unterscheidet. Das Rammenwerkzeug kann somit abhängig von der Umformaufgabe ausgestaltet werden. Durch den geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Ramme bleibt die Ausrichtung und Position des Rammenwerkzeugs erhalten.It is also advantageous if the ram tool is made of a material that is different from the material of the ram. The ram tool can thus be configured depending on the forming task. Due to the low thermal expansion coefficient of the ram, the alignment and position of the ram tool is maintained.
Die Presse hat vorzugsweise ein Matrizenwerkzeug mit einem Abstreckkanal und wenigstens einem Abstreckring. Das Umformen des Ausgangsmaterials zum Hohlkörper erfolgt daher beispielsgemäß durch Abstreckgleitziehen.The press preferably has a die tool with an ironing channel and at least one ironing ring. The forming of the starting material to the hollow body is therefore carried out by Abstreckgleitziehen example.
Es ist vorteilhaft, wenn die Presse einen Niederhalter aufweist. Der Niederhalter hat eine in Arbeitsrichtung bewegbare Niederhalterhülse, die koaxial zu der Ramme angeordnet ist. Der Niederhalter ist dazu eingerichtet, das Ausgangsteil mit einer Niederhaltekraft zu beaufschlagen bzw. zwischen der Niederhalterhülse und eine Anlagefläche einzuklemmen, während das Rammenwerkzeug das Ausgangsteil beaufschlagt und in den Abstreckkanal bewegt. Bei diesem Bewegen des Ausgangsteils in den Abstreckkanal gleitet das Ausgangsteil zwischen der Niederhalterhülse und der Anlagefläche hindurch.It is advantageous if the press has a hold-down. The hold-down device has a holding-down sleeve which is movable in the working direction and which is arranged coaxially with the ram. The hold-down device is adapted to apply a hold-down force to the output part or to clamp it between the hold-down sleeve and a contact surface, while the ram tool acts on the output part and moves it into the ironing channel. In this movement of the output part in the ironing out the output part slides between the hold-down sleeve and the contact surface through.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Presse ein Formwerkzeug aufweist, das dazu eingerichtet ist, mit einer Stirnfläche des Rammenwerkzeugs zusammenzuarbeiten, um den Hohlkörper an seiner axial geschlossenen Seite umzuformen, beispielsweise, um einen Boden des Hohlkörpers zu formen.It is also advantageous if the press has a forming tool that is adapted to cooperate with an end face of the ram tool to reshape the hollow body on its axially closed side, for example, to form a bottom of the hollow body.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
-
1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Presse, wobei sich die Ramme in einer Ausgangsstellung befindet, -
2 das Ausführungsbeispiel der Presse aus1 , wobei sich die Ramme in einer ausgefahrenen Stellung befindet und -
3 eine schematische Darstellung einer Presse gemäß dem Stand der Technik.
-
1 1 is a schematic block diagram of an embodiment of a press, wherein the ram is in a starting position, -
2 the embodiment of the press1 with the ram in an extended position and -
3 a schematic representation of a press according to the prior art.
In den
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Presse
Der Hohlkörper
Zum Bewegen der Ramme
Die Ramme
Benachbart zu der Führungsanordnung
Die Presse
Um die Mündung des Kanaleingangs
Mittels des Niederhalters
Fluchtend mit der Längsachse
Anschließend wird der umgeformte Hohlkörper
Eine solche Presse
Die unterschiedliche Temperatur der Ramme an verschiedenen Stellen kann dazu führen, dass die Ramme
Um dem entgegenzuwirken wird die Ramme
Anstelle von Nickel kann als Hauptlegierungsbestandteil in der Eisen-Legierung auch Platin, Mangan oder Palladium verwendet werden.Instead of nickel, platinum, manganese or palladium can also be used as the main alloy constituent in the iron alloy.
Eisen-Legierungen, die abhängig von Massenanteil des Hauptlegierungsbestandteils ein lokales Minimum des Wärmeausdehnungskoeffizienten α haben, werden als „Invar“-Legierungen bezeichnet. Die Ramme kann aus einer geeigneten „Invar“-Legierung hergestellt werden. Durch den kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten bleiben die Symmetrie und die Ausrichtung der Ramme
Die Erfindung betrifft eine Presse
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- PressePress
- 1111
- Rammeram
- 1212
- Rammenwerkzeugramming tool
- 12a12a
- Stirnseite des RammenwerkzeugFront side of the ram tool
- 1313
- Ausgangsteiloutput portion
- 1414
- Hohlkörperhollow body
- 14a14a
- Umfangswand des HohlkörpersPeripheral wall of the hollow body
- 14b14b
- Boden des Hohlkörpers Bottom of the hollow body
- 1818
- Antriebdrive
- 1919
- Führungsanordnungguide assembly
- 2020
- Lagercamp
- 2121
- Lagerstelledepository
- 2222
- Dichtungseinrichtung seal means
- 2626
- Matrizenwerkzeugdie tool
- 2727
- Tischtable
- 2828
- AbstreckkanalAbstreckkanal
- 28a28a
- Kanaleingangchannel input
- 28b28b
- Kanalausgangchannel output
- 2929
- Abstreckringironing ring
- 3030
- Anlageflächecontact surface
- 3131
- NiederhalterStripper plate
- 3232
- NiederhalterhülseDown sleeve
- 3333
- Hülsenträgersleeve carrier
- 3434
- Führungsstangeguide rod
- 3535
- Niederhalterantrieb Retaining member drive
- 4040
- Formwerkzeugmold
- 4141
- Umformflächeforming surface
- 4242
- Abstreifeinrichtung stripping
- αα
- WäemeausdehnungskoeffizientWäemeausdehnungskoeffizient
- AA
- Arbeitsrichtungworking direction
- LL
- Längsachselongitudinal axis
- SS
- Schwingungvibration
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BELVAC PRODUCTION MACHINERY, INC., LYNCHBURG, US Free format text: FORMER OWNER: SCHULER PRESSEN GMBH, 73033 GOEPPINGEN, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: GRUENECKER PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTG MB, DE |