DE1752597A1 - Verfahren zum Schmieden von Rohlingen,bestehend aus mehreren nicht-koaxialen Teilen mittels einer Vorrichtung mit einem einzigen Freiheitsgrad - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmieden von Rohlingen "bestehend aus zueinander nicht koaxialen 'feilen, derart, daß diesen eine kontinuierliche Ifasertextur mittels einer Vorrichtung mit einem einzigen Freiheibsgrad gegeben wird.

Zahlreiche Maschinenelemente werden aus Rohlingen durch mechanische Bearbeitung hergestellt, die aus mehreren zueinander nicht-koaxialen Teilen bestehen. Sollen diese

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Werkstücke in groiSer Anzahl hergestellt werden und besitzen diese einen geringen Platzbedarf, so stellt man sie durch G-esenkschmieden bzw. !Pressen her, selbst wenn ihre Form kompliziert ist. Wenn dagegen diese Rohlinge voluminös sind und in geringer Anzahl hergestellt werden, so bleibt als einziges Verfahren das Pressen-öchmieden übrig, wobei eine Vorbearbeitung des Metalls notwendig ist, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erhalten; ein solches Verfahren ist jedoch langwierig und weist zahlreiche Nachteile, wie aus der folgenden Gegenüberstellung ersichtlich, auf.

Die Herstellung eines Rohlings einer Kurbelwelle mit Kurbelscheiben, die aus zwei über eine Kurbelwange verbundenen Kurbelzapfen besteht, erfolgt in drei Phasen:

1.) Zunächst schmiedet man eine im wesentlichen zylindrische Stange, die im wesentlichen den Querschnitt der Oberfläche der Kurbelwange besitzt;

2.) man stellt dann einen ersten Rohling der Kurbelzapfen her, indem man eines der folgenden Verfahren zur Anwendung bringt:

Entweder schneidet man in die Masse mit einem Sauerstoffschneidgerät, wie in Figur 1 angedeutet,

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ein oder man schneidet partiell die Stange mit Hilfe von geeigneten T/inkelwerkzeugen, wie durch die überlagerten Profile in Pi/rur 2 erkenntlich.

3.) Der Kurbelzapfenrohling wird durch einen zweiten Schrat;d evorgang fertiggestellt.

Ein solches Verfahren erlaubt es nun nicht, genaue Abmessungen zu erhalten noch schwierige formen herzustel- f len und macht eine lange Bearbeitung notwendig, um die erheblichen Lberdioken zu entfernen. Schließlich ist iiir dieses Herstellungsverfahren als Ausgangspunkt ein Uetallgewicht erforderlich, das im wesentlichen gleich dem Doppelten des bearbeiteten Werkstückes ist, außerdem sind mehrere thermische Behandlungen und mehrere I'Jrwärmungsvox^änge des Itohlings in den verschiedenen Utufen erforderlich. Darüberhinaus bringen die Schneidvorgänge die Oberfläche des Werkstückes in eine schlechte Orientierung, bei den zentralen Teilen der Stange handelt es sich um solche, in denen das Metall die meisten Einschlüsse enthält, was die mechanischen Charakteristiken der erhaltenen Werkstücke und insbesondere ihren Krmüdungswiderstand vermindert.

jJrfindungsgemäß wird nun ein Verfahren und eine Vor-

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richtung zu dessen Durchführung vorgeschlagen, wodurch die Nachteile der bekannten, oben kurz erwähnten Verfahren beseitigt werden.

Das erfindungsgemäße Schmiß deverfahren zum ■Vorbearbeiten von Werkstücken bestehend aus mehreren zueinander nicht-koaxialen Teilen, bei denen diesen Rohlingen eine

W kontinuierliche Faserstruktur gegeben wird, zeichnet sich dadurch aus, daß man einen bestimmten Winkel zwischen der Achse des zu schmiedenden Werkstückes und der ausgeübten Beanspruchung aufrecht erhält, indem man auf eines der Enden des in einem beweglichen Gesenk gehaltenen Schmiedestücks eine Kraft aufbringt, die weder achsparallel noch senkrecht zu seiner Achse ist, wobei dieses Ende hinsichtlich der Translation oder ßdbation bzw. längs jedes anderen realisierbaren Weges geführt wird, während das andere Ende in eineti festen Gesenk gehalten wird, wodurch gleichzeitig zwei Verschiebungen hervorgerufen werden, die eine axial, die andere transversal, wodurch die gewünschten Deformationen hervorgerufen werden.

Um einen Rohling gewünschter Form zu erhalten, wirkt man bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf den Winkel zwischen der ausgeübten Kraft

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und der Achse des Ausgangsrohlings auf die freie Länge des der plastischen Deformation ausgesetzten Werkstückes sowie auf dessen Durchmesser ein. Diese Parameter erlauben es, die Volumenverdrüngung zu regeln (Halbmesser der Kurbel bei einer Kurbelwange) und die Größe der Zwischenkurbelwange festzulegen.

Entsprechend den verfügbaren und notwendigen Kräften kann man erfindungsgemäß entweder das Metall sich frei wä.hrend des Schmiedens (freiformschmieden) verformen lassen oder das Metall zwingen, eine Porm anzunehmen, die sehr ähnlich der der bearbeiteten Kurbelwange ist, um so den Bearbeitungsvorgang auf ein Minimum zu reduzieren (begrenztes Schmieden oder Fibr ο -Gesenkschmieden), was nach einer Ausführungsform des erfindungsgeraäßen Verfahrens dadurch erreicht wird, daß man die beiden den Rohling haltenden Gesenke zusammenwirken läßt, damit beim Ende der Verschiebung sie ein geschlossenes Gesenk, das vom Metall gefüllt wird, bilden. Arbeitet man auf diese Weise, so kann man dem Winkel zwischen dem Kurbelzapfen und der Kurbelwange des hergestellten Rohlings einen definierten Wert, der sich von 90° unterscheidet, geben, entsprechend der Stauchbewegung und der Pestsetzmittel für den

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beweglichen Kurbelzapfen, können die Achsen der beiden Kurbelzapfen nicht mehr nach dem Schmieden parallel bleiben, was es erlaubt, durch Schmieden Rohlinge sehr unterschiedlicher geometrischer Form zu erhalten.

Wie leicht verständlich ist, erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren mit Präzision, d.h. mit geringen Überdicken und in einfacher Weise Rohlinge herzustellen, die aus drei zueinander nicht-koaxialen Volumina bzw. Teilen nach Art von Kurbelwangen bestehen. Insbesondere wird es erfindungsgemäß möglich, die Pasern des Metalls parallel zur Außenoberfläche der Werkstücke zu orientieren, wobei die axiale Zone von Ausgangsstange oder -rohling mit der mittleren neutralen Faser zusammenfällt, wobei die ümfangszone in der Nähe ihrer Oberfläche bleibt, wodurch der Ermüdungswiderstand der ψ hergestellten Werkstücke beachtlich steigt.

Die Erfindung richtet sich auch auf Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine solche Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus: einem beweglichen Gesenk, daä durch einen Zylinder-betätigten Schlitten getragen wird, indem eines der Enden des Ausgangs-Sohmiedestücks oder Rohlings festgelegt

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wird, einer festen, ein Gesenk tragenden Traverse, in der das andere Ende dieses Ausgangsrohlings "blockiert ist, wenn der "betätigte Zylinder den Rohling "beispielsweise translatorisch verschiebt, wobei die Stellung dieser Traverse die Regelung der oben definierten Parameter ermöglicht, und aus einem doppelten Satz von Ständern, Zugankern oder Trägern, die das bewegliche Gesenk und die feste Traverse tragen, um die beim Schmieden auftretenden Reaktionskräfte parallel und senkrecht zur Verschiebung des beweglichen Gesenks zu absorbieren.

Um die Stärke der Ständer oder dgl., die die Schmiedereaktionskräfte absorbieren, zu vermindern, sorgt man erfindungsgemäß dafür, daß die durch deren Achsen gebildeten Ebenen sich längs einer im wesentlichen durch die maximale Schubmitte verlaufenden Geraden schneiden, t die mit dem Schwerpunkt der Wange des geschmiedeten Stückes in Schmiedeendstellung zusammenfallen.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann die Festlegung des Schmiedestückes anschließend an das Stauchen erfolgen, wenn die beiden Gesenke, d.h. das feste und das bewegliche nur eine einzige Öffnung aufweisen, kann

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aber auch vor dem Stauchen erfolgen, wenn die Gesenke jeweils aus zwei Teilen bestehen, die durch Zusammenbau und Demontage durch Spannorgane betätigt sind. Im übrigen kann der das bewegliche Gesenk tragende Schlitten durch den beweglichen Teil einer klassischen Presse bewegt werden.

Erfindungsgemäß ist auch eine Vorrichtung zum Schmieden von Kurbelwellen großer Abmessung vorgesehen. Hierzu besteht die Vorrichtung aus: einer festen ein Gesenk tragenden Traverse, die eines der Enden der zu schmiedenden Stange hält und fest mit einer Gleitschiene verbunden ist, wobei die steife Anordnung gleichzeitig den quergerichteten Schmiedebeanspruchungen und den hierdurch hervorgerufenen Reaktionskräften ausgesetzt ist; ein beweglicher Schlitten, der das zweite das andere Ende der Stange haltende Gesenk trägt, wird durch einen Zylinder oder dgl. in einer beispielsweise translatorischen Bewegung angetrieben, während der er durch Ständer und durch die Gleitschiene geführt ist, wobei die beiden Gesenke geöffnet (Debouchantes) vorgesehen sind und aus zwei Teilen bestehen, die vorzugsweise entsprechend der die Achse der sau schmiedenden Stange enthaltenen Ebene und der realisierten Verschiebungsrichtung zusammengebaut sind, wobei im übrigen die Träger dieser Ge-

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senke in der gleichen Achse eine Auslösung aufweisen, durch die es einfach ist, die Stange einzuführen, die so, nach Spannen der "beiden Halbgesenke an einer beliebigen Stelle festgesetzt werden kann.

Um eine vollständige Kröpfung Kurbelwange um Kurbelwange herzustellen, kann man erfindungsgemäß nach dem Schmieden einer ersten Wange eine Translation zur Längspositionierung der zweiten Wange und eine Drehung um 180° um die Achse des Rohlings kombinieren, um so beiden Kurbelwangen die gleiche Materialverminderung bezüglich einer mit dem Rohling verbundenen Markierung zu geben, wobei die Gesenke vorzugsweise mit Mitteln versehen sind, die die erste Wange, also den ersten gestauchten Plansch während des Schmiedens der zweiten Wange blockieren, um so für unbedingte Parallelität zu sorgen.

Um beeiden Kurbelwangen ein gleiches Materialverminderungsverhältnis bezüglich einer mit dem Rohling verbundenen Markierung zu geben, kann man so nach dem Schmieden der ersten Kurbelwange zwei Drehungen um 180°, eine um die Achse des Rohlings, die andere um eine Achse senkrecht hierzu kombinieren oder die

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Gesenke auswechseln. In sämtlichen der vorgenannten Vorrichtungen kann man versenkbare Hilfseinrichtungen für eine Erwärmung einbauen, beispielsweise elektrische Induktionsheizer, Gasverteiler oder dgl., um den Rohling auf die gewünschte Temperatur zu bringen.

ψ Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird.

Diese zeigen in

Figur 3 einen Schnitt längs einer die Achse des zu schmiedenden Werkstückes und die Verschiebungsrichtung enthaltenden Ebene, zur Erläuterung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 4 zeigt schematisch die bei der Durchführung

des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommene Verformung;

Figur 5 zeigt ein Beispiel in der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Anwendung auf ein Formschmieden;

Figur 6 zeigt im Längsschnitt die Form einer Kurbelwange einer Kurbelwelle, die nach Durchführung eines Verfahrens analog zu dem nach Figur 5 erhalten wurde;

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Figur 7 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Durchführung der erfindungsgemäßen Maßnahme, in Anwendung auf das Schmieden von Kurbelwangen komplizierter Form;

Figur 8 ist ein Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung längs der Mittelebene und enthält die Achse des Schmiedestückes und die Iranslationsrichtung;

Figur 9 ist ein Halbschnitt längs einer Ebene senkrecht zur Schnittebene der Figur 8 und enthält die Achse der vertikalen Ständer sowie eine Halbansicht von außen senkrecht zu dieser Ebene gesehen;

Figur 10 zeigt im Schnitt längs einer die Achse der Matrizen und die Verschiebungsrichtung enthaltenen Ebene eine Vorrichtung, die zum Schmieden von Kurbelwellen ausgelegt ist;

Figur 11 zeigt den Ausgangsrohling einer Kurbelwelle; und die J

Figuren 12 und 13 zeigen kombinierte Rotationsvorgänge, die zum vollständigen Schmieden einer Kröpfung notwendig sind.

Auf sämtlichen Figuren sind analoge Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

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Wie oben ausgeführt, besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß ein bestimmter Winkel zwischen der Achse des zu schmiedenden Teiles und der aufgewendeten Kraft oder der erzeugten Verschiebung aufrecht erhalten wird. Das Beispiels des Schmiedens einer Kurbelwange zeigt, wie dieses Verfahren die Vorgänge beim Schmieden vereinfacht und die mechanischen Eigenschaften der Produkte verbessert.

Wie aus Figur 3 zu sehen, besteht der Ausgangsrohling aus einem zylindrischen Werkstück von einem Durchmesser geringfügig größer als dem der herzustellenden Kurbelzapfen; dieses ist in einem Gesenk oder einer Matrize 4 festgelegt, die fest mit einem Gesenkträger 2 verbunden ist, während das andere Ende des Werkstückes in Teil 5 blockiert ist, gegen das sich ein bewegliches Querhaupt 3 abstützt. Das Schmiedestück wird in die Vorrichtung eingeführt, entweder bei Schmiedetemperatur oder bei Umgebungstemperatur; im letzgenannten Fall sind versenkbare Hilfseinrichtungen wie elektrische Induktionsheiζeinrichtungen oder Gasverteilungsbrenner oder andere geeignete Mittel vorgesehen, die dieses dann auf die gewünschte Temperatur bringen. Die durch das Querhaupt 3 und das Teil 5 gebildete bewegliche An-

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Ordnung wird dann in einer iDranslationslDewegung entsprechend der durch den Pfeil i¹ dargestellten Richtung einander genähert, bis ein Anschlag gegen das Teil 6 erfolgt, dessen Dicke die Endabmessung zwischen den Positionierungswerkzeugen definiert.

Diese alleinige Verschiebung sorgt für eine Verformung, " deren doppelte Konsequenz in Figur 4 erkennbar ist, in der schematisiert die gleichen Elemente wie in Figur 3 wieder anzutreffen sind. Einerseits wird das zwischen den Teilen 4 und 5 vorhandene Material gestaucht und nimmt die Form einer Kurbelwange P ein, in der ein planer Abschnitt längs einer Ebene senkrecht zur ursprünglichen Achse des Werkstückes oval ist, d.h. im wesentlichen eine Ellipse sehr geringer Exzentrität. Andererseits ist der bewegliche Kurbelzapfen Tj, gegenüber I dem festen Kurbelzapfen f T^, um einen Abstand R entsprechend dem Kurbelradius in einer Richtung senkrecht zur Stauchrichtung versetzt. Mit d ist der spitze, durch die Achse des Werkstückes und die Translationsrichtung gebildete Winkel bezeichnet, 1 bezeichnet die freie Länge des der plastischen Verformung ausgesetzten Metalls und e ist die Dicke der Kurbelwange.

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Diese Größen sind durch folgende Beziehung miteinander verknüpft:

R = (1 - e) tg d.

Dies zeigt, daß die geometrischen Abmessungen des erhaltenen Produktes eingestellt werden, indem Einfluß auf drei Paktoren genommen wird. Für eine Dicke e der festen Kurbelwange steigt der Kurbelradius mit dem Winkel d und der Länge 1, wodurch es möglich wird, die Kurbelzapfen materialmäßig um eine gewünschte Größe zu vermindern und der Kurbelwange das gewünschte Volumen zu verleihen. Letzteres kann ebenfalls erhalten werden, indem der Durchmesser D des Teiles des zwischen den beiden Gesenken 4 und 5 gelegenen Schmiedestücks modifiziert wird. Tatsächlich ist es jedoch vorteilhaft, für den Durchmesser D einen Wert zu nehmen, der sich wenig von dem der Kurbelzapfen unterscheidet, wobei das Volumen der zu schmiedenden Kurbelwange mit der

•W D

Länge des Schmiedestücks durch die Formel V = —-*·—

verknüpft ist, wobei diese Länge dann durch diese Beziehung festgelegt ist. Für eine gegebene Dicke der Kurbelwange ist durch die erste Gleichung R = (1 - e) tp d ausgehend von der vorher festgelegten Länge 1 der dem spitzen Winkel d zu gebende Wert festgelegt. Aus diesem Grunde weist das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem mit swei

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■unabhängigen Parametern gearbeitet wird, eine große Vielseitigkeit in der Verwendung auf und ist besonders zur Herstellung von Schmiedestücken bestehend aus mehreren zueinander nicht-koaxialen Teilen wie Kurbelwangen von Kurbelwellen geeignet.

Darüberhinaus verbessert das erfindungsgemäße Verfahren

in beachtlicher Weise die mechanischen Eigenschaften |

der erhaltenen Produkte und bietet zahlreiche Vorteile.

Die geschmiedeten Rohlinge nehmen eine kontinuierliche Fasertextur an, da der Schneidvorgang, auf den bei den Verfahren des klassischen Schmiedens nicht verzichtet werden kann, fortfällt und die Metallfasern parallel zur Außenfläche des Werkstückes orientiert sind. Die Umfangszone, wo das Metall die besten Eigenschaften aufweist, bleibt in der Nähe der Oberfläche, wodurch in beachtlicher Weise die Oberflächenfehler vermindert werden, während die Axialzone des Ausgangsrohlings mit der neutralen Achse der fertigen Kurbelwange-Kurbelwelle zusammenfällt und keinerlei schroffe Richtungsänderung an den Stellen erleidet, wo sonst das Metall leicht geschwächt worden wäre. Aufgrund dieser besonderen Textur werden die Beanspruchungen immer in Längsrichtung der lasern des Metalls ausgeübt und der Er-

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mü dungswi der st and der Werkstücke wird in "beachtlicher Weise erhöht. Schließlich erlaubt die Anwendung dieses Verfahrens es, in äußerst beachtlicher Weise das notwendige Metallgewicht zu vermindern, um ein und dasselbe Werkstück roh zu bearbeiten.

fc Hach der verfügbaren Leistung und den Abmessungen der roh zu bearbeitenden Werkstücke, kann man die Kurbelwangen bis zur festgelegten Dicke stauchen, indem man das Metall frei sein Profil annehmen läßt; es handelt sich also um das vorher beschriebene und in F,i'gur 4 dargestellte Freiformschmieden.

Man kann aber der Kurbelwange auch ein festgelegtes Profil geben, indem man die Elemente 4, 5 und 6 so zusammenwirken lassen kann, daß bei Ende der Verschie-

^Wt bung diese ein geschlossenes Gesenk begrenzen, das durch das Metall gefüllt wird: Es handelt sich also um ein beschranktes in Figur ü> wiedergegebenes Schmieden. Die Herstellung von Kurbelwangen definierter Form macht eine umso größere Stauchbeanspruchung notwendig, ,je weiter das beabsichtigte Profil sich tfom freiem Profil, das man unter den gleichen Bedingungen erhalten könnte, ,jedes Mal ,jedoch, v/o die verfügbare Leistung ausreichend

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ist, vermindert diese Verbesserung das Gewicht des notwendigen Metalls und den Vorgang der endgültigen Bearbeitung. Darüberhinaus ist es für das "begrenzte Schmieden oder das Faser-Gesenkschmieden, möglich, der Kurbelstange die gewünschte Neigung gegenüber den Kurbelzapfen zu geben, indem der Winkel zwischen der Achse des Werkstückes und den Verbindungsebenen der Matrizen 6 auf den Gesenken 4 und 5 modifiziert wird. Die Form " der erhaltenen Kurbelwange-Kurbelwelle ist dann analog der in Figur 6 im Längsschnitt dargestellten.

Zur Herstellung dieser verschiedenen Formen des geschmiedeten Rohlings werden die Stützflächen der Gesenke 4 und 5 auf der Matrize 6 parallel während der gesamten Verformung gehalten und bilden mit der Achse des Rohlings einen geraden Winkel imFall der Figur 5 und einen spitzen Winkel im Fall der Figur 6. Man kann J auch so vorgehen, daß diese Stützflächen vor der Verformung nicht parallel sind und daß sie es erst im Verlauf dieser Verformungen werden, in dem man eines der Gesenke 4 oder 5 um eine Achse senkrecht zu der durch die Achse des Werkstückes und die Verschiebungsrichtung definierten Ebene verschwenken läßt, wie in Figur 7 dargestellt. Diese Variante erlaubt es dann, Kurbelwangen-Kurbelwellen sehr komplizierter Form her-

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zustellen, deren Kurbelzapfen nicht mehr parallel sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren "besitzt also das wesentliche Merkmal, daß das Metall gestaucht wird und gleichzeitig die einen gegenüber anderen bestimmten Elementen des Ausgangsrohlings materialmäßig verkleinert werden und ermöglicht auf diese Weise auch die Realisierung vielfacher geometrischer Formen, indem man eine Bewegung mit nur einem Freiheitsgrad ins Spiel bringt. Die Beschreibung der Qualitäten der erhaltenen Produkte und der Vorteile dieses Verfahrens basiert auf der einfachen Translationsbewegung, selbstverständlich kann aber auch jede andere realisierbare Verschiebung verwendet werden.

Im folgenden sollen zwei Vorrichtungen beschrieben werden, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens brauchbar sind: Die erste zum Schmieden von Kurbelscheiben, die zweite von Schmieden von Kurbelwellen.

1.) Kurbelscheibenpresse.

Während des Schmiedens zeigt die Deformation des Metalls eine Reaktionskraft, die unter einem bestimmten Winkel zur Translatinnsrichtung der beweglichen Form angreift und die Vorrichtung zur Durchführung des

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SchmiedeVerfahrens muß die beiden Komponenten dieser Reaktion absorbieren, nämlich die, die parallel und die, die senkrecht zur Verschiebung liegt. Dies gilt, iinabhängig davon, wie die beiden Matrizenträger einander in der Bewegung genähert werden. Deswegen sieht man in der erfindungsgemäßen, beispielsweise in den Figuren 8 und 9 dargestellten Vorrichtung ein Doppelsystem von Ständern zum Absorbieren der Raktionskräfte vor, . ■

Macii diesem Ausführuiigsbei spiel besteht der Gesenkt rager 2 aus. einem durch die Kolbenstange 8 eines nicht-dargestellten Zylinders betätigten Schlitten, der sich gegen die Grundplatte 7 abstützt. Ein an dieser Grundplatte 7 befestigter Anschlagwinkel 11 zeigt eine Gleitführung 12, die den Schlitten 2 führt, setzt darüberhinaus die hoi"i-

zontalen Zuganker 10 ab, die, zusammen mit den vertika- |

len Ständern das feste Querhaupt 3 in seiner Lage halten.

Das /Schmiedestück wird in die Lagerung der Gesenke 4 und eingeführt, was vorgenommen werden kann, indem als Greifermittel eine Kappe beispielsweise 5 benutzt wird, dann wird die Gesamtanordnung durch einen Zylinder 8 in einer translatorischeii Bewegung von unten nach oben längs der Achse des Zylinders angetrieben. Das Anstauchen des

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Metalls "beginnt, wenn die Kappe 5 in ihrer im festen Querhaupt 3 vorgesehenen Lagerung 13 festgelegt ist. Je mehr man sich dem Ende des Schmiedevorganges nähert, umso größer werden die auftretenden Kräfte, da der Querschnitt des einer plastischen Deformation ausgesetzten Metalls zunimmt. Das Zentrum der maximalen Reaktion ist also der Schwerpunkt der Scheibe des hergestellten Werkstückes in seiner Endstellung. Aus diesem Grunde schneiden sich bei der dargestellten Vorrichtung die Ebenen der Achsen der Ständer 9 und 10 längs einer durch diesen Punkt verlaufenden Geraden: die Kräfte wirken axial auf die Zuganker, die sie nicht verlängern können. Darüberhinaus nimmt der Anschlagwinkel 11 gleichzeitig die quergerichtete, durch die Zuganker 10 übertragene Stauchkraft sowie die Reaktionskraft des Metalls durch Abstützung, den der Schlitten 2 gegen die Gleitschiene 12 nimmt, auf. Durch diese Anordnung können beim Schmieden keine Verformungen der Gesamtanordnung herbeigeführt werden, die in der Lage wären, die 3?orm der geschmiedeten Rohlinge zu ändern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht zahlreiche Varianten. So kann das Schmiedestück in seine Lagerung mit einem gewissen Spiel eintreten, das beim Schmieden verlorengeht oder im Gegensatz hierzu könner. die Kurbel-

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zapfen des herzustellenden Werkstückes durch Einrichtungen hergestellt werden, die zu diesem Zweck in das Querhaupt 3 und den Gesenkträger 2 eingebaut sind und die vor|jedem Stauchvorgang zur Ausübung kommen. Die Anordnung wird durch einen mit der Grundplatte 7 festen Zylinder 8 betätigt, man kann sich aber leicht vorstellen, daß im Rahmen der !Erfindung der Zylinder durch den beweglichen Seil einer üblichen Schmiedepresse ersetzt werden kann, um so eine bewegliche Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, Rohlinge der Bauart der Kurbelscheiben mit den angezeigten Vorteilen zu schmieden» Die Reaktionskräfte des Metalls auf die Gesenke werden nicht notwendigerweise durch Ständer und Zuganker übertragen, man kann zu diesem Ziel ein Gestell benutzen, das so ausgelegt ist, daß es gleichzeitig den axialen und transversalen Beanspruchungen widersteht, indem sämtliche der bekannten Möglichkeiten ins ^:i

Spiel kommen«

2.) Schmieden von Kurbelwellen.

Die oben beschriebene Vorrichtung kann verbessert werden, um das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für den Schmiedevorgang an einer kurzen Welle von zwei Kurbelzapfen, die durch eine Kurbelscheibe miteinander verbunden sind, vorzunehmen, indem man dem geschmiedeten

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Teil bzw. Volumen eine kontinuierliche 3?asertextur gibt, sondern läßt sich auch komplementär auf Kurbelwellen großer Abmessung anwenden. Eine einfache Kurbelwelle besitzt einen Wellenverlauf gebildet aus zwei Auflagerflächen oder Lagern, bezüglich der ein Kurbelzapfen um einen Wert gleich dem lladius der Kurbel oder gleich dem halben Hub exzentrisch angeordnet ist, der in seiner Drehbewegung eines der Enden einer Pleuelstange führt, deren anderes Ende geradlienig hin- und hergehend abwechselnd angetrieben wird. Die Übertragung dieser Beanspruchung des Kurbelzapfens auf die Lager erfolgt über zwei Plansche oder Kurbelwangen, die sie verbinden und die die Form einer Kurbelscheibe besitzen: Die so beschriebene Anordnung bildet eine Kröpfung. Eine Kurbelwelle für einen Mehrzylindermotor setzt sich aus mehreren Kröpfungen der gleichen Wellenanordnung längs dieser gemeinsamen Linie zu sehen, zusammen und weist jeweils gegeneinander eine Winkelverschiebung auf, diren Wert von der Anzahl der Kröpfungen abhängt.

TJm das Verfahren nach der Erfindung auf das Schmieden von Kurbelwellen anwenden zu können, ist es notwendig, daß die Vorrichtng zu dessen Durchführung einerseits es ermöglicht, eine Kurbelscheibe an einer beliebigen

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Stelle einer langen Stange auszubilden und andererseits aufeinanderfolgend zwei ein und diegleiche Kröpfung bil-'dende Kurbelwangen anzustauchen. Figur 10 zeigt im Schnitt längs einer die Achse der Matrizen und die Bewegungsrichtung enthaltenden Ebene eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, daß diese "beiden Schwierigkeiten gelöst werden.

Bei dieser Torrichtung sorgt man dafür, daß die Gesenke 14 und 15 öffnungen besitzen und, damit sie eine Stange an jeder beliebigen Stelle erfassen-können, sind sie jeweils aus zwei Teilen hergestellt, die vorzugsweise längs der Sehneidebene zusammengebaut sind und sind darüberhinaus jeweils durch den Schlitten 16 und das feste Querhaupt 17 getragen, in denen eine erhebliche Auslösung 18 bzw. 19 mit der gleichen Längsachse die Lagerung der Gesenke 14 und 15 verlängert. Durch die- _

se erfiiidungseigenartige Anordnung wird es möglich, die zu schmiedende Stange über diese Aussparung einzuführen, wenn die beiden Teile jedes Gesenkes voneinander entfernt sind, wodurch diese an einer genau dexinierten an sich beliebigen Stelle festgesetzt wird und woraufhin dann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an dieser Stelle eine Kurbelscheibe geschmiedet wird. Hierzu sieht man wie vorher einen Zylinder 20

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vor, dessen Kolben 21 mit translatorischer Bewegung den Schlitten 16 mitnimmt, der durch Ständer 22 und die Gleitschiene 23 geführt ist. Die auf den Schlitten wirkende quergerichtete Schmiedereaktionskraft wird durch die Gleitschiene 23 über das Querhaupt 17 übertragen, das auch vom Gesenk 14 die Querbeanspruchung beim Stauchen des Rohlings aufnimmt. Nach der form des Gesenkes, dem gestauchten Volumen und der verfügbaren Leistung, läßt man das Metall sich frei verzweigen oder auch die Gesenke 14 und 15 wirken so zusammen, daß sie beim Ende des Hubes eine genau definierte 3?orm der Kurbelwange erteilen, wodurch eine spätere Bearbeitung auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Im übrigen ist der Ausgangsrohling für eine Kurbelwelle mit Fasertextur keine glatte Stange sondern ein Gebilde | mit der Form eines "Schleüderkreises" wie in Figur dargestellt. Die zylindrischen Volumina, die den kleinsten Durchmesser aufweisen, sind die Teile des Rohlings, die dann zu den lagern oder den Kurbeln . werden: Man gibt ihnen auf dem Rohling ihre definitive Länge, jedoch einen größeren Durchmesser, wobei man die Bearbietungsüberdicken berücksichtigt. Diese Zylinder sind durch Absätze voneinander getrennt, deren Länge durch das' Volumen definiert ist, die jedem

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Flansch oder jeder Wange gegeben wird und deren Anschlag eine unbedingte Axialbloekierung des Rohlings im Gesenk während des Stauchens sicherstellt. Die Vorbearbeitung der geschmiedeten Stange entsprechend der Schleuderkreiselform legt die relativen Stellungen der Lager, der Kurbelzapfen und der Anschläge zueinander fest, die die Längspositionierung jedes 3Flansch.es bzw. jeder Kurbel- J wange bestimmen. Es ist also möglich, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung zu seiner Durchführung eine Kurbelscheibe an jeder beliebigen Stelle einer Stange zu schmieden oder eine Kurbelwange einer der Kröpfungen einer Kurbelwelle an genau der Stelle, die sie später einnehmen soll.

Es muß dabei noch beachtet werden, daß die dargestellte Vorrichtung einen Kurbelzapfen in einer einzigen genau , festgelegten Richtung hinsichtlich des Materials vermindert. Um zu erläutern, wie die beiden Kurbelwangen ein und derselben Kröpfung geschmiedet werden, muß man ein System mit Bezugsachse wählen. Unter Bezugnahme auf Figur 10 wählt man als Ursprung den Schnitt der dem beweglichen Gesenk 15 zugeordneten Schmiedeebene und dessen Achse, letztere als Achse ox unter Orien- . tierung des beweglichen Gesenks gegen das jifeste Gesenk, wobei die Achse oy durch Schnitt der Schneidebene

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und der vorhergehenden Schmiedeebene mitgenommen und so orientiert wird, daß der Winkel xoy positiv wird. Staucht man das Metall, indem man es sich frei ausbreiten läßt, so geht alles so vor sich, als wenn die Mitte des mitgenommenen Lagerzapfens eine geradlinige Bahn in der Ebene xoy ausführen würde, wobei der Winkel zwischen der Achse des Rohlings und des gebildeten Flansches bzw. der Kurbelwange dann positiv und gleich 90° wird, was auch eine nähere Betrachtung der ügur ergibt.

Jfigur 13 zeigt klar, wie für die beiden Kurbelwangen ein und derselben Kröpfung die beiden Mitnahmewinkel im Absolutwert gleich jedoch in umgekehrter Richtung orientiert sind. Da diese Vorrichtung es erlaubt, allein positive Mitnahmewinkel zu schmieden, wird die erste Kurbelwange mit den Achsen X₁O^y₁ realisiert, während die Bezugsachsen des zweiten Flansches beispielsweise gleich Xp°2^y2 ^wer^^en· Mechanisch führt das dazu, daß man sagen kann, daß, sobald einmal der erste Plansch gestaucht ist, man durch eine Drehung des Rohlings die feste Faserrichtung und die vorzunehmende Versetzung zusammenfallen lassen muß·

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!Für den FaIl des Freiformschmiedens genügt es, den Rohling um 180° um seine Längsachse zu drehen, im Pail des begrenzten Schmiedens jedoch kann es notwendig werden, ebenfalls eine Drehung um eine vertikale Achse senkrecht der Ebene der Figur 10 zu kombinieren (d.h. die Stange wird Stück um Stück umgewendet); in gewissen Fällen jedoch kann selbst eineÄnderung der Gesenke unerläßlich werden, je nachden durch die Flansche der Kröpfungen gelieferten Symmetrien.

Das vollständige Schmieden einer Kröpfung umfaßt also die folgenden Vorgänge: Schmieden der ersten Kurbelwange , Translation zur Positionierung der zweiten Kurbelwange, Drehung der Stange um ihre Achse oder um eine Achse senkrecht zur letzteren oder Auswechselung der Gesenke, Schmieden der zweiten Kurbelwange. Günstig ist es, daß die Gesenke 14 und 15 ein Werkzeug umfassen, das den ersten Flansch bzw. die erste Kurbelwange-während des Schmiedens der zweiten blockiert, damit diese rigoros parallel sind.

Erfindungsgemäß.fügt man den· Schmiedeeinrichtungen versenkbare Hilfsmittel zu, um den Rohling zu erwärmen. Man kann so die Handhabungsvorgänge vermindern und, da die Lokalisierung der erhaltenen Heizung es ermöglicht,

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die kalten Teile dieses Rohlings einzuspannen, kann man eine energische Blockierung dieses Rohlings sicherstellen und erhöhte Schmiedekräfte ins Spiel bringen.

Man so Kurbelwellen erheblicher Abmessungen schmieden, indem man die allgemeinen Vorteile des Verfahrens aus-

^ nutzt (Werkstücke mit besserem J'jrmüdungswiderstand, die weniger Oberflächenfehler aufweisen und die man •bei geringerem Metallgewicht erhält), indem man mit der beispielsweise in Figur 10 dargestellten Vorrichtung arbeitet. Diese besitzt nur einen einzigen 3?reiheitsgrad, was die Schwierigkeiten, die bei der Synchronisation der allgemein für Vorrichtungen, die diese Arbeit ausführen, notwendigen Bewegungen in Fortfall kommen läßt und, aufgrund dessen, daß Kurbelwange nach Kurbelwange geschmiedet wird, wird nur

" eine minimale Leistung benötigt; auch können Kurbelwellen roh bearbeitet werden, die kein Lager zwischen aufeinanderfolgenden !Exzenter- oder Kurbelzapfen aufweisen.

Im Hinblick auf eine knappe Darstellung wurden nur wenige Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Allen für die Erfindung nicht als wesentlich Erachtete wurde fortgelassen.

Patentansprüche

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Claims (13)

ΐΑΏ JH LU CXiiii

1.) Verfahren zum Schmieden von Rohlingen "bestehend aus mehreren nicht-koaxialen Teilen, beispielsweise Kurbelseheiben und Kurbelwellen, derart, daß diesen

fortlaufende ä

eine/I'asertextur verliehen wird, dadurch gekennzeichnet, ^ daß ein bestimmter. Yinkel zwischen der Achse des zu schmiedenden Iierk3tückes und der ausgeübten Kraft beibehalten wird, daß auf eines der Enden des Ausgangsstückes, das in einem beweglichen Gesenk gehalten wird, eine Kraft ausgeübt wird, die weder parallel noch senkrecht au der Achse verläuft, wobei dieses Ende translatorisch oder rotatorisch oder nach irgendeiner anderen realisierbaren Uewegungsbahn geführt wird, während das andere Ende in einem festen G-esenk verbleibt, derart, daß gleichzeitig A

zwei Verschiebungen, die eine axial, die andere transversal, hervorgerufen werden, wodurch die gewünschten Deformationen herbeigeführt werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Iiohlings gewünschter Form auf den Winkel zwischen der ausgeübten Kraft und der Achse des Ausgangsrohlings, auf die freie Länge des der

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plastischen !Deformation ausgesetzten Rohlings und auf dessen Durchmesser eingewirkt wird, wobei diese Parameter es ermöglichen, die Verschiebungen der 2_Gilstüclce Radius der Kurbel beim Schmieden einer Kurbelscheibe und die Größe der Zwischenscheibe einzustellen.

5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Freiformschmieden das Metall während des ochmiedevorganges unter freier Verformung gehalten wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Durchführung als Swangsschmiedeverfahren oder Fibrogesenkverfahren das lie tall gezwungen wird, eine SOrm sehr ähnlich der der bearbeiteten Kurbelscheibe anzunehmen, derart, daß der Bearbeitungsvorgang auf ein Minimum herabgesetzt wird.

5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zwangsschniieden man die beiden den Schmiederohling bzw. das Solimiedeausgangsstück haltenden Gesenke derart zusammenwirken läßt, daß beim Ende der Verschiebung sie ein geschlossenes mit Metall gefülltes Gesenk bilden, und daß der Winkel zwischen den Kurbelzapfen und der Kurbelscheibe des hergestellten Rohlings

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als genau definierter, sich von ¹JO⁰ unterscheidender Ivert gewühlt wird und daß entsprechend der ο tauchtewegung und den 3?estset&initteln für den beweglichen Kurbelzapfen die Achsen der beiden kurbelzapfen niclit mehr parallel uo.cl:. dem .'Jchmieden gewählt v/erden, derart, dai,¹. Jiohlinge unterschiedlichster geometrischer Form erhalten werden.

6.) Vorrichtung mit einem einzigen TreiheitGf;ι:·εά r:u'.n .Jchuiieden. von aus uehreren nicht-koaxialen Teilen bestehenden liolilin^en, derart, da·.! diesen eine kontinuj.erliclie Vasertextur gegeben v/ird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorliergehenden Ansprüche, • ekennseichnet durch ein bev/egliches Gesenk, das von einem Zylinder oder dgl. betätigten Schieber getragen ist, in dem eines der Jiinden des Aus gangs Stückes fest- :/ele^t ist; durch ein ein Gesenk tragendes festes ü.uerhauOt, in dem das andere Ende dieses Ausgangswerkstücks blockiert ist, wenn der betätigte Zylinder das Verkstiick beispielsweise translatorisch verschiebt, wobei die La/re dieses festen Querhauptes die Einstellung der {renann±en Parameter erlaubt; und durch einen doppelten oat;: von Ständern, Zugankern oder Trägern, die das bewegliche Gesenk und das feste Querhaupt tragen, dei-.-ν-^:ΐ, dn-- öle .>ihnieflereaktionc;.krf:.fte parallel und aenk-

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recht zur Verschiebung des beweglichen Gesenkes absorbiert werden.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung des Querschnitts der Ständer oder dgl., die die Schmiederealctionslcräfte absorbieren, die durch deren Achsen gebildeten Ebene sich längs einer Geraden schneiden, die iui wesentlichen durch das Zentrum maximalen Schubes verlaufen, das mit dem Schwerpunkt der Scheibe des geschmiedeten Werkstückes bei Beendigung des Schmiedevorgangs zusammenfällt.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die festen und beweglichen Gesenke nur eine eins ige öffnung zum Einführen jedes der linden des Ausgangswerkstückes aufweisen, wobei die Festlegung des letzteren in dem iesten Gesenk nach dem Stauchen erfolgt .

9.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die festen und beweglichen Gesenke jeweils aus zwei Teilen bestehen, die zur liontage und Demontage durch Spannorgane betätigt sind, wobei die Festlegung des Werkstückes in den Gesenken vor dem Stauchen vorgenommen ist.

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10.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Auslegung, derart, daß die Vorrichtung durch den "beweglichen Teil einer an Dich oelrannten Presse beweglich ist.

11.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch versenkbare Ililfsheizeinrichtungen, J vorzugsweise elektrische Induktionsheizeinriclitungen, Gasverteilereinriehtungen oder dgl., die den Rohling auf die gewünschte Temperatur bringen.

12.) Vorrichtung zum Schmieden von Kurbelwellen großer Abmessungen, zur Durchführung des Verfahrens nö,ci'i einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein festes ein Gesenk tragendes Querhaupt, das eines der Enden der zu schmiedenden Stange hält und fest mit einer Gleitschiene verbunden ist, wobei diese starre Anordnung gleichseitig transversalen Schmiedekräften und resultierenden Reaktionskräften ausgesetzt ist; durch einen beweglichen, das zweite Gesenk tragenden Schlitten, der das andere Ende der Stange trägt und durch einen hydraujtflisehen Zylinder oder dgl., beispielsweise translatorisch angetrieben wird, wobei während der Translationsbewegung eine Führung durch Ständer und die Gleitschiene erfolgt; und daß die beiden Gesenke mit

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Öffnung und aus zwei Teilen "bestellen, die durch zweckmäßige Mittel, vorzugsweise längs der die Achse der hu schmiedenden Stange und die Verschiebungsric.itung enthaltenden Ebene zusammengebracht werden; und daß schließlich die Träger der Gesenke in der gleichen Achse eine Auslösung aufweisen, über die es einfach ist, die Stange einzuführen, die so nach Spannen der beiden Halbgesenke an einer beliebigen Stelle festgelegt werden kann.

13.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schmieden einer vollständigen Kröpfung Kurbelwange um Kurbelwange nach dem Schmieden einer ersten Kurbelwange eine Translation zur Längspositionierung der zweiten Kurbelscheibe und eine Drehung von 180° um die Achse des Rohlings kombiniert werden, derart, daß die beiden Kurbelscheiben ein- und derselben Kröpfung um einen gleichen Betrag versetzt werden, wobei die Gesenke vorzugsweise mit Mitteln versehen sind, die die erste Scheibe oder den ersten gestauchten Flansch während des Schmiedens der zweiten Scheibe blockieren, derart, daß eine absolute Parallelität sichergestellt ist.

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.14.) Vorrichtung nach Anspruch. 12, dadurch gekennzeichnet, dai nach dem Schmieden der ersten Kurbelscheioe zwei Dreiungen um 180° vorzunehmen sind, eine um die Achse des Rohlings, die andere um eine Achse senkrecht kier.-su.

1p.) Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekern- f

'.,eiclmet,. dai3 die Gesenke nach dem oclnnieden einer ersten Lui'üelsclieibe f;ev.^Tebhselt we3:den, derart, daß den Planschen der Iiersustellenden Kröpfung ein und dieselbe Verschiebung gegenüber der Achse der Lurbelv/elle verliehen v/ird.

16.) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch versenkbare Hilfsheizeinrichtungen, beispielsweise Gasverteilereinrichtungen, elektrische Induktionsheiaeinrichtungen oder dgl., der- _Λ

art, daß der Schmiederohling auf die gewünschte Temperatür gebracht v/erden kann.

17.) Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn-

Ub er aeichnet, daid das Werkstück nur/eine festgelegte minimale Jj-inge ervrlrmt v/ird, derart, daJ?> aufgru^nd dieser genauen Lokalisierung das Werkstück durch die Auxlr.gerflachen aui eine Temperatur kleiner als οchmiedetemperatur ge-

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"bracht wird, um so eine wirksame Blockierung während des Schmiedens zu erreichen.

13.) Metallische Schmiedestücke mit mehreren zueinander nicht-koaxialen Teilen, gekennzeichnet durch parallel zu ihrer Außenoberfläche orientierte Fasern, wobei die Axialzone von Ausgangsstange oder -rohling mit der mittleren Faser der Umfangszone zusammenfällt, die in der Nähe der Oberfläche bleibt, wobei die Werkstücke sich durch beachtlichen Ermüdungswiderstand auszeichnen.

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