DE3345280A1 - Method for the cold forming of virtually symmetrical metal workpieces - Google Patents

Abstract

A method for the cold forming of virtually symmetrical metal workpieces. The technical problem of the invention is to provide a method which makes possible cold forming of such workpieces by simple procedures and with high dimensional accuracy. A bar-shaped blank with a fine-grained structure and a volume essentially equal to that of the workpiece is converted by reduction in one or more stages into an intermediate with a reduced shank and an unreduced head. The intermediate is upset at one or both ends. The intermediate is then forged in a closed die to give the finished workpiece. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Kaltformung von quasimmetrischen metallischen Process for the cold forming of quasimmetric metallic

Werkstücken Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kaltformung von quasisymmetrischen metallischen Werkstücken. Workpieces Description The invention relates to a method for Cold forming of quasi-symmetrical metallic workpieces.

Anwendungsg.biet der erfindung sind Werkstücke aus Stahl, Aluminium- und Buntmetall-Legierungen. Es kann sich dabei um Fahrradkurbeln, Lenkervorbauten, Hebel, Pedale, Gritfe und ühnliche Werkstücke handeln. Application area of the invention are workpieces made of steel, aluminum and non-ferrous metal alloys. It can be bicycle cranks, handlebar stems, Handle levers, pedals, handles and similar workpieces.

Bekannt sit die Herstellung eines solchen Werkstückes durch Gießen. Dann ergeben sich jedoch Schwindungen und außerdem ist eine Ober-Flächenbearbeitung erforderlich. Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung solcher werkstücke ist die Warmformung. Hierbei ist eine Energiezufuhr zum Erwärmen notwendig. Außerdem ergibt sich hener Werkstoffverlust durch den Gratanteil und die notwendige Nachberarbeitung. Die Formgenauigkeit ist unbefriedigend. It is known to manufacture such a workpiece by casting. However, shrinkage then occurs and there is also a surface treatment necessary. Another known method for producing such workpieces is the thermoforming. An energy supply for heating is necessary here. aside from that This results in material loss due to the burr portion and the necessary reworking. The dimensional accuracy is unsatisfactory.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das eine Kaltformung solcher Werkstücke in einfachen Verfahrensgüngen mit hoher Maßhaltigkeit ermöglicht. The object of the invention is to provide a method that a cold forming of such workpieces in simple procedural steps with high dimensional accuracy enables.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch folgende Merkmale geist a) ein stabförmiger, dem Werkstück im wesentlichen volumengleicher Rohling mit Feinkorngefüge wird einstufig oder mehrstufig durch Reduzierung in einen Zwischenkörper mit reduziertem Schaft und unreduziertem Kopf umgeformt: b) es werden einendige oder beidendige Stauchungen durchgefährt: c) der Zwischenkörper wird imgeschlossenen Gesenk zu dem fertigen Werkstück geschmidet. According to the invention, this object is achieved by the following features a) a rod-shaped blank of essentially the same volume as the workpiece with a fine-grain structure becomes single-stage or multi-stage by reducing into an intermediate body with reduced Shank and unreduced head reshaped: b) single-ended or both-ended Compression performed: c) the intermediate body is in the closed die to the finished workpiece forged.

Die Erfindung unterscheidet sich dadurch in nichtnaheliegender Weise vom Stand der Technick, als ein stabförmiger, volumengleicher Rohling wit vernachlässigbarem Werkaroffverlust in das fertige Werlcst:;ck umgeformt wird. Der Werkstffabfall kann auf. weniger als 5 Z herabgesetzt werden. Eine Energiezufuhr zur Erwärmung des $Werstücks ist bei der Formung nicht notwendig. Die Formung in eintur geschlossenen Gesenk ergibt eine versatzfreie, wiederholbare Formgebung. Da die Formung kalt erfolgt, egeben sich keine Schwindungen durch Ab@ühlungseffekte. Die Kaltformung garantiert eine hohe Oberflächenqualität der Werkstücke, dünne Grate, einheitliche Konturen und eine genaue Formgebung auch bei hohen Stückzahlen. The invention thereby differs in non-obvious ways from the state of the art, as a rod-shaped, volume-equal blank with negligible Loss of material in the finished work:; ck is formed. The material waste can on. less than 5 Z are reduced. A supply of energy to heat the workpiece is not necessary when shaping. Forming in a closed die results in an offset-free, repeatable shape. Since the molding is done cold, There is no shrinkage due to cooling effects. Cold forming guaranteed a high surface quality of the workpieces, thin burrs, uniform contours and precise shaping even with large quantities.

Der Ausgangswerkstoff muß ein Feinkorngeftige haben. Dann l;ßt sich bei Aluminiumlegierungen auch die Bildung von sog. Apfelsinenhautoberflächen vermeiden. Es lassen sich verütbare und eloxierbare Aluminiumlegierungen einsetzen. The starting material must be fine-grained. Then you can In the case of aluminum alloys, avoid the formation of so-called orange peel surfaces. It is possible to use temperable and anodizable aluminum alloys.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stauchungen einstufig oder mehrstufig durchgeführt werden. Damit läßt sich das Ausknichungsverhältnis berücksichtigen, nämlich das Verhältnis der gestauchten Lange zum Durchmesser. Fei einer nehrstufigen Behandlung karn dieses Verhältnis immer so gehalten werden, daß Ausknickungen des Werkstückes nicht auftreten. In a further development of the invention it is provided that the upsets can be carried out in one or more stages. This allows the buckling ratio take into account, namely the ratio of the compressed length to the diameter. Holy In a multilevel treatment, this relationship can always be kept in such a way that Buckling of the workpiece does not occur.

Zur möglichst variablen Formgebung und Anpassung an die gewänschten Verhältnisse kann man nach der Erfindung die Reduzierungsstufen und Stauchstufen in wechselnder Folge durchführen. Damit läßt sich das Verfahren an jede gewünschten Werkstückform anpassen. For the most variable possible shaping and adaptation to the desired According to the invention, ratios can be the reduction stages and upsetting stages perform in alternating order. This allows the process to be adapted to any desired Adjust workpiece shape.

Zur Erzielung jeder gewünschte Kontur der Werkstücke ist vorgesehen, daß beim Schmieden napförmige oder stegförmige Konturen eingeprägt werden. In order to achieve any desired contour of the workpieces, it is provided that cup-shaped or web-shaped contours are embossed during forging.

Da der heinz Kaltschmieden gebildetete Grat sehr schrnal und dünn ist, kann er in einer anschließenden Bearbeitungsstufe in einem Formgesenk abgepreßt werden, so daß dadurch eine einfachen und saubere Entratung gewährleistet ist. Because the burr formed by heinz cold forging is very narrow and thin is, it can be pressed in a subsequent processing step in a die so that simple and clean deburring is guaranteed.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß das Werkstück iii einem Formgesenk fertiggeformt wird. According to the invention it is provided that the workpiece iii a forming die is finished formed.

Schließlich siebt die Erfindung vor, daß in den Endstufen der Schmiedeformung Lochungen erfolgen. Damit läßt sich das Werkstück auf die jeweilige Verwendung ausrichten, indem in augenförmigen Aufstauchungen der Enden Durchgänge eingepreßt werden. Finally, the invention seeks that in the final stages of forging forming Perforations take place. This allows the workpiece to be aligned to the respective use, in that passages are pressed into the eye-shaped upsets at the ends.

Eine Ausfühurngsform des Verfahrens zur Herstellung einer Fahr- @adkurbel ist im folgneden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeich-@ung erläutert, in der darstellen: Fig. 1 einen stabförmigen Rohling, Fig. 2 die Umformung dieses Rohlings durch Reduzeirung, Fig. 3 die weitere Umformung des Rohlings durch Stauchung, Fig. 4 eine Zwischenstufe des Rohlings nach Durchführung mehrerer Reduzier- und Stauchoperationon, Fig. 5 dit Formung des Rohlings durch Kaltschmieden in einet: Gesenk, Fig. 6 einen Schnitt durch das Gesenk nach Fig. 5 und Fig. 7 das Fertigwerkstück. An embodiment of the method for producing a vehicle @adkurbel is explained below with reference to the attached drawing in which Fig. 1 shows a rod-shaped blank, Fig. 2 shows the reshaping of this blank by reduction, Fig. 3 the further deformation of the blank by upsetting, Fig. 4 an intermediate stage of the blank after performing several reducing and upsetting operations, FIG. 5 shows the forming of the blank by cold forging in one: die, FIG. 6 one Section through the die according to FIG. 5 and FIG. 7, the finished workpiece.

Nach üblichen Verfahren der konstruktiven Gestaltung wird das Volumen des Fertigtells gemäß Fig. 7 ermittelt. Es wird dann ein stabförmiger Rohling 1 hergestellt, der das ermittelte Volumen zuzi;glich eines Zuschlages von einigen Prozenten aufweist. Der Rohling 1 kann von einem stabförmigen Stranggußkörper abgetrennt sein. Die Lärge und der Durchmesser des Rohlings miissen den Abmessungen des Fertigwerkstücks angepaßt werden. According to the usual methods of structural design, the volume of the finished part according to FIG. 7 determined. It then becomes a rod-shaped blank 1 produced, the determined volume plus a surcharge of some Has percentages. The blank 1 can be separated from a rod-shaped continuously cast body be. The length and the diameter of the blank must match the dimensions of the finished workpiece be adjusted.

Es ist dann erforderlich, die Länge und den Durchmesser der verschiedenen Abschnitte des Pohlings im Hinblick auf die Form und die Abmessungen des Fertigwerkstückes zu bestimmen. Damit in der Kalt-@chmiedestufe nur geringe axiale Stauchungen und Verformungen auftre-@en, erfolgt eine Reduzierung des Rohlings, gemäß Fig. 2. Der Rohling wird durch eine Matrize 2 gepreßt und dabei in einen Zwischenkörper mit reduziertem Schft 3 und unreduziertem Kopf 4 umgeformt. Bei dieser Reduzierung wird der Rohling durch eine in Richtung 5 wirkende Kraft durch die riatrize gepreßt. Damit die Verformungskräfte nicht zu groß werden und damit die einzelnen Abschnitte des Rohlings an das Volumen des jeweiligen Abschnitts des Fertigwerkstücks angepaßt werden köunnen, kann die Reduzierung in mehreren Stufen durcgeführt werden. It is then required the length and diameter of the various Sections of the pile with regard to the shape and dimensions of the finished workpiece to determine. Thus, in the cold forging stage, only slight axial upsets and If deformations occur, the blank is reduced, as shown in FIG The blank is pressed through a die 2 and thereby also in an intermediate body reduced shaft 3 and unreduced head 4 reshaped. With this reduction the blank is pressed through the riatrize by a force acting in direction 5. So that the deformation forces do not become too great and thus the individual sections of the blank adapted to the volume of the respective section of the finished workpiece the reduction can be carried out in several stages.

Das gewünschte Fertigwerkstück gemäß Fig. 7 hat an den Enden auç,enf<;rmige Verdickungen. Dirse Verdickungen müssen durch Stauchen gemäß Fig. 3 erzeugt werden. Die Stauchung erfolgt in einem Gesenk aus einem Unterwerkzeug 6 und einem Oberwerkzeug 7. Beim Stauchen muß die Ausknicklänge oder das Ausknickverhältnis herücksichtigt werden. Das Ausknickverhältnis ist das Verhältnis von Schaftlänge zum Schaftdurchmesser. Wenn dieses Verhältnis einen oberen Grenzwert überschbreitet, also wenn der Schaft vergleichsweise dünn wird, treten beim Stauchen Ausknichungen auf. Eine symmetrische Aufbauchung und symmetrische Füllung des Gesenkes ist dann nicht mehr möglich. Die Achse des Werkstückes verzieht sich. The desired finished workpiece according to FIG. 7 has an outer shape at the ends Thickenings. Dirse thickenings must be produced by upsetting according to FIG. 3. The upsetting takes place in a die made up of a lower tool 6 and an upper tool 7. When upsetting, the buckling length or the buckling ratio must be taken into account will. The buckling ratio is the ratio of the shaft length to the shaft diameter. When this ratio exceeds an upper limit, i.e. when the shaft becomes comparatively thin, occur when upsetting Knichungen on. A symmetrical bulge and symmetrical filling of the die is not then more is possible. The axis of the workpiece is distorted.

Die Staiichungen können einendig oder beidendig sowie in einer oder mehreren Stufen durchgefilhrt werden. Es ist auch moglich, Reduzierstufen und Stauchstufen in wechselnder Folge durchzuführen. Man erhält schließlich einen Zwischenformling 8 gemäß Fig. 4, der an den Enden die notwendigen Materialanhäufungen in der gewünschten Kontur aufweist. The staiichings can be one or both ends as well as in one or be carried out in several stages. It is also possible to have reduction stages and upsetting stages to be carried out in alternating order. Finally, an intermediate molding is obtained 8 according to FIG. 4, the necessary accumulations of material in the desired at the ends Has contour.

Die weitere Formung erfolgt durch Kaltschmieden in einem Untergesenk 9 und einem Obergesenk 10. Dabei ist das Gesenk so bemessen, daf ein schmaler dünner Grat 11 gebildet wird. Die Gesenke enthalten StiF-te 12, die im einzelnen Auswerferstifte, Zentrierstifte, Haltestifte oder auch Lochdorne sein können. In dem beschriebenen Gesenk wird das Werkstück in eine Fertigkontur umgeformt. Da diese Formung im geschlossenen Gesenk erfolgt, ist sie konturengleich und sehr genau sowic jederzeit wiederholbare Das Kaltschmieden kann mit einem oder mehreren Schlingen geschehen. Die Gratbahn läßt @ berschüssiges Material gezielt austreten und verhindet auch, daß sich Untergesenk 9 und Obergesenk 10 direkt berühren. Man kann profilierungen innerhalb des Werkstücks durch Napfstempel oder andere Einsätze in den Gesenken erzielen. Dadurch kann man konische Schäfte, Augen und Endenverdickungen herstellen. Further shaping takes place by cold forging in a lower die 9 and an upper die 10. The die is dimensioned so that a narrow thinner one Ridge 11 is formed. The dies contain pins 12, the individual ejector pins, Centering pins, retaining pins or piercing pins can be. In the described The workpiece is swaged into a finished contour. Because this shaping in the closed The die is made, it has the same contours and is very precise as well as repeatable at any time Cold forging can be done with one or more loops. The ridge run @ allows excess material to escape in a targeted manner and also prevents the lower die 9 and upper die 10 touch directly. Profiles can be made within the workpiece with cup punches or other inserts in the dies. That way you can Make conical shafts, eyes and thickened ends.

Der Grat wird in einem Formgesenk abgepreßt. Eine Fertigformung kann in einem weiteren Formgesenk eriolgen, damit eine hohe und konturengleiche OberflHcbengiSte erhalt. Fig. 7 zeigt ein Fertigwerkstück in Form einer Fahrradkurbel mit einem profilierten Schaft 13 und augenfbrmigen Verdickungen 14 und 15 an den Enden zur Aufnahme der Lager. Die Augen 14 und 15 haben jeweils Lochungen 16 und 17 mit dem gewüpschten Profil. Das Fertigwerstück nach Fig. 7 ist formgenau. Eine zusätzliche Bearbeitung ist nicht notwendig. The burr is pressed off in a die. A final molding can in a further molding die, so that a high and contoured surface mold is obtained receive. Fig. 7 shows a finished workpiece in the form of a bicycle crank with a profiled one Shank 13 and eye-shaped thickenings 14 and 15 at the ends for receiving the Camp. The eyes 14 and 15 each have holes 16 and 17 with the desired one Profile. The finished piece according to FIG. 7 is dimensionally accurate. An additional edit is not necessary.

Die Werkzeuge für das Reduzieren und Stauchen bestehen aus legiertem Werkzeugstahl oder aus Hartmetall. The tools for reducing and upsetting are made of alloyed Tool steel or hard metal.

Die Formung karin jeweils in mehreren Stufen durchgefiihrt werden. The shaping can be carried out in several stages.

Damit lassen sich nahezu alle Formen von Lochungen, Einsenktmgen und Durchdringungen erzeugen. Da das Schmieden im geschlossenen Gesenk erfolgt, werden Formungenauigkeiten, überformungen und Überdehnungen verhindert.Almost all shapes of perforations, sinks and Create penetrations. Since forging takes place in a closed die, Prevents inaccuracies in shape, overmolding and overstretching.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich als Folgeverfahren durch führen. Da die einzelnen Formungsstufen unmittelbar nacheinander durchgeführt werden, ergibt sich ein günstiges Formungsverhalten. Versprödungen oder Kaltaushärtungen treten nicht auf. Bei der Formung von Werkstticken aus Aluminiumlegierungen kann das Lösungsglühen vor dem Kajtschmieden erfolgen. Tm Anschluß an das Kaltschmieden werden die Werkstücke kalt bzw. warm ausgelagert. Die Werkstücke, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt sind, weisen eine hohere Dauerbelastbarkeit als Werkstijcke auf, die durch Warmschmieden oder Gießen hergestellt sind. The method according to the invention can be used as a follow-up method by to lead. Since the individual shaping stages are carried out immediately one after the other, a favorable shaping behavior results. Embrittlement or cold hardening do not occur. When forming work pieces made of aluminum alloys the solution annealing takes place before the Kajt forging. Tm connected to the cold forging the workpieces are stored cold or warm. The workpieces produced after the process The invention are made, have a higher long-term load capacity than Werkstijcke made by hot forging or casting.

Das Verfahren nach der Erfindung erlaubt oftmals den Wegfall einer spanenden Bearbeitung. Das Verfahren ist insbesondore in der Großserienfertigung von Bedeutung, weil die Werkstücke konturengleich sind. Außerdem haben die Werkstücke eine hohe Oberflächengüte. Infolgedessen bann der Veredelungsaufwand verringert werden. The method according to the invention often allows the omission of a machining. The process is especially used in large-scale production important because the workpieces have the same contours. In addition, the workpieces have a high surface quality. As a result, the finishing effort is reduced will.

Claims (7)

Verfahren zur Kaltformung von quasisymmetrischen metallischen Werkstücken Ansprüche 1. Verfahren zur Kaltformung von quasisymmetrischen metallischen Werkstücken, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) ein stabförmiger, dem Werkstück im wesentlichen volumengleicher Rohling mit Feinkorngefüge wird einstufig oder mehrstufig durch Reduzierung in einen Zwischenkörper mit reduziertem Schaft und unreduziertem Kopf umgeformt. Process for the cold forming of quasi-symmetrical metallic workpieces Claims 1. A method for the cold forming of quasi-symmetrical metallic workpieces, characterized by the following features: a) a rod-shaped, essentially the workpiece Volume of the same volume blank with a fine-grain structure is made in one or more stages Reduction into an intermediate body with a reduced shaft and unreduced head reshaped. b) es werden einendige oder beidendige Stauchungen durchgeführt: @) der Zwischenkörper wird im geschlossenen Gesenk zu dem fertigen Werkstück geschmiedet.b) one-ended or both-ended upsets are carried out: @) the intermediate body is forged into the finished workpiece in a closed die. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauchungen einstufig mehrstufig durchgeführt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the upsets be carried out single-stage multi-stage. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierungsstufen und Stauchstufen in wechselnder Folge durchgeführt werden. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the reduction stages and upsetting stages are carried out in alternating order. 4. Vrfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenneichnet, daß beim Schmieden napfförmige oder stegförmige Konturen ingeprägt werden. 4. Vrfahren according to any one of claims 1 to 3, characterized thereby, that cup-shaped or bar-shaped contours are embossed in forging. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Schmieden der Grat in einem Formgesenk abgepreßt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that following the forging, the burr is pressed off in a die. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Werkstück in einem Formgesenk fertiggeformt wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the workpiece is fully formed in a mold. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Endstufen der Schmiedeformung Lochungen erfolgen. 7. The method according to any one of claims 3 to 6, characterized in, that perforations take place in the final stages of forging.