DE3433515C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von zylindrischen Hohlkörpern, wie Hülsen, Buchsen u. dgl., durch Kaltfließpressen der im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der GB-PS 13 76 547 ist eine derartige Vorrichtung zum Herstellen von innengezahnten Hohlkörpern durch Kaltfließ­ pressen bekannt, die eine hohlzylindrische Matrize mit glatter Innenfläche, einen darin frei bewegbar angeordne­ ten Preßdorn und einen oberen axiale Hubbewegungen ausfüh­ renden Preßstößel aufweist. Die Matrize ist auf einem hohlzylindrischen Gegenhalter abgestützt, dessen Innenraum größer als die Außenabmessungen der Formkörper nach dem Umformvorgang ist, so daß diese in diesen Innenraum frei herabfallen und über eine schräge Austragsöffnung heraus­ geführt werden können. Ferner ist zentral im Gegenhalter ein Stößel drehfest und axial verschiebbar geführt, der an seinem oberen Ende eine Ausnehmung zum Abstützen des Preß­ dorns während eines Umformvorganges aufweist. Für die Auf- und Abbewegung dieses Stößels und insbesondere für seine starre Halterung in der oberen Stützposition ist ein ge­ sonderter Antrieb zusätzlich zum Antrieb des oberen Preß­ stößels erforderlich, was nicht nur entsprechend höhere Antriebsenergien, sondern auch einen entsprechend großen mechanischen Aufwand erfordert.

Ferner ist aus der US-PS 38 37 205 eine Vorrichtung zum Herstellen von hohlzylindrischen Formkörpern durch Kalt­ fließpressen bekannt, bei welcher die hohlzylindrischen Rohlinge diskontinuierlich in einer Matrize durch einen dornförmigen Preßstempel verformt werden. Zum Einbringen eines neuen Rohlings in die Matrize wird der dornförmige Preßstempel vorübergehend aus dem bereits teilweise kalt­ verformten Rohling herausgezogen und unmittelbar vor Be­ ginn eines nachfolgenden Preßvorganges in den ersten teil­ verformten Rohling wieder hineingedrückt. Dieses Heraus­ ziehen und Wiedereinführen des dornförmigen Preßstempels in den bereits teilverformten Rohling erfordert hohe prak­ tisch nutzlose Kräfte und führt zu Fehlern bei dem nach­ folgenden Umformvorgang.

Aus der US-PS 40 38 860 ist eine Vorrichtung zum Umformen von Metallrohlingen bekannt, bei welcher der Preßstempel zusammen mit einem das Innenprofil ausbildenden Dorn nach jedem Preßvorgang gemeinsam zurückgezogen werden, um das umgeformte Werkstück mit Hilfe von Auswerferstiften nach oben aus der Matrize auszuwerfen. Auf diese Weise können nur Formkörper hergestellt werden, deren Durchmesser klei­ ner als der der Rohlinge ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrich­ tung zum Herstellen von zylindrischen Hohlkörpern durch Kaltfließpressen zu schaffen, die bei vereinfachtem konstruktivem Aufbau und verringertem Energieverbrauch mit größerer Formgenauigkeit arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die angestrebte hohe Formgenauigkeit beim Preßvorgang wird durch die exakte Axialführung des Stützrohrs zusammen mit der Matrize, der Aufnahme und dem Preßdorn erreicht. Die Verwendung des beidseitig offenen Stützrohrs in Verbindung mit dessen axialer Bewegbarkeit eröffnet die Möglichkeit, die Formkörper hintereinander durch das Stützrohr hindurch an seinem unteren Ende abzuführen, so­ bald er sich in seiner angehobenen Stellung befindet. Die Rohlinge werden zu mehreren übereinander in die Matrize eingelegt, wobei der jeweils unterste Rohling in einem ersten Preßvorgang im Formraum zwischen der Matrize und dem Preßdorn derart teilverformt wird, daß die dabei auf­ tretenden Haftkräfte die Halterung des frei beweglich an­ geordneten Preßdorns in der Matrize bewirken, wenn sich nach der Öffnungsbewegung des Preßstempels der Gegenhalter zusammen mit der Matrize und dem Preßdorn durch die Wir­ kung seines Antriebs nach oben bewegt. Beim nächstfolgen­ den Preßhub wird dieser teilverformte Rohling zum fertigen Formkörper umgeformt und gleichzeitig der nächstfolgende Rohling teilverformt, so daß dieser dann die Haltefunktion für den Preßdorn übernimmt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die wesentlichen Teile einer Umformvorrichtung im Axialschnitt;

Fig. 2A-2D aufeinanderfolgende Phasen eines Umform­ vorganges;

Fig. 3-5 eine andere Vorrichtung in verschiedenen Phasen eines Umformvorganges;

Fig. 6, 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel im Axialschnitt; und

Fig. 8-17 schematische Darstellungen weiterer Aus­ führungsbeispiele in verschiedenen Um­ formphasen.

Die dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Aufnahme 1, deren Durchgangsöffnung 3 der Außenkontur eines Metallrohlings 2 angepaßt ist. Die Aufnahme 1 ist einer als Preßbüchse 4 ausgebildeten Matrize vorgeordnet, die sich auf einem als Stützrohr 5 ausgebildeten Gegenhalter abstützt, der auf einem ortsfesten Widerlager in Form einer Grundplatte 6 montiert ist. Der Innendurchmesser der Preßbüchse 4 ist geringfügig größer als derjenige der Aufnahme 1. Ein Preß­ dorn 7 ist in der Aufnahme 1 und in der Preßbüchse 4 koaxial angeordnet und bestimmt den Innendurchmesser des Werkstücks. Ein konischer formgebender Bereich 7 b, der nach unten divergiert und den Innendurchmeser des Roh­ lings 2 allmählich auf die Endgröße vergrößert, geht über einen Ringbund 7 d in einen Schaftteil 7 a über, der sich auf der Grundplatte 6 abstützt. Ein Zentrierabschnitt 7 c greift in die Mittenbohrung des Rohlings 2 ein. Ein Preßstempel 8 drückt den Rohling 2 in einen ringförmigen Hohlraum 9 zwischen der Matrize 4 und dem Preßdorn 7. Der Preßstempel 8 greift in die Bohrung 3 in der Aufnahme 1 ein, wobei seine Mittenbohrung 8 a den Zentrierabschnitt 7 c des Preßdorns 7 aufnimmt.

Ein Metallrohling 2 mit der Länge l und dem Durchmesser d wird in die Durchgangsöffnung 3 der Aufnahme 1 eingesetzt (Fig. 2A). Der Innendurchmesser des Rohlings 2 entspricht im wesentlichen dem Außendurchmesser des Zentrierab­ schnitts 7 c des Preßdorns 7. Anschließend führt der Preß­ stempel 8 einen Abwärtshub aus, durch den der Rohling 2 in den Hohlraum 9 gedrückt wird (Fig. 2B). Da der Innen- und der Außenumfang des Rohlings 2 einerseits durch den form­ gebenden Bereich 7 b des Preßdorns und andererseits durch die Wandung der Preßbüchse 4 begrenzt sind, erzeugt die vom Preßstempel 8 auf den Rohling 2 ausgeübte axiale Druckkraft im Rohling 2 nach radial außen und innen wirkende Kräfte. Infolgedessen wird der Rohling 2 unter plastischem Fließen seines Werkstoffs dreidimensional zu­ sammengepreßt, so daß der Abschnitt 9 a des Hohlraums 9 zwischen der Preßbüchse 4 und dem formgebenden Bereich 7 b des Preßdorns 7 vollständig ausgefüllt wird.

Danach wird der Preßstempel 8 zurückgezogen und der näch­ ste Rohling 2 in die Durchgangsbohrung 3 der Aufnahme 1 eingelegt (Fig. 2C). Der folgende Arbeitshub des Preß­ stempels 8 bewirkt die plastische Kaltverformung dieses neuen Rohlings 2, während gleichzeitig der vorhergehende Rohling 2 durch den neuen Rohling 2 gemäß Fig. 2D aus dem Hohlraum 9 a herausgedrückt wird. In dieser Phase ist der vorhergehende Rohling 2 zu dem gewünschten hohlzylindri­ schen Formkörper 10 von größerer Länge und größerem Innen- und Außendurchmesser umgeformt, der auf der Grundplatte 6 aufliegt und den Schaftteil 7 a des Preßdorns 7 umschließt.

Wie aus den Fig. 3-5 ersichtlich, sind auf der Grundplatte 6 mehrere vertikale Führungssäulen 11 montiert. Das Stützrohr 5 ist an seinem oberen Abschnitt mit einem Flansch 5 a versehen, in dessen Bohrungen die Führungssäulen 11 im Gleitsitz aufgenommen sind. Um die Führungssäulen 11 angeordnete Schraubenfedern 12 sind zwischen dem Flansch 5 a und der Grundplatte 6 eingespannt und halten das die Preßbüchse 4 und die Aufnahme 1 tragende Stützrohr 5 normalerweise in einer oberen Stellung, in der das Unterende des Stützrohrs 5 von der Grundplatte 6 entfernt ist und der Formkörper 10 aus dem Raum 13 entnommen werden kann.

Ein die vertikalen Hubbewegungen ausführender Preßstempel­ träger 14 ist oberhalb der Aufnahme 1 angeordnet und trägt an seiner Unterseite den Preßstempel 8, der den Rohling 2 in den Hohlraum 9 drückt. Ein Puffer 15 aus elastisch zu­ sammendrückbaren Elementen wie Gummiblöcke, ist an der Un­ terseite des Preßstempelträgers 14 befestigt und verhin­ dert ein Hochfedern der Preßbüchse 4 aufgrund einer vom Rohling 2 erzeugten Gegenkraft nach dessen plastischer Verformung.

Wenn in der Stellung nach Fig. 3 ein Rohling 2 b im Hohl­ raum 9 radial und axial aufgeweitet ist, wird der Preßdorn 7 durch Haftkräfte in der als Preßbüchse 4 ausgebildeten Matrize gehalten. In dieser Phase ist das Stützrohr 5 durch die Kraft der Schraubenfedern 12 angehoben.

Danach wird ein weiterer Metallrohling 2 (in Fig. 3 nicht gezeigt) in die Bohrung 3 eingesetzt und der Preßstempel­ träger 14 wird in Pfeilrichtung X bewegt, wobei der Puffer 15 auf die obere Endfläche der Aufnahme 1 gepreßt wird und die durch die Aufnahme 1, die Preßbüchse 4, den Gegenhal­ ter 5, den Vorformling 2 b und den Preßdorn 7 gebildete in­ tegrale Baugruppe gegen die Kraft der Schraubenfeder 12 nach unten drückt, bis das Stützrohr 5 auf der Grundplatte 6 anliegt (vgl. Fig. 4). Eine weitere Hubbewegung des Preßstempelträgers 14 bewirkt eine Kompression des Puffers 15, so daß die durch die Aufnahme 1, die Preßbüchse 4 und das Stützrohr 5 gebildete Baugruppe zwischen dem Puffer 15 und der Grundplatte 6 stark zusammengepreßt wird. Gleich­ zeitig drückt der am Preßstempelträger 14 befestigte Preß­ stempel 8 den Rohling 2 in den Hohlraum 9 a zwischen dem Preßdorn 7 und der Preßbüchse 4, wobei das plastische Fließen des Rohlingwerkstoffs erfolgt und der Abschnitt 9 a des Hohlraums 9 ausgefüllt wird. In dieser Phase ist der untere Endabschnitt des Rohlings 2 bereits zu seiner End­ form verformt, wobei sein Innendurchmesser durch den Bund 7 d bestimmt wird (Fig. 5). Der vorhergehende Vorformling 2 b, der sich in dem Hohlraum 9 entsprechend den Fig. 3 und 4 befand, ist durch den Ringspalt zwischen dem Bund 7 d des Preßdorns 7 und der Wandung der Preßbüchse 4 zum hohl­ zylindrischen Formkörper 10 mit gleichbleibendem Quer­ schnitt verformt und in einen Ringraum 13 über der Grund­ platte 6 gefallen.

Zur Vorbereitung des nächsten Kaltfließpreßzyklus wird der Preßstempelträger 14 von der Aufnahme 1 nach aufwärts be­ wegt, so daß der vom Puffer 15 auf die Aufnahme 1 wirkende Druck entfällt. Infolgedessen wird die von der Aufnahme 1, der Preßbüchse 4, dem Stützrohr 5 sowie dem durch den neuen Vorformling 2 b gehaltenen Preßdorn 7 gebildete Bau­ gruppe durch die Kraft der Schraubenfedern 12 nach auf­ wärts bewegt, wodurch der auf der Grundplatte 6 ver­ bliebene Formkörper 10 entnommen werden kann.

Auf diese Weise können Formkörper mit einer Außen- oder Innenverzahnung oder Keilnuten, wie z. B. Geradstirnräder, hergestellt werden. Statt der Schraubenfedern 12 können auch äquivalente Elemente wie etwa Druckluftzylinder ver­ wendet werden, die die Baugruppe als Ganzes nach oben drücken und der Bewegung des Preßstempelträgers 14 folgen. Die Puffer 15 können entfallen, wenn keine Gegenkraft er­ zeugt wird, die die Aufnahme 1 und die Preßbüchse 4 nach oben drücken würde.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 ist unter dem axial geführ­ ten Stützrohr 5 ein unteres Rohrstück 51 auf der Grund­ platte 6 abgestützt, das eine Entnahmeöffnung 51 a auf­ weist.

Bei der Ausführung nach Fig. 7 weist die Grundplatte 6 eine Öffnung 6 a auf, in der eine bewegliche Platte 61 an­ geordnet ist, deren Breite größer als der Durchmesser des Formkörpers 10 ist. Ein Fallschacht 6 b mit kleinerem Durchmesser als die Breite der Platte 61 und größerem Durchmesser als der Außendurchmesser des Formkörpers 10 ist in der Grundplatte 6 koaxial unter dem Preßdorn 7 vorgesehen und wahlweise durch die Platte 61 verschließ­ bar. Bei dieser Ausführung sind nur relativ kleine Ver­ tikalbewegungen der vom Gegenhalter 5, der Preßbüchse 4 und der Aufnahme 1 gebildeten Baugruppe erforderlich.

Mit den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen können aus Metallrohlingen bestimmter Form und Größe Formkörper von unterschiedlicher Größe und Gestalt erzeugt werden, so daß die Vorbereitung der Rohlinge in vorteil­ hafter Weise rationalisiert sowie die Kapazität der hierzu erforderlichen Gerätschaften vermindert werden können.

Ferner lassen sich ringförmige oder zylindrische Formkör­ per herstellen, deren Innen- und Außendurchmesser größer als der Durchmesser der Durchgangsbohrung der Aufnahme ist. Daher kann die Druckfläche des Preßstempels ungeach­ tet des Innen- und des Außendurchmessers des Endprodukts klein sein, so daß der Rohling durch relativ geringe Preß­ kräfte plastisch verformt werden kann.

Wenn bei der Umformung sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser des Rohlings vergrößert werden sollen, kann der Rohling unter dreidimensionaler Kompression seines Werk­ stoffs über dessen freie Dehngrenze hinaus vergrößert wer­ den, ohne daß die Gefahr eines Bruchs besteht, wenn der Rohlingwerkstoff relativ brüchig und nur ein geringer freier Dehnungsgrad zulässig ist. Da die Kaltverformung in einem in eine Richtung verlaufenden Durchgang abgeschlos­ sen wird, ergeben sich insbesondere bei Schmieren des Roh­ lings ein verminderter Verschleiß und längere Standzeiten der Formwerkzeuge.

Die Fig. 8-17 zeigen verschiedene Preßbüchsen und Preß­ dorne. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 wird der Roh­ ling in Axialrichtung gelängt und sein Innendurchmesser stetig erweitert. Zu diesem Zweck ist die Matrize 41 ein­ stückig ausgebildet und begrenzt einen außen zylindrischen Formraum.

Mit der Ausführung nach Fig. 9 wird sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser des Rohlings stetig vergrößert. Die Preßbüchse 41 hat eine konische Innenwand, die in etwa mit dem konischen formgebenden Bereich 7 b des Preßdorns 7 übereinstimmt.

Bei der Ausführung nach Fig. 10 hat die Preßbüchse 41 einen Innendurchmesser, der kleiner als derjenige der Auf­ nahme 1 ist, und Zähne 41 A sind an der Innenwand der Preßbüchse 41 ausgebildet.

Die Anordnung nach Fig. 11 wird eingesetzt, um in der Innenwand eines Rohrs eine Verzahnung auszubilden. Zu die­ sem Zweck ist der Formgebungsabschnitt des Dorns 7 mit Zähnen 7 e versehen.

Die Anordnung nach Fig. 12 ergibt eine Vergrößerung des Innendurchmessers des Rohlings und eine Verkleinerung sei­ nes Außendurchmessers. Dabei wird ein längeres Produkt als bei der Anordnung nach Fig. 8 erhalten. Die Preßbüchse 41 hat in diesem Fall einen nach radial innen vorspringenden Bund 41 B, der mit ihrem Eintrittsende über eine nach unten konvergierende konische Fläche verbunden ist.

Die Anordnung nach Fig. 13 eignet sich zur Herstellung eines Rohrs mit kleinerem Durchmesser, wobei sowohl der Innen- als auch der Außendurchmesser des Metallrohlings verringert werden. In diesem Fall ist der Dorn 7 an mehre­ ren Abschnitten auf unterschiedliche Durchmesser abge­ stuft, und die Innenwand der Preßbüchse 41 weist einen nach radial innen vorspringenden Bund 41 B wie bei der Aus­ führung nach Fig. 12 auf.

Bei der Anordnung nach Fig. 14 sind in einem nach innen vorspringenden Bund an der Innenumfangsfläche der Preß­ büchse 4 Bearbeitungszähne 41 c gegenüber dem Formgebungs­ abschnitt 7 b des Dorns 7 vorgesehen. Diese Anordnung wird zur Bildung einer Verzahnung in der Außenwand des Produkts eingesetzt, während der Innen- und der Außendurchmesser des Rohlings verkleinert wird.

Bei der Anordnung nach Fig. 15 hat der Formgebungsab­ schnitt 7 b des Dorns 7 eine nach unten konvergierende ko­ nische Fläche im wesentlichen in Übereinstimmung mit einer nach unten konvergierenden konischen Innenfläche der Preß­ büchse 41. Dieses Werkzeug eignet sich für die Herstellung eines dünnwandigen Rohrs mit kleinem Durchmesser.

Die Anordnung nach Fig. 16 gleicht derjenigen nach Fig. 13, wobei jedoch Bearbeitungszähne 7 e am Formgebungsab­ schnitt des Dorns 7 vorgesehen sind, so daß an der Innen­ wand des herzustellenden Rohrs eine Verzahnung gebildet wird.

Bei der Anordnung nach Fig. 17 sind an der Innenwand der Preßbüchse 41 Bearbeitungszähne 41 c ausgebildet, so daß eine Verzahnung an der Außenwand des Produkts gebildet wird, während der Innen- und der Außendurchmesser des Rohlings stetig vergrößert werden.

Bei den meisten dargestellten Ausführungsformen sind zwar die Aufnahme und die Preßbüchse als gesonderte Elemente vorhanden, sie können jedoch gemeinsam als Einheit oder integrale Baugruppe wie bei der Anordnung nach Fig. 8 aus­ gebildet sein, wenn das zu erzeugende Produkt sich zum re­ lativ leichten Kaltfließpressen eignet.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Herstellen von zylindrischen Hohlkör­ pern, wie Hülsen, Buchsen u. dgl., durch Kaltfließ­ pressen hohlzylindrischer Rohlinge, bestehend
aus einer Matrize (4) mit einer dieser vorgeordneten Aufnahme (1) für die hohlzylindrischen Rohlinge (2),
aus einem in der Matrizenachse bewegbaren Preßdorn (7), der einen Schaftteil (7 a) zum Abstützen gegen die Preßrichtung, einen diesem vorgeordneten formgebenden Bereich (7 b) und an seinem freien Ende einen dem Innen­ durchmesser der Rohlinge entsprechenden zylindrischen Zentrierabschnitt (7 c) aufweist,
aus einem oberen axial bewegbaren Preßstempelträger (14) mit einem an seiner Unterseite befestigten, in die Aufnahme für die Rohlinge einschiebbaren hohlen Preß­ stempel (8) und
aus einem hohlzylindrischen Stützrohr (5), das die Matrize axial gegen ein ortsfestes Widerlager (6) ab­ stützt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Stützrohr (5) zusammen mit der Matrize (4) der Aufnahme (1) und dem Preßdorn (7) in Axialrichtung an Führungen (11) bewegbar und vom Preßstempel (8) an das Widerlager (6) über Kraftspeicher (12) andrückbar ist, die es nach dem Preßhub vom Widerlager (6) abheben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftspeicher mehrere Druckfedern (12) vorge­ sehen sind, die an Führungssäulen (11) zwischen dem Widerlager (6) und seitlichen Ansätzen (5 a) des Stütz­ rohrs (5) eingespannt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unter dem axial bewegbaren Stützrohr (5) gleichachsig ein auf dem Widerlager (6) befestigtes Rohrstück (51) mit einer seitlichen Entnahmeöffnung (51 a) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unter dem Stützrohr (5) im Widerlager (6) eine von einer seitlich bewegbaren Platte (61) abdeck­ bare Öffnung (6 b) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Matrize (4) und dem Preßstempelträger (14) ein elastisch verformbarer Puf­ fer (15) angeordnet ist.