DE3723825A1 - Verfahren und vorrichtung zum recken eines metallischen werkstueckes - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum recken eines metallischen werkstueckesInfo
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B21J13/08—Accessories for handling work or tools
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Recken eines metallischen Werkstückes
in einer Schmiedepresse, insbesondere in einer
Freiformschmiedepresse, wobei das Werkstück zwischen
dem Obersattel und dem Untersattel der Schmiedepresse
- in Streckrichtung bzw. in Längsrichtung des
Werkstückes gesehen - jeweils um einen Biß versetzt
bzw. verschoben und gegebenenfalls um die Längsachse
gedreht wird.
Bekanntlich ist das älteste Verfahren zur Formgebung
und zum Recken von metallischen Werkstücken das
Freiformschmieden, welches sich durch eine Reihe von
Vorteilen auszeichnet. Einer dieser Vorteile des
Freiformschmiedens ist in der großen Flexibilität zu
sehen, da mit relativ einfachen Schmiedewerkzeugen
vielfältige Produktformen unterschiedlichster
Größenordnung aus metallischen Werkstücken sehr exakt
hergestellt werden können. Auch lassen sich bei
richtiger Wahl der Umformparameter in Verbindung mit
einer geeigneten Wärmebehandlung des Werkstückes
deutliche Verbesserungen der durch den Gießprozeß
bedingten Werkstoffeigenschaften erreichen. Eine
wichtige Forderung an die Qualität eines
Schmiedeproduktes ist eine gleichmäßig gute
Durchschmiedung des Werkstückkerns, um Lunker und
sonstige qualitätsmindernde Einschlüsse im Werkstück
zu beseitigen. In der bisherigen Praxis wird ein
Werkstück zunächst ausgeschmiedet bzw. verformt und
erst anschließend auf Fehlerfreiheit untersucht.
Stellt sich nun bei der anschließenden Prüfung des
ausgeschmiedeten und verformten Werkstückes heraus,
daß die vom Gießprozeß des Werkstückes herrührenden
Lunker und sonstigen Einschlüsse durch den
Schmiedeprozeß nicht beseitigt werden konnten, so muß
das Schmiedestück als Ausschuß verworfen werden, was
mit hohen Material- und Energiekosten verbunden ist.
Ferner weisen die oberflächennahen Zonen des
Werkstückes beim Verformen bzw. Strecken aufgrund der
Wärmeabgabe an das Schmiedepreßwerkzeug und die
Umgebung eine höhere Fließspannung auf als die
darunterliegenden Zonen. Dies hat zur Folge, daß die
oberflächennahen Zonen des Werkstücks aufgrund ihrer
erhöhten Fließspannung einer plastischen Verformung
viel stärker entgegenwirken als die inneren Zonen, was
sehr leicht zu Rißbildungen an der Oberfläche und den
oberflächennahen Zonen des fertig geschmiedeten
Werkstückes führen kann.
Die Gefahr von Rißbildungen und Rissen in den
oberflächennahen Zonen des fertig geformten und
gestreckten Schmiedewerkstückes ist insbesondere dann
sehr groß, wenn das Werkstück in einer Schmiedepresse,
wie sie beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift
19 26 638 beschrieben und dargestellt ist, beim
Strecken jeweils um eine ganze Bißbreite versetzt bzw.
verschoben wird. Insbesondere die Fig. 3 dieser
Druckschrift zeigt, daß die äußeren Kanten des Ober-
und Untersattels genau über die jeweils vorhergehenden
Bißränder bzw. Bißkanten gefahren werden, wobei dann
an diesen Stellen, wo die Kanten der Schmiedewerkzeuge
mit den Bißrändern des jeweils vorhergehenden Bisses
bei der Streckung des Werkstückes zusammentreffen, bei
sensiblen und/oder hochlegierten Werkstoffen auf Grund
des hohen Spannungs- und Formänderungszustandes leicht
Risse auftreten können. Darüberhinaus kann mit diesem
bekannten Freiformschmiedeprozeß, bei dem das
Werkstück jeweils um eine ganze Bißbreite versetzt
bzw. verschoben wird, die für die Qualität des
Schmiedeproduktes jeweils geforderte, gleichmäßig gute
Durchschmiedung des Werkstückkerns nicht erreicht und
Lunker wie auch sonstige qualitätsmindernde
Einschlüsse im Schmiedestück nicht ausreichend
beseitigt werden.
Soweit bereits im Stand der Technik mit Bißversatz
bzw. insbesondere kleinen Vorschüben gearbeitet wurde,
ergaben sich Qualitätsverbesserungen nur zufällig, da
der Bißversatz nicht gezielt eingesetzt und in keinem
Fall die sich beim Verformungsprozeß ergebende Längung
bzw. Streckung des Werkstückes berücksichtigt wurde.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Recken eines
metallischen Werkstückes in einer Schmiedepresse zu
schaffen, wodurch nicht nur in einfacher Weise
Rißbildungen und Risse in den oberflächennahen Zonen
am Werkstück vermieden werden, sondern wodurch auch
eine besonders gute und gleichmäßige Durchschmiedung
des Werkstückes erreicht wird, insbesondere auch des
Werkstückkerns.
Die Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß
das Werkstück vor der jeweiligen Reckung bzw. dem Biß
zwischen dem Obersattel und dem Untersattel der
Schmiedepresse in Werkstückstreckrichtung unter
Einbeziehung der während der Verformung gemessenen
Längung des Werkstückes jeweils nur so weit versetzt
bzw. verschoben wird, daß der Bißrand des jeweils
vorhergehenden Bisses am Werkstück innerhalb der
Sattelränder zu liegen kommt. Durch diese Maßnahme
wird sehr vorteilhaft ein sogenanntes Überschmieden
der vorangegangenen Bißbreite und damit des jeweils
vorhergehenden Bißrandes erreicht. Durch dieses
überschmieden des jeweils vorhergehenden Bißrandes
werden Rißbildungen oder gar Brüche in den Bereichen
der Bißränder bzw. am ganzen Werkstück mit Sicherheit
vermieden. Gleichzeitig wird durch das Überschmieden
des jeweils vorherigen Bißrandes gemäß der Erfindung
auch sehr vorteilhaft eine gleichmäßige und besonders
homogene Durchschmiedung, insbesondere auch des
Werkstückkerns erreicht und dabei Lunker und sonstige
qualitätsmindernde Einschlüsse im Schmiedeprodukt
verschlossen bzw. beseitigt. Die nach dem Verfahren
der Erfindung hergestellten Schmiedeprodukte weisen
daher eine hohe Qualität auf, und es fallen keine
Schmiedeprodukte mehr an, die als Ausschuß verworfen
werden müßten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
wird das Werkstück vor der Reckung zwischen dem
Obersattel und dem Untersattel in
Werkstückstreckrichtung jeweils soweit versetzt bzw.
verschoben, daß der Bißrand des jeweils vorhergehenden
Bisses etwa in der Mitte zwischen den Sattelrändern zu
liegen kommt. Wie praktische Versuche gezeigt haben,
handelt es sich bei diesen erfindungsgemäßen
Maßnahmen, insbesondere hinsichtlich der Qualität und
der pro Zeiteinheit hergestellten
Freiformschmiedeprodukte um einen optimalen
Bißversatz.
Mit großem Vorteil wird nur bei jeder zweiten
Überschmiedung mit exakt positioniertem Bißversatz
gearbeitet, wobei vorzugsweise die exakte
Positionierung darin besteht, daß der neue Bißrand auf
die Mitte des vorherigen Bisses gelegt wird.
Ferner ist vorgesehen, daß der Bißrand nach
viermaliger Versetzung des Werkstückes in
Streckrichtung die Sattelränder erreicht und dabei
eine viermalige Überschmiedung erfährt, wobei
vorzugsweise die Werkstückbißbreite (b) etwa 25% von
der Werkzeugflächenbißbreite (B) beträgt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Variante des
erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der
Schmiedeprozeß, insbesondere die Ausschmiedung bzw.
Überschmiedung des Werkstückes, mittels einer
vollautomatischen Schmiedeprozeß-Steuerung mit
Prozeßrechner, der über ein adaptives Modell des
Schmiedeprozesses die für die Steuerung der
Schmiedepresse erforderlichen Steuerwerte (Sollwerte)
für jeweils eine Überschmiedung des Werkstückes
berechnet, wobei das Modell des Schmiedeprozesses mit
Hilfe der über die Meßwerterfassung gewonnenen
Istwerte, insbesondere der Werkstückstreckung je
Überschmiedung über eine Parameteradaption während des
Schmiedeprozeßverlaufs (online) korrigiert wird. Eine
derartige vollautomatische Schmiedeprozeß-Steuerung
mit Prozeßrechner ermöglicht es, den Schmiedeprozeß
während der Fertigung des Werkstückes hinsichtlich der
Schmiedewirkung, insbesondere hinsichtlich der Wirkung
jedes einzelnen Bisses, laufend und genau zu
verfolgen. Auf diese Weise können die sich auf die
Güte bzw. Qualität des Schmiedestückes auswirkenden
Umformparameter während des Schmiedeprozesses
praktisch ohne Zeitverzögerung erfaßt und daraus die
nötigen Schmiedeparameter abgeleitet werden, um die
jeweils geforderten Werkstückseigenschaften am Ende
der Schmiedung zu garantieren.
Für die Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst,
daß eine vollautomatische Schmiedeprozeßsteuerung mit
Prozeßrechner vorgesehen ist, sowie ein Reckgradmesser
zur exakten Messung der Streckung bzw. Längung des
Werkstücks in Streckrichtung während der Verformung.
Die kontinuierliche Messung erfolgt dabei besonders
betriebssicher und störunanfällig mittels eines
mechanisch-elektrischen Reckgradmessers, der mit
einem, am freien Ende des Werkstückes lösbar
angebrachten Meßseil verbunden ist. Darüberhinaus kann
der Reckgradmesser aber auch als berührungsloses
Meßsystem, vorzugsweise opto-elektronisch ausgebildet
sein. Berührungslose optische Meßverfahren, die sich
auf moderne opto-elektronische Halbleiterbauelemente
stützen, arbeiten vorteilhaft völlig verschleißfrei
und mit äußerst geringen Meßzeiten.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Erläuterung einer schematisch dargestellten
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der
Erfindung sowie verschiedenen weiteren graphischen
Darstellungen.
Es zeigt
Fig. 1 einen Manipulator einer Freiformschmiedepresse
mit Werkstück und
Reckgradmesser in perspektivischer
Darstellung,
Fig. 2 ein Werkstück mit in der Bißmitte der
Schmiedepreßwerkzeuge positioniertem
Bißrand in perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schmiedeprozeßsteuerung
mit Prozeßrechner,
Fig. 4 und 5 Verteilungen der örtlichen Reckgrade
eines Schmiedeblockes ohne und mit
Bißversatz,
Fig. 6 und 7 Formänderungsverteilungen eines
Schmiedeblockes mit und ohne Bißversatzsteuerung
nach mehrfacher Überschmiedung,
Fig. 8 die Verteilung der Vergleichsformänderung
für die Mittellinie eines Schmiedeblocks
mit gezieltem Bißversatz bei jeder
zweiten Überschmiedung.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß
der Erfindung besteht nach Fig. 1 aus einem
Manipulator (1) mit Zangenträger (2), der in einer in
der Zeichnung nicht näher dargestellten
Schmiedepresse, insbesondere Freiformschmiedepresse,
in Achslängsrichtung (Pfeil 3) versetzbar und um die
Längsachse drehbar (Pfeil 4) angeordnet ist. Im
Zangenträger (2) befindet sich ein Werkstück (5), das
zwischen dem Obersattel (6) und dem Untersattel (7)
der Schmiedepresse so angeordnet ist, daß der Bißrand
(8) des vorhergehenden Bisses innerhalb der
Sattelränder (9, 10) und (11, 12) zu liegen kommt. Am
freien Ende (13) ist das Werkstück (5) über ein
Meßseil (14) zur Bestimmung des Reckgrades mit der
Seilspule (15) eines Reckgradmessers (16) lösbar
verbunden, der aus einem höhenverstellbaren Ständer
(17) mit darauf angeordnetem Antriebsmotor (18) als
Drehgeber und einem Drehmomentenregler (19) zur
Konstanthaltung des Drehmomentes besteht.
Mit Hilfe des Reckgradmessers (16) kann sehr vorteilhaft
der jeweilige Reckgrad, und zwar anhand der jeweils
veränderten Länge des Meßseils (14) vor und nach der
Überschmiedung des Werkstückes genau erfaßt und über
den Manipulator (1) zur Steuerung des Bißversatzes
herangezogen werden. Wesentlich ist hierbei die
Aufrechterhaltung einer konstanten Spannung des
Meßseils (14), die mit Hilfe des Drehmomentreglers
(19) und der daran angeschlossenen Seilspule (15)
erreicht wird. Zur Messung der Meßseillänge dient der
als Drehgeber ausgebildete Antriebsmotor (18).
Das Werkstück (5) wird vor jeder Reckung bzw. vor
jedem Biß zwischen dem Obersattel (6) und dem
Untersattel (7) in Werkstücklängsrichtung mit Hilfe
des Manipulators (1) nur so weit versetzt, daß der
Bißrand (8) des vorhergehenden Bisses innerhalb der
Sattelränder (9, 10) und (11, 12) zu liegen kommt. Der
Bißrand (8) des Werkstückes (5) befindet sich in der
in Fig. 1 dargestellten Lage - in Streckrichtung (20)
des Werkstückes (5) gesehen - etwa im ersten Viertel
der von den Sattelrändern (11, 12) begrenzten
Werkzeugflächenbißbreite (B), so daß die
Werkstückbißbreite (b) etwa 25% der Sattelbißbreite
(B) beträgt, und der Bißrand (8) erst nach viermaliger
Versetzung des Werkstückes (5) in Streckrichtung (20)
den Sattelrand (12) erreicht und dabei eine viermalige
Überschmiedung erfährt. Durch diese viermalige
Überschmiedung des jeweils vorhergehenden Bißrandes
(8) gemäß der Erfindung werden nicht nur Rißbildungen
oder Brüche am Schmiedeprodukt mit Sicherheit
vermieden, sondern es wird auf diese Weise auch sehr
vorteilhaft eine besonders gleichmäßige
Durchschmiedung des Werkstückes erreicht, durch die
eine ausschußfreie Herstellung eines Schmiedeproduktes
hoher Qualität gewährleistet wird.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Werkstück (5) handelt
es sich um die Herstellung eines im Querschnitt
rechteckförmigen Metallstabes. Es ist daher
verständlich, daß das noch ungeformte Werkstück (5)
vor jeder Versetzung um die Bißbreite (b) einer
zweimaligen Reckung bzw. Verformung durch die
Sattelwerkzeuge (6) und (7) der Schmiedepresse
unterzogen werden muß, wobei das Werkstück vom
Manipulator (1) jeweils um 90 Grad um die Längsachse
gedreht wird. Die Herstellung von flachen oder
längsorientierten Schmiedeprodukten erfordert dagegen
keine Drehung des Werkstückes.
Wie Fig. 2 zeigt, kann das Werkstück (21) vor der
Reckung zwischen dem Obersattel (6) und dem
Untersattel (7) der Schmiedepresse in
Werkstücklängsrichtung auch jeweils so weit versetzt
werden, daß die Bißränder (22) des jeweils
vorhergehenden Bisses am Werkstük (21) etwa in der
Mitte zwischen den Sattelrändern (23, 24) zu liegen
kommen. Die Bißbreite (b) am Werkstück (21) und damit
der Bißversatz beträgt somit 50% der Sattelbißbreite
(B), das heißt, daß vor jeder zweiten Überschmiedung
des Werkstückes (21) die Bißränder (22) auf die
Bißmitte der vorangegangenen Überschmiedung
positioniert werden. Mit (b′) ist die gestreckte
Bißbreite am Werkstück (21) nach der vorhergegangenen
Überschmiedung des Werkstückes (21) gekennzeichnet.
Die oberhalb der Zeichnung in Fig. 2 angeführten
Rechenformeln beziehen sich auf die Höhenabnahme, die
Breite und den Reckgrad des Werkstückes (21) sowie auf
das Bißverhältnis bei dem dargestellten Bißversatz von
50%. Durch diesen aufgezeigten Bißversatz von 50%
der Sattelbißbreite (B) werden einerseits sehr
vorteilhaft Kantenrisse vermieden, und andererseits
wird hierdurch auch hinsichtlich der Durchschmiedung
des Werkstückes, insbesondere des Kernes sowie im
Hinblick auf die Ausstoßmenge an fertigen
Schmiedeprodukten pro Zeiteinheit eine Optimierung
erzielt. Im übrigen handelt es sich bei diesem in Fig. 2
dargestellten Ausführungsbeispiel um die Herstellung
eines flachen Schmiedeproduktes ohne Drehung des
Werkstückes.
Um einen vollautomatischen Ablauf des
Schmiedeprozesses zu gewährleisten, ist gemäß der
Erfindung eine Schmiedeprozeßsteuerung mit
Prozeßrechner vorgesehen. Der Schmiedeprozeß,
insbesondere die Ausschmiedung und Überschmiedung des
Werkstückes erfolgt mittels einer vollautomatischen
Schmiedeprozeß-Steuerung mit Prozeßrechner nach dem in
Fig. 3 schematisch dargestellten Blockschaltschema.
Wie aus diesem Blockschaltbild zu ersehen ist, werden
vom Prozeßrechner über ein adaptives Modell des
Schmiedeprozesses die für die Steuerung der
Schmiedepresse erforderlichen Steuerwerte (Sollwerte)
für jeweils eine Überschmiedung errechnet, wobei das
Modell des Schmiedeprozesses mit Hilfe der über die
Meßwerterfassung aus der Werkzeuggeschwindigkeit, der
Preßkraft, der Obersattelposition, der
Manipulatorposition, den Werkstückdaten, der
Werkstofftemperatur, des Stofflusses und der
Werkstückstreckung gewonnenen Istwerte über eine
Parameteradaption während des Schmiedeprozeßablaufes
(on-line) korrigiert wird. Es handelt sich bei dieser
vollautomatischen Schmiedeprozeßsteuerung gemäß der
Erfindung um einen im Prinzip bekannten meßtechnischen
Vergleich zwischen den Istwertparametern und den
vorgegebenen bzw. vorprogrammierten
Sollwertparametern, wobei jede Abweichung des
jeweiligen Istwertes vom vorgegebenen Sollwert erfaßt
wird und in Abhängigkeit der Abweichung vom Sollwert
eine entsprechende Korrektur des
Schmiedeprozeßablaufes erfolgt. Die genaue Erfassung
des Werkstückreckgrades mit Hilfe des Reckgradmessers
(vgl. Fig. 1, Ziffer 16) und die Einbeziehung des
jeweils vom Reckgradmesser erfaßten Reckgrades in die
Schmiedeprozeßsteuerung gemäß der Erfindung ist jedoch
völlig neu und liefert die für die Optimierung des
Schmiedeprozesses erforderlichen Meß- und Steuerwerte.
Durch diese erfindungsgemäße Schmiedeprozeßsteuerung
kann der Bißversatz jeweils optimal auf das in der
Schmiedepresse zu verformende metallische Werkstück
eingestellt werden, wodurch im Vergleich zu den bisher
bekannten Schmiedeprozeßsteuerungen eine erhebliche
Verbesserung der Güte und Qualität des jeweiligen
Schmiedeendproduktes erreicht wird.
In den Fig. 4 und 5 wurden die Ergebnisse von
praktisch durchgeführten Reckversuchen an zwei Blöcken
(25, 26) aus Kohlenstoffstahl der Qualität "C 45" in
einer Freiformschmiedepresse ausgewertet und graphisch
dargestellt. Das graphische Schaubild gemäß Fig. 4
zeigt die Verteilung und den Verlauf der örtlichen
Reckgrade ( λ R ) in Form einer Kurve (27) auf der
Kontaktfläche Werkzeug-Werkstück, und zwar gemessen
auf der Symmetrieachse der Kontaktfläche in
Längsrichtung beim Schmieden des abgesetzten Blockes
(25) ohne Bißversatz, d. h. ohne erfindungsgemäß
gesteuerte Überschmiedung. Das graphische Schaubild
gemäß Fig. 5 dagegen zeigt die Verteilung und den
Verlauf der örtlichen Reckgrade ( λ R ) in Form einer
Kurve (28) entlang der Kontaktfläche Werkzeug-
Werkstück beim Schmieden des abgesetzten Blockes (26)
mit Bißversatz, d. h. mit Überschmiedung gemäß der
Erfindung.
Wie aus der Darstellung der Versuchsergebnisse in den
Fig. 4 und 5 klar zu ersehen ist, traten beim
Schmieden ohne Bißversatz des Stahlblockes (25)
extrem große örtliche Reckgrade ( λ R = 6 - Verlauf
der Kurve (27) gemäß Fig. 4) auf, während beim
Schmieden des Stahlblockes (26) mit Bißversatz nur
örtliche Reckgrade von maximal λ R = 2 (Verlauf der
Kurve (28) in Fig. 5) auftraten. Während die im
graphischen Schaubild gemäß Fig. 4 extrem hohen
Reckgrade beim Freiformschmieden von metallischen
Werkstücken ohne Bißversatz, insbesondere beim
Schmieden hochlegierter Stahlblöcke, sehr leicht zu
Oberflächen- und Kantenrissen führen können, werden
dagegen durch die sehr niedrigen Reckgrade gemäß Fig. 5
beim Schmieden von beliebigen metallischen
Werkstücken mit Bißversatz jegliche Oberflächen- und
Kantenrisse mit Sicherheit vermieden.
Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Schaubilder
zeigen die Formänderungsverteilung im Kern eines
metallischen Werkstückes nach einer ein- bis
zehnmaligen Überschmiedung, bezogen auf die auf 100%
normierte Blocklängsachse, und zwar einmal mit
Bißversatzsteuerung gemäß der Erfindung (Fig. 6) und
einmal ohne Bißversatzsteuerung (Fig. 7). Wie ein
Vergleich der Figuren eindeutig erkennen läßt, wird
durch die erfindungsgemäße Bißversatzsteuerung bei der
Überschmiedung eine sehr gleichmäßig verlaufende,
homogene Formänderungsverteilung des Werkstückkerns
erreicht (Fig. 6, Ziffer 29), wohingegen die
Überschmiedung des Werkstückes ohne
Bißversatzsteuerung zu einer sehr ungleichmäßig
verlaufenden Formänderungsverteilung der
Werkstückkerne (Fig. 7, Ziffer 30) führt.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung der
Vergleichsformänderung ( ϕ V ) für die Mittellinie eines
Schmiedeblocks mit einem Bißversatz um s B /2. Die
Vergleichsformänderung ist ein Maß für die erzielte
lokale Umformung, mit
Es bedeuten ferner h₀, h₁ = Anfangs- bzw. Endhöhe; l₀,
l₁ = Anfangs- bzw. Endlänge; b₀, b₁ = Anfangs- bzw.
Endbreite; s B = Bißbreite; g R = l₁/l₀ = Reckgrad.
Beim Rechtecktisch (2. Überschmiedung) wird der
Querschnitt des Schmiedeblocks auf ein Quadrat
zurückgeschmiedet. Bei dieser Überschmiedung wird
zugleich der gewünschte Bißversatz, also eine
Verschiebung der gedrückten Flächen gegenüber der
vorangegangenen 1. Überschmiedung, eingestellt. Der
Versatz wird erreicht, wenn ein dem Bißversatz
entsprechender Prozentsatz der gestreckten Bißbreite
(hier etwa 50%) der vorangegangenen Überschmiedung
nicht mehr bearbeitet wird. Zugleich muß bei dieser
Überschmiedung die Bißbreite gleich der gestreckten
Bißbreite des vorangegangenen Stiches gewählt werden.
In dem darauf folgenden Quadratstich (3.
Überschmiedung) wird entsprechend den geforderten
Schmiedeparametern ein "normaler" Schmiedezyklus
durchgeführt. Ein Bißversatz in jeder Überschmiedung
ist nicht immer realisierbar, da die Bißbreite
entsprechend der Streckung des Schmiedeblocks ständig
anwachsen müßte und somit nach wenigen
Überschmiedungen als Grenze die verfügbare
Sattelbreite oder die maximale Preßkraft erreicht
würde. Desweiteren läßt sich durch diese
Vorgehensweise die Forderung nach einem konstanten
Bißverhältnis während des gesamten Schmiedeablaufs
nicht erfüllen. Eine Qualitätsoptimierung im Sinne
einer homogenen Kernverschmiedung und einer
weitgehenden Vermeidung von Oberflächenrissen im
Wirkungsbereich der Sattelradien wird aber bereits
durch das oben beschriebene Verfahren eines
Bißversatzes in jeder zweiten Überschmiedung erreicht.
Die Konsequenz des Bißversatzes ist ein einseitig
fallender gestufter Schmiedeblock.
Am folgenden Zahlenbeispiel gemäß der schematischen
Darstellung in Fig. 8 werden die erfindungsgemäßen
Maßnahmen näher erläutert.
h₀= 200 mm, l₀ = 700 mm, s B = 100 mm
b₀= 200 mm
h₁= 160 mm, l₁ = 807 mm
λ R = l₁/l₀ = 1,15
h₀= 217 mm, l₀ = (809 - 1/2 · 1,15 · 100) mmm = 750 mm
b₀= 160 mm
h₁= 174 mm, s B = 100 · 1,15 mm = 115 mm, l₁ = 863 mm
λ R = 1,15
(Bißversatz: 1/2 · s B der vorhergehenden
Überschmiedung 1/2 · λ R · s B = 57 mm)
h₀= 174 mm, l₀ = 863 mm, s B = 87 mm
b₀= 174 mm
h₁= 140 mm, l₁ = 991 mm
λ R = 1,15
h₀= 188 mm, l₀ = (991 - 1/2 · 1,145 · 87) = 941 mm
h₀= 140 mm, s B = 87 · 1,15 = 100 mm
h₁= 150 mm, l₁ = . . . usw.
(Bißversatz: 1/2 · 87 · 1,15 = 50 mm)
Durch die Bißversatzsteuerung gemäß der Erfindung wird
eine besonders gleichmäßige Durchschmiedung des
metallischen Werkstückes bewirkt, was zu einer
erheblichen Verbesserung der Qualität des jeweils
hergestellten Schmiedeproduktes beiträgt. Im übrigen
kann sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zum
Recken von metallischen Werkstücken sowohl bei
Kaltschmiedeprozessen als auch bei
Warmschmiedeprozessen mit Vorteil angewandt werden.
Claims (8)
1. Verfahren zum Recken eines metallischen Werkstückes
in einer Schmiedepresse, insbesondere in einer
Freiformschmiedepresse, wobei das Werkstück zwischen
dem Obersattel und dem Untersattel der Schmiedepresse
- in Streckrichtung bzw. Längsrichtung des Werkstückes
gesehen - jeweils um einen Biß versetzt bzw.
verschoben und gegebenenfalls um die Längsachse
gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das
Werkstück vor der jeweiligen Reckung bzw. dem Biß
zwischen dem Obersattel und dem Untersattel der
Schmiedepresse in Werkstückstreckrichtung unter
Einbeziehung der während der Verformung gemessenen
Längung des Werkstückes jeweils nur so weit versetzt
bzw. verschoben wird, daß der Bißrand des jeweils
vorhergehenden Bisses am Werkstück innerhalb der
Sattelränder zu liegen kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkstück vor der Reckung zwischen dem
Obersattel und dem Untersattel in
Werkstückstreckrichtung jeweils so weit versetzt bzw.
verschoben wird, daß der Bißrand des jeweils
vorhergehenden Bisses etwa in der Mitte zwischen den
Sattelrändern zu liegen kommt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß nur bei jeder zweiten
Überschmiedung mit exakt positioniertem Bißversatz
gearbeitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bißrand nach
viermaliger Versetzung des Werkstückes in
Streckrichtung die Sattelränder erreicht und dabei
eine viermalige Überschmiedung erfährt, wobei
vorzugsweise die Werkstückbißbreite (b) etwa 25% von
der Werkzeugflächenbißbreite (B) beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiedeprozeß,
insbesondere die Ausschmiedung bzw. Überschmiedung des
Werkstückes, mittels einer vollautomatischen
Schmiedeprozeß-Steuerung mit Prozeßrechner erfolgt,
der über ein adaptives Modell des Schmiedeprozesses
die für die Steuerung der Schmiedepresse
erforderlichen Steuerwerte (Sollwerte) für jeweils
eine Überschmiedung des Werkstückes berechnet, wobei
das Modell des Schmiedeprozesses mit Hilfe der über
die Meßwerterfassung gewonnenen Istwerte, insbesondere
der Werkstückstreckung, je Überschmiedung über eine
Parameteradaption während des Schmiedeprozeßablaufes
(online) korrigiert wird.
6. Vorrichtung zum Recken eines metallischen
Werkstückes in einer Schmiedepresse, insbesondere in
einer Freiformschmiedepresse, wobei das Werkstück
zwischen dem Obersattel und dem Untersattel der
Schmiedepresse - in Streckrichtung bzw. Längsrichtung
des Werkstückes gesehen - jeweils um einen Biß
versetzt bzw. verschoben und gegebenenfalls um die
Längsachse gedreht wird, mit einem in
Achslängsrichtung versetzbaren bzw. verschiebbaren und
um die Längsachse drehbaren Manipulator mit
Zangenträger für das Werkstück, zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine vollautomatische
Schmiedeprozeßsteuerung mit Prozeßrechner sowie durch
einen Reckgradmesser zur exakten Messung der Streckung
bzw. Längung des Werkstücks (5, 12) in Streckrichtung
(20) während der Verformung.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Reckgradmesser (16)
über ein am freien Ende (13) des Werkstückes (5)
lösbar angeordnetes Meßseil (14) mit dem Werkstück (5)
verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Reckgradmesser (16)
aus einem höhenverstellbaren Ständer (17) mit darauf
angeordnetem Antriebsmotor (18) als Drehgeber und
einem Drehmomentregler (19) mit Seilspule (15)
besteht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873723825 DE3723825A1 (de) | 1986-07-30 | 1987-07-18 | Verfahren und vorrichtung zum recken eines metallischen werkstueckes |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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DE102005014221B4 (de) * | 2005-03-30 | 2010-11-18 | GMT Gesellschaft für metallurgische Technologie- und Softwareentwicklung mbH | Verfahren zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Durchformung beim Freiformschmieden |
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CN102814443A (zh) * | 2012-07-30 | 2012-12-12 | 江阴南工锻造有限公司 | 一种矩形坯料的极限锻造法 |
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-
1987
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