DE4300643A1 - Verfahren und Einrichtung zum Positionieren und Halten eines deformationsempfindlichen Werkstückes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Ein­ richtung zum Positionieren und Halten eines deforma­ tionsempfindlichen Werkstückes, vorzugsweise eines dünnwandigen Guß-, Schmiede- oder Blechformteiles, unterschiedlicher geometrischer Form und Größe zur Einzel- und Kleinserienbearbeitung.

Durch DE-OS 30 49 359 ist ein Verfahren zum Spannen verspannungsempfindlicher Werkstücke bekannt, bei welchem die Werkstücke ganz oder teilweise in einem thermisch erweichbaren Verbundwerkstoff eingebettet werden. Der Verbundwerkstoff ist nach seiner Abküh­ lung auf Umgebungstemperatur fest, kann die beim Be­ arbeiten der Werkstücke auftretenden Kräfte übertra­ gen und verformt die Werkstücke beim Erstarrungsvor­ gang nicht oder nur unwesentlich. Der Temperaturaus­ dehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes soll durch Auswahl seiner Komponenten, wie beispielsweise durch Verwendung eines Metalles, einer ferromagnetischen Komponente, eines niedrigschmelzenden Metalles und eines Wachses, dem des jeweiligen Werkstückes anpaß­ bar sein. Da der Verbundwerkstoff elektrisch leitfä­ hig ist, kann dieser induktiv erwärmt werden. Zum Spannen der Werkstücke sind sogenannte Paletten mit einer oder mehreren Mulden versehen, wobei die Mulden den jeweiligen Verbundwerkstoff und die Werk­ stücke oder Teile der Werkstücke aufnehmen können. Nachteilig ist, daß dieses Spannverfahren für in Ein­ zelfertigung oder Kleinserie zu bearbeitende Werk­ stücke durch die Verwendung des speziellen, gesondert herzustellenden Verbundwerkstoffes zur Gewährleistung des Einbringens bzw. Entfernens der Werkstücke in bzw. aus den Mulden zu aufwendig ist. Hinzu kommt, daß ein sicheres Spannen von kompliziert gestalteten Werk­ stücken nicht oder nur mit einem zusätzlichen Aufwand möglich ist. (beispielsweise Halten des Werkstückes in der Bearbeitungslage mit Hilfsmitteln bis zum Er­ starren des Verbundwerkstoffes). Weiterhin ist durch DE-GM 91 11 885.9 eine Spannvorrichtung mit Spann­ backen, die eine Beschichtung zur formgerechten Er­ fassung und Positionierung von Gußstücken, Schmiede­ teilen oder Schweißkonstruktionen für die Serienbear­ beitung auf Werkzeugmaschinen aufweisen, bekannt. Zur Gewährleistung einer positionsgenauen Einspannung von Werkstücken mit beispielsweise gekrümmter Oberfläche sind an den Spannbacken der Spannvorrichtung Kasset­ ten fest angeordnet, die eine Lage Verbundharz, eine gitterartige Metalleinlage, eine Dämpfungsschicht und teilweise eine Halteschicht aus Kunstharz aufnehmen. Die Oberfläche der relativ harten Dämpfungsschicht ist von der Werkstückoberfläche, beispielsweise von einem Gußmodell, abgegossen und trägt an den Spann­ punkten die Halteschicht. Die Größe der Auflagefläche der Halteschicht, ihr Härtegrad und ihre Stärke sowie der Härtegrad und die Stärke der Dämpfungsschicht richten sich nach der Größe und dem Gewicht des zu spannenden Werkstücks. Durch ein Abtragen von Kunst­ harz in der Dämpfungsschicht soll es möglich sein, große Toleranzen oder Oberflächenabweichungen der Werkstücke auszugleichen und somit das Spannen zu ge­ währleisten. Die Nachteile der Spannvorrichtung be­ stehen im komplizierten Aufbau der Spannbacken und in ihrer aufwendigen Herstellung. Für in Einzel- oder Kleinserienbearbeitung herzustellende Werkstücke wäre somit eine schnelle Verfügbarkeit dieser Spannvor­ richtung nicht gegeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein kostengünstiges Verfahren sowie eine einfach herzu­ stellende und funktionierende Einrichtung zum Positio­ nieren und Halten eines deformationsempfindlichen Werkstückes, vorzugsweise eines dünnwandigen Guß-, Schmiede- oder Blechformteiles, unterschiedlicher geometrischer Form und Größe zur Einzel- und Klein­ serienbearbeitung zu entwickeln, wodurch alle Werkstücke ohne längere Vorbereitungszeiten sicher gespannt werden. Verfahrensgemäß wird das Werkstück in einen grob der Werkstückkontur angenäherten Stütz­ körper gelegt, dann wird das Werkstück zum Erreichen der Soll-Lage in einem Bezugssystem durch verstellba­ re Auflageelemente, beispielsweise Schrauben, justiert, und der Hohlraum zwischen dem Werkstück und dem Stützkörper wird von einem aushärtbaren, eine Auflageschicht bildenden Werkstoff ausgefüllt und ab­ schließend wird das Werkstück durch Spannelemente, wie Spannpratzen, befestigt. Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der aushärtbare Werkstoff geringfügige Abweichungen der Werkstückabmessungen, insbesondere ± 5,5 Promill be­ zogen auf die Werkstückhauptabmessungen, kompensiert. Vorteilhafterweise werden demgemäß alle Werkstücke, einschließlich kompliziert gestaltete Werkstücke, nahezu verzugslos gespannt, da von einer überwiegend punktuellen oder linienhaften zu einer integralen/ flächenhaften Lagebestimmung der Werkstücke und Ein­ leitung der Spann- und Stützkräfte übergegangen wor­ den ist. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 3 bis 9 wird ein kostengünstiges und sicheres Positionieren und Halten der Werkstücke garantiert. Zur Fertigung des Stützkörpers als Form oder als aus Grund- und Konturelementen zusammengesetzter Stützkörper wird ein gießbares, reaktionsharzgebundenes Material ein­ gesetzt. Die einfache Herstellung dieses Materials ermöglicht eine schnelle Verfügbarkeit der Einrich­ tung und damit eine kurzfristige und wirtschaftliche Bearbeitung von einzelnen Werkstücken und kleineren Werstückzahlen in hoher Qualität.

Die Erfindung soll an zwei Beispielen näher erläutert werden. Hierzu zeigen die zugehörigen Zeichnungen in

Fig. 1 Draufsicht der Einrichtung mit einem unge­ spannten Auspuffkrümmer

Fig. 2 Seitenansicht der Einrichtung mit einem ungespannten Rohrkrümmer

Fig. 3 Draufsicht von Fig. 2.

Fig. 1 zeigt die Draufsicht der Einrichtung, dessen Stützkörper als Form 1 aus einem reaktionsharzgebun­ denen Material, beispielsweise MAPULIT, hergestellt ist, mit einem in der Auflageschicht 4 liegenden, ungespannten Auspuffkrümmer 5 in der Bearbeitungs­ lage. Das reaktionsharzgebundene Material wird hier­ bei in einen Formkasten äquidistant zur Kontur des Auspuffkrümmers 5 aufgefüllt.

In Fig. 2 ist die Seitenansicht der Einrichtung zum Positionieren und Halten eines ungespannten Rohrkrüm­ mers 5 aus Gußeisen in der Auflageschicht 4 liegend dargestellt. Der Stützkörper, welcher der Kontur des Rohrkrümmers 5 angenähert ist, wird durch programmge­ steuerte Auswahl geeigneter Grundelemente 2 und Kon­ turelemente 3 gebildet. Das Zusammensetzen der ein­ zelnen Grund- und Konturelemente 2; 3 erfolgt bei­ spielsweise durch Kleben.

Fig. 3 zeigt die Draufsicht von Fig. 2. Hier sind vorrangig die Lage der Auflage-/Bestimmelemente 7, beispielsweise Gewindestifte, und die Anordnung der Aufnahmeelemente 8, beispielsweise Gewindebuchsen, für die Spannelemente dargestellt.

Zum Fräsen der Flanschflächen 9 und zur Herstellung der Flanschbohrungen 10 des Rohrkrümmers 5 mittels einer NC-Maschine ist wie nachstehend beschrieben zu verfahren:

• - Einlegen des Rohrkrümmers 5 in den aus Grund- und Konturelementen 2; 3 zusammengesetzten Stützkörper, der drei verstellbare Gewindestifte 7 und drei Ge­ windebuchsen 8 hat.
• - Einstellen der Bearbeitungslage des Rohrkrümmers 5 durch Verstellen der Gewindestifte 7.
• - Ausfüllen des Hohlraumes zwischen Rohrkrümmer 5 und dem Stützkörper 2; 3 mit einem aushärtbaren Werkstoff zur Bildung der Auflageschicht 4.
• - Befestigen der Spanneisen mittels Schrauben in den Gewindebuchsen 8.
• - Spannen des Rohrkrümmers 5.
• - Ausrichten und Befestigen des im Stützkörper ge­ spannten Rohrkrümmers auf dem Arbeitstisch einer NC-Maschine.
• - Fräsen der Flanschflächen 9 und Herstellen der Flanschbohrungen 10.
• - Austauschen des bearbeiteten Rohrkrümmers 5 durch einen unbearbeiteten Rohrkrümmer 5.

Da die Auflageschicht 4 nach dem Aushärten plastisch ist, können die Rohrkrümmer Toleranzabweichungen ha­ ben. Es ist somit eine flächenhafte Lagesicherung aller zu bearbeitenden Rohrkrümmer gegeben.

Claims (9)

1. Verfahren zum Positionieren und Halten eines de­ formationsempfindlichen Werkstückes, vorzugsweise eines dünnwandigen Guß-, Schmiede- oder Blechformtei­ les, unterschiedlicher Form und Größe zur Einzel- und Kleinserienbearbeitung, bei dem ein Werkstück ganz oder teilweise in einem thermisch erweichbaren Verbundwerkstoff eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück in einen grob der Werkstückkontur angenäherten Stütz­ körper gelegt wird, dann das Werkstück zum Erreichen der Soll-Lage in einem Bezugssystem durch verstell­ bare Auflageelemente, beispielsweise Schrauben, ju­ stiert wird und der Hohlraum zwischen dem Werkstück und dem Stützkörper von einem aushärtbaren, eine Auf­ lageschicht bildenden Werkstoff ausgefüllt wird und abschließend das Werkstück durch Spannelemente, wie Spanneisen, befestigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der aushärtbare Werk­ stoff geringfügige Abweichungen der Werkstückabmes­ sungen, insbesondere ± 5,5 Promill bezogen auf die Werkstückhauptabmessungen, kompensiert.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützkörper eine aus einem gießbaren, reaktionsharzgebundenen Material herge­ stellte Form (1) ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stützkörper aus Grundelementen (2) und aus Kontur­ elementen (3) zusammengesetzt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Grundelemente (2) und die Konturelemente (3) in ihrer Form und Größe unterschiedlich sind.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Form (1) und die Konturelemente (3) eine oder mehrere Bohrungen zur Aufnahme von Auflage-/Bestimmele­ menten (7) haben.

7. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Form (1) und die Grundelemente (2) ein oder mehrere Aufnahmeelemente (8) für Werkstückspanner haben.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auflage-/Bestimmelemente (7) und die Aufnahmeelemente (8) in der Form (1), in den Grundelementen (2) und in den Konturelementen (3) lagebestimmt eingegossen sind.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Form (1) oder die Grundelemente (2) und die Kontur­ elemente (3) die Auflageschicht (4) tragen.