EP2946850A1 - Verfahren zum Schmieden eines metallischen Werkstücks - Google Patents

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EP2946850A1
EP2946850A1 EP14169695.5A EP14169695A EP2946850A1 EP 2946850 A1 EP2946850 A1 EP 2946850A1 EP 14169695 A EP14169695 A EP 14169695A EP 2946850 A1 EP2946850 A1 EP 2946850A1
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EP
European Patent Office
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workpiece
forging
forging tools
tools
group
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Withdrawn
Application number
EP14169695.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dr. Paul-Josef Nieschwitz
Dr. Peter Dreinhoff
Dr. Frederik Knauf
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Meer GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J7/00—Hammers; Forging machines with hammers or die jaws acting by impact
    • B21J7/02—Special design or construction
    • B21J7/14—Forging machines working with several hammers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/04—Shaping in the rough solely by forging or pressing

Definitions

  • the invention relates to a method for forging a metallic workpiece in a forging press, wherein the workpiece is conveyed in a longitudinal direction and intermittently deformed by a number of forging tools, wherein the workpiece is conveyed between the periodic engagement of the forging tools by a bite distance in the longitudinal direction.
  • the generic method is suitable for shaping and for stretching a metallic workpiece.
  • a great advantage of this method is a high degree of flexibility, since with relatively simple forging tools, a wide variety of product shapes of different sizes can be manufactured precisely from metallic workpieces.
  • An important requirement for the quality of the forged product is an equally good forging of the workpiece core. This is especially true against the background that voids and other quality-reducing inclusions in the workpiece to be eliminated.
  • the forging of the workpiece is usually a radial forging.
  • the first group and the second group of the Schmlieewerkmaschinee together may consist of a total of four forging tools, which are arranged around the workpiece.
  • the four blacksmith tools will be there preferably used uniformly around the circumference of the tool arranged around.
  • the first group of forging tools may contact the workpiece diagonally along a first direction
  • the second group of forging tools may contact the workpiece in a second direction, the second direction being offset from the first direction by 90 ° about the longitudinal axis of the workpiece.
  • the extent of the forging tools in the longitudinal direction is preferably at least 200 mm, more preferably at least 260 mm.
  • the bite distance is preferably between 30% and 90%, preferably between 40% and 80% of the current block diameter of the workpiece.
  • the current block diameter is the actual clear distance of those surfaces of the workpiece which are acted on by the tools before their upcoming deformation.
  • the bite distance is preferably between 200 mm and 320 mm, preferably between 230 mm and 290 mm.
  • the values mentioned have proven their worth, in particular with a block diameter of the workpiece between 600 mm and 800 mm, especially with a block diameter of 700 mm.
  • All forging tools can machine the workpiece at the same axial position.
  • the workpiece can be a flat web.
  • the method can be used to produce a steel bar.
  • the method described thus depends on the fact that the forging tools are subdivided into two groups and these two groups then process the workpiece after each movement of the workpiece by half the bite distance.
  • the proposed method in complete equivalence, also includes the possibility of dividing the forging tools into three, four or more groups and then processing them by one of the groups after the workpiece has been moved one third, one quarter or a correspondingly smaller part of the bite distance ,
  • an optimization of the core forging can be achieved by the bite offset (half value of the bite distance).
  • the forging tools are usually used in pairs. It is achieved advantageously a very homogeneous Kernverschmiedung.
  • a further advantage is that existing forging equipment can be used to carry out the proposed method, since the type and number of forging tools does not change, only their operation.
  • Fig. 1 and Fig. 2 is - but only very schematically - a radial forging machine shown on which a workpiece 1 processed, that is forged.
  • the forging is done by radial forging. Accordingly, the four forging tools 2, 3, 4 and 5 provided here are moved radially toward the workpiece 1 (in the direction of the arrow). The four forging tools 2, 3, 4, 5 are placed at an axial position 6.
  • Fig. 2 is the arrangement of the four forging tools 2, 3, 4, 5 indicated around the workpiece 1 around.
  • a deformation of the workpiece 1 is accordingly produced by application of a tool 2, 3, 4, 5, in particular by a shock or impulse.
  • the forging is always done in pairs, ie the forging tools 2 and 4 work together and the forging tools 3 and 5.
  • the workpiece 1 moves translationally in the longitudinal direction T, wherein each biting cycle a bite distance s is covered (see FIGS. 3 and 4 ).
  • the bite distance s is generally the conveying distance in the longitudinal direction T until a tool 2, 3, 4, 5 considered is used again.
  • a first group of forging tools namely the forging tools 2 and 4
  • the workpiece 1 is then at half the bite distance s (s FIGS. 3 and 4 ) in the longitudinal direction T promoted; in this position, the loading is carried out by a second group of forging tools, namely by the forging tools 3 and 5.
  • the workpiece 1 is in turn promoted by a further half bite distance s in the longitudinal direction T; In this position, in turn, an admission of the workpiece 1 by the first group of forging tools 2 and 4 takes place.
  • the bite distance s in the exemplary embodiment is 260 mm.
  • the tool length, seen in the longitudinal direction T, is thus at least 260 mm.
  • a flat track is manufactured. Accordingly, the workpiece 1 is in each case conveyed by 130 mm per cycle and forged with the appropriate group of forging tools.
  • This process is carried out along the entire workpiece 1, so that subsequently results in a material which is characterized by a high degree of homogeneity. Ie. the nuclear smithing is optimized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieden eines metallischen Werkstücks (1) in einer Schmiedepresse, wobei das Werkstück in eine Längsrichtung (T) gefördert und intermittierend von einer Anzahl Schmiedewerkzeugen (2, 3, 4, 5) verformt wird, wobei das Werkstück (1) zwischen dem periodischen Eingriff der Schmiedewerkzeugen (2, 3, 4, 5) um einen Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert wird. Die Erfindung sieht vor, a) dass eine erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge (2, 4) das Werkstück (1) beaufschlagt und verformt, b) dass das Werkstück (1) dann um den halben Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert und in dieser Position eine zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge (3, 5) das Werkstück (1) beaufschlagt und verformt, c) dass das Werkstück (1) um einen weiteren halben Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert und dass die Schritte a), b) und c) periodisch wiederholt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieden eines metallischen Werkstücks in einer Schmiedepresse, wobei das Werkstück in eine Längsrichtung gefördert und intermittierend von einer Anzahl Schmiedewerkzeugen verformt wird, wobei das Werkstück zwischen dem periodischen Eingriff der Schmiedewerkzeugen um einen Bissabstand in Längsrichtung gefördert wird.
  • Das gattungsgemäße Verfahren eignet sich zur Formgebung und zum Recken eines metallischen Werkstücks. Vorteilhaft ist bei diesem Verfahren eine hohe Flexibilität, da mit relativ einfachen Schmiedewerkzeugen vielfältige Produktformen unterschiedlicher Größe aus metallischen Werkstücken genau hergestellt werden können. Weiterhin ist es möglich, bei der richtigen Wahl der Umformparameter in Verbindung mit einer geeigneten Wärmebehandlung des Werkstückes Verbesserungen der durch den Gießprozess bedingten Werkstoffeigenschaften zu erreichen. Dabei ist eine wichtige Anforderung an die Qualität des Schmiedeproduktes eine gleichmäßig gute Durchschmiedung des Werkstückkerns. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund, dass Lunker und sonstige qualitätsmindernde Einschlüsse im Werkstück beseitigt werden sollen.
  • Beim Schmieden des metallischen Werkstückes in einer Schmiedepresse ergeben sich diesbezüglich mitunter Probleme infolge einer unzureichenden Homogenität des Schmiedeprozesses; eine gute Durchschmiedung ist indes erforderlich, da sie die Qualität des Produktes maßgeblich beeinflusst.
  • Der Erfindung liegt daher die A u f g a b e zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren so fortzubilden, dass eine möglichst homogene Kernverschmiedung erreicht werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
    1. a) dass zunächst eine erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge das Werkstück beaufschlagt und verformt,
    2. b) dass das Werkstück dann um den halben Bissabstand in Längsrichtung gefördert und in dieser Position eine zweite Gruppe der Schmiedeworkzeuge das Werkstück beaufschlagt und verformt,
    3. c) dass anschließend das Werkstück um einen weiteren halben Bissabstand in Längsrichtung gefördert und in dieser Position die erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge das Werkstück erneut beaufschlagt und verformt und
    4. d) dass anschließend die Schritte b) und c) periodisch wiederholt werden, bis eine gewünschte Länge des Werkstücks geschmiedet ist.
  • Das Schmieden des Werkstücks ist dabei zumeist ein Radialschmieden.
  • Die erste Gruppe und die zweite Gruppe der Schmledewerkzeuge können zusammen aus insgesamt vier Schmiedewerkzeugen bestehen, die um das Werkstück herum angeordnet sind. Die vier Schmiedewerkzeuge werden dabei bevorzugt gleichförmig um den Umfang des Werkzeugs herum angeordnet eingesetzt.
  • Die erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge können das Werkstück entlang einer ersten Richtung diagonal kontaktieren und die zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge können das Werkstück in einer zweiten Richtung kontaktieren, wobei die zweite Richtung zur ersten Richtung um die Längsachse des Werkstücks um 90° versetzt ist.
  • Die Erstreckung der Schmiedewerkzeuge in Längsrichtung beträgt bevorzugt mindestens 200 mm, besonders bevorzugt mindestens 260 mm.
  • Der Bissabstand beträgt bevorzugt zwischen 30 % und 90 %, vorzugsweise zwischen 40 % und 80 %, des aktuellen Blockdurchmessers des Werkstücks. Der aktuelle Blockdurchmesser ist der aktuelle lichte Abstand derjenigen Flächen des Werkstücks, die von den Werkzeugen vor deren anstehenden Verformung beaufschlagt werden.
  • Der Bissabstand liegt indes bevorzugt zwischen 200 mm und 320 mm, vorzugsweise zwischen 230 mm und 290 mm. Die genannten Werte haben sich insbesondere bei einem Blockdurchmesser des Werkstücks zwischen 600 mm und 800 mm bewährt, speziell bei einem Blockdurchmesser von 700 mm.
  • Alle Schmiedewerkzeuge können an derselben axialen Position das Werkstück bearbeiten.
  • Das Werkstück kann eine Flachbahn sein. Mit dem Verfahren kann ein Stabstahl hergestellt werden.
  • Das beschriebene Verfahren stellt also darauf ab, dass die Schmiedewerkzeuge in zwei Gruppen unterteil werden und diese beiden Gruppen das Werkstück dann nach jeweiliger Fortbewegung des Werkstücks um den halben Bissabstand bearbeiten.
  • Natürlich umfasst das vorgeschlagene Verfahren in völliger Äquivalenz auch die Möglichkeit, die Schmiedewerkzeuge in drei, vier oder mehr Gruppen aufzuteilen und dann eine Bearbeitung durch eine der Gruppen vorzunehmen, nachdem das Werkstück um ein Drittel, ein Viertel oder einen entsprechend kleineren Teil des Bissabstands bewegt wurde.
  • Mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise beim Schmieden kann eine Optimierung der Kernverschmiedung durch den vorgenommenen Bissversatz (halber Wert des Bissabstands) erreicht werden. Die Schmiedewerkzeuge kommen dabei zumeist paarweise zum Einsatz. Es wird in vorteilhafter Weise eine sehr homogene Kernverschmiedung erreicht.
  • Vorteilhaft ist weiterhin, dass vorhandene Schmiedeanlagen zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens eingesetzt werden können, da sich die Art und Anzahl der Schmiedewerkzeuge nicht ändert, lediglich deren Betriebsweise.
  • Als sehr vorteilhafter Nebeneffekt wird erreicht, dass eine homogene Verformung auf der Oborfläche des Schmiedeprodukts entsteht.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch in der Seitenansicht eine Radialschmiedemaschine, in der ein Werkstück geschmiedet wird,
    Fig. 2
    schematisch die Ansicht gemäß dem Schnitt A-B nach Fig. 1,
    Fig. 3
    die von zwei Paaren von Schmiedewerkzeugen ausgeführten Teilvorformungen und die sich hieraus ergebende Kernverschmiedung für eine Anzahl von Schmiedehüben nach dem Stand der Technik und
    Fig. 4
    die Darstellung gemäß Fig. 3 für eine erfindungsgemäße Verfahrensweise.
  • In Fig. 1 und Fig. 2 ist - allerdings nur sehr schematisch - eine Radialschmiedemaschine dargestellt, auf der ein Werkstück 1 bearbeitet, d. h. geschmiedet wird.
  • Das Schmieden erfolgt durch Radialschmieden. Demgemäß werden die hier vorgesehenen vier Schmiedewerkzeuge 2, 3, 4 und 5 radial (in Pfeilrichtung) auf das Werkstück 1 zu bewegt. Die vier Schmiedewerkzeuge 2, 3, 4, 5 sind dabei an einer axialen Position 6 platziert. In Fig. 2 ist dabei die Anordnung der vier Schmiedewerkzeuge 2, 3, 4, 5 um das Werkstück 1 herum angedeutet. Beim Schmieden wird demgemäß eine Verformung des Werkstücks 1 durch Beaufschlagung mit einem Werkzeug 2, 3, 4, 5 insbesondere durch einen Schlag bzw. Impuls erzeugt.
  • Das Schmieden erfolgt immer paarweise, d. h. die Schmiedewerkzeuge 2 und 4 arbeiten zusammen und die Schmiedewerkzeuge 3 und 5. Während dessen bewegt sich das Werkstück 1 in Längsrichtung T translatorisch, wobei pro Schmiedezyklus jeweils ein Bissabstand s zurückgelegt wird (s. hierzu die Figuren 3 und 4). Der Bissabstand s ist dabei generell der Förderabstand in Längsrichtung T, bis ein betrachtetes Werkzeug 2, 3, 4, 5 erneut zum Einsatz kommt.
  • Üblich war es bislang, dass immer alle vier Schmiedewerkzeuge 2, 3, 4 und 5 synchron arbeiten, d. h. auf das Werkstück 1 zu gefahren werden. Indes ist erfindungsgemäß eine andere Vorgehensweise vorgesehen:
  • Zunächst wird eine erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge, nämlich die Schmiedewerkzeuge 2 und 4, zum Beaufschlagen des Werkstücks 1 eingesetzt. Das Werkstück 1 wird anschließend um den halben Bissabstand s (s. hierzu die Figuren 3 und 4) in Längsrichtung T gefördert; in dieser Position erfolgt die Beaufschlagung durch eine zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge, nämlich durch die Schmiedewerkzeuge 3 und 5. Anschließend wird das Werkstück 1 wiederum um einen weiteren halben Bissabstand s in Längsrichtung T gefördert; in dieser Position erfolgt dann wiederum eine Beaufschlagung des Werkstücks 1 durch die erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge 2 und 4.
  • Diese Vorgehensweise wird wiederholt, d. h. anschließend werden die erläuterten Schritte periodisch wiederholt, bis eine gewünschte Länge des Werkstücks geschmiedet ist.
  • Mit dieser Vorgehensweise wird eine hohe Homogenität des Schmiedeprodukts erreicht.
  • Illustriert ist dies noch einmal in den Figuren 3 und 4. Dargestellt ist jeweils mit gestrichelten Linien die ausgeübte Verschmiedung bzw. Verformung der ersten Gruppe Schmiedewerkzeuge 2, 4 und mit strichpunktierten Linien die ausgeübte Verschmiedung bzw. Verformung der zweiten Gruppe Schmiedewerkzeuge 3, 5. Mit ausgezogenen Linien ist die gesamte ausgeübte Verschmiedung bzw. Verformung aller Schmiedewerkzeuge angedeutet.
  • Beim Vorgehen gemäß dem Stand der Technik - wie in Fig. 3 dargestellt-ergeben sich relativ starke Ungleichförmigkeiten in der Verschmiedung von Bissabstand zu Bissabstand s.
  • Indes ist bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise - wie in Fig. 4 dargestellt-eine wesentliche Vergleichmäßigung der Verschmiedung zu beobachten. Die sich im Werkstück 1 ergebende Periodizität beträgt jetzt nur noch s/2, nicht mehr (wie bei Fig. 3) s.
  • Der Bissabstand s beträgt im Ausführungsbeispiel 260 mm. Die Werkzeuglänge, gesehen in Längsrichtung T, beträgt somit mindestens 260 mm. Vorliegend wird eine Flachbahn gefertigt. Demgemäß wird das Werkstück 1 jeweils um 130 mm pro Takt gefördert und mit der entsprechenden Gruppe an Schmiedewerkzeugen geschmiedet.
  • Dieser Vorgang wird entlang des gesamten Werkstücks 1 durchgeführt, so dass sich anschließend ein Material ergibt, das sich durch einen hohen Grad an Homogenität auszeichnet. D. h. die Kernverschmiedung ist optimiert.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Werkstück
    2
    Schmiedewerkzeug
    3
    Schmiedewerkzeug
    4
    Schmiedewerkzeug
    5
    Schmiedewerkzeug
    6
    axiale Position
    T
    Längsrichtung
    s
    Bissabstand
    s/2
    Bissversatz

Claims (11)

  1. Verfahren zum Schmieden eines metallischen Werkstücks (1) in einer Schmiedepresse, wobei das Werkstück in eine Längsrichtung (T) gefördert und intermittierend von einer Anzahl Schmiedewerkzeugen (2, 3, 4, 5) verformt wird, wobei das Werkstück (1) zwischen dem periodischen Eingriff der Schmiedewerkzeugen (2, 3, 4, 5) um einen Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    a) dass zunächst eine erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge (2, 4) das Werkstück (1) beaufschlagt und verformt,
    b) dass das Werkstück (1) dann um den halben Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert und in dieser Position eine zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge (3, 5) das Werkstück (1) beaufschlagt und verformt,
    c) dass anschließend das Werkstück (1) um einen weiteren halben Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert und in dieser Position die erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge (2, 4) das Werkstück (1) erneut beaufschlagt und verformt und
    d) dass anschließend die Schritte b) und c) periodisch wiederholt werden, bis eine gewünschte Länge des Werkstücks (1) geschmiedet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieden des Werkstücks (1) ein Radialschmieden ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe und die zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge (2, 3, 4, 5) zusammen aus insgesamt vier Schmiedewerkzeugen bestehen, die um das Werkstück (1) herum angeordnet sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Schmiedewerkzeuge (2, 3, 4, 5) gleichförmig um den Umfang des Werkzeugs (1) herum angeordnet eingesetzt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge (2, 4) das Werkstück (1) entlang einer ersten Richtung diagonal kontaktiert und dass die zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge (3, 5) das Werkstück (1) in einer zweiten Richtung kontaktiert, wobei die zweite Richtung zur ersten Richtung um die Längsachse des Werkstücks (1) um 90° versetzt ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung der Schmiedewerkzeuge (2, 3, 4, 5) in Längsrichtung (T) mindestens 200 mm beträgt, bevorzugt mindestens 260 mm.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bissabstand (s) zwischen 30 % und 90 %, vorzugsweise zwischen 40 % und 80 %, des aktuellen Blockdurchmessers des Werkstücks (1) beträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bissabstand (s) zwischen 200 mm und 320 mm liegt, vorzugsweise zwischen 230 mm und 290 mm.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schmiedewerkzeuge (2, 3, 4, 5) an derselben axialen Position (6) das Werkstück (1) bearbeiten.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) eine Flachbahn ist.
  11. Verfahren nach einern der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihm ein Stabstahl hergestellt wird.
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