DE1062201B - Mechanische Presse zum Kaltfliesspressen von Metallgegenstaenden - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Das Kaltfließpressen bietet im allgemeinen bei der Verarbeitung verhältnismäßig weicher Metalle, ζ. Β. Aluminium, Messing od. dgl., mit bekannten mechanischen Pressen keine besonderen Schwierigkeiten Beim Kaltfließpressen härterer Metalle, z. B. von Stahl, dagegen treten Schwierigkeiten auf, wenn ein \erhaltniamäßig hoher Verformungsgrad gefordert wird, der die Pressenteile und Werkzeuge hohen Drucken bzw. Druckstößen aussetzt.

Deshalb hat man versucht, das Problem des Kaltfließpressens von Stahl oder anderen härteren Metallen auf besondere Weise zu lösen. So hat man z. B. zum Kaltfließpressen von Zahnrädern aus Stahl eine mechanische Presse geschaffen, bei der zwischen Pressenstößel und Werkzeugträger ein elastisches Kissen in Form einer Schraubenfeder angeordnet ist, über welche der von der Presse auf das Werkstück ausgeübte Druck zunächst allmählich gesteigert wird. Beim Auflaufen der Federgänge aufeinander wird dann ein Schlag erzeugt, durch welchen der Fließvorgang eingeleitet werden soll. Trotzdem muß die Formgebung in mehreren Arbeitsvorgängen erfolgen, wobei nach jedem Arbeitsvorgang das Werkstück zwischengeglüht werden muß.

Es ist ferner eine mechanische Presse zum Kaltfließpressen von Metallen bekannt, bei der ein zwischen Pressenstößel und Werkzeug vorgesehenes elastisches Zwischenglied bei Übertragung der vollen, zum Pressen nötigen Kraft vom Wirksamwerden des Arbeitsdruckes Energie aufgespeichert und diese beim fortschreitenden Kaltfließvorgang wieder an das Werkstück abgibt. Hierdurch ist es bereits gelungen, Werkstücke aus Stahl im Kaltfließpreßverfahrcn in einem Arbeitsvorgang herzustellen.

Ziel der Erfindung ist es, derartige mechanische Pressen zum Kaltfließpressen so zu verbessern, daß Werkstücke aus harten Metallen in einem Arbeitsgang mit einem höheren Verformungsgrad als bisher bzw. kompliziert gestaltete Werkstücke mit einem hohen Verformungsgrad in einem Preßvorgang fertiggestellt werden können. Hierbei soll die Presse bei Erzielung hoher Genauigkeiten der Werks tück form en nur gut tragbaren Beanspruchungen ausgesetzt sein.

Ausgehend von einer mechanischen Presse zum Kaltfließpressen von Meta 11 gegen st an den unter Verwendung eines zwischen Pressenstößel und Werkzeugträger eingeschalteten elastischen Kissens, nach dessen Zusammendrucken unter dem Verformungswiderstand der Pressenstößel auf den Werkzeugträger formschlüssig auftritt und seinen Preßweg fortsetzt, besteht die Erfindung darin, daß für die formschlüssige Verbindung von Pressenstößel und Werkzeugträger ein einstellbarer Anschlag vorgesehen ist, um jeweils nach Form und Material des Werkstuckes die für den Mechanische Presse zum Kaltfließpressen
von Metallgegenständen

Anmelder:

Marguerite-Elisa Chappuis, geb. Pretre,
Tüla-Marguerite Chappuis,

Simone Chappuis

und Jacques-Albert Chappuis,

Neuchätel (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. C, Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaun'ngerstr. 8

John Albert Chappuis t, Neuenburg (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden

Fließvorgang optimale Vorlast des Kissens und den Zeitpunkt festlegen zu können, in dem der Fließvorgang eingeleitet werden soll.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es für ein einwandfreies Fließen des Metalls von entscheidender Bedeutung ist, zu welchem Zeitpunkt der Schlag, der durch Formschluß zwischen Werkzeug und Pressenstößel zustande kommt, ausgeübt wird. Dadurch, daß die Hohe der Vorlast und der Zeitpunkt des Überganges vom Vorpreß- und Endpreßdruck genau festlcgbar sind, kann bei der ernndung'sgemäßen Vorrichtung mit mäßigem Kraftaufwand ein leichtes Fließen des Werkstoffes erreicht werden. Sowohl ein Unterschreiten als auch ein Überschreiten der optimalen Vorlast führt überraschenderweise zu wesentlich schlechteren Ergebnissen, wobei nur relativ kleine Verformungen erhalten werden können. Erfolgt nämlich die Einleitung des Schlages zu früh, dann arbeitet die Vorrichtung ähnlich einer Münzpresse, und die Vorlast wird fur den Vorgang des Kaltfließpressens nicht in dem unterstützenden Sinne wirksam; für ein einwandfreies Fließen ist es erforderlich, daß durch die Vorlast das Metall bereits in bestimmter Weise vorbereitet wird. Erfolgt dagegen der Schlag zu spat, d h. erst dann, wenn die Vorlast bereits ein Fließen des Metalls im Gesenk eingeleitet hat, dann härtet das Metall unter Umständen aus, und der gewünschte Verformungsgrad kann ebenfalls nicht erreicht werden.

909 579/176

3 4

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung be- Federn in fünf einander zugekehrten Gruppen von je steht darin, daß der Anschlag eine Mutter ist, die auf zwei Federn (wie dargestellt) vorsehen,

dem kolbenartig im Pressenstößel geführten und gegen Im dargestellten Beispiel sind die gewählten Federn das elastische Kissen abgestützten Werkzeugträger einer Ausgangsspannung ausgesetzt, die vorhanden gegenüber der Stirnfläche des Pressenstößels ver- 5 ist, wenn die Presse leer läuft und die Mutter 5 am

schraubbar ist. Stößel 1 anliegt. Oft ist es erwünscht, diesen Ausgangs-

Weiter ist die Erfindung vorzugsweise so ausge- druck wesentlich zu erhöhen, was durch Versehrauben

staltet, daß die Ruhespannung des elastischen Kissens der Mutter 5 erreicht werden kann,

mittels einer an der Rückseite des Pressenstößels an- Die Federn sind unter anderem stark genug, um das

schlagenden Mutter einstellbar ist, die auf einem io Ausstanzen des Werkstückes χ aus dem Band X zu er-

kolbenstangenartigen Fortsatz des Werkzeugträgers möglichen. Das ausgestanzte Werkstück wird in die

sitzt. Matrize hineingestoßen, wo dann der Preßvorgang sich

Das elastische Kissen kann aus in der Praxis in vollzieht, und zwar gemäß Fig. 2 von dem Augenblick

solchen Fällen vielfach verwendeten Federteller- an, in dem die Patrize 8 auf das Werkstück χ auftrifft

paketen bestehen. 15 und es gegen das Bodenstück 11 preßt.

In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung an Während sich danach der Pressenstößel senkt, wer-

liand von Zeichnungen noch näher erläutert. In ihnen _t(_cn die Federn immer mehr zusammengedrückt, und

zeigt das Werkstück unterliegt einem elastischen Druck,

Flg. 1 einen Längsschnitt durch den Kopf der Presse welcher wächst, bis etwa die Lage gemäß Fig. 3 er-

und durch die Werkzeuge in dem Augenblick des Aus- 30 reicht ist.

stanzens des Rohlings, Wie ersichtlich, ist schon ein winzig kleiner Teil des

Fig. 2 dieselben Teile vor Anfang des Pressen- Werkstoffes in das axiale Loch 9 eingedrungen, wo er

1 organges, einen kleinen Vorsprung y bildet, praktisch von einer

Fig. 3 dieselben Teile, wenn das Werkstück bereits Größenordnung, wie sie etwa beim Münzprägen vor-

etwas verformt wurde, 25 kommt.

Fig. 4 die gleichen Teile während des Fließvor- Unter der Wirkung des Kissens ist der Werkstoff

...inges, bis an eine Grenze zusammengepreßt worden, über

Fig. 5 die gleichen Teile nach erfolgtem Fließ- die hinaus er nach kurzer Zeit plastisch zu fließen

\organg beim Rückgang der Patrize, beginnt.

Fig. 6 ein Diagramm, auf welchem die Bewegung 30 Gerade in diesem Augenblick stößt der sich noch

des Pressenstoßels. diejenige der Patrize und die ent- weiter als in Fig. 3 senkende Stößel der Presse auf die

sprechende Verkürzung der sich zusammendruckenden Mutter 7 auf, wie es in 13 in Fig. 3 gezeigt ist, so daß

elastischen Zwischenglieder mit Bezug auf die Zeit Patrize und Pressenstößel nunmehr formschlüssig mit-

d-irgestellt sind. einander verbunden sind und die Patrize zwangläufig

Die Fig. 7 und 8 sind zwei der Fig. 4 ähnliche 35 _mit dem Stößel weiterg-eht. Der Werkzeugstoff wird

Axialschnitte, die in einem etwas größereu Maßstab dann plötzlich so stark zusammengedrückt, daß er be-

zwei der verschiedenartigen möglichen Gestalten von schleunigt zu fließen beginnt, indem er durch die

Matrize und Patrize zeigen. öffnung 9 entweicht und den Fortsatz s gemäß Fig. 4

Nach Fig. 1 besitzt die in Frage kommende Presse bildet. Dieses Fließen findet im kalten Zustand statt, einen Stößel 1 mit Zapfen 2, auf welchen die mit ₄„ Man kann auch sagen, daß das Verfahren zwei Kurbeln oder einem (nicht dargestellten) Exzenter Stufen aufweist, und zwar eine, während der ein Vorverbundenen Kurbelstangen 3 wirken. Im Innern dieses druck ausgeübt wird, und eine, während der das Stößels befindet sich ein zylindrischer Raum, in dessen Fließen stattfindet. Obwohl die erste Stufe nur etwa \chse ein Bolzen 4 liegt, der axial verschiebbar ist und einige hundertste] Sekunden lang dauert, so kann man oben durch die Mutter 5 zurückgehalten wird. Am 45 _sag_en, daß sie verhältnismäßig länger ist als die unteren Ende ist ein mit Gewinde versehener, kolben- zweite.

artiger Werkzeugträger 6 mit einer Mutter 7 ange- Bei gegebener Arbeitsgeschwindigkeit der Presse

bracht, die durch Drehen höheneinstellbar ist. kann die Dauer der ersten Stufe durch die Wahl eines

Die dargestellte Vorrichtung bearbeitet zylindrische bestimmten Weges für das Zusammendrucken des

Rohlinge x, die aus einem Metallband X, das auf der ₅₀ Kissens bestimmt werden, während die Dauer der

Matrize 10 liegt, ausgeschnitten werden zweiten Stufe von den Eigenschaften der gewählten

Die Patrize 8 dient zum Ausstanzen der Werkstücke Presse abhängig ist. Beide sind aber von der Dicke des

und \^ferfoirmen derselben. Werkstückes abhängig sowie von der Qualität und

Beim vorliegenden Beispiel handelt es sich darum, von der Menge des zu verformenden Metalls,

ein Werkstück in Form einer kreisförmigen Scheibe 55 Der untere Totpunkt der Patrize wird so eingestellt,

zu erhalten, aus deren Mitte sich ein Stift erhebt, daß hierbei die Dicke des fertigen Werkstückes ver-

dessen Länge ein Mehrfaches der Scheibendicke be- bleibt. Dies kann dadurch geschehen, daß man die

üagt Zu diesem Zweck weist die Patrize 8 eine axiale Patrize am Werkzeugträger 6 entsprechend einstellt

Bohrung 9 auf. oder die Höhenlage der Matrize ändert.

Im zylindrischen Hohlraum des Stößels zwischen 60 Die Fig. 5 zeigt die nach erfolgtem Preßvorgang

dem Werkzeugträger 6 und einem Boden ist das entspannten Federn 12, wenn sich der Stößel 1 ge-

elastischc Kissen angeordnet, das hier aus Teller- hoben hat, und die Mutter S des Schaftes 4 an der

federn 12 besteht, die den Bolzen 4 umgeben und einer- oberen Fläche des Kopfes anliegt. Darauf zieht sich

seit;, am Werkzeugträger 6, andererseits am genannten auch die Patrize zurück.

Boden anliegen. Selbstverständlich sind die Teller- 65 Die Fig. 6 veranschaulicht in einer Kurve die ge-

i'edern nur als Beispiel angegeben; denn es können bc- schilderten Vorgänge,

hebige andere federnde Glieder Anwendung finden. Die Sinuskurve 14 entspricht der Bewegung des sich

Die Art und Weise, wie man die Tellerfedern zu- senkenden und danach hebenden Stößels, wenn er z. B.

sammensetzt, erlaubtes, sehr verschiedene Elastizität^.- mit Hilfe einer Kurbelwelle in Bewegung gesetzt

Charakteristiken zu erlangen. Man kann z.B. zehn 70 wird, eine Bewegung, welche die Patrize 8 ausfuhren

Claims (1)

1. 3 6

   wurde, wenn sie dauernd formschlüssig mit dem Stößel stclltem Druck. Durch Verschrauben der Mutter 7 bis

   verbunden wäre. zum Anschlag mit dem Kopf 1 konnte man aber un-

   Die Kurve 15 entspricht hingegen dem durch die mittelbar darauf das Metall um 1,5 mm in die Patrizen-

   Patrize 8 eigentlich zurückgelegten Weg. Diese bewegt Öffnung treiben.

   sich bis zum Punkt 16 mit dem Stößel. Dann trifft sie 5 Mit einer doppelten Anzahl Federn und 4.4 mm ela-

   auf das Werkstück χ (das Ausstanzen dieses letzteren stischem Zusammendrücken konnte unter denselben

   wird hier nicht berücksichtigt), wird angehalten und Bedingungen das Metall 3,2 mm tief in die Patrizenbewegt sich dann praktisch nicht mehr, während die öffnung hineingetrieben werden.

   Spannung der Federn entsprechend der Kurve 17 zu- Mit dreimal mehr Federn, die man um 6,6 mm

   nimmt. io zusammendrückte, kamen 4,1 mm heraus.

   Die Punkte 18 und 19 entsprechen der plötzlichen Wenn man die Federn um 8,8 mm zusammenstarren Verbindung der Patrize mit dem Stößel, d. h. drückte, wurde der Fortsatz wieder nur 3,1 mm lang, in 18 als Ausgangspunkt einer sinusförmigen Be- Wurden die Federn noch um 25% mehr zusammenwegung der Patrize und in 19 als Ausgangspunkt einer gedrückt, so war das Resultat sogar nur noch 2,6 mm. verbleibenden maximalen Spannung der Federn. 15 Die Dauer der ersten Stufe, d. h. des elastischen

   Das weitere dieser Kurven versteht sich von selbst. Druckes, schwankte zwischen ⁵/₁₀₀ und ¹⁷V₁₀₀ Sekunden.

   In gleicher Weise, wie beschrieben, können auch während die Zeit, während welcher die Patrize sich

   anders profilierte Werkstücke erzeugt werden. starr mit dem Stößel bewegte, viel kürzer war, z. B.

   So zeigt z. B. die Fig. 7 die Herstellung eines Werk- ¹Z₁₀₀ bis ⁵/₁₀₀ Sekunden. Es gibt also einen optimalen

   Stückes, das auf der einen Seite mehrere Fort- 20 Wert für die Dauer und Hohe des elastischen Druckes,

   sätze 2¹, z² aufweist und einen Fortsatz s³ auf der welcher das größtmögliche Fließen des Metalls gc-

   anderen Seite. Das Bodenstück hat hierfür eine ent- stattet. Dieser Wert hängt unter anderem von der

   sprechende Bohrung. Härte des verarbeiteten Metalls, der Größe des Wcrk-

   Die Fig. 8 zeigt die Herstellung eines Werkstuckes, Stückes, der Menge des auszutreibenden Metalls, der

   mit einer kreisförmigen Rippe s⁴ auf der einen Seite 25 Art der Federn usw. ab und kann unter gegebenen

   und einem Fortsatz 2⁵ mitten auf der anderen Seite. Voraussetzungen ermittelt werden. Ein entsprechendes

   Die Patrize weist hierzu eine ringförmige Eindrehung Gesetz konnte aber noch nicht aufgestellt werden.

   auf. Da es durh die Lage der Mutter 7 auf dem Werk-

   Es ist selbstverständlich, daß man z. B. auch viel- zeugträger möglich ist, den Augenblick, in dem man eckige Werkstücke pressen kann und daß die fließ- 30 vom elastischen Druck auf den starren Druck übergepreßten Fortsätze gleichfalls eckige Profile auf- geht, nach Beliebigen festzulegen, ist es leicht möglich,, weisen können. die beiden Arbeitsstufen in günstigster Weise auf-

   Bei verhältnismäßig weichen Metallen tritt das einander abzustimmen.

   Kaltfließen ohne Schwierigkeit ein. Verarbeitet man Was die in Frage kommenden Druckkräfte an-

   jedoeh Stahl, so ist das Verlängern des Preßvorganges 35 belangt, konnte ermittelt werden, daß für Flußstahl

   wichtig, d. h. die Verzögerung der Geschwindigkeit mit einer Härte von 100 bis 115 Brinell und einer

   des Werkzeuges vom Augenblick an, in dem es mit Oberfläche von 100 bis 110 mm² der nötige elastische

   dem Werkstück in Berührung kommt. Höchstdruck etwa 17 t, d. h. 200 kg/mm² war.

   Die erste Arbeitsstufe soil um so langer andauern, Der Prozentsatz des Metalls, das mau durch KaItje mehr die endgültige Gestalt des zu erzeugenden 40 fließpressen bei richtiger Wahl der Verhältnisse aus Werkstückes von derjenigen des Rohlings abweicht, dem Rohling heraustreiben kann, ist verhältnismäßig d. h., es verlangt in diesem Fall das Erreichen des den groß. So kann man z. B. bei Flußstahl ungefähr 28% Fließ Vorgang bestimmenden Druckzustandes mehr des Metalls in einem Zapfen hineintreiben, dessen Zeit. Dagegen muß die zweite Stufe, d.h. der Fließ- Durchmesser ungefähr 22% des Werkstückdurchvorgang selbst, unter dem erreichten Grenzdruck sehr 45 messers entspricht. Es ist sogar gelungen, bei Flußplötzlich stattfinden. st aiii bis 60% des Rohlingsvolumens zum Abfließen zu

   Tm beschriebenen Beispiel steigt der Druck an, weil bringen,
   die zwischengcschalteten Federn immer mehr zu-

   sammengedrückt werden. Während dieser Zeit, die atent\nsprüche.
   einige hundertste! Sekunden dauert, wird der Rohling 50 1. Mechanische Presse zum Kaltfließpressen von gezwungen, den ihm zur Verfügung stehenden Raum Metallgegenständen mit einem zwischen Preßstößel vollständig auszufüllen. Unmittelbar darauf und so- und Werkzeugträger wirksamen elastischen Kissen, bald der optimale Grenzdruck erreicht ist, beginnt das nach dessen Zusammendrücken unter dem VerMetall zu fließen, und von diesem Augenblick an ist es formungswiderstand der Pressenstößel formnicht mehr notwendig, die Preßgeschwindigkeit der 55 schlüssig auf den Werkzeugträger auftrifft und Patrize zu begrenzen. seinen Preßweg fortsetzt, dadurch gekennzeichnet,

   Versuche an einer Kurbelpresse mit 100 Um- daß zum Herstellen des Formschlusses von Pressendrehungen je Minute und einem Hub von 60 mm mit stößel (1) und Werkzeugträger (6) ein nach dem Rohlingen aus Flußstahl von einem Durchmesser von günstigsten Preßdruck und Zeitpunkt für die Ein-11,5 mm und einer Dicke von 3 mm, mit einer Patrize, 60 leitung des Fließvorganges einstellbarer Anschlag die eine Bohrung aufwies, deren Durchmesser etwa (7) dient.

   22% des Rohlingsdurchmessers war. haben folgendes 2. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

   ergeben: zeichnet, daß der Anschlag eine Mutter (7) ist, die

   Ohne Federkissen wurde das Metall des Rohlings auf dem kolbenartig im Pressenstößel (1) genicht mehr als um 0,3 mm in das Patrizenloch hinein- 65 führten und gegen das elastische Kissen (12) abgepreßt. Unter Zuhilfenahme von acht Tellerfedern, gestützten Werkzeugträger (6) gegenüber der verteilt in vier Gruppen von je zwei einander züge- Stirnfläche des Pressenstößels verschraubbar ist.
   kehrten Federn, war das Resultat gleich, insofern man 3. Presse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekurz einwirkte und die Federn nur um 2,2 mm zu- kennzeichnet, daß die Ruhespannung des elastischen sammendrückte, d. h. also mit rein elastisch eingc- 70 Kissens (12) mittels einer an der Rückseite des

   7 8

   Pressenstößels (1) anschlagenden Mutter (5) ein- »Werkstattbücher«, Heft 58, Kaessberg, Hugo: stellbar ist, die auf einem kolbenstangenartigen »Gesenkschmieden von Stahl«, II. Teil, 2. Auflage,

   Fortsatz des Werkzeugträgers sitzt. Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidclberg, 1951,

   S. 39;

   In Betracht gezogene Druckschriften: 5 »Werkstattstechnik und Maschinenbau«, 40. Jahr-Deutsche Patentschrift Nr. 847 834; gang, Heft 9, September 1950, S. 333;
   britische Patentschrift Nr. 662 705; »Draht«, 2. Jahrgang, September 1951, Nr. 9, USA.-Patentschrift Nr. 2 112 284; S. 240.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   i 909 579/176 7 59