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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Schmieden von metallischen oder metallhaltigen Werkstücken.
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Es sind verschiedene Schmiedeanlagen zum industriellen Schmieden von Werkstücken bekannt, insbesondere schlagende Schmiedemaschinen wie Schmiedehämmer, Kurbelpressen, Spindelpressen, Reibradspindelpressen und dgl. genannt. Solche Schmiedeanlagen arbeiten in der Regel zyklisch und können dazu beispielsweise zwei Umformwerkzeuge oder beim Gesenkschmieden oder gebundenen Umformen Gesenke umfassen, welche zyklisch und in der Regel geradlinig aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden. Hierzu wird beispielhaft auf die
EP 1 944 103 A2 verwiesen.
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Die beim Schmieden verwendeten Temperaturen der Werkstücke liegen typischerweise bei einer Halbwarmumformung zwischen 550 °C und 750 °C und bei einer sogenannten Warmumformung oberhalb 900 °C und bei einer sogenannten Kaltumformung im Bereich von Raumtemperatur und üblicherweise in einen Temperaturbereich, in dem die zum Umformen erforderliche Umformbarkeit oder Fließfähigkeit des Werkstoffes vorliegt. Zu den schmiedbaren Werkstoffen zählen grundsätzlich alle knetbaren Metalle und Metalllegierungen, und dabei sowohl eisenhaltige Werkstoffe wie Stähle als auch nicht eisenhaltige Metalle, wie Magnesium, Aluminium, Titan, Kupfer, Nickel und Legierungen daraus.
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Zum Umformen oder Schmieden des Werkstücks wird dieses zunächst in einen Arbeitsbereich zwischen die Umformwerkzeuge gebracht. Anschließend werden die Umformwerkzeuge bis auf einen vorgegebenen Abstand aufeinander zu bewegt, so dass das Material des Werkstückes in die Kavitäten oder Gesenke oder Gravuren der Umformwerkzeuge hineinfließen und das Werkstück dadurch umgeformt werden kann (sogenanntes Gesenkschmieden oder gebundenes Umformen). Dabei kann das Werkstück in mehreren aufeinander folgenden Umformvorgängen in die gewünschte Endform gebracht werden. Beispielsweise kann ein Werkstückrohling zunächst zur Materialvorverteilung geplättet werden, dann das geplättete Werkstück in einem ersten Gesenk oder einer ersten Gravur des Werkzeuge vorgeschmiedet werden, und anschließend in einem oder mehreren weiteren Gesenken oder Gravuren in einem Endschmiedevorgang in die gewünschte Endform gebracht werden.
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Zum automatisierten Be- und Entschicken derartiger Schmiedeanlagen, sowie zum Haltern der Werkstücke während eines Umformvorgangs in einer schlagenden Gesenkschmiedemaschine ist es z. B. aus der
EP 1 994 103 A2 bekannt, Industrieroboter mit Greifern zu verwenden. Industrieroboter sind universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit einer hinreichenden Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden, realisiert durch eine entsprechende Zahl (5 bis 6) von Bewegungsachsen, und einer frei programmierbaren Steuerung zur Realisierung praktisch beliebiger Bewegungstrajektorien des Werkstücks innerhalb des vom Industrieroboter abfahrbaren oder erreichbaren Raumgebiets.
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Für die industrielle Fertigung ist unter dem Gesichtspunkt der Werkstückkosten u.a. der Werkstückdurchsatz von besonderer Bedeutung. Im Rahmen der durch den Umformvorgang vorgegebenen Randbedingungen kann der Werkstückdurchsatz beispielsweise durch Optimierung von Be- und Entschickungsvorgängen verbessert werden.
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Zwar ermöglicht die aus der
EP 1 994 103 A2 bekannte automatisierte Be- und Entschickung eine erhebliche Verbesserung insbesondere gegenüber manueller Be- und Entschickung. Jedoch gibt es im Hinblick auf Leerlaufzeiten zwischen einzelnen Umformvorgängen noch Verbesserungspotential.
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Aus der
DE 42 10 608 A1 ist ein Verfahren zum Gesenkschmieden von Erzeugnissen länglicher Form auf einem Mehrfachgesenk bekannt, bei dem ein Werkstück zwischen verschiedenen Schmiedepositionen mit Hilfe von stirnseitigen Greifern bewegt werden kann. In der
DE 42 10 608 A1 wird vorgeschlagen, das Werkstück zuerst auf dem Spiegel einer Matrize unterzubringen und zu fixieren und dann eine Querkraft nur an die Endabschnitte des Werkstücks zum Auspressen von Metall in Längsrichtung des Werkstücks anzulegen, wobei gleichzeitig eine Metallverlagerung in Richtung zur Werkstückmitte begrenzt wird, so dass ausgepresstes Metall in eine Kammstruktur der stirnseitigen Greifer eindringt.
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Die
US 5,575,325 A zeigt eine Metallformvorrichtung für halbgeschmolzene Metalle, umfassend eine Presse, und einen Förderer, mit dem der Metallformvorrichtung Barren zugeführt werden können. Ferner ist eine Verschiebevorrichtung vorgesehen, mit der die Barren vom Förderer zu einem Umformelement verschoben werden können. Ein Verschiebeelement des Förderers kann mittels eines Kolbens hin- und herbewegt werden. Nachdem ein Barren in den Umformbereich verschoben ist, und an einem Anschlag anliegt, wird, vor der Umformung des Barrens, das Verschiebeelement zurückgezogen und auf eine vorbestimmte Position vor dem Förderer zurückgesetzt.
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Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum automatisierten Schmieden von Werkstücken anzugeben, mit welchem ein guter Werkstückdurchsatz in vergleichsweise einfacher und gleichzeitig effektiver Weise erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Ausgestaltungen oder Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum automatisierten Schmieden von metallischen oder metallhaltigen Werkstücken vorgeschlagen.
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Gemäß der Erfindung wird eine Be- und Entschickungseinrichtung zum Be- und Entschicken wenigstens eines Arbeitsbereichs einer Schmiedemaschine mit Werkstücken verwendet.
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Die Werkstücke bestehen aus metallischen oder metallhaltigen Werkstoffen, insbesondere eisenhaltigen Metallen oder Metalllegierungen, z.B. Stählen, oder auch nichteisenhaltigen Metallen, wie beispielsweise Magnesium, Aluminium, Titan, Kupfer, Nickel, oder Metalllegierungen daraus.
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Die Schmiedeanlage weist eine Schmiedemaschine auf, bei der es sich insbesondere um eine der eingangs genannten Umformanlangen handeln kann, also z.B. um eine Hammerschmiede, Kurbelpresse, Spindelpresse, Reibradspindelpresse usw. Die Schmiedemaschine umfasst zwei relativ zueinander bewegbare Umformwerkzeuge, beim gebundenen Umformen auch Gesenke genannt.
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Die Be- und Entschickungseinrichtung umfasst zunächst eine der Beschickung dienende Verschiebeeinheit mit zumindest einem, vorzugsweise wenigstens zwei, Verschiebeelementen. Mit der Verschiebeeinheit kann ein umzuformendes Werkstück von einer Ausgangsposition, z.B. auf einem der Werkstückzufuhr dienenden Transportband, in einen Arbeitsbereich der Schmiedeanlage verschoben werden. Ferner umfasst die Be- und Entschickungseinrichtung zumindest eine der Entschickung dienende Greifeinrichtung, die insbesondere ein Greifwerkzeug an einem Greiferarm oder Roboterarm, z.B. eines Industrieroboters, aufweist, zum Greifen des Werkstücks zumindest während des Entschickens. Die Verwendung einer, vorzugsweise automatisch gesteuerten, Greifeinrichtung bietet den Vorteil, dass das Werkstück für nachfolgende Schmiedeschritte oder zwischen unterschiedlichen Schmiedearbeitsbereichen transportiert oder umgesetzt werden kann und nach dem Schmieden gezielt an einer vorgegebenen Stelle abgelegt oder zum Abgraten transportiert werden kann. Ferner kann die Greifeinrichtung dazu verwendet werden, das Werkstück während des wenigstens einen Schmiedevorgangs positionsgenau zu haltern oder greifen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst die Schritte:
- Beschicken der Schmiedeanlage mit einem Werkstück mittels einer Verschiebeeinheit, wobei zumindest ein umzuformender Teil des Werkstücks zwischen relativ zueinander bewegbare Umformwerkzeuge geschoben wird;
- Umformen des Werkstücks, wobei die Umformwerkzeuge zunächst aufeinander zu bewegt werden, so dass der im Arbeitsbereich der Umformwerkzeuge befindlicher Teil des Werkstücks umgeformt wird, und wobei die Umformwerkzeuge nach der Umformung voneinander weg bewegt werden;
- Entschicken des Werkstücks aus dem Arbeitsbereich mittels der zumindest einen Greifeinrichtung.
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Beim Verschieben oder beim Halten des Werkstücks greift gemäß der Erfindung jedes Verschiebeelement in einen Haltebereich, insbesondere eine zugehörige Verjüngung, des Werkstücks, die zwischen zwei umformenden Werkstückbereichen, insbesondere zwei Verdickungen liegt, ein. Die Greifeinrichtung(en) greift bzw. greifen dagegen das Werkstück an einem entsprechenden Greifende des Werkstücks, das insbesondere weiter außen als die Verjüngung liegt.
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Gemäß der Erfindung weist das bzw. die Verschiebeelement(e) einen finger-, nasen-, schienen- oder plattenartigen Vorsprung auf. Davon abgesehen kann die Form des Verschiebeelemente im Wesentlichen beliebig, z.B. angepasst an Form, Größe und Gewicht des Werkstücks, gewählt werden. Damit eine einfache Anpassung an unterschiedliche Werkstücke möglich ist, ist es von Vorteil, wenn der oder die Verschiebeelemente austauschbar, und ggf. verstellbar, an der Verschiebeeinheit angebracht sind.
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Das Verschiebeelement kann z.B. an eine vom Arbeitsbereich abgewandte Seite des zu verschiebenden Werkstücks mit einer vorzugsweise vertikalen Anschlagsfläche angeschlagen und zum Arbeitsbereich der Schmiedemaschine hin geschoben werden. Je nach Bedarf und Größe des Werkstücks, und Ausgestaltung des Verschiebeanschlags kann dieser entlang der anzuschlagenden Seite des Werkstücks mehrere Verschiebeelemente aufweisen. Der oder die Verschiebeanschläge bzw. die einzelnen Verschiebeelemente sind oder wirken, insbesondere lokal, als Mitnehmer oder Verschiebemitnehmer, so dass das Werkstück durch Verschieben der Verschiebeeinheit in gewünschter Weise in Richtung des Arbeitsbereichs bewegt werden kann.
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Bei Bedarf kann das Verschiebeelement (oder: Verschiebeanschlag) senkrecht zu einer Verschiebeebene, in welcher das Werkstück verschoben wird, bewegbar, z.B. ein- und ausfahrbar, ausgebildet sein. In der ausgefahrenen Position kann das Werkstück in den Arbeitsbereich geschoben werden. In der eingefahrenen Position kann der Verschiebeanschlag beispielsweise über oder unter einem weiteren Werkstück, welches zur Beschickung im Aktionsbereich des Verschiebeanschlags bereits vorgehaltenen ist, hinweg verschoben werden. Anschließend kann der Verschiebeanschlag ausgefahren und an die dem Arbeitsbereich der Schmiedeanlage abgewandte Seite des Werkstücks angeschlagen werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere möglich, mehrere Greifeinrichtungen vorzusehen. Insbesondere können zwei synchron bewegbare Greifeinrichtungen verwendet werden, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass einander gegenüberliegende Seiten oder Greifenden des Werkstücks gegriffen oder gehaltert werden können. Durch die Verwendung zweier Greifeinrichtungen können die Werkstücke sicher gehaltert und/oder entschickt werden, was nicht nur bei größeren Werkstücken von Vorteil sein kann. Das Haltern der Werkstücke an gegenüberliegenden Seiten während der Umformung kann beispielsweise dann erforderlich oder von Vorteil sein, wenn bei dem Werkstück bei der Umformung ansonsten zusätzliche, unerwünschte Formänderungen verursacht würden, wie beispielsweise Verbiegungen oder Krümmungen.
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Mit der vorgeschlagenen Be- und Entschickungseinrichtung ist es möglich, die Leerlaufzeiten zwischen Beschickung und Entschickung zu reduzieren. Es ist möglich, dass die Greifeinrichtung(en) das umgeformte Werkstück aus einem Arbeitsbereich entnimmt oder entnehmen, während durch die Verschiebeeinheit im Wesentlichen zeitgleich ein weiteres, bereits vorgehaltenes Werkstück diesem oder einem davor geschalteten Arbeitsbereich zugeführt wird. Durch eine derartige zeitliche Verschachtelung oder Taktung der Be- und Entschickung kann der Werkstückdurchsatz nachhaltig verbessert werden, was zu einer Verringerung der Produktionskosten pro Werkstück führen kann.
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Zum Verschieben des Werkstücks kann die Verschiebeeinheit einen Linearstellantrieb umfassen. Solche Antriebe können die Werkstücke mit hoher Präzision und Geschwindigkeit positionieren. Allerdings ist die Erfindung nicht auf Linearstellantriebe beschränkt. Es kommen auch andere Einrichtungen in Frage, welche eine lineare translatorische Bewegung des Werkstücks von einer Startposition in den Arbeitsbereich ermöglichen. Beispielhaft erwähnt seien Zylinder, hydraulisch oder pneumatisch betrieben, Zahnstangen- oder Spindelgetriebe, Transportbänder oder -ketten und dergleichen. Ferner kommen nicht linear arbeitende Einrichtungen in Frage.
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Die Greifeinrichtung kann, wie bereits erwähnt, einen Greiferarm aufweisen. An dem Greiferarm kann ein der jeweiligen Werkstückart angepasstes oder ein universelles und mit dem Greiferarm zusammenwirkendes Greifwerkzeug angebracht sein. Der Greiferarm und das Greifwerkzeug sind vorteilhafter weise derart ausgebildet, dass das gegriffene Werkstück in mehreren Raumrichtungen translatorisch und rotatorisch bewegbar ist. Dazu können insbesondere ein oder mehrere Rotatoren vorgesehen sein.
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Zur lagengenauen Positionierung des Werkstücks im Arbeitsbereich der Schmiedeanlage kann in oder angrenzend zu einem Arbeitsbereich wenigstens ein Positionierungsanschlag angeordnet sein. Der Positionierungsanschlag ist vorzugsweise derart angeordnet, dass das Werkstück am Ende eines Beschickungsvorgangs an diesen angeschlagen und zumindest in Beschickungsrichtung lagengenau positioniert ist. Es soll erwähnt werden, dass die Schmiedemaschine oder -anlage mehrere, z.B. benachbarte, Arbeitsbereiche aufweisen kann, welche das Werkstück sukzessive durchläuft.
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Die Form des Positionierungsanschlags kann insbesondere so gewählt sein, dass das Werkstück beim Anschlagen an diesen auch senkrecht zur Beschickungsrichtung ausgerichtet und damit lagengenau positioniert wird. Alternativ oder zusätzlich können weitere Positionierungsanschläge angeordnet sein. Der Positionierungsanschlag kann, analog zum Verschiebeanschlag, feststehend oder senkrecht zur Verschiebeebene ein- und ausfahrbar ausgebildet sein. Gleichfalls kann der Positionierungsanschlag in austauschbarer Weise, und zur Anpassung an unterschiedliche Werkstücke verschiebbar angebracht sein.
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Beim Beschicken des Werkstücks ist dieses an den Verschiebeanschlag angeschlagen. Am Ende des Beschickungsvorgangs ist das Werkstück auch am Positionierungsanschlag angeschlagen. Auf diese Weise ist es z.B. möglich, dass das Werkstück während und ggf. auch noch kurz nach dem Umformvorgang durch den Verschiebe- und Positionierungsanschlag an zwei gegenüberliegenden Seiten klemmend gehaltert wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich das Werkstück nach dem Umformen in einer vorgegebenen Position befindet und zum Entschicken mit der Greifeinrichtung sicher gegriffen werden kann.
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Damit bei einem Umformvorgang eine unmittelbare Kraftbeaufschlagung zumindest der zwischen den Umformwerkzeugen befindlichen Abschnitte des Positionieranschlags und der Verschiebeeinheit vermieden werden kann, können die Umformwerkzeuge in deren Form entsprechend angepasst sein Dazu kann z.B. zumindest eines der Umformwerkzeuge seitliche oder in Bewegungsrichtung des Umformwerkzeugs verlaufende Ausnehmungen aufweisen, in welche vorspringende Abschnitte des Positionierungsanschlags bzw. des Verschiebeanschlags beim Zusammenfahren der Umformwerkzeugen eintauchen können.
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Die Schmiedeanlage kann des Weiteren eine Transporteinrichtung aufweisen, mit welchem Werkstücke in einen vorgegebenen Aktionsbereich der Verschiebeeinheit, vorzugsweise sukzessiv, transportiert und positioniert werden können. Bei der Transporteinrichtung kann es sich im Wesentlichen um eine beliebige Transporteinrichtung, insbesondere um ein Transportband, handeln.
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Die Transporteinrichtung kann beispielsweise entsprechend dem Takt der Schmiedeanlage bzw. der Verschiebeeinheit betrieben werden. Dazu ist es beispielsweise möglich, den Vorschub der Transporteinrichtung zyklisch zu unterbrechen. Eine Möglichkeit zum getakteten vorhalten von Werkstücken besteht beispielsweise auch darin, spezielle, getaktet betreibbare Anschläge anzubringen, durch welche die Position der Werkstücke in Transportrichtung zeitweise fixiert werden kann. Beispielsweise kann im Aktionsbereich der Verschiebeeinheit ein Endanschlag angebracht sein, wobei durch den Endanschlag sichergestellt werden kann, dass die Werkstücke in Transportrichtung lediglich so weit transportiert werden, dass der Verschiebeanschlag in gewünschter Weise an das Werkstück anschlagen kann. Vorteilhafter Weise ist die Position des Endanschlags in Transportrichtung veränderbar, so dass eine Anpassung an Werkstücke unterschiedlicher Länge in einfacher Weise möglich ist. Die Transporteinrichtung kann des Weiteren einen in Transportrichtung dem Aktionsbereich der Verschiebeeinheit vorgeschalteten Rückhalteanschlag aufweisen, welcher getaktet aktiviert bzw. deaktiviert werden kann, so dass Werkstücke korrespondierend zum Takt der Umformung bzw. der Verschiebeeinheit zum Aktionsbereich der Verschiebeeinheit zugeführt werden können. Das Bereitstellen der weiteren Anschläge stellt eine technisch einfach zu realisierende Möglichkeit der getakteten Zufuhr von Werkstücken dar.
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Eine besonders einfach zu realisierende Beschickung besteht darin, dass die Verschiebung des Werkstücks beim Beschicken des Arbeitsbereichs der Schmiedeanlage senkrecht zur Bewegungsrichtung der Umformwerkzeuge, vorzugsweise linear, erfolgt.
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Zweckmäßiger Weise wird das Werkstück beim Umformen mittels des Verschiebeanschlags der Verschiebeeinheit an den Positionierungsanschlag der Schmiedeanlage gedrückt. Damit kann das Werkstück beim oder nach dem Umformvorgang in Position gehalten werden. Es ist damit möglich, den Ausschuss bei der Herstellung umgeformter Werkstücke zu reduzieren. Ferner kann erreicht werden, dass die Greifeinrichtung das umgeformte Werkstück sicher greifen kann.
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Jedoch ist es auch möglich, dass das Werkstück beim Umformvorgang oder bereits nach erfolgter Beschickung zusätzlich oder alternativ durch die Greifeinrichtung gehaltert wird. Sofern das Werkstück beim Umformvorgang oder nach Beschickung lediglich durch die Greifeinrichtung gehaltert wird, kann die Verschiebeeinheit den nächstfolgenden Beschickungsvorgang vorbereiten. Dadurch kann der Werkstückdurchsatz weiter gesteigert werden.
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Bei entsprechender Ausgestaltung der Schmiedeanlage mit einer Transporteinrichtung können korrespondierend zu einem Umformungstakt sukzessive Werkstücke in den Aktionsbereich der Verschiebeeinheit transportiert werden, wobei vorzugsweise ein dem Aktionsbereich der Verschiebeeinheit vorgeschalteter Rückhalteanschlag getaktet betrieben wird.
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Das Werkstück wird also insbesondere im Anschluss von der wenigstens einen Greifeinrichtung in wenigstens einen weiteren Arbeitsbereich der Schmiedemaschine transportiert oder eingelegt und dort weiter geschmiedet. In einer Ausbildung des Verfahrens wird das Werkstück in einem mehrstufigen Prozess in räumlich nacheinander geschalteten Arbeitsbereichen der Schmiedeanlage umgeformt. Dazu können die Umformwerkzeuge beispielsweise mehrere voneinander getrennte Arbeitsbereiche aufweisen. Dabei ist es insbesondere möglich, dass ein erster Arbeitsbereich mittels der Verschiebeeinheit beschickt wird, und nachfolgende, weitere Arbeitsbereiche mit der Verschiebeeinheit und/oder der Greifeinrichtung beschickt werden. Dabei soll bemerkt werden, dass beim Wechsel des Werkstücks von einem Arbeitsbereich zum nächsten die Verschiebeeinheit und/oder die Greifeinrichtung sowohl Be- als auch Entschickungsvorgänge ausführen können. Mehrere Arbeitsbereiche können beispielsweise vorliegen, wenn das Werkstück in mehreren Umformvorgängen in die gewünschte Endform gebracht wird. Bei solchen Umformvorgängen können beispielsweise zunächst ein Plättvorgang, dann ein Vorschmiedevorgang, gefolgt von einem Endschmiedevorgang ausgeführt werden.
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Weitere Vorteile des Verfahrens nach dem dritten Aspekt ergeben sich auch aus den Ausführungen zum ersten und zweiten Aspekt der Erfindung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung:
- 1 eine Schmiedeanlage mit einer Verschiebeinrichtung nach der Erfindung in einer Ausgangsstellung,
- 2 die Schmiedeanlage gemäß 1 mit der Verschiebeeinrichtung in einer Endstellung,
- 3 die Schmiedeanlage gemäß 1 und 2 in einer seitlichen Ansicht und
- 4 die Schmiedeanlage gemäß 1 bis 3 in einer Draufsicht.
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In den 1 bis 4 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit sich aus der Figurenbeschreibung nichts Gegenteiliges ergibt. Die Schmiedeanlage mit der Be- und Entschickungseinrichtung wird nur insoweit beschrieben als es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
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Die Schmiedeanlage 1 gemäß 1 bis 4 umfasst eine Schmiedemaschine 50 zum Schmieden, insbesondere Gesenkschmieden oder gebundenen Umformen, von metallischen oder metallhaltigen Werkstücken 4, insbesondereohne Beschränkung der Allgemeinheit - einen Schmiedehammer, und eine Be- und Entschickungseinrichtung zum Be- und Entschicken des Arbeitsbereiches 32 der Schmiedemaschine 50 mit Werkstücken (oder: Schmiedeteilen).
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Die Schmiedemaschine 50 umfasst ein erstes, unteres Schmiedegesenk 2 und ein zweites, oberes Schmiedegesenk 3. Das erste Schmiedegesenk 2 ist stationär angeordnet und das zweite Schmiedegesenk 3 wird von oberhalb des ersten Schmiedegesenks 2 zum Umformen eines Werkstücks 4 auf das erste Schmiedegesenk 2 nach unten zu bewegt. Üblicherweise erfolgt das Schmieden von Werkstücken 4 getaktet, wobei sich das zweite Schmiedegesenk 3 bei dieser Betriebsweise zyklisch auf- und abbewegt. Die Umform- oder Schmiedevorgänge finden in einem Arbeitsbereich 32 zwischen den Schmiedegesenken 2 und 3 der Schmiedemaschine 50 statt, welcher im Wesentlichen zwischen zusammenwirkenden Umformflächen der Schmiedegesenke 2 und 3 definiert ist, die unter Ausübung einer Umformkraft das Werkstück 4 umformen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Arbeitsbereich 32 in einer eine Schmiederichtung definierenden Greifertransportrichtung G hintereinander liegend drei Teilarbeitsbereiche, nämlich zunächst einen Plättarbeitsbereich 55 zwischen einer unteren Plättfläche 25 am unteren Schmiedegesenk 2 und einer oberen Plättfläche 35 am oberen Schmiedegesenk 3, dann einen Vorschmiedearbeitsbereich 56 zwischen einer unteren Vorschmiedefläche 26 am unteren Schmiedegesenk 2 und einer oberen Vorschmiedefläche 36 am oberen Schmiedegesenk 3 und schließlich als dritten Teilarbeitsbereich einen Fertigschmiedearbeitsbereich 57 zwischen einer unteren Fertigschmiedefläche 27 am unteren Schmiedegesenk 2 und einer oberen Fertigschmiedefläche 37 am oberen Schmiedegesenk 3.
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Die Plättflächen 25 und 35 im Plättarbeitsbereich 55 sind im Wesentlichen flache Flächen zum weitgehend freien oder ungebundenen Umformen (Freiformen) des Werkstücks 4 in einem oder mehreren Plättschlägen. Das Werkstück 4 wird beim Plätten flacher oder in seiner Dicke reduziert zur Materialvorverteilung für die nachfolgenden Schmiedevorgänge in den Gesenkschmiedearbeitsbereichen 56 und 57.
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Die gegenüberliegenden Gesenkflächen 26 und 36 zum Vorschmieden und 27 und 37 zum Fertigschmieden weisen nicht im Detail gezeigte Kavitäten oder Gravuren auf, die im Wesentlichen die Formänderung beim gebundenen Umformen in diesen Arbeitsbereichen 56 und 57 definieren.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle unteren Umformflächen an einem gemeinsamen unteren Werkzeug 2 und alle oberen Umformflächen an einem gemeinsamen oberen Werkzeug 3 ausgebildet, einschließlich der Plättflächen. Es ist aber auch möglich, insbesondere für das Plätten, separate Werkzeuge vorzusehen.
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Die Be- und Entschickungseinrichtung 51 der gezeigten Schmiedeanlage 1 umfasst eine in 1 bis 4 dargestellte, der Beschickung dienende Verschiebeeinheit 7 zum Verschieben eines umzuformenden Werkstücks 4' und 4 in den Plättbereich 55 des Arbeitsbereiches 32 der Schmiedemaschine 50 und zwei, nur in den 3 und 4 zu sehende, dem Weitertransport und der Entschickung dienende Greifeinrichtungen 12A und 12B zum Greifen des geplätteten und weiter zu schmiedenden bzw. geschmiedeten Werkstücks.
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In 1 ist die Verschiebeeinheit 7 in einer ersten Arbeitsstellung dargestellt und das Werkstück 4' befindet sich noch auf einem Transportband 10, mit dem es in einer Transportrichtung T zur Schmiedemaschine 50 transportiert wurde. In 2 bis 4 ist die Verschiebeeinheit 7 in einer zweiten Arbeitsstellung und hat das nun mit 4 bezeichnete Werkstück in den Plättbereich 55 ge- oder verschoben.
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Die Verschiebeeinheit 7 umfasst zwei in einer Verschieberichtung V zwischen den beiden Arbeitsstellungen linear und parallel zueinander verschiebbare Verschiebeelemente 7A und 7B. Die Verschiebeelemente 7A und 7B sind über zugehörige L-förmige Verbindungselemente 8A und 8B an einem sich senkrecht zur Verschieberichtung V und/oder parallel zur Transportrichtung T des Transportbandes 10 erstreckenden und beispielsweise als Vierkanthohlprofil ausgebildeten Längsträger 70 unter einem Abstand d zueinander befestigt. Die Verschieberichtung V verläuft bevorzugt senkrecht zur Bewegungsrichtung oder Schlagrichtung S des zweiten Schmiedegesenks 3 und in der Darstellung der 1 waagrecht sowie vorzugsweise auch senkrecht zur Transportrichtung T des Transportbandes 10.
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Zum Verschieben des Längsträgers 70 zusammen mit den daran befindlichen Verschiebeelementen 7A und 7B weist die Verschiebeeinheit 7 einen Linearstellantrieb 9 auf, der senkrecht zur Verschieberichtung V oder in Transportrichtung T versetzt zu den Verschiebeelementen 7A und 7B angeordnet ist.
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Die beiden Verschiebeelemente 7A und 7B übergreifen beim Verschieben des Werkstücks 4' bzw. 4 jeweils eine Verjüngung 4A und 4B im Werkstück 4 mit einem oberhalb des Werkstücks 4 befindlichen horizontal in Verschieberichtung V sich erstreckenden Finger 48, der vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, mit einer unteren Anschlagsfläche 49 von oben auf dem Werkstück 4 anliegt oder auch mit geringem Abstand darüber angeordnet wird.
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Ferner weisen die Verschiebeelemente 7A und 7B eine senkrecht zur Verschieberichtung V gerichtetete vertikale Anschlagsfläche 47 auf, gegen die das Werkstück 4 beim Verschieben anschlägt.
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Die wenigstens eine horizontale Plättfläche 25 ist an der den Verschiebeelementen 7A und 7B zugewandten Seite an dem unteren Gesenk 2 vorgesehen und ist im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Oberfläche des Transportbandes 10 oder bündig mit dem Transportband 10 angeordnet sowie zu den unteren Gravuren 26 und 27 nach unten versetzt.
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Ferner sind am unteren Gesenk 2 zwei sich an die Plättfläche 25 anschließende oder in diese hineinragende Positionierungsanschläge 11A und 11B vorgesehen, an denen das Werkstück 4 mit jeweils einer Verjüngung 4A oder 4B an einer den Anschlagsflächen 47 der Verschiebeelemente 7A und 7B gegenüberliegenden Seite zu liegen kommt oder anschlägt und dadurch an zwei Anschlagspunkten für den Plättvorgang lagengenau positioniert ist.
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Das Werkstück 4' bzw. 4 wird somit in einer im Allgemeinen teils gleitenden, teils rollenden Bewegung translatorisch von der in 1 gezeigten, der ersten Arbeitsstellung der Verschiebeeinheit 7 entsprechenden Position auf dem Transportband 10 in die Plättposition an den Positionierungsanschlägen 11A und 11B gebracht, die der zweiten Arbeitsstellung der Verschiebeeinheit 7 entspricht.
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Vor dem Plättschlag des oberen Gesenks 3 in der Schlagrichtung S können die Verschiebeelemente 7A und 7B durch Zurückfahren der Verschiebeeinheit 7 in die erste Arbeitsstellung wieder zurückgezogen werden.
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In der dargestellten vorteilhaften Ausführungsform halten jedoch die Verschiebeelemente 7A und 7B das Werkstück 4 auch während des Plättschlages im Plättbereich 55 gegen die Positionierungsanschläge 11A und 11B, so dass das Werkstück 4 zwischen den Positionierungsanschläge 11A und 11B des Gesenks 2 und den seitlichen vertikalen Anschlagsflächen 47 der Verschiebeelemente 7A und 7B einerseits sowie der unteren Plättfläche 25 am Gesenk 2 und den unteren Anschlagsflächen 49 der Finger 48 der Verschiebeelemente 7A und 7B andererseits eingeklemmt oder zumindest begrenzt oder gehalten wird. Dadurch wird so ein Verspringen oder Verrutschen des Werkstücks 4 beim Plätten verhindert wird.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das als erwärmter Schmiederohling bereitgestellte Werkstück 4 oder 4' eine, in 4 am Besten zu erkennende, Gestalt mit zwei inneren Verdickungen 4C und zwei äußeren Verdickungen 4D auf und zwischen den inneren Verdickungen 4C und den äußeren Verdickungen 4D jeweils den Verjüngungen 4A und 4B. Außerdem weist das Werkstück 4 oder 4' beiderends Greifenden 40 und 41 auf. Eine solche Form eines Schmiederohlings ist beispielsweise zum gleichzeitigen Schmieden zweier Pleuelstangen geeignet. Wie in 4 zu erkennen, weist das fertig geschmiedete Werkstück 4 zwischen den beiden Greifeinrichtungen 12A und 12B die noch über einen Schmiedegrat zusammenhängenden beiden Pleuelstangen auf, die dann anschließend beim Abgraten voneinander getrennt werden.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine solche Form eine Werkstücks 4 oder 4' beschränkt. Wenn auch Verjüngungen wie die Verjüngungen 4A und 4B im Werkstück 4 oder 4' nicht notwendig sind und die Verschiebelemente auch an nicht verjüngten Stellen des Werkstücks eingreifen können, so ist das Eingreifen in oder über Verjüngungen des Werkstücks doch vorteilhaft. Denn solche Verjüngungen müssen häufig nicht durch Plätten in der Materialverteilung umverteilt werden. Vielmehr werden üblicherweise nur die Verdickungen wie z.B. 4C und 4D geplättet.
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Es wird also das Werkstück 4 oder 4' während des Plättens in den durch die Verjüngungen 4A und 4B gebildeten Angriffs- oder Haltebereichen durch die Verschiebelemente 7A und 7B gehalten, welche Haltebereiche in einem innen liegenden Bereich des Werkstücks zwischen zwei zu plättenden Werkstückbereichen, nämlich den Verdickungen 4C und 4D, liegen. Die Greifenden 40 und 41 werden also beim Handhaben des Werkstücks 4 oder 4' mittels der Verschiebeinheit 7 noch nicht benutzt.
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Damit Beschädigungen der Verschiebeelemente 7A und 7B während des Plättschlages vermieden werden, weisen das erste Schmiedegesenk 2 und zweite Schmiedegesenk 3 an ihren Vorderseiten gegenüberliegende Ausnehmungen 28A und 28B sowie 38A und 38B auf, in welche zwischen dem ersten 2 und zweiten Schmiedegesenk 3 befindliche Abschnitte bzw. Teile der Verschiebeelemente 7A und 7B, besonders die Finger 48, beim Zusammenfahren der Schmiedegesenke 2 und 3 eintauchen können und so nicht mit den Gesenken 2 und 3 in Berührung kommen und nicht dem Schlag und den Umformkräften ausgesetzt werden. Alternativ wäre es möglich, die Verschiebeelemente parallel zur Bewegungsrichtung S des zweiten Schmiedegesenks 3 beweglich auszuführen. Entsprechendes gilt für die Positionierungsanschläge 11A und 11B.
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Die Be- und Entschickungseinrichtung 51 umfasst ferner zwei Greifeinrichtungen 12A und 12B, die der Entschickung der Werkstücke 4 aus dem Plättbereich 55 nach dem Plättvorgang dienen und hier auch für das Umsetzen oder Transportieren im Rahmen der weiteren Schmiedevorgänge im Vorschmiedearbeitsbereich 56 sowie im Fertigschmiedearbeitsbereich 57 entlang der Greifertransportrichtung G vorgesehen sind. Die Greifeinrichtungen 12A und 12B weisen jeweils ein Greifwerkzeug (eine Greifzange) 16A und 16B auf, das jeweils zwei Schenkel 18A bzw. 18B mit daran angeordneten Greifbacken 17A und 17B umfasst . Die Greiffunktion der Greiferwerkzeuge 16A und 16B wird dadurch erreicht, dass einer der Schenkel 18A oder 18B relativ zum jeweils anderen der Schenkel 18A bzw. 18B mit einem Greifantrieb 19A bzw. 19B bewegt werden kann.
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Die Greifeinrichtungen 12A und 12B umfassen ferner zwei, lediglich abschnittsweise dargestellte Roboterarme 13A und 13B eines Handhabungsroboters, insbesondere Industrieroboters, an deren Enden jeweils ein Rotator 14A oder 14B sowie ein weiterer Rotator 15A oder 15B, insbesondere des Roboters, angebracht ist, wobei die Greifwerkzeuge 16A und 16B an den weiteren Rotatoren 15A oder 15B befestigt sind. Durch die Rotatoren 14A und 14B sowie und die weiteren Rotatoren 15A und 15B kann jedes Greifwerkzeug 16A und 16B am Ende des jeweiligen Roboterarms 13A und 13B um zwei zueinander senkrechte Rotationsachsen rotiert werden, werden also zwei Rotationsfreiheitsgrade zur Verfügung gestellt. Weitere Bewegungsfreiheitsgrade für die Greifwerkzeuge 16A und 16B, insbesondere zur Translation, stellt der jeweilige Roboter mittels des Roboterarms 13A oder 13B zur Verfügung.
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Mit den Greifeinrichtungen 12A und 12B wird das Werkstück 4 an seinen Greifenden 40 und 41 gegriffen und nach einem Schmiedevorgang in einem der Schmiedearbeitsbereiche 55, 56 oder 57 entnommen, d. h. entschickt, und dann, nachdem das Werkstück fertig geschmiedet ist, der Schmiedevorgang in dem letzten Arbeitsbereich 57 also abgeschlossen ist, an einer gewünschten Stelle abgelegt oder einer Abgrateinrichtung zugeführt.
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Vorzugsweise halten die beiden Greifeinrichtungen 12A und 12B das Werkstück auch während der Schmiedvorgänge in den Schmiedearbeitsbereichen 56 und 57 also während des Aufeinandertreffens der Gesenke 2 und 3 fest, halten also die Greifwerkzeuge 16A und 16B geschlossen. Die Greifwerkzeuge 16A und 16B sind dazu vorzugsweise mit nicht näher dargestellten Mitteln zum Flexibelstellen zum Schutz des Roboters vor der Kraftstoßbelastung versehen. Es kann auch nur eine Greifeinrichtung zum Greifen und Handhaben des Werkstücks vorgesehen sein.
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Bei entsprechendem Zusammenspiel oder Ansteuerung oder Taktung der Greifeinrichtungen 12A und 12B und der Verschiebeeinheit 7 kann die Schmiedemaschine 50 mit einem neuen Werkstück 4' mittels der Verschiebeeinheit 7 beschickt werden, während ein bereits fertig geschmiedetes Werkstück mittels der Greifeinrichtungen 12A und 12B entschickt wird. Auf diese Weise kann die Wartezeit zwischen aufeinanderfolgenden Umformvorgängen verringert und damit der Werkstückdurchsatz oder die Taktzeit verbessert werden.
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Wie aus 4 zu entnehmen ist, weist ferner das Transportband 10 einen Endanschlag 71 auf. Der Endanschlag 71 kann in Transportrichtung T des Transportbands 10 unterschiedlich positioniert und arretiert werden. Bei geeigneter Positionierung und Arretierung des Endanschlags 71 kann das umzuformende Werkstück 4" auf dem Transportband 10 an einer Sollposition gestoppt bzw. angehalten werden, welche ein optimales Beschicken der Schmiedemaschine 50 durch die lineare Verschiebebewegung der Verschiebeelemente 7A und 7B ermöglicht.
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Des Weiteren umfasst das Transportband 10 einen dem Aktionsbereich der Verschiebeelemente 7A und 7B vorgeschalteten Rückhalteanschlag 72. Der Rückhalteanschlag 72 ist dazu vorgesehen, Werkstücke 4' vom Aktionsbereich der Verschiebeelementen 7A und 7B so lange zurückzuhalten, bis sich die Verschiebeelemente 7A und 7B nach einem Beschickungsvorgang wieder in der in 1 dargestellten ersten Arbeitsstellung befinden. Der Rückhalteanschlag 72 dient also dazu, die Werkstücke 4 in einer zum Umformtakt korrespondierenden Weise dem Aktionsbereich zuzuführen. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, das Transportband 10 korrespondierend zur Taktung der Verschiebeeinheit 7 und der Greifeinrichtungen 12A und 12B zu aktivieren bzw. deaktivieren.
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Aus den bisherigen Ausführungen zu 1 bis 4 ergibt sich unmittelbar ein Verfahren zum (automatisierten) Schmieden von Werkstücken. Ein entsprechendes Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: Beschicken der Schmiedeanlage 1 mit einem Werkstück 4' oder 4 mittels der Verschiebeeinheit 7, wobei zumindest ein umzuformender Teil des Werkstücks 4 in den ersten Schmiedearbeitsbereich, insbesondere Plättbereich, 55 zwischen das erste Schmiedegesenk 2 und das zweite Schmiedegesenk 3 des Schmiedemaschine 50 geschoben wird;
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Schmieden, insbesondere Plätten, des Werkstücks 4, wobei das zweite Schmiedegesenk 3 zunächst zum ersten Schmiedegesenk 2 hin bewegt wird, so dass der im Arbeitsbereich 55 befindliche Teil des Werkstücks 4 umgeformt, insbesondere geplättet, wird, und wobei das zweite Schmiedegesenk 3 nach der Umformung vom ersten Schmiedegesenk 2 wegbewegt wird; und Entschicken des Werkstücks 4 aus dem Arbeitsbereich 55 mittels der Greifeinrichtungen 12A und 12B.
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Wie in Zusammensicht mit den obigen Ausführungen und den Figuren deutlich wird, kann mit dem Verfahren ein besonders vorteilhafter Werkstückdurchsatz erreicht werden. Weitere Schritte oder Einzelheiten des Verfahrens ergeben sich ohne Weiteres aus der Beschreibung der Schmiedeanlage 1.
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Vorzugsweise enthält das Verfahren neben oder nach den genannten Verfahrensschritten den weiteren Verfahrensschritt:
- - Weitertransport oder Umsetzen des Werkstücks 4 mittels der Greifeinrichtungen 12A und 12B in wenigstens einen weiteren Schmiedearbeitsbereich 56 und 57 zum Weiter- und Fertigschmieden des Werkstücks
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Das Werkstück 4 wird also in einem ein- oder mehrstufigen Schmiedeprozess in einem oder mehreren räumlich nacheinander geschalteten Schmiedearbeitsbereichen 56 und 57 weitergeschmiedet, insbesondere vorgeschmiedet und sodann endgeschmiedet.
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Insbesondere wird der Plättarbeitsbereich 55, wie oben bereits beschrieben, mit der Verschiebeeinheit 7 beschickt und nach dem Plätten wird das Werkstück 4 mit den Greifeinrichtungen 12A und 12B vom Plättbereich 55 entnommen und in den Vorschmiedearbeitsbereich 56 gebracht. Nach dem Vorschmieden im Vorschmiedearbeitsbereich 56 wird das Werkstück 4 wiederum mit den Greifeinrichtungen 12A und 12B in den Fertigschmiedebereich 57 gebracht und nach dem Fertigschmieden entnommen und abgelegt oder zum Abgraten transportiert. Bei diesem Ablauf folgen mehrere Be- und Entschickungsvorgänge aufeinander, so dass hier die Greifeinrichtungen 12A und 12B zumindest teilweise auch zum Beschicken dient.
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Der Transport des Werkstück 4 zwischen den Schmiedearbeitsbereichen 55 bis 57 durch die Greifeinrichtungen 12A und 12B erfolgt zumindest mit einer Bewegungskomponente entlang einer Greifertransportrichtung G, die vorzugsweise zur Verschieberichtung V und/oder zu einer Mittelachse A der Schmiedeanlage 1 parallel oder koaxial ist. Die Bewegung des Werkstücks 4 durch die Greifeinrichtungen 12A und 12B beinhaltet natürlich auch eine vertikale Bewegungskomponente für Hebe- und Senkbewegungen z.B. beim Heraufheben des Werkstücks 4 von dem tieferen Niveau der unteren Plättfläche 25 auf die höherliegende untere Vorschmiedegravur 26 oder zum Einlegen und Herausheben des Werkstücks 4 in bzw. aus den Gravuren 26 und 27 sowie ggf. auch Drehbewegungen.
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Durch die an den Greiferarmen 13A und 13B vorgesehenen Rotatoren 14A und 14B und weiteren Rotatoren 15A und 15B ist es durch entsprechende Bewegung der Greifwerkzeuge 16 möglich, das Werkstück 4 beim Überführen von einem Arbeitsbereich in den nächsten anzuheben und, sofern erforderlich, zu drehen.
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Der erste Schmiedearbeitsbereich kann anstelle eines Plättbereichs 55 auch beispielsweise ein Biegebereich sein zum Biegen des Werkzeug in entsprechenden Biegewerkzeugen. Insbesondere in diesem Fall kann beispielsweise das Werkstück 4 beim Überführen vom Biegebereich in den weiteren Schmiedearbeitsbereich um 90° um seine Längsachse gedreht werden.
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Es ist auch möglich, dass bereits beim Überführen des Werkstücks 4 vom Vorschmiedearbeitsbereich 56 in den Fertigschmiedearbeitsbereich 57 oder beim Abführen des fertig geschmiedeten Werkstücks 4 von dem Fertigschmiedebereich 57 zur Ablage oder zum Abgraten der Plättarbeitsbereich 55 von der Verschiebeeinheit 7 mit einem weiteren Werkstück 4' beschickt wird. Das bedeutet, dass zwei Werkstücke 4' und 4 gleichzeitig geschmiedet oder zumindest gleichzeitig gehandhabt werden, wodurch der Werkstückdurchsatz weiter erhöht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schmiedeanlage
- 2
- erstes Schmiedegesenk
- 3
- zweites Schmiedegesenk
- 4, 4', 4"
- Werkstück
- 4A, 4B
- Verjüngung
- 4C, 4D
- Verdickung
- 7
- Verschiebeeinheit
- 7A, 7B
- Verschiebeelement
- 8A, 8B
- Verbindungselement
- 9
- Linearstellantrieb
- 10
- Transportband
- 11A, 11B
- Positionierungsanschlag
- 12A, 12B
- Greifeinrichtung
- 13A, 13B
- Roboterarm
- 14A, 14B
- Rotator
- 15A, 15B
- weiterer Rotator
- 16A, 16B
- Greifwerkzeug
- 17A, 17B
- Greifbacken
- 18A, 18B
- Schenkel
- 19A, 19B
- Greifantrieb
- 25
- Plättfläche
- 26
- untere Vorschmiedegravur
- 27
- untere Fertigschmiedegravur
- 28A, 28B
- Ausnehmung (für 48, 7A, 7B)
- 38A, 38B
- Ausnehmung (für 48, 7A, 7B)
- 32
- Arbeitsbereich
- 35
- Plättfläche
- 36
- obere Vorschmiedegravur
- 37
- obere Fertigschmiedegravur
- 40, 41
- Werkstückende
- 47
- vertikale Anschlagsfläche
- 48
- Finger
- 49
- horizontale Anschlagsfläche
- 50
- Schmiedemaschine
- 51
- Be- und Entschickungseinrichtung
- 55
- Plättbereich
- 56
- Vorschmiedearbeitsbereich
- 57
- Fertigschmiedearbeitsbereich
- 70
- Längsträger
- 71
- Endanschlag
- 72
- Rückhalteanschlag
- 75
- Verschiebearm
- d
- Abstand
- A
- Mittelachse
- T
- Transportbandrichtung
- S
- Schlagrichtung
- V
- Verschieberichtung
- G
- Greifertransportrichtung