DE1627707A1

DE1627707A1 - Verfahren zur Herstellung eines Metallformstueckes

Info

Publication number: DE1627707A1
Application number: DE19671627707
Authority: DE
Inventors: Fuchs Jun Francis Joseph
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1966-04-05
Filing date: 1967-04-04
Publication date: 1971-04-01
Also published as: FR1517459A; US3406555A; NL6704842A; SE314955B; BE696491A; GB1181904A; ES339335A1

Description

Western Electric Company, Inc.
I95» Broadway
New York 1Q007

USA

case no.' FUCHS,' F. J. Jr Λ9 A 29 693

Verfahren zur Herstellung eines Metallformstückes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallformstückes durch Kaltverformung eines langgestreckten Rohlings, wobei die Verformung, insbesondere in einem Arbeitsgang erfolgt.

Bei der Herstellung von Metallformstücken, deren Ausbildung durch einen Schaft und einen Endabschnitt von komplizierter, unsymmetrischer oder sonst unregelmäßiger Gestalt bestimmt ist, werden gemäß den zur Zeit bekannten Verfahren zwei getrennte Rohlinge für sich in die entsprechende .,Form der beiden Abschnitte ausgeschmiedet und anschließend durch Schweißen, Löten oder dergl, miteinander verbunden. Dieser vielstufige Herstellungsvorgang ist hinsichtlich der erforderlichen Werkzeuge und Vorrichtungen sowie des Zelt- und Kostenaufwandes wie auch im Hinblick auf den Ausschußanteil nachteilig. Der Herstellungsaufwand erhöht sich insbesondere dann noch weiter, wenn es sich um Formstücke mitunregelmäßigen Formabschnitten beiderseits eines Schaftes oder mit einem solchen unregelmäßigen Formabschnitt zwischen zwei Schaftabschnitten handelt. . ■ ·

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von abschnittsweise unregelmäßig ausgebildeten Metallformstückes, insbesondere von solchen der zuletzt' erwähnten Art, das sich von den bekannten Verfahren mit mehrteiliger Formgebung sowie auch von den üblichen Verfahren mit Stauchung und Kaltfließpressen durch geringeren Aufwand auszeichnet und insbesondere in einem einzigen Arbeitsgang durchführbar ist. Di.e erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Verfahren der eingangs genannten Art hauptsächlich dadurch, daß der Rohling durch axiale Zusammenpressung unter allseitigen Druck und in einen Zustand erhöhter Bildsamkeit versetzt wird und daß mindestens ein Abschnitt des Rohlings in diesem Zustand in eine vorgegebene unregelmäßige Form gebracht wird. In bevorzugter Welse wird das erfindungsgemäße Verfahren derart aμsgeführt, daß die Überführung des Rohlingabschnitts in eine unregelmäßige Form durch quer zur Längsachse des Rohlings wirkenden Druck, .insbesondere mittels einer querbeweglichen Preßform ausgeführt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Hierin zeigt

Fig. 1 die obere Formvorrichtung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vertikalschnitt, " . ·

Fig.IA die untere Formvorrichtung der Einrichtung mit eingesetztem

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st-abförmigem Rohling, ebenfalls im Vertikalschnitt,

Fig.2 + 3 die aus den beiden Formvorrichtungen nach Fig.' 1 und lA zusammengesetzte Einrichtung in jeweils verschiedenen Arbeitszuständen,

Flg. k einen Horizontalschnitt gemäß Schnittebene k-k· in Fig. 2 zur Veranschaulichung der Anordnung der Formelemente in der unteren Formvorrichtung·,

Flg. 5 einen Horizontalschnitt gemäß Linie j?-5 ⁱⁿ fig· 2 zur Veranschaulichung einer quer zur Werkstückachse beweglichen Preßform in Gestalt eines Formstempels und

Fig. -6 einen horizontalen Teilschnitt gemäß Linie 6-6 in Flg. 2 zur Veranschaulichung der Querschnittsform eines in der oberen Formvorrichtung beweglich gelagerten Druckorgans.

Ferner zeigen die .

Figuren ?A - ?D aufeinanderfolgende Verformungszustände des Werk- -■■■-· stücks vom Rohling bis zum fertigen Formstück, während

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des fertigen Formstücks gemäß Fig. 7J) wiedergibt.

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- A₁. -

Endlich zeigen die

Figuren 9A - 9C verschiedene nach dem erfindungsgemäßen Verfahren

hergestellte Formstücke mit unregelmäßigen Formabschnitten.'

Allgemeine Beschreibung

Die Bezeichnung "unregelmäßig" soll im Zusammenhang mit der Erfindung in weitem Sinne verstanden werden. Unter anderem fallen hierunter auch solche Formgebungen, bei denen das Werkstück einen Abschnitt 1) mit im Vergleich zum Schaft unterschiedlicher Quer-' schnittsform bei konzentrischer oder exzentrischer Anordnung aes Formabs-chnitts in bezug auf den Schaft (siehe z.B. die Figuren 8, 9B und 9C) oder 2) mit bezüglich des Schaftes gleicher Querschnittsform bei ebenfalls konzentrischer oder exzentrischer Anordnung des

umfaßt Formabschnitts in bezug auf den Schaft (siehe z.B. die Fig. 9A)·'. In beiden Fällen kann der Querschnitt gleichförmig oder ungleichförmig sein.

In Fig. 8 ist ein Relaiskern 10 mit langgestrecktem Schaft 11 und einem Endabschnitt 12 von unregelmäßiger, vergleichsweise komplizierter Form dargestellt. Dieser Heiaiskern gehört zu der gekennzeichneten Gruppe von Formstücken mit einem Schaft und einem Abschnitt unregelmäßiger Form. Der Schaft 11 ist im wesentlichen von gleichförmigem Kreisquerschnitt (dies stellt keine notwendige Bedingung dar) bis auf eine Abflachung 16, Vorsprünge I7 und feite Umfangsabschnitte 18.

1 Ü 9 8 U / 0 0 2 5 " ofHGlNAL INSPECTED

Der Abschnitt 12 hat eine von dem Schaft 11 wesentlich verschiedene Form und weist eine zur Achse des.Schaftes 11 parallele Fläche 21 sowie ein Paar von im wesentlichen flachen Seitenwänden 20 auf, die in einem abgerundeten Scheitel zusammenlaufen. Der "Abschnitt 12 endet in einer ebenen Endfläche 22. Der Querschnitt des Abschnitts 12 ist gleichförmig" und symmetrisch, zu einer von derjenigen des Schaftes 11 abweichenden Achse. Die Herstellung eines solchen Relaiskerns erfolgt in üblicher Weise durch Ausschmieden der Fläche 16, der-VorSprünge 17 und'der geriffelten Umfangsabschnitte 18 aus einem ersten Rohling, während ein zweiter Rohling zu der komplizierten Form des Endabschnitts 12 ausgeschmiedet wird. Anschließend wird der Schaft.11 mit dem Abschnitt 12 durch Schweißen verbunden. 'Diese mehrstückige und vielstufige Herstellungsweise ist, wie bereits erwähnt, mit unverhältnismäßig hohem Zeit- und Kostenaufwand sowie einem hohen Ausschußanteil verbunden.

In Fig. 1 ist schematisch eine Einrichtung zur erfindungsgemäßen Herstellung des Relaiskerns 1.0 aus einem elnstUckigen 'Metallrohling I9 (Fig. 7A) in einem einzigen Arbeitsgang angedeutet. Die Einrichtung umfaßt eine.obere Formvorrichtung '23, die in bezug auf eine untere, auf einem Rahmen 26 befestigte Formvorrichtung 2k beweglich gelagert ist. Die untere Formvorrichtung 2k umfaßt einen z.B. aus fünf Segmenten 32 (siehe Flg. k) zusammengesetzten Formkörper 31, der in eine Ausnehmung 33 des Gehäuses 3k der unteren Formvorrichtung eingesetzt ist. Eines der Segmente des Formkörpers, nämlich das Segment 32a, trägt an der Innenseite eine Formfläche

1 W

0 9 8 U / Ό Ό 2; 5

zur Herstellung der Fläche 16 und der VorSprünge 17 des Schaftes 11. Alle Segmente 32 sind mit entsprechenden Formflächen für die geriffelten Umfangsabschnitte 18 versehen. Die Außenflächen der Segmente 32 und die Ausnehmung 33 haben kongruente Kegelform, so daß die Segmente 32 bei Abwärtsbewegung in die Ausnehmung 33 des Formkörpers 31 nach innen zusammengepreßt werden. Die Segmente .werden durch ein federndes Band 36 zusammengehalten. Auf dem Rahmen 26 ist eine federnd abgestützte Anschlagstange 37 angebracht, welche: die Lage des Rohlings 19 beim Einsetzen in den Formkörper 31 bestimmt.

Die obere Formvorrichtung 23 umfaßt entsprechend einen Formkörper

41 in einer Ausnehmung 42 eines Gehäuses 43. Der Formkörper 41 besteht aus zwei Segmenten 44, die wiederum durch ein federndes Band 45 zusammengehalten werden. Die Segmente 44 und die Ausnehmung

42 sind wie bei der unteren Anordnung konisch ineinandergepaßt. Die Formflächen der Segmente 44 bestimmen eine langgestreckte Kammer 46 (Fig.5) mit einem Querschnitt entsprechend demjenigen des Abschnitts 12 innerhalb des Relaiskerns 10. Ein Druckorgan 48 mit einem der Kammer 46 entsprechenden Querschnitt (Fig. 6) ist in einea Druckstempel 47 mit enger Passung eingesetzt. Die Lage beider Formvorrichtungen gegeneinander wird durch einen Zentrierstift 49 am oberen Gehäuse 43 bestimmt, der in eine entsprechende Ausnehmung 51 im unteren Gehäuse 34 eingreift. Im unteren Bereich des Gehäuses 43 ist ein als Preßform vorgesehener Formstempel 56 quer zur Mittelachse der Kammer 46 beweglich gelagert. Die innere Stirn des Formstempels 56 bildet eine der Fläche 21 des Abschnitts 12 ent-

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sprechende Formfläche. Der dem Formstempel 56 gegenüberliegende Teil der Kammer k6 bildet einen Formhohlraum 59.

Durchführung des Verfahrens

Ein Metallrohling (I9) vorbestimmter Länge (Fig. 1 und 7a) wird in die durch die Formflächen der Segmente 32 gebildete Öffnung ■ eingesetzt und stößt gegen die Anschlagstange 37» wodurch seine vorbestimmte Lage gemäß Fig. 1 in bezug auf die Formflächen der Segmente 32 festgelegt ist. Gemäß Fig. 2 wird nun das obere Gehäuse ij-3 mit den Segmenten *j4 und dem Formstempel 56 durch eine Presse oder dergleichen in Richtung des Pfeils 61 abwärts bewegt, wobei der obere Endabschnitt des Rohlings in den Formhohlraum 59 und die Kammer 4-6 und der Zentrierstift ^9 in die Ausnehmung 5I eingreift (Fig. 1). Der Formstempel 56 ist hierbei um ein geringes Maß zurückgezogen. Beim weiteren Absenken tritt das Gehäuse ^3 mit den Segmenten 32 in Berührung und preßt diese in die Ausnehmung bis zur.Anlage zwischen den beiden Gehäusen 4-3 und 3^· Während der Abwärtsbewegung des Gehäuses ^3 pressen die Formflächen der Segmente 32 den Rohlißg I9 zusammen und bewirken dabei die Ausformung der Fläche 16, der Vorsprünge I7 und der geriffelten Umfangsabschnitte 18 (Fig. 7D).-Das bei dieser Verformung verdrängte Material des Rohlings fließt nach außen gegen die Anschlagstange 37« Danach ist die Formgebung des Schaftes 11 beendet und dessen gesamte Länge befindet sich starr eingeschlossen innerhalb der Segmente 32.

Anschließend werden der Druckstempel kj und das Druckorgan ^8

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nun gemäß Fig. 3 mittels eines weiteren, schematisch durch Pfeil 62 angedeuteten Antrieb abgesenkt und setzen den Rohling unter axiale Pressung. Bei entsprechender Absenkung bildet sich' im Werkstoff eine hohe allseitige Druckspannung aus, wodurch der Werkstoff einen bildsamen Zustand annimmt und in den Formhohlraum einfließt. Dieser "Fließvorgang wird fortgesetzt, bis die Länge des sich zum Werkstück formenden Rohlings den Formflächen der Segmente 44 und 32 entspricht. Hierbei dehnt sich der'obere Endabschnitt des Rohlings gemäß Fig. 7C kopfartig aus.

Unter allseitiger oder hydrostatischer Pressung ist im vorliegenden Zusammenhang ein solcher Spannungszustand des Werkstoffs zu verstehen, bei dem die Bildsamkeit oder Fließfähigkeit sowohl für vergleichsweise weiche wie auch harte Werkstoffe durch die äußere Druckeinwirkung wesentlich erhöht wird. Einzelheiten der hierfür maßgeblichen Zusammenhänge sind dem Werk "Large Plastic Flow and Fracture" von Dr. Percy Bridgman, 1952» McGraw-Hill Book Company, zu entnehmen.

Wenn der Druckstempel 4-7 seine durch die Anlage der Schulter 63 an der Oberseite des Formkörpers 4-1 bestimmte untere Endlage erreicht, liegt die untere Endfläche des Drückorgans 4-8 auf gleicher Höhe mit der Oberkante des Formstempels 56, womit der durch den unteren Teil der Kammer 4-6 gebildete Formhohlraum 59 gemäß Fig. in seiner endgültigen Größe bestimmt ist. Der Formstempel wird nun mit Hilfe eines hydraulischen oder anderen, in Flg. 3 durch den Pfeil 64- echematlsch angedeuteten Antrieb mit ausreichendem

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Druck eingefahren, so daß sich der unter allseitiger Pressung stehende Werkstoff der eingepreßten Formfläche an der Stirn des Formstempels anpaßt und den gesamten Föfmhohlraum 59 unter endgültiger Formgebung des Abschnitts 12 ausfüllt (Fig. 7D und 8) . Die Formgebung der Fläche 16, der Vorsprünge 1? und der geriffelten Umfangsabschnitte 18 stellt im Sinne der Erfindung eine Ergänzung zu dem wesentlichen Vorgang bei der"Formgebung des unregelmäßig ausgebildeten Kopfabschnitts dar.

Das beschriebene Verfahren eignet sich für die Herstellung von Formstücken aus vergleichsweise weichen Metallen/wie Kupfer, Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und dergl. Das Verfahren ist jedoch ebenso auch für die Verformung von vergleichsweise harten Werkstoffen wie Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, Molybdän und dergl; anwendbar.' In jedem Fall kommt es darauf an, den zwischen den Segmenten 32 und *(4 eingeschlossenen Rohling unter eine zur Plasti-. fizierung ausreichende allseitige Pressung zu versetzen. Bei der Verformung eines Rohlings I9 aus hartem Metall zu einem Körper nach Art des dargestellten Relaiskerns wird eine axiale Pressung ausreichender Größe an beiden Enden des Rohlings aufgebracht, so daß auch in diesem Fall der .Werkstoff von der spröden Phase in die fließfähige übergeht. Das Absenken des Formkörpers yi erfolgt gleichzeitig, so daß die Formfläche des. Segments 32a das Metall während der Bildung des Abschnitts 16 und der· Vorsprünge 1? aus dem Bodenabschnitt des Formkörpers 3I austreten läßt.

Zur Verformung harter Metalle kann die in Fig_e 1 angedeutete Vor-

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richtung gemäß Fig. lA abgewandelt werden. Hierbei ist die Anschlagstange 3? durch einen unteren Druckstempel 66 mit Druckorgan 67 ersetzt, welches gleichzeitig mit dem Absenken des oberen Druckorgans 4-8 zur Erhöhung der allseitigen Pressung unter ent-

sprechendem Druck gegen die untere Endfläche des .Schaftabschnittes angehoben wird. Auch das Absenken des Formkörpers 31.in das.Gehäuse 34- erfolgt zur gleichen Zeit, wodurch die starre allseitige.EInspahnung des Werkstücks zwischen·den Segmenten 32 und 44 gewährleistet ist. Wenn die Segmente 32 den Boden der Ausnehmung erreichen, wird der Druckstempel 66 um ein geringes Maß zurückgezogen, um das Fließen des vom Segment 32a verdrängten Werkstoffs.in".Sichtung zum unteren Endabschnitt des Formkörpers 31 zu. ermöglichen. Dabei wird eine zur Verformung ausreichende axiale Pressung des Werkstücks aufrechterhalten. -

Der selbsttätige Ablauf des Arbeitsvorganges der dargestellten

Einrichtung mit den aufeinanderfolgenden Bewegungsphasen der verläßt sich_
schiedenen Vorrichtungsteile/mit Hilfe bekannter und dem Fachmann geläufiger Steuervorrichtungen verwirklichen'. Der im Beispiel in aufeinanderfolgenden Schritten geschilderte Arbeitsvorgang, der insbesondere für die Verformung von Rohlingen aus Kupfer oder niedrig gekohltem Stahl gedacht ist, stellt in Wirklichkeit einen geschlossenen Arbeltsgang dar, der in einer vergleichsweise kurzen Zeit in der Größenordnung von wenigen Sekunden abläuft. Bei einer praktischen Ausführung der Einrichtung gemäß Flg. 1 wurde der zwl- · sehen den Segmenten 32 und 44 eingesetzte Rohling zur-Erzielung ausreichender allseitiger Pressung z.B. mit einem Druck von etwa.

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28 000 kp/cn beaufschlagt.

Die vorangehendem Erläuterungen lassen die Überlegenheit des beschriebenen Verfahrens im Vergleich zu der Üblichen Herstellung von Formstücken der vorliegenden Art ohne weiteres erkennen, und zwar .sowohl -hinsichtlich der schnellen Aufeinanderfolge der jeweils abgeschlossenen Arbeitsvorgänge wie auch hinsichtlich des geringen ■ Aufwandes für die vergleichsweise einfache Einrichtung und hinsichtlich der Ausschußverminderung. Die Pestigkeitseigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Formstücke entspreche! mindestens den mit Üblichen Verfahren erreichten.

Für den unregelmäßigen Formabschnitt kommt unterschiedslos eine Lage an beliebigen Stellen des stabförmlgen Rohlings in Betracht, z.B. eine solche an einem Ende gemäß Flg. 8 und 9A, an einer vorgegebenen Stelle zwischen beiden Enden gemäß Fig. 9C oder auch an beiden Enden gemäß Fig. 9B. Gemäß Fig. 9B und 9C weisen die Formabschnitte 12' jeweils eine ebene Seitenfläche auf, welche durch die Stirnfläche 57 des Formstempels 5.6 hergestellt wird. Ebenso kann die Stirnfläche 57 jedoch in beliebiger Weise gestaltet, z.B. mit Kurven, Nocken oder dergl. versehen werden. Die Formabschnitte lassen sich ebenso in beliebiger Welse konzentrisch oder exzentrisch in bezug auf die Längsmittelachse des Schaftes 11 anordnen. Auch hinsichtlich eines etwa in Schaftlängsrichtung gleichförmigen oder ungleichförmigen Querschnittsverlaufs der Formabschnitte bestehen keinerlei Einschränkungen . Bei der. Ausführung nach Fig. 9A hat der Formabschnitt 12* wie der Schaft 11 eine runde Querschnittsform.

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Im Querschnittsverhältnis zwischen Formabschnitt und Schaft bestehen jedoch ebenfalls keinerlei Einschränkungen. Ebenso lassen sich Formabschnitte mit in beliebiger Richtung verjüngter Kegel- oder
Pyramidenform ohne Schwierigkeit herstellen* Diese Freiheit der
Formgebung ist gewährleistet, so lange für die Einhaltung .ausreichender allseitiger Pressung des Werkstücks während der Verformung gesorgt wird. ' ·

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Claims

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Western Electric Company,' Inc.
I95i Broadway
New York lOOO?

case no. FUGHS, F.J. Jr A 29. 693

Ansprüche .. .

1. Verfahren zur Herstellung eines Metallformstücks durch Kalt- · verformung eines langgestreckten Rohlings, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (19) durch axiale Zusammenpressung unter allseitigen Druck und in einen Zustand erhöhter. Bildsamkeit versetzt wird und daß mindestens ein Abschnitt- (12*) des Rohlings in diesem Zustand in eine vorgegebene unregelmäßige Form gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung des Rohlingabschnitts in eine unregelmäßige Form durch quer zur Längsachse des Rohlings (I9) wirkenden Druck, insbesondere mittels einer querbeweglichen Preßform (56) ausgeführt wird.

3, Verfahren nach Anspruch 1 zur Verformung von vergleichsweise hartem Metall, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Metallrohling einer Zusammenpressung mit solchem Druck unterworfen wird, daß der Werkstoff vor der Verformung vom spröden in den bildsamen Zustand übergeht. ·

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^. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, zur Herstellung eines Relaiskerns aus einem einstückigen, stabförmigen Metallrohling von gleichmäßigem Querschnitt, wobei die vorgegebene Form des Relaiskerns einen Schaft und einen unregelluüssiger. Endabschnitt umfaßt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte j

a) ein erster Abschnitt des langgestreckten.Metallrohlings (19) wird in eine untere Formvorrichtung (2*4·) starr umschlossen eingesetzt; · -

b) eine obere Formvorrichtung (23) wird so auf einen überstehenden Abschnitt des stabförmigen Rohlings aufgesetzt, daß dieser mit seinem Ende einen Formhohlraum (59) der oberen Formvorrichtung durchgreift; .

c) mittels eines auf das Ende des überstehenden fiohlingabschnitts einwirkenden Druckorgans (^8) wird der Rohling in einem zur Erzielung allseitiger Pressung und Bildsamkeit ausreichenden Maße axial zusammengepreßt;

d) eine Preßform (56) wird in Richtung quer zur Mittelachse des stabförmigen Rohlings zur Erzeugung der vorgegebenen· unregelaässigen Form in den Formhohlraum (59) eingefahren.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Verfahrensschritt, daß gleichzeitig mit der Einwirkung des ersten Druckorgans (4-8) ein zweites Druckorgan (67) zur EIn-* wirkung auf das Ende des in der unteren Formvorrichtung starr gehaltenen Rohlingabschnitts gebracht wird und die allseitige ' · Pressung sowie Bildsamkeitszunahme des Rohlings durch die Einwirkung des ersten Druokorgans durch entsprechende axiale Zusammenpfressung unterstützt.

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