DE19716431A1 - Kombinationswerkzeug zum spanlosen Erzeugen eines Durchzuges mit einstellbarer zylindrischer Formlänge und variabler Durchzugseintrittsgeometrie - Google Patents

Description

Stand der Technik

Der Einsatz dünnwandiger Bauteile, Bleche, Profile und Hohlprofile gewinnt aufgrund ihrer günstigen spezifischen Festigkeiten zunehmend an Bedeutung. Insbesondere die Aspekte des Leichtbaus erfordern die gezielte Gewichtsoptimierung aller Baugruppen einer Konstruktion. In Kombination mit diesen Bauteilen steigen die Anforderungen an lösbare Verbindungen. Hervorragende Montage, aber auch günstige Demontageeigenschaften, unter dem Aspekt einer ökologischen Produktgestaltung, begünstigen das Einsatzverhalten der unterschiedlichen lösbaren Verbindungselemente. Den gestellten Anforderungen nach belastbaren Verbindungen können konventionelle Schraubenverbindungen beim Einsatz dünnwandiger Bauteile nicht genügen. Bei einer konventionellen Verschraubung ist die Festigkeit der Verbindung u. a. von der Festigkeit des Werkstoffes, der Einschraubtiefe, dem Nenndurchmesser des Gewindes und der Gewindesteigung abhängig. Für einen Baustahl St37 ergibt sich bei einer geforderten Festigkeit der Verschraubung von 10.9 und einem Nenngewindedurchmesser von M10.1.5 eine Mindesteinschraubtiefe von 12,5 mm. Auch die Forderung nach mindestens drei tragenden Gewindegängen ergibt noch eine geforderte Mindestmaterialdicke von 4,5 mm. Eine belastbare Verschraubung ist daher mit konventionellen Verschraubungen ohne den Einsatz von Muttern oder zusätzlichen Verbindungselementen nicht möglich.

Zur Realisierung der geforderten Festigkeitseigenschaften, auch beim Einsatz dünnwandiger Bauteile, wurden in der Vergangenheit zahlreiche alternative Verbindungselemente und -methoden entwickelt die prinzipiell bestrebt sind die Anzahl der tragenden Gewindegänge, ohne die eigentliche Blechdicke, zu erhöhen.

Bereits in den 30er Jahren wurde in den USA aus der bekannten Holzschraube die für die Verschraubung von dünnen Blechen geeignete Blechschraube entwickelt. Eine Weiterentwicklung stellt die Bohrschraube dar, in deren Spitze eine, dem konventionellen Wendelbohrer nachempfundene Schneidengeometrie integriert ist. Bohrloch und Verschraubung werden hierbei in einem Arbeitsgang erzeugt. Neben diesen Schraubenelementen existieren zahlreiche weitere Elemente wie z. B. Schweiß-, Einschlag-, Einpreß- oder Blindnietmuttern. Diese Elemente erhöhen die Anzahl der tragenden Gewindegänge und ermöglichen eine belastbare Verschraubung auch in dünnen Bauteilen oder Blechen.

Neben dem Einsatz zusätzlicher Verbindungselemente oder spezieller Schraubengeometrien besteht auch die Möglichkeit aus dem vorhanden Blech einen Durchzug zu formen in den sich in einem nachfolgenden Arbeitsgang ein Gewinde einbringen läßt. Neben dem konventionellen Kragen- bzw. Durchzugsziehen, das meist eine beidseitige Zugänglichkeit der Bearbeitungsstelle (Matrize und Ziehstempel und aufwendige Werkzeuge erfordert, hat sich in den letzten Jahren auch das Fließlochformen und nachfolgende Gewindefurchen bei der Bearbeitung langspanender metallischer Werkstoffe etabliert (siehe u. a. US-Patent Nr. 1.906.953).

Beim Fließlochformen wird ein schnellrotierender Hartmetallkegeldorn mit polygonalem Formgebungsquerschnitt unter axialer Kraftbeaufschlagung auf das Werkstück (Blech, Profil oder Hohlprofil) gedrückt. Die entstehende Reibungs- und Umformarbeit bewirken eine deutliche Temperaturerhöhung im Bereich der Bearbeitungsstelle und setzen hierdurch die Festigkeit des Werkstoffes herab. Der Fließformdorn läßt sich unter reduziertem Kraftaufwand durch das Blech drücken. In der Startphase des Prozesses wird das Material verstärkt entgegen der Vorschubrichtung des Werkzeuges nach oben verdrängt. Etwa 60% des gesamten Verdrängungsvolumens, die exakten Verdrängungsverhältnisse sind u. a. abhängig von den gewählten Technologiedaten, der Blechdicke, dem zu bearbeitenden Werkstoff und dem Nenndurchmesser des Werkzeuges, bilden auf der Unterseite des Bleches den eigentlichen Durchzug aus. In einem nachfolgenden Arbeitsgang läßt sich in diesen dünnwandigen Durchzug ein auszugsfestes Gewinde einbringen.

Die bekannten Werkzeuge (siehe u. a. NL-Patent Nr. 7700872 und NL-Patent Nr. 7712700) werden üblicherweise aus einem temperaturstabilen Vollhartmetallsubstrat gefertigt. Fließlochformer aus anderen Substratwerkstoffen wie z. B. HSS, Cermet oder Keramik sind ebenfalls bekannt. An die kegelförmig geschliffene Zentrierspitze schließt sich ein im Querschnitt polygonal gestalteter, konischer Formgebungsbereich an. Es sind Fließlochformer mit einem drei- oder mehrfachen symmetrisch-polygonalen Querschnitt bekannt. Der konische Formgebungsbereich geht in einen in Abhängigkeit des Werkzeugdurchmessers gewählten Übergangsradius, in den, im Querschnittsprofil ebenfalls polygonal gestalteten, Kalibrierteil über. An diesen Kalibrierteil schließt sich ein, im Durchmesser erheblich größerer, bundförmiger Kragenbereich an. Durch eine erneute, deutliche Querschnittsreduzierung, ergibt sich daran anschließend die zylindrische Schaftaufnahme des Fließlochformers. Bekannte Fließlochformer werden gewöhnlich in konventionellen Spannzangenaufnahmen nach DIN 6388 kraftschlüssig gespannt.

Mit Hilfe des Fließlochformverfahrens lassen sich Durchzüge in dünnwandige Bauteile, Bleche, Profile oder Hohlprofile erzeugen, die die Funktion einer Lagerstelle, einer Löt- oder Schweißmuffe erfüllen. Daneben besteht die Möglichkeit ein auszugsfestes Gewinde in den Durchzug spanend oder spanlos einzubringen.

Für den jeweiligen Anwendungsfall existieren vier unterschiedliche Standardausführungen an Fließlochformern. Diese unterscheiden sich zum einen in der Länge des Kalibrierteils und zum anderen in der Gestaltung des Bundes. Für die Erzeugung eines zylindrischen Durchzuges werden gewöhnlich Fließlochformer mit einem langen Kalibrierteil eingesetzt. Es entstehen im Innenquerschnitt zylindrische Durchzüge.

Sind Gewindebuchsen gefordert, so kommt ein Fließlochformer mit einem verkürzten Kalibrierteil zu Einsatz, wodurch ein leicht konischer Durchzug entsteht, der die nachträgliche Gewindeausformung maßgeblich verbessert.

Beim Fließlochformen werden etwa 40% des verdrängten Materials entgegen der Vorschubrichtung des Werkzeuges nach oben verdrängt. Dieses Material kann entweder zu einem Kragen umgelegt oder durch direkt am Fließlochformer angeschliffene Frässchneiden zerspant werden. Zur Erfüllung dieser Aufgabe werden zwei weitere Werkzeugausführungen benötigt. Ist ein Anlagebund an der Blechoberseite gefordert, so ist der Bund des Fließlochformers beizubehalten. Wird hingegen eine zur Blechoberseite plane Anlagefläche angestrebt, so sind entsprechende Frässchneiden anzuschleifen.

Für jede der vier unterschiedlichen Werkzeugausführungen wird ein eigener Hartmetallrohling benötigt.

Die Längenausführung des Fließlochformers beeinflußt in Abhängigkeit der zu bearbeitenden Blechdicke maßgeblich die Fertigungsparameter beim Gewindefurchen, als auch die Ausformung und Festigkeitseigenschaften der Gewinde. Für jede Blechdicke existiert eine optimale Durchzugsgestalt bzw. zylindrische Durchzugslänge. Da die Werkzeuglänge der Fließlochformer zur Reduzierung der Variantenanzahl geometrisch gestuft ist, lassen sich mit einem Werkzeug lediglich geringe Blechdickenbereiche abdecken. Eine optimale Länge des Kalibrierteils für alle Blechdicken wird mit den vorhandenen Werkzeugen nicht realisiert. Bei nicht abgestimmten Werkzeuglängen entstehen z. T. sehr hohe Belastungen beim Einbringen der Gewinde, die die Standzeit des Gewindefurchers entscheidend reduzieren oder gar zum Werkzeugbruch führen.

Neben einer eingeschränkten Geometriegestaltung der Fließlochformer ist auch bei der Auswahl des Werkzeugsubstrats ein Kompromiß einzugehen. Die Auswahl des Substrates richtet sich primär nach den Belastungen während des Formprozesses, so daß das Werkzeugsubstrat im Bereich der Schneiden nicht optimal für die vorliegenden Zerspanungsbedingungen geeignet ist. Infolge des Umformprozesses ist das nach oben verdrängte Material meist rotglühend und erzeugt dadurch eine extreme Temperaturbelastung im Bereich der Schneidkanten. Die verwendbaren Hartmetallsubstrate sind hierfür nur begrenzt geeignet, so daß insbesondere der Schneidenbereich der Fließlochformer die Standzeit des Werkzeuges bestimmt.

Die am Fließlochformer angeschliffene Frässchneiden sollen eine plane Anlagefläche erzeugen. Die Gestaltung der Schneidengeometrie ist jedoch aufgrund der funktionsintegrierten Gestaltung (Formteil und Schneidenteil aus dem gleichen Grundkörper) der bekannten Fließlochformer sehr begrenzt, so daß sich nur eine unzureichende Senkungsgeometrie des Durchzuges erzeugen läßt. Beim nachfolgenden Gewindefurchen wird ein Teil des ersten Gewindeganges nach oben verdrängt, so daß beim Einsatz konventioneller Fließlochformer keine absolut plane Anlagefläche entsteht.

Eine neugestaltete Senkungsgeometrie kann mit dem vorhandenen Werkzeugsystem nur durch die komplette Neuanfertigung des Form- und Schneidenteils erfolgen.

Es ist bekannt, daß die Zerspanungsgeometrie eines Werkzeuges prinzipiell den unterschiedlichen Festigkeits- bzw. Zerspanungseigenschaften eines Werkstoffes anzupassen ist. Beim Einsatz der vorhandenen konventionellen Vollhartmetall Fließlochformer läßt sich jeder Fließlochformer aufgrund der festgelegten Schneidengeometrie nur optimal für einen Werkstoff einsetzten. Da sehr unterschiedliche Materialien durch das Fließlochformen zu bearbeiten sind, erfordert dies eine sehr große Anzahl ausschließlich im Bereich der Schneidengeometrie unterschiedliche Fließlochformer. Dies erfordert zwangsläufig eine große Variantenvielfalt mit z. T. nur geringen jeweiligen Stückzahlen. Hierdurch erhöhen sich die Fertigungs- und Lagerhaltungskosten beim Hersteller der Werkzeuge. Ebenfalls steigt die erforderliche Kapitalbindung durch vorgefertigte Werkzeuge.

Beim Einsatz der bekannten Fließlochformer mit angeschliffenen Frässchneiden entstehen sehr lange Fließspäne. Beim Einsatz des Verfahrens auf handbedienten Werkzeugmaschinen können diese zu einer Verletzung des Maschinenbedieners führen. Zusätzlich verfangen sich diese Späne leicht in der Werkzeugaufnahme und können die Bauteiloberfläche beschädigen oder zum Werkzeugbruch führen. Mit den vorhandenen Vollhartmetallwerkzeugen lassen sich Spanleitstufen im Bereich der Frässchneiden nicht realisieren.

Die Standzeit bzw. Standmenge der Fließlochformer wird insbesondere bei der Bearbeitung von Stahlwerkstoffen durch den Verschleiß im Bereich der Frässchneiden bestimmt. Mit den bekannten Werkzeugen muß bei verschlissenen Frässchneiden der gesamte Fließlochformer ausgetauscht werden, obwohl der eigentliche Formteil noch einsatzfähig ist. Bei ungeeigneten Technologiedaten können die Frässchneiden innerhalb von wenigen Bohrungen komplett versagen. Hierdurch ergibt sich eine unter wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten nicht akzeptable Verschwendung an Rohstoffen.

Die Frässchneiden der bekannten Fließlochformer lassen sich nur begrenzt nachschleifen, da hierdurch zum einen die Frässchneiden empfindlich geschwächt werden und zum anderen der polygonale Querschnitt des Kalibrierteils zerstört wird.

Untersuchungen zeigen, daß eine Hartstoffbeschichtung insbesondere im Bereich der Zerspanungstechnik enorme Standzeiterhöhungen bewirken kann. Da der Formteil und die Frässchneiden bekannter Fließlochformer aus einem Hartmetallsubstrat gefertigt sind, kann eine standzeiterhöhende separate Beschichtung der Schneidkanten nicht erfolgen.

Die Drehmomentübertragung in den Fließlochformer erfolgt durch eine kraftschlüssige Verbindung über den zylindrischen Spannschaft. Die übertragbaren Drehmomente sind hierdurch begrenzt und es kann insbesondere beim Einsatz des Fließlochformers in dicke Bleche zu einem Durchrutschen des Werkzeuges, einer Beschädigung der Spannzangenaufnahme oder einem Werkzeugbruch kommen.

Die bekannten Fließlochformer werden aus einem Vollhartmetallsubstrat gefertigt. Bei der Kragenausführung wird ein Großteil des gesamten Werkzeugvolumens für die Gestaltung des Bundes benötigt. Insbesondere bei großen Werkzeugdurchmessern wird hierfür viel Substrat benötigt, wodurch das Gesamtgewicht der Werkzeuge erheblich ansteigt. Hierdurch erhöhen sich die Herstellkosten des Hartmetallsubstrates deutlich, da diese proportional zum eingesetzten Substratgewicht ansteigen. Durch die großen Querschnittsänderungen zwischen dem Kalibrierteil, dem Kragen- bzw. Bundbereich und dem Zylinderschaft sind die Preßwerkzeuge für die Herstellung des Hartmetallgrünlings (Verpressen des Hartmetallpulvers) aufwendig.

Bei den bekannten Fließlochformerausführungen mit Frässchneiden werden die Frässchneiden bei einer dreischneidigen Werkzeugausführung direkt aus dem Werkzeugbund herausgeschliffen. Dieser Fertigungsschritt erfolgt im fertiggesinterten also harten Zustand des Substrates und erfordert einen sehr hohen Schleifaufwand. Bei der Fertigung fällt eine große Menge an Schleifschlamm an, der sich ausschließlich als Sondermüll entsorgen läßt.

Mit den bekannten Werkzeugen ist der universelle Einsatz eines einzigen Fließlochformdorns für die fertigungs- und festigkeitsoptimale Herstellung von Durchzügen in alle bearbeitbaren Blechdicken mit einer freien Gestaltung des entgegen der Vorschubrichtung des Werkzeuges verdrängten Materials nicht möglich. Alle bekannten Fließlochformer sind ausschließlich für die Fertigung einer einzigen, jeweils festgelegten Durchzugsgeometrie einsetzbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkzeug zu schaffen, das es ermöglicht mit einem einzigen Fließlochformdorn Durchzüge mit einer variabel einstellbaren Länge der zylindrischen Ausformung in alle bearbeitbaren Blechdicken herzustellen und das nach oben verdrängte Material entweder zu zerspanen oder umzuformen.

Diese Aufgabe wird durch das Werkzeug nach Anspruch 1 erfüllt.

Mit dem Werkzeug nach Anspruch 1 lassen sich mit einem einzigen Fließlochformdorn alle mit Hilfe des Fließlochformverfahrens bearbeitbaren Blechdicken mit der für die jeweilige Blechdicke optimalen Werkzeuglänge bearbeiten. Zur Fertigung von zylindrischen Durchzügen für Lagerstellen, Löt- oder Schweißmuffen und konischen Durchzügen für ein nachfolgendes Gewindefurchen läßt sich der selbe Formdorn einsetzen. Insbesondere bei der Fertigung von konischen Durchzügen für Gewindebuchsen läßt sich durch die einstellbare Länge des zylindrischen Kalibrierteils das erforderliche Furchmoment minimieren und die Festigkeitseigenschaften der Gewindebuchsen optimieren.

Das Werkzeug nach Anspruch 1 ermöglicht durch den Einsatz von Schneid- oder Drückplatten der wahlweisen Fertigung einer planen Anlagefläche oder eines Anlagebundes mit dem selben Formdorn. Durch die Erfindung nach Anspruch 1 läßt sich die benötigte Anzahl an unterschiedlichen Werkzeugen für Standardanwendungen des Fließlochformens bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Einsatzvarianten minimieren.

Die im Werkzeug nach Anspruch 1 verwirklichte Funktionstrennung ermöglicht eine beanspruchungsoptimale Gestaltung des Substratmaterials des Formdorns und der Schneid- bzw. Drückbereiche des Werkzeuges. Der Einsatz von separat angebrachten Schneid- oder Drückplatten gestattet den sicheren Einsatz verschleißfester Substratwerkstoffe wie z. B. Keramik, Cermet, CBN oder Diamant. Durch den Einsatz beschichteter Wendeschneid- oder Wendedrückplatten läßt sich die Einsatzdauer der Werkzeuge deutlich erhöhen.

Die Erfindung nach Anspruch 1 erlaubt den schnellen und einfachen Austausch verschlissener Schneiden und erhöht hierdurch die Einsatzdauer des durchzugerzeugenden Fließlochformers. Durch die Verwendung von Wendeschneid- oder Wendedrückplatten läßt sich die Einsatzdauer des Fließlochformers bei gleichzeitiger Erhaltung der Fertigungsqualität deutlich steigern.

Mit dem Werkzeug nach Anspruch 1 wird der Einsatz einer auf den jeweiligen Werkstückstoff optimal abgestimmten Zerspanungsgeometrie und eines optimalen Schneidstoffes möglich. Die Erfindung nach Anspruch 1 ermöglicht den Einsatz von speziell für die Bearbeitung sehr zäher und heißer Materialien entwickelte Wendeschneidplatten mit Spanleitstufen. Hierdurch lassen sich die langen Fließspäne und die damit verbundenen Gefahren für Werkzeug (Werkzeugbruch, schneller Verschleiß), Maschine (Spänenester, etc.) und Maschinenbediener (Verletzungsgefahr durch umherwirbelnde Späne) vermeiden.

Mit dem Werkzeug nach Anspruch 1 läßt sich die Geometrie des oberen Durchzugseintritts mit einem einzigen Formdorn durch den Einsatz unterschiedlicher Schneid- oder Drückplattengeometrien frei gestalten. Im Gegensatz zu bestehenden Lösungen kann hierzu immer der selbe Formdorn Verwendung finden.

Das Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1 ist so gestaltet, daß unterschiedliche Formdorndurchmesser in nur einer Aufnahme gehalten werden. Zur Realisierung dieser Aufgabe sind die Schneid- oder Drückplatten radial einstellbar angebracht. Das Kombinationswerkzeug kann über einen nach DIN 1835 gestalteten Spannschaft in einer Werkzeugaufnahme gehalten werden. Bei einer zylindrischen Gestaltung kann das Kombinationswerkzeug in einer konventionellen Spannzange oder einem Dehnspannfutter gehalten werden. Dies ermöglicht eine deutliche Reduzierung der benötigten Spannzangen- bzw. Werkzeugaufnahmen beim Anwender und trägt hierdurch erheblich zur Reduzierung der Werkzeug kosten (Anschaffungskosten, Lagerhaltungskosten, etc.) bei. Die Gestaltung des Spannschaftdurchmessers der Fließformdorne verhindert das unsachgemäße spannen der Werkzeuge in falsch dimensionierten Spannzangen. Das Einsetzen eines Formstiftes in einer falschen Spannzangengröße ist somit nicht möglich. Eine Zerstörung der Spannzange oder des Werkzeuges durch die Verwendung falscher Spannzangenabmessungen wird hierdurch verhindert. Neben der zylindrischen Schaftgestaltung lassen sich auch seitliche Planflächen anbringen. In dieser Ausführungsvariante wird das Kombinationswerkzeug über Klemmschrauben in der Werkzeugaufnahme gehalten (Weldon-Aufnahme-Prinzip). Eine sich zum Schaftende hin schräg ansteigende Planfläche ermöglicht die Aufnahme des Kombinationswerkzeuges nach dem Whistle-Notch-Spannprinzip.

Das Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1 erlaubt den wahlweisen Einsatz von Schneid- oder Drückplatten. Je nach Anwendungsfall läßt sich ein einziger Fließformdorn für die unterschiedlichen Anwendungsfälle (Kragen, plane Anlagefläche, Senkgeometrie) einsetzen.

Das neu gestaltete Werkzeug reduziert die erforderliche Variantenanzahl an Fließlochformdornen erheblich. Für die bisher eingesetzten vier Grundvarianten an Werkzeugen wird in Zukunft nur noch ein einziger Fließformdorn benötigt. Durch eine Reduzierung der Fertigungsvarianten vereinfacht sich die Fertigung, Lagerhaltung, Logistik etc. beim Werkzeughersteller erheblich. Lieferengpässe können reduziert oder gänzlich vermieden werden. Zusätzlich wird ein beschleunigter Auftragsdurchgang (Kundenanforderung über Fertigung bis Auslieferung zum Kunden) ermöglicht. Da die eigentliche Variantenbildung beim Einsatz des Kombinationswerkzeuges nach Anspruch 1 durch die unterschiedliche Gestaltung der vergleichsweise billigen WSP oder WDP ermöglicht wird, läßt sich die Kapitalbindung beim Werkzeughersteller bei einer gleichzeitigen Erhöhung des Bevorratungsvolumens reduzieren.

Das Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1 ermöglicht eine vereinfachte Fertigung der Formdorne. Durch die Funktionstrennung von durchzugserzeugendem und kragenausbildendem Funktionsbereich (Umformung oder Zerspanung des nach oben verdrängten Materials) erhalten die Fließlochformdorne eine vereinfachte Geometrie und der Schleifaufwand bzw. das Zerspanungsvolumen läßt sich deutlich reduzieren. Hierdurch reduzieren sich die Fertigungskosten aber auch die anfallenden Entsorgungskosten, da sich die Menge an Schleifschlamm deutlich verringern läßt. Da der eigentlich Formdorn ohne Schneiden- oder Kragenbereich gefertigt wird, ist dieser schneller und einfacher zu fertigen. Bei der Anfertigung Hartmetallhalbzeuge für die Fließlochformdorne läßt sich zugleich das benötigte Substratvolumen und damit die Fertigungskosten reduzieren.

Im Gegensatz zu bestehenden Lösungen läßt sich bei dem Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1 das übertragbare Drehmoment durch Formschluß in das Werkzeug einbringen. Hierdurch sind höhere Drehmomente verdrehsicher zu übertragen.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Mit dem Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1 ist es möglich einen Durchzug in dünnwandige Bauteile, Bleche, Profile oder Hohlprofile spanlos zu erzeugen und das entgegen der Vorschubrichtung des Werkzeuges verdrängte Materialvolumen entweder zu zerspanen oder zu einem Kragen umzuformen. Mit dem Werkzeug läßt sich die Länge des zylindrischen Kalibrierteils und die Geometrie des oberen Durchzugrandes frei gestalten.

Das Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1 besteht aus einem Grundkörper (1) der einen Schaft (2) zur Aufnahme des Werkzeuges in einer Werkzeugaufnahme besitzt. In der gezeigten Ausführungsvariante läßt sich das Kombinationswerkzeug über den Spannschaft (2) in eine konventionellen Spannzangenaufnahme oder einem Dehnspannfutter einsetzen. In weiteren, nicht explizit gezeichneten, Ausführungsvarianten können sich am zylindrischen Spannschaft des Werkzeuggrundkörpers seitlich angebrachte Planflächen befinden die die Aufnahme des Kombinationswerkzeuges in einer Whistle-Notch oder Weldon- Werkzeugaufnahme ermöglichen. Die am Grundkörper (1) angebrachte Anlageschulter (3) garantiert eine exakte axiale Einstellung des Werkzeuggrundkörpers (1) in der Werkzeugaufnahme. Die Drehmomenteneinleitung von der Antriebsspindel in das Werkzeug erfolgt in der gezeichneten Werkzeugausführung über eine kraftschlüssige Spannzangenverbindung. Durch am Spannschaft seitlich angebrachte Planflächen und zusätzliche Klemmschrauben in der eigentlichen Werkzeugaufnahme, läßt sich eine kombinierte kraft-formschlüssige Drehmomentübertragung realisieren. Der Spanndurchmesser (4) des Kombinationswerkzeuges ist hierbei deutlich größer als der Arbeitsdurchmesser des eingesetzten Fließformdorns (5), so daß eine sichere Drehmomentenübertragung auch bei einer kraftschlüssigen Verbindung gewährleistet ist. Der Werkzeuggrundkörper (1) besitzt eine durchgängige, axiale Bohrung (6) zur Aufnahme des Fließformdorns (5). Im hinteren Teil der Bohrung ist diese mit einem Gewinde (7) zur Aufnahme einer Einstellschraube (8) versehen. Die Einstellschraube (8) läßt sich von hinten in den Grundkörper (1) des Kombinationswerkzeuges eindrehen und ermöglicht die exakte Einstellung des axialen Überstandes des Fließlochformdorns (5) bzw. die variable Einstellung der wirksamen Länge des Kalibrierteils (21) des Fließlochformdorns (5). Die Einstellänge des Formdorns richtete sich nach den an den Durchzug gestellten Anforderungen und der zu bearbeitenden Materialdicke. Die Einstellschraube (8) besitzt eine plane Anlagefläche (9) zur Gewährleistung niedriger Flächenpressungen auch bei höheren Axialkräften. Im vorderen Bereich ist die Durchgangsbohrung zu einer Paßaufnahme (10) zur sicheren Fixierung des Formdorns (5) ausgearbeitet. Dieser Paßsitz erstreckt sich in einem zylindrischen, geschlossenen Übergangsstück (10) und zusätzlich im Bereich der eingearbeiteten Plattensitze (11). Hierdurch ist ein paßgenauer Sitz mit einem geringen Rundlauffehler des Formdorns (5) im Grundkörper (1) des Kombinationswerkzeuges bei variablen Einstellängen gewährleistet. In den Grundkörper (1) ist mindestens ein Plattensitz (11) zur Aufnahme einer Wendeschneid- (WSP) (12) oder einer Wendedrückplatte (WDP) (13) eingebracht. Im gezeigten Beispiel wurden zwei Plattensitze (11) diametral einander gegenüberliegend eingearbeitet. Es sind jedoch auch Grundkörperausführungen, insbesondere beim Einsatz größerer Werkzeugnenndurchmesser, mit drei oder mehr Plattensitzen möglich. In das Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1 wird zur spanlosen Herstellung des Durchzuges ein Fließlochformdorn (5) eingebaut. Der Fließlochformdorn (5) besitzt am hinteren Ende einen Schaft- bzw. Aufnahmeteil (14) und im vorderen Bereich den Arbeitsteil (15). Der Aufnahmeschaft (14) des Fließlochformdorns (5) ist im Querschnitt zylindrisch und besitzt eine seitliche Planfläche (16) über die das Werkzeug in der Aufnahme gespannt wird. Die Planfläche kann unter einem spitzen Winkel z. B. 2° (Whistle-Notsch) eingearbeitet sein, so daß sich die Tiefe der eingearbeiteten Planfläche zum hinteren Ende des Aufnahmeschaftes reduziert und der Fließlochformdorn beim Eindrehen der im Grundkörper seitlich angebrachten Feststellschraube (17) nach hinten an die axiale Einstellschraube (8) gedrückt wird.

Der Arbeitsbereich (15) des Fließlochformdorns (5) gliedert sich in die Zentrierspitze (19), den Formkonus (20) und den Kalibrierteil (21). Die Zentrierspitze (19) ist kegelförmig angeschliffen. Unter der axialen Kraftbeaufschlagung während des Formprozesses gräbt sich diese in das zu bearbeitende Material ein und bewirkt eine sichere Zentrierung des Formdorns (5). An die Zentrierspitze (19) schließt sich der im Querschnitt polygonal gestaltete Formkonus (20) an. Im gezeigten Beispiel sind der maximale Durchmesser des Polygons (36) (Polygonberg) und der minimale Durchmesser des Polygonprofils (35) (Polygontal) eingezeichnet. Durch Rotation und Axialvorschub bewirkt dieser Arbeitsbereich (15) die Verdrängung des Materials und erzeugt dabei den eigentlichen Durchzug. An den Formkonus (20) des Fließlochformdorns (5) schließt sich der Kalibrierteil (21) des Werkzeuges an. Dieser ist im Querschnitt ebenfalls polygonförmig gestaltet, besitzt jedoch zusätzlich seitlich zwei angeschliffene Planflächen (22). Die Anzahl der Planflächen und die Ausrichtung der Flächen zueinander richtete sich nach der Anzahl der eingesetzten WSP (12) oder WDP (13). Durch die Eintrittsschräge (33) der WDP (13) und den Auslaufradius (44) erfolgt über den Kontaktbereich (24) eine Umformung des entgegen der Vorschubrichtung des Formdorns (5) verdrängte Material. Im gezeigten Beispiel sind zwei WSP (12) bzw. WDP (13) in den Grundkörper (1) des Kombinationswerkzeuges einzusetzen, wodurch ebenfalls zwei symmetrisch einander gegenüberliegende Planflächen (22) an den Formdornen (5) angebracht sind. Die Planflächen (22) befinden sich im Bereich der minimalen Durchmesser des Kalibrierteils d. h. im Bereich der Polygontäler (35). Der Abstand der Planflächen (22) zueinander ist so gewählt, daß die Anlagefläche (23) der WSP (12) bzw. WDP (13) d. h. die der aktiven Kanten (24) gegenüberliegenden Flächen, beim Ausformen des Durchzuges nicht in Eingriff kommen. Hierdurch wird eine Beschädigung des oberen Durchzugrandes verhindert. Der Fließlochformdorn (5) besitzt gegenüber den bekannten Ausführungen keine Schneidkanten und auch keinen Bund. Infolge der gewählten Funktionsteilung sind diese Funktionen in den Grundkörper (1) des Kombinationswerkzeuges gelegt. An die planen Anlageflächen (22) der WSP (12) oder WDP (13) am Fließlochformdorn (5) können eine axiale Markierung (25) bzw. eine Skalierung eingebracht werden. Diese Markierungsstreifen (25) ermöglichen die exakte Längeneinstellung des Fließlochformdorns (5) für den jeweiligen Anwendungsfall. Die Skalierungsstreifen (25) sind dann mit den Schneid- oder Drückkanten der WSP bzw. WDP in Deckung zu bringen. Die Skalierungen erleichtern somit die Einstellung der exakten Einstelltiefen auch ohne spezielle Werkzeugvoreinstellgeräte oder Vorrichtungen.

Der Grundkörper (1) des Kombinationswerkzeuges nach Anspruch 1 besitzt zum Fixieren des Fließlochformers (5) in der Aufnahme eine seitlich angebrachte Klemmschraube (17). Die Drückfläche (26) der Klemmschraube (17) kann kalottenförmig ausgebildet sein. Beim Eindrehen wird der Formdorn (5) über die Schräge der Anlagefläche (16) nach hinten an die axiale Einstellschraube (8) gepreßt und somit fest verspannt.

Das gezeigte Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1 besitzt zwei diametral angeordnete Plattensitze (11) zur Aufnahme der WSP (12) bzw. WDP (13). in der Draufsicht des Grundkörpers kann die hintere Schulter (27) des Plattensitzes rechtwinklig zur Längsachse des Werkzeuges ausgeführt sein. In dieser Ausführungsvariante ist der geforderte Einstellwinkel (28) der Schneiden ausschließlich in die Plattengeometrie gelegt. In diesem Ausführungsfall ist lediglich eine Schneidkante der Schneidplatten zu nutzen. In einer zweiten Ausführungsvariante ist die Schulter des Plattensitzes in einem vorgegebenen Einstellwinkel ausgeführt. In diesem Fall lassen sich rhombisch geschliffene Schneidplatten auch wechselseitig einsetzen. Die eingesetzten WSP (12) oder WDP (13) werden über Klemmpratzen (29) in den Plattensitz (11) gepreßt. Die Klemmpratzen (29) werden über jeweils eine Klemmschraube (30) die im Grundkörper (1) eingebracht ist gespannt. Der hintere Nocken (31) der Klemmpratze (29) stützt sich über eine im Grundkörper (1) eingebrachte Anlageschräge (32) ab. Der benötigte Anpreßdruck wird über die mechanische Hebelwirkung zwischen WSP (12), Klemmschraube (30), Klemmnocken (31) und Anlagefläche (32) erzielt. Die Funktionsfläche zwischen der Klemmpratze (29) und der WSP (12) bzw. WDP (13) kann keilförmig ausgebildet sein, so daß insbesondere bei erhöhten Werkzeugdrehzahlen infolge der radial wirkenden Fliehkräfte eine Spannkraftunterstützung zu erzielen ist und die geklemmten WSP (12) bzw. WDP (13) sicher gespannt sind. Die WSP (12) bzw. WDP (13) sind auf die jeweiligen Durchmesser radial einstellbar. Hierbei liegen die Längsflächen (23) der WSP (12) bzw. WDP (13) an den Planflächen (22) des Formdorns (5) an. In der Seitenansicht ist der obere Teil der Anlageschulter (27) nicht rechtwinklig zur Auflagefläche der WSP (12) bzw. WDP (13) ausgeführt, sondern mit dem Freiwinkel (33) der WSP bzw. WDP ausgebildet. Hierdurch ist gewährleistet, daß die Platten im druckempfindlichen unteren Kantenbereich nicht anliegen und beim Festklemmen nicht beschädigt werden. Bei einer weiteren Ausführungsvariante des Kombinationswerkzeuges nach Anspruch 1 ist die Auflagefläche (11) der WSP (12) bzw. WDP (13) unter einem Winkel zur Rotationsachse des Werkzeuges geneigt. In dieser Ausführungsvariante sind Platten der ISO Bezeichnung SN mit einer Spannschraubenbohrung (45) einzusetzen. Die Klemmung der Platte erfolgt dann über eine einzige Klemmschraube (41) und die im Werkzeuggrundkörper (1) eingebrachte Bohrung (42). In dieser Ausführungsvariante des Werkzeuges nach Anspruch 1 reduzieren sich die benötigten Bauteile erheblich die Platten sind dann einfacher und schneller zu spannen und es lassen sich standardisierte Plattengeometrien einsetzen.

Der Fließlochformdorn (5) wird über die Bohrung in der Kombinationswerkzeugaufnahme (1) und dem geschliffenen Aufnahmeschaft (14) des Formdorns (5) in der Werkzeugaufnahme (1) zentriert. Je nach gewählter Einstellänge des Formdorns erfolgt die Zentrierung ausschließlich über die, beim Herstellen der Plattensitze verbleibenden Flächen (bei maximaler Auskraglänge des Formdorns) oder über den Zentrierbohrungsbereich im Grundkörper (bei minimaler Einspannlänge des Fließlochformdorns). Das Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1 läßt sich einfach auf die unterschiedlichen Blechdicken oder Anforderungen die an einen Durchzug gestellt werden einstellen. Zunächst ist die axiale Einstellschraube (8) nach hinten zu drehen und die seitlich angebrachte Klemmschraube (17) zu lösen. Der Formdorn (5) läßt sich dann von vorn in das Kombinationswerkzeug einsetzen und durch die seitlich angebrachte Klemmschraube (17) leicht fixieren. Im Anschluß daran sind die WSP (12) oder WDP (13) in die dafür vorgesehen Plattensitze (11) zu legen und die Klemmpratzen (29) über die Klemmschrauben (30) leicht festziehen. Die WSP (12) oder WDP (13) sind dann mit ihren Längsseiten (23) an die Planflächen (22) des Fließlochformdorns (5) anzulegen und im Anschluß daran ist die Klemmschraube (30) leicht anzuziehen. Die seitlich angebrachte Klemmschraube (17) ist nun erneut zu lösen und der Formdorn (5) mit der axialen Einstellschraube (8) axial einzustellen, wobei die Markierungen (25) an den Planflächen des Fließlochformdorns nutzen lassen. Nach erreichen der gewünschten Einstelltiefe ist zunächst die Klemmschraube (17) festzuziehen, danach die axiale Einstellschraube (8) und letztlich die Klemmschrauben (30) der WSP (12) bzw. WDP (13). Bei einer Änderung der Durchzugslänge ist einfach die seitliche Klemmschraube (17) zu lösen, danach über die axiale Einstellschraube (8) die Länge des Kalibrierteils (21) einzustellen und die Klemmschraube (17) erneut zu fixieren. Ist eine andere Kragen oder Senkungsgeometrie gewünscht so sind einfach die jeweiligen WSP (12) oder WDP (13) einzusetzen und zu verklemmen. Beim Einsatz des Kombinationswerkzeuges nach Anspruch 1 wird zunächst über den eingesetzten Fließlochformdorn (5) der Durchzug erstellt. Das dabei entgegen der Vorschubrichtung nach oben verdrängte Material wird dann im selben Arbeitsgang durch die eingesetzten WSP (12) zerspant oder durch die WDP (13) zu einem Kragen bzw. Bund umgelegt. Sowohl die Senkungs- (34) als auch Bundgeometrie werden im Gegensatz zu bestehenden Werkzeugen, ausschließlich durch die Geometrie der eingesetzten Platten bestimmt.

Claims (13)

1. Kombinationswerkzeug zum spanlosen Erzeugen eines Durchzuges insbesondere in Bleche, Hohlprofile und Profile, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch eine Trennung der durchzugserzeugenden und durchzugeintrittsgestaltenden Funktionsbereiche des Werkzeuges in alle bearbeitbaren Materialdicken mit einem einzigen, axial längenverstellbaren Formdorn Durchzüge mit einer zylindrischen oder konischen Innengeometrie formen lassen und in den Werkzeuggrundkörper zur Gestaltung des oberen Durchzugseintritts Platten eingesetzt sind, durch deren Geometriegestaltung das während der Durchzugsentstehung entgegen der Vorschubrichtung des Formdorns verdrängte Material entweder angeformt oder zerspant wird und sich hierdurch eine plane, angesenkte oder bundförmige Anlageflächen erzeugen läßt.

2. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Grundkörper einzusetztenden Platten mindestens eine Schneidkante aufweisen und das entgegen der Vorschubrichtung des Formdorns verdrängte Material zerspanend entfernen.

3. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Grundkörper einzusetztenden Platten mindestens eine Drückkante aufweisen und das entgegen der Vorschubrichtung des Formdorns verdrängte Material nicht zerspanen, sondern am oberen Durchzugseintritt anformen.

4. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie des oberen Durchzugseintritts ausschließlich durch die Geometrie der eingesetzten Platten bestimmt ist.

5. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der eingesetzte Formdorn spanlos den Durchzug erzeugt und das nach oben verdrängt Material weder umformt noch zerspant.

6. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte Formdorn aus HSS, HSSE, ASP, Hartmetall, Cermet oder Keramik gefertigt ist.

7. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Grundkörper eingesetzten Platten aus HSS, HSSE, ASP, Hartmetall, Cermet, Keramik, CBN oder PKD sind.

8. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Grundkörper eingesetzten Platten zur Reduzierung des Verschleißes beschichtete sind, wobei die Beschichtungen nach dem PVD oder dem CVD-Ver­ fahren aufgebracht sein können.

9. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einen Werkzeuggrundkörper Formdorne zur Fertigung unterschiedlicher Durchzugsinnendurchmesser einsetzen lassen.

10. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten Formdorne nach dem PVD oder CVD-Verfahren Oberflächenbeschichtet sind.

11. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten Platten radial einstellbar sind.

12. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Planflächen des Formdorns Markierungen zur exakten Längeneinstellung im Werkzeuggrundkörper angebracht sind.

13. Kombinationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment zum Ausformen des Durchzuges durch anbringen einer oder mehrerer Flächen und einen kombinierten Kraft-Formschluß in den Formdorn eingeleitet wird.