DE2320545B2 - Vorrichtung zur Stauchumformung langgestreckter metallischer Werkstücke - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine aus der DE-AS 12 70 373 bekannte Vorrichtung dieser Art ist zum Erzeugen örtlicher, umlaufender Verstärkungen an zylindrischen Hohlkörpern ausgestaltet. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist das Werkstück zwischen zwei Einspannköpfen eingespannt, von denen der eine, als Amboß wirkende Einspannkopf feststeht, während der andere, als Stauchdorn wirkende Einspannkopf in Achsrichtung zum Amboß hin verschiebbar ist, um den Stauchdruck aufrechtzuerhalten. Zwischen den beiden Einspannköpfen ist der ringförmige Heizinduktor zur gleichmäßigen Erwärmung des zu stauchenden Abschnitts mit konstanter Relativgeschwindigkeit axial zum Amboß hin beweglich. Wenn auch die Stauchumformung dabei axial fortschreitend und immer im gleichen Abstand vom Heizinduktor in Richtung auf den Amboß zu über eine größere Länge möglich ist, so kann doch die Stauchumformung wegen des der Stauchstelle immer vorauslaufenden Heizinduktors nicht bis zu dem am Amboß anliegenden Werkstückende fortgeführt werden. Eine Stauchumformung des Endabschnitts des Werkstücks ist mit dieser bekannten Vorrichtung auch keineswegs beabsichtigt.

Dagegen ist in dem DE-GM 7148 628 eine zur Stauchumformung des Endabschnitts einer Metallstange ausgestaltete Vorrichtung beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die Metallstange mittels eines in axialer Richtung beweglichen Stauchdorns durch einen feststehenden ringförmigen Heizinduktor gegen einen in axialer Richtung gleichfalls feststehenden Amboß vorgeschoben; der Amboß ist nur in seitlicher Richtung aus der Arbeitsachse herausfahrbar, damit das Werkstück in der Vorschubrichtung aus der Maschine entnommen werden kann. Diese bekannte Vorrichtung ist nur für die Stauchumfonnung verhältnismäßig kurzer Endabschnitte geeignet. Einerseits ist nämlich die Länge des gestauchten Abschnitts durch den Abstand zwischen dem feststehenden Heizinduktor und dem feststehenden Amboß begrenzt; dieser Abstand kann nicht beliebig groß gemacht werden, da sonst der Anfangsteil der Stange einen zu großen Weg vom Heizinduktor bis zum Amboß zurücklegen muß und sich dabei wegen der durch die Erwärmungsbedingungen festgelegten, verhältnismäßig geringen Vorschubgeschwindigkeit zu stark abkühlt. Andererseits besteht auch das Problem der gleichförmigen Erwärmung des zu stauchenden Abschnitts beim Vorschub durch den feststehenden Heizinduktor; bei konstanter Heizleistung wird eine gleichförmige Erwärmung nur dann erreicht, wenn die Vorschubgeschwindigkeit konstant bleibt Beim Vorschub eines stangenförmigen Werkstücks gegen einen feststehenden Amboß zum Zweck der Stauchumformung ist es jedoch nicht möglich, eine stets gleichbleibende Vorschubgeschwindigkeit beizubehalten, denn am Ende des Stauchvorgangs muß die Vorschubgeschwindigkeit zwangsläufig auf Null zurückgegangen sein. Insbesondere bei starken Durchmesservergrößerungen und bei beträchtlicher Längenausdehnung des zu stauchenden Abschnitts ist eine allmähliche Änderung der Vorschubgeschwindigkeit erforderlich. Dies hat zwangsläufig eine unterschiedliche Erwärmung der nacheinander zur Stauchung kommenden Abschnitte zur Folge. Auch aus diesem Grund ist die größtmögliche Länge des zu stauchenden Endabschnitts der Stange begrenzt

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, die die Stauchumformung der Endabschnitte von Metallstangen ohne Beschränkung der Länge des zu stauchenden Abschnitts unter gleichmäßig axial fortschreitender Erwärmung ermöglicht

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung ist es möglich, den gesamter? zu stauchenden Stangenabschnitt, unabhängig von seiner Länge, während des ganzen Erhitzungs- und Stauchvorgangs mit stets gleichbleibender Geschwindigkeit relativ zum Induktor vorzuschieben, so daß alle nacheinander durch den Induktor geführten Teile der Stange die gleiche Temperatur und Temperaturverteilung aufweisen. Ferner kann das Stauchen in stets gleichbleibendem und sehr geringem Abstand vom Austritt des Induktors erfolgen, unabhängig von der Länge des gestauchten Abschnitts. Das Stauchen kann daher unter gleichbleibenden optimalen Bedingungen über eine beliebige Länge durchgeführt werden. Ferner kann sich der Amboß zu Beginn des Stauchvorgangs so nahe beim Induktor befinden, daß er in dessen Streufeld liegt Dies ergibt den Vorteil, daß der Amboß vorgeheizt wird, so daß der Anfang der Stange nicht auf einen kalten Amboß trifft, sondern etwa unter gleichen Bedingungen wie die sich anschließenden Stangenabschnitte gestaucht wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß der Induktor einen dem Durchmesser der Stange vor dem Stauchen angepaßten Abschnitt und einen an den gestauchten Teil der Stange angepaßten Abschnitt hat. Diese Ausbildung ergibt in Verbindung mit der Tatsache, daß die Stauchstelle in stets gleichbleibendem geringem Abstand vom Austritt

des Induktors liegt den zusätzlichen Vorteil, daß der gerade in der Stauchung befindliche Teil der Stange während des Stauchvorgangs Docht geheizt wird. Dies begünstigt insbesondere die Erzielung starker Durchmesservergrößerungen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig.2 die Temperaturverteilung innerhalb der Stange.

Die in Fig. 1 schema tisch dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Stauchdorn 1, einer Rollenführung 2 für die zu stauchende Stange, einem auf den Durchmesser der Stange vor und nach dem Stauchen is angepaßten Induktor 3 sowie einen Amboß 4. Der Induktor 3 ist an einen Wechselstromgenerator 5 angeschlossen, dessen Frequenz sehr sorgfältig eingesteht wird. In Fig. 1 ist die zu stauchende Stange 6 gerade durch die Rollenführung 4 hmdurc'rgeschoben worden und befindet sich noch außerhalb des Induktionsfeldes des Induktors 3. In diesem Augenblick wird der Induktor eingeschaltet und die Stange 6 über den Stauchdorn 1 mittels einer nicht dargestellten Vorschubeinrichtung in Richtung auf den Induktor 3 vorwärts geschoben. Hierbei tritt also das freie Ende der Stange 6 zuerst in das Induktionsfeld des Induktors 3 ein. Die Heizkraft und die Vorschubgeschwindigkeit für die in den Induktor eintretenden Stangenabschnitte werden derart ausgewählt, daß vor dem Verlassen des Induktionsfeldes jeder Stangenabschnitt, welcher in das Feld eingeschoben wurde, überall auf die erforderliche Stauchtemperatur erhitzt wird, bevor er das Induktionsfeld verläßt Alsdann wird der Stauchdruck ausgeübt Zu diesem Zweck befindet sich der Amboß 4 zu Beginn des Stauchvorganges, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist infolge der Streuung des Induktionsfekles des Induktors 3 etwas innerhalb dieses Feldes, was besonders günstig ist, da auf diese Weise auch der Amboß vorgewärmt wird. Das Ende der erhitzten Stange 6 stößt infolgedessen auf den Amboß 4 und der Stauchdruck baut sich unter dem Vorschieben der Stange auf, deren Vorschub durch den von der nicht dargestellten Vorschubeinrichtung beaufschlagten Stauchdorn 1 aufrechterhalten wird. Sobald ein Abschnitt in dem jeweils gewünschten Ausmaß gestaucht d.h. also verdickt wurde, wird er aus dem Induktionsfeld herausgeführt Dies wird dadurch erreicht daß der Ambcß 4 vom Induktor abgezogen wird.

Um besonders gute Stauchergebnisse zu erzielen, ist es erforderlich, die Parameter der Induktionsbeheizung entsprechend auszuwählen. Insbesondere muß die durchschnittliche Eindringtiefe des Induktionsstromes derart festgelegt werden, daß sie nur einen Bruchteil des Durchmessers der zu stauchenden Stange ausmacht Die optimale Eindringtiefe hängt u. a. von der Zeit ab, während welcher ein zu stauchender Stangenabschnitt in dein Induktionsfeld verbleibt und von der Wärmeleitfähigkeit des Metalls der Stange. So wird beispielsweise vorzugsweise für Stahlstangen mit einem Durchmesser zwischen 10 und 25 mm die Eindringtiefe auf V3 des Durchmessers gewählt wenn die Verweilzeit eines Stangenabschnittes im Induktor 5—10 see beträgt So wird durch die Induktionswärme zunächst eine Oberflächenschicht der Stange auf Schmiede- oder Stauchtemperatur erwärmt welche während des Vorschiebens in dem Induktionsfeld die Wärme dann an die innenliegenden Schichten übermittelt Infolgedessen erhält man eine Temperaturverteilung, wie sie in F i g. 2 angedeutet ist welche einen Axialschnitt durch die Stange 6 zeigt in welcher die Linien 7,8 und 9 Schnittflächen mit jeweils gleicher Temperatur für drei verschiedene Temperaturen darstellen. In der Achse der Stange ergibt sich infolgedessen ein härterer Kern, wie er beispielsweise durch die Schnittfläche 8 begrenzt wird, welcher dieses Verfahren besonders unempfindlich gegenüber seitlichen Abweichungen macht und es auf diese Weise ermöglicht Gegenstände, d.h. stangenförmige Werkstücke, einwandfrei sehr stark zu stauchen, so daß sich, wie dies durch die gestrichelte Linie 10 in F i g. 1 angedeutet ist sehr starke Durchmesservergrößerungen der zu stauchenden Stange ergeben. Besonders gute Leistungen lassen sich mit diesem Verfahren unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung insbesondere bei Nichteisenmetallen wie Aluminium, Bronze, Messing, Kupfer usw. erzielen.

Falls zum bequemen Einsetzen und Wiederherausnehmen der Werkstücke ein offener Induktor vorgesehen wird oder ein Induktor, welcher geöffnet werden kann, und das Induktionsfeld dann eine nicht verdrehbare Symmetrie aufweist kann man entweder dem Induktionsfeld eine kontinuierliche oder hin- und hergehende Drehbewegung um die Längsachse der Stange erteilen, oder man kann auch der Stange eine Drehbewegung um ihre Längsachse erteilen und das Induktionsfeld selbst festhalten. Eine diese Version verwirklichende Vorrichtung kann einen verdrehbaren Amboß aufweisen. Die Rollenführungen können dann durch eine aufklappbare Spannhülse mit Kugeln ersetzt werden und der Stauchdorn wird zweckmäßigerweise mit einer umlaufenden Druckplatte versehen. Die Vorrichtung erhält dann einen Drehtrieb für den Amboß und die Druckplatte, so daß beide mit der gleichen Drehzahl angetrieben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Stauchumformung langgestreckter metallischer Werkstücke mit an einem Ende des Werkstücks angreifendem Stauchdorn, einem dieses am anderen Ende abstützenden Amboß und einem das — gegebenenfalls von Stauchdorn und Amboß drehbare — Werkstück ringförmig umschließenden Heizinduktor, bei der Induktor und Amboß unter Aufrechterhaltung des erforderlichen Stauchdrucks zu gleichmäßig axial fortschreitender Erwärmung und Stauchumformung des Werkstücks mit konstanter Relativgeschwindigkeit axial gegeneinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer bekannten Vorrichtung zur Stauchumformung des Endabschnitts einer Metallstange, bei der das Stangenende vom Stauchdorn .(1) mit einer Vorschubgeschwindigkeit durch den Induktor (3) hindurchgeführt und gegen den am Austritt des Induktors angebrachten Amboß (4) vorgeschoben wird, zur Erzeugung der konstanten Relativgeschwindigkeit zwischen Amboß und Induktor der Amboß (4) vom fest angeordneten Induktor (3) bei gleichbleibender Vorschubgeschwindigkeit des Stauchdorns (1) wegverschiebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (3) einen dem Durchmesser der Stange (6) vor dem Stauchen angepaßten Abschnitt und einen an den gestauchten Teil der Stange angepaßten Abschnitt hat