DE3304075A1

DE3304075A1 - Mantelring-baugruppe fuer das gratfreie praezisions-schmieden

Info

Publication number: DE3304075A1
Application number: DE19833304075
Authority: DE
Inventors: Julius J. Fontana Calif. Fera; John J. West Covina Calif. Valentine
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-07
Filing date: 1983-02-07
Publication date: 1984-08-09
Also published as: DE3304075C2

Description

Mantelring-Baugruppe für das gratfreie
Präzisions-Schmieden Präzisions-Schmieden Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmiedevorrichtung und insbesondere auf eine Vorrichtung mit einer Schmiedepresse für ein gratfreies Schmiedeverfahren. Die gratfreien Schmiedeverfahren werden auch als konizitätsfreie Schmiedeverfahren bezeichnet, die besonders für das Schmieden von Teilen angewendet werden, die kleine Abmessungstoleranzen haben, und bei denen vermieden werden soll, daß ein Grat vorhanden ist, wie dies bei anderen Schmiedeverfahren der Fall ist.
Gratloses Schmieden war bisher nur auf sehr teuren Schmiedepressen möglich. Derartige Pressen wurden nur auf besondere Bestellung hergestellt, und erst zwei oder drei Jahre nach Auftragserteilung ausgeliefert.
Die Kosten, die Größen, und die Lieferbedingungen für derartige Pressen sind kennzeichnend für die Probleme, die auftreten, wenn ein Gratlos-Schmiedeverfahren angewendet werden soll.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Anwendung des Gratlos-Schmiedeverfahrens, ohne die Notwendigkeit der Anschaffung von Pressen der Größenordnung und Type, wie sie bisher für solche Verfahren erforderlich waren, ermöglicht.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche es ermöglicht, das Gratlos-Schmiedeverfahren mit vorhandenen Pressen durchzuführen, Pressen, die urspringlich nicht für solche Schmiedeverfahren geeignet waren.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die relativ billig in der Herstellung und leicht einsetzbar ist.
Die vorgenannten und weitere Aufgabenstellungen und Vorteile, die aus der detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich sind, werden durch eine Mantelring (wrap ring)-Baugruppe für das Zusammenwirken mit einer Schmiedepresse ermöglicht, die einen Stempel mit einem ersten hohlraum und Mitteln für die Auf- und Abbewegung des Stempels besitzt, und einen Stempelkopf aufweist. Die Vorrichtung umfaßt einen Mantelring (wrap ring) mit einer darin befindlichen Bohrung, und Mittel für die Aufnahme des Mantelrings (wrap ring) am Stempelkopf, welcher Relativbewegung zwischen beiden erlaubt, und welcher Vorspannungsmittel für das Auseinander von Stempelkopf und Mantelring (wrap ring) besitzt. Ein Mantelgesenk (wrap die) ist für das Zusammenwirken mit dem Stempelkopf entsprechend dimensioniert, und hat eine Außenfläche, die in ihren Abmessungen für das Zusammenwirken mit der Bohrung im Mantelring entsprechend ausgelegt ist.
Die Vorrichtung kann weitere Mittel für das Spannen des Mantelrings und für das Auseinanderhalten des Mantelrings und des Stempelkopfes einschließen.
Die Vorrichtung kann auch weitere Mittel für die Beheizung des Mantelrings besitzen, die zumindest für die Beheizung vor Beginn des Schmiedevorgangs eingesetzt werden.
Die Vorrichtung kann Mittel für die Einleitung des Eingriffs der Mittel für das Spannen einschließen, wobei der Vorgang durch die Abwärtsbewegung des Stempelkopfes bewirkt wird.
Die Vorrichtung kann ferner Mittel für die Einleitung des Eingriffs der Mittel für das Spannen durch die Abwärtsbewegung des Stempelhalters, und auch Mittel für die Freigabe des Eingriffs durch die Abwärtsbewegung des Stempelhalters einschließen. Die Mittel zur Aufrechterhaltung der Vorspannung bestehen im wesentlichen aus einer Feder.
Die Mittel für die Einleitung des Schmiedevorgangs bestehen aus mindestens einem Hydraulikzylinder, und die Mittel für den Ruhehub können zumindest ebenfalls einen Hydraulikzylinder einschließen. Die Mittel zur Aufrechterhaltung der Vorspannung können aus mindestens einem Schaft bestehen, der zwischen dem Stempelhalter und dem Mantelring angeordnet ist, und eine Schraubenfeder darauf angeordnet aufweist, wobei der Schaft so ausgebildet ist, daß er eine axiale Relativbewegung bezüglich beider, des Stempelhalters oder des Mantelrings, zuläßt.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellende Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
In den anliegenden Zeichnungen zeigt: Figur 1 - eine teilweise weggebrochene Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung, im montierten Zustand an einer Schmiedepresse, Figur 2 - eine Draufsicht auf die Vorrichtung der Figur 1 mit Ansicht von oberhalb des Stempelhalters, unter welchem der Stempel-Distanzblock, der Mantelring und der Gesenkrahmen angeordnet sind, Figur 3 - eine teils schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinie 3 - 3 der Figur 2, und Figur 4 - eine schematische Darstellung der im Mantelring vorgesehenen Widerstandsheizung.
Die Erfindung wird in der Beschreibung besser verständlich mit Bezug auf die Figuren 1, 2 und 3. Es soll so verstanden werden, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung besonders für die Verwendung in sogenannten standardmäßigen Hydraulikpressen geeignet ist, die von einer weitgefächerten Anzahl von Firmen hergestellt werden. Der artige Pressen haben typbezogen eine Kapazität von 500 t und darüber.
Am oberen Stößel (10) der zur Verwendung kommenden Schmiedepresse ist ein Stempelkopf oder oberer Stempelhalter (14) befestigt, der ein Stempel-Distanzstück (16) trägt. Der Stempelhalter (14) ist am oberen Stößel (10) durch Spannklauen (15) befestigt. Der Stempelhalter (14) wiederum trägt einen Stempel-Distanzblock (16). Der Stempel-Distanzblock (16) trägt den Stempel (18), der mit einem Hohlraum (20) für das Formen eines Werkstücks (21) versehen ist. Das Werkstück (21) wird auch durch den Hohlraum (22) geformt, der im Mantel-Gesenk (24) angeordnet ist, welches mit dem Mantelring (26) zusammenwirkt.
Die Ausrichtung (Führung) zwischen dem Stempelhalter (14) und dem Mantelring (wrap ring) (26) erfolgt während der vertikalen Relativbewegung durch Führungszapfen (28), die jeweils an den vier Ecken des im wesentlichen rechteckigen Mantelrings (26) des im wesentlichen rechtwinkeligen Stempelhalters (14) angeordnet sind. Die Führungszapfen (28) sind jeweils in einer Bohrung (29) des Mantelrings (26) gehaltert.
Eine Vielzahl Federn (30) sind auf Schraubbolzen (32) aufgebracht, die in Gewindebohrungen (34) des Stempelhalters (14) angeordnet sind. Zwei Muttern (36) sind jeweils am unteren Ende jedes der Schraubbolzen (32) in Gewindeeingriff mit diesen angebracht, und sind innerhalb einer Ausnehmung (38)= im Mantelring (26) untergebracht. Der Mantelring (26) besitzt auch eine Vielzahl von Aussparungen (40), in die hydraulisch betätigte, schwenkbare Spannkrallen (42) zur Festlegung des Mantelrings (26) vertikal zum Gesenkrahmen (44) greifen. Die hydraulisch betätigten, schwenkbaren Krallen (42) sind auf dem Gesenkrahmen (44) montiert.
Die Befestigung des Stempels (18) am Stempel-Distanzblock (16) erfolgt mittels Spannstiften (41) und Befestigungsschrauben (47), die in einer Stufe (46) des Stempels (18) versenkt angeordnet und mit einer Gewindebohrung im Stempel-Distanzblock (16) in Eingriff sind. Der Stempel-Distanzblock (16) ist am Stempelhalter (14) durch eine Vielzahl Schrauben (48) befestigt, die in einer Ausnehmung (50) im Stempel-Distanzblock (16) angeordnet sind.
In Betrieb drückt der Stößel (10) den Stempel (18) nach unten in das Mantelgesenk (wrap die) (24), und drückt gleichzeitig auch den Mantelring (26) nach unten. Die Federn (30) (normalerweise unbelastet 2 ft. lang, und belastet ca. 16" lang) werden bei diesem Vorgang zusammengedrückt, und üben damit eine zusätzliche Kraft aus, die den Mantelring (26) nach unten gedrückt hält, und damit auch Stempel (18) und Mantelgesenk (24). Die durch die Federn (30) ausgeübte Kraft kann in einer bevorzugten Ausführungsform ca. 59 t betragen. Die hydraulisch schwenkbaren Klauen (42) werden mit den Aussparungen (40) automatisch in Eingriff gebracht, und üben eine weitere bedeutende zusätzliche Kraft aus. Derartige hydraulisch schwenkbare Spannklauen können verschiedene Kapazitäten entwickeln. Geeignete Kapazitäten liegen im Bereich von 1 bis 3 t für jede einzelne der Spannklauen, obwohl in anderen Fällen davon abweichende Kapazitäten auch geeignet sein können. Am unteren Ende des Hubs des Stößels (10) sitzt der Stempel (18) auf dem Mantelgesenk (24) auf, und die schematisch dargestellte Vorrichtung (43) ist so ausgebildet, daß sie in dieser Position die hydraulisch schwenkbaren Klauen (42) automatisch außer Eingriff mit den Aussparungen (40) des Mantelrings (26) bringt. Die Vorrichtung (43) kann mittels Schaltern (nicht gezeigt) betätigt werden, die Ventile (nicht dargestellt) für die Zuführung eines Druckmediums zur Bewegung der schwenkbaren Klauen (42) entsprechend der Bewegung des Stößels (10) ansteuern. In der bevorzugten Ausführungsform bewegen die hydraulisch betätigten Schwenkklauen (42) den Mantelring (26) nicht tiefer als in eine Position, die einen vertikalen Abstand von mindestens 3" zwischen Mantelring (26) und Gesenkrahmen (44) noch frei läßt. Dieser Mindestabstand ist notwendig, um einen Freiraum für die Schraubenbolzen (32) und Muttern (36) zu haben, wenn der vertikale Abstand zwischen Mantelring (26) und dem oberen Halter (14) abnimmt.
Für Anwendungen, die relativ hohe Kräfte erfordern, können die in Figur 3 gezeigten Hydraulikzylinder (53) eingesetzt werden. Diese Zylinder (53) bestehen aus einem Zylinder, der mit seinem oberen Ende am Stempelhalter (14) befestigt ist, una einer am Kolben befestigten Kolbenstange, welche in Gewindeeingriff mit dem Mantelring (26) verbunden ist. Solche Iiydraulikzylinder können die erforderliche, gesamte Kraft allein aufbringen, oder zusammen mit den Federn(30) und/oder den Klauen (42). Die Zylinder (53) werden in symmetrischer Anordnung verwendet. Typisch sind acht dieser Zylinder, die diese Kräfte aufbringen-ohne irgendwelchen Federn (30) oder Schwenkklauen (42). Für diese Aus führungs form sind sechzehn Schraubbolzen (32) und zweiunddreißig Muttern (36) in Anordnung von zwei Schraubbolzen je Seite der Führungszapfen (28).
Derart große Niederhaltedrücke werden benötigt, wenn relativ weite Hohlräume oder "Vertiefungen" verwendet werden, wobei der Hohlraum sich lateral bis hinter den Stempel erstreckt, und einen großen Querschnitt hat.
Das zu formende Metall "drückt zurück" oder erzeugt "Gegendruck", wenn zum Beispiel Aluminium geformt wird.
Ohne ausreichende Niederhaltekraft würde dieses Gegendruck das Mantelgesenk anheben, und den Mantelring (26) nach oben drücken. Außerdem würden dadurch die Schwenkklauen (42) beschädigt. Als ein typisches Beispiel, bei 20 t pro sq.in., mit einem Hohlraum-Querschnitt von 6 x 4 in., also 24 sq.in., können 480 t Gegendruck auftreten.
Der Stempelhalter (14) ist mit lousnehmenagen (17) versehen, in die eine Hebevorrichtung in Eingriff kommt. Ebenso besitzt der Mantelring (26) Ausnehmungen (62) für das Abheben des Mantelrings (26).
In Figur 4 ist eine elektrische Widerstandsheizung (62 a) schematisch dargestellt, die in Öffnungen (nicht dargestellt) des Mantelrings (26) untergebracht ist. Normalerweise wird die Temperatur des Mantelrings vor Beginn des Fertigungsvorgangs auf 400 bis 600 OF gebracht, und in diesem Temperaturbereich mittels Thermostatregelung gehalten. Nachdem die Schiniedearbeiten angelaufen sind, absorbiert das Mantelgesenk Reibungswärme vom Aluminium oder anderem Material, welches bearbeitet wird. Bei einigen Ausführungsformen kann auch Gasbeheizung verwendet werden, um den Mantelring (26) und das Mantelgesenk (24) zu beheizen.
Die Öffnung im Mantelring (26), die mit dem Mantelgesenk zusammenwirkt, kann in einer typischen Anordnung eine Größe von zirka 14 x 18 in., und eine Konizität von 3 Grad haben. Das Mantelgesenk (24) kann aus zwei oder drei Segmenten bestehen, um dem Bedienenden zu ermöglichen, die Segmente auseinanderzunehmen und das mittels des Verfahrens hergestellte Produkt zu entnehmen. In solchen Fällen bedarf es überhaupt keiner Konizität.
Es ist hieraus zu ersehen, uaß die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer herkömmlichen Schmiedepresse einsetzbar ist, wodurch diese Funktionen ausführen kann, die normalerweise nicht ohne spezialisiertere Ausrüstungen möglich sind, die jedoch wiederum Anschaffungskosten von mehr als g 1.000.000 erfordern.
Statt der vertikalen Anordnung kann in einer anderen Ausführungsform eine horizontale, liegende Anordnung Anwendung finden.

Claims

P A T E N T A N 5 P R U c ii E ! Mantelring-Baugruppe für das Zusammenwirken mit einer zugeordneten Schmiedepresse, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Stempel (18) mit einem ersten IIohlraum (20), Mittel zur Auf- und Abwärtsbewegung des Stempels (18), welche einen Stempelhalter (14) einschließen, einen Mantelring (26), der eine Bohrung hat, Mittel für die tragende Anordnung des Mantelrings am Stempelhalter, die eine relative Bewegung zwischen beiden erlaubt, und welche Mittel für die Vorspannung für das Auseinanderhalten des Stempelhalters und des Mantelrings einschließen, und ein Mantelgesenk (24) für das Zusammenwirken mit dem Stempel (18), dessen Außenflache für das Zusammenwirken mit der Bohrung des Mantelrings (wrap ring) entsprechend dimensioniert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung ferner Mittel zum Einspannen des Mantelrings (26) und Weghalten des Mantelrings (26) vom Stempelhalter (14) einschließt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung ferner Mittel zur Beheizung des Mantelrings (26), zumindest für die Beheizung vor Beginn des Schmiedevorgangs, einschließt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung ferner Mittel für die Einleitung des Eingriffs der Mittel für das Spannen einschließen, wobei der Vorgang durch die Abwärtsbewegung des Stempelhalters (14) bewirkt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung ferner Mittel für die Einleitung des Eingriffs der Mittel für das Spannen durch die Abwärtsbewegung des Stempelhalters, und auch Mittel für die Freigabe des Eingriffs durch die Abwärtsbewegung des Stempclhalters einschließt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Mittel für die Vorspannung aus zumindest einer Feder (30) bestehen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Mittel für die Einleitung des Eingriffs zumindest einen Hydraulikzylinder umfassen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , -daß die Mittel für die Einleitung des Eingriffs mindestens einen Zylinder, und die Mittel für das Außereingriffbringen mindestens einen Zylinder umfassen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 , d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß die Mittel für die Vorspannung einen Schaft einschließen, der zwischen dem Stempelhalter (14) und dem Mantelring (26) angeordnet ist, und der eine darauf angeordnete Schraubenfeder aufweist, wobei der Schaft so ausgebildet ist, daß er eine axiale Relativbewegung beider, des Stempelhalters (14) oder des Mantelrings (26), zuläßt.