Verfahren zum Freiformschmieden von Werkstücken und Schmiedewerkzeug

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Freiformschmieden von Werkstücken in Schmiedepressen sowie ein Schmiedewerkzeug zur Durchführung des Verfahrens. Bei den bekannten Freiformschmiedeanlagen kommt es häufig vor, daß der Schmiedevorgang nicht in einer Hitze beendet werden kann, sondern das Werkstück (20) erneut aufgeheizt werden muß. Zudem treten beim direkten Kontakt zwischen Werkstück (20) und Werkzeug (13, 15) Ausbauchungen, zum Teil mit Rißbildung, in den freien Seitenflächen auf, zu deren Begradigung mehrfach quer gestaucht werden muß, unter Verlängerung der Abkühlzeit. Infolgedessen ist der Energieaufwand verhältnismäßig hoch. Eine Verringerung dieses Energieaufwandes bei gleichzeitig überraschend verbesserter Produktqualität gelingt mit der Erfindung dadurch, daß der Stofffluß im Werkstück (20) in einem beliebigen Winkel zur Längsachse des Schmiedeblocks (20) auch segmentweise gezielt gesteuert wird, wobei der Stofffluß mittels besonders profilierter Werkzeuge, vorzugsweise durch entsprechend ausgebildete Ober- und Untersattel (13, 14) gesteuert wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Freiformschmieden von Werkstücken in Schmiedepressen, insbesondere von Schmiedeblöcken sowie ein Schmiedewerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

[0002] Beim Freiformschmieden von Werkstücken, d.h. auf Schmiedetemperatur erhitzten Metallblöcken (beispielsweise Stahl oder Aluminium etc.) in einer Schmiedepresse, treten beim Stauchen oder Recken zum Teil erhebliche Ausbauchungen mit Rißbildung in den freien Seitenbereichen des Werkstücks auf. Dies wird darauf zurückgeführt, daß es in der Kontaktfläche zwischen Werkstück und Werkzeug (Unter- und Obersattel) zum Haften des Materials in der Breiten- ­und Längsrichtung kommt. Lediglich im Bereich des Sattelradius erfolgt im allgemeinen eine starke Streckung bei gleichzeitig geringer Breitung. Um die unerwünschten Ausbauchungen wieder zu begradigen, muß das Werkstück gedreht und die Ausbauchungen wieder heruntergestaucht werden. Diese Maßnahmen kosten vor allem Zeit und können zu einer verschlechterten Oberflächenqualität führen. Der Zeitverlust führt häufig dazu, daß die Schmiedetemperatur die zulässige Untergrenze unterschreitet, mit der Folge, daß das Werkstück erneut aufgeheizt werden muß. Der sich dadurch ergebende höhere Energieaufwand ist mit erhöhten Kosten verbunden.

[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, den Stofffluß im Werkstück zu beeinflussen, um auf diese Weise den Energieaufwand für das Erwärmen und Umformen der Werkstücke beim Freiformschmieden zu verringern. Ausbauchungen und Rißbildung sollen verhindert werden.

[0004] Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß der Stofffluß im Werkstück in einem beliebigen Winkel zur Längsachse des Schmiedeblocks auch segmentweise gezielt gesteuert wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft in einem bestimmten, werkstoff- und maschinenmäßig gegebenen, Rahmen jede gewünschte Stoffmanipulation erreicht werden. Zum Beispiel können trapezförmige Führungsleisten ebenso wie bestimmte Vorprofile als Massenprodukte für eine anschließende Endformgebung im Gesenk hergestellt werden. Dabei können auch Rundsättel Verwendung finden. Neben einer Kosteneinsparung wird die Werkstückqualität verbessert.

[0005] In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Stofffluß im Werkstück während der Stichabnahme bevorzugt in jeweils nur einer Richtung (Breitung oder Streckung) gesteuert wird. Hiermit läßt sich auf einfache Weise, beispielsweise durch Drehung der Wulstwerkzeuge um 90 Grad bei ansonten gleichem Verfahrensablauf, entweder eine deutliche Verbesserung des Breitungsverhaltens oder eine verstärkte Streckung erzielen.

[0006] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Stofffluß im Werkstück mittels besonders profilierter Werkzeuge, vorzugsweise durch entsprechend ausgebildete Ober- und Untersattel gesteuert wird. Hierbei handelt es sich um eine einfache Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung.

[0007] Ferner ist mit der Erfindung vorteilhaft vorgesehen, daß der Schmiedeblock abwechselnd mit profilierten und nicht profilierten Werkzeugen geschmiedet wird, wobei nach dem Einsatz der profilierten Werkzeuge mittels der nicht profilierten Werkzeuge auf das Niveau des tiefsten Eindrucks flachgeschmiedet wird, bevor gegebenenfalls eine weitere Behandlung mittels der gleichen oder in anderer Weise profilierter Werkzeuge erfolgt. Beim Flachschmieden kann mit Vorteil auch eine Glasschmierung erfolgen.

[0008] Für ein Schmiedewerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der Obersattel und/oder der Untersattel mit einer profilierten Oberfläche versehen sind. Dabei können auch Rundsättel verwendet werden. Die Querschnittsform der Profilwerkzeuge richtet sich nach dem gewünschten Effekt. Die Oberflächeneigenschaften des Werkstücks spielen dabei nur eine untergeordnete Rolle.

[0009] Weiterhin ist vorteilhaft nach der Erfindung vorgesehen, daß die Oberflächen von Ober- und/oder Untersattel aus einem oder vorzugsweise mehreren parallel zueinander angeordneten wulstartigen Erhebungen bestehen. Hierbei handelt es sich um eine besonders einfache und zweckmäßige Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Bei mehreren parallelen Wulsten bzw. Höckern, im Gegensatz zu nur einem Höcker, ergibt sich der Vorteil, daß die parallelen Höcker eine geringere Höhe aufweisen können, obwohl der Stofffluß zwischen ihnen in gleicher Weise beeinflußt wird, als wenn nur ein Höcker vorhanden wäre. Zwischen zwei Höckern wird ein Teil des zu schmiedenden Materials gefesselt, d. h. am Fließen weitgehend gehindert. Dieses Material bildet zusammen mit den zwei kleinen Höckern quasi einen großen Höcker mit entsprechend größerer Wirkung, obgleich die rillenförmigen Eindrücke am Schmiedestück relativ klein bleiben und leichter wieder ausgeglichen werden können. Die wulstartigen Erhebungen können dabei auf eine Grundplatte aufgeschweißt sein oder aus Vollmaterial bestehen. Besonders zweckmäßig sind die wulstartigen Erhebungen seitlich von Ober- und Untersattel drehbar gelagert und in die Schmiedeebene schwenkbar ausgebildet.

[0010] Mit Vorteil sind in einer weiteren Ausführungsform des Schmiedewerkzeugs nach der Erfindung die parallel zueinander angeordneten wulstartigen Erhebungen senkrecht zueinander verschiebbar. Auf diese Weise können verschiedene Profilabstände leicht ein- und verstellt werden.

[0011] Darüberhinaus ist mit der Erfindung auch vorgesehen, daß Ober - und Untersattel die gleiche Profilierung aufweisen. Dies ist immer dann sinnvoll, wenn Ober- ­und Unterseite des Werkstücks in gleicher Weise verformt werden sollen, beispielsweise zur Herstellung quadratischer Querschnitte.

[0012] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Obersattel und/oder Untersattel gegenüber der Längsachse des Schmiedeblocks in der Schmiedeebene winklig verstellbar ausgebildet und angeordnet sind. Auf diese Weise kann dasselbe Werkzeug in einer Vielzahl denkbarer Anwendungsfälle eingesetzt werden.

[0013] Darüberhinaus ist zweckmäßigerweise der Ober- und/oder Untersattel auf dem jeweiligen Sattelträger auswechselbar ausgebildet. Hierdurch ergibt sich eine vereinfachte Reparaturmöglichkeit.

[0014] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung geben sich aus der nachstehenden Erläuterung der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele.

[0015] Es zeigen:

Fig. 1 Schematische Darstellung einer Schmiede­presse mit Schmiedewerkzeug nach der Erfindung im Querschnitt

Fig. 2 Schematische Darstellung des Schmiede­werkzeugs mit profilierter Oberfläche in Seitenansicht

Fig. 3 Dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäß profilierten Oberfläche

Fig. 4 Schematische Darstellung eines Schmiede­plans nach der Erfindung

[0016] Figur 1 zeigt beispielhaft eine Schmiedepresse ohne Laufholm mit Überflurantrieb. Im Pressengestell (10) ist der Zylinder (11) vertikal beweglich geführt. Das Schmiedewerkzeug besteht aus dem mit dem Zylinder (11) fest verbundenen Obersattelträger (12) mit profiliertem Obersattel (13) und dem Untersattelträger (14) mit profiliertem Untersattel (15). Dazwischen befindet sich das zu schmiedende Werkstück (20), das von einem nicht dargestellten Manipulator in das Pressengestell (10) eingefahren und gehalten wird.

[0017] Figur 2 zeigt schematisch das Schmiedewerkzeug mit profilierter Oberfläche in vergrößerter Seitenansicht gegenüber Figur 1. Die Oberflächen von Ober- und Untersattel (13, 15) sind durch in Längsachse des Schmiedeblockes sich erstreckende Wülste (30 - 34) profiliert ausgebildet.

[0018] Beim Schmieden wird durch die Profilierung von Ober- ­und Untersattel (13, 15) der Stoffluß im Werkstück (20) in den Kontaktflächen zum Werkzeug (13, 15) verbessert, die Ausbauchung in den Seitenflächen des Blocks (20) unterdrückt und ein homogenes Schmieden erreicht. Durch die ebenfalls zu beobachtende Erhöhung der Breitung eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch zur Herstellung von Flachmaterialien (sogenannten Brettern). Sofern nötig, können zwischen den einzelnen Umformschritten (Bissen) auch Schmiermittelschichten, beispielsweise aus Glas, auf das Werkstück (20) aufgebracht werden.

[0019] Die Werkzeuge (12 - 15) können in bekannter Weise mittels einer Wechseleinrichtung (nicht dargestellt) in das Pressengestell (10) ein- und ausgefahren werden. Auf diese Weise ist es möglich, in verhältnismäßig kurzen Zeiten die Profile von Ober- ­und Untersattel (13, 15) auszutauschen. Bei der Wechseleinrichtung kann es sich um Dreh- oder Schiebermagazine handeln.

[0020] Figur 3 zeigt in vergrößerter perspektivischer Darstellung die Ausbildung des Untersattels (15) mit den Wülsten (33) und (34), die in der Darstellung auf dem Untersattel quer verschiebbar angeordnet sind. Zweckmäßigerweise sind der Ober- und Untersattel des Schmiedewerkzeugs parallel zur Schmiedeebene drehbar ausgebildet, so daß auf einfache Weise der Stoffluß in der gewünschten Richtung zwischen verstärkter Breitung oder Längung beeinflußt werden kann. Je nachdem, ob die Werkzeuge, d. h. die profilierten Unter- und Obersättel mit den Wulsten in Richtung der Längsachse des Schmiedeblocks oder senkrecht dazu angeordnet sind, wird eine verstärkte Breitung oder Streckung bewirkt. Dazwischen ist auch jeder gewünschte Winkel beliebig einstellbar.

[0021] Figur 4 zeigt den Schmiedeplan beispielsweise für einen Stahlblock (20), der zunächst in einem ersten Verfahrensschritt (I) mittels eines profilierten Werkzeugs behandelt wird, wodurch im Block (21) die vier Wulsteindrücke (40) entstehen. Nach Wechseln des Schmiedewerkzeugs gegen einen nicht profilierten Unter- und Obersattel wird der Block (21) auf die Zwischenform (22) flach geschmiedet. Wiederum nach Wechseln des Schmiedewerkzeugs werden in der Verfahrensstufe (II) erneut bei größerer Stichabnahme vier Profileindrücke (41) erzeugt und der erhaltene Block (23) durch weiteres Flachschmieden in den Block (24) umgeformt. Danach erfolgt in der Verfahrensstufe (III) die Behandlung mit Profilwerkzeugen unter Erzeugung der diesmal beispielsweise sechs Profileindrücke (42), wonach anschließend der Block (25) zum Endprodukt (26) flach geschmiedet wird.

[0022] Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind nicht auf die in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, auch eine andere als wulstartige Profilierung der Oberfläche vorgenommen werden.

[0023] Beim Schmieden von "Brettern", bei dem die Wulste bzw. Höcker rechtwinklig zur Werkzeugkante liegen, um eine große Breitung zu erzwingen, kann auch ein weiterer Höcker parallel zur Werkzeugkante vorgesehen werden, so daß sich eine U- oder T-förmige Höckeranordnung ergibt. Daraus kann auch ein in etwa sternförmiger Höcker entwickelt werden. Darüberhinaus kann es auch sinnvoll sein, die Profilierung in anderer Weise symmetrisch und/oder asymmetrisch auszubilden. Ferner kann es auch zweckmäßig sein, wenn die Profile während des Schmiedevorganges zur Kontrolle bzw. zum Ausgleich der Querkräfte beweglich angeordnet sind.

Ansprüche

1. Verfahren zum Freiformschmieden von Werkstücken in Schmiedepressen, insbesondere von Schmiedeblöcken, dadurch gekennzeichnet, daß der Stofffluß im Werkstück in einem beliebigen Winkel zur Längsachse des Schmiedeblocks auch segmentweise gezielt gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stofffluß im Werkstück während einer Stichabnahme bevorzugt in jeweils nur einer Richtung (Breitung oder Streckung) gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stofffluß im Werkstück mittels besonders profilierter Werkzeuge, vorzugsweise durch entsprechend ausgebildete Ober- und Untersattel gesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiedeblock abwechselnd mit profilierten und nicht profilierten Werkzeugen geschmiedet wird, wobei nach dem Einsatz der profilierten Werkzeuge mittels der nicht profilierten Werkzeuge auf das Niveau des tiefsten Eindrucks flachgeschmiedet wird, bevor gegebenenfalls eine weitere Behandlung mittels der gleichen oder in anderer Weise profilierter Werkzeuge erfolgt.

5. Schmiedewerkzeug mit Ober- und Untersattel zum Freiformschmieden von Werkstücken in Schmiedepressen, insbesondere von Schmiedeblöcken, wobei der Stofffluß im Werkstück gesteuert wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Obersattel (13) und/oder der Untersattel (15) mit einer profilierten Oberfläche versehen sind.

6. Schmiedewerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen von Ober- ­und/oder Untersattel (13, 15) aus einem oder vorzugsweise mehreren parallel zueinander angeordneten wulstartigen Erhebungen (30, 31, 33, 34) bestehen

7. Schmiedewerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zueinander angeordneten wulstartigen Erhebungen (30, 31, 33, 34) senkrecht zueinander verschiebbar sind.

8. Schmiedewerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Ober - und Untersattel (13, 15) die gleiche Profilierung aufweisen.

9. Schmiedewerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Obersattel und/oder Untersattel (13, 15) gegenüber der Längsachse des Schmiedeblocks (20) in der Schmiedeebene winklig verstellbar ausgebildet und angeordnet sind.

10. Schmiedewerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Ober - und/oder Untersattel (13, 15) auf dem jeweiligen Sattelträger (12, 14) auswechselbar ausgebildet sind.

Zeichnung