Verfahren zum Schmieden eines metallischen Werkstücks

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieden eines metallischen Werkstücks (1) in einer Schmiedepresse, wobei das Werkstück in eine Längsrichtung (T) gefördert und intermittierend von einer Anzahl Schmiedewerkzeugen (2, 3, 4, 5) verformt wird, wobei das Werkstück (1) zwischen dem periodischen Eingriff der Schmiedewerkzeugen (2, 3, 4, 5) um einen Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert wird. Die Erfindung sieht vor, a) dass eine erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge (2, 4) das Werkstück (1) beaufschlagt und verformt, b) dass das Werkstück (1) dann um den halben Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert und in dieser Position eine zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge (3, 5) das Werkstück (1) beaufschlagt und verformt, c) dass das Werkstück (1) um einen weiteren halben Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert und dass die Schritte a), b) und c) periodisch wiederholt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieden eines metallischen Werkstücks in einer Schmiedepresse, wobei das Werkstück in eine Längsrichtung gefördert und intermittierend von einer Anzahl Schmiedewerkzeugen verformt wird, wobei das Werkstück zwischen dem periodischen Eingriff der Schmiedewerkzeugen um einen Bissabstand in Längsrichtung gefördert wird.

[0002] Das gattungsgemäße Verfahren eignet sich zur Formgebung und zum Recken eines metallischen Werkstücks. Vorteilhaft ist bei diesem Verfahren eine hohe Flexibilität, da mit relativ einfachen Schmiedewerkzeugen vielfältige Produktformen unterschiedlicher Größe aus metallischen Werkstücken genau hergestellt werden können. Weiterhin ist es möglich, bei der richtigen Wahl der Umformparameter in Verbindung mit einer geeigneten Wärmebehandlung des Werkstückes Verbesserungen der durch den Gießprozess bedingten Werkstoffeigenschaften zu erreichen. Dabei ist eine wichtige Anforderung an die Qualität des Schmiedeproduktes eine gleichmäßig gute Durchschmiedung des Werkstückkerns. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund, dass Lunker und sonstige qualitätsmindernde Einschlüsse im Werkstück beseitigt werden sollen.

[0003] Beim Schmieden des metallischen Werkstückes in einer Schmiedepresse ergeben sich diesbezüglich mitunter Probleme infolge einer unzureichenden Homogenität des Schmiedeprozesses; eine gute Durchschmiedung ist indes erforderlich, da sie die Qualität des Produktes maßgeblich beeinflusst.

[0004] Der Erfindung liegt daher die A u f g a b e zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren so fortzubilden, dass eine möglichst homogene Kernverschmiedung erreicht werden kann.

[0005] Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,

a) dass zunächst eine erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge das Werkstück beaufschlagt und verformt,

b) dass das Werkstück dann um den halben Bissabstand in Längsrichtung gefördert und in dieser Position eine zweite Gruppe der Schmiedeworkzeuge das Werkstück beaufschlagt und verformt,

c) dass anschließend das Werkstück um einen weiteren halben Bissabstand in Längsrichtung gefördert und in dieser Position die erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge das Werkstück erneut beaufschlagt und verformt und

d) dass anschließend die Schritte b) und c) periodisch wiederholt werden, bis eine gewünschte Länge des Werkstücks geschmiedet ist.

[0006] Das Schmieden des Werkstücks ist dabei zumeist ein Radialschmieden.

[0007] Die erste Gruppe und die zweite Gruppe der Schmledewerkzeuge können zusammen aus insgesamt vier Schmiedewerkzeugen bestehen, die um das Werkstück herum angeordnet sind. Die vier Schmiedewerkzeuge werden dabei bevorzugt gleichförmig um den Umfang des Werkzeugs herum angeordnet eingesetzt.

[0008] Die erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge können das Werkstück entlang einer ersten Richtung diagonal kontaktieren und die zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge können das Werkstück in einer zweiten Richtung kontaktieren, wobei die zweite Richtung zur ersten Richtung um die Längsachse des Werkstücks um 90° versetzt ist.

[0009] Die Erstreckung der Schmiedewerkzeuge in Längsrichtung beträgt bevorzugt mindestens 200 mm, besonders bevorzugt mindestens 260 mm.

[0010] Der Bissabstand beträgt bevorzugt zwischen 30 % und 90 %, vorzugsweise zwischen 40 % und 80 %, des aktuellen Blockdurchmessers des Werkstücks. Der aktuelle Blockdurchmesser ist der aktuelle lichte Abstand derjenigen Flächen des Werkstücks, die von den Werkzeugen vor deren anstehenden Verformung beaufschlagt werden.

[0011] Der Bissabstand liegt indes bevorzugt zwischen 200 mm und 320 mm, vorzugsweise zwischen 230 mm und 290 mm. Die genannten Werte haben sich insbesondere bei einem Blockdurchmesser des Werkstücks zwischen 600 mm und 800 mm bewährt, speziell bei einem Blockdurchmesser von 700 mm.

[0012] Alle Schmiedewerkzeuge können an derselben axialen Position das Werkstück bearbeiten.

[0013] Das Werkstück kann eine Flachbahn sein. Mit dem Verfahren kann ein Stabstahl hergestellt werden.

[0014] Das beschriebene Verfahren stellt also darauf ab, dass die Schmiedewerkzeuge in zwei Gruppen unterteil werden und diese beiden Gruppen das Werkstück dann nach jeweiliger Fortbewegung des Werkstücks um den halben Bissabstand bearbeiten.

[0015] Natürlich umfasst das vorgeschlagene Verfahren in völliger Äquivalenz auch die Möglichkeit, die Schmiedewerkzeuge in drei, vier oder mehr Gruppen aufzuteilen und dann eine Bearbeitung durch eine der Gruppen vorzunehmen, nachdem das Werkstück um ein Drittel, ein Viertel oder einen entsprechend kleineren Teil des Bissabstands bewegt wurde.

[0016] Mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise beim Schmieden kann eine Optimierung der Kernverschmiedung durch den vorgenommenen Bissversatz (halber Wert des Bissabstands) erreicht werden. Die Schmiedewerkzeuge kommen dabei zumeist paarweise zum Einsatz. Es wird in vorteilhafter Weise eine sehr homogene Kernverschmiedung erreicht.

[0017] Vorteilhaft ist weiterhin, dass vorhandene Schmiedeanlagen zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens eingesetzt werden können, da sich die Art und Anzahl der Schmiedewerkzeuge nicht ändert, lediglich deren Betriebsweise.

[0018] Als sehr vorteilhafter Nebeneffekt wird erreicht, dass eine homogene Verformung auf der Oborfläche des Schmiedeprodukts entsteht.

[0019] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1

schematisch in der Seitenansicht eine Radialschmiedemaschine, in der ein Werkstück geschmiedet wird,

Fig. 2

schematisch die Ansicht gemäß dem Schnitt A-B nach Fig. 1,

Fig. 3

die von zwei Paaren von Schmiedewerkzeugen ausgeführten Teilvorformungen und die sich hieraus ergebende Kernverschmiedung für eine Anzahl von Schmiedehüben nach dem Stand der Technik und

Fig. 4

die Darstellung gemäß Fig. 3 für eine erfindungsgemäße Verfahrensweise.

[0020] In Fig. 1 und Fig. 2 ist - allerdings nur sehr schematisch - eine Radialschmiedemaschine dargestellt, auf der ein Werkstück 1 bearbeitet, d. h. geschmiedet wird.

[0021] Das Schmieden erfolgt durch Radialschmieden. Demgemäß werden die hier vorgesehenen vier Schmiedewerkzeuge 2, 3, 4 und 5 radial (in Pfeilrichtung) auf das Werkstück 1 zu bewegt. Die vier Schmiedewerkzeuge 2, 3, 4, 5 sind dabei an einer axialen Position 6 platziert. In Fig. 2 ist dabei die Anordnung der vier Schmiedewerkzeuge 2, 3, 4, 5 um das Werkstück 1 herum angedeutet. Beim Schmieden wird demgemäß eine Verformung des Werkstücks 1 durch Beaufschlagung mit einem Werkzeug 2, 3, 4, 5 insbesondere durch einen Schlag bzw. Impuls erzeugt.

[0022] Das Schmieden erfolgt immer paarweise, d. h. die Schmiedewerkzeuge 2 und 4 arbeiten zusammen und die Schmiedewerkzeuge 3 und 5. Während dessen bewegt sich das Werkstück 1 in Längsrichtung T translatorisch, wobei pro Schmiedezyklus jeweils ein Bissabstand s zurückgelegt wird (s. hierzu die Figuren 3 und 4). Der Bissabstand s ist dabei generell der Förderabstand in Längsrichtung T, bis ein betrachtetes Werkzeug 2, 3, 4, 5 erneut zum Einsatz kommt.

[0023] Üblich war es bislang, dass immer alle vier Schmiedewerkzeuge 2, 3, 4 und 5 synchron arbeiten, d. h. auf das Werkstück 1 zu gefahren werden. Indes ist erfindungsgemäß eine andere Vorgehensweise vorgesehen:

[0024] Zunächst wird eine erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge, nämlich die Schmiedewerkzeuge 2 und 4, zum Beaufschlagen des Werkstücks 1 eingesetzt. Das Werkstück 1 wird anschließend um den halben Bissabstand s (s. hierzu die Figuren 3 und 4) in Längsrichtung T gefördert; in dieser Position erfolgt die Beaufschlagung durch eine zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge, nämlich durch die Schmiedewerkzeuge 3 und 5. Anschließend wird das Werkstück 1 wiederum um einen weiteren halben Bissabstand s in Längsrichtung T gefördert; in dieser Position erfolgt dann wiederum eine Beaufschlagung des Werkstücks 1 durch die erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge 2 und 4.

[0025] Diese Vorgehensweise wird wiederholt, d. h. anschließend werden die erläuterten Schritte periodisch wiederholt, bis eine gewünschte Länge des Werkstücks geschmiedet ist.

[0026] Mit dieser Vorgehensweise wird eine hohe Homogenität des Schmiedeprodukts erreicht.

[0027] Illustriert ist dies noch einmal in den Figuren 3 und 4. Dargestellt ist jeweils mit gestrichelten Linien die ausgeübte Verschmiedung bzw. Verformung der ersten Gruppe Schmiedewerkzeuge 2, 4 und mit strichpunktierten Linien die ausgeübte Verschmiedung bzw. Verformung der zweiten Gruppe Schmiedewerkzeuge 3, 5. Mit ausgezogenen Linien ist die gesamte ausgeübte Verschmiedung bzw. Verformung aller Schmiedewerkzeuge angedeutet.

[0028] Beim Vorgehen gemäß dem Stand der Technik - wie in Fig. 3 dargestellt-ergeben sich relativ starke Ungleichförmigkeiten in der Verschmiedung von Bissabstand zu Bissabstand s.

[0029] Indes ist bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise - wie in Fig. 4 dargestellt-eine wesentliche Vergleichmäßigung der Verschmiedung zu beobachten. Die sich im Werkstück 1 ergebende Periodizität beträgt jetzt nur noch s/2, nicht mehr (wie bei Fig. 3) s.

[0030] Der Bissabstand s beträgt im Ausführungsbeispiel 260 mm. Die Werkzeuglänge, gesehen in Längsrichtung T, beträgt somit mindestens 260 mm. Vorliegend wird eine Flachbahn gefertigt. Demgemäß wird das Werkstück 1 jeweils um 130 mm pro Takt gefördert und mit der entsprechenden Gruppe an Schmiedewerkzeugen geschmiedet.

[0031] Dieser Vorgang wird entlang des gesamten Werkstücks 1 durchgeführt, so dass sich anschließend ein Material ergibt, das sich durch einen hohen Grad an Homogenität auszeichnet. D. h. die Kernverschmiedung ist optimiert.

Bezugszeichenliste:

[0032] 

1

Werkstück

2

Schmiedewerkzeug

3

Schmiedewerkzeug

4

Schmiedewerkzeug

5

Schmiedewerkzeug

6

axiale Position

T

Längsrichtung

s

Bissabstand

s/2

Bissversatz

Ansprüche

1. Verfahren zum Schmieden eines metallischen Werkstücks (1) in einer Schmiedepresse, wobei das Werkstück in eine Längsrichtung (T) gefördert und intermittierend von einer Anzahl Schmiedewerkzeugen (2, 3, 4, 5) verformt wird, wobei das Werkstück (1) zwischen dem periodischen Eingriff der Schmiedewerkzeugen (2, 3, 4, 5) um einen Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert wird,
dadurch gekennzeichnet,

a) dass zunächst eine erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge (2, 4) das Werkstück (1) beaufschlagt und verformt,

b) dass das Werkstück (1) dann um den halben Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert und in dieser Position eine zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge (3, 5) das Werkstück (1) beaufschlagt und verformt,

c) dass anschließend das Werkstück (1) um einen weiteren halben Bissabstand (s) in Längsrichtung (T) gefördert und in dieser Position die erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge (2, 4) das Werkstück (1) erneut beaufschlagt und verformt und

d) dass anschließend die Schritte b) und c) periodisch wiederholt werden, bis eine gewünschte Länge des Werkstücks (1) geschmiedet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieden des Werkstücks (1) ein Radialschmieden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe und die zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge (2, 3, 4, 5) zusammen aus insgesamt vier Schmiedewerkzeugen bestehen, die um das Werkstück (1) herum angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Schmiedewerkzeuge (2, 3, 4, 5) gleichförmig um den Umfang des Werkzeugs (1) herum angeordnet eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe der Schmiedewerkzeuge (2, 4) das Werkstück (1) entlang einer ersten Richtung diagonal kontaktiert und dass die zweite Gruppe der Schmiedewerkzeuge (3, 5) das Werkstück (1) in einer zweiten Richtung kontaktiert, wobei die zweite Richtung zur ersten Richtung um die Längsachse des Werkstücks (1) um 90° versetzt ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung der Schmiedewerkzeuge (2, 3, 4, 5) in Längsrichtung (T) mindestens 200 mm beträgt, bevorzugt mindestens 260 mm.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bissabstand (s) zwischen 30 % und 90 %, vorzugsweise zwischen 40 % und 80 %, des aktuellen Blockdurchmessers des Werkstücks (1) beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bissabstand (s) zwischen 200 mm und 320 mm liegt, vorzugsweise zwischen 230 mm und 290 mm.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schmiedewerkzeuge (2, 3, 4, 5) an derselben axialen Position (6) das Werkstück (1) bearbeiten.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) eine Flachbahn ist.

11. Verfahren nach einern der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihm ein Stabstahl hergestellt wird.

Zeichnung