• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessers beim Ziehen, Durchdrücken und Fließpressen, wobei auf die Außenfläche der in einer Werkzeugaufnahme angeordneten Matrize eine radiale Druckspannung aufbringbar ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist ein die Matrize (1) umringendes Verstärkungselement (4) vorgesehen, dessen der Matrize (1) abgewandte Außenfläche (4.2) in radialer Richtung mit hydraulischem Druck beaufschlagbar ist, wobei die Abmessung der Außenfläche (4.2) des Verstärkungselementes (4) größer ist als die Abmessung der Außenfläche (1.1) der Matrize (1). Dadurch kann bei einem relativ niedrigen, auf die Außenfläche (4.2) des Verstärkungselementes (4) wirkenden, hydraulischen Druck an der Außenfläche (1.1) der Matrize (1) eine hohe radiale Druckspannung erzielt werden.
    公开号:DE102004004109A1
    申请号:DE200410004109
    申请日:2004-01-23
    公开日:2005-08-18
    发明作者:Pablo Guel-Lopez；Günther MESSMER
    申请人:INST UMFORMTECHNIK UNI STUTTGA；Institut fur Umformtechnik Universitat Stuttgart；
    IPC主号:B21C3-04
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersbeim Ziehen, Durchdrückenund Fließpressen,wobei auf die Außenfläche derin einer Werkzeugaufnahme angeordneten Matrize eine radiale Druckspannungaufbringbar ist.
    [0002] JederUmformprozess wird durch verschiedene deterministische und stochastischeStörgrößen beeinflusst.Dadurch ergeben sich Schwankungen in den Produkteigenschaften.
    [0003] Durchden Einsatz von verstellbaren Werkzeugen ist es in einem gewissenUmfang möglich, denEinfluss dieser Störgrößen zu erfassenund in einem Regelkreis die Werkzeuggeometrie zu verändern. Dieerhöhtegeometrische Genauigkeit der gefertigten Bauteile ermöglicht es,auf einen Kalibriervorgang zu verzichten bzw. die Ausschussquotezu reduzieren. Daher ergibt sich ein wirtschaftliches Interesse,bei Verfahren des Durchziehens und Durchdrückens verstellbare Matrizeneinsetzen zu können.
    [0004] BeimFließpressensind schon verschiedene Möglichkeitenzur Verstellung der Matrize realisiert worden. So wird in „Hinsel,C., Maegaard, V.: Variable Einstellung des Endmaßes von Präzisions-Fließpressmatrizen;Umformtechnik, 2000, Heft 4, S. 16–18" und „Hinsel, C., Maegaard, V.:Voraussetzungen fürden erfolgreichen Einsatz von Technologien zur Erhöhung derWerkzeuglebensdauer – Wirtschaftlicheund technologische Aspekte am Beispiel von Armierungssystemen; 17.VDI-Jahrestreffender Kaltmassivumformer, Düsseldorf,6.–7.Februar 2002" über einSystem berichtet, bei dem die Matrize durch axiales Verstellen inden konisch gestalteten Armierungsringen verstellt werden kann.Die Verstellbewegung wird durch Gewinde rein mechanisch aufgebracht.Währendder Umformung wird die Matrize dann durch Distanzscheiben axialfixiert. Deshalb muss beim Nachstellen des Matrizendurchmessers dasWerkzeug in der Regel ausgebaut werden. Dies ist mit einem entsprechendenStillstand der Anlage verbunden.
    [0005] In „Jütte, F.:Kontrolliert fertigen; Drahtwelt 80, 1994, Heft 2, S. 23–27" und „Jütte, F.:Aktive Matrize zur Prozessregelung in der Umformtechnik; Umformtechnik27, 1993, Heft 3, S. 207–210" wird beschrieben,dass der Matrizendurchmesser beim Voll-Vorwärts-Fließpressen hochgenauer Teiledurch eine axiale Zustellung in einer konischen Hülse verstelltwird. Dabei wird die Matrize durch einen Ringkolben in der konischenAufnahme verschoben und anschließend geklemmt. Eine Verstellungdes Matrizendurchmessers ist hierbei jedoch nur möglich, solangesich kein umzuformendes Teil im Werkzeug befindet. Bei diesem Systemmüssensomit die gefertigten Bauteile vermessen werden und das Werkzeug kannnur im Stillstand verstellt werden.
    [0006] Esist außerdembekannt, mit dem Prinzip des „aktivenDehnungsausgleichs" einerelastischen Matrizenaufweitung entgegenzuwirken (Doege, E., Baumgarten,J., Neumaier, T.: Aktiver Dehnungsausgleich bei Kalibrier- und Kaltmassivumformmatrizen; Schmiede-Journal,März 2001,S. 20–21).Dieses Konzept wurde fürein Nachpressen mit geringer Formänderung (Kalibrieren) entwickelt.Ein Elastomerring ist hierbei radial in einer Nut um die Matrizeangebracht. Er wird gleichzeitig parallel mit dem Umformgut über denOberstempel gepresst. Dadurch baut sich hinsichtlich des entstehendenInnendruckes der Matrize ein in radialer Richtung wirkender Gegendruckbedingt durch den Elastomerring auf. Durch eine optimale Auslegungdes Werkzeugsystems könnensich so die Drückegegenseitig kompensieren, und eine elastische Matrizenaufweitungwird verhindert.
    [0007] Beider Verwendung einteiliger Matrizen ist es somit möglich, durchdas Aufbringen einer radialen Druckspannung am Außendurchmesserden Matrizendurchmesser durch elastische Deformation zu verändern. Dabeisind Radialspannungen bzw. Flächenpressungenin der Größenordnungder Fließspannungdes verwendeten Matrizenwerkstoffs notwendig. Die entstehenden Reaktionskräfte müssen hierbeidurch eine äußere Hülse bzw.Armierung aufgenommen werden.
    [0008] ZurErzielung derartiger hoher Radialspannungen ist es beispielsweisebekannt, eine Zustellung mittels Keil bzw. Konus vorzunehmen. Esist ebenso möglich,durch gezielte Temperierung bestimmter Werkzeugkomponenten (z.B.des Ziehhols) den Durchmesser des Ziehgutes zu variieren.
    [0009] Ausder Fertigungstechnik ist es auch bekannt, mittels hydraulischerDruckbeaufschlagung bestimmter Werkzeugkomponenten hohe radiale Druckspannungenzu verwirklichen. Dass letztere Methode bei der Verstellung vonMatrizen bis jetzt keine Anwendung fand, hat seine Ursache in dendafür erforderlichenhohen Drücken.Es ist ein großer Aufwandin Bezug auf die Druckerzeugung und die Druckregelung sowie denEinsatz entsprechender Dichtungen und Ventile erforderlich.
    [0010] DieAufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Schaffung einer Vorrichtungzur Verstellung des Matrizendurchmessers beim Ziehen, Durchdrücken undFließpressen,die es ermöglicht,eine auf die Matrize wirkende hohe radiale Druckspannung mit relativniedrigen hydraulischen Drückenzu erzielen.
    [0011] DieAufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. WeitereAusgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    [0012] Erfindungsgemäß ist eindie Matrize umringendes Verstärkungselementvorgesehen, dessen der Matrize abgewandte Außenfläche in radialer Richtung mithydraulischem Druck beaufschlagbar ist, wobei die Abmessung derAußenfläche desVerstärkungselementesgrößer istals die Abmessung der Außenfläche derMatrize. Das Verstärkungselementweist dabei einen sich in radialer Richtung zur Matrize hin verjüngendenQuerschnitt auf. Mit seiner Innenfläche liegt das Verstärkungselementan der in etwa die gleichen Abmessungen aufweisenden Außenfläche derMatrize an. Bei einem relativ niedrigen, auf die Außenfläche desVerstärkungselementeswirkenden, hydraulischen Druck liegt somit an der Außenfläche derMatrize eine hohe radiale Druckspannung an.
    [0013] DasVerstärkungselementist in einem Druckbehälterangeordnet, der aus einem das Verstärkungselement umringenden Druckrohrund aus sich in axialer Richtung beidseitig an das Druckrohr anschließenden Deckscheibenbesteht, wobei sich zwischen der Außenfläche des Verstärkungselementesund der Innenflächedes Druckrohres ein der Aufnahme eines hydraulischen Mediums dienender Druckraumbefindet.
    [0014] DerDruckbehälterkann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Bei der mehrteiligenAusbildung sind das Druckrohr und die Deckscheiben als separateBauteile ausgeführt.Die Außenfläche des Verstärkungselementesist in radialer Richtung im Querschnitt gesehen in etwa u-förmig mitradial nach außenweisenden und als Ringstege ausgebildeten Schenkeln geformt. Mitihrer Außenseiteliegen die Ringstege in axialer Richtung an den das Druckrohr beidseitigbegrenzenden inneren Deckscheiben an. In radialer Richtung sinddie Ringstege beabstandet zu der Innenfläche des Druckrohres angeordnet.
    [0015] Anden Berührungsflächen derinneren Deckscheiben mit dem Druckrohr sowie mit den Ringstegendes Verstärkungselementessind Dichtelemente angeordnet.
    [0016] Durchdie radiale Anordnung der Ringstege ist eine homogene Verformungder Matrize unter Beibehaltung ihrer kreisrunden Form erzielbar.
    [0017] Diesedirekte Beaufschlagung mit hydraulischen Drücken hat zudem den Vorteileiner schnellen Verstellbarkeit der Matrize und eines deutlich geringerenEinflusses der Reibung währendder Umkehr der Verstellbewegung, wie beispielsweise von einer Verkleinerungdes Matrizendurchmessers zu dessen Vergrößerung.
    [0018] DieErfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
    [0019] Eszeigen:
    [0020] 1:eine Vorderansicht einer Werkzeugaufnahme
    [0021] 2:einen Schnitt A-A nach 1 mit einem mehrteiligen Druckbehälter
    [0022] 3:eine Werkzeugaufnahme mit einem einteiligen Druckbehälter
    [0023] Diein den 1 bis 3 gezeigte WerkzeugaufnahmeW ist an einer hier nicht dargestellten Ziehbank angeordnet. DieWerkzeugaufnahme W weist eine Matrize 1 und einen Zentrierring 2 auf, durchwelche das zu bearbeitende Werkstück im Prozess des Durchziehens,Durchdrückensoder Fließpressensin axialer, durch den Pfeil dargestellten, Richtung gezogen wird.Dabei weist die Werkzeugaufnahme W in bekannter Weise über dengesamten Umfang verteilt Bohrungen 3 zur Aufnahme von stabförmigen Zugankernauf, die sich auf einem mit seinem Mittelpunkt im Zentrum der Matrize 1 liegenden Umkreisbefinden und koaxial zur Ziehrichtung verlaufen. Die Matrize 1 wirdvon einem radialen Verstärkungselement 4 umringt,das in seinem Mittelpunkt eine die Matrize 1 aufnehmendeDurchgangsbohrung aufweist. In radialer Richtung besitzt das Verstärkungselement 4 einensich zur Matrize 1 hin verjüngenden Querschnitt, wobeies mit seiner Innenfläche 4.1 ander in etwa die gleiche Abmessung aufweisenden Außenfläche 1.1 derMatrize 1 anliegt. Die der Matrize 1 abgewandteAußenfläche 4.2 desVerstärkungselementes 4 zeigteine in radialer Richtung im Querschnitt gesehen in etwa u-förmige Ausbildung,mit radial nach außengeöffnetenSchenkeln, die als Ringstege 4.3 ausgebildet sind.
    [0024] Dabeiist das Verstärkungselement 4 ineinem Druckbehälter 5 angeordnet,der aus einem das Verstärkungselement 4 umringendenDruckrohr 5.1 und aus inneren Deckscheiben 5.2 und äußeren Deckscheiben 5.3 besteht,die sich an das Druckrohr 5.1 in axialer Richtung beidseitiganschließen.Der Druckbehälter 5 kanndabei einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die mehrteiligeAusführung – bei derdas Druckrohr 5.1 sowie die inneren und die äußeren Deckscheiben 5.2, 5.3 alsseparate Bauteile ausgeführtsind – wirdaus fertigungstechnischen Gründenoder aus Gründeneiner besseren Montage gewählt(2). Bei der in 3 schematischdargestellten einteiligen Ausführungdes Druckbehälters 5 stellenDruckrohr 5.1 und Deckscheiben 5.2, 5.3 ein einzigesBauteil dar.
    [0025] Diein radialer Richtung verlaufenden Ringstege 4.3 liegenmit ihren Außenseitenan den inneren, das Druckrohr 5.1 beidseitig in axialerRichtung begrenzenden, Deckscheiben 5.2 an. Die Stirnseiten derRingstege 4.3 sind zur Innenfläche des Druckrohres 5.1 desDruckbehälters 5 beabstandet.Der dabei zwischen der Innenflächedes Druckrohres 5.1 und der u-förmigen Außenfläche 4.2 mit den Ringstegen 4.3 desVerstärkungselementes 4 gebildeteDruckraum 6 dient der Aufnahme eines hydraulischen Mediums.Das Verstärkungselement 4 bestehtdabei vorzugsweise aus einem hochfesten Werkstoff, der eine hoheelastische Dehnung aufnehmen kann.
    [0026] Anden Berührungsflächen derinneren Deckscheiben 5.2 mit dem Druckrohr 5.1 bzw.mit den Außenseitender Ringstege 4.3 des Verstärkungselementes 4 sindDichtelemente 7 bzw. 8 angeordnet. Die mehrteiligeAusführungdes Druckbehälters 5 weisthierbei den Vorteil auf, dass ein Aufklaffen des Dichtspaltes undsomit eine möglicheExtrusion der Dichtung verhindert wird. Die äußeren Deckscheiben 5.3 begrenzendie Werkzeugaufnahme W in axialer Richtung auf beiden Seiten undliegen an einem in radialer Richtung außen angeordneten Stützrohr 9 an.Zudem wird der sich an der Eintrittsöffnung für das zu bearbeitende Werkstück befindendeZentrierring 2 ebenfalls von der eingangsseitigen äußeren Deckscheibe 5.3 umringt.
    [0027] DieWirkungsweise ist folgende: Wird in den Druckraum 6 dashydraulische Medium eingeleitet, erfolgt durch die auf die Außenfläche 4.2 desVerstärkungselementes 4 wirkendeDruckbeaufschlagung eine Erhöhungder an der Außenfläche 1.1 derMatrize 1 anliegenden radialen Druckspannung, die eineelastische Verstellung des Matrizendurchmessers zur Folge hat. Dadie Abmessungen der Außenfläche 4.2 desVerstärkungselementes 4 größer sindals die Abmessungen der Außenfläche 1.1 der Matrize 1,kann der aufzubringende hydraulische Druck relativ gering gehaltenwerden, währenddie dadurch erzielte, auf die Außenfläche 1.1 der Matrize 1 wirkende,radiale Druckspannung sehr hoch ist. Die bei der Aufnahme des hydraulischenDruckes zur Wirkung kommende Fähigkeitdes Verstärkungselementes 4,eine hohe elastische Dehnung zu verwirklichen, wird dabei durchdie zu der Innenflächedes Druckrohres 5.1 beabstandete Anordnung der Ringstege 4.3 nochverstärkt.
    [0028] Außerdem führt dieseradiale Anordnung der Ringstege 4.3 zu einer homogenenVerformung der Matrize 1. Dadurch behält die Innenfläche derMatrize 1 währendder radialen Druckbeaufschlagung der Außenfläche ihre kreisrunde Form bei.Bei Nichtvorhandensein der Ringstege 4.3 würde sichdie Innenflächeder Matrize 1 zu einer Ellipse verformen.
    [0029] Durchdiese spezielle Gestaltung der Werkzeugaufnahme, bei der mit Hilfedes Verstärkungselementes 4 diedruckbeaufschlagte Flächevergrößert wurde,könnenhohe Radialkräftezur Verstellung des Matrizendurchmessers erzielt werden, ohne einengroßenbaulichen Aufwand zu betreiben.
    [0030] Zudemkommt der Vorteil der direkten Beaufschlagung mit hydraulischenDrückenzur Wirkung, eine schnelle Verstellbarkeit des Matrizendurchmessersbei geringem Einfluss der Reibung während der Umkehr der Verstellbewegungzu erreichen.
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersbeim Ziehen, Durchdrückenund Fließpressen,wobei auf die Außenfläche derin einer Werkzeugaufnahme angeordneten Matrize eine radiale Druckspannungaufbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Matrize(1) umringendes Verstärkungselement(4) vorgesehen ist, dessen der Matrize (1) abgewandteAußenfläche (4.2)in radialer Richtung mit hydraulischem Druck beaufschlagbar ist,wobei die Abmessung der Außenfläche (4.2)des Verstärkungselementes(4) größer istals die Abmessung der Außenfläche (1.1)der Matrize (1).
    [2] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement(4) in radialer Richtung einen sich zur Matrize (1)hin verjüngendenQuerschnitt aufweist.
    [3] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement(4) mit seiner Innenfläche (4.1)an der in etwa die gleichen Abmessungen aufweisenden Außenfläche (1.1)der Matrize (1) anliegt.
    [4] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach einem der Ansprüche1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem relativ niedrigen,auf die Außenfläche (4.2)des Verstärkungselementes(4) wirkenden hydraulischen Druck an der Außenfläche (1.1)der Matrize (1) eine hohe radiale Druckspannung anliegt.
    [5] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach einem der Ansprüche1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (4)in einem Druckbehälter(5) angeordnet ist, der aus einem das Verstärkungselement(4) umringenden Druckrohr (5.1) und aus sich inaxialer Richtung beidseitig an das Druckrohr (5.1) anschließenden Deckscheiben(5.2, 5.3) besteht, wobei sich zwischen der Außenfläche (4.2)des Verstärkungselementes(4) und der Innenflächedes Druckrohres (5.1) ein der Aufnahme eines hydraulischenMediums dienender Druckraum (6) befindet.
    [6] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (5)mehrteilig ausgebildet ist, wobei das Druckrohr (5.1) unddie Deckscheiben (5.2, 5.3) als separate Bauteileausgeführt sind.
    [7] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (5)einteilig ausgebildet ist.
    [8] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach einem der Ansprüche1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (4.2) des Verstärkungselementes(4) in radialer Richtung im Querschnitt gesehen in etwau-förmigmit radial nach außenweisenden und als Ringstege (4.3) ausgebildeten Schenkelngeformt ist.
    [9] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringstege (4.3)mit ihrer Außenseitean das Druckrohr (5.1) in axialer Richtung beidseitig begrenzendeninneren Deckscheiben (5.2) des Druckbehälters (5) anliegen.
    [10] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach Anspruch 8 oder 9 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ringstege(4.3) in radialer Richtung zu der Innenfläche desDruckrohres (5.1) beabstandet angeordnet sind.
    [11] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach einem der Ansprüche8 bis, 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den Berührungsflächen derinneren Deckscheiben (5.2) mit dem Druckrohr (5.1)sowie mit den Ringstegen (4.3) des Verstärkungselementes(4) Dichtelemente (7, 8) angeordnet sind.
    [12] Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessersnach einem der Ansprüche8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die radiale Anordnungder Ringstege (4.3) eine homogene Verformung der Matrize(1) unter Beibehaltung ihrer kreisrunden Form erzielbarist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004004109B4|2009-11-12|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-08-18| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2010-05-12| 8364| No opposition during term of opposition|
    2012-11-08| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20120801 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410004109|DE102004004109B4|2004-01-23|2004-01-23|Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessers beim Ziehen, Durchdrücken und Fließpressen|DE200410004109| DE102004004109B4|2004-01-23|2004-01-23|Vorrichtung zur Verstellung des Matrizendurchmessers beim Ziehen, Durchdrücken und Fließpressen|
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