-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine drehende Biege- und
Formvorrichtung und insbesondere auf eine drehende Biege- und Formvorrichtung
vergrößerter Länge und
auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
-
Beschreibung
des Standes der Technik
-
Drehende
Biegevorrichtungen der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung
allgemein bezieht, sind allgemein bekannt, beispielsweise aus den
US-Patenten 5 404 742 an Wilson mit dem Titel "Rotary hemming device", 4 756 863 an Petershofer
mit dem Titel "Method
for hot-forming a laminated sheet of synthetic resin and a device
for working this method";
5 253 502 an Poletti mit dem Titel "Apparatus and method for bending and
forming sheet material",
5 462 424 an Kuroyone mit dem Titel "Metallic die device for press machine", 5 474 437 an Kuroyone
mit dem Titel "Metallic
die device for press machine",
4 029 840 an Eckold mit dem Titel "Device for flanging the edges of sheet
sections", 4 181
002 an Eckold mit dem Titel "Tools
for bending sheet metal",
4 434 644 an Gargrave mit dem Titel "Rotary bending and forming devices", 4 520 646 an Pauzin
mit dem Titel "Sheet-metal
bending brake",
4 535 619 an Gargrave mit dem Titel "rotary bending, particularly for press
brakes", 5 341 669
an Katz mit dem Titel "Rotary
bending tool with continuous lubrication", 5 361 620 an Meadows mit dem Titel "Method and apparatus
for hemming sheets of metal material", and 5 640 873 an Costabile mit dem
Titel "Punch and
die assembly".
-
Trotz
der Vielzahl von Konstruktionen und Verbesserungen auf dem Gebiet
der drehenden Biegevorrichtungen hat die Industrie jedoch noch keine
drehende Biegevorrichtung großer
Länge entwickelt,
die für hohe
Produktivität
von Metall-stanzgesenken, Gesenken zur Formung hochfesten oder dicken
Stahls und zum Formen langer Platten in automatisierten Maschinen
geeignet sind. Eine drehende Biege- und Formvorrichtung enthält im Wesentlichen
einen Arbeitskopf und einen Halter, im Allgemeinen als Schwinge
bzw. Sattel bezeichnet. Die Schwinge ist ein im Wesentlichen zylindrisch
ausgebildetes Schwingelement, das über die Länge seines äußeren Umfangs eine V-förmige Kerbe
hat, wobei der Winkel zwischen den zwei Schenkeln der V-förmigen Kerbe weitgehend durch
den Biegwinkel des zu biegenden, geformten Bauteils bestimmt ist
und in den meisten Fällen
in der Größenordnung
von 90° liegt.
-
Der
Halter hat einen Sattel und im Allgemeinen auch eine Führungsleiste.
Der Sattel hat einen Sattelblock mit einer annähernd halbkreisförmigen Ausnehmung,
die vorzugsweise eine glatte Präzisionsoberfläche aufweist.
Eine solche Präzisionslagerfläche liefert
ideal einen Sitz mit niedrigem Reibungskoeffizienten für das Schwingelement
in einer Anordnung, die die Lastaufnahme und die lange Standzeit
des Sattels sowie der dazu passenden Schwinge wesentlich erhöht.
-
Sobald
das Schwingelement in dem Sitz angebracht ist, wird die Führungsleiste
lösbar
mit dem Sattel so verbunden, dass ein begrenzter Abschnitt derselben über dem
Schwingeiement liegt und leicht gegen dieses drückt und es in seinem Sitz festhält. Die
Konstruktion und Anordnung der Führungsleiste schafft
eine ausgewogene und stabile Halterung für das Schwingelement, die die
ordnungsgemäße Ausrichtung
ihrer Kerbe über
den gesamten Verlauf ihrer Verwendung in einem Biege- oder Formvorgang
sicherstellt.
-
Die
Führungsleiste
und/oder der Sattel können
Einrichtungen zum Zuführen
von Schmiermittel zum äußeren Umfangsflächenabschnitt
des Schwingelements enthalten. Diese Schmiervorrichtungen stellen
eine wirtschaftliche Einrichtung zur Sicherstellung einer glatten
und wirksamen Funktion des Schwingelements dar und vermeiden unnötige Abnutzung
der betreffenden Teile.
-
Der
drehende Biegekopf und seine V-förmige
Kerbe wirken mit einem entsprechend gestaltetem Untergesenk zusammen,
wobei das zu gestaltende Biegeteil durch die Kerbe im drehenden
Biegekopf um das Untergesenk geformt wird. In dem Vorgang wird der
drehende Biegekopf zunächst
einer translatorischen Bewegung durch den sich absenkenden Sattelblock,
in dem er schwenkbar montiert ist, unterworfen, wobei der translatorischen
Bewegung während
des wirklichen Gestaltungsvorgangs eine Drehbewegung überlagert
ist. Die Lageranordnung des drehenden Biegekopfes im Sattelblock
ist daher von höchster
Bedeutung, da sie nicht nur den Pressdruck überträgt, sondern gleichzeitig auch
dem drehenden Biegekopf erlauben muss, so glatt wie möglich zu
drehen.
-
Es
ist klar, dass die Lagerflächen
des Sattelblocks und des Außenumfangs
der Schwinge mit engen Toleranzen zusammenpassen müssen. Biegevorrichtungen
können
nur in solchen Längen
hergestellt werden, in denen diese engen Toleranzen beim Herstellungsvorgang
erreicht werden können.
Bislang war es nicht möglich,
gehärtete
Sättel
und Schwingen mit ausreichender Maßgenauigkeit herzustellen,
die enge Toleranzen auf größere Längen aufweisen.
-
Während also
Biegevorrichtungen zum Herstellen von Biegeteilen großer Länge bekannt
sind, erzeugen diese Biegevorrichtungen gewöhnlich nur eine begrenzte Anzahl
Biegeteile, bevor sie ausfallen. Eine solche Biegevorrichtung großer Länge ist
von Ready Technology aus Dayton, Ohio, verfügbar, und bei ihr bestehen
die Schwingen und der Sattel aus vorgehärtetem Gesenkstahl des Typs
4141/4150. Gesenkstahl ist ein gutes Material; es härtet mit
der Zeit aus, und für
geringere Produktionsstückzahlen
ist es eine gute Wahl. Aus diesem Material können Biegevorrichtungen beispielsweise
von 609,6 mm, 914,4 mm oder 1219,2 mm Länge oder mehr hergestellt werden.
Es besteht jedoch ein Problem dahingehend, dass keine ausreichende
Unterschiedlichkeit zwischen dem Gesenkstahl der Schwinge und dem
Stahl des Sattels bezüglich
der Härte
besteht. Die Biegevorrichtungen stehen unter hoher Druckbelastung
und können
festfressen, wenn Fremdkörper zwischen
die Schwinge und den Sattel eindringen. Ein guter Unterschied in
der Härte
zwischen den zwei sich berührenden
Elementen (Schwinge und Sattel) ist notwendig, um ein Festfressen
zu vermeiden. Manchmal ist sogar die Kraft, die in der Druckbeaufschlagung
der Schwingen und des Sattels beim Biegen dicken, hochfesten Stahls
notwendig ist, allein schon ausreichend, ein Festfressen zu verursachen.
Dementsprechend ist die Einheit zur Verarbeitung eines solchen Mediums
für Massenproduktion
oder für
die Produktion mit hohen Festigkeitsanforderungen nicht geeignet.
-
Andererseits
sind auch drehende Biegevorrichtungen für das Biegen von Stahl höherer Festigkeit
oder größerer Dicke
in wirtschaftlich großen
Stückzahlen
bekannt, und enthalten solche, die von Ready Technology hergestellt
werden. Diese Biegevorrichtungen haben eine vollgehärtete Stahlschwinge
aus A2- oder A6-Stahl, der auf Rc 60 gehärtet ist, und einen Schwingensattel
(Sattelblock) aus einem durchgehärteten
Werkzeugstahl, der auf Rc 48-52 gehärtet ist. Aufgrund der Unmöglichkeit,
die Schwinge und den Sattel ohne Wölbung herzustellen, war es
jedoch nur möglich,
diese gehärteten,
drehenden Biegevorrichtungen in kürzer segmentierten Längen herzustellen
(zum Bespiel 152,4 mm). Um eine große Länge (z.B. 1219,2 mm) für Anwendungen
hoher Produktivität
zu biegen, muss eine Serie Biegevorrichtungen Ende an Ende angestoßen und
ausgerichtet werden. Diese Lösung
ist jedoch nicht immer praktisch oder erfolgreich, weil (1) je größer die
Anzahl der Segmente ist, umso höher
die Kosten sind, und (2) je mehr Segmente die Biegevorrichtung hat,
umso größer die
Wahrscheinlichkeit einer Fehlausrichtung der Segmente und ein Verklemmen
ist. Wenn einer der Sättel angestoßen oder
aus der Position heraus gestoßen
worden ist und die Schwinge gegen freies Drehen gesperrt oder gehindert
ist, dann ist das Ergebnis ein Ausfall des Biegevorgangs und ein
beschädigtes
Teil oder Werkzeug. Wegen der Kosten und der Zeit, die zur kundenspezifischen
Herstellung solcher Einheiten erforderlich sind, und wegen der beim
Ausrichten und Überwachen
erforderlichen Arbeit haben diese Einheiten keinen wirtschaftlich
bedeutsamen Markt.
-
Die
Hersteller von Biegevorrichtungen haben versucht, längere, hochfeste
Biegevorrichtungen herzustellen. Beispielsweise hat Ready Technology
mit Gasnitrit bei der Einsatzhärtung
von Gesenkstahl gearbeitet. Das Ergebnis ist eine härtere und
abriebfestere Oberfläche.
Die Zuführung
von Wärme
und Reibung neigt jedoch zur Verursachung verzogener, fehlerhaft
gestalteter Teile. Insbesondere bei Biegevorrichtungen größerer Länge ist
es kritisch, dass die Passung und Ausrichtung der Teile schnurgerade
und genau ist. Damit die Schwinge innerhalb des Sattels dreht, müssen sie
also extrem genau sein. Dieses Erfordernis von Schwinge und Sattel,
absolut genau zu sein, hat die Grenzen für die Längen vorgegeben, mit denen
Schwingen hergestellt werden konnten.
-
Die
vorliegenden Erfinder haben sich umfangreich mit der spanabhebenden
Bearbeitung bei dem Bemühen
beschäftigt,
eine größere Länge voll
gehärteter
Schwingen zu entwickeln. Es ist allgemein bekannt, dass zur spanabhebenden
Bearbeitung einer voll gehärteten
Schwinge die V-förmige
Kerbe herausgearbeitet werden sollte, solange die Schwinge noch
weich ist, bevor sie gehärtet
wird, da die spanabhebende Bearbeitung unerschwinglich teuer ist,
wenn die Schwinge hart ist. Wenn die V-förmige Kerbe jedoch aus der
weichen Stahlschwinge herausgearbeitet wird, bevor die Schwinge
einem Durchhärtungsofen
zugeführt
wird, ist das Ergebnis ein gebogenes Teil. Augenscheinlich führt ein
Schleifen der Schwinge Spannungen und Eigenspannungen ein, die zur
Folge haben, dass sich die Schwinge verbiegt, was sie deformiert
und unbrauchbar macht.
-
Dementsprechend
verbleibt ein Bedarf nach einer drehenden Biegevorrichtung großer Länge für das wirtschaftliche
Biegen von Stahl höherer
Festigkeit oder größerer Dicke.
Es besteht in gleicher Weise ein Bedarf nach einem Verfahren zum
Herstellen einer drehenden Biegevorrichtung großer Länge.
-
Übersicht über die Erfindung
-
In
Erkenntnis der Nachteile des gegenwärtigen Standes der Technik
und des Bedarfs nach einer drehenden Biegevorrichtung großer Länge und
großer
Leistung zum wirtschaftlichen Biegen von Stahl größerer Festigkeit
und/oder größerer Dicke
haben die vorliegenden Erfinder alle Herstellungsaspekte untersucht.
-
Als
Ergebnis haben die Erfinder entdeckt, dass eine gewisse Kombination
von Materialien und Bearbeitungsschritten zur Herstellung der gewünschten
drehenden Biegevorrichtung großer
Standfestigkeit, großer
Länge und
großer
Leistung führen
kann.
-
Die
Erfindung basiert teilweise auf der Entdeckung, dass eine spezielle
Schleiftechnologie verwendet werden kann, um tiefe Kerben in voll
gehärteten
Stahlschwingen (zum Beispiel Rc 58-60) von bis zu 1066,8 mm Länge und
jedes Durchmessers zu schleifen. Dieses macht es möglich, die
V-förmige Kerbe
in die Schwinge nach vollem Härten
zu schleifen anstelle vor dem Härten,
wie es üblich
war. Genauer gesagt, sobald die Schwinge voll gehärtet ist,
wird die V-förmige
Kerbe mit einer Schleiftechnologie unter langsamsten Vorschub geschliffen,
bei der das Kühlmittel,
das das Teil beim Schleifen überspült, unterkühlt wird
und wobei das Teil unter einer Schleifscheibe bewegt wird, die rechnergesteuert
ist und die durch ein Diamantscheiben-Abrichtgerät sehr langsam regeneriert
wird. Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden durch Unterkühlung des
Kühlmittels
und durch Spülung
des Schleifvorgangs mit enormen Kühlmittelmengen alle Spannungen
und die Wärme
entfernt, bevor sie nachteilige Einflüsse von Wärme und Verzug auf das Teil
ausüben
können.
Weiterhin wird die Schleifscheibe rechnergesteuert und schleift
eine spezielle, vom Rechner erzeugte Gestalt, die nach jedem Durchlauf
durch einen Rechner regeneriert wird. Hierdurch wird sichergestellt,
dass die Scheibe das spezielle Profil exakt schleift, selbst wenn
sich die Schleifscheibe abnutzt.
-
Weitere
Verbesserungen der Abnutzungseigenschaften erkennt man, wenn der
Stahl, vorzugsweise S-7 Schockstahl, für die Schwinge als Teil des
Wärmebehandlungsvorgangs
tieftemperatur-getempert wird. Die Tieftemperaturbehandlung von
Metallen ist bekannt, und jene Behandlungen, die so gesteuert sind,
dass sich eine Transformation instabiler Austenitpartikel in kleinere,
stabilere Martensitpartikel ergibt, sind bevorzugt.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft das Verfahren zum Herstellen
des Sattels und den dadurch hergestellten Sattel, der eine notwendige
Komponente der langen, einteiligen Biegeeinheiten der vorliegenden Erfindung
ist. Die gleiche Schleiftechnologie, wie oben für das Schwingelement beschrieben,
kann dazu verwendet werden, voll gehärtete Sättel (zum Beispiel Rc 48-52)
bei großen
Längen
zu schleifen. Da der Stahl durchgehärtet ist und wenn die große Aufnahmerundung
aus ihm ausgeschnitten ist, um die Fassung für die Schwinge zu bilden, ist
das Erzeugnis eine Schwingenaufnahme mit Stahl in einem gehärteten,
harten Zustand, der die Lagerfläche
des Sattels bildet. Dementsprechend ist es möglich, voll gehärteten Werkzeugstahl im
Sattel zu verwenden. Andererseits ist es für viele Anwendungen ausreichend,
lediglich Gesenkstahl für
die Sättel
durchzuhärten.
Dieses hat den Vorteil, dass der Sattel aus einem Metall besteht,
das weicher ist und leichter anschließend nachzubearbeiten und an
Kundenwünsche
anzupassen ist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden daher anstelle des konventionellen und weniger
teuren Gesenkstahls Extrazeit und -kosten bei der Herstellung eines
durchgehärteten
Stahls investiert. Das gesamte Teil wird daher in einem gewissen
Ausmaß vor
dem Schleifen gehärtet,
obgleich das Teil außen
härter
sein kann, als im Kern, wobei der Kern manchmal nur wenige Punkte
weicher ist, als die Außenfläche.
-
Schließlich haben
die vorliegenden Erfinder ermittelt, dass die Härte und Schlüpfrigkeit
der Lagerfläche
des Sattels (Fassung) durch Beschichtung verbessert werden kann,
vorzugsweise mit einer Plasmaspray-"Moly"-Beschichtung,
die Molybdän
und Molybdänoxid
auf die Sattelfassung aufträgt
(Moly-Beschichtung). Moly-Beschichtung ist weich, dennoch hat sich überraschenderweise
gezeigt, dass die Molybdänund Molybdänoxid-Beschichtung
auf der Sattellagerfläche
sich extrem gut unter hohen Drucklasten verhält und dass die Moly-Beschichtung Öl verträgt und hochporös ist und
somit notwendigen Schmierstoff tief in Poren der Beschichtung zurückhält. Moly-Beschichtung
wird vorzugsweise nach dem Sandstrahlen der Sattellagerfläche ausgeführt, was
eine Berg-und-Tal-Kontur ergibt, in der das Molybdän und das
Molybdänoxid
zunächst die
tief liegenden Stellen ausfüllt
und haftet und dann eine 0,03 mm bis 0,08 mm dicke Schicht erzeugt,
die hervorragende Abrieb- und Festfresswiderstandsfähigkeit
aufweist. Der durchgehärtete
Sattel ist daher weicher und einfacher spanabhebend zu bearbeiten,
hat dabei aber verbesserte Lebensdauer und ist frei von Verbiegung
und Abmessungsungenauigkeiten, die bei Sätteln anzutreffen sind, die
spanabhebend bearbeitet und dann gehärtet wurden oder die gehärtet und
dann durch konventionelle Techniken spanabhebend bearbeitet wurden.
-
Der
obige Durchbruch macht es somit möglich, lange Schwingen und
lange Sättel
aus den bestmöglichen Materialien
für den
Abnehmer entsprechend Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer herzustellen.
Die Schwinge wird vorzugsweise aus einem Schockstahl und am besten
aus einem S-7-Schockstahl hergestellt, der weniger häufig bricht,
als ein konventioneller Werkzeugstahl.
-
Es
ist bemerkenswert, dass die vorliegende Erfindung eine Schockstahlschwinge
und große
Längen und
einen spanabhebend bearbeitbaren Sattel großer Länge verwendet. Wie oben erläutert, ist
es bei Verwendung einer harten Schwinge bevorzugt, wenn man einen
vergleichsweise weichen Sattel hat. Die einzige Stelle, an der es
erwünscht
ist, dass der Sattel hart ist, befindet sich an der Lagerfläche innerhalb
der Fassung, wo die Schwinge gegenüber dem Sattel dreht. Der Grund
hierfür
ist, dass es wünschenswert
ist, dass der Sattel spanabhebend bearbeitbar ist (nicht weich,
aber spanabhebend bearbeitbar), sodass beim Herstellungsvorgang
Modifikationen und Veränderungen
am Sattel mit üblichen
Metallbearbeitungswerkzeugen vorgenommen werden können, sodass
es nicht notwendig ist, den Sattel auf die gleiche langsame und
teure Weise zu schleifen, wie die Schwinge.
-
Vorangehend
sind die sachdienlicheren und wichtigeren Merkmale der vorliegenden
Erfindung ziemlich breit umrissen worden, damit die folgende detaillierte
Beschreibung der Erfindung besser verstanden werden kann und der
vorliegende Beitrag zur Technik vollständiger geschätzt werden
kann.
-
Zusätzliche
Merkmale der Erfindung werden nachfolgend beschrieben, und sie bilden
Gegenstand der Ansprüche
der Erfindung. Der Fachmann sollte erkennen, dass die Konzeption
und die speziellen Ausführungsformen,
die hier beschrieben werden, leicht als Grundlage zur Modifikation oder
Gestaltung anderer pharmazeutischer Verbindungen und Behandlungsverfahren
zur Ausführung
der gleichen Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können.
Der Fachmann sollte auch erkennen, dass solche äquivalenten Ausbildungen und
Verfahren nicht vom Geist und Umfang der Erfindung abweichen, wie
sie in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
Für ein vollständigeres
Verständnis
der Natur und der Ziele der vorliegenden Erfindung sollte auf die folgende
detaillierte Beschreibung Bezug genommen werden, die mit den begleitenden
Zeichnungen gegeben wird. In diesen zeigt: 1 ein grundlegendes,
drehendes Biegewerkzeug vergrößerter Länge.
-
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf eine spezielle Gestaltung eines
drehenden Biegewerkzeugs begrenzt, und sie ist auf drehende Biegewerkzeuge
allgemein anwendbar, wie beispielsweise im US-Patent 4 434 644 beschrieben,
und auf drehende Biegevorrichtungen zum Biegen und Formen von Blechmaterial
in einer Presse oder Abkantpresse, wie im US-Patent 4 535 619 und jenen Druckschriften
beschrieben, wie im Abschnitt "Beschreibung
des Standes der Technik" erläutert, deren
Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
-
Das
kennzeichnende Merkmal der vorliegenden Erfindung sind hohe Härte und
Verzugsfreiheit von Schwinge und Sattel. Die hohe Härte und
die Maßgenauigkeit
von Schwinge und Sattel ermöglichen
die Herstellung einer genau passenden Biegevorrichtung großer Länge, die
in der Lage ist, lange Biegeteile für das wirtschaftliche Biegen
von Stahl hoher Festigkeit und/oder größerer Dicke zu erzeugen.
-
Obgleich
die Erfindung nicht auf irgendeine Biegevorrichtungskonstruktion
beschränkt
ist, folgt eine kurze Erläuterung
einer Biegevorrichtung, um in die Terminologie einzuführen, die
im nachfolgenden Teil verwendet wird, um die Herstellungsverfahren
zu erläutern.
-
In
der grundlegendsten Form der Erfindung, wie in der in 1 gezeigten
Ausführungsform
dargestellt, gibt die Erfindung ein Biege- oder Formwerkzeug an,
dessen Arbeitskopf 10 ein Element ist, das eine im Allgemeinen
zylindrische Gestalt hat, deren Umfangsfläche 12 durch die Ausbildung
einer sich in Längsrichtung
erstreckenden, V-förmigen Kerbe 14 unterbrochen
ist. In dem dargestellten Beispiel ist die Kerbe 14 durch Seitenwandflächen 16 und 18 bestimmt,
die zwischen sich einen Winkel ausbilden, der geringfügig kleiner
als 90° ist.
Es sollte beachtet werden, dass die innerste oder Scheitelfläche 13 der
Kerbe 14 kurz vor der Mitten- oder Längsachse des Zylinders 10 liegt,
jedoch auf einer Linie, die im Wesentlichen parallel dazu ist.
-
Die äußersten
Enden der Seitenwände 16 und 18 der
Kerbe 14 vereinigen sich mit der zylindrischen Außenfläche 12 des
Elements 10 über
verrundete Wandabschnitte 20. Letztere sind von den allgemeinen
parallelen Linienformationen gebildet, die, wie weiter beschrieben
wird, eine Festhaltekante 22 und eine Biegekante 24 am
Arbeitskopf 10 bestimmen.
-
Von
jeder der zueinander parallelen Stirnwandflächen 26 des Arbeitskopfes 10 steht
senkrecht ein Stift 28 vor. Die Stifte 28 sind
in einer Linie parallel zur sich in Längsrichtung erstreckenden Mittenachse
des Arbeitskopfes 10 und liegen in einer Ebene, die sie
gemeinsam mit der Linie einnehmen, die den Scheitel 13 der Kerbe 14 bestimmt.
Es sei angemerkt, dass während
der Scheitel 13 der Kerbe 14 relativ eng benachbart
zur Mittenachse des Arbeitskopfes 10 liegt, die von den
Stiften 28 eingenommene Linie relativ fern davon liegt,
so dass die Stifte benachbart und in engem Abstand zur Außenfläche 12 des
Elements 10 liegen.
-
Im
Betrieb bilden, wie in 1 bis 5 des
US-Patents 4 002 049 gezeigt, beim Schließen einer Presse die radial äußersten
Kanten der Kerbe 14 in Umfangsrichtung benachbarte Berührungslinien
mit in Längsrichtung
beabstandeten Abschnitten des Streifen- oder Blechmaterials, aus
dem ein Teil zu formen ist. Eine Berührungslinie des Arbeitskopfes
oder der Walze wird auf einen Abschnitt des Blechmaterials bezogen,
der durch das betreffende Formgesenk abgestützt wird, während die andere sich an den
unabgestützten
Abschnitt des zu biegenden Blechmaterials anlegt. Beim Schließen der
Presse bewegt sich die Walze in einem drehenden Weg, um den unabgestützten Abschnitt
des Blechmaterials aus seiner normalen Ebene zu biegen, um ihn in
eine Winkelstellung zu versetzen, die durch das komplementäre Formgesenk
bestimmt wird. Eine ordnungsgemäße Einstellung
ist sichergestellt, da die Natur des Werkzeugs die gleichzeitige
Anwendung sowohl von vertikalen als auch seitlichen Kräften auf
den erfassten Abschnitt des Werkstückmaterials erlaubt.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
des soeben beschriebenen Biegewerkzeugs ist der von den Seitenwänden der
Kerbe gebildete Winkel durch den Winkel bestimmt, den der gebogene
Abschnitt des Werkstückmaterials
einnehmen soll. Es sind Mittel eingeschlossen, die die Drehung des
Biegewerkzeugs steuern, um sicherzustellen, dass dessen Drehgrenzen
derart sind, dass nicht nur die Einführung von Spannungen in das
davon bearbeitete Blechmaterial zu minimieren, um eine genaue Steuerung
des Biegeergebnisses zu erzielen. In der in 1 gezeigten
Ausführungsform
stehen die Stifte 28 in bogenförmige Schlitze 38 vor,
die in Platten 40 ausgebildet sind, die lösbar an
gegenüberliegenden
Außenseiten
einer Vorrichtung 42 angebracht sind, die einen Halter
für den
Arbeitskopf 10 bilden. Es ist weiterhin vorzugsweise auch
eine Führungsleiste 43 vorgesehen,
wie in größerem Detail
im US-Patent 5 404
742 beschrieben ist.
-
Wieder
ist die vorliegende Erfindung nicht auf das drehende Biegewerkzeug
von 1 oder irgendeine spezielle Biegevorrichtungskonstruktion
beschränkt,
und sie umfasst drehende Biegevorrichtungen zum Biegen und Formen
von Blechmaterial in einer Presse oder einer Abkantpresse, wie im
US-Patent 4 535 619 beschrieben. Dieses Patent lehrt eine drehende
Biegevorrichtung und gibt eine Gesenkanordnung an, die einen Stempel
aufweist, der ein lösbares
Teil hat, das so aufgebaut und angeordnet ist, dass es ermöglicht ist, den
Stempel mit irgendeiner von mehreren Betriebsoberflächenteilen
zu versehen, die in der Konfiguration differieren, indem ihre relative
Ausrichtung und Anordnung verändert
wird. Sie weist auch in Zusammenwirkung mit dem Stempel und diesem
gegenüberliegend
eine Anordnung auf, die ein drehendes Biegewerkzeug anbietet, enthaltend
einen gekerbten Rotor, der in einem Sattel gegenüber diesem drehbar gelagert
ist, der seinerseits in einem Basiselement von diesem gehalten und
gegenüber
diesem in einer Konstruktion und Anordnung beweglich ist, in der
die Relativposition des Sattels und des Rotors präzise und
schnell durch ein Segment des zwischen dem Stempel und dem Rotor
des gegenüberliegenden,
drehenden Biegewerkzeugs zu bearbeiteten Blechmaterials justiert
wird. Bei einer bevorzugten Montage des Stempels und des gegenüberliegenden
Rotors als Werkzeuge einer Abkantpresse sind die Baugruppen derselben
jeweils von einer Platte abgestützt,
deren Form und Natur derart ist, dass eine horizontale Aussteifung
des zugehörigen
Stößels oder Betts
erzeugt wird. Bei der Verwendung der Vorrichtung in einer Abkantpresse
wird das zu bearbeitende Blechmaterial zwischen die gegenüberliegenden
Werkzeuge unter einem spitzen Winkel zur Horizontalen eingeführt.
-
Irgendein
Schmiermittel und eine Schmiereinrichtung, wie sie in der Technik üblich sind,
können
in dem drehenden Biegewerkzeug der vorliegenden Erfindung verwendet
werden.
-
Das
Schwingelement und der Sattel können
einen Rückstellmechanismus
haben, wie beispielsweise eine einfach angeordnete Feder, die das
Schwingelement automatisch in seine Start- oder Ruhestellung bewegt.
-
Drehende
Biegemaschinen gemäß der vorliegenden
Erfindung sind so gestaltet, dass sie bis zu einer Million Teile
biegen, weichen oder harten Stahl biegen und Teile mit Dicken im
Bereich von 0,25 mm bis 6,35 mm biegen.
-
Die
Schwingen gemäß der vorliegenden
Erfindung sind wenigstens 304,8 mm lang und vorzugsweise von 609,6
mm bis 1219,2 mm lang. Da die Biegevorrichtungen gemäß der Erfindung
die Ausbildung von Biegungen bis 1219,2 mm Länge unter Verwendung einer
einstückigen
Einheit ermöglichen,
besteht keine Gefahr einer Fehlausrichtung oder Verklemmung der
Biegevorrichtung, wie sie mit den zuvor segmentierten drehenden
Biegevorrichtungen einhergingen.
-
Als
nächstes
werden Herstellungsverfahren für
die Schwinge und den Sattel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Härtung der
Schwinge
-
Die
Schwinge wird vorzugsweise aus einem Schockstahl hergestellt, vorzugsweise
einem S-7-Schockstahl und noch besser aus einem Chrom-Molybdän-Werkzeugstahl
Crucible S7, der durch hohe Schlagfestigkeit und Zähigkeit
zusammen mit großer
Härte und
guter spanabhebender Bearbeitbarkeit und guten Wärmebehandlungseigenschaften
gekennzeichnet ist. Schockstahl bricht weniger häufig als üblicher Werkzeugstahl. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf irgendeinen besonderen
Stahl beschränkt.
Anderer Stahl, wie die Typen A-6, A-2, CPM10-V, M-2 und D-2 sind
geprüft
worden und haben sich als tauglich erwiesen, obgleich S-7 bevorzugt
ist.
-
In
Abweichung vom üblichen
Herstellungsprozess härten
die vorliegenden Erfinder die Schwinge (vorzugsweise auf Rc 58-60) vor dem Schleifen
der V-förmigen
Kerbe. Die vorliegend Erfindung unterscheidet sich somit von den
konventionellen Techniken, die das Teil vor dem Härten spanabhebend
bearbeiten, wie beispielsweise im US-Patent 4 415 378 mit dem Titel "Case hardening method
for steel parts" beschrieben
ist. Dieses Patent beschreibt das Einsatzhärten der Oberflächen von
Stahlteilen zur Sicherstellung des Vorhandenseins eines relativ
hohen Prozentsatzes an ungetempertem Martensit in einer einsatzgehärteten Tiefe
von wenigstens 10/1000 eines Zolls und einer Rockwell-C-Oberflächehärte im Bereich
von 59 bis 68, und erfordert den Abschluss aller üblichen
Metallabtragvorgänge
an dem Teil, einschließlich
der spanabhebenden Endbearbeitung, vor der Wärmebehandlung desselben. Vollhärtung ist
allgemein bekannt und braucht daher hier nicht beschrieben werden.
-
Schleifen
der Schwinge
-
Die
vorliegende Erfindung macht von einer Schleiftechnologie Gebrauch,
die voll gehärtete
Stahlschwingen von bis zu 36 Zoll Länge jedes Durchmessers bis
zu 3" Außendurchmesser
handhaben kann, um die V-förmige
Kerbe nach dem Einsatzhärten
in die Schwinge zu schleifen. Genauer gesagt, wenn die Schwinge
voll gehärtet
ist, wird die V-förmige
Kerbe unter Verwendung einer Schleifmaschine geschliffen, wie beispielsweise
einer Blohm CNC-Schleifmaschine
des Models Planomat 412, 21 H.P., Typ 3121235 CNC, mit einer Schleiffläche (L×W) von
48×16
Zoll und einer Schleifwellengeschwindigkeit von 45 bis 3400 U/min,
erhältlich
von United Grinding Technologies, Inc. aus Miamisburg, Ohio, auch
genannt "Kriechgang"-Schleifmaschine (siehe zum Beispiel
den Kriechgang-Schleifvorgang,
der im US-Patent 4 590 573 mit dem Titel "Computer-controlled grinding machine" beschrieben ist),
mit einer Schleiftechnologie, die:
- (a) ein
Kühlaggregat
verwendet, das das Wasser- oder Öl-Kühlmittel unterkühlt, um
zu verhindern, dass die Temperatur ansteigt, da das Kühlmittel
Wärme absorbiert,
und um das Kühlmittel
auf etwa Raumtemperatur zu halten;
- (b) die Schleiffläche
mit Kühlmittel überspült, während das
Teil, so wie es ist, geschliffen wird, wobei die Kühlmitteldüse sich
an der Seite des Schleifkopfes befindet, vorzugsweise mit einer
Strömungsrate
von etwa 60 Gallonen pro Minute und einem Druck von 60 PSI, aus
einem Tank, der etwa 400 Gallonen Kühlmittel enthält, wobei
das Kühlmittel
die Schleiffläche
beim Kühlen
reinigt;
- (c) das Teil unterhalb einer von einer Diamantscheibe abgerichteten
Schleifscheibe sehr langsam bewegt, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit
von 8,467·10–4 m/s
bis 63, 5·10–4 m/s,
noch besser von 16, 93·10–4 bis
50, 8·10–4 m/s.
-
Kriechgang-Schleifvorrichtungen
sind allgemein bekannt, wie beschrieben in Mark Albert "Taking the Creep
Out of Creep-Feed
Grinding", Seiten
80 bis 87, November 1982, herausgegeben von Modern Machine Shop;
Thesen von Stuart C. Salmon mit dem Titel "Creep-Feed Surface Grinding" vom September 1979
und nun von der Universität
Bristol in England erhältlich
(87 Seiten, 1-31,
Bildtafeln 1-14 und Anhänge
1-7); und in den US-Patenten 5 611 724 "Grinding wheel having dead end grooves
and method for grinding therewith", 4 555 873 "Method and apparatus for wheel conditioning
in a grinding machine",
4 553 355 "Grinding control
methods and apparatus",
4 535 572 "Grinding
control methods and apparatus" und
4 535 571 "Grinding control
methods and apparatus".
Wer auf diesem Gebiet arbeitet, ist mit den Typen und dem Betrieb
dieser Schleifmaschine vertraut.
-
Durch
Unterkühlung
des Kühlmittels
und durch Bewässerung
oder Bespülung
mit enormen Kühlmittelmengen
werden sämtliche
Spannungen und die Wärme
abgeführt,
bevor sie nachteilige Einflüsse
von Wärme und
Verzug auf das Teil ausüben
können.
Das Kühlmittel
ist vorzugsweise ein wasserbasiertes Kühlmittel, wie im US-Patent
5 611 724 beschrieben.
-
Die
Schleifscheibe ist rechnergesteuert (CNC) und schleift eine spezielle
rechner-erzeugte Gestalt, die nach jedem Durchlauf von einem Rechner
regeneriert wird. Durch Verwendung der Blohm-Planomat-Schleifmaschine,
wie oben beschrieben, kann Software, wie Blohm-Profile, auf einem
gesonderten Windows-PC ablaufen, und sie kann eine tischmontierte
Diamantwalzen-Abrichtvorrichtung PEA-TL 150 steuern, die
von einem wasserdichten Wechselstrommotor über einen Zahnriemen angetrieben
wird. Diese Abrichtung bewirkt, dass die Scheibe das spezielle Profil
exakt schleift, selbst wenn die Scheibe bricht oder sich abnutzt.
Solche Schleiftechniken und -vorrichtungen sind beispielsweise im
US-Patent 4 553 355 mit dem Titel "Grinding control methods and apparatus" beschrieben. Die
Schleifsteuerverfahren und -vorrich-tungen betreffen im Allgemeinen
die Bewahrung der Gestalt und der Schärfe einer Schleifscheibe trotz
der Tendenz der Verschlechterung der Scheibenfläche gegenüber der gewünschten Gestalt und Schärfe beim
Fortgang des Schleifens eines gegebenen Werkstücks oder einer Folge von Werkstücken. Im
Allgemeinen wird als gemeinsamer Nenner ein "Konditionierelement" mit der Fläche des Schleifelements unter
speziell gesteuerten und eindeutigen Bedingungen in Reibkontakt
gebracht, um (i) die gewünschte
Gestalt wiederherzustellen (gewöhnlich
Abrichten genannt), oder (ii) den gewünschten Schärfegrad herzustellen (gewöhnlich "Endbearbeitung" genannt) oder beides
(i) und (ii) gleichzeitig auszuführen.
Der gesteuerte Reibkontakt kann bewirkt werden entweder während die
Schleifscheibe sich frei von Schleifkontakt mit einem Werkstück befindet
oder gleichzeitig beim Schleifen, und dann entweder kontinuierlich
oder intermittierend. Die Verfahren und Vorrichtungen in vielen
ihrer zahlreichen Ausführungsformen
umfassen die Verwendung eines "Abrichtelements" oder eines "Konditionierelements", das ein allgemein
homogenes Metall sein kann und in vielen Fällen das gleiche Metall wie
jenes der geschliffenen Werkstücke.
Dieses führt
vorteilhafterweise zu geringeren Kosten sowie zu größerer Produktivität und Werkstückqualität (sowohl
Größentoleranz
als auch Oberflächengüte).
-
Diese
Schleiftechnologie macht es möglich,
lange Schwingen und lange Sättel
aus den bestmöglichen Materialien
für die
Befriedigung von Verbraucherwünschen
wirtschaftlich und langer Lebensdauer herzustellen.
-
Wärmebehandlung
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verbesserung der Abnutzungseigenschaften
des S-7-Schockstahls für
die Schwinge durch einen Wärmebehandlungsprozess,
der das Wärmetempern
und das anschließende
kryogene Tempern des Stahls umfasst. Nach einem konventionellen
Wärmetempern
wird die Schwinge kältebehandelt,
indem sie allmählich
auf eine Temperatur zwischen –184,44°C und –201,11°C, vorzugsweise
zwischen –190°C und –195,56°C unter Verwendung
eines Kühlmediums,
wie verflüssigten
oder verfestigten Gasen über
eine Zeitdauer abgekühlt
wird, die von etwa 10 Minuten bis etwa 36 Stunden reicht. Bei diesen
sehr kalten Temperaturen werden die kleinen, instabilen Austenitpartikel
in noch kleinere, stabilere Martensitpartikel ungewandelt, und zusätzlich werden
feine Partikel gebildet, um die Abriebfestigkeit der Schwinge noch
weiter zu steigern. Diese Behandlung ist nicht nur eine Oberflächenbehandlung – sie findet durch
die gesamte Schwinge statt und ist praktisch irreversibel. Das Martensit
wandelt sich nicht wieder in Austenit um, selbst bei Temperaturen,
die erheblich oberhalb der normalen Betriebsbedingungen liegen.
-
Während es
möglich
ist, die Schwinge mit Trockeneis bei Temperaturen zwischen –73,33°C und –84,44°C zu behandeln,
um hohe Härte
zu erhalten, hat sich erwiesen, dass die Abriebfestigkeit weiter
verbessert wird, wenn die Temperaturen auf zwischen –184,44°C und –201,11°C abgesenkt
werden, wie oben beschrieben.
-
Techniken
zur Kältebehandlung
sind allgemein bekannt und sind im US-Patent 4 175 987 mit dem Titel "Low alloy tempered
martensitic steel" beschrieben.
Es wird auch Bezug genommen auf US-Patent 5 221 372 mit dem Titel "Fracturetough, high
hardness stainless steel and method of making saure", das einen unter
Kälte geformten
und getemperten Edelstahl beschreibt, der eine verbesserte Bruchzähigkeit
und besseren Korrosionswiderstand bei einem gegebenen Härteniveau
hat, wie beispielsweise von wenigstens etwa Rc 60 für Lagerungsanwendungen.
Der Stahl enthält
eine kältegeformte
Martensit-Mikrostruktur, die getempert ist, um etwa 5 bis etwa 10
Volumen-Prozent nach Verformung verbliebenes Austensit zu enthalten,
das darin dispergiert ist, und M2-Carbide vom C-Typ, wobei M in
der Mikrostruktur dispergiertes Cr, Mo, V und/oder Fe ist.
-
Weiterhin
kann auf US-Patent 5 259 200 mit dem Titel "Process for the cryogenic treatment
of metal containing materials" Bezug
genommen, wo Stoßfähigkeit,
Abriebfähigkeit,
Stabilität
und Härte
des Metalls durch Kältebehandlung
verbessert sind.
-
Detaillierte
Erläuterungen
geeigneter Temperungsverfahren können
auch im US-Patent 3 891 477 mit dem Titel "Material treatment by cryogenic cooling" gefunden werden.
Stahl wird kryogen zur Änderung
der Mikrostruktur der Materialien für verbesserte Festigkeit gegen
Abrieb, Korrosion und dergleichen gekühlt, einschließlich der
Schritte des Abkühlens
des Materials auf eine vorbestimmte niedrige Temperatur mit einer
vorgewählten,
gleichförmigen
Geschwindigkeit unterhalb einer Geschwindigkeit, die Wärmebrüche innerhalb
der Korngrenzen verursacht, das Halten der Materialien auf einer
solchen niedrigen Temperatur über
eine wesentliche Zeitdauer, die von den Materialeigenschaften und
anderen Merkmalen abhängt,
und anschließendes Rückführen der
Temperatur des Materials auf Normaltemperatur. Das Verfahren wird
dadurch ausgeführt,
dass das Material über
einem Körper
aus einem kryogenen Fluid gehalten wird, zum Bespiel flüssigem Stickstoff
bei –195,56°C, und dann
das Material allmählich
mit dem Fluid zusammengebracht wird, entweder indem das Material
in das Fluid abgesenkt oder der Fluidkörper angehoben wird, um das
Material zu umhüllen,
um die Temperatur des Materials schrittweise herabzusetzen, das
Eintauchen des Materials in des Fluid zur Erzeugung der gewünschten
niedrigen Temperatur, das Halten des Materials in dem kryogenen
Fluid über
die vorbestimmte wesentliche Zeitdauer, bei der die Temperatur des
Materials auf einer solchen niedrigen Temperatur zu halten ist (vorzugsweise
etwa 18 Stunden bis etwa 30 Stunden) und das Anheben des Materials
aus dem Fluid, oder indem man es dem Fluid erlaubt, abzusieden,
und anschließendes
Erlauben, dass das Material auf Raumtemperatur zurückkehrt.
Spezielle Beispiele des gesamten Schwingenherstellungsvorgangs im
Anschluss an die Wärmebehandelung
und in Bezug auf die Schwingengröße werden
nun angegeben. die folgenden Beispiele sind lediglich illustrativ
für den
Herstellungsvorgang und sind nicht einschränkend.
-
Geschliffenes
Rohmaterial (S-7) ist in Längen
von 304,8 mm verfügbar,
spitzenlos geschliffen (Außendurchmesser
geschliffen) auf Spezifikationen (+/– 0,03 mm zum spezifizierten
Durchmesser).
-
Schwingen
von 15,875 mm und 25,4 mm Durchmesser: Diese Schwingen werden auf
Länge (304,8 mm
und 609,6 mm) geschnitten, dann in ein Bearbeitungszentrum gesandt,
um Kolbenschlitze zu fräsen,
die in einem einzigen Vorgang abgetragen werden. Die CNC-Fräsmaschine
ist so programmiert, dass sie einen geraden Durchgang ausführt, um
die V-förmige
Kerbe zu vermessen, und wird dann im Winkel bewegt, um die V-förmige Kerbe
fertig zu stellen. Diese Schwingenteile werden nicht mitten-gebohrt.
Sie werden dem Wärmebehandlungsschritt
zugeführt,
wo sie kryogen getempert und auf 0,002/0,003 TIR gestreckt werden.
Nach der Wärmebehandlung
werden sie spitzenlos auf Größe geschliffen.
-
Die
Schwingen werden dann wie folgt geschliffen:
-
Schwingen
15,875 mm, geschliffen vom Rohling Gesamte
Form geschliffen. 4 Durchgänge
- Schwingen 25,4 mm, geschliffen vom Rohling
-
Gesamte
Form geschliffen. 5 Durchgänge
-
Schwingen
38,1 mm bis 76,2 mm: Stahl wird auf Längen von 1676,4 mm geschnitten
und dann in einen Horizontalfräser
geleitet, um eine V-förmige
Kerbe mit 87° eingeschlossenem
Winkel unter Verwendung speziell gestalteter M-42-Kobaltfräser zu fräsen, die
für eine
Horizontalfräsmaschine
bestimmt sind. Diese Fräser
sind von vielen Zulieferern leicht verfügbar. Das Fräsen lässt etwa
0,25 mm Übermaß zurück. Auf
diese Weise spanabhebend und weiterbehandelte Stangen können für fast alle
Schwingen verwendet werden. Nach dem Fräsen der V-förmigen Kerbe werden die Stücke auf
Länge geschnitten
und mitten-gebohrt. Die Teile werden dann in das Bearbeitungszentrum
gebracht, Kolbenschlitze werden gefräst, und die Teile werden dann
der oben beschriebenen Wärmebehandlung
zugeführt.
-
Nach
der Wärmebehandlung
wird der Außendurchmesser
der Teile auf Größe geschliffen.
-
Sobald
die Schwingen auf richtigen Durchmesser geschliffen sind, werden
sie dem Kriechgang zugeführt,
wo sie wie folgt geschliffen werden:
-
38,1
mm Schwingen, spanabhebend vorbearbeitet, 2 Durchgänge
-
-
50,8
mm Schwingen, spanabhebend vorbearbeitet, 2 Durchgänge
-
63,5
mm Schwingen, spanabhebend vorbearbeitet, 2 Durchgänge
-
76,2
mm Schwingen, spanabhebend vorbearbeitet, 2 Durchgänge
-
Während des
Schleifens können
diese Teile in speziellen Befestigungseinrichtungen gehalten werden, wie
beispielsweise solchen, die die gleiche Grundkonstruktion wie ein
Sattel haben, nur am Boden glatt geschliffen mit einem 7°-Winkel an
der Vorderseite. Die sich ergebende Klemmvorrichtung wirkt ähnlich einem V-Block,
und das Teil wird jedes Mal in derselben Position geklemmt (und
das heißt,
bei jedem Durchgang).
-
Die
Schwingen werden mit einem Neigungswinkel von 87° geschliffen und werden auf
vorschriftsmäßige Abmessungen
geprüft.
-
Sattel
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft das Verfahren zur Herstellung
des langen, einstückigen
Sattels und den dadurch hergestellten Sattel, der eine notwendige
Komponente der langen, einstückigen
Biegeeinheiten der vorliegenden Erfindung ist.
-
Bei
einem konventionellen Gesenkstahl ist die Außenseite des Teils auf eine
gewisse Härte
gehärtet (einsatzgehärtet), und
die Härte
nimmt in Richtung auf den Kern ab. Wenn man eine halbkreisförmige Schwingenfassung
aus dem Kern eines solchen gewöhnlichen
Gesenkstahls ausschneidet, speziell im Falle von Einheiten größeren Durchmessers,
ist, wie die Erfinder herausgefunden haben, die Abnutzungsfläche für die Schwinge
wirklich zu weich und zu einfach abzuscheuern.
-
Anstelle
der Verwendung konventionellen und weniger teuren Gesenkstahls wenden
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Erfinder Extrazeit und Extrakosten für die Herstellung
eines durchgehärteten
Stahls auf, der dem Gesenkstahl sehr ähnlich ist mit Ausnahme, dass
er vollkommen durchgehärtet
ist. Da der Stahl vollkommen durchgehärtet ist, ergibt sich beim
Ausschneiden einer großen
Fassungsrundung eine Schwingenaufnahme, bei der Stahl im gehärteten Zustand
die Lagerfläche
des Sattels bildet. Dementsprechend ist es ein Merkmal der vorliegenden
Erfindung, einen durchgehärteten
Einsatzstahl bei der Herstellung des Sattels zu verwenden. Wie hier
an anderer Stelle erläutert,
wird bei den meisten Anwendungen ein durchgehärteter Stahl (mit einer moly-beschichteten
Lagerfläche)
gegenüber
einem vollgehärteten
Sattel bevorzugt.
-
Grundsätzlich unterscheidet
sich der Herstellungsvorgang eines Sattels größeren Durchmessers vom Herstellungsvorgang
eines Sattels kleineren Durchmessers in der Materialmenge, die abgetragen
werden muss; der Vorgang für
den kleinren Durchmesser kann daher mit dem langsamen und präzisen Kriechgang-Schleifen
beginnen, während
der Vorgang beim großen
Durchmesser mit einem mehr konventionellen und schnelleren Fräsvorgang
beginnen kann, um eine gewisse Materialmenge zu entfernen, bevor
zu dem langsamen und präzisen
Kriechgang-Schleifen der Sattellagerfläche übergegangen wird.
-
Stangenstahl,
der für
Sättel
geeignet ist, kann von Crucible Steel auf Größe geschliffen und in Längen von
939,8 mm oder Abfallstücken
von 863,6 mm bezogen werden. Diese Stangen können auf Toleranzen geschliffen
bestellt werden (quadratisch und parallel auf +/– 0,03 mm / 0,05 mm).
-
Eine
Stange von 939,8 mm Länge
kann in einem Vertikal-Bearbeitungszentrum
spanabhebend bearbeitet werden. 914,4 mm lange Sättel werden als ein Teil spanabhebend
bearbeitet. 304,8 mm und 609,6 mm lange Stücke werden an derselben Stange
spanabhebend bearbeitet und dann auf Länge geschnitten.
-
Nach
dem Schleifen ist es vorteilhaft, wenn die Fassung der Sättel von
15,875 mm und 25,4 mm im Bearbeitungszentrum nicht aufgeraut werden.
Stücke
von 38,1 mm, 50,8 mm, 63,5 mm und 76,2 mm werden vorzugsweise an
der Fassung in einem Bearbeitungszentrum mit einem eingeführten Kugel-und-Nase-Carbidfingerfräser aufgeraut.
Jeder Programmierer, der mit dieser Technik vertraut ist, kann ein
Rechnerprogramm zur Ausführung
dieses Vorgangs schreiben, und mit der Zeit können Verfeinerungen und Verbesserungen
für spezielle
Anwendungen vorgenommen werden. Es ist auch möglich, eine Horizontal-Fräsmaschine
mit konvexen Fräsern,
die für
die oben aufgeführten
speziellen Größen hergestellt
sind, zu verwenden. Die in den Beispielen verwendeten Fräser sind
handelsüblich.
-
Die
fertigen Stangen (Stiftgewindebohrungen und Kolben) werden dann
in die CNC-Kriechgang-Schleifvorrichtung gebracht. Die dickeren
Stangen (50,8 mm, 63,5 mm, 76,2 mm) werden (falls notwendig) auf
304,8 mm und 609,6 mm Länge
(zur Vereinfachung der Handhabung) geschnitten; 15,875 mm, 25,4 mm
und 38,1 mm werden in Stangenlänge
geschliffen und dann geschnitten. Siehe US-Patent 4 553 355 mit dem
Titel "Grinding
control methods and apparatus",
die CNC-Verfahren zur Wiedererlangung der gewünschten Gestalt (Abrichtung)
und zur Erstellung des gewünschten
Schärfegrades
("Endbearbeitung") beschreibt.
-
Stangen
von 15.875 mm, 25,4 mm und 38,1 mm werden vollständig mit Fassung und Stiftsitz
geschliffen. Die Kontur wird auf der Schleifscheibe endbearbeitet.
Stangen von 50,8 mm, 63,5 mm und 76,2 mm werden bis zur Vervollständigung
der Fassung geschliffen. Der Stiftsitz wird dann in einem Bearbeitungszentrum endgefräst in selbem
Satz wie die grob gefräste
Fassung. Die Stangen werden nach dem Schleifen auf korrekte Abmessungen
geprüft.
-
Es
ist bemerkenswert, dass die vorliegende Erfindung eine Schockstahlschwinge
und große
Längen und
vorzugsweise einen spanabhebend bearbeitbaren Sattel verwendet.
Wenn, wie oben beschrieben, eine harte Schwinge verwendet wird,
ist es vorteilhaft, wenn man einen vergleichsweise weichen Sattel
hat. Die einzige Stelle, an der der Sattel vorzugsweise gehärtet sein
sollte, ist an der Lagerfläche
innerhalb der Fassung, wo die Schwinge gegenüber dem Sattel dreht. Der Grund,
warum der Sattel spanabhebend bearbeitbar sein sollte (nicht weich
ist, sondern spanabhebend bearbeitbar ist), besteht darin, dass
während
des Herstellugnsvorgangs Modifikationen und Veränderungen am Sattel mit konventionellen
Metallbearbeitungswerkzeugen ausführbar sein sollten, so dass
es nicht notwendig ist, den Sattel auf die gleiche langsame und
teure Weise zu schleifen, wie die Schwinge.
-
Nachdem
die Schwinge und der Sattel hergestellt worden sind, erfolgt der
Zusammenbau in der gleichen Weise wie bei allen Biegevorrichtungen.
Stifte werden vorzugsweise, wie notwendig, durch Schleifen entweder
des Bodens passend gemacht, um die Passung fester zu machen, oder
unter einem Winkel (Schwingenberührungsfläche), um
die Fassung zu lockern. Es hat sich erwiesen, dass die Stifte weniger
Einstellung benötigen
wegen der Übereinstimmung
des Stiftsitzes in Bezug auf die Fassung. Es wird kein Wischfilz
in den zwei kleineren Größen verwendet.
Wischfilz wird, wenn überhaupt,
nur auf der Stiftseite der Fassung an Größen von 38,1 mm, 50,8 mm, 63,5
mm, 76,2 mm verwendet. Dieses erlaubt die Verwendung von Sätteln dieser Größe für CB/-(Schmalkanal-)
Anwendungen.
-
Vorzugsweise
ist ein Ölersystem
durch die Kolben vorgesehen. Anstelle des konventionellen Systems (durch
die Fassung in zwei Richtungen gebohrte und angezapfte (ein Loch)
Löcher
mit einer 1/8-27 Rohranzapfung) hat dieses neue Ölersystem Rückschlagventile, die die gleichen
Gewinde aufweisen, wie Einstellschrauben. Dieses ermöglicht die
Beseitigung von drei Vorgängen.
Diese Rückschlagventile
wirken doppelt als Einstellschrauben für den Kolbenmechanismus und
bieten auch einen einfachen Weg zur Schmierung der Einheiten. Diese
Rückschlagventile
können
in englischen Standardgewinden (1/4-20, 3/8-16, 7/16-20, 5/8-16) als auch als
metrische Gewinde (M6 × 1;
M10 × 1,5;
M12 × 1,75;
M16 × 2)
hergestellt werden. Sie haben Schlitze, die spanabhebend in einem
Teil zur Aufnahme eines Schraubendrehers mit flacher Klinge ausgebildet
sind. Es werden zum Zusammenbau keine Spezialwerkzeuge benötigt. Diese
Konstruktion wurde für
einfache Herstellung (weniger Maschinenzeit und weniger Einstellzeit)
verwendet sowie für
die Vereinfachung der Verwendung durch den Abnehmer. Wenn ein Rückschlagventil
nicht funktioniert oder falsch angebracht ist, kann die drehende
Biegevorrichtung durch einfachen Ersatz durch eine Standardeinstellschraube,
eine reguläre
Schraube, einen Gewindestab usw. verwendet werden. Die meisten Industriebetriebe
haben einen Vorrat an sofort verfügbaren Schrauben. Diese Rückschlagventile
sind von Gits Manufacturing, Creston, Iowa erhältlich.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird es möglich,
HIB- und HMB-Biegevorrichtungen in großen Längen zu erzeugen und dann diese
in Segmente zur Erfüllung
von Bestellungen zu segmentieren. Die Segmentierung kann mit einer
schleifenden Kappsäge
ausgeführt
werden, die mit einer digitalen Ablesung ausgerüstet ist und Teile mit gutem
Finish auf Länge
schneidet. Es ist mit einer solchen Säge wenig Nacharbeit erforderlich – sie schneidet
sowohl gehärteten
als auch weichen Stahl gleichermaßen gut.
-
Moly-Beschichtung
-
Ein
noch weiteres Merkmal der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt
in der Wahl einer speziellen Beschichtung und Beschichtungstechnik,
die wirtschaftlich ist und dabei eine Anzahl Vorteile bietet. Die
Beschichtung kann auf die Lagerfläche der Schwinge, des Sattels
oder sowohl der Schwinge als auch des Sattels aufgebracht werden,
jedoch ist bevorzugt, sie auf den Sattel aufzubringen.
-
Grundsätzlich ist
bekannt, dass eine übliche
Chromplattierung einen guten Abriebwiderstand hat, jedoch festfressen
kann. Eine Molybdän-Sprühbeschichtung
hat Ölrückhalteeigenschaft
und zeigt hervorragenden Festfresswiderstand, hat jedoch geringeren
Abriebwiderstand im Vergleich zu einer Chromplattierung.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine „Moly"-Sprühbeschichtung
im Plasma vorzugsweise angewendet, die sowohl Molybdän als auch
Molybdänoxid
aufbringt, um dadurch die Härte
und Schlüpfrigkeit
der Lagerfläche
des Sattels (der Fassung) zu verbessern. Moly-Beschichtung ist billig
und gut bekannt, sie ist jedoch neu als Beschichtung für die Lagerflächen des
Sattels einer Biegevorrichtung. Moly-Beschichtung ist weich, es hat sich
jedoch überraschenderweise
gezeigt, dass die Beschichtung aus Molybdän und Molybdänoxid der
Sattellagerfläche
sich unter hohen Drucklasten extrem gut verhält (sehr viel besser, als viele
der sehr harten Beschichtungen; je größer die auf dem Teil lastende
Druckkraft ist, umso schlüpfriger
wird sie), und dass die Moly-Beschichtung Öl aufnimmt und hochporös ist und
somit das notwendige Schmiermittel tief in Poren der Beschichtung
(besser als andere Beschichtungen) hält, so dass diese Beschichtung
die Fassung sowohl hart als auch schlüpfrig macht. Moly-Beschichtung
wird vorzugsweise nach dem Sandstrahlen der Sattellagerfläche ausgeführt, was
eine Berg-und-Tal-Kontur ergibt, in der das Molybdän und das
Molybdänoxid
zunächst die
tieferen Flecken ausfüllt
und haftet und dann eine 0,03 mm bis 0,08 mm dicke Schicht bildet,
die im Abriebwiderstand und im Durchscheuerwiderstand hervorragend
ist. Der durchgehärtete
Sattel ist daher weicher und ist einfacher spanabhebend zu bearbeiten,
hat dabei aber eine verbesserte Lebensdauer und ist frei von Verwerfungen
und Maßungenauigkeiten,
die mit Sätteln
einhergehen, die spanabhebend bearbeitet und dann gehärtet werden
oder die gehärtet
und dann spanabhebend durch konventionelle Techniken bearbeitet
wurden. Moly-Beschichtung
setzt den Teilebereich auch nicht den für die Beschichtung aufrechterhaltenen
hohen Temperaturen aus und verwirft auch das Teil nicht. Die Beschichtung
ist eine poröse
Beschichtung, die Öl
aufsaugt und es in besserer Weise festhält, als andere Beschichtungen.
Alternativen zum Vorgenannten umfassen Chrom- und Molybdän-Beschichtungen,
bei denen der Gehalt der Komponenten für ausgeglichene Eigenschaften
optimiert ist. US-Patent 4 233 072 beschreibt ein Gleitelement mit
einer abrieb- und abnutzfesten Beschichtung, die man durch Aufsprühen eines
Gemischs im Plasmabogen erhält,
das 60 bis 85 % Molybdänpulver,
10 bis 30 % Nickel-Chrom-Legierungs-pulver und 5 bis 20 Titancarbid-Pulver
enthält,
auf die Oberfläche
des aus Eisen oder Stahl bestehenden Gleitelements. Wenn der Molybdänpulver-Gehalt
im Gemisch kleiner als 60 % ist, verschlechtert sich die Abnutzungsfestigkeit
der Beschichtung, und wenn der Molybdänpulver-Gehalt im Gemisch größer als
85 % ist, nimmt der Teil, der eine relativ geringe Härte hat,
wie beispielsweise eine Mikro-Vickers-Härte
im Bereich von 500 bis 600, zu, weil Molybdän durch Plasmabogen-Besprühung kaum
oxidiert wird, und als Folge wird die Abriebfestigkeit der Beschichtung
plötzlich
schlechter. Daher liegt der bevorzugte Gehalt an Molybdänpulver
in diesem Gemisch zwischen 65 und 85 %.
-
Etwas
verschieden von der Molybdän-Chrom-Beschichtung
ist das Nickel-Chrom-Legierungspulver, das für höhere Festigkeit der Beschichtungen
verwendet wird. Wenn Nickelpulver und Chrompulver einzeln hinzugefügt werden,
ist eine Steigerung der Festigkeit der Beschichtung nicht erzielbar.
Als Folge der erhöhten Oxidation
von Chrom nimmt außerdem
die Abriebfestigkeit der Beschichtung stark ab. Dementsprechend
sollte ein vorlegiertes Nickel-Chrom-Legierungspulver verwendet werden, vorzugsweise
mit einem Verhältnis
von Nickel zu Chrom in der Nickel-Chrom-Legierung von etwa 4:1, um maximale
Festigkeit der Beschichtung und verbesserte Abriebfestigkeit zu
erzielen. Wenn die Menge an Nickel-Chrom-Legierungspulver im Gemisch
geringer als 10 % ist, dann ist die Vergrößerung der Beschichtungsfestigkeit
vergleichsweise klein, und die Festigkeit der Beschichtung nimmt
mit der Zunahme der Mischungsmenge des Nickel-Chrom-Legierungspul-vers zu.
Wenn die Nickel-Chrom-Legierungsphase in der Beschichtung zu groß wird,
nehmen die Abriebfestigkeit und die Feuerfestigkeit ab. Die bevorzugte
Menge an Nickel-Chrom-Legierungspulver
in diesem Gemisch liegt daher bei 10 bis 30 %.
-
Es
kann Titancarbid hinzugefügt
werden, um die Abriebfestigkeit der Beschichtung zu verbessern. Wenn
die Menge an Titancarbid im Gemisch kleiner als 5 % ist, dann ist
die Wirkung gering. Die Abriebfestigkeit der Beschichtung nimmt
mit der Zunahme der Mischungsmenge des Titancarbids zu. Wenn jedoch
die Menge über
20 % liegt, nutzt sich die passende Gleitfläche übermäßig ab. Die bevorzugte Menge
an Titancarbid im Gemisch liegt daher bei etwa 5 bis 20 %.
-
Weiterhin
beschreibt US-Patent 5 332 422 (Rao) ein Festschmierstoff-Beschichtungssystem
zur Verwendung mit einer Metallgrenzfläche, die hohen Temperaturen
und Nassschmierung ausgesetzt ist. Das Festschmierstoff-Beschichtungs-system
enthält
Agglomerate von Partikeln, die Körner
bilden und an einer Metallfläche
haften. Die Partikel können
Molybdändisulfid-
und Stahlpartikel sein, die zusammengeschmolzen sind und die Molybdändisulfidpartikel
wenigstens an gewissen Überschneidungen
begrenzen, wobei gewisse Teile der Stahlpartikel auf eine hohe Härte luftgehärtet sind,
indem die Beschichtung bei hohen Temperaturen der Schnittstelle
ausgesetzt wurde. Die luftgehärtete
Härte des
Stahls ist etwa Rc 60. Der durch das Beschichtungssystem erzielte
Reibungskoeffizient ist etwa 0,14 trocken und 0,06 bis 0,08 unter
teilweise nassen Schmierbedingungen. Molybdändisulfid ist auch ein Ölattraktor.
-
Eine
noch weitere abriebfeste Beschichtung und Beschichtungstechnologie,
die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind
die stromlose Beschichtung, die in den US-Patenten 4 833 041 und 5
019 163 beschrieben ist, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme
eingeschlossen wird. Diese Patente beschreiben korrosions- und abriebfeste
metallische Verbindungen, die Nickel, Kobalt, Bor und Thallium enthalten,
und damit beschichtete Gegenstände.
Bevorzugte stromlose Beschichtungen enthalten Nickel und Kobalt
in einem Verhältnis
von etwa 45:1 bis etwa 4:1 und werden als harte, amorphe Legierungsknötchen hohen Nickelgehalts,
die in einer weichen Legierung hohen Kobaltgehalts dispergiert oder
eingewurzelt sind, abgeschieden. Die Beschichtungen werden vorzugsweise
auf katalytisch aktiven Substraten aus einem Stromlosen Beschichtungsbad
abgeschieden, das Nickelionen, Kobaltionen, Thalliumionen, Metallionen-Komplexwirkstoffe
und einen Borhydrid-Reduktionswirkstoff bei einem pH von etwa 12
bis etwa 14 enthält.
Mit einer Wärmebehandlung
nach der Beschichtung zeigen die beschichteten Oberflächen Härteniveaus
einer Höhe
von etwa 1300 Knoop. Die Beschichtungen sind nicht porös, halten
aber Öl,
und sie sind speziell nützlich
für die
Abscheidung auf einer Oberfläche
eines hergestellten Gegenstandes, der einem Gleit- oder Reibkontakt
mit anderen Oberflächen
unter unüblichen
Abnutzungs- und Lagerdrücken
ausgesetzt ist.
-
Obige
Beschreibung von Beschichtungen soll nicht einschränkend sein,
und weitere Beispiele geeigneter Beschichtungen können in
den US-Patenten 4 621 026, 5 213 907, 5 431 804 und 5 314 608 gefunden werden.
-
In
der vorliegenden Gebrauchsumgebung wir die doch eine Beschichtung
aus Molybdän
und Molybdänoxid
in Anbetracht des besten Kompromisses zwischen den Eigenschaften
unter den oben aufgeführten Beschichtungen
bevorzugt.
-
Bezüglich der
obigen Beschreibung ist dann anzumerken, dass die optimalen Ausbildungen
und Verfahren der Erfindung für
den Fachmann offensichtlich leicht begreifbar sind, und dass alle äquivalenten
Beziehungen zu jenen, die in der Beschreibung erläutert sind,
als von der vorliegenden Erfindung umfasst angesehen sein sollen.
