EP4337400A1 - Verfahren zum warmumformen eines gegossenen schmiedeblocks mithilfe einer schmiedevorrichtung - Google Patents

Verfahren zum warmumformen eines gegossenen schmiedeblocks mithilfe einer schmiedevorrichtung

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Publication number
EP4337400A1
EP4337400A1 EP22714976.2A EP22714976A EP4337400A1 EP 4337400 A1 EP4337400 A1 EP 4337400A1 EP 22714976 A EP22714976 A EP 22714976A EP 4337400 A1 EP4337400 A1 EP 4337400A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
forging
driven
drive
eccentric
eccentric shaft
Prior art date
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Pending
Application number
EP22714976.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gottfried Blaimschein
Robert Koppensteiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GFM GmbH
Original Assignee
GFM GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GFM GmbH filed Critical GFM GmbH
Priority to EP24186035.2A priority Critical patent/EP4414099B1/de
Publication of EP4337400A1 publication Critical patent/EP4337400A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B21J7/00—Hammers; Forging machines with hammers or die jaws acting by impact
    • B21J7/02—Special design or construction
    • B21J7/14—Forging machines working with several hammers
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    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/26—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by cams, eccentrics, or cranks

Definitions

  • the invention relates to a method for hot forming a cast forging block using a forging device, the radially guided forging punches of which each have two punch parts that can be radially displaced relative to one another, of which the inner punch part carrying a forging tool is drive-connected to the other outer punch part, which can be driven by an eccentric drive, by means of a hydraulic cylinder is.
  • the forging block In order to convert the cast structure of a cast forging block into a largely pore-free, recrystallized structure, the forging block is subjected to hot working by press forging.
  • a large bite ratio i.e. the ratio of the pressed length of the forging saddle to the diameter of the forging block before the pressing stroke, a core deformation sufficient for pore reduction should be achieved despite a small reduction. Due to the high bite ratio, however, there are significant differences in the degree of deformation caused by the pressing stroke of the forging tool over the pressed length of the forging saddle, which leads to cracking in the surface area.
  • the forging tool receiving radially to the forging axis out forging die from two die parts, between which a hydraulic cylinder is provided.
  • the outer of the two punch parts is driven by an eccentric drive which, when the hydraulic cylinder is blocked between the two punch parts, drives the inner punch part, which holds a forging tool, in the sense of radial forging with a comparatively high impact rate.
  • the inner punch part can be driven in the sense of press forging by applying pressure to the hydraulic cylinder between the two punch parts while the outer punch part is held tight.
  • the upper punch part can be decoupled from the eccentric drive by a clamping wedge that can be displaced in a clamping gap between the punch guide and the outer punch part (WO 2015/118502 A1), which supports the outer punch part against a forging stroke.
  • a clamping wedge that can be displaced in a clamping gap between the punch guide and the outer punch part
  • EP 1 093871 A2 it is also possible to provide a clutch in the drive train between the eccentric and the electric motor provided for the eccentric drive, so that in the event of decoupling, forces can be transferred from the outer stamp part via the eccentric to the eccentric shaft bearing without torque loading of the eccentric , when the eccentric is preferably in the outer dead center position.
  • the difficulty in forging remains that with a bite ratio >0.5, as is necessary to influence the structure in the core area of the forging block (EP 1 747076 B1), there is uneven loading of surface areas the compressed length of the forging saddle is unavoidable, which entails the risk of cracking in the surface area.
  • Forging stroke between an upper and a lower saddle of the forging press is offset or shifted in the workpiece stretching direction only to such an extent that the bite edge of the previous bite on the workpiece comes to lie within the saddle edges.
  • Eccentric shaft permanently connected to a torque motor, which accelerates the eccentric shaft for the press stroke to the speed of the flywheel before the flywheel for the press stroke is coupled to the eccentric shaft. Due to the interaction of the flywheel motor and the torque motor, the installation space for the press stroke drive can be kept comparatively small.
  • an eccentric shaft drive is not very suitable for the outer stamping part of the radially displaceable stamping parts of a forging device whose inner stamping part carrying a forging tool is drive-connected to the outer stamping part by a hydraulic cylinder.
  • the invention is therefore based on the object of designing a method for hot forming a cast forging ingot by forging in such a way that, despite an advantageous influence on the microstructure in the core area of the forging ingot, the formation of cracks in the surface area can be largely ruled out. 4
  • the invention solves the task in that the forging block is first subjected to near-surface forging with the aid of the forging dies driven by the eccentric drive with a degree of deformation above the critical degree of deformation that excludes crack formation and then with the outer die parts stopped using the forging die of the inner stamping parts driven by the hydraulic cylinders is formed under a forging press with a bite ratio > 0.5.
  • the cast structure prior to the forging press, depending on its initial cross-section in one or more passes, the cast structure is to be refined in an area close to the surface by recrystallization so that during the subsequent forging press the locally different loads on the forging block over the pressed length of the forging saddle no longer exist can give rise to cracking.
  • it is necessary to ensure that the deformation is as uniform as possible over the pressed saddle length in order to avoid dead material, ie material with only a low degree of deformation, in this area. This is achieved by radial forging with a degree of deformation that is low enough to avoid cracking but of sufficient size for recrystallization, i.e.
  • the forging punches are driven by the eccentric drives, with the help of which, with a comparatively high stroke frequency, a small compressed saddle length is achieved in comparison to the effective engagement length of the forging tools, so that the flow sheath and thus the dead material in the area of the flow sheath outside the length of the through the forging tool is on a surface that is prone to cracking.
  • the forging block can be subjected to radial forging again after forging with the same forging tools, in that the forging punches are again actuated by the eccentric drives.
  • known forging devices with radially guided forging punches can be used as a basis, each of which has two punch parts that can be radially displaced relative to one another, of which the inner punch part carrying a forging tool is drive-connected to the other outer punch part by a hydraulic cylinder, while the outer punch part is connected by an eccentric drive can be driven.
  • torque motors designed as internal rotors can be provided for driving the eccentric shaft of the eccentric drives, the rotor of which is rotatably mounted on the eccentric shaft or an eccentric shaft extension following a driver flange of the eccentric shaft, with the coupling between the motor and the eccentric shaft preferably being used a driver which is parallel to the eccentric shaft and is mounted in the rotor so that it can be acted upon axially is provided, which engages in a form-fitting manner in a driver receptacle in the driver flange in the coupling position. In the clutch position, the eccentric shaft is thus driven directly by the associated torque motor.
  • the forging punches are only driven in terms of radial forging by the associated eccentric drives with a comparatively small stroke and high stroke frequency.
  • the inner punch parts can be pressed between the inner and outer punch parts by the hydraulic cylinders in the sense of a forging press with a comparatively large stroke and lower 6
  • Stroke frequency are applied.
  • the forging forces are transmitted via the outer punch parts to the eccentric shaft and, via this, to the frame accommodating the forging punches.
  • the latter is advantageously held in the outer dead center position in the uncoupled position.
  • the hydraulic cylinders for driving the inner punch parts are loaded by means of pumps, which are driven by the torque motors.
  • FIG. 2 shows a representation of FIG. 1 corresponding to the engagement of
  • FIG. 3 shows a forging device according to the invention for carrying out the
  • the pressed saddle length S i.e. the length of the surface area pressed by the forging tools 2 per forging stroke, which is susceptible to cracking due to the lack of forming, is compared to the effective engagement length L of the forging tools 2 opposing each other with respect to the forging block 1 is kept small.
  • Forging tools 2 advantageously be provided with an inlet bevel 3 between 6 and 15°. Since the dead material, which is only slightly deformed per forging stroke, is in the area of the flow sheath 4, which is indicated in the schematic representation according to FIGS. 1 and 2 for the sake of simplicity in the middle of the effective engagement length L of the forging tools 2, this area is the 1 outside of the depressed saddle length S, so that a largely uniform deformation of the forging block 1 in an area close to the surface can be ensured if the forging tools 2 are driven at a comparatively high flow frequency in order to maintain these forging conditions. However, the forming must not give rise to cracking in the surface area. For this reason, the degree of deformation must be limited.
  • an accumulated degree of deformation of 0.2 to 1, preferably 0.2 to 0.6, which depends on the initial cross section of the forging block and the dependent number of passes, has proven to be advantageous, namely at a deformation rate between 0.15 and 2 per second.
  • the forging tools 2 are driven hydraulically for forging according to FIG. 2 at a deformation rate of ⁇ 0.6 s_1 , with the cross-sectional reduction per pass being greater than 15%.
  • the forging block 1 can be subjected to a near-surface forging treatment similar to that in FIG. 1 in order to improve the dimensional accuracy and the surface quality.
  • FIG. 3 A forging device that is advantageous for carrying out the forging process according to FIGS. 1 and 2 is shown in FIG. 3, specifically in a detail in the region of one of the forging dies 5, which are arranged opposite one another in pairs with respect to a forging axis and each accommodate a forging tool.
  • the forging die 5, which can be moved radially to the forging axis in a frame 6, consists of two die parts, namely an inner die part 7, which accommodates the forging tool, and an outer die part 8, between which and the inner die part 7 a hydraulic cylinder 9 becomes effective.
  • the arrangement is such that the outer punch part 8 forms a cylinder recess 10 in which the inner punch part 7 engages with a piston section 11 .
  • the space 12 between the piston section 11 and the punch guide 13 is also used as a cylinder space for loading the inner punch part 7 .
  • the outer punch part 8 is driven by an eccentric drive 14, which comprises an eccentric shaft 15 mounted in the frame 6 and a sliding block 16 mounted on the eccentric shaft 15, which is supported with its sliding surface 17 on the end face of the outer punch part 8.
  • the system of the outer punch part 8 on the sliding surface 17 of the sliding block 16 is advantageously ensured by a resilient loading of the outer and the inner punch part 7, 8, preferably with the help of hydraulic springs, which is not shown in detail for reasons of clarity. 9
  • the eccentric drive 14 is driven by a torque motor 19 designed as an internal rotor and flanged to a housing 18 connected to the frame 6 coaxially to the eccentric shaft 15 , the rotor 20 of which is rotatably mounted on an eccentric shaft extension 21 .
  • This eccentric shaft extension 21 is arranged on a driving flange 22 forming a flywheel, between which and the rotor 20 a clutch 23 is provided.
  • a driver 24 is used as the clutch 23 and can be displaced with the aid of an actuating cylinder 25 and engages in a driver receptacle 26 in the driver flange 22 in the coupling position.
  • the torque motor 19 can advantageously drive a hydraulic pump 28 so that when the clutch 23 is released and the torque motor 19 is running, hydraulic medium is available for loading the hydraulic cylinder 9 .
  • this forging device can advantageously be used for sequential processing 10 of a cast forging ingot 1 on the one hand by radial forging and on the other hand by forging in one heat in order to avoid cracking in the surface area during the subsequent forging with the preceding radial forging of the forging ingot 1 close to the surface.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Press Drives And Press Lines (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Warmumformen eines gegossenen Schmiedeblocks (1 ) mithilfe einer Schmiedevorrichtung beschrieben, deren radial geführte Schmiedestempel (5) je zwei gegeneinander radial verlagerbare Stempelteile (7, 8) aufweisen, von denen der ein Schmiedewerkzeug (2) tragende, innere Stempelteil (7) mit dem anderen durch einen Exzentertrieb (14) antreibbaren äußeren Stempelteil (8) durch einen Hydraulikzylinder (9) antriebsverbunden ist. Um vorteilhafte Schmiedebedingungen zu sichern, wird vorgeschlagen, dass der Schmiedeblock (1 ) in einer Hitze zunächst mithilfe der durch den Exzentertrieb (14) angetriebenen Schmiedestempel (5) einer oberflächennahen Schmiedebearbeitung mit einem eine Rissbildung ausschließenden Umformgrad oberhalb des kritischen Umformgrads und dann bei stillgesetzten äußeren Stempelteilen (8) mithilfe der durch die Hydraulikzylinder (9) angetriebenen inneren Stempelteile (7) unter einem Schmiedepressen mit einem Bissverhältnis > 0,5 umgeformt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Schmiedevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

1
Verfahren zum Warmumformen eines gegossenen Schmiedeblocks mithilfe einer
Schmiedevorrichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Warmumformen eines gegossenen Schmiedeblocks mithilfe einer Schmiedevorrichtung, deren radial geführte Schmiedestempel je zwei gegeneinander radial verlagerbare Stempelteile aufweisen, von denen der ein Schmiedewerkzeug tragende, innere Stempelteil mit dem anderen durch einen Exzentertrieb antreibbaren äußeren Stempelteil mittels eines Hydraulikzylinders antriebsverbunden ist.
Stand der Technik
Um das Gussgefüge eines gegossenen Schmiedeblocks in ein weitgehend porenfreies, rekristallisiertes Gefüge umzuwandeln, wird der Schmiedeblock einer Warmumformung durch ein Pressschmieden unterworfen. Durch ein großes Bissverhältnis, also dem Verhältnis der gedrückten Länge des Schmiedesattels zum Durchmesser des Schmiedeblocks vor dem Presshub, soll trotz einer geringen Reduktion eine für die Porenreduktion ausreichende Kernumformung erreicht werden. Aufgrund des großen Bissverhältnisses ergeben sich jedoch erhebliche Unterschiede in Bezug auf den durch den Presshub des Schmiedewerkzeugs bedingten Umformgrad über die gedrückte Länge des Schmiedesattels, was zu Rissbildungen im Oberflächenbereich führt.
Um mit einer Schmiedevorrichtung Werkstücke entweder durch ein Schmiedepressen mit langsamer Umformgeschwindigkeit und hohen Kräften bei einem hohen Bissverhältnis oder durch ein Radialschmieden mit höheren Umformgeschwindigkeiten und kleinen Bissverhältnissen warm umformen zu können, ist es bekannt (WO 2015/118502 A1 , EP 1 093 871 A2), die ein 2
Schmiedewerkzeug aufnehmenden radial zur Schmiedeachse geführten Schmiedestempel aus zwei Stempelteilen zusammenzusetzen, zwischen denen ein Hydraulikzylinder vorgesehen ist. Der äußere der beiden Stempelteile wird durch einen Exzentertrieb angetrieben, der bei gesperrtem Hydraulikzylinder zwischen den beiden Stempelteilen den inneren, ein Schmiedewerkzeug aufnehmenden Stempelteil im Sinne eines Radialschmiedens mit vergleichsweise hoher Schlagzahl antreibt. Wird jedoch der äußere Stempelteil von seinem Exzentertrieb abgekoppelt und verschiebefest gehalten, so kann durch eine Beaufschlagung des Hydraulikzylinders zwischen den beiden Stempelteilen der innere Stempelteil bei festgehaltenem äußeren Stempelteil im Sinne eines Pressschmiedens angetrieben werden. Die Abkopplung des oberen Stempelteils vom Exzentertrieb kann durch einen in einem Klemmspalt zwischen Stempelführung und äußerem Stempelteil verlagerbaren Klemmkeil erfolgen (WO 2015/118502 A1 ), der den äußeren Stempelteil gegenüber einem Schmiedehub abstützt. Es ist aber auch möglich (EP 1 093871 A2), in den Antriebsstrang zwischen dem Exzenter und dem für den Exzentertrieb vorgesehenen Elektromotor eine Schaltkupplung vorzusehen, sodass bei einer Entkopplung Kräfte vom äußeren Stempelteil über den Exzenter auf die Exzenterwellenlagerung ohne Drehmomentbelastung des Exzenters abgetragen werden können, wenn sich der Exzenter vorzugsweise in der äußeren Totpunktlage befindet.
Unabhängig von der Art der Abkopplung des äußeren Stempelteils vom Exzenterantrieb bleibt die Schwierigkeit beim Schmiedepressen bestehen, dass bei einem Bissverhältnis >0,5, wie es zur Gefügebeeinflussung im Kernbereich des Schmiedeblocks erforderlich ist (EP 1 747076 B1), eine ungleichmäßigen Belastung von Oberflächenbereichen über die gedrückte Länge des Schmiedesattels unvermeidbar ist, was die Gefahr von Rissbildungen im Oberflächenbereich mit sich bringt.
Zur Vermeidung von Rissbildungen trotz einer guten Durchschmiedung des Kernbereichs eines Schmiedeblocks, wurde ein Schmiedeverfahren vorgeschlagen (EP 0255635 A2), bei dem das Werkstück vor dem jeweiligen 3
Schmiedehub zwischen einem oberen und einem unteren Sattel der Schmiedepresse in Werkstückstreckrichtung jeweils nur so weit versetzt bzw. verschoben wird, dass der Bissrand des jeweils vorhergehenden Bisses am Werkstück innerhalb der Sattelränder zu liegen kommt. Dies bedeutet, dass sich die gedrückte Sattellänge und damit auch das Bissverhältnis mit jedem unter einem Bissversatz vorgenommenen Schmiededurchlauf verringert, sodass ein von einem größten Bissverhältnis ausgehendes Schmiedeverfahren mit stufenweise abnehmenden Bissverhältnissen vorliegt, was insbesondere im Bereich des größten Bissverhältnisses zu einer ungleichmäßigen Belastung von Oberflächenbereichen über die gedrückte Länge des Schmiedesattels und damit zur Gefahr von Rissbildungen im Oberflächenbereich führt.
Bei einer Presse mit einem Exzentertrieb ist es bekannt (DE 102015222995 A1), die Exzenterwelle an einem Ende mit einem durch einen Schwungradmotor antreibbaren Schwungrad zu versehen, das mithilfe einer Kupplung lösbar an die Exzenterwelle ankoppelbar ist. Am gegenüberliegenden Ende ist die
Exzenterwelle dauerhaft mit einem Torquemotor verbunden, der die Exzenterwelle für den Presshub auf die Drehzahl des Schwungrads beschleunigt, bevor das Schwungrad für den Presshub an die Exzenterwelle angekoppelt wird. Durch das Zusammenwirken des Schwungradmotors und des Torquemotors kann der Bauraum für den Presshubantrieb vergleichsweise klein gehalten werden. Ein solcher Exzenterwellenantrieb eignet sich allerdings wenig für den äußeren Stempelteil der gegeneinander radial verlagerbaren Stempelteile einer Schmiedevorrichtung, deren ein Schmiedewerkzeug tragender, innerer Stempelteil durch einen Hydraulikzylinder mit dem äußeren Stempelteil antriebsverbunden ist. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Warmumformen eines gegossenen Schmiedeblocks durch ein Schmiedepressen so auszugestalten, dass trotz einer vorteilhaften Einflussnahme auf die Gefügestruktur im Kernbereich des Schmiedeblocks Rissbildungen im Oberflächenbereich weitgehend ausgeschlossen werden können. 4
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Schmiedeblock in einer Hitze zunächst mithilfe der durch den Exzentertrieb angetriebenen Schmiedestempel einer oberflächennahen Schmiedebearbeitung mit einem eine Rissbildung ausschließenden Umformgrad oberhalb des kritischen Umformgrads und dann bei stillgesetzten äußeren Stempelteilen mithilfe der durch die Hydraulikzylinder angetriebenen inneren Stempelteile unter einem Schmiedepressen mit einem Bissverhältnis > 0, 5 umgeformt wird.
Durch eine erfindungsgemäße, dem Schmiedepressen vorausgehende Schmiedebearbeitung des Schmiedeblocks je nach dessen Ausgangsquerschnitt in einem oder mehreren Stichen soll das Gussgefüge in einem oberflächennahen Bereich durch Rekristallisation so verfeinert werden, dass beim nachfolgenden Schmiedepressen die örtlich unterschiedlichen Belastungen des Schmiedeblocks über die gedrückte Länge des Schmiedesattels nicht mehr Anlass zu einer Rissbildung geben können. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, eine möglichst gleichförmige Umformung über die gedrückte Sattellänge sicherzustellen, um in diesem Bereich Totmaterial, also Material mit einem nur geringen Umformgrad, zu vermeiden. Dies gelingt durch ein Radialschmieden mit einem Umformgrad, der niedrig genug ist, um Rissbildungen zu vermeiden, aber eine ausreichende Größe für eine Rekristallisation aufweist, also oberhalb des kritischen Umformgrads liegt, der die Mindestumformung zur Bereitstellung ausreichender Rekristallisationskeime für eine Rekristallisation angibt. Die Schmiedestempel werden zu diesem Zweck durch die Exzentertriebe angetrieben, mit deren Hilfe bei einer vergleichsweise hohen Hubfrequenz eine im Vergleich zur wirksamen Eingriffslänge der Schmiedewerkzeuge geringe gedrückte Sattellänge erreicht wird, sodass sich die Fließscheide und damit das Totmaterial im Bereich der Fließscheide außerhalb der Länge der durch das Schmiedewerkzeug gedrückten, rissanfälligen Oberfläche befindet.
In der darauffolgenden Bearbeitung des Schmiedeblocks mit denselben Schmiedewerkzeugen, die jedoch nunmehr im Sinne eines Schmiedepressens mit einem großen Bissverhältnis >0, 5 hydraulisch betätigt werden, kann eine bis in 5 den Kern des Schmiedeblocks wirksame Gefügeverbesserung erreicht werden, allerdings nur, wenn dieses Schmiedepressen in der gleichen Hitze erfolgt, um ein Kornwachstum durch eine Wiedererwärmung und damit ein Ansteigen der Rissgefahr zu vermeiden.
Zur Verbesserung der Oberflächenqualität kann der Schmiedeblock nach dem Schmiedepressen abermals einem Radialschmieden mit denselben Schmiedewerkzeugen unterworfen werden, indem die Schmiedestempel wieder durch die Exzentertriebe betätigt werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schmiedeverfahrens kann von bekannten Schmiedevorrichtungen mit radial geführten Schmiedestempeln ausgegangen werden, die je zwei gegeneinander radial verlagerbare Stempelteile aufweisen, von denen der ein Schmiedewerkzeug tragende, innere Stempelteil durch einen Hydraulikzylinder mit dem anderen äußeren Stempelteil antriebsverbunden ist, während der äußere Stempelteil durch einen Exzentertrieb antreibbar ist. Um einfache Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, können für den Antrieb der Exzenterwelle der Exzentertriebe als Innenläufer ausgebildete Torquemotoren vorgesehen werden, deren Rotor im Anschluss an einen Mitnehmerflansch der Exzenterwelle auf der Exzenterwelle oder einem Exzenterwellenfortsatz drehbar gelagert ist, wobei zur Kupplung zwischen dem Motor und der Exzenterwelle vorzugsweise ein zur Exzenterwelle paralleler, im Rotor axial beaufschlagbar gelagerter Mitnehmer vorgesehen ist, der in der Kupplungsstellung in eine Mitnehmeraufnahme im Mitnehmerflansch formschlüssig eingreift. In der Kupplungsstellung wird somit die Exzenterwelle unmittelbar durch den zugehörigen Torquemotor angetrieben. Da in diesem Fall der Hydraulikzylinder zwischen dem inneren und dem äußeren Stempelteil gesperrt ist, werden die Schmiedestempel lediglich im Sinne eines Radialschmiedens durch die zugehörigen Exzentertriebe mit vergleichsweise kleinem Hub und hoher Hubfrequenz angetrieben. Zum Unterschied dazu können die inneren Stempelteile bei entkoppelten Exzentertrieben durch die Hydraulikzylinder zwischen den inneren und äußeren Stempelteilen im Sinne eines Schmiedepressens mit vergleichsweise großem Hub und niedriger 6
Hubfrequenz beaufschlagt werden. Die Schmiedekräfte werden dabei über die äußeren Stempelteile auf die Exzenterwelle und über diese auf das die Schmiedestempel aufnehmende Gestell übertragen. Zur Vermeidung von dadurch bedingten Drehmomenten auf die Exzenterwelle wird diese in der entkuppelten Stellung vorteilhaft in der äußeren Totpunktlage festgehalten. Die Beaufschlagung der Hydraulikzylinder zum Antrieb der inneren Stempelteile erfolgt mittels Pumpen, die durch die Torquemotoren angetrieben werden.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Eingriffs der durch einen Exzentertrieb angetriebenen Schmiedewerkzeuge zur oberflächennahen Schmiedebearbeitung,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung des Eingriffs der
Schmiedewerkzeuge während des Pressschmiedens mithilfe der hydraulisch betätigten Schmiedestempel und Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schmiedevorrichtung zur Durchführung des
Schmiedeverfahrens ausschnittsweise im Bereich eines Schmiedestempels in einem schematischen Schnitt entlang der Exzenterwelle des Exzentertriebs.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Um eine Schmiedebearbeitung eines gegossenen Schmiedeblocks 1 im Sinne einer möglichst gleichmäßigen Rekristallisation des Gussgefüges in einem oberflächennahen Bereich zu ermöglichen, wird die gedrückte Sattellänge S, also die Länge des von den Schmiedewerkzeugen 2 je Schmiedehub gedrückten, wegen der noch fehlenden Umformung rissanfälligen Oberflächenbereichs, im Vergleich zu der wirksamen Eingriffslänge L der einander in Bezug auf den Schmiedeblock 1 gegenüberliegenden Schmiedewerkezuge 2 klein gehalten. Zur Vermeidung großer Unterschiede zwischen örtlichen Umformgraden können die 7
Schmiedewerkzeuge 2 vorteilhaft mit einer Einlaufschräge 3 zwischen 6 und 15° versehen sein. Da sich das je Schmiedehub einer nur geringen Umformung unterliegende Totmaterial im Bereich der Fließscheide 4 befindet, die in der schematischen Darstellung nach den Fig. 1 und 2 der Einfachheit halber in der Mitte der wirksamen Eingriffslänge L der Schmiedewerkzeuge 2 angedeutet ist, liegt dieser Bereich der geringen Umformung bei den in der Fig. 1 dargestellten Schmiedeverhältnissen außerhalb der gedrückten Sattellänge S, sodass eine weitgehend gleichmäßige Umformung des Schmiedeblocks 1 in einem oberflächennahen Bereich sichergestellt werden kann, wenn zur Einhaltung dieser Schmiedeverhältnisse die Schmiedewerkzeuge 2 mit einer vergleichsweise hohen Flubfrequenz angetrieben werden. Die Umformung darf jedoch nicht Anlass zu einer Rissbildung im Oberflächenbereich führen. Aus diesem Grund ist der Umformgrad zu beschränken. Für stählerne Werkstoffe hat sich ein vom Ausgangsquerschnitt des Schmiedeblocks und der davon abhängigen Stichanzahl abhängiger, akkumulierter Umformgrad von 0,2 bis 1 , vorzugsweise 0,2 bis 0,6, als vorteilhaft erwiesen, und zwar bei einer Umformgeschwindigkeit zwischen 0,15 und 2 je Sekunde. Der akkumulierte Umformgrad cp = [2/3(cph2 + fi2 + cpb2)]1/2 ergibt sich aus den logarithmischen Umformgraden, die durch die logarithmischen Verhältnisse der Abmessungen nach und vor der Umformung in der Flöhe h, der Länge I und der Breite b des Schmiedeblocks 1 bestimmt werden [cph = ln(hi/ho), fi = ln(h/lo), cpb = ln(bi/bo)].
Nach dieser Vorumformung im Oberflächenbereich kann der Schmiedeblock 1 in derselben Flitze der eigentlichen Umformung zur Verdichtung und Gefügeverbesserung bis in den Kernbereich durch ein Schmiedepressen unterworfen werden, und zwar mit denselben Schmiedewerkzeugen 2, die jedoch unter Bedingungen eines Schmiedepressens mit einem Bissverhältnis B = S/ho >0,5 eingesetzt werden, wie dies in der Fig. 2 veranschaulicht ist. Aufgrund des großen Bissverhältnisses wirken bei einer entsprechenden Querschnittsreduzierung die Umformungen bis in den Kern des Schmiedeblocks 1 , wobei in Kauf genommen werden muss, dass die Fließscheide 4 innerhalb der gedrückten Sattellänge S zu liegen kommt. Die dadurch im Oberflächenbereich ungleichförmige Umformung spielt jedoch hinsichtlich der Rissbildung keine Rolle, 8 weil in diesen oberflächennahen Bereichen bereits eine Rekristallisation stattgefunden hat, die eine bei größeren Kornstrukturen auftretende Rissbildung verhindert. Die Schmiedewerkzeuge 2 werden zum Schmiedepressen gemäß der Fig. 2 mit einer Umformgeschwindigkeit < 0,6 s_1 hydraulisch angetrieben, wobei die Querschnittsreduktion je Durchgang größer als 15 % sein soll.
Im Anschluss an das Schmiedepressen kann der Schmiedeblock 1 einer der Fig. 1 ähnlichen oberflächennahen Schmiedebearbeitung unterworfen werden, um die Maßhaltigkeit und die Oberflächengüte zu verbessern.
Eine zur Durchführung des Schmiedeverfahrens gemäß den Fig. 1 und 2 vorteilhafte Schmiedevorrichtung ist in der Fig. 3 dargestellt, und zwar ausschnittsweise im Bereich eines der einander paarweise bezüglich einer Schmiedeachse gegenüberliegenden Schmiedestempel 5, die je ein Schmiedewerkzeug aufnehmen. Der radial zur Schmiedeachse in einem Gestell 6 verschiebbar geführte Schmiedestempel 5 setzt sich aus zwei Stempelteilen, nämlich einem inneren, das Schmiedewerkzeug aufnehmenden Stempelteil 7und einem äußeren Stempelteil 8 zusammen, zwischen dem und dem inneren Stempelteil 7 ein Hydraulikzylinder 9 wirksam wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass der äußere Stempelteil 8 eine Zylinderaussparung 10 bildet, in die der innere Stempelteil 7 mit einem Kolbenabschnitt 11 eingreift. Der Raum 12 zwischen dem Kolbenabschnitt 11 und der Stempelführung 13 wird dabei ebenfalls als Zylinderraum zur Beaufschlagung des inneren Stempelteils 7 genützt.
Zum Antrieb des äußeren Stempelteils 8 dient ein Exzentertrieb 14, der eine im Gestell 6 gelagerte Exzenterwelle 15 und einen auf der Exzenterwelle 15 gelagerten Gleitstein 16 umfasst, der mit seiner Gleitfläche 17 auf der Stirnseite des äußeren Stempelteils 8 abgestützt ist. Die Anlage des äußeren Stempelteils 8 an der Gleitfläche 17 des Gleitsteins 16 wird vorteilhaft durch eine federnde Beaufschlagung des äußeren bzw. des inneren Stempelteils 7, 8 sichergestellt, vorzugsweise mithilfe hydraulischer Federn, was jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht näher dargestellt ist. 9
Zum Antrieb des Exzentertriebs 14 dient ein als Innenläufer ausgebildeter, an einem mit dem Gestell 6 verbundenen Gehäuse 18 koaxial zur Exzenterwelle 15 angeflanschter Torquemotor 19, dessen Rotor 20 auf einem Exzenterwellenfortsatz 21 drehbar gelagert ist. Dieser Exzenterwellenfortsatz 21 ist auf einem ein Schwungrad bildenden Mitnehmerflansch 22 angeordnet, zwischen dem und dem Rotor 20 eine Kupplung 23 vorgesehen ist. Als Kupplung 23 dient ein Mitnehmer 24, der mithilfe eines Stellzylinders 25 verlagerbar ist und in der Kupplungsstellung in eine Mitnehmeraufnahme 26 im Mitnehmerflansch 22 eingreift.
In der gekuppelten Eingriffsstellung wird somit der Mitnehmerflansch 22 und die Exzenterwelle 15 durch den Torquemotor 19 angetrieben, sodass der Schmiedestempel 5 mit einer vergleichsweise hohen Frequenz angetrieben wird, weil ja durch den gesperrten Hydraulikzylinder 9 die beiden Stempelteile 7, 8 starr miteinander antriebsverbunden sind. Wird hingegen die Kupplung 23 gelöst und der Exzentertrieb 14 in der gezeichneten äußeren Totpunktlage festgehalten, so bildet der Gleitstein 16 ein festes Widerlager für den äußeren Stempelteil 8 mit der Folge, dass der innere Stempelteil 7 durch den Hydraulikzylinder 9 zwischen den beiden Stempelteilen 7, 8 unabhängig vom Exzentertrieb 14 zu Presshüben gemäß der Fig. 2 beaufschlagt werden kann. Um die auftretenden Schmiedekräfte besser auf das Gestell 6 übertragen zu können, kann in der äußeren Totpunktlage des Exzentertriebs 14 ein zusätzliches Widerlager 27 für den Gleitstein 16 vorgesehen werden.
Wie die Fig. 3 zeigt, kann der Torquemotor 19 vorteilhaft eine Hydraulikpumpe 28 antreiben, sodass bei gelöster Kupplung 23 und fortlaufendem Torquemotor 19 Hydraulikmittel zur Beaufschlagung des Hydraulikzylinders 9 zur Verfügung steht.
Da eine Schmiedevorrichtung gemäß der Fig. 3 in einfacherWeise von einem Antrieb der Schmiedestempel 5 durch Exzentertriebe 14 für ein übliches Radialschmieden auf einen für ein Schmiedepressen ausgelegten, hydraulischen Antrieb mittels Hydraulikzylinder 9 umgeschaltet werden kann, kann diese Schmiedevorrichtung in vorteilhafter weise zum aufeinanderfolgenden Bearbeiten 10 eines gegossenen Schmiedeblocks 1 einerseits durch ein Radialschmieden und anderseits durch ein Schmiedepressen in einer Hitze eingesetzt werden, um mit dem vorausgehenden oberflächennahen Radialschmieden des Schmiedeblocks 1 eine Rissbildung im Oberflächenbereich während des nachfolgenden Schmiedepressens zu vermeiden.

Claims

11 Patentansprüche
1. Verfahren zum Warmumformen eines gegossenen Schmiedeblocks (1 ) mithilfe einer Schmiedevorrichtung, deren radial geführte Schmiedestempel (5) je zwei gegeneinander radial verlagerbare Stempelteile (7, 8) aufweisen, von denen der ein Schmiedewerkzeug (2) tragende, innere Stempelteil (7) mit dem anderen durch einen Exzentertrieb (14) antreibbaren äußeren Stempelteil (8) durch einen Hydraulikzylinder (9) antriebsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiedeblock (1) in einer Hitze zunächst mithilfe der durch den Exzentertrieb (14) angetriebenen Schmiedestempel (5) einer oberflächennahen Schmiedebearbeitung mit einem eine Rissbildung ausschließenden Umformgrad oberhalb des kritischen Umformgrads und dann bei stillgesetzten äußeren Stempelteilen (8) mithilfe der durch die Hydraulikzylinder (9) angetriebenen inneren Stempelteile (7) unter einem Schmiedepressen mit einem Bissverhältnis > 0,5 umgeformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiedeblock (1) nach dem Schmiedepressen mithilfe der durch den Exzentertrieb (14) angetriebenen Schmiedestempel (5) einer Nachbearbeitung unterworfen wird.
3. Schmiedevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit radial geführten Schmiedestempeln (5), die je zwei gegeneinander radial verlagerbare Stempelteile (7, 8) aufweisen, von denen der ein Schmiedewerkzeug (2) tragende, innere Stempelteil (7) durch einen Hydraulikzylinder (9) mit dem anderen äußeren Stempelteil (8) antriebsverbunden ist, mit einem den äußeren Stempelteil (8) antreibbaren Exzentertrieb (14), dessen Exzenterwelle (15) über eine Kupplung (23) an einen Elektromotor angeschlossen ist, und mit einer vom Elektromotor antreibbaren Pumpe (28) zur Beaufschlagung des Hydraulikzylinders (9) zwischen den inneren und äußeren Stempelteilen (7,
8), dadurch gekennzeichnet, dass als Elektromotor ein zur Exzenterwelle (15) koaxialer, als Innenläufer ausgebildeter Torquemotor (19) vorgesehen ist, dessen 12
Rotor (20) im Anschluss an einen Mitnehmerflansch (22) der Exzenterwelle (15) auf der Exzenterwelle (15) oder einem Exzenterwellenfortsatz (21) drehbar gelagert ist, und dass die Kupplung (23) zwischen dem Rotor (20) und dem Mitnehmerflansch (22) angeordnet ist.
4. Schmiedevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kupplung (23) einen zur Exzenterwelle (15) parallelen, im Rotor (20) axial beaufschlagbar gelagerten Mitnehmer (24) aufweist, der in der Kupplungsstellung in eine Mitnehmeraufnahme (26) im Mitnehmerflansch (22) formschlüssig eingreift.
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