WO2013121328A1 - Umgeformtes buchsenartiges teil und verfahren sowie vorrichtung zu seiner herstellung - Google Patents

Umgeformtes buchsenartiges teil und verfahren sowie vorrichtung zu seiner herstellung Download PDF

Info

Publication number
WO2013121328A1
WO2013121328A1 PCT/IB2013/051015 IB2013051015W WO2013121328A1 WO 2013121328 A1 WO2013121328 A1 WO 2013121328A1 IB 2013051015 W IB2013051015 W IB 2013051015W WO 2013121328 A1 WO2013121328 A1 WO 2013121328A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
forging
bush
wall
mandrel
piston
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/IB2013/051015
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Körner
Peter Kolbe
Ernst-Peter Schmitz
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.)
Gesenkschmiede Schneider GmbH
Original Assignee
Gesenkschmiede Schneider 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 Gesenkschmiede Schneider GmbH filed Critical Gesenkschmiede Schneider GmbH
Publication of WO2013121328A1 publication Critical patent/WO2013121328A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/18—Making machine elements pistons or plungers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/02—Dies or mountings therefor
    • B21J13/025—Dies with parts moving along auxiliary lateral directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K21/00—Making hollow articles not covered by a single preceding sub-group
    • B21K21/02—Producing blanks in the shape of discs or cups as semifinished articles for making hollow articles, e.g. to be deep-drawn or extruded

Definitions

  • the invention relates to a reshaped sleeve-like part, an apparatus and a method for its production.
  • Bushing-like forming parts such as bearing bushes, pump punches, hydraulic pistons, piston skirting of pistons for internal combustion engines, are often produced as forgings from forgeable non-ferrous metals, such as bronzes, brass, light metal alloys, but also a variety of iron alloys. Blanks are at least partially - usually warm - transformed to solidify the forged areas - for example, forged. Such bushings are used for a variety of applications, so that the invention is by no means limited to the production of forged steel bushings, although it will be explained in more detail below with reference to bushings, which are particularly suitable for pistons for internal combustion engines.
  • a sleeve is understood as meaning a hollow component which is essentially annular in cross-section and has a closed, circular end.
  • metal bushings are generally drilled with uniform wall thickness of solid material or reshaped - for example, forged.
  • Many forged or obtained by hydroforming or rotary swaging bushings have the advantage of work hardening of the material.
  • a solid blank is in one or more engravings of forms - eg. Schmiedegesenken - introduced (eg. Vorgravur and finished engraving) to high degrees of deformation of greater than 6 and more depending on the material. to be able to realize.
  • forms - eg. Schmiedegesenken - introduced eg. Vorgravur and finished engraving
  • Vorgravur and finished engraving e.g. Vorgravur and finished engraving
  • a forming step such as a calibration step in a forging mold, must take place to maintain shape fidelity.
  • the object is achieved by a jack having the features of claim 1. Furthermore, the invention also relates to a process for their preparation and an apparatus therefor.
  • the weight saving achieved by this embodiment is particularly in the use of the jacks in mobile applications (large engines, Vehicles, vehicles of all kinds) are important and for reasons of ambition desirable. But it also allows a better acceleration of the piston itself, if they are parts of engine pistons. By forging in the reduced wall area can still be achieved a good and sufficient mechanical strength of the socket walls for most applications.
  • the mold according to the invention can also be achieved by other forming processes, which ensure solidification in the wall region of the bushing, as by hydroforming or rotary swaging over a mandrel.
  • a reshaped sleeve-like part which: a bottom (10); a wall (30) which adjoins the bottom and thus has a wall section of reduced outside diameter (30) and an opening section (20), wherein the wall (30) is work-hardened and has a fiber path which is substantially parallel to the outside contour. Due to the strain hardening, it is possible to realize low wall thicknesses despite satisfactory mechanical and thermal load capacity of the walls. In particular, this also consumption savings achieved in running pistons in engines of any kind, since there is a greatly reduced friction surface against the bushing wall and less friction energy is overcome.
  • the socket-like part comprises a wrought alloy-but it can also consist of several layers-for example, the interior of the part may be made of a different material (for example a plain bearing metal) than the exterior of the bush-like part, with both layers then being deformed together become.
  • the at least one wrought alloy is selected from titanium, aluminum, magnesium, iron, bronze, brass alloys.
  • a material has been selected from the group consisting of 42CrMo4, precipitation-hardening steels, proven high chromium steels, but also aluminum alloys etc. are used
  • a common use of sleeve-like parts according to the invention is as a piston lower part of an internal combustion engine or bearing bush. In bushings comes to fruition that this takes most of the load a bushing in the bottom area of the socket and in the opening area - the intermediate wall is less loaded and therefore usually does not have the same mechanical strength.
  • a multilayer material can be co-formed to join the layers of material.
  • a harder outer socket can be made with a bearing metal inner wall.
  • two sleeve-like blanks can be arranged one inside the other and then forged together to form the final shape.
  • the two materials can already be joined together by soldering, welding or mechanically, so that the soldered composite is then converted to the final shape.
  • an inner layer can be formed with better storage properties, whereby the complex glaze of bearing metal or spray coating can be avoided.
  • a shirt length between 40 mm and 200 mm; preferably 60-85 mm and a wall thickness between 3 mm and 12 mm, wherein in the region of reduced thickness, a wall thickness between 3 - 5 mm is set, be achieved with steel as a forging material.
  • a method according to the invention for producing a bushing reduces the thickness of the bushing walls at least partially by a transversely acting forming tool in a predetermined range while the inner diameter is kept constant by a support.
  • the socket is forged in a forging tool in the usual way, which has transversely to the main forging actuable tools.
  • An embodiment of a plant for producing a bush-like component according to the invention has a piston-die forged with a split piston-bottom engraving, which has cross-calibration tools which can be actuated transversely to the main axis of the die.
  • an apparatus for single-stage forging female engine piston bottoms may be a form for forging a preform into a finished female forged part in a single forging step.
  • mandrels C and B and the transverse tool D can enter during forging in the mold ring A with therein Vorpressling and so the same schmiedeumformen and by the actuators C and B actu Baren ejector G, H the forging is subsequently demoldable include.
  • the device according to the invention it is possible to achieve in a few forming steps, preferably a forging step, sleeve-like parts of small wall thickness and weight, with long bushing wall with good mold filling capacity and a long tool life of starting material.
  • the temperature control is a major concern when forming warm parts. It is important that the temperature of the hot formed part is removed quickly and as evenly as possible in the mold so that strain hardening of the new shape occurs and distortion of the part is avoided by uncontrolled temperature stresses during cooling outside the mold.
  • the inner mandrel B which due to the fact that it has a lot of material and is arranged in the interior of the tool, thermally to slower cooling than the other tool components tends to cool.
  • cooling channels for cooling fluid such as liquids or gases, can be provided. Depending on the size ratios of the mold used and the heat capacity of the materials such cooling is useful.
  • a special feature of the invention lies in the interaction of the lifting and extraction unit. Characterized in that in the engraving of the upper mandrel C a negative extension cone alpha is provided, the forging is lifted safely out of the tool. A sliding back of the forging blank in the blacksmith form prevents the lower ejector H, which is actuated by the clamping foot E. The interaction of the upper and lower ejector can avoid deep ejector marks and distortions due to one-sided force.
  • At least one mold inner wall is coated with lubricant / release agent before inserting the preform, whereby the material flow is promoted and the removal of the forged part is simplified.
  • a typical sleeve-shaped forged part according to the invention for example of 42CRMo4, precipitation-hardening steels, high chromium steels, which is particularly suitable as engine pistons for internal combustion engines, has a shirt length between 60 mm and 160 mm and a wall thickness between 3 mm and 12 mm.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment according to the invention bush-shaped formed sleeve
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the embodiment of FIG. 1 with a reduced wall area
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a further embodiment of a bush according to the invention
  • FIG. 5 shows a forging mold for producing a sleeve-like piston part produced according to the invention
  • Fig. 6 is an inventively produced piston base with partially reduced Kolbenhemddicke.
  • a sleeve-shaped forging produced according to the invention is shown schematically.
  • the bottom 10 the adjoining socket wall 30 with the reduced wall portion 32 and the opening portion 20 can be seen.
  • the fiber course is shown schematically in FIG. 4.
  • the uninterrupted fiber flow parallel to the outer walls which ensures the best mechanical properties and is a prerequisite for the good properties of the novel female-like part, can be seen.
  • longitudinal sections are shown by bush-like forged parts, from which it is apparent that the wall reduction can be done very differently depending on the stability requirements of the wall.
  • an embodiment is shown in which in the bottom region of the wall and in its opening portion 20 mechanical stress takes place - such as in bushings - while in Fig. 2, an embodiment is shown in which mainly the opening portion 20 of the socket wall 30 loaded becomes.
  • a method according to the invention which is suitable for producing such a piston 10 is carried out with a molding tool of FIG. 4.
  • the tool has an upper mandrel C, the special design greatly simplifies the forming of a blank in one step. 4, a cross section through the upper mandrel C is shown. Through the upper mandrel C, an upper ejector G can be extended, which can remove a located in the engraving molding. It may also make sense to use a negative die angle alpha in the engraving of the upper mandrel C for ejection by the ejector G after completion of the stroke, the so-called pull-out angle.
  • the lower die of the forging die forming the engraving for forging the female part together with the upper die mandrel is formed by the lower die mandrel B and the outer die ring A with cross tool D, between which the female wall is formed in desired length and thickness ,
  • the lower mandrel B is designed to pass through a lower die
  • Feet E can be actuated, relative to the outer mold ring A is movable and thus facilitates removal of the forging from the lower tool by avoiding sliding back of the blacksmith blank.
  • the combination of upper and lower ejector H, G decreases Ejector marks in the molding as well as forgings by a good force distribution during ejection.
  • the ring-like mandrel receptacle F supports the circumference of the upper mandrel C and forms with it the upper part of the mold.
  • the forging tool is completed by the clamping foot E, which supports the lower forming mandrel and allows movement of the lower mandrel B by the ejector H running in it.
  • An inventive method for forging the sleeve-like forging is as follows: A pre-compressed pre-compact is supplied by a machine heated to forming temperature and placed in the open forging between the retracted upper mandrel C and lower mandrel B in the outer mold ring A. This can be done when both ejectors are withdrawn. Thereafter, the mold is closed in a forging stroke, whereby the two mandrels are moved toward each other, the pre-press pressed against the Formgravur cleanse and reshaped. In a further stroke, or simultaneously with it, the transverse tools drive on the piston wall and forge these to the desired shape with reduced diameter.
  • the mold may be conventionally cyclically pre-coated with mold release agents as are well known in the art and known to those skilled in the art.
  • Gas pressures in the mold can be dissipated by conventional venting measures, such as vent holes I, thereby also removing lubricants and their residues.
  • vent holes I vent holes
  • the arrangement of the vent hole is by no means limited to the lower mandrel and may be varied according to the requirements as will be apparent to those skilled in the art.
  • FIG. 6 shows a piston 1 10 produced according to the invention for internal combustion engines with a partially reduced piston skirt thickness.
  • piston for internal combustion engines made of 42CrMo4 steel has the following dimensions: the length of the piston skirt 1 14 is at least about 0.5 times the Kolbenaussen pressmessers, about 135 mm. The thickness of the piston side wall 1 11 is in the range of about 1/6 tel of the Kolbenaussen matmessers.
  • the piston skirt length is from 60 to 85 mm
  • the shell side wall thickness is from 6 to 10 mm
  • the piston outside diameter is from 15 to 140 mm.
  • piston 1 10 for marine engines or drive motors for energy production plants depending on the material other dimensions are common, as known to those skilled in the art.
  • the special wall thicknesses depend heavily on the material used and the tasks of the piston.
  • mandrel cooling it must be used prior to ejecting the molded part to obtain the reshaped geometry.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)

Description

Umgeformtes buchsenartiges Teil und Verfahren sowie Vorrichtung zu seiner
Herstellung
Die Erfindung betrifft ein umgeformtes buchsenartiges Teil, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Buchsenartige Umformteile, wie Lagerbuchsen, Pumpenstempel, Hydraulikkolben, Kolbenhemden von Kolben für Verbrennungsmotoren, werden häufig als Schmiedeteile aus schmiedefähigen Nichteisenmetallen, wie Bronzen, Messing, Leichtmetall-Legierungen, aber auch den verschiedensten Eisenlegierungen, hergestellt. Rohlinge werden zumindest teilweise - meist warm - unter Verfestigung der geschmiedeten Bereiche umgeformt - bspw. geschmiedet. Derartige Buchsen sind für verschiedenste Anwendungen gebrächlich, sodass die Erfindung keineswegs auf die Herstellung von geschmiedeten Stahlbuchsen eingeschränkt ist, obwohl sie nachfolgend anhand von Buchsen, die sich insbesondere für Kolben für Verbrennungsmaschinen eignen, näher erläutert wird.
Unter Buchse wird in diesem Zusammenhang ein hohles, im Querschnitt im wesentlichen ringförmiges Bauteil mit einem geschlossenen, kreisförmigen Ende verstanden.
Bisher werden Metall-Buchsen allgemein mit gleichmässiger Wandstärke aus Vollmaterial gebohrt oder umgeformt - bspw. geschmiedet. Dabei haben viele geschmiedete oder auch durch Innenhochdruckumform-Verfahren oder Rundkneten erhaltene Buchsen den Vorteil der Kaltverfestigung des Materials.
Üblicherweise wird dabei ein Vollmaterial-Rohling in eine oder mehrere Gravuren von Formen - bspw. Schmiedegesenken - eingebracht (bspw. Vorgravur und Fertiggravur), um auch hohe Umformgrade von grösser 6 und mehr abhängig vom Material. verwirklichen zu können. Beim Rundkneten wird über einen Dorn geknetet, welcher die innenform stabil hält. Allerdings muss nach dem Rundkneten ein Formschritt, wie ein Kalibrierschritt in einer Schmiedeform, stattfinden, um Formtreue zu erhalten.
Da bspw. Kolben für Hydraulikpumpen oder Verbrennungsmotoren einen hohen Umformgrad erfordern, wird zur Füllung der Gravurteile auch häufig mit Gratpolster gearbeitet. Dadurch werden die langen Fließwege des zu schmiedenden Materials gleichmäßig auf die Umformstufen verteilt.
In Anbetracht der generell ständig steigenden Anforderungen an leichte Bauteile und/oder solche mit geringem Materialverbrauch ist es Aufgabe der Erfindung, Buchsen für die o.g. Einsatzgebiete zu schaffen, die leichter sind und weniger Material verwenden.
Die Aufgabe wird durch eine Buchse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie eine Vorrichtung dafür.
Dadurch, dass die Wandstärke durch einen Umformvorgang, wie Schmieden, zwischen Buchsenboden und Buchsenöffnung bei unveränderter innerer Weite reduziert wird, kann eine erhebliche Materialersparnis erzielt werden.
Diese Teile haben, falls sie als Kolben in Motoren laufen, noch dazu eine verringerte Reibung gegen die Laufbuchse bzw. die Zylinderbohrung, da eine geringere Kontakt-Aussenwandfläche - bspw. an einer Zylinderbohrung - anliegt. Somit kann eine Verbrauchsverringerung erzielt werden. Da sie eine geringere Wärmekapazität haben, als bekannte Teile, wird weniger Wärme aufgenommen, die dissipiert werden muss. Dies ist insbesondere bei Gleitlagerbuchsen vorteilhaft.
Die Gewichtsersparnis, die durch diese Ausführungsform erzielt wird, ist besonders beim Einsatz der Buchsen in mobilen Anwendungen (Grossmotoren, Fahrzeuge, Kraftfahrzeuge aller Art) wichtig und aus Umweitgründen erstrebenswert. Sie ermöglicht aber auch eine bessere Beschleunigung der Kolben selbst, falls sie Teile von Motorkolben sind. Durch die Schmiedeverfestigung im verringerten Wandbereich kann dennoch eine gute und ausreichende mechanische Belastbarkeit der Buchsenwände für die meisten Anwendungszwecke erzielt werden.
Die erfindungsgemässe Form kann aber auch durch andere Umform-Verfah- ren, welche eine Verfestigung im Wandbereich der Buchse sicherstellen, erzielt werden, wie durch IHU oder Rundkneten über einen Dorn.
Erfindungsgemäss wird also ein umgeformtes buchsenartiges Teil, das: einen Boden (10); eine an den Boden anschliessende, damit einstückige Wand (30) mit einem Wandabschnitt verringerten Aussendurchmessers (30) und einen Öffnungsabschnitt (20), wobei die Wand (30) kaltverfestigt ist und einen zur Aussenkontur im wesentlichen parallelen Faserverlauf aufweist, geschaffen. Durch die Umformverfestigung ist es möglich, geringe Wandstärken zu realisieren trotz zufriedenstellender mechanischer und thermischer Belastbarkeit der Wände. Insbesonder werden dadurch auch Verbrauchseinsparungen bei in Motoren laufenden Kolben jeglicher Art erzielt, da eine stark verringerte Reibungsfläche gegen die Laufbuchsenwand vorliegt und weniger Reibungsenergie zu überwinden ist.
Vorteilhafterweise weist das buchsenartige Teil eine Knetlegierung auf - es kann aber auch aus mehreren Schichten bestehen - bspw. kann das Innere des Teils aus einem anderen Material bestehen ( bspw. einem Gleitlagermetall), als das Äussere des buchsenartigen Teils, wobei beide Schichten dann gemeinsam umgeformt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Knetlegierung ausgewählt aus Titan-, Aluminium-, Magnesium-, Eisen-, Bronze-, Messinglegierungen. Bei Motorkolben hat sich bspw. ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 42CrMo4, ausscheidungshärtenden Stählen, hoch chromhaltigen Stählen bewährt, es werden aber auch Aluminiumlegierungen etc. eingesetzt
Ein häufiger Einsatz erfindungsgemässer buchsenartiger Teile ist als Kolbenunterteil eines Verbrennungsmotors oder Lagerbuchse. Bei Lagerbuchsen kommt zum Tragen, dass diese die meiste Belastung eine Lagerbuchse im Bodenbereich der Buchse sowie im Öffnungsbereich stattfindet - die dazwischenliegende Wand ist geringer belastet und muss daher meist nicht die gleiche mechanische Belastbarkeit aufweisen.
Es ist auch möglich, dass ein mehrschichtiges Material gemeinsam umgeformt und so die Materialschichten verbunden sind. Typischerweise kann so eine härtere Aussenbuchse mit einer Lagermetall-Innenwand hergestellt werden. Dabei können bspw. zwei buchsenartige Rohlinge ineinander angeordnet und sodann gemeinsam zur Endform geschmiedet werden. Die beiden Materialien können bereits durch Löten, Schweissen oder auch mechanisch miteinander verbunden sein, sodass der gelötete Verbund sodann zur Endform umgeformt wird. Auf diese Art und Weise kann eine Innenschicht mit besseren Lagereigenschaften gebildet werden, wodurch das aufwendige Glessen von Lagermetall oder Spritzbeschichten vermieden werden kann.
Bei einer Anwendung der Erfindung als Motorkolben für Verbrennungsmotoren jeglicher Art kann eine Hemdlänge zwischen 40 mm und 200 mm; bevorzugt 60 - 85 mm und eine Wandstärke zwischen 3 mm und 12 mm, wobei im Bereich reduzierter Dicke eine Wandstärke zwischen 3 - 5 mm eingestellt ist, mit Stahl als Schmiedewerkstoff, erzielt werden.
Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Herstellung einer Buchse reduziert die Dicke der Buchsenwände zumindest partielle durch ein quer einwirkendes Umformwerkzeug in einem vorherbestimmten Bereich umformend, während der Innendurchmesser durch eine Abstützung konstant gehalten wird. Dabei wird die Buchse in einem Schmiedewerkzeug in üblicher weise geschmiedet, welches quer zur Hauptschmiederichtung betätigbare Werkzeuge aufweist.
Eine Ausführungsform einer Anlage zur Herstellung eines erfindungsgemäs- sen buchsenartigen Bauteils besitzt ein Kolbenschmiedegesenk mit einer geteilten Kolbenunterteilgravur, welches quer zur Hauptgesenkachse betätigbare Querkalibrierwerkzeuge aufweist.
Bspw. kann eine Vorrichtung zum einstufigen Schmieden von buchsenartigen Verbrennungsmotor-Kolbenunterteilen eine Form zum Schmieden einer Vorform zu einem fertigen Buchsen-Schmiedeteil in einem einzigen Schmiedesch ritt mit:
- einen oberen Formdorn C,
- einen äusseren Formring A mit einem quer zu den Formdornen verlaufenden Querwerkzeugen D;
- einen unteren Formdorn B
- eine Ausstosseinrichtung mit:
- einem unteren Ausstosser H zum Ausstoss durch den unteren Formdorn B
- einem oberen Ausstosser G zum Ausstoss durch den oberen Formdorn C ; und
- einem Spannfuss E zur Abstützung des unteren Formdorns B, durch den der untere Ausstosser H betätigbar ist,
wobei die Formdorne C und B sowie das Querwerkzeug D beim Schmieden in den Formring A mit darin befindlichem Vorpressling einfahren können und so denselben schmiedeumformen und durch die durch die Formdorne C und B betätig baren Ausstosser G, H das Schmiedeteil anschliessend entformbar ist, umfassen.
Heute ist es aus verschiedensten Gründen erwünscht, minimale Kolben- Wandstärken bei möglichst großer Kolbenhemdlänge zu erzielen. Dies führt zu geringerem Gewicht, besserem thermischen Ausdehnungsverhalten und langer Führung in der Laufbuchse. Diese erwünschte geringe Wandstärke ist bei möglichst grosser Kolbenhemdlänge nur durch eine sehr tiefe Gravur zu erzielen und ist nur über ein weiteres Bearbeitungsaufmaß realisierbar.
Ein derartiges Vorgehen ist dann energieaufwendig, wenn mehrere - mindestens zwei Schmiedestationen vorgesehen werden. Wegen der Abkühlung der Schmiedeteile zwischen den Stationen mußten Maßnahmen zur Verhinderung derselben getroffen werden, die zusätzlichen Handhabungsaufwand fordern.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, in wenigen Umformschritten, bevorzugt einem Schmiedeschritt, buchsenartige Teile geringer Wandstärke und Gewichts, mit langer Buchsenwand bei gutem Formfüllvermögen und grosser Werkzeugstandzeit aus Vormaterial zu erzielen.
Die Temperaturführung ist beim Umformen warmer Teile ein wesentliches Anliegen. Es ist wichtig, dass die Temperatur des warm umgeformten Teils schnell und möglichst gleichmässig im Werkzeug abgeführt wird, damit Kaltverfestigung der neuen Form eintritt und Verzug des Teils durch unkontrollierte Temperaturspannungen während des Abkühlens ausserhalb der Form vermieden wird. Dazu kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, den inneren Formdorn B, der aufgrund der Tatsache, dass er viel Material aufweist und im Inneren des Werkzeugs angeordnet ist, thermisch zu langsamerer Abkühlung als die anderen Werkzeugbestandteile neigt, zu kühlen. Zu diesem Zweck können Kühlkanäle für Kühlfluid, wie Flüssigkeiten oder Gase, vorgesehen werden. Je nach den Grössenverhältnissen der eingesetzten Form und der Wärmekapazität der Materialien ist eine derartige Kühlung sinnvoll. Es ist auch möglich, dieses Problem durch Auswahl eines anderen Materials des Formdorns zu lösen, das eine andere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Formdorn, der aufgrund seiner grossen Wärmeleitfähigkeit schnell Wärme ableitet, durch Kühlung von Spannfuß E und/oder des unteren Ausstoßers H indirekt über Wärme- ableitung abzukühlen. Derartige Kühleinrichtungen können aber auch in anderen Teilen der Form vorgesehen werden.
Eine Besonderheit der Erfindung liegt im Zusammenspiel der Anhebe- und Auszugseinheit. Dadurch, dass in der Gravur des oberen Formdorns C ein negativer Auszugskonus Alpha vorgesehen ist, wird das Schmiedeteil sicher aus dem Werkzeug gehoben. Ein Zurückgleiten des Schmiederohlings in die Schmiedform verhindert der untere Ausstosser H, der durch den Spannfuss E betätigbar ist. Durch das Zusammenwirken des oberen und unteren Ausstossers lassen sich tiefe Auswerfermarken und Formverzüge durch einseitige Krafteinwirkung vermeiden.
Es ist zum besseren Wärmemanagement insbesondere bei grösseren Schmiedeteilen bevorzugt, dass der untere Formdorn und das darauf befindliche Schmiedeteil nach dem Umformen vor Öffnen derselben gekühlt wird.
Durch den erfindungsgemäss ermöglichten ununterbrochenen und gleich- mässig schnellen Materialfluss wird eine gleichmässige und bis in kleinste Radien ausgefüllte Form und damit ein sehr maßhaltiges Schmiedeteil erzeugt. So werden Schmiedefehler vermieden und viele Nacharbeiten vermieden.
Bevorzugt wird vor dem Einlegen der Vorform mindestens eine Forminnenwand mit Schmier/Trennmittel beschichtet, wodurch der Materialfluss befördert und das Herausnehmen des Schmiedeteils vereinfacht wird.
Ein typisches erfindungsgemäßes buchsenartiges Schmiedeteil, z.B. aus 42CRMo4, ausscheidungshärtenden Stählen, hoch chromhaltigen Stählen, das sich insbesondere als Motorkolben für Verbrennungsmotoren eignet, weist eine Hemdlänge zwischen 60 mm und 160 mm und eine Wandstärke zwischen 3 mm und 12 mm auf. Obige und weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich für den Fachmann anhand der beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen, auf weiche die Erfindung aber keinesfalls eingeschränkt sein soll. Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform erfindungsgemäs- sen buchsenartigen umgeformten Buchse,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform der Fig. 1 mit reduziertem Wandbereich;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfin- dungsgemässen Buchse;
Fig. 4 schematisch den Faserverlauf in der umgeformten Buchse,
Fig. 5 eine Schmiedeform zur Herstellung einer erfindungsgemäss hergestellten buchsenartigen Kolbenteils
Fig. 6 ein erfindungsgemäss hergestelltes Kolbenunterteil mit teilweise reduzierter Kolbenhemddicke.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäss hergestelltes buchsenartiges Schmiedeteil schematisch gezeigt. Deutlich ist der Boden 10, die daran anschliessende Buchsenwand 30 mit dem reduzierten Wandabschnitt 32 und dem Öffnungsabschnitt 20 ersichtlich. Der Faserverlauf ist in Fig. 4 schematisch gezeigt. Deutlich ist der ununterbrochene Faserfluss parallel zu den Aussenwänden, der für beste mechanische Eigenschaften sorgt und Voraussetzung für die guten Eigenschaften der erfindungsgemässen buchsenartgigen Teils ist, ersichtlich. In Fig. 2 und 3 sind Längsschnitte durch buchsenartige Schmiedteile gezeigt, woraus ersichtlich ist, dass die Wandreduzierung je nach Stabilitätsanforderungen an die Wand sehr unterschiedlich weit erfolgen kann. In Fig. 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der im Bodenbereich der Wand und in ihrem Öffnungsbereich 20 mechanische Belastung stattfindet - wie bspw. bei Lagerbuchsen - während in Fig. 2 eine Ausführung gezeigt ist, bei der hauptsächlich der Öffnungsbereich 20 der Buchsenwand 30 belastet wird.
Ein zur Herstellung eines derartigen Kolbens 10 geeignetes erfindungsgemäßes Verfahren wird mit einem Formwerkzeug der Fig. 4 durchgeführt. Das Werkzeug weist einen oberen Formdorn C auf, dessen spezielle Ausgestaltung das Umformen eines Rohlings in einem Schritt stark vereinfacht. In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch den oberen Formdorn C dargestellt. Durch den oberen Formdorn C kann einen oberer Ausstosser G ausgefahren werden, der ein in der Gravur befindliches Formteil entfernen kann. Sinnvoll kann dabei auch ein negativer Gesenkwinkel Alpha in der Gravur des oberen Form- dorns C zum Ausstoss durch den Ausstosser G nach Abschluss des Hubs sein, der sog. Auszugswinkel.
Das Unterwerkzeug der Schmiedeform, das gemeinsam mit dem oberen Formdorn die Gravur zum Schmieden des buchsenartigen Teils bildet, wird durch den unteren Formdorn B sowie den äusseren Form ring A mit Querwerkzeug D gebildet, zwi-schen denen die Buchsenwand in erwünschter Länge und Dicke geformt wird.
Der untere Formdorn B ist so ausgelegt, dass er durch einen unteren
Ausstosser H, der rund, aber auch geformt sein kann, der durch den
Spannfuß E betätigt werden kann, gegenüber dem äusseren Form ring A bewegbar ist und so eine Entfernung des Schmiedeteils aus dem Unterwerkzeug erleichtert, indem er ein Zurückgleiten des Schmied rohlings vermeidet. Die Kombination von oberem und unterem Ausstosser H, G verringert Auswerfermarken im Formteil sowie Schmiedeteilverzug durch eine gute Kraftverteilung während des Auswerfens.
Die ringartige Formdornaufnahme F stützt den Umfang des oberen Form- dorns C ab und bildet mit diesem das Oberteil der Form.
Das Schmiedewerkzeug wird durch den Spannfuss E abgeschlossen, der den unteren Formdorn abstützt und durch den in ihm laufenden Ausstosser H eine Bewegung des unteren Formdorns B ermöglicht.
Ein erfindungsgemässes Verfahren zum Schmieden des buchsenartigen Schmiedeteils verläuft wie folgt: Ein vorgestauchter Vorpressling wird durch einen Automaten auf Umformtemperatur erwärmt angeliefert und in die geöffnete Schmiedeform zwischen den zurückgezogenem oberen Formdorn C und unteren Formdorn B in den äußeren Form ring A gelegt. Dies kann durchgeführt werden, wenn beide Ausstosser zurückgezogen sind. Danach wird die Form in einem Schmiedehub geschlossen, wodurch die beiden Formdorne aufeinander zu bewegt werden, der Vorpressling gegen die Formgravurwände gedrückt und umgeformt. In einem weiteren Hub oder gleichzeitig damit fahren die Querwerkzeuge auf die Kolbenwand und schmieden diese auf die erwünschte Form mit reduziertem Durchmesser. Selbstverständlich kann die Form in üblicher weise zyklisch vorher mit Formtrennmitteln beschichtet werden, wie sie auf dem in Rede stehenden Gebiet geläufig und dem Fachmann bekannt sind. Gasdrücke in der Form können durch übliche Entlüftungsmassnahmen, wie Entlüftungsbohrungen I, abgeleitet werden, wodurch auch Schmiermittel und deren Rückstände entfernt werden. Die Anordnung der Entlüftungsbohrung ist keineswegs auf den unteren Formdorn beschränkt und kann entsprechend den Erfordernissen, wie dem Fachmann offensichtlich, variiert werden.
In Fig, 6 ist ein erfindungsgemäss hergestellter Kolben 1 10 für Verbrennungsmotoren mit teilweise reduzierter Kolbenhemddicke, dargestellt. Ein derartiger Kolben für Verbrennungsmotoren aus 42CrMo4 Stahl weist bspw. die folgenden Maße auf: die Länge des Kolbenhemdes 1 14 beträgt mindestens etwa das 0,5 -fache des Kolbenaussendurchmessers, ca. 135 mm. Die Stärke der Kolbenseitenwand 1 11 liegt im Bereich von etwa 1/6 tel des Kolbenaussendurchmessers. Bei einem typischen Motorkolben für Verbrennungsmotoren aus 42CrMo4 beträgt die Kolbenhemdlänge von 60 bis 85 mm, die Ko Ibenseiten Wandstärke von 6 bis 10 mm und der Kolbenaussen- durchmesser 1 15 bis 140 mm. Bei anderen Ausführungsformen, bspw. als Kolben 1 10 für Schiffsmotoren oder Antriebsmotoren für Energiegewinnungsanlagen, sind je nach Material andere Maße üblich, wie dem Fachmann auf dem jeweiligen Fachgebiet bekannt. Die speziellen Wandstärken hängen dabei stark von dem eingesetzten Material und den Aufgaben des Kolbens ab.
Falls eine Formdornkühlung vorgesehen ist, muss diese vor dem Ausstossen des Formteils eingesetzt werden, um die umgeformte Geometrie zu erhalten.
Obige Beschreibung offenbart somit lediglich eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung. Dem Fachmann ist aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen und Patentansprüchen offensichtlich, daß verschiedenste Veränderungen, Modifikationen und Variationen innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche möglich sind.
Bezugszeichenliste
10 Buchsenboden
20 Öffnungsbereich der Buchsenwand
30 Buchsenwand
32 dickenreduzierter Bereich der Buchsenwand
1 10 Kolben
1 1 1 Kolbenseitenwand
1 14 Kolbenhemd
1 16 dickenreduzierter Bereich von 1 14

Claims

Ansprüche
1. Umgeformtes buchsenartiges Teil, gekennzeichnet durch:
einen Boden (10); eine an den Boden anschliessende, damit einstückige Wand (30) mit einem Wandabschnitt verringerten Aussendurch- messers (32) und einen Öffnungsabschnitt (20), wobei die Wand (30) kaltverfestigt ist und einen zur Aussenkontur im wesentlichen parallelen Faserverlauf aufweist.
2. Buchsenartiges Teil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Knetlegierung aufweist.
3. Buchsenartiges Teil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Knetlegierung ausgewählt ist aus Aluminium-; Magnesium; Eisen-; Bronze-; Messinglegierungen.
4. Buchsenartiges Teil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Kolbenunterteil eines
Verbrennungsmotors, eine Lagerbuchse, ist.
5. Buchsenartiges Schmiedeteil, insbesondere Motorkolben für
Verbrennungsmotoren jeglicher Art, nach einem der Ansprüche 1 - 3, gekennzeichnet durch: Stahl als Schmiedewerkstoff sowie eine Hemdlänge zwischen 40 mm und 200 mm; bevorzugt 60 - 85 mm und eine Wandstärke zwischen 3 mm und 12 mm, wobei im Bereich reduzierter Dicke 32 eine Wandstärke zwischen 3 - 5 mm eingestellt ist.
6. Buchsenartiges umgeformtes Teil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrschichtiges Material gemeinsam zu einem Teil umgeformt und so die
Materialschichten verbunden sind.
7. Verfahren zur Hersteilung einer Buchse nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchsenwände durch ein quer einwirkendes Umformwerkzeug in einem vorherbestimmten Bereich umformend in ihrer Dicke reduziert werden, während der Innendurchmesser durch eine AbStützung konstant gehalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse in einem Schmiedewerkzeug in üblicher weise geschmiedet wird, welches quer zur Hauptschmiederichtung betätigbare Werkzeuge aufweist.
9. Vorrichtung zur Herstellung einer Buchse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Kolbenschmiedegesenk mit einer geteilten Kolbenunterteilgravur aufweist, welches quer zur Hauptgesenkachse betätigbare Querkalibrierwerkzeuge aufweist.
10. Vorrichtung zum Schmieden von buchsenartigen Teilen nach
Anspruch 9 , die aufweist:
- einen oberen Formdorn C,
- einen äusseren Formring A mit quer zu den Formdomen verlaufenden Querwerkzeugen D;
- einen unteren Formdorn B
- eine Ausstosseinrichtung mit:
- einem unteren Ausstosser H zum Ausstoss durch den unteren Formdorn B
- einem oberen Ausstosser G zum Ausstoss durch den oberen Formdorn C ; und
- einem Spannfuss E zur Abstützung des unteren Formdorns B, durch den der untere Ausstosser H betätigbar ist, wobei die Formdorne C und B sowie das Querwerkzeug D beim Schmieden in den Formring A mit darin befindlichem Vorpressling einfahren können und so denselben schmiedeumformen und durch die durch die Formdorne C und B betätigbaren Ausstosser G, H das Schmiedeteil anschliessend entformbar ist.
PCT/IB2013/051015 2012-02-16 2013-02-07 Umgeformtes buchsenartiges teil und verfahren sowie vorrichtung zu seiner herstellung Ceased WO2013121328A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210101246 DE102012101246A1 (de) 2012-02-16 2012-02-16 Umgeformtes buchsenartiges Teil und Verfahren sowie Vorrichtung zu seiner Herstellung
DE102012101246.6 2012-02-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013121328A1 true WO2013121328A1 (de) 2013-08-22

Family

ID=48050069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2013/051015 Ceased WO2013121328A1 (de) 2012-02-16 2013-02-07 Umgeformtes buchsenartiges teil und verfahren sowie vorrichtung zu seiner herstellung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012101246A1 (de)
WO (1) WO2013121328A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2026088497A1 (ja) * 2024-10-22 2026-04-30 日本精工株式会社 ボールねじ用ねじ軸の製造方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014106470B4 (de) * 2014-05-08 2016-08-11 Autotech Engineering Deutschland GmbH Lagerbuchse für ein Fahrwerks- oder Getriebebauteil eines Kraftfahrzeuges
DE102020119394A1 (de) 2020-07-22 2022-01-27 Leiber Group Gmbh & Co. Kg Kalibrierverfahren zur Kalibrierung von zumindest einem Schmiedebauteil

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2139568A (en) * 1937-01-07 1938-12-06 American Viscose Corp Spinneret and method of producing the same
DE1099317B (de) * 1953-07-03 1961-02-09 Max Liebergeld Vorwerkstueck zum Herstellen von Hohlkoerpern aus Stahl durch Kaltpressen im Gesenk
US3197857A (en) * 1962-12-21 1965-08-03 Nippert Electric Products Comp Method of producing cup-shaped conductive semi-conductor housing
JPS63130238A (ja) * 1986-11-19 1988-06-02 Honda Motor Co Ltd ピストンの鍛造方法
JPH07133867A (ja) * 1993-11-11 1995-05-23 Daido Steel Co Ltd 圧力センサー部品とその製造方法
JP2000158083A (ja) * 1998-11-30 2000-06-13 Toyota Autom Loom Works Ltd 鍛造装置及び鍛造方法
US20020046593A1 (en) * 2000-10-18 2002-04-25 Carmo Ribeiro Multi-axially forged piston
DE10064367A1 (de) * 2000-12-21 2002-07-18 Ks Kolbenschmidt Gmbh Kolben mit geschmiedeten und eingeschweißten Bolzenaugen
DE102005041000A1 (de) * 2005-08-29 2007-03-01 Thyssenkrupp Automotive Ag Verfahren, Fertigungslinie und Kolbenrohling zum Herstellen eines einteilig ausgebildeten Kolbens für Verbrennungsmotoren, sowie Kolben für Verbrennungsmotoren
US20070199774A1 (en) * 2006-02-28 2007-08-30 Akebono Brake Industry Co., Ltd. Bottomed cylindrical piston and method of manufacturing bottomed cylindrical piston

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2139568A (en) * 1937-01-07 1938-12-06 American Viscose Corp Spinneret and method of producing the same
DE1099317B (de) * 1953-07-03 1961-02-09 Max Liebergeld Vorwerkstueck zum Herstellen von Hohlkoerpern aus Stahl durch Kaltpressen im Gesenk
US3197857A (en) * 1962-12-21 1965-08-03 Nippert Electric Products Comp Method of producing cup-shaped conductive semi-conductor housing
JPS63130238A (ja) * 1986-11-19 1988-06-02 Honda Motor Co Ltd ピストンの鍛造方法
JPH07133867A (ja) * 1993-11-11 1995-05-23 Daido Steel Co Ltd 圧力センサー部品とその製造方法
JP2000158083A (ja) * 1998-11-30 2000-06-13 Toyota Autom Loom Works Ltd 鍛造装置及び鍛造方法
US20020046593A1 (en) * 2000-10-18 2002-04-25 Carmo Ribeiro Multi-axially forged piston
DE10064367A1 (de) * 2000-12-21 2002-07-18 Ks Kolbenschmidt Gmbh Kolben mit geschmiedeten und eingeschweißten Bolzenaugen
DE102005041000A1 (de) * 2005-08-29 2007-03-01 Thyssenkrupp Automotive Ag Verfahren, Fertigungslinie und Kolbenrohling zum Herstellen eines einteilig ausgebildeten Kolbens für Verbrennungsmotoren, sowie Kolben für Verbrennungsmotoren
US20070199774A1 (en) * 2006-02-28 2007-08-30 Akebono Brake Industry Co., Ltd. Bottomed cylindrical piston and method of manufacturing bottomed cylindrical piston

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2026088497A1 (ja) * 2024-10-22 2026-04-30 日本精工株式会社 ボールねじ用ねじ軸の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012101246A1 (de) 2013-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60313682T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Nocke für eine gebaute Nockenwelle
DE102008036226B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle
DE102012017525B4 (de) Verfahren zur umformenden Herstellung eines Zahnrads mit Außenverzahnung, sowie nach diesem Verfahren herstellbares Zahnrad mit Außenverzahnung
EP3582910B1 (de) Verfahren zum querkeilwalzen von tellerventilen
WO2008014910A2 (de) Werkzeugstift für eine werkzeugform sowie verfahren zum herstellen eines solchen werkzeugstifts
DE102012005106B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle und Vorrichtung hierfür
EP1919643A1 (de) Verfahren, fertigungslinie und kolbenrohling zum herstellen eines einteilig ausgebildeten kolbens für verbrennungsmotoren, sowie kolben für verbrennungsmotoren
DE10247524B4 (de) Kraftstoffverteiler
EP4405634B1 (de) Verfahren zum herstellen eines bodenstücks einer mehrteiligen patronenhülse
DE102009048040A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur spanlosen Herstellung eines Außengewindes auf hohlförmigen Werkstücken aus Metall
DE3237692A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum schmieden eines rotationssymmetrischen metallteils, das mit wenigstens zwei flanschen und einer axialen ausnehmung versehen ist
DE102012101246A1 (de) Umgeformtes buchsenartiges Teil und Verfahren sowie Vorrichtung zu seiner Herstellung
DE112008002291T5 (de) Verfahren zum Herstellen eines Lagerringglieds für eine Rolllagereinheit
WO2003093654A1 (de) Einstückig ausgebildeter nocken und verfahren zum herstellen des nockens sowie zusammenbau einer steuerwelle oder nockenwelle
DE112023006337T5 (de) Verfahren zum Kaltfließpressen von Radnaben und Radnabenform
DE19508952A1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung eines Formteils und entsprechendes Formteil
WO2007128264A1 (de) Vorrichtung zum schmieden von buchsenartigen gegenständen sowie ein danach hergestelltes schmiedeteil
EP1024913B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer welle aus einem rohrstück
EP1252947A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Achselementes für Kraftfahrzeuge
DE2808198A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bildung eines achsschenkels an einem hohlen achsrohling
EP3863780B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum einprägen von oberflächenstrukturen in eine innenseite eines rohrs oder eines ventilschafts eines tellerventils
EP2834030B1 (de) VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES FLIEßGEPRESSTEN LAGERZAPFENS
DE102010026760A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Welle
WO2018095591A1 (de) FEUERVERSCHWEIßTES INNENGEKÜHLTES VENTIL SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
EP1657007B9 (de) Verfahren zum Verformen von Werkstücken

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13714695

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13714695

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1