DD143872A1 - Wechselfassung fuer zieh-und ziehschaelwerkzeuge - Google Patents

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft das Gebiet der II.Verarbeitungsstufe in der Metallurgie. Objekte, bei denen die Anwendung zweckmäßig ist, sind Zieh- und Ziehschälv/erkzeuge, wobei ein bekannter Hartmetallkern von einer mehrfach verwendbaren Fassung aufgenommen wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Kaltverarbeitung von Drähten, Stangen, Rohren oder dergleichen ist das bekannte Verfahren des Ziehens dominierend. Der zu verformende Werkstoff wird durch ein Ziehhol gezogen, wobei vorwiegend durch die in Abhängigkeit von der Werkzeuggeometrie entstehenden radialen Kräfte der Werkstoff verformt wird. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, vor der Kaltbearbeitung Verunreinigungen und Oberflächenfehler durch spanende Bearbeitung zu beseitigen. Neben dem bekannten Verfahren des Drehens besteht die Möglichkeit, das weniger bekannte Ziehschälen anzuwenden. Hier wird der Werkstoff durch eine Schäldüse gezogen, wobei die Abmessung des zu bearbeitenden Werkstoffes größer ist als die Abmessung des Schälholes. Beim Hindurchziehen erhält der Werkstoff die Form des Schälholes und der übrige Werkstoff wird oberflächlich abgespant*

Beim Ziehen und Ziehschälen werden vorwiegend Werkzeuge verwendet, die aus einem Hartmetallkern und einer vergüteten Stahlfassung bestehen. Hartmetallkern und Stahlfassung werden durch Aufschrumpfen innig miteinander verbunden. Beim Aufschrumpfen wird der Hartmetallkern in die erwärmte und damit ausgedehnte Passung eingelegt. Beim Abkühlen der Passung sieht sich diese zusammen und verspannt somit radial den Hartmetallkern. Von der Größe der radialen Spannung

hängt wesentlich die Haltbarkeit des Zieh- und Schälwerkzeuges ab, da die beim Verformen oder Spanen entstehenden Kräfte durch die Verspannung kompensiert werden sollen. Bei ungenügender Verspannung können durch die radialen Verformungs- oder Zerspanungskräfte die Hartmetallkerne stark wechselnd beansprucht oder zersprengt werden. Bedingt durch die relativ geringen Bearbeitungstoleranzen ist es beim Aufschrumpfen schwierig, definierte Verspannungen aufzubringen« So weist die Haltbarkeit eine große Streubreite auf oder es kommt bereits beim Aufschrumpfen zum Ausschuß. Die Technologie des Aufschrumpfens ist aufwendig, da der Hartmetallkern zum Fassungsaaterial oder das Fassungsmaterial zum Hartmetallkern eingepaßt werden muß

Beim Ziehen und Ziehschälen wird die Haltbarkeit des Werkzeuges durch die Kühlungsverhältnisse beeinflußt. Die maximal auftretenden Verarbeitungstemperaturen sind so gering als möglich zu halten, um die thermische Wechselbelastung des Hartmetalles auf ein Minimum zu beschränken« Zur Zeit werden Ziehwerkzeuge vorwiegend ohne Kühlung und Ziehschälwerkzeuge mit Kühlung eingesetzt. Einige Hinweise in der Literatur deuten daraufhin, daß am Einsatz von wassergekühlten Ziehwerkzeugen gearbeitet wird. Ein nicht unwesentlicher Teil der beim Ziehen und Schälen am Hartmetallkern entstehenden Wärmemenge muß über das Passungsmaterial abgeführt werden, so daß sich im Fassungsmaterial und im Hartmetallkern ein relativ hohes Temperaturniveau einstellt. Je niedriger das Temperaturniveau in der Nähe des Hartmetallkernes gehalten werden kann, um so besser ist die Abfuhr der Wärmemenge.

Um die beschriebenen Nachteile des Aüfschrumpfens zu umgehen und die aufwendige Herstellungstechnologie zu rationalisieren, wurden bereits Versuche unternommen, andere Lösungen für die Halterung des Hartmetallkerns zu finden. Es sind Ziehwerkzeuge bekannt, deren achssymmetrischer Ziehkern an seinen Enden einen geringeren Durchmesser aufweist als in der Mitte und durch eine zweiteilige Fassung verspannt wird« Dieses Ziehwerkzeug hat den Hachteil, daß der Hartmetallkern in Gestalt eines doppelten Kegelstumpfes ausgebildet ist, dessen Fertigung materialintensiver und

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fertigungstechnisch, komplizierter ist als die üblichen zylindrischen Hartraetallkerne« Ein weiterer Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß infolge der axialen Kräfte beim Ziehen der eine keglige Teil des Hartmetallkerns in die keglige lassung und der andere Teil aus der kegligen Fassung gezogen wird. Damit verändert sich die radiale Verspannung derart, daß in den Bereichen der größten Verformung eine Entlastung und in den Bereichen, wo keine Verformungskräfte entstehen, eine zusätzliche Belastung auftritt. Diese Verhältnisse stellen eine unzweckmäßige Kraftverteilung dar· Der Nachteil der zusätzlichen radialen Verspannung in Abhängigkeit von den Ziehkräften tritt ebenfalls bei einer anderen Lösung für Ziehwerkzeuge in Erscheinung. Daß dieser Anteil nicht unerheblich ist, zeigt folgendes Beispiel:

Für das Ziehen eines 0 8 mm Drahtes werden etwa 2000 kp Ziehkraft benötigt. Bei einem Kegelwinkel von etwa 10 erzeugt diese Ziehkraft eine radiale Kraftkomponente von etwa 10 000 kp. Diese 10 000 kp überlagern sich zu der elastischen Verspannung. Die statische Verspannung für Ziehwerkzeuge beträgt etwa 30 kp/mm bei geschrumpften Werkzeugen»

Bei einer Hartmetallkern-Mantelfläche von 1000 mm v/erden somit 30 000 kp benötigt. Damit kann durch den Verarbeitungsdruck die radiale Verspannung um ca. ein Drittel beeinflußt werden.

Es ist auch bekannt, daß zum Zwecke der intensiveren Kühlung Schlitze im Fassungsmaterial in der Nähe der Mantelfläche des Hartmetallkerns angebracht sind. Diese Schlitze haben nur.eine geringe Berührungsfläche mit dem Hartmetallkern, so daß dennoch ein großer Teil der Wärme über das Fassungsmaterial abgeführt werden muß. Von Nachteil ist hierbei, daß Fassungswerkstoffe mit schlechten Wärmeleiteigenschaften verwendet v/erden. Da das vorgeschlagene Ziehwerkzeug aus zwei Teilen besteht, bringt die Fertigung der Fassung aus Material mit guten Wärmeleiteigenschaften ökonomische Probleme mit sich. Die vorhandenen Kühlschlitze sind in Umfangsrichtung des Hartmetallkerns angeordnet, so daß eine elastische Verformung verhindert wird und der Kühlmitteldurchlauf zu gering ist,

Es gibt andere Schlitzformen, die ausschließlich der Vergrößerung der elastischen Verformbarkeit dienen. Sie sind radial angeordnet und können nicht als Kühlmitteldurchlaß genutzt werden.

.05 Ziel- der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, für die Praxis eine funktionssichere und unkomplizierte Lösung zur Realisierung der Zieh- und Ziehschälwerkzeugherstellung, sowie deren Lagerund Bestandhaltung zu schaffen· Dabei sollen die hohen Material- und Herstellungskosten gesenkt werden·

Darlegung des Wesens der Erfindung

• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufwendige Aufschrumpftechnologie der Hartmetallkerne in die Passung zu umgehen, indem die bisher durch thermische Eigenschaften des Fassungsmaterials erzeugte radiale Verspannung des Hartmetallkerns durch eine mechanische Verspannung ersetzt wird. Die Auswechselbarkeit der Werkzeuge muß einfach und eine mehrfache Verwendung der Bauteile der Fassung gewährleistet sein. Darüber hinaus ist eine Wechselfassung für Zieh- und Ziehschälwerkzeuge zu finden, deren statische Verspannung stetig definiert aufgebracht werden kann und deren Größe durch die Verarbeitungskräfte nicht beeinflußt wird. Das Werkzeug soll besser gekühlt' werden. Erfindungsgemäß wurde dies dadurch gelöst, daß in einem Grundkörper mit einer konischen Bohrung, deren gedachte Kegelspitze entgegen der Verarbeitungsrichtung des Ziehgutes zeigt, eine, konische, mehrfach geschlitzte oder aus Einzelteilen bestehende Spannhülse aufgenommen wird, die mit ihren Innenflächen den Hartmetallkern radial umschließt und an de<!? Seite des größten Durchmessers durch einen Bund den Hartmetalikerη in Verarbeitungsrichtung axial fixiert. Im Anschluß der Seite des größten Durchmessers der Spannhülse ist eine Druckschraube mit einem zylindrischen Gewindeteil angeordnet, in der Bohrungen oder ein Vielkant zur Aufnahme eines Anzugshebelc eingearbeitet sind.. Die geometrischen Verhältnisse der Steigung der Druckschraube

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und die lieigung der kegligen Spannhülse gestatten ein stetiges definiertes Verspannen des Hartme'tallkerns. Zur Realisierung der praktischen Erfordernisse für Zieh- und Ziehschälwerkzeuge in einem Abniessungsbereich 0 1,5 bis 0 14,0 mm beträgt die Steigung der Druckschraube vorzugsweise 1,5 mm und die Neigung der kegligen Spannhülse 1 s 5. Die axial angeordneten Schlitze der Spannhülse sind zur Vergrößerung der elastischen Verformbarkeit ausgebildet und können gleichzeitig als Kühlmitteldurchlaß genutzt v/erden· Vorzugsweise besteht die Spannhülse zur Verbesserung der Wärmeübertragung vom Hartmetallkern über die Spannhülse auf das Kühlmittel aus einem gut wärmeleitenden Material (z.B. Messing).

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert v/erden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

]?ig.1 den Schnitt durch eine erfindungsgemäße Wechselfassung für ein Ziehwerkzeug Pig·2 den Schnitt durch eine erfindungsgemäße Wechselfassung für ein Schälwerkzeug Pig.3 die keglige, axial geschlitzte Spannhülse als

Kühlmitteldurchlaß ausgebildet - Seitenansicht Fig. ¹V die keglige, axial geschlitzte Spannhülse als Kühlmitteldurchlaß ausgebildet - Vorderansicht Der zylindrische Hartmetallkern 4 wird von der Spannhülse aufgenommen, wobei sich an der Seite des größeren Durchmessers der Spannhülse ein Bund befindet, der den Hartmetallkern 4 in Verarbeitungsrichtung fixiert. Die Spannhülse 3 ist an ihrem Umfang in axialer Richtung mit durchgehenden Schlitzen versehen, wobei diese zur Vergrößerung der Verformbarkeit der Spannhülse 3 und gleichzeitig als Kühlmitteldurchlaß ausgebildet sind. Die Spannhülse 3 ist aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt (z.B. Messing). Die keglige Bohrung des Grundkörpers 1 und die dazugehörige keglige Spannhülse 3 sind so angeordnet, daß die gedachte Kegelspitze entgegen der Verarbeitungsrichtung des Zieh-

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gutes zeigt. Mit Hilfe einer Druckschraube 2 wird die keglige Spannhülse 3 i& die im Grundkörper 1 befindliche konische Bohrung gepreßt. Dadurch erfolgt ein radiales Verspannen des Hartmetallkerns 4- mit der Spannhülse 3 und dem Grundkörper 1. Das zur Erzeugung einer notwendigen radialen Verspannung erforderliche Anzugsmoment M der Druckschraube ist von der Steigung P der Druckschraube 2 vom Neigungswinkel «*» der kegligen Spannhülse 3 und von deren Mantelfläche A des Hartmetallkerns 4 abhängig.

Sie stehen in folgender mathematischer Beziehung zueinander: Hl -. —L__ · tan a» *

M - Anzugsmoment /~kpca J

P - Steigung der Druckschraube /""mm J

A - Mantelfläche des Hartmetallkerns /""mm

o6 - Neigungswinkel /~grd 7

]?erf - erforderliche radiale Spannung /"kp/mm

- mechanischer Wirkungsgrad /~-

Aus Versuchen konnte für aufgeschrumpfte Ziehwerkzeuge eine radiale Verspannung von 30 ... 40 kp/mm und für Ziehschäl-

werkzeuge von 20 ... 25 kp/mm ermittelt werden· Somit kann zur Erzielung der gleichen- radialen Verspannung wie beim Aufschrumpfen das erforderliche Anzugsmoment berechnet v/erden. Das definierte Anzugsmoment kann durch einen bekannten Momentenschlüssel aufgebracht werden. Der mechanische 7/irkungsgrad wird bei den angegebenen Übersetzungsverhältnissen der Steigung des Gewinaes und der Neigung der kegligen Spannhülse 3 mit etwa fy - 0,5 angenommen. Die Vorteile der vorgeschlagenen Wechselfassung gegenüber den bekannten vergleichbaren Ziehwerkzeugen besteht vor allem in der Möglichkeit, eine stetige definierte radiale Verspannung des Hartmetallkernes zu erzeugen/ die durch die Verarbeitungskräfte nicht beeinflußt wird* Damit wird es möglich, entsprechend den Verarbeitungsbedingungen optimale Ver-

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spannungen zu erzeugen (z.B, Anwendung für Edelstahle oder Nichteisenmetalle), Die Möglichkeit der mechanischen Verspannung gestattet den Einsatz von titankarbidbeschichteteη Hartmetallen, Die vorgeschlagene Gestalt der Schlitzform erlaubt neben der Vergrößerung der Verformbarkeit der Spannhülse die Möglichkeit, diese als Kühlmitteldurchlaß mit hohem Durchlaßvermögen zu nutzen,

Mt dieser Wechselfassung wird das notwendige Arbeitsvermögen zur Herstellung von Zieh- und Ziehschälwerkzeugen sowie deren Lager- und Bestandhaltung wesentlich reduziert. Durch die mehrfache Verwendung der Wechselfassung ergibt sich eine erhebliche Einsparung an Passungsmaterial,

Claims (5)

- 8 - 210 .Erfindungsanspruch.

1, Wechselfassung für Zieh- und Ziehschälwerkzeuge mit einem üblichen Hartmetallkern, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Grundkörper (1) mit einer konischen Bohrung, deren gedachte Kegelspitze entgegen der Verarbeitungsrichtung des Ziehgutes zeigt, eine konische, mehrfach geschlitzte oder aus Einzelteilen bestehende Spannhülse (3) aufgenommen wird, die mit ihren Innenflächen den zylindrischen Hartmetallkern (4) radial umschließt und von einer zylindrischen Druckschraube (2), deren Innengewinde sich im Grundkörper (1) befindet, verspannt angeordnet ist.

2. Wechselfassung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die mehrfach verwendbare Spannhülse (3) axiale Schlitze aufweist, die zur Erhöhung der Verformbarkeit der Spannhülse (3) und gleichzeitig als Kühlmitteldurchlaß ausgebildet sind«

3· Yfechselfassung nach den Punkten 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Spannhülse (3) im Gegensatz zum Grundkörper (1) und der Druckschraube (2) aus einem gut wärmeleitendem Material besteht, beispielsweise Messing.

4. Wechselfassung nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die geometrischen Verhältnisse der Steigung der ) Druckschraube (2) und die Neigung der kegligen Spannhülse (3) in Abhängigkeit vom Anzugsmoment der Druckschraube (2) und der Mantelfläche des Eartmetallkerns (4) einer definierten radialen Verspannung zwischen Grundkörper (i), Spannhülse (3) und Hartmetallkern (4) entsprechen.

c .

5. Wechselfassung nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Steigung des Gewindes der Druckschraube (2) vorzugsweise 1,5 mm beträgt und die Neigung der kegligen Spannhülse (3) ein Verhältnis von 1 : 5 aufweist.

Hierzu 1 Seife