DE2655323A1

DE2655323A1 - Vorrichtung zum umformen eines einzelnen, metallischen werkstuecks

Info

Publication number: DE2655323A1
Application number: DE19762655323
Authority: DE
Inventors: Jun Francis Joseph Fuchs
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-12-08
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1977-06-23
Also published as: JPS5439269B2; IT1072147B; CA1048442A; GB1562924A; FI763512A; SE7613344L; FR2334437A1; US4072037A; JPS5269857A; FR2334437B1; ES454020A1; SE426363B

Description

Patentanwalt
Dipl.-Ind. Walter Jackisch

Stuttgart 1, Menzelstraße 40

Electric' A 35 533

Company, Incorporated
195 Broadway · i ·

New York,- H. Y. 10007
U.SoAc

Vorrichtung zum Umformen eines einzelnen, metallischen

Werkstücks

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art. Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 3 901 065 bekannt.

Zur Herstellung von länglichen Erzeugnissen ist es bekannt, hydrostatische Extrusionstechniken zu verwenden, bei welchen ein' hydrostatischer Druck an ein Y/erkstück innerhalb einer Kammer derart anzulegen ist, daß sich das Werkstückmaterial im duktilen Zustand befindet, wenn das Werkstück durch eine Öffnung innerhalb einer am anderen Ende der Kammer angeordneten Matrize getrieben wird (vgl. DI-OSn 22 55 866 und 26 40 746).

Es ist ferner in dem vorstehenden Zusammenhang bekannt, für eine derartige Vorrichtung eine Matrize mit einer Vielzahl von parallel die Matrize durchsetzenden Öffnungen vorzusehen, wodurch beim Hindurchtreiben des Werkstücks durch diese Matrize gleichzeitig eine Vielzahl von länglichen Er-

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Zeugnissen hergestellt wird (vgl. US-PS 3 901 065). Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei der gleichzeitigen hydrostatischen Extrusion einer Vielzahl von länglichen Erzeugnissen sehr hohe Drucke zu diesem Zweck erforderlich sind. Diese hohen Drucke bringen Dichtungsprobleme sowie erhöhte Kosten für die Erzeugung, die Übertragung und Auf recht haltung der Drucke innerhalb der verwendeten Hydraulikflüssigkeit mit sich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Vielzahl von länglichen Erzeugnissen mittels hydrostatischer Extrusion bei verringerten Betriebsdrucken hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Vorrichtung nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.

Die Erfindung sieht eine Werkstückumformungsvorrichtung vor, welche eine derart ausgebildete Matrize aufweist, daß die zur gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl von länglichen Erzeugnissen aus einem einzigen Werkstück erforderlichen Betriebsdrücke verringert sind. Diese Matrize umfaßt

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eine Vielzahl von derart angeordneten Öffnungen, daß Querscherbeanspruchungen in dem Werkstückmaterial zwischen benachbarten Matrizenöffnungen auftreten, wenn das ferkstück gegen und durch die Matrize getrieben wird. Diese Querscherbeanspruchungen leisten einen wesentlichen Beitrag bei der Auftrennung des Werkstückmaterials in eine Vielzahl von Einzelstücken, welche anschließend durch die Matrizenöffnungen hindurchtreten und die länglichen Erzeugnisse bilden. Auf diese Weise können zum !reiben des Werkstücks durch die Matrize geringere Drucke als bei den Vorrichtungen nach d.em Stand der Technik verwendet werden.

Eine besonders vorteilhafte Matrizenausbildung zur Schaffung der gewünschten Querscherbeanspruchungen umfaßt einen Matrizenkörper, in welchem eine Vielzahl von eng benachbarten, parallelen, in Längsrichtung verlaufenden Öffnungen längs einer Anzahl von benachbarten, in Querrichtung verlaufenden Pfaden ähnlicher Formgebung angeordnet ist, beispielsweise in Form von zwei parallelen Reihen eng benachbarter öffnungen. Die Öffnungen jedes dieser Pfade sind gegenüber den öffnungen jedes benachbarten Pfades derart versetzt angeordnet, daß sie mit diesen.öffnungen eine versetzte Anordnung von eng benachbarten Öffnungen bilden· Die Öffnungen jedes, dieser Pfade könntavorteilhaft quadratisch oder rechteckig sein, wobei die rechtwinkligen Ecken benachbarter Öffnungen von aneinander angrenzenden Pfaden praktisch aneinander anstoßen. Während der Extrusion eines

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Werkstücks durch, eine derartige Matrize treten Querscherbeanspruchungen von erheblicher Größe an den am engsten benachbarten Stellen zwischen nebeneinanderliegenden Matrizenöffnungen auf, wodurch eine solche Extrusion bei -verhältnismäßig geringen Druckpegeln stattfinden kann.

Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Torteilen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigts

Pig. 1 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer mit mehreren Öffnungen versehenen Matrize, welche zur Herstellung einer Vielzahl von länglichen Erzeugnissen verwendet werden kann, wenn ein Werkstück durch, die Matrizenöffnungen unter Anwendung eines verhältnismäßig geringen Betriebsdrucks, d.h.., mittels einer hydrostatischen Extrusionsteclinik, hindurchtritt,· wobei diese erste Matrizen-Ausführungsform quadratische Öffnungen besitzt;

Fig. 2 eine Torderansicht einer v/eiteren Ausführungsform einer Matrize mit einer Anzahl von runden Öffnungen, welche in ähnlicher Weise wie die " Matrize nach Fig. 1 benutzt werden kann;

Fign. 3 u. 4 Seitenansichten von Werkstücken und von. einzelnen länglichen Erzeugnissen, welche bei Verwendung der Matrizen nach Fign. 1 bzw. 2 aus den Werkstücken hergestellt v/erden, und

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iig, 5 einen Längsschnitt durch, einen Teil einer Vorrichtung zum Treiben von Werkstücken gegen und durch eine Matrize mit mehreren Öffnungen, beispielsweise gemäß Fign. 1 und 2, um eine Vielzahl von länglichen Erzeugnissen gleichzeitig herzustellen.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besitzt eine Matrize 11 eine Anzahl von öffnungen 12, welche den Körper der Matrize 11 parallel zueinander in Längsrichtung durchsetzen. Die öffnungen 12 sind innerhalb zweier paralleler, transversal verlaufender Reihen bzw. Gruppen eng benachbarter Öffnungen angeordnet, wobei die Öffnungen ;jeder Reihe bzw« Gruppe gegenüber den Öffnungen der anderen Reihe oder Gruppe versetzt angeordnet sind, so daß sich ein versetztes Muster ergibt. Und zwar liegen die Öffnungen der einen Gruppe genau gegenüber den Zwischenräumen der Öffnungen der anderen Gruppe, was für sämtliche Öffnungen mit Ausnahme einer endseitigen Öffnung jeder Gruppe zutrifft, welche gegenüber einer Stelle außerhalb der anderen Reihe liegt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispielsfall sind die öffnungen 12 quadratisch. Diese Form der Öffnungen gestattet eine derartige Anordnung der Öffnungen 12, daß die rechtwinkligen Ecken von benachbarten, quadratischen Öffnungen im wesentlichen aneinander anstoßen. Y/ährend ein längliches Werkstück gegen und durch die Matrize 11 getrieben wird, beispielsweise mit -6-

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der in l?ig. 5 veranschaulichten Vorrichtung, treten in dem Werkstückmaterial in der liähe der Kanten von "benachbarten Öffnungen 12 und insbesondere in der Hahe von benachbarten rechtwinkligen Ecken Querscherbeanspruchungen auf. Diese Querscherbeanspruchungen leisten einen wesentlichen Beitrag zur Auftrennung des Werkstüekmaterials in eine Anzahl von Einzelstücken mit quadratischem Querschnitt. Jedes dieser Einzelstücke tritt durch eine zugeordnete öffnung 12 hindurch und liefert daher eines der gleichzeitig hergestellten länglichen Erzeugnisse mit quadratischem Querschnitt.

Die bei einer Bewegung des Y/erkstücks gegen und durch die Matrize 11 auftretenden Querscherbeanspruchungen umfassen Beanspruchungen in der positiven und in der negativen X-Richtung des in Pig. 1 durch Pfeile angedeuteten XT-Koordinatensystems, wobei diese Beanspruchungen nach innen zum Mittelpunkt jeder Öffnung 12 von derjenigen Öffnungskante aus gerichtet sind, welche längs der positiven bzw» negativen Y-Eichtung verläuft und einen Zwischenraum zwischen aneinander angrenzenden Öffnungen von benachbarten Öffnungsgruppen begrenzt. Die Beanspruchungen treten in positiver X-Richtung bei den Öffnungen 12 in der rechten Öffnungsgruppe und in negativer X-Bichtung bei den Öffnungen 12 in der linken Öffnungsgruppe auf. Die positive oder negative X—Sichtung dieser Beanspruchungen ändert sich an jeder rechtwinkligen Ecke über die Längen der beiden Öffnungsgruppen abrupt um 180°, wodurch eine Abscherung des Werkstückmate—

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rials in der ITähe der Ecken verursacht oder unterstützt wird.

Ferner entstehen Beanspruchungen in positiver und in negativer Y-Richtung, die von jeder längs der positiven bzv/. negativen X-Richtung verlaufenden Öffnungskante zu dem Mittelpunkt jeder Öffnung 12 hin gerichtet ist, wobei die erwähnten Öffnungskanten den Zwischenraum zwischen benachbarten Öffnungen der gleichen Öffnungsgruppe begrenzen. Diese ■ Beanspruchungen erfolgen in positiver Y-Richtung längs der Unterkante und in negativer Y-Richtung längs der Oberkante jeder Öffnung 12 gemäß Pig. 1. Die Beanspruchungsrichtung, deh., in positiver oder negativer Y-Richtung,ändert sich an jeder rechtwinkligen Kante afcrupt um 180°, so daß sie längs jedes Paares benachbarter Öffnungskanten von Öffnungen in den beiden Öffnungsgruppen blickt. Diese abrupten Richtungsänderungen verursachen oder unterstützen wiederum eine Abscherung des Werkstückmaterials in der Nähe der Ecken.

In Figc 2 ist eine alternative Ausführungsform der Matrize 21 veranschaulicht. Die Matrize 21 besitzt wiederum eine Anzahl von Öffnungen 22, die sich parallel zueinander in Längsrichtung durch den Körper der Matrize erstrecken. Die öffnungen 22 sind in zwei parallelen, transversal verlaufenden Öffnungsgruppen ähnlich wie bei der Matrize 11 gemäß Pig.i angeordnet. Jede der öffnungen 22 besitzt einen runden Quer-. schnitt, so daß die Matrize 21 zur Herstellung einer Anzahl

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von runden, länglichen Erzeugnissen in der lage ist. Wenn die Öffnungen 22 so eng wie möglich, beabstandet v/erden, treten in den Material des gegen und durch die Matrize 21 getriebenen Werkstücks Querscherbeanspruchungen von erheblicher G-röße auf. Diese Querscherbeanspruchungen folgen dem anhand der Matrize 11 gemäß Figo 1 bereits erläuterten allgemeinen Muster. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Figo 1 tritt jedoch bei der Matrize 21 keine abrupte Richtungsumkehr der Beanspruchungsrichtung auf, wie dies bei Verwendung von aneinander anstoßenden, rechtwinkligen Öffnungsecken erreicht wird. Die durch die Anordnung der Öffnungen 22 erzielten Querscherbeanspruchungen helfen bei der Reduzierung der zum Treiben des Werkstücks gegen und durch die Matrize 21 erforderlichen Drucke, intern sie eine Abscherung des Werkstückmaterials während der Umformung des Werkstücks verursachen oder unterstützen.

Anhand der Fign. 3 und 4 ist der Zustand eines Werkstücks 31 bzw. 41 bei der Umformung in der zugeordneten Matrize 11 bzw. 21 veranschaulicht. Wenn das Werkstück 31 bzw. 41 in einen konischen Mündungsabschnitt der Matrize eintritt, verringert sich sein Durchmesser kontinuierlich längs einer anfänglichen-Umfοrmungszone 32 bzw. 42, bis das Werkstück in unmittelbare Mhe der LIatrizenöffnungen 12 bzw. 22 gelangt, Die an dieser Stelle auftretenden, vorstehend erwähnten Querscherbeanspruchungen erreichen eine ausreichende G-röße, um eine Auftrennung des Werkstückmaterials in eine Anzahl von

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einzelnen, durch die Öffnungen 12 bzw. 22 der Matrize 11. bzw. 21 hindurchtretenden länglichen Erzeugnissen 33 bzw. 43 hervorzurufen oder zu unterstützen.

In Fig. 5 sind die wesentlichen Abschnitte einer bevorzugten Torrichtung zur Verwendung von erfindungsgemäß ausgebildeten Matrizen, wie beispielsweise die Matrizen 11 und 21, veranschaulicht, mittels v/elcher eine Vielzahl von länglichen Erzeugnissen, wie beispielsweise die länglichen Erzeugnisse 33 und 43, bei verringerten Betriebsdrücken hergestellt werden kann. . Die dargestellte Vorrichtung ist im einzelnen in der DT-OS 26 40 146.5 beschrieben. Die Vorrichtung umfaßt eine Anzahl von Greifelementabschnitten 51, die von links nach rechts in der Zeichenebene von Fig. 5 vorwärtsbewegt werden. Bei ihrer Vorwärtsbewegung nach rechts sind die Abschnitte 51 einem kontinuierlich ansteigenden Kompressionsdruck unterworfen, wie mit Hilfe der in ihrer Größe von reahts nach links zunehmenden Pfeile 52 angedeutet ist. Das Werkstück kann des weiteren durch eine entsprechende Formgebung der Eintrittsseite der Matrize unter Druck gesetzt v/erden, indem die Eint ritt swandung der Matrize nach innen zu jeder der Öffnungen hin sich verjüngend ausgebildet wird,.

Ein Werkstück 53, beispielsv/eise ein Kupfer- oder Aluminiumbolzen von unbeschränkter Länge, ist an seiner Außenfläche mit einem fließenden Material 54, beispielsweise Bienenwachs

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oder Polyäthylenwachs, umgeben. Die über das Material 54 übertragenen Scherbeanspruchungen dienen zur Vorwärtsbewegung des Werkstücks 53 von links nach, rechts in der Zeichenebene von Fig. 5. Gleichzeitig wird das sich vorwärts bewegende Werkstück 53 niit Druckbelastungen von kontinuierlich zunehmender Größe beaufschlagt, wodurch das Werkstück beträchtlich duktiler und damit geeigneter für eine Extrusion wird. Zusätzlich zu seiner Eigenschaft als Scherungsübertragungsmedium besitzt das liaterial 54 auch Schsiereigertschaften und dient daher zur Schmierung der Öffnungen in der Matrize 55, durch welche das Werkstück 53 extrudiert wird, wodurch die zur Extrusion erforderlichen Axialkräfte reduziert werden. Eine derartige Extrusion erfolgt durch die Scherkräfte innerhalb des Materials, wenn das Werkstück gegen die Matrize 55 und durch deren Öffnungen getrieben wird, und zwar unter Aufrechterhaltung einer geeigneten Duktilität des Werkstücks mit Hilfe der daran angelegten Konpressionsdrucke. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von länglichen Erzeugnissen 56 hergestellte Die auf einer geeigneten Katrizenhülse 57 gelagerte Matrize 55 kann entsprechend den Matrizen. 11 oder 21 oder in einer anderen, gemäß dem Erfindungsgedanken gestalteten Form ausgebildet sein.

Es versteht sich, daß die vorstehend erläuterten Einrichtungen nur beispielhaft für bevorzugte Ausführungsfomen der Erfindung sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Matrizenöffnungen andere, d.h., nicht-

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quadratische oder runde Querschnitte besitzen und/oder können andere Anordnungen der Öffnungen zur Erzeugung der gewünschten Querscherbeanspruchungen aufweisen, beispielsweise gekrümmte anstelle von geradlinigen Öffnungsgruppen und/der können eine Anordnung der öffnungen in drei oder mehreren Pfaden bzw« Gruppen umfassen. Darüberhinaus kann der Erfindungsgedanke auch noch in anderen, zahlreichen Ausgestaltungen verwirklicht werden.

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Claims

Patentanwalt

Dipl.-Ing. WcUar Jackisch
Stuttgarts MenzelstraBe 40 2 6 5 5 3. 2 3

Western Electric . A 35 533

Conroany» Incorporated *» _.

195* Broadway -6.DeZ,13?6 Hew York, H. Y. 10007

U.S.Ae

Patentansprüche

[ 1 ο!Vorrichtung zum Umformen eines einzelnen, metallischen Werkstücks, um gleichzeitig eine Vielzahl von getrennten, länglichen Metallerzeugnissen herzustellen, wobei die Vorrichtung

(a) eine Matrize mit einer ersten und zweiten Gruppe von diskreten, eng beabstandeten, die Matrize in Längsrichtung durchsetzenden Öffnungen, und

(b) eine Einrichtung zum Treiben des Werkstücks gegen die Matrize

aufweist, gekennzeichnet· durch folgende weitere Merkmale:

(c) Die beiden Öffnungsgruppen verlaufen parallel zueinander und sind längs zugeordneter erster bzw. zweiter, querverlaufender, aneinander angrenzender Pfade von ähnlicher Form angeordnet, wobei die Öffnungen der zweiten Gruppe gegenüber den Öffnungen der ersten Gruppe so versetzt sind, daß sie gegenüber den Zwischenräumen der Öffnungen der ersten Gruppe liegen und eine

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versetzte Anordnung von eng benachbarten, diskreten Öffnungen zur Erhöhung von Querscherbeanspruchungen des Werkstücks am Eingang der Matrize zwischen jev/eils benachbarten Öffnungen bilden, wenn das einzelne, ne~ tallische Werkstück gegen und durch die Matrize getrieben wird, und

(d) die Sinrichtung zum Treiben des Werkstücks gegen die Matrize arbeitet mit ausreichendem Druck, damit die verschiedenen Abschnitte des metallischen Werkstücks durch jede der diskreten Öffnungen der ersten und zweiten Öffnungsgruppe gleichzeitig mit der Aufteilung des metallischen Werkstückmaterials unter der Wirkung der Querscherbeanspruchungen hindurchtreten, derart, daß die Vielzahl von getrennten, länglichen LietallerZeugnissen entsteht.
2.. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Matrize folgende Merkmale aufweist:

(a) einen Körper mit ersten und zweiten Gruppen von rechteckförmigen Öffnungen, die längs zugeordneter erster bzw» zweiter querverlaufender, linearer, aneinander ' angrenzender Pfade angeordnet sind, wobei die öffnungen der zweiten Gruppe gegenüber den Öffnungen der ersten Gruppe so versetzt sind, dai3 sie gegenüber den Zwischenräumen der Öffnungen der ersten Gruppe in

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einer versetzten Anordnung liegen und wobei aneinander angrenzende Ecken von benachbarten, rechteckförmigen Öffnungen im wesentlichen gegeneinander stoßen, so daß Querscherbeanspruchungen zwischen benachbarten, rechteckförmigen Öffnungen verstärkt werden, wenn das einzelne, metallische Werkstück gegen und durch die Matrize getrieben und dabei die Vielzahl von getrennten, länglichen Metallerzeugnissen hergestellt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Öffnung einen quadratischen Querschnitt besitzt.
4ο Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Öffnung einen runden Querschnitt besitzt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die versetzte Anordnung der diskret geformten Öffnungen an" der Eintrittsseite des Matrizenkörpers von einer Eintrittswandung umgeben ist, welche sich nach innen zu einer Eintritt sseite jeder Öffnung hin derart verjüngt, daß beim Treiben des einzelnen metallischen Werkstücks gegen und durch die Matrize das metallische Werkstück noch stärker unter Druck gesetzt wird und daß nach erfolgter Anlage des metallischen Werkstücks an der sich verjüngenden

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Eintrittswan&ung des Matrizenkörperβ das Werkstück nacii innen zu den Öffnungen hin getrieben wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet , daß ;jeder der Pfade geradlinig ist.

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