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EP2900399A1 - Machine tool and method for machining a workpiece - Google Patents

Machine tool and method for machining a workpiece

Info

Publication number
EP2900399A1
EP2900399A1 EP13802851.9A EP13802851A EP2900399A1 EP 2900399 A1 EP2900399 A1 EP 2900399A1 EP 13802851 A EP13802851 A EP 13802851A EP 2900399 A1 EP2900399 A1 EP 2900399A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
workpiece
forging
machine tool
machining
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.)
Withdrawn
Application number
EP13802851.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Herbert Maringer
Reinhard KOLL
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.)
WFL Millturn Technologies GmbH and Co KG
Original Assignee
WFL Millturn Technologies GmbH and Co KG
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 WFL Millturn Technologies GmbH and Co KG filed Critical WFL Millturn Technologies GmbH and Co KG
Publication of EP2900399A1 publication Critical patent/EP2900399A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/008—Incremental forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P23/00—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass
    • B23P23/04—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass for both machining and other metal-working operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P9/00—Treating or finishing surfaces mechanically, with or without calibrating, primarily to resist wear or impact, e.g. smoothing or roughening turbine blades or bearings; Features of such surfaces not otherwise provided for, their treatment being unspecified
    • B23P9/04—Treating or finishing by hammering or applying repeated pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface

Definitions

  • the invention relates to a machine tool and a method for machining a workpiece into a finished part, in which the workpiece is clamped in a machine tool and machined with a tool having a geometrically determined cutting edge and attached to a multi-axially movable tool holder of the machine tool ,
  • DE 69422599T2 proposes to intensively cool the cutting tips of the tool and the workpiece in the region of its machining with lubricating fluid - all the more so when forged high-strength workpieces to finished parts, such as engine, suspension or supporting structural components,
  • the cutting depth varies comparatively frequently and therefore cutting data for the machining process are difficult to set.
  • unfavorable cutting data can lead to considerable thermo-mechanical stresses in the region of the workpiece edge zone, which can subsequently lead to undesirable mechanical properties on the finished part.
  • an incremental cold forging method is known from the prior art (DE102009025621 B4), in which a metallic component is provided with a hardened surface.
  • the forging tool used for this purpose can be guided by a robot or by a machine tool.
  • the object of the invention is to provide a method for the machining of high-strength workpieces, which ensures short machining times and, moreover, can ensure a high degree of shape and dimensional accuracy on the finished part.
  • the machining process for example, with forged workpieces from a Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr alloy (Ti-5553) with a hardness of about 40 HRC or a strength over 1200 N / mm2 cope, without thereby affecting the fatigue strength of the workpieces ,
  • the invention achieves the stated object with regard to the method in that the workpiece is cold forged incrementally after its machining and while maintaining this clamping at least partially by means of a forging tool to the finished part.
  • the workpiece is incrementally cold-forged at least partially by means of the forging tool after its machining, the requirements for the cutting finishing, in particular for a Fine grinding, of the workpiece, because with this cold micro forging technique the required dimensional and dimensional accuracy of the finished part can be ensured.
  • consistent process settings can be utilized in the completion of the high-strength workpiece on the machine tool for the separation and subsequent forming.
  • the integrated manufacturing process of the machine tool therefore does not have to be abandoned, so that faster processing times and thus shorter throughput times can always be expected compared to the state of the art.
  • the heating on the workpiece can be kept within narrow limits, which can avoid impairments in its fatigue strength.
  • the method according to the invention can therefore also reproducibly ensure a comparatively high dimensional and dimensional accuracy on the finished part.
  • the method according to the invention can be particularly distinguished when a forged workpiece is machined. Especially when hiebei the workpiece made of titanium or a titanium alloy and thus represents a high-strength workpiece.
  • the method according to the invention can allow the workpiece to be machined by machining with the tool and to be cold forged incrementally immediately after this hard machining. Even high-strength workpieces with a hardness above 40 HRC (hardness according to Rockwell, scale C) can thus be processed into finished parts, even if their depth of cut varies comparatively frequently, which may be the case for example due to inaccuracies on the workpiece due to a previous forging process.
  • An additional post-treatment of the workpiece edge zone which may be required due to suboptimal cutting data during the machining of hard machining, is now achieved by the method according to the invention. possible cold forging possible. It may also be advantageous if the workpiece is incrementally cold-forged immediately after the machining. This can be avoided, for example, the risk of undesirable storage-related work hardening on the workpiece, which can further increase the dimensional and dimensional accuracy of the finished part.
  • Hard milling and / or hard turning can be particularly advantageous in the case of the aforementioned hard machining.
  • the cutting tool of the tool holder is replaced by a forging tool for the incremental cold forging, the workpiece can be finished with a reduced control effort.
  • a cost saving in the manufacturing method according to the invention can thus arise.
  • the sequence of operations can be further optimized if the workpiece is machined in a single clamping on the machine tool to the finished part.
  • this also the risk of damage to the workpieces during the work sequence, for example, by transport, new clamping, etc. can be reduced.
  • the method according to the invention makes it possible to achieve substantial advantages in the production of comparatively cost-intensive, forged, high-strength workpieces.
  • An advantageous positioning of the tool relative to the workpiece can be made possible with a tool holder which is designed to be four-axis movable and allow a particularly precise machining of the clamped workpiece.
  • this can also be decisive for incremental cold forging for a comparatively high dimensional and dimensional accuracy.
  • Advantageous process conditions may result if the workpiece is cold forged with an electrodynamic forging tool, since the multiaxially movable tool holder serves merely to set the forging tool in the process. Namely, the forging process can be performed highly dynamically by the electrodynamically controlled movement of the hammer head of the forging tool. An extremely accurate and also reproducible, incremental cold forging of the workpiece can be made possible.
  • the invention has also set itself the task of a machine tool of the type described in a structurally simple way to change that so that a high-strength workpiece can be finished to a finished wedge.
  • the machine tool to a high dimensional and dimensional accuracy even with forged workpieces, for example, a Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr alloy (Ti-5553), allow.
  • the machine tool comprises a forging tool for incremental cold forging of the workpiece, the impact head of which is guided along a path of movement free of the axes of movement of the tool holder.
  • the machine tool comprises a forging tool for incremental cold forging of the workpiece
  • unwanted thermodynamic properties on the workpiece due to a previous machining hard machining can be compensated, so that a comparatively high dimensional and dimensional accuracy can be achieved on the finished part.
  • This high dimensional and dimensional accuracy of the finished part can be further improved if the impact head of the forging tool is guided along a movement path free of the axes of movement of the tool holder, because thereby the incremental cold forging can be performed free of guide parameters of the tool holder.
  • the machine tool according to the invention can therefore enable a complete machining of the workpiece to the finished part, without having to leave the clamping for the machining of the workpiece, whereby this is achieved a decisive improvement over the prior art.
  • the design effort in the working space of the machine tool can be reduced if the tool holder has a connection for controlling and / or powering the received electromagnetic forging tool.
  • the machine tool according to the invention can be distinguished in particular by having a forged workpiece made of titanium or a titanium alloy or machining it into a finished part.
  • Fig. 1 is a side view of a machine tool for complete machining
  • Figures 2 and 3 are enlarged views of the tool holder of the machine tool shown in FIG. 1.
  • the machine tool 1 shown in FIG. 1 shows a clamped forged workpiece 2 made of a Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr alloy (Ti-5553).
  • Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr alloy Ti-5553
  • engage on the workpiece 2 a plurality of clamping means 3 and 4, namely on the one hand, an external clamping chuck 5 and on the other opposite side a tailstock 6, which spans with centering tips 7, the end face of the workpiece 2.
  • the chuck 5 is connected to a spindle drive 8 in order to clamp the workpiece 2 rotatably.
  • a bezel 9 is still provided for centering the workpiece 2, which can also act as clamping in the sense of a clamping device.
  • a tool 10 with a geometrically determined cutting edge 18 (eg milling tool), which is fastened to a multi-axially movable tool holder 12 of the machine tool 1, is used to machine the workpiece 2.
  • a multi-axis mobility of the tool holder 12 is pivotally provided on a side carriage 13 which is mounted linearly displaceable on a linearly displaceable main carriage 14.
  • the workpiece 2 after its hard machining, as shown in Fig. 3, with the aid of a forging tool 1 1 to the finished part 17 is incrementally cold forged and thus subjected to a post-treatment, so as to obtain the desired dimensional and dimensional accuracy. Since the clamping is maintained in the hard machining according to FIG. 2 and in the cold forging according to FIG. 3, a high dimensional and dimensional accuracy is ensured even for a workpiece 2 made of a TiA-5C-5Mo-3Cr alloy (Ti-5553). In addition, this results in an integrated manufacturing process for forged high-strength materials on a machine tool 1, so that for the first time a complete machining with short lead times is possible.
  • the machining process can be further simplified in its handling by the cutting tool 10 of the tool holder 12, as shown in Fig. 2, replaced by the forging tool 1 1, so as to perform the incremental cold forging.
  • the workpiece 2 is completely finished in only one clamping on the machine tool 1 to the finished part 17, which further optimizes the operation sequence.
  • the multiaxial movability of the tool holder 12 is shown. Its axes of movement 19, 20, 21, 22 comprise three linear axes 19, 20, 21 and a rotation axis 22, via which the tools 10, 11 can be moved relative to the clamped workpiece 2.
  • the forging tool 1 1 has a relation to the axes of movement 19, 20, 21, 22 of the tool holder 12 free linear movement path 23 over which the impact head 24 of the forging tool 1 1 is guided, which the Fig. 3 can be better removed.
  • the incremental cold forging of the workpiece 2 can thus be performed independently of the axes of movement 19, 20, 21, 22 of the tool holder 12, which allows advantageous processing conditions.
  • the tool holder also has a connection 25 for the control, regulation and / or power supply of the received electromagnetic forging tool 1 1.
  • connection 25 for the control, regulation and / or power supply of the received electromagnetic forging tool 1 1.
  • a feed device 27 is associated with the tool holder 12 in order to cool and / or lubricate the processing region of the workpiece 2 with cooling lubricant 28 as needed.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a machine tool (1) and a method for machining a workpiece (2) into a finished part (17), in which the workpiece (2) is clamped in a machine tool (1) and machined by means of a tool (10) having a geometrically determined cutting edge (18) and being fastened to a tool holder (12) of the machine tool (1), said tool holder being able to move on multiple axes. To ensure optimum geometric and dimensional accuracy of the finished part (17), the invention proposes that the workpiece (2), once it has been machined, and retaining said setup, is incrementally cold-forged at least in some areas by means of a forging tool (11) into the finished part (17).

Description

Werkzeugmaschine und Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks  Machine tool and method for machining a workpiece
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein Werkzeugmaschine und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks zu einem Fertigteil, bei dem das Werkstück in eine Werkzeugmaschine eingespannt wird und mit einem Werkzeug, das eine geometrisch bestimmte Schneide aufweist und an einem mehrachsig bewegbaren Werkzeughalter der Werkzeugmaschine befestigt ist, spanend bearbeitet wird. The invention relates to a machine tool and a method for machining a workpiece into a finished part, in which the workpiece is clamped in a machine tool and machined with a tool having a geometrically determined cutting edge and attached to a multi-axially movable tool holder of the machine tool ,
Stand der Technik State of the art
Werkstücke aus Titan oder einer Titanlegierung weisen ein vergleichsweise niedriges E-Modul sowie eine vergleichsweise niedrige Wärmeleitfähigkeit auf, was zu erheblichen Schwierigkeiten bei Verfahren zu deren Hartbearbeitung führen kann. Dies versursacht einerseits hohe mechanische und thermische Belastungen auf die verwendeten Werkzeuge, andererseits können die beim Spanen entstehenden Temperaturen zu Oberflächenspannungen am Werkstück führen und dessen Dauerfestigkeit beeinträchtigen. Um das Risiko der Beschädigung des Werkstücks zu reduzieren wird daher meist auf ein Hartschleifen des Titan-Werkstücks verzichtet und seine endgültige Form durch Hartfräsen und/oder Hartdrehen erzeugt. Aber auch hierbei können erhöhte Temperaturen nicht ganz ausgeschlossen werden, sodass die DE69422599T2 vorschlägt, die Schneidplatten des Werkzeugs sowie das Werkstück im Bereich seiner Bearbeitung intensiv mit Schmierfluid zu kühlen - dies umso mehr, wenn geschmiedete hochfeste Werkstücke zu Fertigteilen, wie Triebwerks-, Fahrwerks- oder tragenden Strukturbauteilen verarbeitet werden, de- ren Spantiefe vergleichsweise häufig variiert und Schnittdaten für das Bearbeitungsverfahren daher schwierig einzustellen sind. Ungünstige Schnittdaten können jedoch zu erheblichen thermomechanischen Belastungen im Bereich der Werkstückrandzone führen, was in weiterer Folge zu unerwünschten mechanischen Eigenschaften am Fertigteil führen kann. Workpieces made of titanium or a titanium alloy have a comparatively low modulus of elasticity and a comparatively low thermal conductivity, which can lead to considerable difficulties in processes for their hard machining. On the one hand, this causes high mechanical and thermal stresses on the tools used, on the other hand, the temperatures produced during machining can lead to surface tensions on the workpiece and impair its fatigue strength. In order to reduce the risk of damage to the workpiece is therefore usually dispensed with a hard grinding of the titanium workpiece and its final shape produced by hard milling and / or hard turning. But even here, elevated temperatures can not be completely ruled out, so that DE 69422599T2 proposes to intensively cool the cutting tips of the tool and the workpiece in the region of its machining with lubricating fluid - all the more so when forged high-strength workpieces to finished parts, such as engine, suspension or supporting structural components, The cutting depth varies comparatively frequently and therefore cutting data for the machining process are difficult to set. However, unfavorable cutting data can lead to considerable thermo-mechanical stresses in the region of the workpiece edge zone, which can subsequently lead to undesirable mechanical properties on the finished part.
Außerdem ist aus dem Stand der Technik ein inkrementeiies Kaltschmiedeverfahren bekannt (DE102009025621 B4), bei dem ein metallisches Bauteil mit einer gehärteten Oberfläche versehen wird. Das hierzu verwendete Schmiedewerkzeug kann durch einen Roboter oder durch eine Werkzeugmaschine geführt sein. Moreover, an incremental cold forging method is known from the prior art (DE102009025621 B4), in which a metallic component is provided with a hardened surface. The forging tool used for this purpose can be guided by a robot or by a machine tool.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Die Erfindung hat sich ausgehend vom eingangs geschilderten Stand der Technik die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Bearbeitung von hochfesten Werkstücken zu schaffen, das kurze Bearbeitungszeiten gewährleisten und zudem eine hohe Formund Maßgenauigkeit am Fertigteil sicherstellen kann. Insbesondere soll das Bearbeitungsverfahren beispielsweise mit geschmiedeten Werkstücken aus einer Ti- 5AI-5V-5Mo-3Cr Legierung (Ti-5553) mit einer Härte von über 40 HRC beziehungsweise einer Festigkeit über 1200 N/mm2 zurechtkommen, ohne dadurch die Dauerfestigkeit der Werkstücke zu beeinträchtigen. The object of the invention, based on the prior art described at the outset, is to provide a method for the machining of high-strength workpieces, which ensures short machining times and, moreover, can ensure a high degree of shape and dimensional accuracy on the finished part. In particular, the machining process, for example, with forged workpieces from a Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr alloy (Ti-5553) with a hardness of about 40 HRC or a strength over 1200 N / mm2 cope, without thereby affecting the fatigue strength of the workpieces ,
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch, dass das das Werkstück nach dessen spanenden Bearbeitung und unter Beibehaltung dieser Aufspannung wenigstens bereichsweise mit Hilfe eines Schmiedewerkzeugs zum Fertigteil inkrementell kaltgeschmiedet wird. The invention achieves the stated object with regard to the method in that the workpiece is cold forged incrementally after its machining and while maintaining this clamping at least partially by means of a forging tool to the finished part.
Wird das Werkstück nach dessen spanenden Bearbeitung wenigstens bereichsweise mit Hilfe des Schmiedewerkzeugs zum Fertigteil inkrementell kaltgeschmiedet, können sich die Erfordernisse an das spanende Schlichten, insbesondere an ein Feinschlichten, des Werkstücks vermindern, weil mit dieser kalten Mikroschmiede- technik die geforderte Form- und Maßgenauigkeit am Fertigteil sichergestellt werden kann. Diese Vorteile kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn die abschließende Schmiedebearbeitung unter Beibehaltung der Aufspannung, die auch bei der vorhergehenden spanenden Bearbeitung zur Anwendung kommt, durchgeführt wird. Vorteilhaft können an der Werkzeugmaschine für das Trennen und nachfolgende Umformen gleichbleibende Prozesseinstellungen in der Fertigstellung des hochfesten Werkstücks genützt werden. Das integrierte Fertigungsverfahren der Werkzeugmaschine muss daher nicht verlassen werden, sodass im Vergleich zum Stand der Technik stets mit schnelleren Bearbeitungszeiten und damit verkürzten Durchlaufzeiten gerechnet werden kann. Außerdem kann mit einer Mikroschmiede- technik die Erwärmung am Werkstück in engen Grenzen gehalten werden, was Beeinträchtigungen in seiner Dauerfestigkeit vermeiden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher auch reproduzierbar eine vergleichsweise hohe Form- und Maßgenauigkeit am Fertigteil sicherstellen. If the workpiece is incrementally cold-forged at least partially by means of the forging tool after its machining, the requirements for the cutting finishing, in particular for a Fine grinding, of the workpiece, because with this cold micro forging technique the required dimensional and dimensional accuracy of the finished part can be ensured. These advantages are particularly noticeable when the final forging machining is carried out while maintaining the clamping, which is also used in the previous machining. Advantageously, consistent process settings can be utilized in the completion of the high-strength workpiece on the machine tool for the separation and subsequent forming. The integrated manufacturing process of the machine tool therefore does not have to be abandoned, so that faster processing times and thus shorter throughput times can always be expected compared to the state of the art. In addition, with a micro-forging technique, the heating on the workpiece can be kept within narrow limits, which can avoid impairments in its fatigue strength. The method according to the invention can therefore also reproducibly ensure a comparatively high dimensional and dimensional accuracy on the finished part.
Besonders auszeichnen kann sich das erfindungsgemäße Verfahren, wenn ein geschmiedetes Werkstück bearbeitet wird. Insbesondere wenn hiebei das Werkstück aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und damit ein hochfestes Werkstück darstellt. The method according to the invention can be particularly distinguished when a forged workpiece is machined. Especially when hiebei the workpiece made of titanium or a titanium alloy and thus represents a high-strength workpiece.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ermöglichen, das Werkstück mit dem Werkzeug spanend hartzubearbeiten und unmittelbar anschließend an diese Hartbearbeitung inkrementell kaltzuschmieden. Selbst hochfeste Werkstücke mit einer Härte über 40 HRC (Härte nach Rockwell, Skala C) können somit zu Fertigteilen bearbeitet werden, auch wenn deren Spantiefe vergleichsweise häufig variiert, was beispielsweise durch Ungenauigkeiten am Werkstück bedingt aufgrund eines vorhergehenden Schmiedeprozesses der Fall sein kann. Eine zusätzliche Nachbehandlung der Werkstückrandzone, die aufgrund suboptimaler Schnittdaten bei der spanenden Hartbearbeitung erforderlich sein kann, ist nun durch das erfindungsge- mäße Kaltschmieden möglich. Auch kann von Vorteil sein, wenn das Werkstück unmittelbar nach der spanenden Bearbeitung inkrementell kaltgeschmiedet wird. Damit kann man beispielsweise die Gefahr von unerwünschten lagerbedingten Kaltverfestigungen am Werkstück vermeiden, was die Form- und Maßgenauigkeit des Fertigteils noch weiter erhöhen kann. The method according to the invention can allow the workpiece to be machined by machining with the tool and to be cold forged incrementally immediately after this hard machining. Even high-strength workpieces with a hardness above 40 HRC (hardness according to Rockwell, scale C) can thus be processed into finished parts, even if their depth of cut varies comparatively frequently, which may be the case for example due to inaccuracies on the workpiece due to a previous forging process. An additional post-treatment of the workpiece edge zone, which may be required due to suboptimal cutting data during the machining of hard machining, is now achieved by the method according to the invention. possible cold forging possible. It may also be advantageous if the workpiece is incrementally cold-forged immediately after the machining. This can be avoided, for example, the risk of undesirable storage-related work hardening on the workpiece, which can further increase the dimensional and dimensional accuracy of the finished part.
Besonders vorteilhaft kann sich bei vorgenannter spanender Hartbearbeitung das Hartfräsen und/oder das Hartdrehen auszeichnen. Hard milling and / or hard turning can be particularly advantageous in the case of the aforementioned hard machining.
Wird für das inkrementelle Kaltschmieden das spanende Werkzeug des Werkzeughalters durch ein Schmiedewerkzeug ersetzt, kann das Werkstück mit einem verringerten Steuerungsaufwand endbearbeitet werden. Eine Kosteneinsparung beim erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren kann sich damit ergeben. If the cutting tool of the tool holder is replaced by a forging tool for the incremental cold forging, the workpiece can be finished with a reduced control effort. A cost saving in the manufacturing method according to the invention can thus arise.
Die Arbeitsvorgangsfolge kann noch weiter optimiert werden, wenn das Werkstück in einer Aufspannung an der Werkzeugmaschine zum Fertigteil bearbeitet wird. Hinzu kommt, dass dadurch auch die Gefahr einer Beschädigung der Werkstücke während der Arbeitsvorgangsfolge, beispielsweise durch Transport, neues Aufspannen etc. vermindert werden kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können aufgrund dieser Erleichterung der Handhabung also wesentliche Vorteile bei der Herstellung vergleichsweise kostenintensiver, geschmiedeter, hochfester Werkstücke erreicht werden. The sequence of operations can be further optimized if the workpiece is machined in a single clamping on the machine tool to the finished part. In addition, this also the risk of damage to the workpieces during the work sequence, for example, by transport, new clamping, etc. can be reduced. As a result of this facilitation of the process, the method according to the invention makes it possible to achieve substantial advantages in the production of comparatively cost-intensive, forged, high-strength workpieces.
Eine vorteilhafte Positionierung des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück kann mit einem Werkzeughalter, der vierachsig bewegbar ausgebildet ist, ermöglicht werden und ein besonders exaktes Bearbeiten des eingespannten Werkstücks erlauben. Dies kann insbesondere auch beim inkrementellen Kaltschmieden für eine vergleichsweise hohe Form- und Maßgenauigkeit ausschlaggebend sein. Vorteilhafte Verfahrensbedingungen können sich ergeben, wenn das Werkstück mit einem elektrodynamischen Schmiedewerkzeug kaltgeschmiedet wird, da der mehrachsig bewegbare Werkzeughalter lediglich zum Anstellen des Schmiedewerkzeugs im Verfahren dient. Der Schmiedeprozess kann nämlich durch die elektrodynamisch gesteuerte Bewegung des Schlagkopfs des Schmiedewerkzeugs hochdynamisch ausgeführt werden. Ein äußerst genaues und auch reproduzierbares, inkrementelles Kaltschmieden des Werkstücks kann so ermöglicht werden. An advantageous positioning of the tool relative to the workpiece can be made possible with a tool holder which is designed to be four-axis movable and allow a particularly precise machining of the clamped workpiece. In particular, this can also be decisive for incremental cold forging for a comparatively high dimensional and dimensional accuracy. Advantageous process conditions may result if the workpiece is cold forged with an electrodynamic forging tool, since the multiaxially movable tool holder serves merely to set the forging tool in the process. Namely, the forging process can be performed highly dynamically by the electrodynamically controlled movement of the hammer head of the forging tool. An extremely accurate and also reproducible, incremental cold forging of the workpiece can be made possible.
Die Erfindung hat sich außerdem die Aufgabe gestellt, eine Werkzeugmaschine der eingangs geschilderten Art derart auf konstruktiv einfache Weise zu verändern, dass damit ein hochfestes Werkstück zu einem Fertigkeil komplettbearbeitet werden kann. Zudem soll die Werkzeugmaschine eine hohe Form- und Maßgenauigkeit auch bei geschmiedeten Werkstücken, beispielsweise aus einer Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr Legierung (Ti-5553), ermöglichen. The invention has also set itself the task of a machine tool of the type described in a structurally simple way to change that so that a high-strength workpiece can be finished to a finished wedge. In addition, the machine tool to a high dimensional and dimensional accuracy even with forged workpieces, for example, a Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr alloy (Ti-5553), allow.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Werkzeugmaschine ein Schmiedewerkzeug zum inkrementellen Kaltschmieden des Werkstücks umfasst, dessen Schlagkopf entlang einer von den Bewegungsachsen des Werkzeughalters freien Bewegungsbahn geführt ist. The invention achieves the stated object in that the machine tool comprises a forging tool for incremental cold forging of the workpiece, the impact head of which is guided along a path of movement free of the axes of movement of the tool holder.
Dadurch, dass die Werkzeugmaschine ein Schmiedewerkzeug zum inkrementellen Kaltschmieden des Werkstücks umfasst, können unerwünschte thermodynamische Eigenschaften am Werkstück, bedingt durch eine vorhergehende spanende Hartbearbeitung, ausgeglichen werden, sodass eine vergleichsweise hohe Form- und Maßgenauigkeit am Fertigteil erreicht werden kann. Diese hohe Form- und Maßgenauigkeit am Fertigteil kann zusätzlich verbessert werden, wenn der Schlagkopf des Schmiedewerkzeugs entlang einer von den Bewegungsachsen des Werkzeughalters freien Bewegungsbahn geführt ist, weil dadurch das inkrementelle Kaltschmieden frei von Führungsparametern des Werkzeughalters durchgeführt werden kann. Damit sind selbst geschmiedete Werkstücke aus einer Ti-5553 Legierung form- und maßgenau fertigzustellen. Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann daher eine Komplettbearbeitung des Werkstücks bis zum Fertigteil ermöglichen, ohne die Aufspannung für das spanende Bearbeiten des Werkstücks verlassen zu müssen, womit ein diese eine entscheidende Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erreicht wird. The fact that the machine tool comprises a forging tool for incremental cold forging of the workpiece, unwanted thermodynamic properties on the workpiece due to a previous machining hard machining, can be compensated, so that a comparatively high dimensional and dimensional accuracy can be achieved on the finished part. This high dimensional and dimensional accuracy of the finished part can be further improved if the impact head of the forging tool is guided along a movement path free of the axes of movement of the tool holder, because thereby the incremental cold forging can be performed free of guide parameters of the tool holder. This makes even forged workpieces of a Ti-5553 alloy form and finished accurately. The machine tool according to the invention can therefore enable a complete machining of the workpiece to the finished part, without having to leave the clamping for the machining of the workpiece, whereby this is achieved a decisive improvement over the prior art.
Der Konstruktionsaufwand im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine kann vermindert werden, wenn der Werkzeughalter einen Anschluss zur Steuerung und/oder Energieversorgung des aufgenommenen elektromagnetischen Schmiedewerkzeugs aufweist. The design effort in the working space of the machine tool can be reduced if the tool holder has a connection for controlling and / or powering the received electromagnetic forging tool.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann sich besonders dadurch auszeichnen, indem diese ein geschmiedetes Werkstück aus Titan oder einer Titanlegierung aufweist bzw. dieses zu einem Fertigteil bearbeitet. The machine tool according to the invention can be distinguished in particular by having a forged workpiece made of titanium or a titanium alloy or machining it into a finished part.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
In den Figuren wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen In the figures, the inventive method is described in detail using an exemplary embodiment. Show it
Fig. 1 eine Seitenansicht auf eine Werkzeugmaschine zur Komplettbearbeitung und die  Fig. 1 is a side view of a machine tool for complete machining and the
Figuren 2 und 3 vergrößerte Ansichten auf den Werkzeughalter der nach Fig. 1 dargestellten Werkzeugmaschine.  Figures 2 and 3 are enlarged views of the tool holder of the machine tool shown in FIG. 1.
Weg zur Ausführung der Erfindung Way to carry out the invention
Die nach Fig. 1 dargestellte Werkzeugmaschine 1 zeigt ein eingespanntes geschmiedetes Werkstück 2 aus einer Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr Legierung (Ti-5553). Zu diesem Zweck greifen an das Werkstück 2 mehrere Spannmittel 3 und 4 an, nämlich auf der einen Seite ein außenspannendes Spannfutter 5 und auf der anderen gegenüberliegenden Seite ein Reitstock 6, der mit Zentrierspitzen 7 die Stirnseite des Werkstücks 2 spannt. Das Spannfutter 5 ist mit einem Spindelantrieb 8 verbunden, um das Werkstück 2 drehbar einspannen zu können. Außerdem ist noch eine Lünette 9 zur Zentrierung des Werkstücks 2 vorgesehen, die auch als Einspannung im Sinne eines Spannmittels wirken kann. Zur Bearbeitung des Werkstücks 2 wird unter anderem ein Werkzeug 10 mit einer geometrisch bestimmten Schneide 18 (z. B. Fräswerkzeug) verwendet, das an einem mehrachsig bewegbaren Werkzeughalter 12 der Werkzeugmaschine 1 befestigt ist. Zur Ausbildung dieser mehrachsigen Bewegbarkeit ist der Werkzeughalter 12 an einem Nebenschlitten 13 schwenkbar vorgesehen, der an einem linear verschiebbaren Hauptschlitten 14 linear verschiebbar befestigt ist. The machine tool 1 shown in FIG. 1 shows a clamped forged workpiece 2 made of a Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr alloy (Ti-5553). For this purpose, engage on the workpiece 2 a plurality of clamping means 3 and 4, namely on the one hand, an external clamping chuck 5 and on the other opposite side a tailstock 6, which spans with centering tips 7, the end face of the workpiece 2. The chuck 5 is connected to a spindle drive 8 in order to clamp the workpiece 2 rotatably. In addition, a bezel 9 is still provided for centering the workpiece 2, which can also act as clamping in the sense of a clamping device. Among other things, a tool 10 with a geometrically determined cutting edge 18 (eg milling tool), which is fastened to a multi-axially movable tool holder 12 of the machine tool 1, is used to machine the workpiece 2. To form this multi-axis mobility of the tool holder 12 is pivotally provided on a side carriage 13 which is mounted linearly displaceable on a linearly displaceable main carriage 14.
Da die Abmessungen eines geschmiedeten hochfesten Werkstück 2 vergleichsweise häufig variieren, was in Fig. 2 andeutungsweise mit einer Senke 15 am Werkstück 2 dargestellt worden ist, können sich die beim Hartfräsen mit dem Werkzeug 10 eingestellten Schnittdaten unerwartet ändern. Dadurch können sich suboptimale Bearbeitungsverhältnisse beim Schlichten einstellen, wodurch sich ein Bereich 16 mit unerwünschten Bearbeitungsergebnissen ausbildet, welcher Bereich 16 in Fig. 3 dargestellt wurde. Since the dimensions of a forged high-strength workpiece 2 vary comparatively frequently, which has been shown in Fig. 2 suggestively with a depression 15 on the workpiece 2, the cutting data set during hard milling with the tool 10 can change unexpectedly. As a result, sub-optimal processing conditions can be set during the sizing process, as a result of which a region 16 with undesired processing results is formed, which region 16 has been illustrated in FIG. 3.
Erfindungsgemäß wird nun das Werkstück 2 nach seiner Hartbearbeitung, wie in Fig. 3 gezeigt, mit Hilfe eines Schmiedewerkzeugs 1 1 zum Fertigteil 17 inkrementell kaltgeschmiedet und damit auch einer Nachbehandlung unterworfen, um so die gewünschte Form- und Maßgenauigkeit zu erhalten. Da die Aufspannung beim Hartbearbeiten nach Fig. 2 und beim Kaltschmieden nach Fig. 3 beibehalten wird, ist eine hohe Form- und Maßgenauigkeit selbst bei einem Werkstück 2 aus einer Ti- 5AI-5V-5Mo-3Cr Legierung (Ti-5553) gewährleistet. Zudem ergibt sich damit ein integriertes Fertigungsverfahren für geschmiedete hochfeste Werkstoffe an einer Werkzeugmaschine 1 , sodass damit erstmals auch eine Komplettbearbeitung mit kurzen Durchlaufzeiten möglich wird. Das Bearbeitungsverfahren kann in seiner Handhabung weiter vereinfacht werden, indem das spanende Werkzeug 10 des Werkzeughalters 12, wie in Fig. 2 dargestellt, durch das Schmiedewerkzeug 1 1 ersetzt wird, um damit das inkrementelle Kaltschmieden durchzuführen. According to the invention, the workpiece 2 after its hard machining, as shown in Fig. 3, with the aid of a forging tool 1 1 to the finished part 17 is incrementally cold forged and thus subjected to a post-treatment, so as to obtain the desired dimensional and dimensional accuracy. Since the clamping is maintained in the hard machining according to FIG. 2 and in the cold forging according to FIG. 3, a high dimensional and dimensional accuracy is ensured even for a workpiece 2 made of a TiA-5C-5Mo-3Cr alloy (Ti-5553). In addition, this results in an integrated manufacturing process for forged high-strength materials on a machine tool 1, so that for the first time a complete machining with short lead times is possible. The machining process can be further simplified in its handling by the cutting tool 10 of the tool holder 12, as shown in Fig. 2, replaced by the forging tool 1 1, so as to perform the incremental cold forging.
Außerdem wird das Werkstück 2 in nur eine Aufspannung an der Werkzeugmaschine 1 zum Fertigteil 17 komplettbearbeitet, was die Arbeitsvorgangsfolge weiter optimiert. In addition, the workpiece 2 is completely finished in only one clamping on the machine tool 1 to the finished part 17, which further optimizes the operation sequence.
Nach Fig. 2 ist auch die mehrachsige Bewegbarkeit des Werkzeughalters 12 dargestellt. Seine Bewegungsachsen 19, 20, 21 , 22 umfassen drei Linearachsen 19, 20, 21 und eine Rotationsachse 22, über die die Werkzeuge 10, 1 1 gegenüber dem eingespannten Werkstück 2 bewegt werden können. Das Schmiedewerkzeug 1 1 weist eine gegenüber den Bewegungsachsen 19, 20, 21 , 22 des Werkzeughalters 12 freie lineare Bewegungsbahn 23 auf, über die der Schlagkopf 24 des Schmiedewerkzeugs 1 1 geführt ist, was der Fig. 3 besser entnommen werden kann. Das inkrementelle Kaltschmieden des Werkstücks 2 kann damit unabhängig von den Bewegungsachsen 19, 20, 21 , 22 des Werkzeughalters 12 durchgeführt werden, was vorteilhafte Bearbeitungsverhältnisse ermöglicht. 2, the multiaxial movability of the tool holder 12 is shown. Its axes of movement 19, 20, 21, 22 comprise three linear axes 19, 20, 21 and a rotation axis 22, via which the tools 10, 11 can be moved relative to the clamped workpiece 2. The forging tool 1 1 has a relation to the axes of movement 19, 20, 21, 22 of the tool holder 12 free linear movement path 23 over which the impact head 24 of the forging tool 1 1 is guided, which the Fig. 3 can be better removed. The incremental cold forging of the workpiece 2 can thus be performed independently of the axes of movement 19, 20, 21, 22 of the tool holder 12, which allows advantageous processing conditions.
Der Werkzeughalter weist außerdem einen Anschluss 25 zur Steuerung, Regelung und/oder Energieversorgung des aufgenommenen elektromagnetischen Schmiedewerkzeugs 1 1 auf. Damit ist der Handhabungsaufwand beim Auswechseln der Werkzeuge 10, 1 1 gering, da eine kurze Anschlussleitung 26 des Schmiedewerkzeugs 1 1 genügt. The tool holder also has a connection 25 for the control, regulation and / or power supply of the received electromagnetic forging tool 1 1. Thus, the handling effort when replacing the tools 10, 1 1 is low, since a short connection line 26 of the forging tool 1 1 is sufficient.
Zudem ist dem Werkzeughalter 12 eine Zuführeinrichtung 27 zugeordnet, um damit bei Bedarf den Bearbeitungsbereich des Werkstücks 2 mit Kühlschmiermittel 28 zu kühlen und/oder zu schmieren. In addition, a feed device 27 is associated with the tool holder 12 in order to cool and / or lubricate the processing region of the workpiece 2 with cooling lubricant 28 as needed.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e: Patent claim:
1 . Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks (2) zu einem Fertigteil (17), bei dem das Werkstück (2) in eine Werkzeugmaschine (1 ) eingespannt wird und mit einem Werkzeug (10), das eine geometrisch bestimmte Schneide (18) aufweist und an einem mehrachsig bewegbaren Werkzeughalter (12) der Werkzeugmaschine (1 ) befestigt ist, spanend bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) nach dessen spanenden Bearbeitung und unter Beibehaltung dieser Aufspannung wenigstens bereichsweise mit Hilfe eines Schmiedewerkzeugs (1 1 ) zum Fertigteil (17) inkrementell kaltgeschmiedet wird. 1 . Method for machining a workpiece (2) into a finished part (17), in which the workpiece (2) is clamped in a machine tool (1) and with a tool (10) which has a geometrically determined cutting edge (18) and at one multiaxial movable tool holder (12) of the machine tool (1) is fixed, is machined, characterized in that the workpiece (2) after machining and while maintaining this clamping at least partially by means of a forging tool (1 1) to the finished part (17 ) is incrementally cold forged.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein geschmiedetes Werkstück (10) bearbeitet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that a forged workpiece (10) is processed.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das ein Werkstück (10) aus Titan oder einer Titanlegierung bearbeitet wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a workpiece (10) made of titanium or a titanium alloy is processed.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) mit dem Werkzeug (10) spanend hartbearbeitet wird und unmittelbar anschließend an diese Hartbearbeitung inkrementell kaltgeschmiedet wird. 4. The method of claim 1, 2 or 3, characterized in that the workpiece (2) with the tool (10) is hard machined and immediately after this cold-forging is incrementally cold-forged.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) mit dem Werkzeug (10) spanend hartbearbeitet wird, nämlich hartgefräst und/oder hartgedreht wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the workpiece (2) with the tool (10) is hard machined, namely hard-milled and / or hard turned.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das inkrementelle Kaltschmieden das spanende Werkzeug (10) des Werkzeughalters (12) durch ein Schmiedewerkzeug (1 1 ) ersetzt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that for the incremental cold forging, the cutting tool (10) of the tool holder (12) by a forging tool (1 1) is replaced.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) in einer Aufspannung an der Werkzeugmaschine (1 ) zum Fertigteil (17) bearbeitet wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the workpiece (2) in a clamping on the machine tool (1) to the finished part (17) is processed.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (12) vierachsig bewegbar ausgebildet ist. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the tool holder (12) is designed to be four-axis movable.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) mit einem elektrodynamischen Schmiedewerkzeug (1 1 ) kaltgeschmiedet wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the workpiece (2) with an electrodynamic forging tool (1 1) is cold forged.
10. Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit mindestens einem Spannmittel (3, 4, 9) zum Aufspannen eines zu bearbeitenden Werkstücks (2), mit Werkzeugen (10, 1 1 ) zur Bearbeitung des Werkstücks (2), wobei mindestens ein Werkzeug (10) eine geometrisch bestimmte Schneide (18) aufweist, und mit einem mehrachsig bewegbaren Werkzeughalter (12) zur Aufnahme der Werkzeuge (10, 1 1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (1 ) ein Schmiedewerkzeug (1 1 ) zum inkrementellen Kaltschmieden des Werkstücks (2) umfasst, dessen Schlagkopf (24) entlang einer von den Bewegungsachsen (19, 20, 21 , 22) des Werkzeughalters (12) freien Bewegungsbahn (23) geführt ist. 10. Machine tool for carrying out the method according to one of claims 1 to 9 with at least one clamping means (3, 4, 9) for clamping a workpiece to be machined (2), with tools (10, 1 1) for machining the workpiece (2). , wherein at least one tool (10) has a geometrically determined cutting edge (18), and with a multi-axially movable tool holder (12) for receiving the tools (10, 1 1), characterized in that the machine tool (1) is a forging tool (1 1) for incremental cold forging of the workpiece (2), the impact head (24) along one of the axes of motion (19, 20, 21, 22) of the tool holder (12) free movement path (23) is guided.
1 1 . Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughalter (12) einen Anschluss (25) zur Steuerung, Regelung und/oder Energieversorgung des aufgenommenen elektromagnetischen Schmiedewerkzeugs (1 1 ) aufweist. 1 1. Machine tool according to claim 10, characterized in that the tool holder (12) has a connection (25) for the control, regulation and / or power supply of the received electromagnetic forging tool (1 1).
12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, die dass die Werkzeugmaschine (1 ) ein geschmiedetes Werkstück (10) aus Titan oder einer Titanlegierung aufweist. 12. Machine tool according to claim 10 or 1 1, characterized in that the machine tool (1) has a forged workpiece (10) made of titanium or a titanium alloy.
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