Verfahren zum Abheben einer Oberflächenschicht von einem metallischen Werkstück Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abheben einer Oberflächenschicht von einem metallischen We:rks:
tück, ,das dadurch gekeninzeichnet ist, dass einte Rolle mit einer konischen Mantelfläche so ausgerich tet wird, dass diie konische Fläche der Rolle eine Bahn beschreibt, die fortlaufend mit dem Metall .der Oberflächenschicht in B,erühnunIg kommt, während gleichzeitig die Rolle ged're'ht wird und eine Kraft in einer Richtung ausübt, :
die praktisch .senkrecht zur Dickenausidehnung der Oberfläche des Werkstückes steht, dass ferner durch .die Berührung und .die Kraft ,das Metall an ider Obe:
rfläche des Werkstückes ent lanig der Bahn in der Richtu eng der Krafteinwirkung und am innersten Berührungspunkt zwischen der konischen Oberfläche und d,-"m Werkstück ab:
ge- schert wind, und dass es von dem Werkstück in einer Richtung quer zur Richtung der aufgewendeten Kraft wegfli :sst.
Die Erfindung gibt einen neuen Wag an, um Metall von Werkstücken verschiedener Form zu ent- fe@rnen, wofür bisher in üblicher Weisse Drehbänke, Plandrehbänke oder Bohrmaschinen verwendet wur den. Mit dem vonliegenden Verfahren kann z. B. an einer Platte, einem Barren, einem Block oder Knüp pel eine praktisch glatte Oberfläche erzeugt werden.
Das Verfahrnen kann au ich dazu benutzt werden, die äussere Oberfläche von Stangen, Stäben oder Knüp peln abzusch@äle:n, sowie die Stirnflächen -von Knüp peln und auch die innre :oder äussere Mantelfläche von rohrförmig-.-,n Teilen zu bearbeiten.
Die Enfindunig ist besonders anwendbar bei der Beambeitung von Barren, Blöcken, Knüppeln, Stan- pn, Röhren und Stäben, die,aus hochwertigen Legie- runi88 ;bäh@len sowie aus hitzebzständiigen Metallen, Aluminium u. dgl. @bestehe:
n, und beü denen die Ent- farnu.nig einer verunreinigten oder mit Rissen behaf teten Oberfläche notwendig "und,aiil"gemein üblich ist.
Ein wichitig-,r Vorteil der Erfindu g :besteht darin, idia,ss das Metall an der Oberfläche mit einer Ge- s.chwindi2ke:it,enitfernb werden kann, die um ein Viel faches grösser ist als die Bearbeitungsgeschwindis kalt, reit .der @diie Oberfläche bei Verwendung von üblichen Schneidwerkzeu:
ge.n oder spanabhebenden Werkzeugen entfernt wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung .ist, :dass diese schnelle Oberflüchenibearbleibung idurchgeführt wer- dm kann, ohne dass das Werkzeug häufig aus:ge- wechsielt zu wenden braucht.
Ein Ausführungsbeispiel dies Erfindungsgegen standes wird nun im folgenden in Zusammenhang mit dien Zeichinu:ngen näher erläutert: Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht @einar typischen Rolle, di:e zur Ausführung des Verfahrens der Erfin dung benutzt wenden kann.
FiQ. 2 ist eiinie schematische Ansicht ödes Werk- stückes mit ;der Ma@nitelfläche, die entfernt wenden soll.
Fig.3 ist .eine Draufsicht deis Werkstückes der Fiig. 2.
Fig.4, 5 und 6 sind Teillschinife, die verdeut-i- chen, in welcher Weise die Mantelfläche des Werk stückes, d-ir Fig. 2 entfornit oder abge@s:chält wird.
Fig. 7 ist ,e@in(e schaubildlich-, Ansiichb eines Werk stückes z. B. nach Fig. 1, dessen Oberfläche zum Teil ab--.-schält ist.
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eiines Werk- stückes, dessen Stirnfläche entfernt oder .abgzschält werdon soll.
Fi,g.9 ist :ein Teilschnitt ödes Werkstückes der Fig. 8, ?ins dem @ersichtlich, ist, in welcher Weise die Rollte dazu benutzt wird, die Stirnfläche,abzuschälen. Fig. <B>10</B> ist eine .schematische Ansicht ,eines Werk- stückes, :
dessen zylindrische innere Manbelfläche ent- fernt wemiden soll.
Fig. 11 .ist .ein Teilschnitt :dies Werkstückes der Fig. 10, aus idem hervorgeht, in welcher Weise die Rolle dazu benutzt wind, um idie Mantelfläche abzu- schälen.
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht eines Werkstückes, das eine ebene Oberfläche hat, die ent fernt wenden soll und F!,. 13 ist :ein Teilschnitt ,des Werkstückes der Fig. 12,i aus der ersichtlich ist, :in welcher Weise die Ralle benutzt wird;
um die flache Oberfläche abzu- schälern.
Die Rolle R der Fig. 1 .hat die zur Ausführung ides Verfahrens ider Erfinqdung notwendige Form.
Die Rolle hat ,eine konisch geformte Manteilfläche 1 und eine :benachbarte ,ebenfalls konisch .geformte Mantel- fläche z. Beide Oberflächen, liegen koaxial zu der Drehachse der Roäe 3.
Die Verlängerung :der Ober fläche 1, die, durch ,die gestrichelte Linie 4 angedeutet ist, ,schneidet die Achse 3 rund idne Verlängerung ,der. Oberbäche 2, die durch ,die .gestrichelte Linie 5,ange- deutet ist, schneidet eibDnüalls idie Ach-sie 3.
Die Oberfläche 1 :der Rolle R ist die tatsächliche Werkzeugfläche, d. h. .düe Fläche, welche die Kräfte enzeuib , die notwendig sind, um das Abscheren und die plastische Verformung hervorzurufen,
die beim Abschälen! -der Wenkstückoberfläche iauftreten. Die Höhic h oder idie Breite der konischen Fläche ist wichtig, da ihre Abmessung mindestens so gross sein muss und vorzugsweise nochgrösser ist, als :
die Dik- kenab:messung der abzuschälenden Oberflächen- schicht. Die Ob.erfiächie 2 an ;sich .entwickelt keine Kräfte, :die für das Abscheren und idie Verformung notwendig sind.
Die Oberfläche 2 hat jedoch insofern einen nützlichen Zweck, als sie @die Teile des Werk- stückes, von denen ,diie ObeTflächeuschichrt abgeschälte worden ist,
glättet und eine Schilichtung dies Werk- stnickes hervorruft.
Das in Fig.2 dargestellte Weztstnick 6 und die Rolle R können in en ;sich bekannter Weise gehaltert sein, indem z. B. .das Werksstück 6 so :eingespannt ist, dass es ,um seine Achse 7 .drebbar ist.
Die Rolle R ist auf einem Schlitten der Maschine montiert, so dass sie .in :einer parallel Dur .Drehachse 7 verlaufenden Richtung bewegt wenden kann. Die Halterung der Rolle .muss eine Orientierung oder Aufrichtung der Rolle .m einer später erläuterten:
Weise igeistatüen.
Das Werkstück 6 .hat eine Mantelfläche 8, .mit der Dicke t, die von den Grenzflächen 9 und 10 aussen und innen begrenzt wird.
Das dargestellte Werkstück hat leine im albgemeinen zylindrische Fürmund kann ein Barren, eine Stange oder ,ein ähnlicher Teil sein, dessen Oberlächz entfernt werden soll. Die Art und Weise, in :
der die Rolle R ausgerichtet und bewegt wird, um,die Oberfläche 8 abzuschälen, ist weiter un ter: erläutert. Es sei hier lediglich :erwähnt, dass ,die Rolle beim Arbeitsvorgang parallel zur Achse 7 ble- wogt Wird.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Rolle R in der Draufsicht .so angeordnet ist, :dass ihre Drehachse 3 in einer vertikalen Ebene P lieb , die auch durch. die Drehlachse 7 des Werkstückes Alus Fig. 4 .ergibt sich, :
dass die Rolle in ider Seitenansicht so ausgerichtet ist, dass ihre Drehachse 3 schräg zur Ebene P liegt.
Dez Schmtkpunkt der Oberflächen 1 und 2 der Ebene P ist bei 11 angedeutet. Der Schnitt ,der Höhe h der Oberfläche 1 mit edier Ebene P ist .durch die Linie 12 angedeutet.
Die Rolle 12 ist so .geneigt, dass die Arbeitsfläche 1 die richtige Lage für das Abschälen hat. Die Nei gung wird auch als Anstellwinkel ,der Arbeitsfläche bezeichnet und ist ,durch den Winkel der Linie 12 gegenüber der Fortisetziung dez Oberfläche 1;0 in der Ebene P bestimmt.
Die Rollee ist in der Figur sio geneigt, ,dass die Linie 12,einen Winkel von 90 mit der Verlängerung der Grenzfläche einschliesst oder dass der Anstell- winkel 0 ist.
In manchen Fällen ,kann idie Rolle so geneigt wenden, dass die Linie 12 eine Neigung von <B>88'</B> hat (d. h. cin spitzer Winkel in Richtung ,entgegen dem Rollenvorschub), so dass der Anstellwinkel -2 ist.
In manchen Fällen wurde ,die Rolle so geneigt, :dass die Linie 12 eine Neigung von etwa 80 hat, -d. h.
einen spitzen Winkel in Richtung ides Rollen vorschubs bildet, so diasis oder Anstellwinkzl +10 be- trägt. Der Anstellwinkel,dar Anbeitisfläche 1 hängt in erster Linie von der Art des zu ,bleanb;
eiteuden Mate- nials, von der Obienfliächenidiicke, von ,der Dnehge- schwindigkeit ,des Werkstückes und von ,der Vor- schubgeschwinidigkDit (der Rolle ab. Die Anstellwiur- kel innerhalb :des angegebenen Bereichs haben be friedigende Ergebnisse gebracht.
Der Bereich ist jedoch nicht abslolut krlltisch. Der negative Anstell- winkel muss notwendigerweise verhältnismässig klein sein, um zu vermeiden, dass sich Metall anhäuft, wel- ch:
eis die Wirkung oder Rollee 'beeinträchtigt und, zu starke Reibung heTvorruft.
Um dein Arbleitsvorgang le;inzuleiten, wird ,der. An ste11winkel ider Rolle so eingestellt, dass ider Punkt 1 1 in der Verlängerung ider inuenen Grenzfläche P liegt. Die konische Oberfläche 2 :ist ge;
gemübier der koni- schem Oberfläche 1 ,so ,ausgerichtet, idass die Oberflä- che 2 das Werkstück nicht berührt und genügend Luft vorhanden ist,
wenn sich idie Rollein das Metall ideT Oberfläche 8 hineiinhewegt. In edier Praxis .ist die Wahrung eines Abstands zwischen, den Oblerflächen 2 und :dem Werkstück nicht immer möglich, ida das Metall elastisch ist.
Hierdurch wind jedoch, die ge wünschte Glättungswirkung erzielt, wie noch weiter unten ausgeführt wind.
Wenn die Rolle eingestellt ist, wird das. Werk stück 6 :in Drehung versetzt; die Rolilie, wird nun nach unten parallel Dur Achsie 7beweg t. Wenn ldie Rolle Rolle Reit ihrer O.bierläche 1 den oberen Rand,
10 der Oberfläche 8 berührt, beginnt sie, sich um ihre Achse 3 zu drehen, während die Rolle parallel zur. Achse 7 fortschreitet, beiginnt .sie ihre Kraft auf die Oberflä- che 8 auszuüben. Diese Kraft verläuft parallel zur Achse 7 oder senkrecht Dur Dickenlausdehnung t der Oberfläche B.
In Fig. 4 ist der Kraftvektor 14 ange deutet, wenn, die Rolle weiter fortschreitet, bewirkt die an der Stelle 11 ausgeübte Kraft, dass das Metall entlang der Grenzlinie <B>10</B> abgeschält, unterhalb der Rolle verformt und in einer Richtung bewegt wird, die im allgemeinen radial nach aussen, d. h. von.
dem Körper ,das Werkstückes weg gerichtet ist. Dies -ist in Fig. 5 angedeutet, o die Oberfläche des Werksbük- kes 10a nachdem Abschälen und ebenso auch ,das verformte Metall 20 zu sehen ist.
Bei weiterer Dre^ hung der Rolle und des Werkstückes und beim weite ren Vorschub der Rolle parallel zur Achse 7 findet ein weiemes Abschälen und eine weitere Werkstoff- verformung an den Stellen 10b und 20b in Fig.6 statt. Das
Metall wind von der. Oberfläche 2 nach aussen geführt und :die Oberfläche :des Metallei ge- glättet.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Metall zu nächst nach aussen in Form einex Scheibe .oder eines Ringes verformt wird. Bald bilden sich jedoch Risse oder Sprünge,in :dar Ring, da das Materialdes Rin ges stark auf Zug beansprucht wird und :durch die Bearbeitung wesentlich weniger verformbar wird.
Das verformte Metall hat auch :die Neigung, sich :auf zurollen. Bei der weitenm, Bearbeitung verwandeln sich die Risse in grosse Sprünge, so dass Mets Ustrei- fen entstehen, die etwa tangential nach aussen ragen.
Diese tangentiale Richtung wird durch die Relativbe wegung der Rolle geigenüber dem Werkstück verur sacht und verläuft in der gleichen Richtung, in der sich die Rolle relativ zudem Werkstück bewegt.
Dies ist in Fiig. 7 angedeutet, @in ,der ,das verformte Material an der Stelle 23 angedeutet ist, während verschiedene Sprünge 24 durch Erweiterung der Risse dargestellt sind, und die Metallstreifen tangential entgegen dem Uhrzeigsrsinn nach aussen verlaufen.
Wie schon erwähnt, ist die konische Oberfläche 2 gegenüber der konischen Oberfläche 1 so .angeordnet, dass die Oberfläche 2 das Werkstück nicht berührt, während :die Oberfläche 1 den Arbeitsvorgang am Werkstück ausführt.
Nach Fig.4 beträgt der Zwi- scheuraum oder Abstand zwischen den beiden Teilen etwa 1/2 bis 21/2 . Die gegenseitige Richtung der konisch-'.n Flächen 1 und 2 beim Entwurf der Rolle ,
ist @durch den gewünschten Anstellwinkel und dien freien Raumwinkel bestimmt.
Trotz der Ausrichtung dem Oberfläche 1 und 2 ist die Oberfläche 2 nicht im;mler vollständig vom Werk stück ,getrennt. Dies beruht ,darauf, dass das:
Metall elastisch ist ,uqd .dass ein. Teildes Metwalles sich un mittelbar hinter dem Abtrennungspunkt nach aussen in den freien Raum gegen den Teil der Oberfläche 2 schiebt, der genaidie hinter den Punkt 1.1 liegt. Die Oberfläche 2 glättet (daher das Metall,
so dass eine Obenflüchenschiichtung entsteht.
In bezug auf Fig. 4 sei bemerkt, dass die Breite oder Höhe h der konischen Fläche 1 grösser ist :als .die Dicke t der Oberfläche 8, und, dass sie daher über diese Oberfläche hinausragt. Dies ist die bevorzugte Aus;führu:ngsfonm und Lage der konischen Fläche 1 gegenüber,dem.a;bzuschülenden Werkstück.
Die Schäl- .und Verformuugskräfte wenden fort- laufend an zusammenhängenden Flächenteilen wirk sam; .das einzelne Flächenstück, an dem die Kraft jeweils angreift, ist ausserondenülich klein im Ver gleich zur Gesamtfläche entlang der die Kraft insge- samt einwirkt.
Man kann z. B. euch .dk Auffassung vertreten, :dass die Rolle beim Abtrennen der Ober- fläche 8 ein Band berührt,
das schraubenförmig um idme Achse 7 herumläuft. Die Gesamtfläche des Ban des ist ausscrordentlich gross im Vergleich zu dem augenblicklichen Berührungspunkt. Das Metall wind ,
daher durch ein-. punkt- oder linienhafte Berührurng abgeschält oderentfernt. Dadurch wird idie zum Ab- scheren und zur notwendige Kraft ver- hältnismässig klein. Dies ist natürlich von Vorteil,
wenn Metalle mit hoher Festigkeit bearbeitet werden sollen und es ist @ebenfalls in bezug auf ;die Ab:mes- sungen der Einrichtungen vorteilhaft, die aufm Fest- ,spannen und zum Drehen ,des Werkstückes und der Rolle ;diienen.
Wenn die Oberfläche :des Metaliles in dieser Weise abgehoben wird, ergibt sich:, dass ,das Werk- ze,u;g oder .die Rolle, eine rollende und nicht eine rei bende Wirkung wie bei den , konventionellen spanab hebenden Werkzeugen hat.
Diese rollende Wirkung ist von besonderer Bedeutung, weil sie ,die Iebens- @dauer der Werkzeuge ;erhe#blichverlängert.
In Fig. 8 ist die Stirnfläche 3,1 des Werkstückes 30 durch Grenzflächen 32 und 33 sowie --durch einen Rand 34 begrenzt.
Das Werkstück 3,0 und ,die Rolle R können, in -an sich bekannter Weise eingespannt bzw. ,gehaltert stein, z. B. in einer Bohrfräsma:schine"derleni Tisch drehbar gelagert ist und, auf dem das Werkstück 34 sieh um ,die Achse 35 dreht, während die Rolle R auf einem quer verschiebbaren Schlitten angeordnet ist.
Die Drehachse 3 der Rolle liegt in einer Ebene, die auch ,durch die Dnehachise 35 des Werkstückes h;indurch- gcht.
Bei der Beunbeitung wird die Rolle R :so einge stellt dass ihre konische Arbeitsfläche 1 oberhalb dler Fläche 31 :das Werkstückes liegt, wobei der Punkt 11 in der Verlängerung der Gnenzfläch@;
, 33 liegt und der g.wünschte Einsbe@llwinkel und Zwischenraum vor handen sind. Das Werkstück wird dann ;gedreht und die Rolle wird nach innren radial in Richtung auf die Achse 3:
5 Wenn-die konische Anbeits- fl'dche 1 den Rand 34 am Umfang berührt, beginnt die Rolle @umzuliu.feni. Wenn die Rolle nach innen, vorgeschoben wird, übt sie eine Kraft aus, die in radialer Richtung gegen die Achse. 35 gerichtet ist . arid :senkrecht zum Dickenabmessung der Oberfläche 31 steht.
Wie in Fig. 9 zusehen ist, übt die Rolle eine Scliierwirkumig jew1ang der Ober;fläche 31 aus und das. Metall fliesst an der Stehle 40 nach :aussen von dem Werkstück weg.
Am Anfang der Verformung biegt sich das Mutall nach aussen und bildet etwa die Form einer Scheibe.. Bei der weiteren Vorschubbewegung bilden sich Risse und Sprünge. Wenn idie Rolle sich der Achse 35 weiter nähert, bilden sich Metallocken, und Spalte, so dass die :
einzelnen Stücke als Späne abbrechen. Die Vorschubbewegung der Rolle nach innen dauert an, bis die Achse 35 erreicht ist und die Oberfläche 31 vollständig abgeschält ist.
Die Bahn der Relativb,ewegunxg zwischen der Rolle und .dem Werkstück .ist -bei der Ausführung der Fig. 8 und 9 eine Evolvente.
Beim Abschälen !des Mebaliles nach Fig. 2 und 8 können auch mehr als eine Rolle, z. B. zwei Rollen auf verschiedenen, Seiten )der Drehachse ides Werk stückes verwendet werden.
In Fig. 10 ist ein rohrförmiges Werkstück 40 dar- ;D das auf ider Innenseite, @d. h.
am inneren Man"eel der zylind#nischen Fläche 41 Grenzffächen 42 ,und 43 aufweist. Diese Oberfläche wird mit Hilfe der Rolle R entfernt, die in -der .gleichen Weise arbeitet, wie idies in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde,
wobei lediglich die Rolle in !diesem .Fall auf der In- n3n3eite und nicht auf !der Aussenseite angeordnet ist. Die Rolle R wird so ausgerichtet, wie dies oben be- sehrieben wurde und das Werkstück 40 wird um die Achse 44 gedreht.
Die Rolle wird. parallel zur Dreh achse 44 vorgeschoben. Die Rolle übt eine Kraft parallel zur Achse 44 aus und bewirkt ein Abscheren entlang ider Grenzfläche 42 und -eine Verformung des Metalleis in einer Richtung quer zur Richtung der Rollenkraft, d. h.
von !dem W.arks@tück der Fig. 11 weh in Richtung 45.
In Fig. 12 und 13 ist die Anwendung der Erfin dung beim Abschälen einer flachen oder ebenen Oherfläche dargestellt, z. B. einer Oberfläche 50 .an ider einen Seite- eines Barrens 51. Die Oberfläche 50 hat eine endliche Dicke, die durch, @die Gnenzflächen 52 und 53 gegeben ist.
Die Rolle R mit gegenüber der Oberfläche 50 des B.arrüns in der beschriebenen Weise ausgerichtet. Vorzugsweise wind Idas Werk- stÜck -unter der Rolle hin- .und heubewegt und wäh- rend j:
eider Hin- und Herbeweagung wird die Rollee so vorgeschoben, dass sie in. Idas Werkstuck .eindringt und eine nach unten ;
gerichtete .Kraft senkrecht zur Richtung de.r Bewegung" .des Wenkstückeis au übt, .die auch senkrecht zur Dickenausdehnung der OberfLä- che 50 steht. Die nach unten ;gerichtete Kraft bewirkt ein Abscheren entlang :
dien Grenzfläche 52 und :eine plabische Venformung ,in einem Richtung, die quer zur Richtung der Kraft liegt und das Metall @an. (der Stelle, 54 in Fig. 1,3 .abhebt.
Die Hin- und Herbewebmung ides Werkstückes und idie Abwärts- bewegurng der Rolle wind fortgeisetzt bis !die Obernä- che 50 abgeschält ist.