CH658006A5

CH658006A5 - METHOD AND DEVICE FOR CALIBRATING REDUCING THE CROSS-SECTIONAL SURFACE OF A WORKPIECE ROTATING WITH IT.

Info

Publication number: CH658006A5
Application number: CH1217/83A
Authority: CH
Inventors: Ernst Grob; Hans Krapfenbauer
Original assignee: Grob Ernst Fa
Priority date: 1983-03-07
Filing date: 1983-03-07
Publication date: 1986-10-15
Also published as: ATA4184A; IT1175416B; DE3400315A1; IT8419906A0; DE3400315C2; AT385922B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der in den Ansprüchen und dieser Beschreibung dargelegten Art. The invention relates to a method and an apparatus of the type set out in the claims and this description.

Beispielsweise für sogenannte Torsionsstäbe, die beispielsweise als Federstäbe aber auch als Wellen Anwendung finden können, sind neben dickeren Partien auch dünnere Partien erforderlich, wobei man aus an sich hinlänglich bekannten Gründen keine abrupten Absätze sondern allmählich Übergänge bei den Durchmesseränderungen benötigen kann. For example, for so-called torsion bars, which can also be used, for example, as spring bars but also as shafts, in addition to thicker sections, thinner sections are required, although for reasons that are well known per se, it is not possible to need abrupt shoulders but gradual transitions in the changes in diameter.

Solche Torsionsstäbe werden bislang durch Drehen so bearbeitet, dass sie keine Unwuchten oder ihren Eigenschaften sonst beeinflussenden Unregelmässigkeiten aufweisen, die sich z.B. beim Schmieden ergeben können. Das Drehen solcher schlanker langer Teile ist bekanntlich problematisch, wobei die Werkzeugstandzeiten und die Arbeitsgeschwindigkeit bei den harten Werkstoffen sehr bescheiden sind. Die Werkstoffzerspanung ist nachteilig und macht auch relativ grosse Werkstückdurchmesser (vor und nach dem Zerspanen) erforderlich. Härtungsverzüge sind problematisch. Such torsion bars have so far been machined by turning so that they have no imbalances or irregularities that would otherwise influence their properties, e.g. can result in forging. As is well known, turning such slim, long parts is problematic, with tool life and working speed being very modest with hard materials. The machining of materials is disadvantageous and also requires relatively large workpiece diameters (before and after machining). Hardening delays are problematic.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesò Nachteile zu vermeiden und einen sicher und einfach zu handhabenden, wirtschaftlich vorteilhaften Weg zur Herstellung solcher und anderer Teile mit präzisen Querschnittsflächenreduktionen aufzuzeigen. The invention has for its object to avoid these disadvantages and to show a safe and easy-to-use, economically advantageous way of producing such and other parts with precise cross-sectional area reductions.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein in den Ansprüchen und nachstehend dargelegtes Verfahren und eine Vorrichtimg vorgeschlagen. To achieve this object, a method and a device are set forth in the claims and below.

Dabei erfolgt die Querschnittsflächenverkleinerung präzise durch Kaltumformung, d.h. durch ein Kalt-Schlagwal-zen, bei dem sich hohe Arbeitsgeschwindigkeiten nicht nur erzielbar, sondern geradezu den Zwecken der Erfindung förderlich gezeigt haben. The cross-sectional area is reduced precisely by cold forming, i.e. by a cold impact roller, in which high working speeds have not only been attainable, but have also been shown to be beneficial to the purposes of the invention.

Die Werkzeugstandzeiten sind sehr hoch, so dass man lange Zeit und somit manches Stück mit den gleichen Walzen bearbeiten kann, ohne dass die Präzision leiden müsste. The tool life is very long, so that you can work with the same rollers for a long time and thus some parts without suffering the precision.

Die erzielbaren, ja zweckfördernden hohen Arbeitsgeschwindigkeiten lassen einen Materialfluss erzielen, der nicht nur eine oberflächliche sondern eine tiefreichende Materialverfestigung ergibt, wobei man die Plastifizierung zumindest in vielen Fällen als durch und durch gehend bezeichnen kann. — Dies erlaubt es mit geringeren Produktquerschnit-ten als beim Drehen auszukommen. Da man kein Material zerspant, ist ohnehin eine Materialersparnis gegeben. The achievable, indeed purpose-promoting, high working speeds allow a material flow to be achieved which not only results in a superficial but also a deep material consolidation, whereby the plasticization can be described as continuous throughout, at least in many cases. - This makes it possible to get by with smaller product cross sections than when turning. Since no material is cut, there is a material saving anyway.

Es hat sich gezeigt, dass die so hergestellten Produkte einen nur geringen Härteverzug bei nachfolgender Härtung haben, was sie auch vorteilhaft gegenüber gedrehten Teilen abhebt. It has been shown that the products produced in this way have only a slight delay in hardness during subsequent hardening, which also sets them apart advantageously from turned parts.

Da man praktisch nur mit rotierenden und mit beinahe immer gleichmässig angetriebenen Teilen arbeitet, sind die Massenkräfte gut im Griff zu halten, wobei ungünstige Schwingungen (im Gegensatz zu Drehen) leicht vermeidbar sind. Since one works practically only with rotating and almost always evenly driven parts, the inertial forces are easy to keep under control, whereby unfavorable vibrations (in contrast to turning) are easily avoidable.

Die Materialverdrängung und somit der Materialfluss erfolgen zumindest überwiegend in Werkstückachs-Richtung was der Festigkeit zuträgliche und gut beherrschbare Verhältnisse schafft. The material displacement and thus the material flow take place at least predominantly in the direction of the workpiece axis, which creates conditions that are beneficial to the strength and easy to control.

Die Walzköpfe sollten derart zwangssynchronisiert sein, dass alle immer gleichzeitig mit einer Walze am Werkstück angreifen, wobei jeweilen alle Walzvorgänge hinsichtlich ihrer wenigstens angenähert in Richtung der Werkstückachse verlaufenden Komponente gleichgerichtet sind. Bei sich gegenüberliegenden Walzköpfen erreicht man dies durch gegenläufigen zwangssynchronisierten Antrieb am leichtesten, wobei jeder Walzkopf einen eigenen Antriebsmotor haben kann, und der Gleichlauf, z.B. durch ein Zahnradgetriebe erreichbar ist, das die Walzköpfe entsprechend miteinander verbindet. The rolling heads should be positively synchronized in such a way that all of them always act on the workpiece with one roller at the same time, with all the rolling processes being aligned in terms of their components which run at least approximately in the direction of the workpiece axis. In the case of opposing roller heads, this is easiest to achieve by means of counter-rotating, synchronized drive, each roller head having its own drive motor, and synchronism, e.g. can be reached by a gear transmission that connects the roller heads accordingly.

Damit die Rotation des Werkstückes in der im Anspruch 1 genannten Weise so erfolgen muss, dass sich aufeinanderfolgende Walzvorgänge in Umfangsrichtung überlappen kann ein starrer Verhältnis-Synchronantrieb, mechanisch oder elektronisch bzw. auf andere Weise erfolgen; es genügt aber in der Regel, wenn ein ungefähr verhältnisrichtiger Rotationsantrieb erfolgt. Manchmal braucht man keinen oder zumindest keinen vollständigen Rotationsantrieb, wenn von den Walzen ein ausreichendes Drehmoment auf das Werkstück übertragen werden kann, wozu man die Walzköpfe So that the rotation of the workpiece in the manner mentioned in claim 1 must take place in such a way that successive rolling processes overlap in the circumferential direction, a rigid ratio synchronous drive can take place mechanically or electronically or in another way; as a rule, however, it is sufficient if an approximately proportionally correct rotary drive takes place. Sometimes you need no or at least no complete rotary drive if sufficient torque can be transferred from the rollers to the workpiece, which is why the roller heads are used

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schrägstellen und/oder asymmetrische Walzen verwenden kann. can use inclines and / or asymmetrical rollers.

In jedem Falle ist somit das Rotationsverhältnis zur Walzvorganghäufigkeit und der Walzenform entsprechend abstimmbar, wobei eine Vielzahl von Walzen pro Walzkopf einen hohen Vorschub zu erzielen gestatten. In any case, the rotation ratio to the rolling process frequency and the roll shape can be adjusted accordingly, with a large number of rolls per roll head allowing a high feed rate to be achieved.

Wenn jeder Walzkopf in einer zur Werkstückachse senkrechten Ebene liegt, ergeben sich nur bei asymmetrischen Walzen Drehkräfte am Werkstück, während man auch bei symmetrischen Walzen, deren Walzköpfe aber ausserhalb einer zur Werkstückachse senkrechten Ebene liegen (schrägstehende Achse) ein Drehmoment erhalten kann. Die Schrägstellung wird man dabei aber nur im Bereich weniger Winkelgrade halten, weil man ja eine Materialverdrängung in Richtung der Werkstückachse wünscht. If each roller head lies in a plane perpendicular to the workpiece axis, only with asymmetrical rollers do torsional forces arise on the workpiece, while also with symmetrical rollers, whose roller heads lie outside a plane perpendicular to the workpiece axis (inclined axis), a torque can be obtained. However, the inclination will only be kept in the range of a few degrees of angle, because you want a material displacement in the direction of the workpiece axis.

Bei einem hohlen Werkstück ist in der Regel ein Dorn erforderlich, damit nicht einfach eine Verdrängung des Materials nach innen erfolgt. Das Profil dieses Dornen kann in gewissen Grenzen (je nach Materialfluss) gewählt werden und ausser der Gewichtsersparnis.und der Schaffung eines z.B. flüssigkeitsleitenden Hohlraumes auch z.B. der Profilbildung zu anderen Zwecken (z.B. zur späteren Kraftübertragung auf andere Teile) dienen. For a hollow workpiece, a mandrel is usually required so that the material is not simply displaced inwards. The profile of this mandrel can be selected within certain limits (depending on the material flow) and in addition to saving weight and creating a e.g. liquid-conducting cavity also e.g. serve to create profiles for other purposes (e.g. for later transmission of power to other parts).

Wenn man die Walzköpfe in radialer Richtung zum Werkstück zustellt (Annäherung an die Werkstückachse) oder davon entfernt, kann man eine Taillierung, d.h. einen geschwungenen Übergang erhalten, der auch als ein Einstechvorgang realisiert werden kann. Man kann so z.B. die dickeren Enden eines Torsionsstabes stehenlassen. Man kann aber auch durch allmähliches radiales Verstellen der Köpfe eine andere Durchmesserveränderang herbeiführen, wie z. B. einen Konus Balligkeit etc. If the roller heads are fed in to the workpiece in the radial direction (approximation to the workpiece axis) or removed therefrom, a waist, i.e. receive a curved transition, which can also be implemented as a piercing process. You can e.g. leave the thicker ends of a torsion bar. But you can also bring about a different diameter change by gradual radial adjustment of the heads, such. B. a cone crown etc.

Man kann konstant oder ungleichmässig den Längsvorschub des Werkstückes bewerkstelligen, wobei aber ein Überlappen von in der Werkstückachs-Richtung aufeinanderfolgenden Walzvorgängen immer stattfinden sollte. The longitudinal feed of the workpiece can be carried out constantly or unevenly, but an overlap of rolling processes which follow one another in the direction of the workpiece axis should always take place.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet sich eine erfindungsgemässe Vorrichtung, welche eine mit vorbestimmbarer Drehzahl rotierbare Einspannvorrichtung für das Werkstück hat, wobei diese vorteilhaft entlang der Rotationsachse (Werkstückachse) vorbestimmbar bewegbar ist; es sind ferner wenigstens zwei (vorzugsweise sich gegenüberliegende) und zur Werkstückachse radial hin-und-herverstellbare Walzenköpfe vorgesehen, deren jeder synchron zum anderen (und bei Gegenüberliegen gegenläufig) antreibbar ist; dabei ist in jedem Walzkopf wenigstens eine Walze zum Werkstückeingriff so drehbar gelagert, dass sie eine planetenartige Bewegung bei drehendem Walzkopf ausführt; dabei sind Walzen immer gleichzeitig am Werkstück im Eingriff und üben eine vorwiegend in Werkstückachs-Richtung verlaufende Materialverdrängung aus. Die Antriebe sind so abstimmbar, dass aufeinanderfolgende Walzvorgänge sich zumindest seitlich d.h. in Umfangsrichtung des Werkstückes überlappen und bei längsbewegtem Werkstück auch eine Längsüberlappung in Werkstückachs-Richtung erfolgt. Je mehr Walzen im Walzkopf sind und je mehr Walzköpfe vorgesehen sind, desto intensiver ist die Bearbeitung des Werkstückes und desto rascher kann der Vorschub sein, wobei ein rascher Vorschub einen raschen Längsfluss des Materials und ein intensives tiefgreifendes Plastifizieren des Werkstoffes bewirken kann, das erwünscht ist. A device according to the invention is suitable for carrying out the method according to the invention, which has a clamping device for the workpiece which can be rotated at a predeterminable rotational speed, which can advantageously be moved in a predetermined manner along the axis of rotation (workpiece axis); there are also at least two (preferably opposite) roller heads which can be moved radially back and forth to the workpiece axis, each of which can be driven synchronously with the other (and in opposite directions with opposing ones); at least one roller for workpiece engagement is rotatably mounted in each roller head in such a way that it executes a planet-like movement when the roller head rotates; Rollers are always engaged on the workpiece at the same time and exert material displacement mainly in the direction of the workpiece axis. The drives can be tuned in such a way that successive rolling processes are at least sideways i.e. overlap in the circumferential direction of the workpiece and, in the case of a longitudinally moving workpiece, there is also a longitudinal overlap in the workpiece axis direction. The more rolls in the roll head and the more roll heads are provided, the more intensive the machining of the workpiece and the faster the feed can be, whereby a rapid feed can cause a rapid longitudinal flow of the material and an intensive, deep plasticization of the material that is desired .

Die Erfindung wird nachstehend anhand der rein schematischen Zeichnung beispielsweise besprochen. Es zeigen: The invention is discussed below with reference to the purely schematic drawing, for example. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens, 1 is a plan view of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention,

Fig. 2 eine (aus Übersichtlichkeitsgründen mit weniger Walzen gezeichnete) Ansicht der Walzköpfe in Arbeitsstellung mit ihrem Antrieb in Werkstückachsrichtung (Pfeil II in Fig. 2 is a (drawn for clarity with fewer rolls) view of the rolling heads in the working position with their drive in the workpiece axis direction (arrow II in

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Fig. 1) gesehen, wobei ein Werkstückquerschnitt dazwi-schengezeichnet ist, 1) seen, a workpiece cross section being drawn in between,

Fig. 3 eine hinsichtlich der Walzkopfausbildung der Fig. 2 entsprechende Seitenansicht nach Pfeil III in Fig. 1 eines Walzkopfes, 3 shows a side view according to arrow III in FIG. 1 of a rolling head corresponding to the rolling head design of FIG. 2,

Fig. 4 eine Variante zu Fig. 3 mit schrägstehendem Walzkopf, und Fig. 4 shows a variant of Fig. 3 with an inclined roller head, and

Fig. 5 eine Ansicht in Richtung der Werkstückachse eines Werkstückschnittes mit darangezeichneten asymmetrischen Walzen. Fig. 5 is a view in the direction of the workpiece axis of a workpiece section with asymmetrical rollers shown.

Auf einem solchen Maschinengestell 1 (Fig. 1) ist eine längs der Werkstückachse A durch einen Schraubenspindel 2 verschiebliche Einspannvorrichtung 3 für ein Werkstück W vorgesehen. Dabei kann die Schraubenspindel 2 durch einen steuerbaren Motorantrieb 2' in geeigneter Weise angetrieben werden. Die Einspannvorrichtung 3 kann ihrerseits durch einen Getriebemotorantrieb 3' samt dem Werkstück W in geeigneter Weise in Rotation gesetzt werden. On such a machine frame 1 (FIG. 1), a clamping device 3 for a workpiece W, which is displaceable along the workpiece axis A by a screw spindle 2, is provided. The screw spindle 2 can be driven in a suitable manner by a controllable motor drive 2 '. The clamping device 3 can in turn be set in a suitable manner by a geared motor drive 3 ′ together with the workpiece W.

Auf dem Maschinengestell 1 sind auch zwei Walzköpfe 4 sich gegenüberliegend drehbar gelagert, wobei sie über Gelenkwellen 40 von Elektromotoren 41 über Riementriebe 42 antreibbar sind und zur Sicherstellung einer starren Synchronisation mit Gegenlauf durch zwei Zahnräder 43 gekoppelt sind. On the machine frame 1, two roller heads 4 are also rotatably mounted opposite one another, wherein they can be driven by articulated shafts 40 from electric motors 41 via belt drives 42 and are coupled by two gear wheels 43 to ensure rigid synchronization with counter-rotation.

In jedem Walzkopf 4 sind symmetrisch ausgebildete Walzen 5 vorgesehen. In each roller head 4, symmetrically designed rollers 5 are provided.

Man kann anstelle dieser Walzen 5 auch asymmetrische Walzen 6 gemäss Fig. 5 verwenden, wobei diese dann ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles 7 auf das Werkstück ausüben, das unter gewissen Umständen eine ausreichende Antriebskraft hervorzurufen vermöchte. Dies insbesondere dann wenn auch noch durch entsprechende Schrägstellung der Walzköpfe 4 (Fig. 4) ein solches Drehmoment unterstützt wird. Aber auch die Schrägstellung alleine könnte allenfalls ausreichen um ein zumindest partiell treibendes Drehmoment zu erreichen. Instead of these rollers 5, asymmetrical rollers 6 according to FIG. 5 can also be used, in which case they then exert a torque in the direction of arrow 7 on the workpiece, which under certain circumstances could produce sufficient driving force. This is particularly true when such a torque is also supported by a corresponding inclination of the roller heads 4 (FIG. 4). But even the inclined position alone could at most be sufficient to achieve an at least partially driving torque.

Man kann gemäss Fig. 1 bevorzugterweise im Ziehen (Richtung des Pfeiles II) oder aber im Stossen (entgegen Pfeil II) walzen. — Unabhängig davon, ob man im Ziehen oder im Stossen walzt, kann man im Gegenlauf (wie in Fig. 1), d.h., dass die Walzen entgegen der Bewegungsrichtung des Werkstückes (Pfeil II) darauf einwirken, oder man kann im Gleichlauf (umgekehrt) walzen. In Fig. 1 wird somit im Ziehen und im Gegenlauf gewalzt. 1 can preferably be rolled by pulling (direction of arrow II) or by pushing (against arrow II). - Regardless of whether you roll in pulling or pushing, you can run in the opposite direction (as in Fig. 1), ie that the rollers act against the direction of movement of the workpiece (arrow II), or you can run in reverse (vice versa) roll. In Fig. 1 is thus rolled in the pull and in the opposite direction.

Die Walzenprofile können von flach bis zu einem dem Werkstückaussenumfang entsprechenden Kreisbogen (mit tangentialem Auslauf) reichen, wobei symmetrische und asymmetrische Profile möglich sind. The roller profiles can range from flat to a circular arc (with tangential runout) corresponding to the workpiece outer circumference, whereby symmetrical and asymmetrical profiles are possible.

Man kann mit der gezeichneten Maschine wie folgt einen Torsionsstab walzen: Man spannt den Stab (Werkstück W) mit dem in Fig. 1 am dicksten dargestellten ursprünglichen Durchmesser in die Einspannvorrichtung ein und beginnt bei Rotation des Werkstückes W im Sinne des Pfeiles 7 die bis dahin entfernten Walzköpfe langsam soweit zuzustellen, dass sie die in Fig. 1 gezeichnete Lage hinsichtlich der Werkstückachse A haben. Dabei braucht der Vorschub in Richtung des Pfeiles II nicht zu erfolgen, oder man kann eine hin-und-hergehende oder langsamere als spätere Vorschubgeschwindigkeit wählen. Danach wird der Vorschub in Richtung des Pfeiles II eingeschaltet und solange gewalzt, bis die erforderliche Länge des Torsionsstabes (einschliesslich eines wiederum dick belassenen Endabschnittes) erreicht ist. Nun kann abgebrochen und ausgespannt werden. Nach Wiederherstellung der Ausgangslage kann von neuem begonnen werden. You can roll a torsion bar with the drawn machine as follows: You clamp the bar (workpiece W) with the original diameter shown thickest in Fig. 1 in the clamping device and starts rotating the workpiece W in the direction of arrow 7 up to that point remove the removed rolling heads slowly so far that they have the position shown in FIG. 1 with respect to the workpiece axis A. The feed in the direction of arrow II need not take place, or one can choose a reciprocating or slower feed rate than later. Then the feed is switched on in the direction of arrow II and rolled until the required length of the torsion bar (including an end section which is again left thick) is reached. Now you can break off and relax. After restoring the starting point, you can start again.

Dieser Walzvorgang wird in der Regel bei weitem schneller als das Drehen sein. This rolling process will usually be far faster than turning.

3 3rd

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Da nur rotierende Bewegungen stattfinden und kein Spanen erfolgt ist eine minimale Abnützung der Walzen und anderen richtig dimensionierten Werkzeug- und Maschinenteile erzielbar. Schwingungen in unkontrollierbarer oder schwer kontrollierbarer Weise, wie sie das Drehen langer schlanker Teile kennt, sind nicht zu befürchten. Since there are only rotating movements and no cutting takes place, minimal wear of the rollers and other correctly dimensioned tool and machine parts can be achieved. There is no fear of vibrations in an uncontrollable or difficult to control manner, as is known from turning long, slim parts.

Eine hervorragende Kalibrierung des fertigen Produktes ist möglich. Excellent calibration of the finished product is possible.

Der Kaltumform- bzw. Walzvorgang hat sogar den Vorteil, dass mit zunehmendem Vorschub eine tiefergreifende Strukturverbesserung eintreten kann. The cold forming or rolling process even has the advantage that a deeper structural improvement can occur with increasing feed.

s io s io

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2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

658 006 PATENT CLAIMS

1. A method for reducing the cross-sectional area by calibrating the outer diameter of a full or hollow workpiece rotating about a workpiece axis by cold forming, characterized in that the outer surface of the rotating workpiece is rotatably mounted in and rotated in at least two roller heads each rotating about a roller head axis transverse to the workpiece axis Rolls moved by the rolling heads in a planet-like orbiting movement are processed in rapid succession, whereby successive rolling processes, at least predominantly in the direction of the workpiece axis, overlap in the workpiece circulation direction and cause a material displacement mainly in the workpiece axis direction.

2. The method according to claim 1, characterized in that roller heads arranged around the workpiece are driven in such a way that they are synchronized in such a way that all of them act on the workpiece simultaneously with one roller and all rolling operations are aligned with respect to their component running essentially in the longitudinal axis of the workpiece.

3. The method according to claim 2, characterized in that opposing roller heads are driven in opposite directions.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that each roller head axis is arranged in a vertical to the .Workstückachse plane.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that each roller head axis is arranged in a plane to the workpiece axis at an angle deviating from 90 °.

6: Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rollers exert a torque directed about the workpiece axis on the workpiece.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the hollow workpiece is machined on a mandrel.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that in order to produce a waist on the workpiece, the rolling heads are moved radially towards or away from the workpiece in the course of rolling.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the workpiece is moved along its axis so that successive rolling processes overlap in the longitudinal direction of the workpiece.

10. The device for carrying out the method according to one of claims 1 to 9, characterized in that it has the necessary means for holding and moving the workpiece and the means required for the corresponding drive of the roller heads as well as correspondingly shaped rollers.