Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Formen eines Spinn- oder Zwirnringes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf einen nach dem Verfahren geformten Spinn- oder Zwirnring.
Nachfolgend wird im Zusammenhang mit dem T-förmigen Profil der Begriff Flanschring verwendet, dessen Teile als Flansch und Steg bezeichnet werden. Jene Flächen am Flansch, mit welchen der Läufer beim Spinn- oder Zwirnbetrieb zusammenwirkt, und deren Profilgenauigkeit und Oberflächengüte von Bedeutung sind, werden nachfolgend als Funktionsflächen bzw. Funktionsprofile bezeichnet.
Bekannte Verfahren zum Formen eines Flanschringes bestehen in der Regel aus spanabhebenden Operationen. Ausgegangen wird hierbei von Rohrstangen aus Kugellager- oder Einsatzstahl. Auf Mehrspindel-Automaten bzw. CNC-Maschinen wird aus einem Drehrohling ein entsprechendes Ringprofil herausgearbeitet, wobei der Drehrohling durch Abstechen gebildet werden muss.
Abgesehen von der arbeitsintensiven Natur dieser von Rohrstangen-Material ausgehenden Bearbeitungsoperationen ist der Werkstoffanteil des bearbeiteten Flanschringes gegenüber der benötigten Menge von Ausgangsmaterial verhältnismässig klein bzw. das abgetragene Spanvolumen gross. Die bekannten Verfahren sind demgemäss kostspielig und werkstoffintensiv, was sich direkt auf die Kosten eines Flanschringes auswirkt.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Formen eines hochwertigen Flanschringes, das sowohl bezüglich der Verfahrensoperationen wie auch bezüglich Materialaufwand für denselben, wirtschaftlich ist.
Die Erfindung liegt vornehmlich in der Erkenntnis, dass ausschliesslich durch Bandumformung, d.h durch Zieh- und Pressoperationen, ein Flanschring mit ausreichender Materialverlagerung zur Bildung des Flansches zu erzielen ist.
Die Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen von Anspruch 1.
Da die Operationen nach dem Verfahren zu einem bezüglich Form fertigen Flanschring führen, ist die Fertigung bei entsprechenden Stückzahlen äusserst kostengünstig. Spanabhebende Bearbeitungen erübrigen sich zumindest insoweit, als die wesentlichen Abmessungen eines Flanschringes nach ISO 96-1:1992 (dort als T-Ring bezeichnet) betroffen sind. Die Umformungsoperationen selbst, wie auch die Stanzoperation, lassen sich ohne Umspannen durchführen.
An die dem Verfahren zum Formen zugehörigen Operationen können sich an sich bekannte Fertigungsschritte, wie Einsatzhärten und Polieren, anschliessen. Soweit die Profilgebung am Flansch betroffen ist, kann diese durch Drehen oder Schleifen, im letzteren Fall auch nach dem Einsatzhärten, durchgeführt werden. Gegenüber der Herstellung von Flanschringen durch Zerspanen ergibt sich eine erhebliche Materialersparnis.
Da die Stauchoperation sowie die der Formgebung am Flansch dienenden Operationen mit einer Materialverdichtung verbun den sind, erweist sich ein nach diesem Verfahren geformter Flanschring auch bezüglich Verschleisseigenschaften als vorteilhaft.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird der Stanzvorgang zum Abtrennen der Kreisscheibe von der Stegseite her durchgeführt. Damit kommt die Scherkante am einwärts ragenden Flanschansatz an die Flanschoberseite zu liegen, d.h. in eine Materialzone, die, auch nach Verpressung, nicht in einem funktionswesentlichen Teil des Flansches liegt und im Betrieb keine Belastung durch den Läufer erfährt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden mittels einer Fliesspressoperation den Randbereichen des Flansches vorgegebene Funktionsprofile erteilt. Damit lässt sich eine Nachbearbeitung durch Drehen oder Schleifen gänzlich vermeiden. Es hat sich gezeigt, dass mit diesen Operationen eine genaue Profilgebung sowie eine glatte Oberfläche der Funktionsflächen erreichbar ist. Die Vermeidung einer diesbezüglichen Nachbearbeitung durch Drehen oder Schleifen lässt nochmals eine beträchtliche Kosteneinsparung zu. Schliesslich wirkt sich das Fliesspressen unmittelbar auf die Verbesserung der Verschleisseigenschaften aus.
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Teilstück eines Bandstahls mit vorgestanzter, mittels Netzhalterung darin gehaltener Rohlingscheibe,
Fig. 2 die Anformung eines Buckels im Zentrum der Rohlingscheibe durch einen ersten Tiefziehvorgang,
Fig. 3 einen zweiten Tiefziehvorgang zur Bildung des mindestens annähernd zylindrischen Teils des Ringrohlings,
Fig. 4 einen Abstreckziehvorgang mit kontrolliertem Materialfluss und das Flachpressen des Buckels durch Kaltfliessen in den Randbereich zum Vorformen des Ringflansches,
Fig. 5 einen Ausschnitt aus dem Randbereich nach Fig. 4 in vergrösserter Darstellung,
Fig. 6 einen Folgestanzvorgang als Grobformgebung des Ringinnendurchmessers und zum Ablösen des Ringrohlings vom Bandstahl,
Fig.
7 den dem Flanschbereich entgegengesetzten Randbereich mit der Stanzkante nach Fig. 6, in vergrösserter Darstellung,
Fig. 8 einen Prägevorgang der nichtfunktionellen Stanzkante, Verjüngung des Aussendurchmessers durch Ziehen, kontrollierter Materialfluss in den Flanschbereich sowie Reduktion der Steglänge zur Erhöhung der Materialverfügbarkeit im Flanschbereich,
Fig. 9 die Verjüngung des Aussendurchmessers durch die gerundete Innenkante des Ziehwerkzeuges, dargestellt in drei untereinander folgenden Ansichten,
Fig. 10 einen Fliesspressvorgang zur Endformgebung der Funktionsflächen des Flanschbereiches und
Fig. 11 den einwärts ragenden Flanschansatz nach Fig. 10 in vergrösserter Darstellung.
In einem in der Fig. 1 als Bruchstück dargestellten Bandstahl 10 ist eine teilweise ausgestanzte runde Scheibe als Rohlingscheibe 12 mittels einer durch Netzstanzung erhaltenen Netzhalterung 14a, 14b gehalten. Im Zentrum der Rohlingscheibe 12, welche die Basis für einen Rohling zur Fertigung eines Spinn- oder Zwirnringes bildet, ist ein Buckel 16 angeformt.
Das in der Fig. 2 dargestellte, eine Matrize 18 und einen Stempel 20 aufweisende erste Tiefziehwerkzeug 22 dient zur Bildung des Buckels 16.
Mit dem in der Fig. 3 dargestellten, eine Matrize 24 und einen ringförmigen Stempel 26 aufweisenden zweiten Tiefziehwerkzeug 28 wird die in Fig. 2 dargestellte Rohlingscheibe 12 zu einem becherförmigen Rohling 12a geformt, wobei eine mindestens annähernd zylindrische Wand als Stegbereich 30 gebildet wird. In diesem Verfahrensschritt ist der Rohling 12a noch mittels der in der Fig. 1 dargestellten Netzhalterung 14a, 14b mit dem Bandstahl 10 verbunden, wobei jedoch die Stege der Netzhalterung 14a, 14b gegenüber der Darstellung in der Fig. 1 auseinander gezogen werden, da der Aussendurchmesser des Randes am Rohling 12a durch den zweiten Tiefziehvorgang kleiner wird.
Das in der Fig. 4 dargestellte, eine Matrize 32 und einen Stempel 34 aufweisende Werkzeug 36 dient zum Abstreckziehen des Rohlings 12b und zum Flachpressen des in der Fig. 2 dargestellten Buckels 16. Mit diesem Werkzeug 36 wird einerseits der Stegbereich 30a gestreckt, sodass dessen Wanddicke 38 beispielsweise auf 0,8 mm reduziert wird. Andererseits findet beim Flachpressen des Buckels 16 durch Kaltfliessen ein kontrollierter Materialfluss in Pfeilrichtung 40 gemäss Fig. 5 aus dem Zentrum in den Randbereich 42 statt. Dazu ist in der Matrize 32 eine ringförmige Vertiefung 44 angeordnet. Obwohl nicht dargestellt, ist der Rohling 12b auch bei diesem Verfahrensschritt noch mittels der Netzhalterung 14a, 14b mit dem Bandstahl 10 gemäss Fig. 1 verbunden. Die Materialverlagerung in den Randbereich 42 dient als Vorstufe zur Bildung eines Ringflansches.
Das in der Fig. 6 dargestellte, eine Matrize 48 und einen Doppelstempel 50, 52 aufweisende Stanzwerkzeug 54 dient der Reihe nach erstens zum Wegstanzen des Randes 58 und zweitens zum Ausstanzen einer Kreisscheibe 56 aus dem die Flanschseite bildenden Bodenbereich 57 des Rohlings 12c. Nach dem Ausstanzen der Kreisscheibe 56 verbleibt am Bodenbereich 57 ein radial einwärts ragender Flanschansatz 59.
Der Doppelstempel 50, 52 kann als Folgewerkzeug ausgebildet sein, oder es können getrennt voneinander betätigbare Stempel sein.
Durch das Wegstanzen des Randes 58 ist der Rohling 12c vom Bandstahl 10 getrennt. Das von der Stegseite her erfolgende Ausstanzen der Kreisscheibe 56 dient zur Grobformgebung des Ringinnendurchmessers.
Bis zu diesem Verfahrensschritt war der Rohling 12c mit dem in der Fig. 1 dargestellten Bandstahl 10 mittels der Netz halterung 14a, 14b verbunden. Die Halterung der Rohlingscheibe 12 im jeweiligen Verfahrensschritt am Bandstahl 10 diente für den Vorschub zur jeweils nachfolgenden Arbeitsstation.
Die Fig. 7 zeigt in einem Ausschnitt in vergrösserter Darstellung die Schnittkante 60 nach dem Wegstanzen des Randes 58.
Das in der Fig. 8 dargestellte, eine Matrize 62, einen Kernstempel 64 und einen Ringstempel 66 aufweisende Präge- und Tiefziehwerkzeug 68 dient am Rohling 12d zum Prägen bzw. Glätten der nichtfunktionellen Schnittkante 60 (Fig. 7, 9), zum Verjüngen des Aussendurchmessers des Stegbereiches von 30a (Fig. 6) nach 30b (Fig. 8) durch Tiefziehen und zum Vorformen des Flanschbereiches 70. Der Stegbereich 30b wird zudem bei diesem Vorgang gestaucht.
Die Matrize 62 weist zur Aufnahme und zum Vorformen des Flanschbereiches 70 eine ringförmige Vertiefung 71 auf. Der Flanschbereich 70 des Rohlings 12d besteht aus dem radial einwärts ragenden Flanschansatz 59 und einem radial auswärts ragenden Flanschansatz 73.
Der Kernstempel 64 dient im Wesentlichen zum Halten des Rohlings 12d auf der Matrize 62 und zum Festlegen seines Innendurchmessers. Eine am Innenrand des Ringstempels 66 gemäss Fig. 9 angeordnete ringförmige Präge- und Ziehkante 66a dient sowohl zum Prägen bzw. Glätten der Schnittkante 60 des Rohlings 12d als auch zum Verjüngen seines Aussendurchmessers.
Durch den Präge- und Tiefziehvorgang erfolgt ein kontrollierter Materialfluss vom Stegbereich 30b in den Flanschbereich 70. Dabei nimmt die Länge des Stegbereiches 30b ab. Besonders vorteilhaft ist die mit dem Materialfluss verbundene Verdichtung des Materials im Flanschbereich 70, der dadurch verfestigt wird. Infolge der Reduktion des Durchmessers des Stegbereiches 30b kann das Material in diesem ebenfalls verdichtet werden.
Die Fig. 9 veranschaulicht in drei untereinander folgenden Einzelbildern den kontinuierlichen Präge- und Tiefziehvorgang, bei dem der Ringstempel 66 in Pfeilrichtung 74 bewegt wird.
Das in der Fig. 10 im Schnitt dargestellte Werkzeug 76 weist eine Matrize 78, einen Kernstempel 80 und einen Ringstempel 82 auf. Es dient im Wesentlichen der Endformgebung der Funktionsflächen des Flanschringes 84.
Das T-förmige Profil des Flanschringes 84 ist durch einen Steg 86 und einen Flansch 88 gebildet. Der Flansch 88 wird dabei durch Fliesspressen aus dem Flanschbereich 70 geformt und dabei sowohl auf seiner Innen- als auch auf seiner Aussenseite gerundet.
Die abgeflachte Oberseite des Flansches 88 ist die in den Zeichnungen nach unten gerichtete Seite, da der Flanschring während des Verfahrens zum Formen im Gegensatz zu seiner Einbaulage mit dem Flansch 88 nach unten gerichtet ist.
Während des Verfahrens gemäss Fig. 10 werden den Flanschansätzen 72, 73a konvex geformte Funktionsprofile zwischen dem Stegbereich 30b und der Flanschoberseite erteilt.
Die Fig. 11 zeigt insbesondere den einwärts gerichteten Flanschansatz 73a als Funktionsprofil bzw. als funktionelle Flanschpartie.
Im Anschluss an das Verfahren zum Formen wird der Flanschring gehärtet bzw. oberflächengehärtet.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Formen eignet sich für Flanschringe unterschiedlicher Grössen und ermöglicht erhebliche Material- und Kosteneinsparungen. Die so hergestellten Flanschringe sind anstelle von aus vollem Material gedrehten Flanschringen einsatzfähig.
The invention relates to a method for forming a spinning or twisting ring according to the preamble of claim 1 and to a spinning or twisting ring formed by the method.
In the following, the term flange ring is used in connection with the T-shaped profile, the parts of which are referred to as flange and web. Those surfaces on the flange with which the rotor interacts in spinning or twisting operation and whose profile accuracy and surface quality are important are referred to below as functional surfaces or functional profiles.
Known methods for forming a flange ring usually consist of machining operations. This is based on tubular rods made of ball bearing or case hardening steel. A corresponding ring profile is machined from a turning blank on multi-spindle machines or CNC machines, the turning blank having to be formed by parting off.
Apart from the labor-intensive nature of these machining operations starting from tube rod material, the material portion of the machined flange ring is relatively small compared to the required amount of starting material, or the volume of chips removed is large. The known methods are accordingly expensive and material-intensive, which has a direct effect on the costs of a flange ring.
The object of the invention is to provide a method for forming a high-quality flange ring, which is economical both in terms of the method operations and in terms of material expenditure for the same.
The invention lies primarily in the knowledge that a flange ring with sufficient material displacement to form the flange can be achieved exclusively by strip forming, i.e. by pulling and pressing operations.
The achievement of the object according to the invention results from the characterizing part of claim 1.
Since the operations according to the method lead to a flange ring that is finished in terms of shape, production is extremely cost-effective if the corresponding quantities are involved. Machining is not necessary at least insofar as the essential dimensions of a flange ring according to ISO 96-1: 1992 (referred to there as the T-ring) are affected. The forming operations themselves, like the punching operation, can be carried out without reclamping.
Known manufacturing steps, such as case hardening and polishing, can follow the operations associated with the molding process. As far as the profile on the flange is concerned, this can be carried out by turning or grinding, in the latter case also after case hardening. Compared to the production of flange rings by machining, there is considerable material savings.
Since the upsetting operation and the shaping operations on the flange are combined with material compression, a flange ring shaped by this method also proves to be advantageous with regard to wear properties.
According to a preferred embodiment, the punching process for separating the circular disk from the web side is carried out. The shear edge comes to rest on the inwardly projecting flange shoulder on the top of the flange, i.e. in a material zone which, even after pressing, does not lie in a functionally essential part of the flange and is not subjected to any stress by the rotor during operation.
According to a further preferred embodiment, predetermined functional profiles are given to the edge regions of the flange by means of an extrusion operation. This means that post-processing by turning or grinding can be completely avoided. It has been shown that an accurate profile and a smooth surface of the functional surfaces can be achieved with these operations. The avoidance of post-processing in this regard by turning or grinding again allows considerable cost savings. Finally, extrusion has a direct impact on the improvement of wear properties.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
1 shows a section of a steel strip with a pre-punched blank disk held therein by means of a net holder,
2 shows the formation of a hump in the center of the blank disc by a first deep-drawing process,
3 shows a second deep-drawing process for forming the at least approximately cylindrical part of the ring blank,
4 an ironing process with controlled material flow and the flattening of the hump by cold flow in the edge area for preforming the ring flange,
5 shows a detail of the edge area according to FIG. 4 in an enlarged view,
6 a subsequent punching process as a rough shaping of the inner ring diameter and for detaching the ring blank from the strip steel,
Fig.
7 the edge region opposite the flange region with the punched edge according to FIG. 6, in an enlarged representation,
8 an embossing process of the non-functional punching edge, tapering of the outside diameter by drawing, controlled material flow into the flange area and reduction of the web length to increase the material availability in the flange area,
9 shows the tapering of the outside diameter through the rounded inside edge of the drawing tool, shown in three successive views,
10 shows an extrusion process for the final shaping of the functional surfaces of the flange area and
Fig. 11 shows the inwardly projecting flange approach according to Fig. 10 in an enlarged view.
In a band steel 10 shown as a fragment in FIG. 1, a partially punched-out round disk is held as a blank disk 12 by means of a net holder 14a, 14b obtained by net punching. In the center of the blank disc 12, which forms the basis for a blank for producing a spinning or twisting ring, a hump 16 is formed.
The first deep-drawing tool 22 shown in FIG. 2 and having a die 18 and a stamp 20 is used to form the hump 16.
With the second deep-drawing tool 28 shown in FIG. 3 and having a die 24 and an annular punch 26, the blank disc 12 shown in FIG. 2 is formed into a cup-shaped blank 12a, an at least approximately cylindrical wall being formed as a web area 30. In this process step, the blank 12a is still connected to the steel strip 10 by means of the net holder 14a, 14b shown in FIG. 1, but the webs of the net holder 14a, 14b are pulled apart compared to the illustration in FIG. 1 because the outside diameter of the edge on the blank 12a becomes smaller by the second deep-drawing process.
The tool 36 shown in FIG. 4, having a die 32 and a punch 34, is used for ironing the blank 12b and for pressing the hump 16 shown in FIG. 2 flat. With this tool 36, the web area 30a is stretched on the one hand, so that its Wall thickness 38 is reduced to 0.8 mm, for example. On the other hand, when the hump 16 is pressed flat by cold flow, a controlled material flow in the direction of the arrow 40 according to FIG. 5 takes place from the center into the edge region 42. For this purpose, an annular recess 44 is arranged in the die 32. Although not shown, the blank 12b is still connected to the steel strip 10 according to FIG. 1 by means of the net holder 14a, 14b in this method step. The material shift into the edge area 42 serves as a preliminary stage for the formation of an annular flange.
The punching tool 54 shown in FIG. 6, which has a die 48 and a double punch 50, 52, is used in order firstly to punch away the edge 58 and secondly to punch out a circular disk 56 from the bottom region 57 of the blank 12c forming the flange side. After the circular disk 56 has been punched out, a radially inwardly projecting flange shoulder 59 remains on the bottom region 57.
The double stamp 50, 52 can be designed as a follow-up tool, or it can be stamps which can be actuated separately from one another.
The blank 12c is separated from the steel strip 10 by punching out the edge 58. The punching out of the circular disk 56 from the web side serves for rough shaping of the inner ring diameter.
Up to this step, the blank 12c was connected to the steel strip 10 shown in FIG. 1 by means of the network holder 14a, 14b. The holding of the blank disc 12 in the respective process step on the strip steel 10 served for the feed to the subsequent work station.
FIG. 7 shows a detail in an enlarged representation of the cutting edge 60 after the edge 58 has been punched away.
The embossing and deep-drawing tool 68 shown in FIG. 8, having a die 62, a core punch 64 and a ring punch 66, is used on the blank 12d for stamping or smoothing the non-functional cutting edge 60 (FIGS. 7, 9), for tapering the outside diameter of the web area from 30a (FIG. 6) to 30b (FIG. 8) by deep drawing and for preforming the flange area 70. The web area 30b is also compressed during this process.
The die 62 has an annular recess 71 for receiving and preforming the flange region 70. The flange area 70 of the blank 12d consists of the radially inwardly projecting flange projection 59 and a radially outwardly projecting flange projection 73.
The core punch 64 essentially serves to hold the blank 12d on the die 62 and to fix its inner diameter. An annular embossing and drawing edge 66a arranged on the inner edge of the ring stamp 66 according to FIG. 9 serves both for embossing or smoothing the cutting edge 60 of the blank 12d and for tapering its outer diameter.
The stamping and deep-drawing process results in a controlled material flow from the web area 30b into the flange area 70. The length of the web area 30b decreases. The compression of the material in the flange area 70 which is connected with the material flow and is thereby solidified is particularly advantageous. As a result of the reduction in the diameter of the web area 30b, the material in this can also be compressed.
FIG. 9 illustrates the continuous embossing and deep-drawing process in which the ring stamp 66 is moved in the direction of arrow 74 in three successive individual images.
The tool 76 shown in section in FIG. 10 has a die 78, a core punch 80 and a ring punch 82. It essentially serves for the final shaping of the functional surfaces of the flange ring 84.
The T-shaped profile of the flange ring 84 is formed by a web 86 and a flange 88. The flange 88 is extruded from the flange area 70 and is rounded both on its inside and on its outside.
The flattened top of flange 88 is the downward side in the drawings because the flange ring is directed downward with flange 88 during the molding process, as opposed to its installed position.
During the method according to FIG. 10, the flanged lugs 72, 73a are given convexly shaped functional profiles between the web area 30b and the upper side of the flange.
11 shows in particular the inwardly directed flange shoulder 73a as a functional profile or as a functional flange section.
Following the molding process, the flange ring is hardened or surface hardened.
The molding method according to the invention is suitable for flange rings of different sizes and enables considerable material and cost savings. The flange rings produced in this way can be used instead of flange rings made of solid material.