CN107225205B - 横轧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种横轧方法，包括如下步骤：围绕主转动轴线转动的构件坯件借助至少两个相对于所述构件坯件基本上彼此对置的横轧模具成型，通过所述横轧模具沿着其主运动方向的运动来制造相对于所述主转动轴线至少部分非旋转对称的以及非循环对称的构件(1、2)。本发明此外涉及一种用于制造至少部分非旋转对称的以及非循环对称的构件(1、2)的横轧模具。本发明还涉及一种用于执行按照本发明的方法的装置以及一种根据按照本发明的方法制造的构件(1、2)。

Description

横轧方法
技术领域
本发明涉及一种横轧方法(Querwalzverfahren)以及一种用于执行该方法的装置、一种按照该方法制造的构件以及一种横轧模具。
背景技术
横轧方法由现有技术已经充分公开。在横轧时，旋转对称的坯件的成型在两个横轧模具之间进行。在此要区分圆模横轧(Rundquerwalzenverfahren)和平模横轧(Flachbackenquerwalzenverfahren)。
对于圆模横轧，坯件或者说轧件在两个沿相同方向回转的轧辊(Werkzeugwalzen)之间围绕自身轴线旋转。在此，成型通常通过至少一个轧辊的进给以及基于轧制模具表面的几何形状进行。借助已知圆模横轧方法，能够以最优的质量分布制造分级的、旋转对称的工件或者对应的预成型件。
对于平模横轧，坯件或者说轧件在两个彼此相对的平行或者竖直的或者说平移延伸的模具板之间成型。与圆模横轧方法圆形的横轧模具相反，平模横轧的模具的特征在于基本上面状的几何形状。
所述横轧方法的特征此外还在于实现工件高的形状和尺寸精确性、相对于切削方法相对更高的工件序列(Stückfolge)、高的材料利用率和高的产量、对于材料结构小的损害、高的模具耐用度以及低的模具成本和加工成本。因此，横轧方法构成了一种经济上尤其具有吸引力的用于成型尤其是长形构件的方法。
然而，至今的横轧方法限制于制造旋转对称的工件。
发明内容
因此，本发明的目的在于，拓展横轧方法的应用范围。
按照第一方面，本发明涉及一种横轧方法，该横轧方法特征在于如下步骤，即围绕主转动轴线转动的构件坯件借助至少两个相对于构件坯件基本上彼此对置的横轧模具成型；并且通过横轧模具沿着其主运动方向的运动制造相对于主转动轴线至少部分非旋转对称的并且非循环对称的构件。
“至少部分”应理解为，构件(坯件)的仅沿着主转动轴线观察环绕的单独区域或者说区段沿着主转动轴线观察非旋转对称地以及非循环对称地成型；又或者是整个构件。在所提到的第一种情况下，构件(坯件)另外的区域/区段在此可以完全不成型，或者为了实现例如构件相对于其主转动轴线旋转对称的轮廓而成型。
“非旋转对称以及非循环对称”应理解为构件的各种非对称结构，例如在其横截面中(至少从轴向观察在构件的部分区域中；例如见图3)或者相对于其整个几何形状构造(例如见图2)尤其是相对于其主转动轴线或者其“主对称轴”。例如至少从轴向观察构件的部分区域偏心形式的(例如使质量重心从主转动轴线或者说“主对称轴”偏移)和/或非圆形的(例如卵形的)构造在此是可以想到的，在此并不限于这种情况。
所述横轧模具的主运动方向在此可以是旋转的或者平移的主运动方向。它们的组合也是可以想到的，于是此时至少平移的主运动方向的至少一部分例如可以构成横轧模具相对于(例如垂直于)构件坯件的主转动轴线平移的进给运动。
按照本发明的横轧方法在此可以是任意的横轧方法，亦即例如是圆模横轧方法或者平模横轧方法。因此，按照本发明的横轧方法可以应用于所有已知的横轧方法。即使当之前将横轧模具平移的运动方向在相对于构件坯件的主转动轴线的进给运动中的选项描述为可能的选项，所述构件坯件优选(唯一)通过横轧模具的模具几何形状成型。以这种方式还可以简化地构造相应装置的结构。
所述横轧模具可以是两个优选以相同方向旋转的轧辊，所述轧辊围绕其旋转轴线具有旋转的主运动方向；或者两个彼此平移延伸的模具板，所述模具板在其延伸平面上具有平移的主运动方向。
原则上，也可以想到多于两个相应的横轧模具，这大多由于空间原因不是始终期望的。在借助轧辊执行所述横轧方法时，优选执行对应圆模横轧方法的方法，而在使用模具板用于横轧方法时优选执行对应平模横轧方法的方法。
在本发明的框架下，“延伸平面”应理解为例如用于一种平模横轧方法的优选面状构造的横轧模具(模具板)的平行于主运动方向并且优选也平行于构件的主转动轴线延伸的平面。
所述轧辊的旋转轴线或者所述模具板或者其延伸平面平移的主运动方向优选彼此平行地定向，以便由此优选在横轧方法中彼此相对置并且由此实现尽可能有效的成型，因为构件此时居中地设置/装入在模具中。
所述横轧模具至少在这样的区域中具有复杂的并且优选应用材料流FEM(有限元方法)得到的表面轮廓，在所述区域中构件应该非旋转对称地以及非循环对称地构成。所述表面轮廓在此基于构件坯件所期望的最终轮廓、要使用的模具、横轧方法的类型、一方面构件坯件的另一方面横轧模具的和/或所使用的材料的尺寸得出，在此的列举并不完全。
在此，例如所述横轧模具的表面在其周缘上观察至少在这样的区域(在所述区域中构件应该非旋转对称地以及非循环对称地构成)中相对于其对称轴线沿轴向方向观察可以具有与旋转轴线非恒定的距离。这尤其是适用于前述圆模横轧方法的轧辊的设计。
在本发明的框架下，“与旋转轴非恒定的距离”表示：在横轧模具相应的区域中，借助所述横轧模具，构件坯件相应的部分/区段应该以非旋转对称地以及非循环对称地方式成型，非旋转对称地相对于模具的旋转轴线构成。相反，所述横轧模具在相应的区域/区段中在周缘上观察具有变化的半径，该半径在周缘上观察可以以任意方式对应所期望的构件最终几何形状而变化，例如跳跃式的、流畅的(fliessend)、线性的、非线性的由此的组合以及以其他任意的方式变化。
所述横轧模具的表面沿着其延伸平面至少在这样的区域(在所述区域中构件非旋转对称地以及非循环对称地构成)中沿着平移的主运动方向观察具有与所述延伸平面非恒定的距离。这尤其适用于平模横轧方法的模具板。
在本发明的框架下，“与延伸平面非恒定的距离”应理解为：类似于前述轧辊“与旋转轴非恒定的距离”，刚好有效的横轧模具的表面与构件坯件的主转动轴线的距离沿着主运动方向变化并且同样例如沿着主运动方向跳跃式的、流畅的、线性的、非线性的、恒定的、非恒定的由此组合以及以其他任意的方式变化。
在一种优选实施方式中，所涉及的几何形状-横轧模具对于成型有效的表面区域可以始终精确地对置于构件坯件同一要成型的表面区域。
根据方法技术的观点优选的是，在所述构件坯件和横轧模具之间的轧制过程如此相互协调，使得在构件坯件的周缘上观察，始终将横轧模具的同一(至少涉及几何形状，亦即几何形状相同的)区域配设给构件坯件的同一区域。例如对于圆模横轧，横轧模具优选围绕其旋转轴线(为了加工工件)精确地一次旋转360°，其中所述工件在此至少同样一次或者优选也多次围绕其主转动轴线旋转。
“至少涉及几何形状”表示：实际上不必须是横轧模具的同一区域，该区域配设给构件坯件的同一区域。原则上还可以想到，将几何形状的同一区域分别始终配设给构件坯件的同一区域，这例如是在对应表面轮廓的周期性重复时。还可以想到，如此设计横轧模具，使得刚好总是横轧模具的其他区域(所述区域优选在沿着主运动方向观察的运动过程期间为了成型而与构件坯件有效接触)与构件坯件的同一区域接触，以便因此实现例如连续的成型，亦即相应区域分段地(Stufenweise)成型。
按照本发明的一种优选实施方式，所述横轧模具之一至少在这样的表面区域(在所述表面区域中构件应该非旋转对称地以及非循环对称地构成)中，沿着其表面在主运动方向上观察可以具有至少一个带有这样的轮廓的部分区域，通过该轮廓，垂直于构件坯件的主转动轴线(优选沿径向方向朝向主转动轴线观察)，优选径向地挤压材料。基本上对置的横轧模具在此可以具有配设于横轧模具的部分区域并且优选在部分区域中对置对应的轮廓，以便将垂直于构件坯件的主转动轴线挤压的材料容纳在对应的轮廓中。以这种方式，构件坯件或者构件相关的部分/区段的重心例如也可以借助横轧方法从主转动轴线偏移。
备选地或者附加地，所述横轧模具之一优选可以至少在这样的表面区域(在所述表面区域中构件应该非旋转对称地以及非循环对称地构成)中，沿着其表面在主运动方向上观察具有至少一个带有一轮廓的部分区域，以便垂直于构件坯件的主转动轴线，优选径向地挤压材料，其中基本上对置的横轧模具具有配设给横轧模具的部分区域并且优选在部分区域中相对置的轮廓，以便以相同的方式垂直于构件坯件的主转动轴线，优选径向地挤压材料。以这种方式，构件坯件的材料由两个相对置的侧部互相挤压，以便在横轧模具周侧的亦即轴向优选受限的部分区域中实现例如构件的非圆形的形状。
横轧模具还可以具有多于一个前述部分区域。在此，同样不限制数量和(轴向)宽度。不言而喻，也可以如之前所述在各种不同的部分区域处设置任意的数量。所述部分区域也可以在轴向上或者说沿着其宽度在整个横轧模具上延伸(至少在横轧模具的有效区域中)。
所述轮廓可以关于所述横轧模具相对于构件坯件的主转动轴线的中间表面距离构成凸起和/或腔体。简单地或者概括地说，所述轮廓优选具有凸起和/或腔体作为在模具表面的几何形状。
所述轮廓可以具有在横轧模具的轧制长度上周期性重复的几何形状。因此，所定义的凸起和/或腔体尤其是在横轧模具的轧制长度上周期性地(重复地)延伸。
按照另一方面，本发明还涉及一种用于制造至少部分非旋转对称以及非循环对称的构件的横轧模具。这样的横轧模具的一些构造形式之前已经描述过。因此，也完全参考前述设计。
所述横轧模具可以至少在这样的区域(在所述区域中构件应该非旋转对称地并且非循环地构成)中具有复杂的并且优选应用材料流FEM得到的表面轮廓。
至少在这样的区域(在所述区域中构件应该非旋转对称地以及非循环对称地构成)中在相对于横轧模具的旋转轴线的轴向方向上观察，横轧模具的表面在其周缘上观察可以具有至横轧模具的旋转轴线非恒定的距离。关于该特征同样参考前述设计。
按照一种备选实施方式，沿着横轧模具的延伸平面至少在这样的区域(在所述区域中构件应该非旋转对称地以及非循环对称地构成)中沿着横轧模具平移的主运动方向观察，横轧模具的表面具有与延伸平面非恒定的距离。关于该特征同样参考前述设计。
所述横轧模具优选至少在这样的表面区域中，即在所述表面区域中构件应该非旋转对称地以及循环对称地构成，沿着其表面在主运动方向上观察具有至少一个带有以下轮廓的部分区域，即通过该轮廓，材料可以被横轧模具挤压离开或者被容纳在所述轮廓中。所述轮廓在此可以具有凸起和/或腔体作为在模具表面的几何形状。此外，所述轮廓可以具有在横轧模具的轧制长度上周期性重复的几何形状。还可以想到，所述凸起和/或腔体在横轧模具的轧制长度上周期性地(重复地)构成。所述重复的几何形状在此可以如此每次转动稍稍彼此偏离，以实现构件(坯件)分段地成型。
按照另一方面，本发明涉及一种用于执行按照本发明的方法的装置，所述装置优选使用按照本发明的横轧模具。
按照另一方面，本发明此外还涉及一种根据按照本发明的方法制造的构件。
附图说明
在后文中描述的附图中示意性地示出了两种可能的构件几何形状，所述构件几何形状能够通过新式的横轧方法制造。图中：
图1以简化视图示意性地示出用传统横轧方法制造的构件，其中仅示出相对于旋转对称的构件的转动轴线(上部)的一侧，
图2示意性地示出按照本发明的第一实施例的本发明的构件，以及
图3以两个彼此不严格按照比例的图示示意性地示出本发明的第二实施例的本发明构件。
具体实施方式
在图1中示出的构件10描绘了一种借助常规横轧方法制造的构件10，该构件相对于其旋转轴R10旋转对称地构成(仅示出了相对于构件10的旋转轴(上部)的一侧)。
在图2中简化地示出了按照本发明的第一实施例的本发明构件1。在所示出的相对于构件1的纵轴线或者说主转动轴线R1的区域A和C中，所述构件1以传统方式成型并且在所述区域A、C中旋转对称地构成。然而，按照本发明的构件1在中部区域B中相应地如此成型，使得该区域B相对于构件1的主转动轴线R1非旋转对称地以及非循环对称地构成。尤其在所述区域B中，该区域B的(对称)轴线RB从构件1的主转动轴线R1偏移或者说错开，并且因此在区域B中的质量重心从在图2中的主转动轴线R1向下偏移地设置。根据图2的构造例如可以装入曲轴区域中。
在图2中示出的构件1通过按照本发明的方法，借助按照本发明的模具，如上所述地产生。例如通过提供彼此相对置的腔体(下部模具)和凸起(上部模具)，使得材料在相应地相对作用的模具中被压入或流入(fliesst)在图2中示出的构件1的下部区域中。
在图3中示出了另一按照本发明的第二实施例的按照本发明的构件2。如图3a所示，该构件2也具有相对于其纵轴线或者主转动轴线R2对称的区域A、C，所述区域尤其是相对于主转动轴线R2旋转对称地构成。根据图3，所述构件2同样也具有相对于主转动轴线R2非旋转对称的以及非循环对称的区域B。在该区域B中，不仅质量重心相对于主转动轴线R2(在此向上)偏移。而且所述构件2的几何形状在所述区域B中也构成为非圆形的(在此例如是卵形的)，在图3b示出图3a中构件2的不严格按比例的剖面III-III。这样的构造例如可以装入凸轮轴区域中。
在图3中示出的构件2也通过按照本发明的方法，借助按照本发明的模具，如上所述地产生。在此，在图3b中“卵形的”横截面几何形状上部和下部的突出的(ausgebeutelt)区域O、U例如通过提供彼此相对置的腔体(下部模具)和凸起(上部模具)在模具或者说模具表面相应旋转的部分区段中产生，从而材料在相应地相对作用的模具中被压入或流入图3b中示出的构件1的上部区域O中。在图3b中“卵形的”横截面几何形状左边的和右边的区域L、R例如通过提供彼此相对置的凸起在模具或者说模具表面相应旋转的部分区段中产生，从而材料在相应地相对作用的模具中在图3b中示出的构件1的侧部区域L、R中相互推压或者流动。
要注意的是，在图2和图3中示出的按照本发明的构件1、2的实施例不言而喻是非限制性的，并且相应构件的任意至少相对于主转动轴线R1、R2具有至少部分非旋转对称的以及非循环对称的几何形状构造的各种组合是可以想到的。
因此，本发明不限于前述实施例，只要它是被下列权利要求的主题方案所支持的。

Claims (34)

1.一种横轧方法，该横轧方法包括如下步骤：围绕主转动轴线转动的构件坯件借助至少两个相对于所述构件坯件基本上彼此对置的横轧模具成型，通过所述横轧模具沿着其主运动方向的运动来制造相对于所述主转动轴线至少部分非旋转对称的以及非循环对称的构件(1、2)，其中，所述横轧模具中的一个横轧模具至少在其中所述构件(1、2)应非旋转对称地以及非循环对称地构成的表面区域中，沿着其表面在主运动方向上观察具有至少一个带有第一轮廓的第一部分区域，通过该第一轮廓，材料垂直于构件坯件的主转动轴线被挤压，其中相对置的所述横轧模具具有配设给横轧模具的所述第一部分区域的并且在第二部分区域中的对应的第二轮廓，以便将垂直于所述构件坯件的所述主转动轴线挤压的材料容纳在对应的轮廓中，并且所述横轧模具中的一个横轧模具至少在其中所述构件(1、2)应非旋转对称地以及非循环对称地构成的表面区域中，沿着其表面在主运动方向上观察具有至少一个带有第三轮廓的第三部分区域，以便垂直于所述构件坯件的所述主转动轴线挤压材料，其中相对置的所述横轧模具具有配设给横轧模具的所述第三部分区域的并且在第四部分区域中的第四轮廓，以便以相同的方式垂直于所述构件坯件的所述主转动轴线挤压材料。
2.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述主运动方向为旋转或者平移的主运动方向。
3.如权利要求1或2所述的横轧方法，其特征在于，所述横轧方法是圆模横轧方法或者平模横轧方法。
4.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述构件坯件通过所述横轧模具的模具几何形状成型。
5.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述横轧模具为两个轧辊，所述轧辊具有围绕其旋转轴线旋转的主运动方向；或者所述横轧模具为两个彼此平移延伸的模具板，所述模具板具有在其延伸平面中平移的主运动方向。
6.如权利要求5所述的横轧方法，其特征在于，所述轧辊的旋转轴线或者所述模具板平移的主运动方向彼此平行地定向。
7.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述横轧模具至少在其中所述构件(1、2)应非旋转对称以及非循环对称地构成的区域中具有复杂的表面轮廓。
8.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述横轧模具的表面在其周缘上观察，至少在其中所述构件(1、2)应非旋转对称地以及非循环对称地构成的区域中相对于其旋转轴线沿轴向方向观察具有与所述旋转轴线非恒定的距离。
9.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述横轧模具的表面沿着其延伸平面至少在如下区域中沿着平移的主运动方向观察具有与所述延伸平面非恒定的距离，即在所述区域中所述构件(1、2)应该非旋转对称地以及非循环对称地构成。
10.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述横轧模具对于成型有效的表面区域始终精确地对置于所述构件坯件同一待成型的表面区域。
11.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，在所述构件坯件和所述横轧模具之间的轧制过程如此相互协调，使得在所述构件坯件的周缘上观察，所述横轧模具的同一区域始终配属于所述构件坯件的同一区域。
12.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述轮廓具有凸起和/或腔体作为在所述模具表面的几何形状。
13.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述轮廓具有在横轧模具的轧制长度上周期性重复的几何形状。
14.如权利要求5所述的横轧方法，其特征在于，所述两个轧辊沿相同方向旋转。
15.如权利要求7所述的横轧方法，其特征在于，所述表面轮廓应用材料流FEM得到。
16.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述第一部分区域具有所述第一轮廓，通过该第一轮廓，材料垂直于构件坯件的主转动轴线径向地被挤压。
17.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述第三部分区域具有所述第三轮廓，通过所述第三轮廓，所述材料垂直于所述构件坯件的所述主转动轴线径向地被挤压。
18.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，所述第四部分区域具有所述第四轮廓，通过所述第四轮廓，所述材料垂直于所述构件坯件的所述主转动轴线径向地被挤压。
19.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，与所述第一部分区域对应的所述第二部分区域中的第二轮廓与所述第一部分区域对置。
20.如权利要求1所述的横轧方法，其特征在于，与所述第三部分区域对应的所述第四部分区域中的第四轮廓与所述第三部分区域对置。
21.如权利要求12所述的横轧方法，其特征在于，所述轮廓关于所述横轧模具相对于所述构件坯件的所述主转动轴线的中间的表面距离构成凸起和/或腔体。
22.一种用于执行如前述权利要求1至21中任一项所述的横轧方法的装置，其中该装置具有用于制造至少部分非旋转对称以及非循环对称的构件(1、2)的相互对置的至少两个横轧模具，其中，所述横轧模具中的一个横轧模具至少在其中所述构件(1、2)应非旋转对称地以及非循环对称地构成的表面区域中，沿着其表面在主运动方向上观察具有至少一个带有第一轮廓的第一部分区域，通过该第一轮廓，材料能够垂直于构件坯件的主转动轴线被挤压，其中相对置的所述横轧模具具有配设给横轧模具的所述第一部分区域的并且在第二部分区域中的对应的第二轮廓，以便将垂直于所述构件坯件的所述主转动轴线挤压的材料容纳在对应的轮廓中，并且所述横轧模具中的一个横轧模具至少在其中所述构件(1、2)应非旋转对称地以及非循环对称地构成的表面区域中，沿着其表面在主运动方向上观察具有至少一个带有第三轮廓的第三部分区域，以便垂直于所述构件坯件的所述主转动轴线挤压材料，其中相对置的所述横轧模具具有配设给横轧模具的所述第三部分区域的并且在第四部分区域中的第四轮廓，以便以相同的方式垂直于所述构件坯件的所述主转动轴线挤压材料。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述横轧模具至少在其中所述构件(1、2)应非旋转对称地以及非循环对称地构成的区域中具有复杂的表面轮廓。
24.如权利要求22或23所述的装置，其特征在于，至少在其中所述构件(1、2)应非旋转对称地以及非循环对称地构成的区域中，相对于所述横轧模具的所述旋转轴线在轴向方向上观察，相应的所述横轧模具的表面在其周缘上观察具有与所述横轧模具的旋转轴线的非恒定的距离。
25.如权利要求22或23所述的横轧模具，其特征在于，沿着相应的所述横轧模具的延伸平面至少在其中所述构件(1、2)应非旋转对称地以及非循环对称地构成的区域中，沿着所述横轧模具的平移的主运动方向观察，所述横轧模具的表面具有与所述延伸平面的非恒定的距离。
26.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述轮廓具有凸起和/或腔体作为在模具表面的几何形状。
27.如权利要求22所述的横轧模具，其特征在于，所述轮廓在相应的所述横轧模具的长度上具有周期性重复的几何形状。
28.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第一部分区域具有所述第一轮廓，通过该第一轮廓，材料垂直于构件坯件的主转动轴线径向地被挤压。
29.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第三部分区域具有所述第三轮廓，通过所述第三轮廓，所述材料垂直于所述构件坯件的所述主转动轴线径向地被挤压。
30.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第四部分区域具有所述第四轮廓，通过所述第四轮廓，所述材料垂直于所述构件坯件的所述主转动轴线径向地被挤压。
31.如权利要求22所述的装置，其特征在于，与所述第一部分区域对应的所述第二部分区域中的第二轮廓与所述第一部分区域对置。
32.如权利要求22所述的装置，其特征在于，与所述第三部分区域对应的所述第四部分区域中的第四轮廓与所述第三部分区域对置。
33.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述表面轮廓应用材料流FEM得到。
34.一种构件(1、2)，所述构件按照如权利要求1至21中任一项所述的方法制造。
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