CN109689242B

CN109689242B - 旋压成型机和用于制造轮子的成型方法

Info

Publication number: CN109689242B
Application number: CN201780048782.8A
Authority: CN
Inventors: B.尼利斯
Original assignee: Leifeld Metal Spinning GmbH
Current assignee: Leifeld Metal Spinning GmbH
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2037-07-03
Also published as: WO2018024417A1; US20200023419A1; EP3278894B1; ES2686946T3; EP3278894A1; JP2019528179A; CN109689242A

Abstract

本发明涉及一种旋压成型机和一种用于制造轮子（50）的成型方法，轮子具有由工件（5）形成的轮辋（60），旋压成型机具有：旋压芯轴（20），其外侧构造用于使轮辋（60）成型；配合芯轴（12），其中所述工件（5）夹紧在旋压芯轴（20）或配合芯轴（12）上；旋转驱动器；和至少一个压辊（40），其能够进给至工件（5）上用于轮辋（60）成型。根据本发明设置为，旋压芯轴（20）具有套筒形的周边元件（30），周边元件在成型时能够沿轴向移动，其中旋压芯轴（20）具有基部支撑件（22），周边元件（30）能够沿轴向推移地支承在所述基部支撑件上，其中在基部支撑件（22）的自由前侧上布置有前部元件（24），其中径向轮毂（52）或凹槽（64）能够沿轴向夹紧在具有所述前部元件（24）的旋压芯轴（20）与配合芯轴（12）之间。设置有控制部，在轮辋（60）的成型过程中，所述至少一个压辊（40）和所述旋压芯轴（20）的周边元件（30）能够彼此协调地相对于所述工件（5）沿轴向移动。

Description

旋压成型机和用于制造轮子的成型方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造轮子、特别是车轮的旋压成型机，轮子具有由工件形成的轮辋，根据本发明，旋压成型机具有：旋压芯轴，其外侧构造用于使轮辋成型；配合芯轴，其能够相对于旋压芯轴沿轴向移动，其中工件在旋压芯轴和/或配合芯轴上沿轴向夹紧；旋转驱动器，其用于旋转地驱动带有被夹紧的工件的旋压芯轴和配合芯轴；和至少一个压辊，其能够沿轴向和径向进给至工件处用于轮辋的成型。

本发明还涉及一种用于制造轮子、特别是车轮的成型方法，轮子具有由工件形成的轮辋，其中根据本发明：将工件夹紧在旋压芯轴和/或配合芯轴上，旋压芯轴的外侧构造用于轮辋成型；利用旋转驱动器使被夹紧的工件进行旋转；并且将至少一个压辊沿轴向和径向进给至旋转的工件上，其中轮辋成型。

背景技术

这种旋压成型机和用于制造轮子、特别是车轮的成型方法早已为人所知。例如，DE196 15 675 A1公开了一种用于从盘形坯料制造车轮的通用方法。在此，在旋压成型机中将工件夹紧在旋压芯轴上，旋压芯轴的外周相应于待成型的轮辋的内轮廓。借由至少一个压辊，在旋压芯轴上无切屑地模制工件区域，其中轮辋槽和侧面的轮辋凸缘成型。

在车轮工业中，通常需要提供具有不同轮辋宽度的车轮模型。例如，许多车辆在从动后轴上需要大于前轴上的轮宽。此外，制造商的模型车辆通常根据发动机功率来配备不同轮宽的车轮。

为了制造具有不同轮辋宽度的车轮，需要设置不同的旋压芯轴。这意味着需要具有不同旋压芯轴的多个旋压成型机，这成本非常高昂。替代地，也可以通过替换旋压芯轴来改装旋压成型机。然而，该过程耗时且因此成本高昂。

从WO2005 / 065049A2中已知一种用于制造具有凹槽轮辋的车轮的方法。凹槽轮辋在中心区域具有径向凹陷。为了旋压成型这种凹槽轮辋教导了多件式旋压芯轴，其必须在成型步骤之后拆卸。

JP S60-158933A公开了一种用于旋压成型的设备，其具有外成型辊和两件式内成型辊。在此，内成型辊具有与工件的内轮廓静态匹配的外轮廓。

JP S58-202927A教导了一种用于通过外成型辊的进给来使柱形工件成型的设备，其中柱形的预成型坯固定在具有第一和第二工具半部的内部工具上。

CN 101 934 326 B公开了一种借由外成型辊和两件式内成型工具来使柱形中空体成型的设备。在此，柱形工件的可产生的内轮廓相应于内部工具的外轮廓。内部工具由能够从两个对置侧从柱体抽出的部分形成为两件式。

US2003/145466 A1公开了一种用于制造轮辋的方法，其中柱形空心体设置在两个能够沿轴向进给的内部成型工具之间，第一形状借由第一外部成型工具引入到柱形的预成型坯中，并且第二轮廓借由第二外部成型辊引入到工件中。在此，工件的内轮廓相应于内部工具的外轮廓。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制造轮子的旋压成型机和成型方法，利用该旋压成型机和成型方法可以特别有效地制造具有不同尺寸和形状的轮子。

一方面通过具有本发明的特征的旋压成型机以及另一方面通过具有本发明的特征的成型方法实现该目的。

根据本发明的旋压成型机的特征在于，旋压芯轴具有套筒形的周边元件，周边元件在成型期间可沿轴向移动，并且设置有控制部，在轮辋的成型过程中，旋压芯轴的周边元件和至少一个压辊能够借由控制部彼此协调地相对于工件沿轴向移动。

本发明的基本思想是，在轮辋成型或旋压轮辋时设置在成型期间被调节或移动的可变旋压芯轴。利用这种可变的、可调节的旋压芯轴，可以在轮子制造期间形成滚筒形轮辋的各种形状和尺寸。在此优选地，旋压芯轴具有盘形前部元件和可在成型期间沿轴向调节的套筒形周边元件。例如，周边元件可以与外部贴靠的压辊一起沿着相同的轴向移动，从而可以形成几乎任意长度的轮辋。因此，当轮辋的尺寸变化时不再需要费时且成本高昂地改装旋压成型机。通过电子控制部调节套筒形周边元件和至少一个压辊。工件可以是盘形的，其中径向轮毂已经预成型。替代地，工件可以是环形的，其中在轮辋成型之后安装轮毂。

本发明的优选实施方式是，套筒形周边元件至少区域性地构造成锥形，其中周边元件朝向自由端逐渐变细。即，在周边元件的锥形构造中，存在用于外部作用压辊的内部支撑的不同内径。由此可以通过非常高的形状多样性产生轮辋的轮辋槽的内轮廓，其中甚至（例如为凹槽轮辋设置的那些）底切区域也可以容易地成型。在此，锥形周边元件在成型期间沿着旋转轴线在两个方向上移动。在此，周边元件的外轮廓很大程度上与待成型的轮辋的内轮廓无关。锥体只能在出现在轮辋的内轮廓上的最大和最小直径上延伸。

根据本发明的改进方案有利的是，成型区域布置在周边元件的区域上，该成型区域构造在轮辋上用于轮辋凸缘的成型。在此，成型区域具有弧形轮廓，从而由此预先确定待模制的轮辋凸缘的内部区域。对于具有不同长度的轮辋槽的轮子，轮辋凸缘的形状通常在轮辋边缘区域处保持不变。

特别是为了制造凹槽轮辋根据本发明的实施方式优选的是，控制部构造用于所述至少一个压辊和成型元件的轴向相对移动，使得所述至少一个压辊首先作用于锥形周边元件的第一直径区域，然后作用于所述周边元件的第二直径区域，第二直径区域小于所述第一直径区域，然后作用于所述周边元件的第三直径区域，所述第三直径区域大于第二直径区域，以便轴向底切区域在轮辋上成型。通过锥形周边元件的相应轴向调节，可以设置对应于压辊的较小直径区域，以形成凹槽轮辋的中心区域。针对两个侧区域的设计方案这样调节锥形周边元件，即，相应的较大的直径区域沿径向与啮合的压辊对置，从而凹槽轮辋的轴向底切区域可以在轮辋的中心区域中共同制造。

依照根据本发明的旋压成型机的改进方案有利的是，旋压芯轴具有基部支撑件，周边元件沿轴向可推移地支承在基部支撑件上，并且在基部支撑件的自由前侧上布置有前部元件，其中，径向轮毂在具有前部元件的旋压芯轴与配合芯轴之间能够沿轴向夹紧。但是如果需要对待制造的轮子进行维护或者是改变直径或设计，这也能够实现简单地替换套筒形周边元件。

原则上，周边元件的轴向推移可以以任意方式进行。在根据本发明的一个实施变形方案中特别优选的是，设置至少一个调节元件、特别是调节缸或主轴驱动器，以便在基部支撑件上沿轴向推移周边元件。

可液压地或气动地操作的调节缸是常规旋压成型机上的传统致动器。也有可能的是，对必要时存在的顶出机进行改造，该顶出机利用轴向调节运动来推移周边元件。替代地，可以使用主轴驱动器、即旋转驱动器，其中通过相应的主轴布置将旋转运动转换成轴向运动。

为了增加形状多样性，根据本发明的改进方案设置为，前部元件可替换地紧固在基部支撑件上。前部元件可以对应于配合芯轴设置在径向延伸的盘或轮毂区域上，用于沿轴向夹紧工件。根据例如通过铸造或锻造预成型的轮毂区域的设计，前部元件和配合芯轴适配地构造。通过相应的形状变化，前部元件当然还有配合芯轴上对应的前部板可以（例如通过松开螺栓连接）简单地松开，并由新元件替换。当夹紧环形和/或盘形工件时，配合芯轴可以是用于径向夹紧的夹紧芯轴。

根据本发明的方法的特征在于，所述旋压芯轴具有在所述轮辋成型时沿轴向移动的套筒形周边元件，并且在轮辋成型时，旋压芯轴的周边元件和至少一个压辊彼此协调地相对于工件沿轴向移动。可以优选地在根据本发明的上述旋压成型机上执行根据本发明的方法。特别地，可以实现上述关于柔性和形状多样性的优点。

根据本发明的实施变形方案由此实现特别精确的旋压成型，即，多个压辊均匀分布在工件的圆周上，并且沿轴向彼此错开地进给至工件上。优选地，三个或四个压辊布置在工件的圆周上。因此，成型力可以分配到多个压辊，这能够实现特别保护工件和机器的成型过程。

在根据本发明的方法中，旋压芯轴的周边元件和压辊彼此协调地相对于前部元件或夹紧的工件沿轴向移动。在此优选地，特别是在借由构造成锥形的周边元件来产生更复杂的轮辋槽区域内部轮廓时，压辊和周边元件以不同方式移动。

特别地，为了制造具有凹槽轮辋的轮子而根据本发明的方法变形方案有利的是，所述至少一个压辊首先作用于锥形周边元件的第一直径区域，然后至少一个压辊作用于所述周边元件的第二直径区域，第二直径区域小于所述第一直径区域，然后至少一个压辊作用于所述周边元件的第三直径区域，所述第三直径区域大于第二直径区域，以便轴向底切区域在轮辋上成型。在此，第三直径区域可以具有像第一直径区域那样的直径尺寸。

在此，轮辋上的凹槽区域可以在轮辋的轴向长度上任意地布置和成型。在此，凹槽区域不仅可以构造在中心区域中，而且也可以构造在轮辋的侧面区域上，该侧面区域与盘形工件的径向轮毂区域对置。因此实现了具有轮辋的车轮，该轮辋具有相对远地外置的凹槽区域，这导致特别大体积工作的车轮。对于不同的轮子设计来说，具有外置凹槽区域的这种车轮都是可期望的。在压辊的作用下，利用锥形周边元件的较大直径区域使凹槽区域的侧面成型，并且利用较小直径区域使凹槽区域的底部成型。

根据本发明的另一有利的方法变形方案设置为，使用轴向长度小于待成型的轮辋的周边元件，并且利用周边元件使轮辋轴向长度不同的轮子成型。因此，例如对于盘形轮毂区域的基本相同的设计，利用根据本发明的方法无需较高成本即可从初始工件制造不同的轮辋宽度。

原则上可以利用例如水平的旋转轴进行成型。根据一种方法变形方案由此实现了根据本发明的成型方法的、形状特别精确的实施，即，工件在成型时围绕竖直的旋转轴线进行旋转。在此，压辊的进给基本上沿径向、水平方向进行。

附图说明

接下来将基于优选的实施例进一步阐述本发明，这些实施例在附图中示意性地示出。其中：

图1示出了根据本发明的旋压成型机的主要部分的横截面图；和

图2示出了根据本发明制造的车轮的横截面图；

图3a至3c示出了在根据本发明的变形方案的不同成型步骤中穿过工件的横截面图；

图4a至4c示出了在根据本发明的另一种变形方案的不同成型步骤中穿过工件的横截面图；

图5a至5d示出了在根据本发明的另一种变形方案的不同成型步骤中穿过工件的横截面图；

图6a至6e示出了在根据本发明的另一种变形方案的不同成型步骤中穿过工件的横截面图。

具体实施方式

根据本发明的旋压成型机10具有旋压芯轴20和对置的配合芯轴12，在它们之间，工件5利用盘形轮毂区域6沿轴向夹紧，盘形轮毂区域具有中央定心孔和待成型的周边区域7。配合芯轴12和旋压芯轴20分别可旋转地支承在驱动凸缘16和17上，并且是与一个、优选是与每一个未示出的旋转驱动器连接，其中可以在成型过程中围绕竖直的中央旋转轴线2旋转驱动旋压芯轴20、配合芯轴12和被夹紧的工件5。

旋压芯轴20具有中央基部支撑件22，环形或盘形前部元件24借由螺栓可松开地紧固在中央基部支撑件的自由端处。与对置的配合芯轴12（设置有成型面14）一样，前部元件24适配于待夹紧的工件5的形状。当工件5、特别是轮毂区域6的设计发生变化，配合芯轴12和前部元件24通过螺栓连接可以轻松地松开，并用被相应适配的新元件替换。在成型面14上，可以形成待制造的车轮50的第一轮辋凸缘56。

此外，旋压芯轴20具有套筒形的周边元件30，其沿轴向可推移地支承在基部支撑件22上。周边元件30紧固到未示出的止推元件28上，以便进行推移，止推元件能够借由未示出的调节缸沿着旋转轴线2在前进的初始位置和后退的最终位置之间沿轴向推移，这在图1中示出。周边元件30在其前部区域或上部区域中具有外锥面32，该外锥面朝向上方逐渐变细。在下部的端部区域或中间区域中构造有成型区域34，该成型区域实施用于在车轮50上形成第二轮辋凸缘58。

为了使车轮50由工件5成型，多个压辊40（其中只有一个示意性示出）沿径向进给到工件5的周边区域7上。在此，旋压芯轴20的周边元件30处于上部初始位置，因此周边元件用作针对作用在工件5上的压辊40的支座。压辊40可以沿轴向调节并且在一定程度上也沿径向调节以使轮辋区域成型，其中周边区域7的壁厚变薄并且被朝向轮辋区域旋压。套筒形的锥形周边元件30根据压辊40的运动借由控制部沿轴向移动，从而期望的内径区域总是在期望的位置上作为支座提供给压辊40。根据轮辋区域的设置长度，周边元件 30保持沿轴向静止，因此当压辊40进一步移动时，在成型区域34上对工件5的材料进行模制，并且由此与轮毂区域6上的第一轮辋凸缘56相对应地旋压第二轮辋凸缘58。

在图1中示意性地示出了总共三个不同长度的车轮50，以说明根据本发明的旋压成型机10在轮子制造中的灵活性。因此，旋压芯轴20在很大程度上独立于待形成的车轮50并且可以用于不同的轴向长度和内轮廓。为了完成制造，仅需适配电子控制部而无需在旋压成型机10上进行机械改造工作。

在图2中，以高度示意性的形式示出了车轮50的另一种形状，其可以根据本发明制造。车轮50具有盘形轮毂52和滚筒形轮辋60，盘形轮毂和滚筒形轮辋基本上相对于轮轴线51旋转对称地布置。根据设计可以在轮毂52的区域中设置中心孔54以及其他孔。

轮辋60设置有轮辋槽62，轮辋槽62从第一轮辋凸缘56延伸到第二轮辋凸缘58。在轮辋槽62上，在中间部分形成凹槽区域64。凹槽区域64表示轮辋槽62上的径向变窄部并且因此表示底切区域70，其在图2中特别示意性地示出。凹槽区域64也可以具有其他的尺寸和布置，特别地，它可以布置得更靠近自由伸出（freiragend）的第二轮辋凸缘58。

凹槽区域64具有两个略微倾斜的侧面66，其基本上沿径向延伸并且延伸到例如呈柱形的底部68。具有轮辋60和凹槽区域64的车轮50可以利用根据本发明的方法来制造，该方法利用相应呈锥形构造的周边元件30作为针对外置压辊40的支座。在此，周边元件30借由控制部和相应的调节元件根据压辊40的位置沿轴向移动，以便提供相应的直径区域。

根据按照图3a至3c所述的方法变形方案，具有径向轮毂区域6和滚筒形周边区域7的鼓形工件5利用根据本发明的方法成型为根据图3b的旋压成型的轮坯或根据图3c的成品轮，其中在图3b中示出了中间步骤、例如进行车削之前的轮坯。

在根据图4a至4c的方法变形方案中使用一半横截面呈Y形的工件5，该工件具有径向的轮毂区域6和滚筒形的周边区域7，该周边区域朝向径向轮毂区域6的两个侧面延伸。在该方法变形方案中可以使用旋压成型机，其中配合芯轴与旋压芯轴构造相同或大部分相同并且具有能够移动的周边元件。

在根据图5a至5d的方法变形方案中，设置盘形的工件5（也称为圆片坯）作为初始工件。通过移放和部分地劈削初始工件以使根据图5b所示的中间形状成型。在此，形成径向轮毂区域6和V形周边区域7。然后，工件5通过根据图5c的中间步骤最终形成为具有凹槽的车轮50。

根据按照图6a至6e的另一方法变形方案，形成周边区域7的管形工件5可用作初始工件。在此，工件5可以通过配合芯轴夹紧，该配合芯轴构造为径向夹紧芯轴、例如四爪芯轴。因此，旋压芯轴可用于加工工件5的整个径向内侧。根据图6e实现车轮50，其仅由滚筒形轮辋60组成。如果期望轮毂区域，那么可以单独制造它并且例如通过焊接、特别是摩擦焊接或螺栓连接紧固在轮辋60上。

根据另一种方法变形方案，根据图6a的管形工件5具有在两侧逐渐加宽区域并且可以通过根据本发明的旋压芯轴进行双侧加工，并且首先通过加压或赋型（Profilieren）制造凹槽，使该区域用于轴向容纳或确保抵抗轴向推移，或者在接下来套筒形周边元件具有轴向推移的旋压成型过程中用于传递转矩。

Claims

1.一种用于制造轮子的旋压成型机，所述轮子具有由工件（5）形成的轮辋（60），所述旋压成型机具有：

- 旋压芯轴（20），其外侧构造用于使所述轮辋（60）成型，

- 配合芯轴（12），其能够相对于所述旋压芯轴（20）沿轴向移动，其中所述工件（5）在所述旋压芯轴（20）和所述配合芯轴（12）上夹紧，

- 旋转驱动器，其用于旋转地驱动带有被夹紧的所述工件（5）的旋压芯轴（20）和配合芯轴（12），和

- 至少一个压辊（40），其能够沿轴向和径向进给至所述工件（5）上，用于使所述轮辋（60）成型，

其特征在于，

- 所述旋压芯轴（20）具有套筒形的周边元件（30），所述周边元件在成型时能够朝所述工件（5）沿轴向移动，

- 所述旋压芯轴（20）具有基部支撑件（22），所述周边元件（30）能够沿轴向推移地支承在所述基部支撑件上，

- 在所述基部支撑件（22）的自由前侧上布置有前部元件（24），其中径向轮毂（52）和凹槽（64）能够沿轴向夹紧在具有所述前部元件（24）的旋压芯轴（20）与所述配合芯轴（12）之间，

- 设置有控制部，在所述轮辋（60）的成型过程中，所述至少一个压辊（40）和所述旋压芯轴（20）的周边元件（30）能够借由所述控制部彼此协调地相对于所述工件（5）沿轴向移动，在所述周边元件（30）的区域上布置有成型区域（34），所述成型区域构造用于轮辋凸缘（58）在所述轮辋（60）上成型，轴向移动的周边元件（30）具有轴向长度，其小于待成型的轮辋（60）的轴向长度。

2.根据权利要求1所述的旋压成型机，其特征在于，所述套筒形的周边元件（30）至少区域性地构造成锥形，其中所述周边元件（30）朝向自由端逐渐变细。

3.根据权利要求2所述的旋压成型机，其特征在于，所述控制部构造用于所述至少一个压辊（40）和所述周边元件（30）的轴向相对移动，从而所述至少一个压辊（40）首先作用于锥形周边元件（30）的第一直径区域，然后作用于所述周边元件（30）的第二直径区域，所述第二直径区域小于所述第一直径区域，然后作用于所述周边元件（30）的第三直径区域，所述第三直径区域大于所述第二直径区域，以使轴向底切区域（70）在所述轮辋（60）上成型。

4.根据权利要求1所述的旋压成型机，其特征在于，设置至少一个调节元件，以便在所述基部支撑件（22）上沿轴向推移所述周边元件（30）。

5.根据权利要求1所述的旋压成型机，其特征在于，所述前部元件（24）能够替换地紧固在所述基部支撑件（22）上。

6.根据权利要求1所述的旋压成型机，其特征在于，所述轮子是车轮（50）。

7.根据权利要求4所述的旋压成型机，其特征在于，所述至少一个调节元件是调节缸或主轴驱动器。

8.一种用于制造轮子的成型方法，所述轮子具有由工件（5）形成的轮辋（60），其中：

- 将工件（5）夹紧在旋压芯轴（20）和配合芯轴（12）上，所述旋压芯轴的外侧构造用于所述轮辋（60）成型，

- 利用旋转驱动器使被夹紧的工件（5）进行旋转，并且

- 将至少一个压辊（40）沿轴向和径向进给至旋转的工件（5）上，使得所述轮辋（60）成型，

其特征在于，

- 所述旋压芯轴（20）具有套筒形的周边元件（30），所述周边元件在所述轮辋（60）成型时沿轴向移动，

- 所述旋压芯轴（20）具有基部支撑件（22），所述周边元件（30）在所述基部支撑件上沿轴向推移，

- 在所述基部支撑件（22）的自由前侧上布置有前部元件（24），其中所述工件（5）的径向轮毂（52）和凹槽（64）沿轴向夹紧在具有所述前部元件（24）的旋压芯轴（20）与所述配合芯轴（12）之间，

- 在所述轮辋（60）的成型过程中，所述至少一个压辊（40）和所述旋压芯轴（20）的周边元件（30）彼此协调地相对于所述工件（5）沿轴向移动，

- 使用周边元件（30），其轴向长度小于待成型的轮辋（60）的轴向长度，和

- 利用所述周边元件（30）使具有不同轴向长度的轮辋（60）的轮子成型。

9.根据权利要求8所述的成型方法，其特征在于，多个压辊（40）在所述工件（5）的圆周上均匀分布并且沿轴向彼此错开地进给至所述工件（5）上。

10.根据权利要求8或9所述的成型方法，其特征在于，在所述轮辋（60）成型期间，所述至少一个压辊（40）和所述周边元件（30）沿轴向不同地移动。

11.根据权利要求8或9所述的成型方法，其特征在于，所述至少一个压辊（40）首先作用于锥形的周边元件（30）的第一直径区域，然后所述至少一个压辊（40）作用于所述周边元件（30）的第二直径区域，所述第二直径区域小于所述第一直径区域，然后所述至少一个压辊（40）作用于所述周边元件（30）的第三直径区域，所述第三直径区域大于所述第二直径区域，以使轴向底切区域（70）在所述轮辋（60）上成型。

12.根据权利要求8或9所述的成型方法，其特征在于，在所述工件（5）成型期间，围绕竖直的旋转轴线（2）进行旋转。

13.根据权利要求8所述的成型方法，其特征在于，所述轮子是车轮（50）。