DE10100868A1 - Verfahren sowie Umformmaschine und Werkzeug zum Herstellen von flanschförmigen Erzeugnissen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von flanschförmigen Erzeugnissen und von Flanschen an zylindrischen Vorprodukten, wie Rohr- oder Stababschnitte, wird das Vorprodukt von einem die Flanschkontur bereitstellenden, nicht rotierenden, in einer Vorschubeinheit angeordneten Unterwerkzeug aufgenommen und gegen einen rotierenden Walzkopf eines Oberwerkzeugs vorgeschoben und durch Kaltwalzen im Umformbereich des Vorproduktes zwischen Ober- und Unterwerkzeug mit dem Flansch ausgebildet. Eine hierzu geeignete Umformmaschine weist auf einer Werkzeugaufspannplatte eines Kaltwalzautomaten ein in einem radial verstellbaren Aufnahmegehäuse angeordnetes, angetriebenes, mit einem Walzkopf bestücktes, lagegesichert befestigtes Oberwerkzeug und ein mit dem Oberwerkzeug zusammenwirkendes Unterwerkzeug in einer axialen Vorschubeinheit auf. Ein zweckmäßiges Oberwerkzeug weist drei zueinander um jeweils 120 DEG versetzt angeordnete konische Walzköpfe auf, denen ein Unterwerkzeug zugeodnet ist, das aus einer sich in der Vorschubeinheit elastisch abstützenden Verschiebehülse, einer die Verschiebehülse gegenläufig zur elastischen Abstützung beaufschlagenden Feder und einen den Federeinbauraum abschließenden, mit der Verschiebehülse fest verbundenen Deckel besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Umformmaschine und ein Werk­ zeug zum Herstellen von flanschförmigen Erzeugnissen aus einem Vorprodukt und von Flanschen an zylindrischen Vorprodukten, wie Rohr- oder Stababschnitte.

Bau- bzw. Fertigteile mit Flanschen, ausgebildet als Mittelflansch und/oder End­ flansch, werden im Maschinenbau zu vielfältigsten Zwecken benötigt. So werden beispielsweise mit Flanschen versehene Wellen und Hohlwellen vor allem im Fahrzeuggetriebebau in hohen Stückzahlen eingesetzt. Dabei ist der Flanschau­ ßendurchmesser oft wesentlich größer als der Durchmesser der Hohlwelle/Welle und die Länge der Hohlwelle/Welle ist oft wesentlich größer als deren Außen­ durchmesser. Ein solch wegen der hohen Festigkeitseigenschaften und aufgrund des Wegfalls von Fügeoperationen vorteilhaftes einteiliges Bauteil läßt sich öko­ nomisch nur durch umformtechnische Verfahren herstellen. Die Anwendung der bisher bekannten Umformverfahren setzt allerdings einen hohen Herstellaufwand für diese einteiligen Bauteile voraus. Es ergibt sich eine lange Prozeßkette mit großem Handlingaufwand, der in der Regel zu einer höheren Störanfälligkeit des Prozesses führt. Bei allen Verfahren wird das Vorprodukt, insbesondere ein Rohr- bzw. Stababschnitt, zunächst von Halbzeugmaterial durch Sägen, Brechen oder Schneiden - kalt/halbwarm oder warm - abgetrennt und muß dann nach gegebe­ nenfalls noch einer Vorbehandlung dem eigentlichen Umformaggregat zugeführt werden. Auf diesem werden ein- oder mehrstufige Umformprozesse durchgeführt.

So sind bei der Herstellung durch Kaltfließpressen trotz near-net shape- Technologie (d. h. geringe oder keine Bearbeitungszugaben) und Erzielung kurzer Taktzeiten erhebliche Investitionen und Betriebskosten erforderlich. Der Hand­ lingaufwand an den eingesetzten Mehrstufen-Pressen ist groß, wie weiterhin auch sehr hohe Werkzeugbelastungen durch große Preßkräfte auftreten. Die Bauteile bzw. Werkstücke müssen vor- und nachbehandelt werden, z. B. durch Phosphatie­ ren nach dem Umformen für die nachfolgende Wärmebehandlung (Härten). Schließlich läßt sich nicht ausschließen, daß sich bei Mehrstufen-Werkzeugen durch das Umsetzen des Bauteiles Außermittigkeiten bezüglich der Materialver­ teilung ergeben.

Beim kaltumformenden Taumelpressen sind trotz near-net shape-Technologie aufgrund des geringen einstellbaren Neigungswinkels des Oberwerkzeugs von maximal ca. 2° einerseits relativ hohe Kräfte notwendig, andererseits lassen sich dadurch nur bestimmte Geometrien herstellen. Die Walz- und damit die Taktzeiten sind relativ hoch. Die bekannten ausgeführten Maschinen bzw. Pressen lassen sich zudem mit langen Bauteilen, wie den genannten Wellen und Hohlwellen, normalerweise nicht Be- und Entladen. Das für diesen Herstellungsprozeß zum Einsatz kommende Axialgesenkwalzen - vgl. für die Herstellung von ringförmigen Werkstücken mit außenliegender Schrägverzahnung die EP 0 828 572 B1 - wurde bisher nur in der Warmumformung eingesetzt mit Neigungswinkeln des Oberwerk­ zeugs bis maximal 10°.

Die Herstellung durch Warmfließpressen bedingt, daß die Werkstücke zunächst auf Schmiedetemperatur erwärmt werden müssen, was somit eine Erwärmungs- und gegebenenfalls auch eine Entzunderungsanlage mit entsprechendem Hand­ ling erfordert. Die Bearbeitungszugaben sind hier höher als beim Kaltfließpressen, und die Preßkräfte sind demgegenüber aufgrund der Erwärmung wesentlich ge­ ringer. Vor allem dünnwandige Rohrwellen kühlen jedoch relativ schnell ab, was schnell zu einem nachteiligen, kalten Werkstück führen kann.

Beim weiterhin bekannten Elektrostauchen wird der Rohrabschnitt im Bereich des zu formenden Flansches partiell erwärmt. Es wird hier zwar nur eine geringe Um­ formkraft benötigt, jedoch sind die Bearbeitungszugaben wesentlich höher als bei den zuvor beschriebenen Verfahren. Weiterhin ergeben sich erheblich höhere Taktzeiten, da die Vorform verfahrensbedingt in der Maschine erwärmt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Umformma­ schine und ein Werkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei gerin­ gerem Fertigungs- und Bedienungsaufwand dennoch hohe Stückzahlen ermögli­ chen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Vorprodukt von einem die Flanschkontur bereitstellenden, nicht rotierenden, in einer Vorschubeinheit angeordneten Unterwerkzeug aufgenommen und gegen einen rotierenden Walzkopf eines Oberwerkzeuges vorgeschoben und durch Kaltwalzen im Umformbereich des Vorproduktes zwischen Ober- und Unterwerk­ zeug der Flansch ausgewalzt wird. Das Kaltwalzen schafft die Voraussetzung für eine Prozeßkette zur Herstellen des Flansches, die mit nur wenigen Komponenten kalt aufgebaut ist. Das Trennen des Halbzeugs (Rohre, Stangen oder dergleichen) läßt sich mit hochproduktiven, kontinuierlichen Trennverfahren durchführen, z. B. durch Hochdruckwasserschneiden. Durch ein kaltes Trennen entsteht keine Wär­ meeinflußzone, es treten im Schnittbereich keine Materialdeformationen und keine Aufhärtung auf, gleichzeitig ergibt sich eine gute Schnittqualität und wird eine hohe Flexibilität bei einem Jobwechsel erreicht.

Das Einspannen bzw. Aufnehmen des Vorproduktes in einer Vorschubeinheit er­ möglicht, daß auch lange Bauteile problemlos bearbeitet werden können. Durch Kaltwalzen lassen sich enge Toleranzen (Höhentoleranz ca. 0,1 mm) erreichen, so daß für bestimmte Funktionsflächen eine zerspanende Bearbeitung entfallen kann, und allenfalls nur noch eine Hartfeinbearbeitung nach der Wärmebehandlung nötig ist. Durch die spezifischen Umformverhältnisse beim Walzen ergibt sich ein höhe­ rer Grenzumformgrad gegenüber beispielsweise dem Kaltfließpressen, so daß größere Flanschdurchmesser hergestellt werden können. Der partielle Kraftangriff beim Walzen ermöglicht es bei gleichzeitiger Verwendung hoher Drehzahlen, eine Maschine mit wesentlich geringerer Leistung zu verwenden. Diese Vorteile lassen sich auch dann ausschöpfen, wenn für größere Werkstückabmessungen die Um­ formung halbwarm bzw. warm durchgeführt wird. Da auch hier im Werkstück wäh­ rend der Umformung kein rotationssymmetrischer Spannungszustand wirkt, kön­ nen die Werkzeuge im Vergleich zu den bekannten Verfahren wesentlich kleiner bauen.

Nach einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung wird das Vorprodukt von einem die Flanschkontur abbildenden Gesenk des Unterwerkzeugs aufgenommen und axial gegen den rotierenden Walzkopf verschoben, bis in dem von der die Abbil­ dung des Flansches wiedergebenden Flanschkontur bestimmten Umformbereich des Vorproduktes der Konturhohlraum von dem Material des angewalzten Vorpro­ duktes ausgefüllt wird. Das somit durch eine vorgegebene Konturabbildung durch­ zuführende Gesenkwalzen der Werkstücke auf einem Kaltwalzautomaten läßt sich vorteilhaft mit einem Neigungswinkel des Oberwerkzeuges < 10° durchführen. Die Vorformen brauchen nicht speziell oberflächenbehandelt zu werden. Durch das Gesenkwalzen wird eine hohe Maßgenauigkeit im Umformbereich erzielt, weil sich der Flansch im Werkzeug ausbildet.

Der Herstellungsprozeß wird begünstigt, wenn das Vorprodukt während des Kalt­ walzens vorzugsweise mit einem Kühl- und/oder Schmiermedium besprüht wird.

Beim Herstellen von Flanschen an hohlzylindrischen Vorprodukten wird erfin­ dungsgemäß vorgeschlagen, daß diese beim Anwalzen des Flansches von innen gestützt werden. Dies erhöht die Wahrung der Formstabilität des Werkstückinnen­ durchmessers während des Walzprozesses.

Eine andere, daß Verfahren weiter unterstützende Maßnahme besteht darin, daß die hohlzylindrischen Vorprodukte vor dem Flanschwalzen am Innendurchmesser angefast werden. Das Anfasen erfolgt zweckmäßigerweise mit dem Trennen in einer Arbeitsstation und trägt dazu bei, daß sich Walzfehler, insbesondere beim Anwalzen, vermeiden lassen. Die Anfasung kann die Größe der halben Wanddic­ ke des Rohrabschnittes betragen.

Nach Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Flansch in einem ein- oder zweistufigen Walzprozeß an das Vorprodukt angewalzt wird. Ein einstu­ figer Walzprozeß läßt sich standardmäßig für Flanschteile dann durchführen, wenn das Auskragen der Enden des Vorproduktes nicht zu lang ist. Bei anderen Werkstücken mit von den Enden von hohlzylindrischen Vorprodukten beabstan­ deten Flanschen, wie insbesondere Mittelflanschen, wird in einer zweiten Walz­ stufe die Wanddicke des gegenüber dem Flansch vorkragenden Rohrendes redu­ ziert. Dies kann durch Drückwalzen im Gegenlaufverfahren oder durch Ausformen mit taumelndem Oberwerkzeug geschehen.

Nach einer zweckmäßigen Ausführung wird auf den Flansch während des Aus­ formens ein Radialdruck aufgebracht. Hiermit läßt sich entgegenwirken, daß es zu einer Riß- oder Faltenbildung kommt, wie es beim freien radialen Fließen des Werkstoffes in ein Gesenk unter bestimmten Umständen eintreten kann, ehe der Flansch fertig ausgeformt ist.

Bei einer Umformmaschine zum Durchführen des Verfahrens ist erfindungsgemäß auf einer Werkzeugaufspannplatte eines Kaltwalzautomaten ein in einem Aufnah­ megehäuse angeordnetes, angetriebenes, mindestens einen Walzkopf aufwei­ sendes Oberwerkzeug lagegesichert befestigt und wirkt mit einem in einer axialen Vorschubeinheit angeordneten Unterwerkzeug zusammen. Die Aufspannplatte läßt sich in einfacher Weise mit Walzköpfen unterschiedlichster Ausführung be­ stücken, wobei sich das Oberwerkzeug exakt zu dem Unterwerkzeug positionieren läßt. Während des Walzens nimmt die Werkzeugaufspannplatte die aus der Um­ formung resultierenden Kräfte auf.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Vorschubeinheit der Umformma­ schine ein berührungsloses Wegmeßsystem zugeordnet. Der axiale Verfahrweg des Unterwerkzeuges wird somit stets genau erfaßt.

Nach einer bevorzugten Maßnahme der Erfindung sind zwei Differentialzylinder einerseits mit ihren Zylindergehäusen an der Vorschubeinheit befestigt und ande­ rerseits mit ihren Kolbenstangen fest mit einem das Oberwerkzeug tragenden Rahmen verbunden. Die servohydraulisch angetriebenen Differentialzylinder mit dem sich relativ zu den Kolbenstangen verschiebenden Zylindergehäusen über­ nehmen zwei Aufgaben. Sie erzeugen erstens den Walzvorschub, d. h. das Fahren des Unterwerkzeuges bzw. der Vorschubeinheit gegen das rotierende Oberwerk­ zeug und damit Einleiten des Walzvorgangs und den Rückzug sowie andererseits die Führung des Ober- zum Unterwerkzeug und damit Aufnehmen von Radial­ kräften. Der große Führungsabstand ermöglicht hierbei eine kippsichere Position des Unterwerkzeugs.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, daß das Oberwerkzeug mit einer hohlen Antriebswelle für den Walzkopf ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, durch die An­ triebswelle von außen einen Dorn an den Walzkopf heranzuführen, z. B. wenn am Innendurchmesser des in der gegenüberliegenden Vorschubeinheit des Unter­ werkzeugs angeordneten Werkstück eine Kontur, beispielsweise eine Profilierung, angeformt werden soll.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung empfiehlt sich ein Unwuchtausgleich des Oberwerkzeugs. Zum Unwuchtausgleich eines beispielsweise kreiselnden Oberwerkzeuges kann - was allerdings nur bei höheren Drehzahlen erforderlich ist - ein Ausgleich durch Verschieben von Ausgleichsmassen bis zu Null erreicht werden. Hierzu wird nach einer Voreinstellung zunächst die Restunwucht meß­ technisch erfaßt. Alternativ kann ein Massenausgleich automatisch ausgeführt werden, so daß während des Betriebs keine Unwuchten auftreten.

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist die Vorschubeinheit mit einem in dem Unterwerkzeug geführten, sich gegen eine Traverse abstützenden Ausstoßer und einer drehbar gelagerten Stützstange, gegen die sich die Traverse abstützt, ausgebildet. Es läßt sich eine automatische Be- und Entladung der Ma­ schine in Richtung des Werkstückflusses verwirklichen.

Weiterhin läßt sich eine im Maschinengestell angeordnete Verschiebetraverse vorsehen, an die zwei um einen Winkel versetzt zur Horizontalen angeordnete Differentialzylinder angreifen. In dem Ausstoßer ist hierbei vorteilhaft ein vom Werkzeug entfernten Ende her federnd beaufschlagter Dorn angeordnet, der die Formstabilität des Werkstückinnendurchmessers während des Walzprozesses aufrechterhält.

Während des Walzens drückt das Oberwerkzeug ständig gegen den Dorn, der dadurch mit dem Vorschub stetig entgegen der Vorschubrichtung verdrängt wird. Der im Unterwerkzeug geführte Ausstoßer ändert allerdings seine axiale Position gegenüber der Vorschubeinheit während des Walzens nicht. Die vorgenannten Maßnahmen tragen dazu bei, daß während des Walzbeginns der Kraftfluß über die Elemente Oberwerkzeug - Werkstück - Ausstoßer (Druck) - Traverse - Stütz­ stange (Zug) - Vorschubeinheit - Rahmen verläuft und sich am Oberwerkzeug schließt. Mit zunehmender Verwalzung wird die Walzkraft dann hauptsächlich vom Unterwerkzeug selbst aufgenommen. Mittels der zwei an die Verschiebetraverse angreifenden Differentialzylinder werden nach Beendigung des Walzprozesses (Vorschubeinheit zurückgefahren in Ausgangsposition) Ausstoßer und Dorn zu­ sammen so weit zurückgezogen, daß ein neuer Rohrabschnitt aus dem vorzugs­ weise mit integrierter Be- und Entladevorrichtung ausgebildeten Kaltwalzautoma­ ten zugeführt werden kann.

Ein bevorzugtes Werkzeug zum Einsatz in einer vorbeschriebenen Umformma­ schine weist erfindungsgemäß ein Oberwerkzeug mit drei zueinander um jeweils 120° versetzt angeordneten konischen Walzköpfen auf, denen ein Unterwerkzeug zugeordnet ist, das aus einer sich in der Vorschubeinheit elastisch abstützenden Verschiebehülse, einer die Verschiebehülse gegenläufig zur elastischen Abstüt­ zung beaufschlagenden Feder und einem den Einbauraum dieser Feder abschlie­ ßenden, mit der Verschiebehülse fest verbundenen Deckel besteht. Das Material fließt in einem radialen Spalt konstanter Höhe, der sich beginnend mit dem Auf­ setzen des Unterwerkzeuges auf das Grundwerkzeug zur fertigen Flanschhöhe reduziert. Damit läßt sich in nur einem Werkzeugeinsatz ein zweistufiger Walzpro­ zeß in einem Gesenk durchführen.

Bei einem anderen Werkzeug zum Einsatz in einer vorbeschriebenen Umformma­ schine sind einem mit einem Gesenk ausgebildeten Unterwerkzeug im Aufnahme­ gehäuse zusätzlich zum eigentlichen Oberwerkzeug zwei zueinander um 180° versetzte, einen Radialdruck auf den auszuformenden Flansch ausübende, mit rotierende und radial verstellbare Druckrollen zugeordnet. Während des Walzpro­ zesses können diese Druckrollen definiert radial verschoben werden und folgen somit quasi der zunehmenden Flanschausformung unter Beibehaltung einer ra­ dialen Vorspannung des Werkstoffes. Einer Riß- oder Faltenbildung wird somit entgegengewirkt.

Die Druckrollen sind zweckmäßig auf in dem Aufnahmegehäuse des Oberwerk­ zeugs exzentrisch ausgebildeten Verstellwellen angeordnet und über eine Zahnradstufe mit einem Verstellantrieb verbunden. Während des Walzprozesses wer­ den die Druckrollen durch Aktivierung des Verstellmotors entsprechend der fort­ schreitenden Walzung verfahren.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Aus­ führungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 in der Vorderansicht eine Kaltwalz-Umformmaschine zum Anwalzen von Flanschen an langen Vorprodukten bzw. Bauteilen;

Fig. 2 die Umformmaschine nach Fig. 1 in der Draufsicht;

Fig. 3 die Ummformmaschine nach Fig. 1 von rechts gesehen;

Fig. 4 in prinzipieller, schematischer Darstellung des Walzprozesses verschiedene Positionen I bis V im Bewegungsablauf;

Fig. 5 als Einzelheit der Umformmaschine nach Fig. 1 in schematischer Weise das An- und Fertigwalzen eines Flansches an ein Vorprodukt;

Fig. 6A/6B als Einzelheit in schematischer Darstellung des Walzbereichs der Umformmaschine einen zweistufigen (erste Stufe Fig. 6A; zweite Stufe Fig. 6B) Walzprozeß zum Herstellen eines Mittenflansches und Reduzieren der Wanddicke (Fig. 6B) des vorkragenden Endes des Vorproduktes bzw. Roh­ res;

Fig. 7 ein für den Walzprozeß nach Fig. 6B eingesetztes Oberwerkzeug in sche­ matischer Vorderansicht;

Fig. 8 als Einzelheit den Umformbereich der Werkzeuge zum Herstellen eines Flansches an einem Vorprodukt aus Vollmaterial;

Fig. 9 als Einzelheit ein aus Ober- und Unterwerkzeug bestehendes Werkzeug mit während des An- und Auswalzens zurückweichendem Einbauteil, des teil­ geschnitten dargestellten Unterwerkzeugs (linke Schnitthälfte unten: An­ walzsituation, rechte Schnitthälfte unten: Aufsetzen des Unterwerkzeuges; beginnende Spaltreduktion bis auf Fertigflanschhöhe);

Fig. 10 als Einzelheit ein weiteres Werkzeug, das am Oberwerkzeug ange­ ordnete Druckrollen aufweist;

Fig. 11 als Einzelheit des Werkzeugs nach Fig. 10 das Zusammenspiel von Oberwerkzeug mit einer Druckrolle; und

Fig. 12 als Einzelheit in schematischer Darstellung ein Werkzeug zum Her­ stellen von flanschförmigen Fertigerzeugnissen.

Eine mit einer steifen Maschinenkonstruktion und kurzen Kraftleitungswegen, wodurch die elastischen Deformationen der Maschine auf ein Minimum reduziert und enge Walztoleranzen ermöglicht werden, in Horizontalbauweise ausgeführte Kaltwalz-Umformmaschine 1 nach den Fig. 1 bis 3 weist ein rotierendes Oberwerkzeug 2 und ein nicht rotierendes, in einer Vorschubeinheit 16 angeord­ netes Unterwerkzeug 4 auf. Das Oberwerkzeug 1 wird komplett mit einem Auf­ nahmegehäuse 5 auf eine Werkzeugaufspannplatte 6 aufgeschraubt und verdreh­ gesichert. Auf diese Aufspannplatte können Walzköpfe unterschiedlichster Ausfüh­ rung gespannt werden. Dem Oberwerkzeug 2 ist eine verschiebbare Ausgleichs­ masse 7 zugeordnet.

Zum Antrieb des Oberwerkzeugs 2 ist eine hohle Antriebswelle 8 in einem Rah­ men 9 des aus Sicherheitsgründen insgesamt eingekapselten Maschinengestells 10 über spielfrei eingestellte Kegelrollenlager 11 gelagert. Die hohle Antriebswelle 8 überträgt die Antriebsbewegung eines Drehstrommotors 12 auf das Oberwerk­ zeug 2. Die Motordrehzahl wird mit Hilfe eines Riementriebes 13 untersetzt und ist über einen Frequenzumrichter auf einen bestimmten Wert einstellbar. Der Drehantrieb ist ständig aktiviert und wird nur beim Werkzeugwechsel oder Stillset­ zen der Umformmaschine 1 ausgeschaltet. Damit lassen sich Verluste durch An­ fahr- und Bremsvorgänge minimieren. Auf der hohlen Antriebswelle 8 könnte noch ein Schwungrad vorgesehen werden, welches hier aber bereits durch die Werk­ zeugaufspannplatte 6 selbst gebildet wird. Weiterhin könnte die abtriebsseitige Riemenscheibe 14 (vgl. auch Fig. 3) zusätzlich als Schwungradmasse ausgebildet werden. Ein solches Schwungrad dient zur Dämpfung der durch den Antrieb er­ zeugten Schwingungen und als Energiespeicher.

Das nicht rotierende Unterwerkzeug 4 ist über Klemmringe 15 in der Vorschu­ beinheit 16 geklemmt und verdrehgesichert. Die Vorschubeinheit 16 nimmt das mit einem Flansch auszubildende Vorprodukt 17 bzw. 18 (Rohr 17 bzw. Vollmateri­ al/Stab 18; vgl. die Fig. 4 bis 8) auf und bewegt dieses gegen den Walzkopf 19 des rotierenden Oberwerkzeugs 2; der axiale Verfahrweg der Vorschubeinheit 16 und damit des Unterwerkzeugs 4 wird von einem berührungslosen Meßsystem 20 (vgl. Fig. 2) erfaßt. Zwei horizontal angeordnete Differentialzylinder 21 (vgl. auch Fig. 3) sind einerseits mit ihren Kolbenstangen 22 fest mit dem Rahmen 9 verbun­ den, während sich andererseits ihre Zylindergehäuse 23 mit der Vorschubeinheit 16 bewegen, nämlich wenn über die Zylinder 21 zum Einleiten des Walzvorgangs das Unterwerkzeug 4 gegen das rotierende Oberwerkzeug 2 gefahren wird sowie auch beim Rückzug.

Die Vorschubeinheit 16 ist weiterhin mit einem hohlzylindrischen Ausstoßer 24 versehen, der mit seinem vorderen Ende in dem Unterwerkzeug 4 geführt ist und mit seinem rückwärtigen Ende in einer in dem Maschinengestell 10 angeordneten Traverse 3 lagert, der eine Verschiebetraverse 25 nachgeschaltet ist. Die Traverse 3 stützt sich gegen eine Stützstange 26 ab, die vorne in der Vorschubeinheit 16 in einem Axiallager 27 drehbar gelagert ist und an deren rückwärtigem Ende Rollen 28 angreifen, mit deren Hilfe sich die Stützstange 26 bei axialer Verschiebung um 90° drehen läßt. Im Ausstoßer 24 ist ein Innendorn 29 geführt, der an seinem hin­ teren Ende von einer Feder 30 (vgl. Fig. 4) beaufschlagt ist und während des Walzprozesses zur Wahrung der Formstabilität des Werkstückinnendurchmessers dient. Während des Walzens drückt das Oberwerkzeug 2 ständig gegen den Dorn 29, der dadurch mit dem Vorschub ständig verdrängt wird, während hingegen der Ausstoßer 24 seine axiale Position gegenüber der Vorschubeinheit 16 während des Walzens nicht verändert. In einem Träger 31, der der Traverse 3 vorgeschal­ tet ist, sind zwei um den Winkel α zur Horizontalen versetzt angeordnete Differen­ tialzylinder 32 gelagert, die mit ihren Kolbenstangen 33 an die Verschiebetraverse 25 angreifen.

Anhand der Fig. 4 und den dortigen verschiedenen Betriebszuständen I bis V wird nachfolgend das Anwalzen eines endseitigen Flansches 34 an ein Rohr 17 näher beschrieben. Die Betriebsposition I zeigt das Walzende; der Flansch 34 ist durch den Walzkopf 19 des Oberwerkzeugs 2 in dem nicht rotierenden Unterwerkzeug 4 der Vorschubeinheit 16 ausgebildet worden, d. h. es liegt das fertige Produkt bzw. Fertigteil 17' vor. Zum Ausstoßen dieses Fertigteils 17 werden die Vorschubein­ heit 16 einschließlich Ausstoßer 24 und Innendorn 29 gemäß Darstellung II mittels der Zylinder 21 zunächst um den Betrag Δx (vgl. auch Fig. 2) zurückgefahren, be­ vor dann gemäß Darstellung III die Vorschubeinheit 16 und der Dorn 29 bei ste­ hendem Ausstoßer 24 um den Weg 35 weiter zurückgezogen werden. Das Fer­ tigteil 17' kommt damit frei, und über die beiden Differentialzylinder 32 werden die Verschiebetraverse 25 und damit Ausstoßer 24 und Dorn 29 gemeinam so weit zurückgezogen (vgl. die in Fig. 2 gestrichelt gezeigte Endlage der Verschiebetraverse 25), daß das Fertigteil 17' über die in der Umformmaschine 1 integrierte Entladevorrichtung 36 (vgl. in Fig. 1 das Pfeilsymbol) entladen und aus dem in die Maschine ebenfalls integrierten Belademagazin 37 ein neues Rohr bzw. Vorpro­ dukt 17 beladen werden kann.

Der geladene Rohrabschnitt bzw. das Vorprodukt 17 wird durch zwei in Fig. 2 schematisch angedeutete Halbschalen 38 in Position gehalten. Die Beladeposition ist in Ziff. IV von Fig. 4 gezeigt. Anschließend fahren der Ausstoßer 24 mit dem darin geführten Dorn 29, beaufschlagt von den Zylindern 32, in die in V gezeigte Anwalzposition, in der das freie Ende des mit einem Flansch zu versehenden Roh­ res 17 um das Vorkragmaß 39 aus dem Unterwerkzeug 4 hervorragt. Es wird nun mittels der mit ihren Kolbenstangen 22 in dem Rahmen 9 festgelegten Differenti­ alzylinder 21 die Vorschubeinheit 16 zusammen mit dem Ausstoßer 24 und dem Dorn 29 gegen den Walzkopf 19 des Oberwerkzeugs 2 gefahren, so daß ein neu­ er Walzprozeß zum Auswalzen des Flansches 34 bis zum fertigen, in der Position I von Fig. 4 gezeigten Produkt 17' einsetzen kann. Während des Walzens drückt das Oberwerkzeug 2 ständig gegen den federnd gelagerten Dorn 29, der dadurch mit dem Vorschub ständig zurückweicht und so mit dem Ausfüllen des Konturhohl­ raums 40 (vgl. die Positionen III bis V von Fig. 4) mit den gewalzten Material des vorkragenden Endes des Vorproduktes 17 nicht verhindert, dabei aber den Innen­ durchmesser des Vorproduktes 17 stets abstützt.

Zum Beginn des Anwalzens läuft der Kraftfluß über das Oberwerkzeug 2, das Rohr bzw. Vorprodukt 17, den Ausstoßer 24, die Traverse 34, die Stützstange 26, die Vorschubeinheit 16, den Rahmen 9 und schließt sich am Oberwerkzeug 2. Mit zunehmender Verwalzung wird die Walzkraft dann hauptsächlich von dem Unter­ werkzeug 4 aufgenommen. Das Anwalzen nach dem Verstellen der Vorschubein­ heit 16 aus der Position V von Fig. 4 heraus bis an den Walzkopf 19 des Ober­ werkzeugs 2 ist vergrößert in der oberen Abbildung von Fig. 5 gezeigt, während das Walzende (vergleichbar mit Pos. I von Fig. 4) der unteren Abbildung von Fig. 5 zu entnehmen ist. Das An- und Fertigwalzen findet hierbei mit einem Neigungs­ winkel N des Oberwerkzeugs 2 statt, der mehr als 10° beträgt.

Die Umformmaschine 1 nach den Fig. 1 bis 3 läßt sich einfach mit beliebigen Werkzeugen ausrüsten bzw. bestücken und in der vorbeschriebenen Weise zum Anwalzen von endseitigen Flanschen bzw. Mittelflanschen betreiben. In den Fig. 6A und 6B ist ein zwei-stufiges Anwalzverfahren zum Herstellen eines Mittelflan­ sches 134 an ein Rohr 17 gezeigt. Die Anwalzphase läßt sich der Teildarstellung a1 von Fig. 6A entnehmen. Ein hier aus zwei Stirnwalzen 41 mit einander zuge­ wandten Walzenzapfen 42 bestehendes Oberwerkzeug 2 wirkt zunächst auf das gegenüber dem Unterwerkzeug 4 der Vorschubeinheit 16 vorkragende Stirnende des Rohres 17 ein, wobei unter dem Walzvorschub der Vorschubeinheit 16 gemäß Pfeil zunächst das Material des auszubildenden Mittelflansches 134 in den Kon­ turhohlraum 40 gedrängt und das Gesenk von dem Werkzeug zunehmend ge­ schlossen wird (vgl. Teildarstellung a2 von Fig. 6A). Beim Walzende gemäß a2 formen sowohl die Stirnwalzen 41 als auch die Walzenzapfen 42 den Mittelflansch 134 an dem Fertigteil 117 aus. Mit einem in Fig. 7 dargestellten, drei rotierende Walzköpfe 119 aufweisenden Oberwerkzeug 2 wird danach in einer zweiten Walz­ stufe durch Drückwalzen im Gegenlaufverfahren der Außendurchmesser des ge­ genüber dem Mittelflansch 134 vorkragenden Fertigteilendes 117a (vgl. Fig. 6B, Darstellung b1) in seinem Außendurchmesser verringert, wodurch sich das Vor­ kragende 117b längt, wie in der Teildarstellung b2 von Fig. 6B zu entnehmen ist.

Das An- und Auswalzen eines Flansches an einen Vollmaterial-Stab 18 auf einer zuvor beschriebenen Umformmaschine 1 gibt die Fig. 8 wieder. Entsprechend der Darstellung a wird mittels des Walzkopfes 19 des Oberwerkzeugs 2 in einer ersten Stufe zunächst ein Vorflansch 234a in den Kontur-Hohlraum 40 des Unterwerk­ zeugs 4 ausgeformt, bevor dann in einem zweiten Schritt mit einem anderen Walzkopf 219 des Oberwerkzeugs 2 der endgültige Flansch 234b mit einem hier vorkragenden Zapfen 43 ausgeformt wird.

Die Werkzeugaufspannplatte 6 der Umformmaschine 1 nach den Fig. 1 bis 3 kann mit einem beliebigen Oberwerkzeug 2 versehen werden, wobei sich die Wahl des jeweiligen Walzkopfes nach den technologischen Erfordernissen richtet. Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführung des Oberwerkzeugs 2 sind drei um jeweils 120° ver­ setzt angeordnete konische Oberwerkzeuge 319 vorgesehen. Es sollen hiermit Forminstabilitäten (Bildung von Falten) vermieden werden, wenn das mit einem Flansch auszubildende Vorprodukt - hier Rohr 217 - beim Anwalzen eine kritische Länge Δh überschreitet, wie in der Ausgangslage in der linken Hälfte des Unter­ werkzeugs 4 von Fig. 9 gezeigt. Die konischen Walzköpfe 319 des Oberwerk­ zeugs 2 setzen zu Walzbeginn gleichzeitig und ohne Kippwirkung auf den Unter­ werkzeugsatz 104 auf. Dieser besteht aus dem eigentlichen Unterwerkzeug 4, einer Verschiebehülse 44, die sich in der Vorschubeinheit 16 über Federn 45 ela­ stisch abstützt, einer mechanischen oder hydraulischen Feder 46 und einem Dec­ kel 47, der den Einbauraum der mechanischen/hydraulischen Feder 46 abschließt. Der Deckel 47 ist mit der Verschiebehülse 44 fest verbunden.

Die Anwalzsituation wird unten in der linken Bildhälfte von Fig. 9 gezeigt. Die Fe­ dern 45 drücken hierbei die Verschiebehülse 44 und damit das Unterwerkzeug 7 gegen einen mit der Vorschubeinheit 16 fest verbundenen Begrenzungsring 48. Beim Bewegen der Vorschubeinheit 16 gegen die Walzköpfe 319 des Oberwerk­ zeugs 2 stellen sich die Verschiebehülse 44, das Unterwerkzeug 4, der Deckel 47 und die in dem Einbauraum zwischen Verschiebehülse 44 sowie Unterwerkzeug 4 und Deckel 47 eingeschlossene Feder 46 gegen die die Verschiebehülse 44 von unten beaufschlagenden Federn 45 gemeinsam nach unten. Der verdrängte Werkstoff des Rohres 217 fließt dabei radial in einen konstanten Spalt Δh 49, der entsprechend den vorgegebenen technologischen Randbedingungen in seiner Größe wähl- und festlegbar ist. Zwischen dem Rohr 217 und dem Unterwerkzeug 4 findet hierbei eine Relativbewegung statt, wobei allerdings die Walzkräfte zu diesem Zeitpunkt aufgrund der noch ungenügenden Flanschausformung relativ gering sind. Sobald ein Differenzweg Δ k50 gemeinsam zurückgelegt wurde, setzt das Unterwerkzeug auf der Vorschubeinheit 16 auf und wird axial fixiert, wie in der unteren rechten Bildhälfte von Fig. 9 gezeigt.

In der Folge des Walzprozesses werden der Deckel 47 und die Verschiebehülse 44 unter Kompression der jetzt "weich" geschalteten Feder 46 so weit verfahren, bis der Flansch 334 der in Fig. 9 noch nicht seine Endform angenommen hat, endgültig ausgeformt ist; hierbei liegt bis zum Walzende ein variabler Spalt 49 vor. Bei der Fertig-Ausformung des Flansches 334 mit den dann hohen Walzkräften kommt es zu keiner Relativbewegung zwischen dem Rohr 217 und dem Unter­ werkzeug 4 mehr. Die Formstabilität ist aufgrund des sich ab diesem Zeitpunkt nur noch verkleinernden Spaltes 49 gewahrt. Es lassen sich hiermit in nur einem Werkzeugsatz in einem gleichwohl zweistufigen Walzprozeß solche Flansche 334 fehlerfrei walzen, die eine hohe Gesamtabwalzung erfordern.

Beim freien radialen Fließen des Werkstoffes in ein Gesenk, wie beispielsweise in den Fig. 5 und 6A/6B gezeigt, kann es unter bestimmten Umständen zu einer Riß- oder Faltenbildung kommen, ehe der Flansch fertig ausgeformt ist. Dieser Pro­ blematik kann mit einem in den Fig. 9 und 10 gezeigten Oberwerkzeug 2 begeg­ nen. Dem Walzkopf 19 des Oberwerkzeugs 2 sind hier zwei um je 90° versetzt angeordnete, mit rotierende Druckrollen 51 zugeordnet, wie im Zusammenspiel einer Druckrolle 51 mit dem Walzkopf 19 in Fig. 11 als Einzelheit gezeigt. Die Druckrollen 51 bringen während der Ausformung des Flansches 434 an das Rohr 317 einen definierten Radialdruck auf; sie folgen der zunehmenden Flanschaus­ formung bzw. weichen radial aus, ohne allerdings die radiale Vorspannung des Werkstoffs bzw. Flansches 434 aufzuheben. Die Druckrollen 51 sind dazu im Auf­ nahmegehäuse 5 des Oberwerkzeugs 2 über Wälzlager mit einer Exzentrizität e bzw. 52 auf jeweils einer Verstellwelle 53 angeordnet. Die Verstellwellen 53 sind über eine Zahnradstufe 54 mit einem nicht gezeigten Verstellmotor verbunden, wobei diese Verbindung durch die hohle Antriebswelle 8 (vgl. die Fig. 1 und 2) er­ folgen kann. Durch Aktivierung des Motors verstellen sich die Druckrollen 51 nach den Vorgaben des Walzprozesses bzw. des sich ausformenden Flansches 434.

Mit der beispielhaft in Fig. 12 gezeigten Ausführung von Ober- und Unterwerkzeug 2 bzw. 4 läßt sich nach der beschriebenen Betriebsweise einer Umformmaschine 1 gemäß den Fig. 1 bis 3 ein beliebiges flanschförmiges Erzeugnis 55 herstellen, wie beispielhaft ein fertiggewalzter Wälzlagerring 55, der mit einem aus zwei Zy­ linderrollen bestehenden Walzkopf 419 gewalzt worden ist.

Claims (21)

1. Verfahren zum Herstellen von flanschförmigen Erzeugnissen (55) und von Flanschen (34, 134, 234b, 334, 434) an zylindrischen Vorprodukten, wie Rohr oder Stababschnitte (17, 117, 217, 317; 18), dadurch gekennzeichnet, daß das Vorprodukt (17, 117, 217, 317) von einem die Flanschkontur be­ reitstellenden, nicht rotierenden in einer Vorschubeinheit (16) angeordneten Unterwerkzeug (4) aufgenommen und axial gegen einen rotierenden Walz­ kopf (19, 119, 219, 319, 419) eines Oberwerkzeugs (2) vorgeschoben und durch Kaltwalzen im Umformbereich des Vorproduktes (17, 117, 217, 317, 18) zwischen Ober- und Unterwerkzeug (2, 4) der Flansch (34, 134, 234b, 334, 434) ausgewalzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorprodukt (17, 117, 317; 18) von einem die Flanschkontur abbil­ denden Gesenk des Unterwerkzeugs (4) aufgenommen und axial gegen den rotierenden Walzkopf (19, 119, 319, 419) verschoben wird, bis in dem von der die Abbildung des Flansches wiedergebenden Flanschkontur be­ stimmten Umformbereich des Vorproduktes der Konturhohlraum (40) von dem Material des ausgewalzten Vorproduktes ausgefüllt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorprodukt während des Kaltwalzens mit einem Kühl- und/oder Schmiermedium besprüht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Vorprodukte von einem Halbzeug kalt abgetrennt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß hohlzylindrische Vorprodukte (17, 117, 217, 317) beim Anwalzen des Flansches von innen gestützt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlzylindrischen Vorprodukte vor dem Flanschwalzen am Innen­ durchmesser angefast werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flansch in einem ein- oder zweistufigen Walzprozeß an das Vor­ produkt angewalzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei von den Enden von hohlzylindrischen Vorprodukten (117) beab­ standeten Flanschen (134) in einer zweiten Walzstufe die Wanddicke des gegenüber dem Flansch vorkragenden Rohrendes (117a) durch Drückwal­ zen reduziert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Flansch während des Ausformens ein Radialdruck aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel des Oberwerkzeugs (2) größer 10° eingestellt wird.

11. Umformmaschine zum Herstellen von flanschförmigen Erzeugnissen und von Flanschen an zylindrischen Vorprodukten, wie Rohr- oder Stabab­ schnitte, nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Werkzeugaufspannplatte (6) eines Kaltwalzautomaten (1) ein in einem radial verstellbaren Aufnahmegehäuse (5) angeordnetes, ange­ triebenes, mindestens einen Walzkopf (19, 119, 219, 319, 419) aufweisen­ des Oberwerkzeug (2) lagegesichert befestigt ist und ein mit dem Ober­ werkzeug (2) zusammenwirkendes Unterwerkzeug (4) in einer axialen Vor­ schubeinheit (16) angeordnet ist.

12. Umformmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubeinheit (16) ein berührungsloses Wegmeßsystem (20) zugeordnet ist.

13. Umformmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Differentialzylinder (21) einerseits mit ihrem Zylindergehäuse (23) an der Vorschubeinheit (16) befestigt sind und andererseits mit ihren Kolbenstangen (22) fest mit einem das Oberwerkzeug (2) tragenden Rahmen (9) verbunden sind.

14. Umformmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberwerkzeug (2) mit einer hohlen Antriebswelle (8) für den Walz­ kopf ausgebildet ist.

15. Umformmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch einen Unwuchtausgleich des Oberwerkzeugs (2).

16. Umformmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinheit (16) mit einem in dem Unterwerkzeug (4) geführ­ ten, sich gegen eine Traverse (3) abstützenden Ausstoßer (24) und einer drehbar gelagerten Stützstange (26), gegen die sich die Traverse (3) ab­ stützt, ausgebildet ist.

17. Umformmaschine nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine im Maschinengestell (10) angeordnete Verschiebetraverse (25), an die zwei Differentialzylinder (32) angreifen.

18. Umformmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausstoßer (24) ein vom Werkzeug entfernten Ende her federnd beaufschlagter Dorn (29) angeordnet ist.

19. Werkzeug zum Einsatz in einer Umformmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberwerkzeug (2) drei zueinander um jeweils 120° versetzt ange­ ordnete konische Walzköpfe (319) aufweist, denen ein Unterwerkzeug (4) zugeordnet ist, das aus einer sich in der Vorschubeinheit (16) elastisch ab­ stützenden Verschiebehülse (44), einer die Verschiebehülse (44) gegenläu­ fig zur elastischen Abstützung beaufschlagenden Feder (46) und einen den Einbauraum dieser Feder (46) abschließenden, mit der Verschiebehülse (44) fest verbundenen Deckel (47) besteht.

20. Werkzeug zum Einsatz in einer Umformmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß einem mit einem Gesenk ausgebildeten Unterwerkzeug (4) im Ober­ werkzeug (2) zwei zueinander versetzte, einen Radialdruck auf den aus­ formenden Flansch ausübende, mit rotierende und radial verstellbare Druckrollen (51) zugeordnet sind.

21. Werkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckrollen (51) auf in dem Aufnahmegehäuse (5) des Oberwerk­ zeugs (2) exzentrisch ausgebildeten Verstellwellen (53) angeordnet und über eine Zahnradstufe (54) mit einem Verstellantrieb verbunden sind.