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Die
Erfindung betrifft eine Kaltwalz-Umformmaschine und ein Werkzeug
zum Herstellen von flanschförmigen
Erzeugnissen aus einem zylindrischen Vorprodukt und von Flanschen
an zylindrischen Vorprodukten, wie Rohr- oder Stababschnitte, mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. dem Patentanspruch
8. Eine solche Umformmaschine zählt
zum Stand der Technik und ist durch die
JP 59 206 136 A bekannt
geworden.
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Bau-
bzw. Fertigteile mit Flanschen, ausgebildet als Mittelflansch und/oder
Endflansch, 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 Flanschaußendurchmesser
oft wesentlich größer als der
Durchmesser der Hohlwelle/Welle und die Länge der Hohlwelle/Welle ist
oft wesentlich größer als
deren Außendurchmesser.
Ein solch wegen der hohen Festigkeitseigenschaften und aufgrund
des Wegfalls von Fügeoperationen
vorteilhaftes einteiliges Bauteil läßt sich ökonomisch 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
gegebenenfalls noch einer Vorbehandlung dem eigentlichen Umformaggregat
zugeführt
werden. Auf diesem werden ein- oder mehrstufige Umformprozesse durchgeführt.
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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 Handlingaufwand
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 Phosphatieren 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 Materialverteilung ergeben.
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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
Oberwerkzeugs bis maximal 10°.
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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 Handling 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.
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Beim
weiterhin bekannten Elektrostauchen wird der Rohrabschnitt im Bereich
des zu formenden Flansches partiell erwärmt. Es wird hier zwar nur
eine geringe Umformkraft 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.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kaltwalz-Umformmaschine
und ein Werkzeug der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Betriebsweise
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Vorschubeinheit mit dem in dem Unterwerkzeug geführten, sich gegen eine Traverse
abstützenden
Ausstoßer
und einer drehbar gelagerten Stützstange,
gegen die sich die Traverse abstützt,
ausgebildet ist.
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Es
läßt sich
eine automatische Be- und Entladung der Kaltwalz-Umformmaschine – im folgenden
nur Umformmaschine genannt – in
Richtung des Werkstückflusses
verwirklichen. 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 – Stützstange
(Zug) – Vorschubeinheit – Rahmen
verläuft und
sich am Oberwerkzeug schließt.
Mit zunehmender Verwalzung wird die Walzkraft dann hauptsächlich vom
Unterwerkzeug selbst aufgenommen.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Vorschubeinheit der Umformmaschine
ein berührungsloses
Wegmeßsystem
zugeordnet. Der axiale Verfahrweg des Unterwerkzeuges wird somit
stets genau erfaßt.
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Nach
einer bevorzugten Maßnahme
der Erfindung sind zwei Differentialzylinder einerseits mit ihren
Zylindergehäusen
an der Vorschubeinheit befestigt und andererseits mit ihren Kolbenstangen
fest mit einem das Oberwerkzeug tragenden Rahmen verbunden. Die
servohydraulisch angetriebenen Differentialzylinder mit dem sich
relativ zu den Kolbenstangen verschiebenden Zylindergehäusen übernehmen
zwei Aufgaben. Sie erzeugen erstens den Walzvorschub, d.h. das Fahren
des Unterwerkzeuges bzw. der Vorschubeinheit gegen das rotierende Oberwerkzeug
und damit Einleiten des Walzvorgangs und den Rückzug sowie andererseits die
Führung
des Ober- zum Unterwerkzeug und damit Aufnehmen von Radialkräften. Der
große
Führungsabstand
ermöglicht
hierbei eine kippsichere Position des Unterwerkzeugs.
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Eine
vorteilhafte Ausführung
sieht vor, daß das
Oberwerkzeug mit einer hohlen Antriebswelle für den Walzkopf ausgebildet
ist. Dies ermöglicht
es, durch die Antriebswelle von außen einen Dorn an den Walzkopf
heranzuführen,
z.B. wenn am Innendurchmesser des in der gegenüberliegenden Vorschubeinheit
des Unterwerkzeugs angeordneten Werkstück eine Kontur, beispielsweise
eine Profilierung, angeformt werden soll.
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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 meßtechnisch erfaßt. Alternativ
kann ein Massenausgleich automatisch ausgeführt werden, so daß während des
Betriebs keine Unwuchten auftreten.
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Weiterhin
läßt sich
eine im Maschinengestell angeordnete Verschiebetraverse vorsehen,
an die zwei um einen Winkel versetzt zur Horizontalen angeordnete
Differentialzylinder angreifen. Mittels der zwei an die Verschiebetraverse
angreifenden Differentialzylinder werden nach Beendigung des Walzprozesses
(Vorschubeinheit zurückgefahren
in Ausgangsposition) Ausstoßer
und Dorn zusammen so weit zurückgezogen,
daß ein
neuer Rohrabschnitt aus dem vorzugsweise mit integrierter Be- und
Entladevorrichtung ausgebildeten Kaltwalzautomaten zugeführt werden
kann. In dem Ausstoßen
ist hierbei vorteilhaft ein vom Werkzeug entfernten Ende her federnd
beaufschlagter Dorn angeordnet, der die Formstabilität des Werkstückinnendurchmessers während des
Walzprozesses aufrechterhält.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst
durch ein Werkzeug zum Einsatz in einer vorbeschriebenen Umformmaschine,
wobei erfindungsgemäß das Oberwerkzeug
drei zueinander um jeweils 120° versetzt
angeordneten konischen Walzköpfen
aufweist, denen ein Unterwerkzeug zugeordnet ist, das aus einer
sich in der Vorschubeinheit elastisch abstützenden Verschiebehülse, einer
die Verschiebehülse
gegenläufig
zur elastischen Abstützung
beaufschlagenden Feder und einem den Einbauraum dieser Feder abschließenden,
mit der Verschiebehülse
fest verbundenen Deckel besteht.
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Das
Material fließt
in einem radialen Spalt konstanter Höhe, der sich beginnend mit
dem Aufsetzen des Unterwerkzeuges auf das Grundwerkzeug zur fertigen
Flanschhöhe
reduziert. Damit läßt sich
in nur einem Werkzeugeinsatz ein zweistufiger Walzprozeß in einem
Gesenk durchführen.
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Bei
einem anderen Werkzeug zum Einsatz in einer vorbeschriebenen Umformmaschine
sind einem mit einem Gesenk ausgebildeten Unterwerkzeug im Aufnahmegehäuse 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
radialen Vorspannung des Werkstoffes. Einer Riß- oder Faltenbildung wird
somit entgegengewirkt.
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Die
Druckrollen sind zweckmäßig auf
in dem Aufnahmegehäuse
des Oberwerkzeugs exzentrisch ausgebildeten Verstellwellen angeordnet
und über eine
Zahn radstufe mit einem Verstellantrieb verbunden. Während des
Walzprozesses werden die Druckrollen durch Aktivierung des Verstellmotors
entsprechend der fortschreitenden Walzung verfahren.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispieles
nachfolgend näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 in
der Vorderansicht eine Kaltwalz-Umformmaschine zum Anwalzen von
Flanschen an langen Vorprodukten bzw. Bauteilen;
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2 die
Umformmaschine nach 1 in der Draufsicht;
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3 die
Umformmaschine nach 1 von rechts gesehen;
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4 in
prinzipieller, schematischer Darstellung des Walzprozesses verschiedene
Positionen I bis V im Bewegungsablauf;
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5 als
Einzelheit der Umformmaschine nach 1 in schematischer
Weise das An- und Fertigwalzen eines Flansches aus einem zylindrischen Vorprodukt;
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6A/6B als
Einzelheit in schematischer Darstellung des Walzbereichs der Umformmaschine
einen zweistufigen (erste Stufe 6A; zweite
Stufe 6B) Walzprozeß zum Herstellen
eines Mittenflansches und Reduzieren der Wanddicke (6B)
des vorkragenden Endes des Vorproduktes bzw. Rohres;
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7 ein
für den
Walzprozeß nach 6B eingesetztes
Oberwerkzeug in schematischer Vorderansicht;
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8 als
Einzelheit den Umformbereich der Werkzeuge zum Herstellen eines
Flansches an einem Vorprodukt aus Vollmaterial;
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9 als
Einzelheit ein aus Ober- und Unterwerkzeug bestehendes Werkzeug
mit während
des An- und Auswalzens zurückweichendem
Einbauteil des teilgeschnitten dargestellten Unterwerkzeugs (linke
Schnitthälfte
unten: Anwalzsituation, rechte Schnitthälfte unten: Aufsetzen des Unterwerkzeuges; beginnende
Spaltreduktion bis auf Fertigflanschhöhe);
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10 als
Einzelheit ein weiteres Werkzeug, das am Oberwerkzeug angeordnete
Druckrollen aufweist;
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11 als
Einzelheit des Werkzeugs nach 10 das
Zusammenspiel von Oberwerkzeug mit einer Druckrolle; und
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12 als
Einzelheit in schematischer Darstellung ein Werkzeug zum Herstellen
von flanschförmigen
Fertigerzeugnissen.
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Eine
mit einer steifen Maschinenkonstruktion und kurzen Kraftleitungswegen,
wowodurch die elastischen Deformationen der Maschine auf ein Minimum
reduziert und enge Walztoleranzen ermöglicht werden, in Horizontalbauweise
ausgeführte
Kaltwalz-Umformmaschine 1 nach den 1 bis 3 weist
ein rotierendes Oberwerkzeug 2 und ein nicht rotierendes,
in einer Vorschubeinheit 16 angeordnetes Unterwerkzeug 4 auf.
Das Oberwerkzeug 1 wird komplett mit einem Aufnahmegehäuse 5 auf
eine Werkzeugaufspannplatte 6 aufgeschraubt und verdrehgesichert.
Auf diese Aufspannplatte können Walzköpfe unterschiedlichster
Ausführung
gespannt werden. Dem Oberwerkzeug 2 ist eine verschiebbare Ausgleichsmasse 7 zugeordnet.
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Zum
Antrieb des Oberwerkzeugs 2 ist eine hohle Antriebswelle 8 in
einem Rahmen 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 Oberwerkzeug 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 Stillsetzen der Umformmaschine 1 ausgeschaltet.
Damit lassen sich Verluste durch Anfahr- und Bremsvorgänge minimieren.
Auf der hohlen Antriebswelle 8 könnte noch ein Schwungrad vorgesehen
werden, welches hier aber bereits durch die Werkzeugaufspannplatte 6 selbst gebildet
wird. Weiterhin könnte
die abtriebsseitige Riemenscheibe 14 (vgl. auch 3)
zusätzlich
als Schwungradmasse ausgebildet werden. Ein solches Schwungrad dient
zur Dämpfung
der durch den Antrieb erzeugten Schwingungen und als Energiespeicher.
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Das
nicht rotierende Unterwerkzeug 4 ist über Klemmringe 15 in
der Vorschubeinheit 16 geklemmt und verdrehgesichert. Die
Vorschubeinheit 16 nimmt das mit einem Flansch auszubildende
Vorprodukt 17 bzw. 18 (Rohr 17 bzw. Vollmaterial/Stab 18;
vgl. die 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. 2)
erfaßt. Zwei
horizontal angeordnete Differentialzylinder 21 (vgl. auch 3)
sind einerseits mit ihren Kolbenstangen 22 fest mit dem
Rahmen 9 verbunden, 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.
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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 hinteren Ende von einer Feder 30 (vgl. 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 vorgeschaltet ist, sind zwei um den
Winkel α zur Horizontalen
versetzt angeordnete Differentialzylinder 32 gelagert,
die mit ihren Kolbenstangen 33 an die Verschiebetraverse 25 angreifen.
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Anhand
der 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 Vorschubeinheit 16 einschließlich Ausstoßer 24 und
Innendorn 29 gemäß Darstellung
II mittels der Zylinder 21 zunächst um den Betrag Δx (vgl. auch 2)
zurückgefahren,
bevor dann gemäß Darstellung
III die Vorschubeinheit 16 und der Dorn 29 bei
stehendem Ausstoßer 24 um
den Weg 35 weiter zurückgezogen
werden. Das Fertigteil 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 2 gestrichelt
gezeigte Endlage der Verschiebetra verse 25), daß das Fertigteil 17' über die
in der Umformmaschine 1 integrierte Entladevorrichtung 36 (vgl.
in 1 das Pfeilsymbol) entladen und aus dem in die
Maschine ebenfalls integrierten Belademagazin 37 ein neues
Rohr bzw. Vorprodukt 17 beladen werden kann.
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Der
geladene Rohrabschnitt bzw. das Vorprodukt 17 wird durch
zwei in 2 schematisch angedeutete Halbschalen 38 in
Position gehalten. Die Beladeposition ist in Ziff. IV von 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 Rohres 17 um das Vorkragmaß 39 aus
dem Unterwerkzeug 4 hervorragt. Es wird nun mittels der
mit ihren Kolbenstangen 22 in dem Rahmen 9 festgelegten Differentialzylinder 21 die
Vorschubeinheit 16 zusammen mit dem Ausstoßer 24 und
dem Dorn 29 gegen den Walzkopf 19 des Oberwerkzeugs 2 gefahren,
so daß ein
neuer Walzprozeß zum
Auswalzen des Flansches 34 bis zum fertigen, in der Position
I von 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 Konturhohlraums 40 (vgl. die Positionen III bis V von 4)
mit den gewalzten Material des vorkragenden Endes des Vorproduktes 17 nicht verhindert,
dabei aber den Innendurchmesser des Vorproduktes 17 stets
abstützt.
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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 Unterwerkzeug 4 aufgenommen. Das Anwalzen nach
dem Verstellen der Vorschubeinheit 16 aus der Position
V von 4 heraus bis an den Walzkopf 19 des Oberwerkzeugs 2 ist
vergrößert in
der oberen Abbildung von 5 gezeigt, während das Walzende (vergleichbar
mit Pos. I von 4) der unteren Abbildung von 5 zu
entnehmen ist. Das An- und Fertigwalzen findet hierbei mit einem
Neigungswinkel N des Oberwerkzeugs 2 statt, der mehr als
10° beträgt.
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Die
Umformmaschine 1 nach den 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 6A und 6B ist
ein zweistufiges Anwalzverfahren zum Herstellen eines Mittelflansches 134 an
ein Rohr 17 gezeigt. Die Anwalzphase läßt sich der Teildarstellung
a1 von 6A entnehmen. Ein hier aus zwei Stirnwalzen 41 mit
einander zugewandten 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 Konturhohlraum 40 gedrängt und
das Gesenk von dem Werkzeug zunehmend geschlossen wird (vgl. Teildarstellung
a2 von 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 7 dargestellten, drei rotierende
Walzköpfe 119 aufweisenden
Oberwerkzeug 2 wird danach in einer zweiten Walzstufe durch Druckwalzen
im Gegenlaufverfahren der Außendurchmesser
des gegenüber
dem Mittelflansch 134 vorkragenden Fertigteilendes 117a (vgl. 6B, Darstellung
b1) in seinem Außendurchmesser
verringert, wodurch sich das Vorkragende 117b längt, wie in
der Teildarstellung b2 von 6B zu
entnehmen ist.
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Das
An- und Auswalzen eines Flansches an einen Vollmaterial-Stab 18 auf
einer zuvor beschriebenen Umformmaschine 1 gibt die 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
Unterwerkzeugs 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.
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Die
Werkzeugaufspannplatte 6 der Umformmaschine 1 nach
den 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 9 gezeigten Ausführung des
Oberwerkzeugs 2 sind drei um jeweils 120° versetzt
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 Unterwerkzeugs 4 von 9 gezeigt.
Die konischen Walzköpfe 319 des
Oberwerkzeugs 2 setzen zu Walzbeginn gleichzeitig und ohne
Kippwirkung auf den Unterwerkzeugsatz 104 auf. Dieser besteht
aus dem eigentlichen Unterwerkzeug 4, einer Verschiebehülse 44,
die sich in der Vorschubeinheit 16 über Federn 45 elastisch
abstützt,
einer mechanischen oder hydraulischen Feder 46 und einem
Deckel 47, der den Einbauraum der mechanischen/hydraulischen
Feder 46 abschließt.
Der Deckel 47 ist mit der Verschiebehülse 44 fest verbunden.
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Die
Anwalzsituation wird unten in der linken Bildhälfte von 9 gezeigt.
Die Federn 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
Oberwerkzeugs 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 Δk 50 gemeinsam zurückgelegt
wurde, setzt das Unterwerkzeug auf der Vorschubeinheit 16 auf
und wird axial fixiert, wie in der unteren rechten Bildhälfte von 9 gezeigt.
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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 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 Unterwerkzeug 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.
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Beim
freien radialen Fließen
des Werkstoffes in ein Gesenk, wie beispielsweise in den 5 und 6A/6B gezeigt,
kann es unter bestimmten Umständen
zu einer Riß- oder Faltenbildung
kommen, ehe der Flansch fertig ausgeformt ist. Dieser Problematik
kann mit einem in den 9 und 10 gezeigten
Oberwerkzeug 2 begegnen. 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 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 Flanschausformung bzw.
weichen radial aus, ohne allerdings die radiale Vorspannung des Werkstoffs
bzw. Flansches 434 aufzuheben. Die Druckrollen 51 sind
dazu im Aufnahmegehäuse 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 1 und 2)
erfolgen kann. Durch Aktivierung des Motors verstellen sich die
Druckrollen 51 nach den Vorgaben des Walzprozesses bzw.
des sich ausformenden Flansches 434.
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Mit
der beispielhaft in 12 gezeigten Ausführung von
Ober- und Unterwerkzeug 2 bzw. 4 läßt sich
nach der beschriebenen Betriebsweise einer Umformmaschine 1 gemäß den 1 bis 3 ein beliebiges
flanschförmiges
Erzeugnis 55 herstellen, wie beispielhaft ein fertiggewalzter
Wälzlagerring 55, der
mit einem aus zwei Zylinderrollen bestehenden Walzkopf 419 gewalzt
worden ist.