DE102005057945A1 - Production of pipe sections and tubular workpieces formed with a protrusion in the cylindrical inner contour comprises deforming in only one clamp with only one counter roller spinning step - Google Patents

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Abstract

Production of pipe sections and tubular workpieces formed with a protrusion in the cylindrical inner contour comprises deforming in only one clamp with only one counter roller spinning step.

Description

1. Verwendungsbereich der Patentansprüche.1. Application area of the claims.

Die Patentansprüche beziehen sich auf ein wirtschaftliches Drückwalz-Verfahren zur spanlosen Serienproduktion von zylindrischen Stahl-Rohr-Abschnitten, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie zylindrische Innenkonturen mit einem Absatz besitzen und aus zylindrischen Vorformen gefertigt werden, deren Innendurchmesser den grösseren Durchmessern der betreffenden Fertigteile entsprechen, sowie auf eine dafür geeignete Maschine mit entsprechender WerkzeugeinrichtungThe claims refer to an economical flow-forming method for non-cutting series production of cylindrical steel pipe sections, characterized are that they have cylindrical inner contours with a paragraph and are made of cylindrical preforms whose inside diameter the bigger one Diameters of the relevant finished parts correspond, as well as on one for that suitable machine with appropriate tooling

Solche Rohre, in einem Durchmesserbereich von etwa 50 bis 400 mm, einem Längenbereich bis etwa 2.500 mm und mit Wanddicken bis etwa 15 mm, haben sich für spezielle Andungsfälle als besonders vorteilhaft erwiesen und werden von Firmen des Maschinen- und Apperatebaus verlangt. Das Drückwalzverfahren bietet für die Herstellung solcher Teile viele technische Vorteile. Aufgrund der dabei entstehenden hohen Herstellkosten bei Nutzung des Verfahrens gemäß dem Stand der Technik, wird das Verfahren bisher nur in einem geringen Umfang eingesetzt.Such Tubes, in a diameter range of about 50 to 400 mm, a length range up to about 2,500 mm and with wall thicknesses up to about 15 mm, have become for special Andungsfälle proved to be particularly advantageous and are of companies of mechanical and Apperatebaus required. The flow-forming process offers for the production of such parts many technical advantages. by virtue of the resulting high production costs when using the method according to the state In terms of technology, the process is currently only to a small extent used.

2. Derzeitige Verfahren gemäss dem Stand der Technik2. Present Process according to the state of the art

  • a) Verwendung von Ausgangs-Rohrabschnitten, die bezüglich ihrer Außendurchmesser den geforderten Durchmessern der Fertigteile entsprechen und bezüglich ihrer Innendurchmesser dem kleinsten Durchmesser des Fertigteils. Durch spanende Drehbearbeitungen im Innendurchmesser werden diese Werkstücke fertiggestellt. Der Materialbedarf, bezogen auf die Fertigteile, beträgt ca. 180%.a) Use of output pipe sections, the in terms of their outer diameter correspond to the required diameters of the finished parts and with respect to their Inner diameter of the smallest diameter of the finished part. By machining turning work in the inner diameter of these workpieces are completed. The material requirement, based on the finished parts, is approx. 180%.
  • b) Herstellung durch beidseitige Anschweissungen von Rohrabschnitten an Mittelstücke, wobei die 3 Rohrabschnitte hinsichtlich ihrer Durchmesser ausreichende Zugaben besitzen müssen für eine anschliessende, spanende Drehbearbeitung, mit der auftretende Schweissverzüge beseitigt werden müssen. Der Materialbedarf, bezogen auf Fertigteile, beträgt ca. 140%b) Production by double-sided welding of pipe sections on centerpieces, wherein the three pipe sections with respect to their diameter sufficient Must have additions for one subsequent, cutting turning, with the occurring welding distortions are eliminated have to. The material requirement, based on finished parts, is approx. 140%
  • c) Spanlose Herstellung durch Gegenlauf-Drückwalzen mit einer anschließenden Einziehoperation in einer zweiten Aufspannung, wobei als Ausgangsmaterialien Rohrabschnitte verwendet werden, mit Innendurchmessern, die geringfüg grösser sind als die grössten Innendurchmesser der betreffenden Fertigteile. Die Wanddicken der Vorformen sind grösser als die der zugehörigen Fertigteile. Materialbedarf bezogen auf Fertigteile ca. 104%. Dieses Verfahren verursacht wegen der Investitionen für zwei Maschinen und die langen Produktionszeiten relativ hohe Kosten.c) Chipless production by reverse flow spinning with a subsequent Einziehoperation in a second setup, using as raw materials pipe sections be used, with inner diameters that are slightly larger as the largest Inner diameter of the relevant finished parts. The wall thicknesses of Preforms are bigger than that of the associated one Finished parts. Material requirement based on finished parts approx. 104%. This Procedure caused because of the investment for two machines and the long production times relatively high costs.

3. Zusammenfassung der ErfindungThird Summary of the invention

Zielsetzung der Erfindung ist ein Drückwalz-Verfahren und eine entsprechende Maschine mit Werkzeugausrüstung, womit die gewünschten Werkstückgeometrien gemäß der Beschreibung unter Punkt 1 kostengünstiger hergestellt werden können als es bisher mit den bekannten Verfahren gemäss 2 möglich war.objective The invention is a flow-forming method and a corresponding machine with tooling, with which the desired workpiece geometries according to the description under point 1 cheaper can be produced as it was previously possible with the known method according to FIG.

Diese Aufgabenstellung wurde gelöst mit einem speziellen Gegenlaufdrückwalzverfahren und einer speziellen Ausbildung einer Drückwalzmaschine gemäß den Schutzansprüchen 1 bis 5, womit es möglich ist, solche Werkstücke in nur einer Aufspannung mit nur einem Rollenüberlauf zu fertigen, in einer Fertigungszeit, die unter sonst gleichen Bedingungen (Werkstückabmessungen, Antriebsleistung, Vorschubkräfte) vergleichbar ist mit der Fertigungzeit, die erforderlich ist für den Drückwalzvorgang gemäß dem beschriebenen Verfahren 2c) (1. Operation).These Task was solved with a special counterpressure rolling method and a specific embodiment of a flow-forming machine according to the protection claims 1 to 5, which makes it possible is, such workpieces in only one clamping with only one roller overflow to manufacture, in one Production time, all other things being equal (workpiece dimensions, Drive power, feed forces) comparable to the production time required for the flow-forming process according to the described Method 2c) (1st operation).

Beim Gegenlaufdrückwalzverfahren gilt als Stand der Technik, dass ein dickwandiges Rohr oder eine rohrförmige Vorform mit Hilfe einer Büchse, befestigt an der Reitstockpinole, auf einen zylindrischen Dorn geschoben wird, der an der Hauptspindel befestigt ist und zur Übertragung des für die Umformung erforderlichen Drehmoments eine Stirnverzahnung besitzt, gegen die das Ausgangsmaterial gedrückt wird. Damit wird eine formschlüssige Verbindung von der Hauptspindel zum Werkstück geschaffen. Für die Umfomung rotiert die Hauptspindel mit Dorn und Werkstück und zwei oder mehrere Rollen, die auf radialen Vorschubeinheiten befestigt sind, die mit gleicher Teilung um die Werkstückachse auf einem Rollenträger geführt werden, fahren durch eine axiale Relativbewegung der Hauptspindel (Spindelkasten) und des Rollenträgers zueinander gegen das Werkstück. Dabei fließt das in der Wanddicke reduzierte Material unterhalb der Rollen, entgegen der Rollen-Vorschubbewegung über den Dorn.At the Mating flow-forming process As a state of the art that is a thick-walled pipe or a tubular Preform with the help of a rifle, attached to the tailstock quill, pushed onto a cylindrical mandrel which is attached to the main spindle and to the transfer of for the deformation required torque has a spur toothing, against which the starting material is pressed. This will be a positive connection from the main spindle to the workpiece created. For the reshape rotates the main spindle with mandrel and workpiece and two or more rollers mounted on radial feed units are, which are guided with equal pitch around the workpiece axis on a roller carrier, drive by an axial relative movement of the main spindle (headstock) and the role carrier to each other against the workpiece. It flows the material reduced in wall thickness below the rollers the roller feed movement over the thorn.

Ein wesentliches Kennzeichen dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass der Reitstock keine Funktion bei der Umformung ausübt. Es sind und auch keine Maschinenausführungen bekannt mit Reitstockausbildungen, die eine Drückwalz-Umformung auf reitstockseitigen Werkzeugen ermöglichen würden.One essential feature of this known method is that the tailstock has no function during the forming process. There are and also no machine versions known with tailstock training, which is a spin forming on tailstock side Tools would allow.

Bei dem Gegenlaufdrückwalzverfahren gemäss der Erfindung erfolgt jedoch der Drückwalzvorgang auf zwei Dornhälften, eine montiert an der Hauptspindel und die andere an einer Reitstockspindel in vergleichbarer Ausführung mit einer Hauptspindel einschließlich Lagerung und Antrieb.at the Gegenlaufdrückwalzverfahren according to However, the invention is the flow-forming on two mandrel halves, a mounted on the main spindle and the other on a tailstock spindle in comparable design with a main spindle including storage and drive.

4. Kurzbeschreibung der Zeichnungen4th Brief description of the drawings

1 Eine Kontur der betreffenden Werkstücke (1), dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens aus den 3 Elementen (2), (3) und (4) bestehen, wobei die Außenelemente (2) und (3) Innendurchmesser besitzen, die dem Innen-Durchmesser des Ausgangsmaterials entsprechen, und das Mittelelement (4) einen Innendurchmesser (5) besitzt, der kleiner ist die Innendurchmesser der Aussenelemente 1 A contour of the relevant workpieces ( 1 ), characterized in that it comprises at least the three elements ( 2 ) 3 ) and ( 4 ), the outer elements ( 2 ) and ( 3 ) Have inner diameters corresponding to the inner diameter of the starting material, and the central element ( 4 ) an inner diameter ( 5 ), the smaller is the inner diameter of the outer elements

2 Eine weitere Kontur (6) der betreffenden Werkstücke, die der Spezifikation zu 1 entspricht. 2 Another contour ( 6 ) of the workpieces concerned, which conform to the specification 1 equivalent.

3 Eine weitere Kontur (7) der betreffenden. Werkstücke, die der Spezifikation zu 1 entspricht 3 Another contour ( 7 ) of the concerned. Workpieces that conform to the specification 1 corresponds to

4 Werkstück, hergestellt durch spanende Bearbeitung (8) des Innendurchmessers eines entsprechenden Rohrabschnittes. Materialbedarf ca. 180%, bezogen auf das Fertigteil. 4 Workpiece made by machining ( 8th ) of the inner diameter of a corresponding pipe section. Material requirement approx. 180%, related to the finished part.

5 Werkstück, hergestellt durch Zusammenschweissen der 3 Rohrabschnitte (9), (10) und (11) und spanende Aussenbearbeitung (12) und Innenbearbeitung (13). Materialbedarf ca. 140%, bezogen auf das Fertigteil. 5 Workpiece produced by welding together the 3 pipe sections ( 9 ) 10 ) and ( 11 ) and external machining ( 12 ) and internal processing ( 13 ). Material requirement approx. 140%, related to the finished part.

6 Werkstück als Zwischenform für die spanlose Fertigung einer Werkstückkontur gemäss 3 durch Gegenlaufdrückwalzen aus einem dickwandigen Rohrabschnitt (14) in einer 1. Aufspannung hergestellt, mit auf Fertigmaß geformten Wanddicken der Elemente (15) und (16) und einem Mittelelement (17), das die geforderte verstärkte Wanddicke besitzt, die sich im Fertigteil als Absatz im Innenurchmesser darstellt, in dieser Zwischenform jedoch in einem Absatz des Aussendurchmessers gespeichert ist. 6 Workpiece as intermediate form for the non-cutting production of a workpiece contour according to 3 by counter-pressure rolling from a thick-walled pipe section ( 14 ) in a first set-up, with wall thicknesses of the elements ( 15 ) and ( 16 ) and a middle element ( 17 ), which has the required reinforced wall thickness, which is in the finished part as paragraph in the inner diameter, but stored in this intermediate form in a paragraph of the outside diameter.

7 Werkstück, aus Zwischenform 6 mittels Rollen in einer zweiten Aufspannung hergestellt. Alle Wanddicken auf Fertigmaß spanlos geformt. Materialbedarf ca. 104% bezogen auf das Fertigteil. Die gleiche Werkstückausführung wird mit dem erfindungsgemäßem Verfahren mit nur einer Operation erreicht. 7 Workpiece, from intermediate form 6 made by rolling in a second setup. All wall thicknesses to final dimensions without cutting. Material requirement approx. 104% related to the finished part. The same workpiece design is achieved with the inventive method with only one operation.

8 Beginn der Umformoperation zur Herstellung eines Werkstücks gemäss 7 in nur einer Aufspannung mit Verfahren, Maschine und Werkzeugeinrichtungen entsprechend den Erfindungsansprüchen. Dabei kennzeichnet Element 19 eine der Umformrollen, Element 22 die Reitstockspindel, Element 20 das an der Hauptspindel angebrachte Werkzeugteil und Element 21 das an der Reitstockspindel angebrachte Werkzeugteil. Element 23 kennzeichnet den verzahnten Mitnehmerring an der Hauptspindel. 8th Beginning of the forming operation for producing a workpiece according to 7 in only one setup with process, machine and tooling according to the invention claims. This characterizes element 19 one of the forming rollers, element 22 the tailstock spindle, element 20 the attached to the main spindle tool part and element 21 the attached to the tailstock spindle tool part. element 23 indicates the toothed driving ring on the main spindle.

9 Fortgesetzte Umformung am Beginn des Einziehprozesses (Wanddickenverstärkung) 9 Continued forming at the beginning of the drawing-in process (wall thickness reinforcement)

10 Fortgesetzte Umformung mit Werkzeug-Situation nach dem Einziehprozess. Dabei kennzeichnet Element 24 den sich während der letzten Phase der Umformung ständig vergrößernden Bereich zwischen den beiden Werkzeughälften, hervorgerufen durch eine gesteuertes Zurückziehen der Reitstockspindel gegenüber der Hauptspindel. 10 Continued forming with tool situation after the threading process. This characterizes element 24 the area between the two tool halves, which increases constantly during the last phase of the forming, caused by a controlled retraction of the tailstock spindle relative to the main spindle.

11 Ende der Umformoperation 11 End of the forming operation

12 Entnahmesituation 12 removal situation

5. Detailierte Beschreibung der Erfindung5. Detailed Description of the invention

Bei dem Gegenlaufverfahren gemäß der Erfindung, wird ein Drückwalz-Dorn (18) verwendet mit einem Außendurchmesser (19) der dem Innendurchmesser des Fertigteils entspricht und in einem Bereich, in dem der Absatz des reduzierten Innendurchmessers geformt wird, einen reduzierten Durchmesserbereich (20) besitzt. In diesem Bereich ist der Dorn in zwei Hälften geteilt, die eine Dornhälfte ist befestigt an der Hauptspindel (21) die andere an der Reitstockspindel (22). Beide Hälften sind zueinander mittig zentriert (23) und besitzen an der Trennstelle einen reduzierten Dorndurchmesser (24), der dem zu fertigenden kleineren Innendurchmesser (25) entspricht.In the mating method according to the invention, a spin-roll mandrel ( 18 ) used with an outer diameter ( 19 ) corresponding to the inner diameter of the finished part and in a region in which the shoulder of the reduced inner diameter is formed, a reduced diameter range ( 20 ) owns. In this area, the mandrel is split in half, the one half of the mandrel is attached to the main spindle ( 21 ) the other on the tailstock spindle ( 22 ). Both halves are centered on each other ( 23 ) and have at the separation point a reduced mandrel diameter ( 24 ), which corresponds to the smaller inner diameter ( 25 ) corresponds.

Die Vorform wird zwischen den auseinander gefahrenen Werkzeughälften zugeführt, die beiden Dornhälften fahren dann aufeinander zu fädeln dabei die Vorform auf und werden gegeneinander gepresst. Die Vorform wird mit einem reitstockseitigen Ring, der den Dorn umschließt, in die hauptspindelseitige Mitnahmeverzahnung gepresst.The Preform is fed between the divergent tool halves, the both mandrel halves then drive towards each other while the preform and are pressed against each other. The preform becomes with a riding stick side ring, which encloses the mandrel, in the Main spindle-side driving toothing pressed.

Der Gegenlauf-Drückwalzvorgang beginnt dann auf der reitstockseitigen Werkzeughälfte indem die Vorform mit den beiden Dornhälften durch die Relativbewegung der Hauptspindel zu den Umformrollen gegen die Umformrollen gepresst wird, wobei der Bereich der reduzierten Wanddicke unterhalb der Rollen in Richtung Reitstock fließt. Wenn die Rollen den Absatz am Reitstockdorn erreichen beginnt beim weiteren Vorlauf der Hauptspindel zu den Rollen der Einziehvorgang.Of the Up-flow-forming process then start on the tailstock side half of the mold by using the preform the two mandrel halves by the relative movement of the main spindle to the forming rollers against the forming rollers is pressed, the area being reduced Wall thickness flows below the rollers towards the tailstock. If the rollers reach the heel on the tailstock thorn begins at the next Advance of the main spindle to the rollers of the threading process.

Abhängig von der Größe des geforderten Materialquerschnitts im einzuziehenden Bereich und der Größe des Materialquerschnitts der geforderten Außenkontur oberhalb des zu formenden inneren Absatzes und der Wanddicke der Vorform in diesem Bereich wird der Einziehvorgang von einem Streckvorgang überlagert.Depending on the size of the required material cross-section in the area to be recovered and the size of the material cross-section the required outer contour above the inner shoulder to be formed and the wall thickness of Preform in this area, the Einziehvorgang is superimposed by a stretching process.

Wenn der einzuziehende Bereich vollständig ausgefüllt ist, wird die Reitstockspindel mit dem daran befestigten reitstockseitigem Werkzeug von der Hauptspindel mit dem daran befestigten Werkzeugteil zurückgezogen, sodass auf dem hauptspindelseitigem Werkzeugteil der weitere Gegenlaufdrückwalzvorgang bis zum Erreichen der Fertigteillänge erfolgen kann. Während dieser Phase wird die Reitstockspindel mit der gleichen Drehzahl gefahren wie die Hauptspindel, um so eine Relativbewegung des reitstockseitigen Werkzeugteils zum Werkstück zu vermeiden.If the area to be recovered is completely filled in, is the tailstock spindle with the attached tailstock side Tool from the main spindle with the attached tool part withdrawn, so that on the main spindle side tool part of the further Gegenlaufdrückwalzvorgang until it reaches the finished part length. During this Phase, the tailstock spindle is driven at the same speed like the main spindle, so a relative movement of the tailstock side Tool part to the workpiece to avoid.

Nach Erreichen der Fertigteillänge werden die beiden Werkzeughälften soweit auseinander gefahren, dass die Entnahme des Werkstücks möglich ist.To Reaching the finished part length become the two tool halves so far apart that the removal of the workpiece is possible.

Claims (5)

Herstellverfahren zur spanlosen Fertigung von Rohrabschnitten und rohrförmigen Werkstücken, die mit einem Absatz in der zylindrischen Innenkontur ausgebildet sind, ausgehend von Vorformen mit Wanddicken, die gleich oder größer sind als die größte Wanddicke des herzustellenden Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung in nur einer Aufspannung mit nur einem Gegenlaufdrückwalzvorgang erfolgt.Manufacturing process for the non-cutting production of pipe sections and tubular workpieces, which are formed with a shoulder in the cylindrical inner contour, starting from preforms with wall thicknesses equal to or greater than the largest wall thickness of the workpiece to be produced, characterized in that the forming in one clamping done with only one Gegenlaufdrückwalzvorgang. Herstellverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drückwalzvorgang auf einem Dorn erfolgt, der in dem Bereich, auf dem der Absatz der Innenkontur angeformt wird quer zur Längsachse geteilt ist und dass die beiden Dornhälften bei Beginn der Umformung zueinander zentriert und zusammengepresst werden.Manufacturing method according to claim 1, characterized in that that the flow-forming process done on a thorn in the area where the heel of the Inner contour is formed is divided transversely to the longitudinal axis and that the two mandrel halves at the beginning of the forming centered and pressed together become. Herstellverfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenlauf-Drückwalzvorgang auf der Dornhälfte, die an der Reitstockspindel befestigt ist beginnt und sich bei kontinuierlicher Fortsetzung der axialen Vorschubbewegung der Einziehvorgang zur Anformung des Absatzes im Bereich der Dornteilung anschließt, wobei die Umformrollen synchron Radialbewegungen ausführen können, abhängig von der geforderten Außenkontur und dass sich daran bei weiterer kontinuierlicher axialer Vorschubbewegung die Wanddickenreduzierung auf der Dornhälfte an der Hauptspindel fortsetzt.Production method according to claim 1 and 2, characterized characterized in that the counter-rotating flow forming operation on the mandrel half, the attached to the tailstock spindle starts and is continuous Continuation of the axial feed movement of the pulling-in to Forming the paragraph in the area of the mandrel division connects, wherein the forming rollers can perform synchronous radial movements, depending on the required outer contour and that is due to further continuous axial feed motion the wall thickness reduction continues on the mandrel half at the main spindle. Herstellverfahren gemäß Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Einziehvorgang bei dem der Querschnitt des Ausgangsmaterials größer ist als der Querschnitt des betreffenden Werkstücks in dem betreffenden Abschnitt und demzufolge dem Einziehvorgang eine Drückwalzoperation überlagert wird und eine Werkstücklängenänderung auftritt, die Dornhälfte an der Reitstockspindel zurückgezogen wird, sodass sich der Abstand der reduzierten Dorndurchmesser zwischen den beiden Dornhälften vergrößert.Manufacturing method according to claims 1, 2 and 3, characterized that in a Einziehvorgang in which the cross-section of the starting material is larger as the cross-section of the relevant workpiece in the relevant section and thus superimposes a flow-forming operation on the drawing-in operation is and a workpiece length change occurs, the thorn half withdrawn at the tailstock spindle so that the distance between the reduced mandrel diameter is between the two mandrel halves increased. Herstellverfahren gemäß den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach dem Trennen der beiden Werkzeughälften durch das angetriebene reitstockseitige Werkzeug so geführt wird, dass Vibrationen vermieden oder in höhere Drehzahlbereiche verlagert und damit kürzere Fertigungszeiten erreicht werden können.A manufacturing method according to claims 1, 2, 3 and 4, characterized characterized in that the workpiece after separating the two tool halves by the driven riding-stick side tool so led This avoids vibrations or shifts them to higher speed ranges and thus shorter ones Manufacturing times can be achieved.
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