DE102013100302B4

DE102013100302B4 - Verfahren zum Schmieden, insbesondere Streckschmieden, von metallischen Werkstücken

Info

Publication number: DE102013100302B4
Application number: DE102013100302.8A
Authority: DE
Inventors: Harald Barnickel; Manfred Baudler
Original assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Current assignee: Langenstein and Schemann GmbH
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2033-01-12
Also published as: DE102013100302A1

Abstract

Verfahren zum Schmieden, insbesondere Streckschmieden, von metallischen Werkstücken umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) in jeweils einem Schmiedeschritt Längswalzen eines Werkstücks zwischen wenigstens einem Werkzeugsegmentpaar (11 und 21 oder 12 und 22) von zwei Werkzeugsegmenten (11 und 21 oder 12 und 22), von denen ein Werkzeugsegment (11, 12) an einer ersten Walze (1) und das andere Werkzeugsegment (21, 22) an einer zweiten Walze (2) vorgesehen sind, wobei die Walzen in zueinander entgegen gesetztem Drehsinn (D11 und D21 oder D12 und D22) um jeweils eine zugehörige Drehachse (A1, A2) rotiert werden und das Werkstück dadurch zwischen den Werkzeugsegmenten in einer sich aus dem Drehsinn der Walzen (1, 2) ergebenden Vorschubrichtung (VR, –VR) bewegt wird, b) in einem ersten Zuführschritt Zuführen eines ersten Werkstücks (3) an einer ersten Arbeitsseite (51) der Walzen (1, 2), c) Durchführen eines ersten Schmiedeschritts gemäß Merkmal a) mit dem ersten Werkstück (3), d) in einem ersten Abführschritt Abführen des ersten Werkstücks (3), e) in einem zweiten Zuführschritt Zuführen eines zweiten Werkstücks (3) an einer zweiten Arbeitsseite (52) der Walzen (1, 2), f) Durchführen eines zweiten Schmiedeschritts gemäß Merkmal a) mit dem zweiten Werkstück (3'), g) in einem zweiten Abführschritt Abführen des zweiten Werkstücks (3'), h) wobei die Drehsinne (D12, D22) der beiden Walzen (1, 2) in den beiden Schmiedeschritten unterschiedlich eingestellt werden, so dass die Vorschubrichtung (VR) des ersten Werkstücks (3) im ersten Schmiedeschritt entgegen gesetzt zu der Vorschubrichtung (–VR) des zweiten Werkstücks (3') im zweiten Schmiedeschritt gerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieden, insbesondere Streckschmieden, von metallischen Werkstücken und eine Schmiedewalzvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Das Schmieden von metallischen Werkstoffen wie Eisen- oder Stahlwerkstoffen oder Aluminiumwerkstoffen wird üblicherweise bei erhöhten Umformtemperaturen durchgeführt, um die zum Umformen erforderliche Umformbarkeit und Fließfähigkeit des Werkstoffes zu erreichen. Die beim Schmieden von Eisen- oder Stahlwerkstoffen üblicherweise auftretenden Temperaturen sind zum Beispiel bei einer Halbwarmumformung zwischen 550°C und 750°C und bei einer sogenannten Warmumformung oberhalb 900°C.
Zum Schmieden von metallischen Werkstücken aus einer Ausgangsform in eine gewünschte Zwischenform (Halbzeug, Vorformen) oder Endform (Fertigprodukt, Fertigformen) sind neben vielen anderen Verfahren auch Walzverfahren bekannt, die zu den Druckumformverfahren gezählt werden. Beim Walzen wird das Werkstück (Walzgut) in den Walzenspalt zwischen zwei rotierenden Walzen oder darauf angeordneten Werkzeugen angeordnet und durch Ausüben eines Umformdrucks durch die rotierenden Walzen oder Werkzeugen in seiner Form verändert. Beim Profilwalzverfahren sind Werkzeugprofile am Umfang der Walzen angeordnet, die die Erzeugung entsprechender Profile im Werkstück ermöglichen. Beim Flachwalzen wirken die zylindrischen oder kegeligen Außenflächen der Walzen unmittelbar auf das Werkstück. Einen Arbeitsbereich mit einem Walzenpaar oder auch nur einem Werkzeugpaar bezeichnet man auch als Stich oder Kaliber.
Bezüglich der Relativbewegung der Werkzeuge oder Walzen einerseits und des Werkstückes andererseits unterteilt man Walzverfahren in Längswalzen, Querwalzen und Schrägwalzen.
Beim Längswalzen wird das Werkstück während seiner Umformung senkrecht zu den Drehachsen der Walzen in einer translatorischen Bewegung und meist ohne Eigendrehung durch den Walzenspalt bewegt. Die beiden Walzen drehen dabei gegenläufig und bewegen sich somit mit ihren gegenüber liegenden Walzenrändern am Walzenspalt tangential in gleicher Richtung, die der Vorschubrichtung des Werkstücks entspricht. Zu den Längswalzverfahren zählt das Reckwalzen, das ein Streckschmiedeverfahren ist, bei dem ein Rohling zwischen rotierenden Reckwerkzeugsegmenten auf den Walzen in seiner Länge gereckt oder gestreckt und dabei in seinem Querschnitt verringert wird.
Beim Querwalzen bewegt sich das Werkstück nicht translatorisch bezüglich der Walzen oder deren Drehachsen, sondern dreht sich nur um seine eigene Achse. Die Walzen drehen hier im gleichen Drehsinn und bewegen sich somit mit ihren gegenüber liegenden Walzenrändern am Walzenspalt tangential in entgegen gesetzter Richtung, wodurch ein Drehmoment und eine rotatorische Bewegung auf das Werkstück übertragen wird.
Bei Kombination von Längswalzen und Querwalzen spricht man von Schrägwalzen. Die Walzen stehen dabei in der Regel schräg zueinander und zum Werkstück, das nun translatorisch und rotatorisch zugleich bewegt wird.
Die deutsche Patentschrift DE 103 19 258 B4 beschreibt eine Querkeilwalzmaschine, die auch für Reckwalzverfahren verwendbar ist, indem die Drehrichtung der Walzen dieser Walzmaschine reversierbar ist, so dass entweder eine gleichläufige Einstellung der Walzenrotation zur Verwendung als Querkeilwalzmaschine oder eine gegenläufige Einstellung der Walzenrotation zur Verwendung als Reckwalzmaschine möglich ist. Es ist auch möglich, während eines Umformprozesses eines Werkstückes die Drehrichtung der Walzen phasenweise umzukehren.
Die japanische Patentanmeldung JP 02182339 A offenbart in dem zugehörigen Patent Abstract of Japan ein Reckwalzverfahren, bei dem die Walzen in beiden Rotationsrichtungen angetrieben werden können, um dasselbe Werkstück im gleichen Werkzeug, jedoch bei umgekehrter Drehrichtung, ein weiteres Mal zu bearbeiten.
Die amerikanischen Schriften US 224 720 A und US 136 620 A offenbaren ferner Umformmaschinen, bei denen das zu bearbeitende Werkstück zwischen zwei drehbaren Walzen bearbeitet werden kann, wobei es der Maschine sowohl zu- als auch abgeführt werden kann.
Die deutsche Patentschrift DE 22 45 650 C3 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Stufenblech im Reversierbetrieb, bei der das Werkstück beiderseitig zugeführt und bearbeitet werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schmieden, insbesondere Streckschmieden, von metallischen Werkstücken anzugeben, mit dem kurze Taktzeiten verwirklicht werden können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Anwendungen gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Patentanspruch 1 abhängigen Patentansprüchen. Insbesondere ergibt sich eine bevorzugte Schmiedewalzvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung aus Patentanspruch 12.
Das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 ist zum Schmieden, insbesondere Streckschmieden oder Recken, von metallischen Werkstücken (oder: Schmiedeteilen) geeignet und bestimmt und umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

a) Durchführen von Schmiedeschritten, in denen jeweils ein Längswalzen eines Werkstücks zwischen wenigstens einem Werkzeugsegmentpaar von zwei Werkzeugsegmenten, von denen ein Werkzeugsegment an einer ersten Walze und das andere Werkzeugsegment an einer zweiten Walze vorgesehen sind, erfolgt, wobei die Walzen in zueinander entgegen gesetztem Drehsinn um jeweils eine zugehörige Drehachse (oder: Walzenachse) rotiert werden und das Werkstück dadurch zwischen den Werkzeugsegmenten in einer sich aus dem Drehsinn der Walzen ergebenden Vorschubrichtung bewegt wird,
b) in einem ersten Zuführschritt Zuführen eines ersten Werkstücks an einer ersten Arbeitsseite der Walzen,
c) Durchführen eines ersten Schmiedeschritts gemäß Merkmal a) mit dem ersten Werkstück,
d) in einem ersten Abführschritt Abführen des ersten Werkstücks, vorzugsweise an der ersten Arbeitsseite,
e) in einem zweiten Zuführschritt Zuführen eines zweiten Werkstücks an einer, vorzugsweise entgegen gesetzt zu der ersten Arbeitsseite angeordneten, zweiten Arbeitsseite der Walzen,
f) Durchführen eines zweiten Schmiedeschritts gemäß Merkmal a) mit dem zweiten Werkstück,
g) in einem zweiten Abführschritt Abführen des zweiten Werkstücks, vorzugsweise an der zweiten Arbeitsseite,
h) wobei die Drehsinne der beiden Walzen in den beiden Schmiedeschritten unterschiedlich eingestellt (oder: umgekehrt oder reversiert werden) werden, so dass die Vorschubrichtung des ersten Werkstücks im ersten Schmiedeschritt entgegen gesetzt zu der Vorschubrichtung des zweiten Werkstücks im zweiten Schmiedeschritt gerichtet ist.

Durch diese Maßnahmen kann ein Walzenwerkzeugpaar zum Schmieden von verschiedenen Werkstücken von verschiedenen Arbeitsseiten unter Drehrichtungsumkehr der Walzen verwendet werden, wodurch ein kompakter Aufbau möglich ist und Bearbeitungs- oder Taktzeiten verkürzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine Greifeinrichtung vorgesehen, die das oder die Werkstück(e) wenigstens zeitweise, insbesondere während der Zuführschritte und Abführschritte, vorzugsweise auch während der Schmiedeschritte, greift und bewegt, wobei die Greifeinrichtung insbesondere auch der Vorschubbewegung des Werkstücks in der Vorschubrichtung während des Schmiedeschrittes folgt.
Bevorzugt sind eine von der ersten Arbeitsseite arbeitende erste Greifeinrichtung, die das erste Werkstück bewegt, insbesondere während des ersten Zuführschrittes und ersten Abführschrittes und vorzugsweise auch während des ersten Schmiedeschrittes, und eine von der zweiten Arbeitsseite arbeitende zweite Greifeinrichtung, die das zweite Werkstück bewegt, insbesondere während des zweiten Zuführschrittes und zweiten Abführschrittes und vorzugsweise auch während des zweiten Schmiedeschrittes, vorgesehen.
Es kann nun die Vorschubrichtung der Werkstücke beim Zuführschritt gleich sein wie beim Schmiedeschritt oder, was fertigungstechnisch eher vorteilhaft ist, entgegengesetzt sein zu der Vorschubrichtung beim Schmiedeschritt.
In einer Ausführungsform wird, jeweils über die Drehsinne der Walzen, die Vorschubrichtung für das erste Werkstück während des ersten Schmiedeschrittes von der ersten Arbeitsseite zu der zweiten Arbeitsseite und für das zweite Werkstück während des zweiten Schmiedeschrittes von der zweiten Arbeitsseite zu der ersten Arbeitsseite gerichtet eingestellt.
In einer alternativen Ausführungsform wird dagegen, wieder über die Drehsinne der Walzen, die Vorschubrichtung für das erste Werkstück während des ersten Schmiedeschrittes von der zweiten Arbeitsseite zu der ersten Arbeitsseite und für das zweite Werkstück während des zweiten Schmiedeschrittes von der ersten Arbeitsseite zu der zweiten Arbeitsseite gerichtet eingestellt.
Die erste Arbeitseite und die zweite Arbeitsseite sind insbesondere von einer durch die beiden Drehachsen verlaufenden Ebene voneinander getrennt oder liegen auf verschiedenen Seiten einer solchen Ebene.
In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform ist jede der beiden Walzen mit jeweils wenigstens zwei Werkzeugsegmenten bestückt oder versehen, wobei zwischen zwei benachbarten Werkzeugsegmenten einer Walze jeweils Zwischenräume gebildet sind. Es wird nun vorzugsweise ein erstes Werkzeugsegmentpaar aus einem ersten Werkzeugsegment der ersten Walze einerseits und aus einem ersten Werkzeugsegment der zweiten Walze andererseits in dem ersten Schmiedeschritt zum Schmieden des ersten Werkstücks verwendet und wobei ein zweites Werkzeugsegmentpaar aus einem zweiten Werkzeugsegment der ersten Walze einerseits und aus einem zweiten Werkzeugsegment der zweiten Walze andererseits in dem zweiten Schmiedeschritt zum Schmieden des zweiten Werkstücks verwendet.
Die Werkzeugsegmente erstrecken sich nun in einer Ausführungsform um einen jeweiligen Erstreckungswinkel von kleiner als 180°, insbesondere aus einem Bereich zwischen 60° und 170°, vorzugsweise zwischen 90° und 140°, um die zugehörige Drehachse.
Insbesondere sind die beiden Werkzeugsegmente einer Walze bezüglich einer die Drehachse enthaltenden durch die Zwischenräume verlaufenden Mittelebene (Zwischenraumebene) der Walze auf verschiedenen Hälften der Walze angeordnet. Mit anderen Worten sind also das erste und das zweite Werkzeugsegment in Umfangsrichtung der Walzen hintereinander angeordnet und/oder unterschiedlichen Sektoren eines Querschnittsbereichs der Walzen zugeordnet.
Die Erstreckungswinkel der Zwischenräume zwischen den Werkzeugsegmenten jeder Walze sind insbesondere zwischen 10° und 150° gewählt und/oder gleich zueinander oder unterschiedlich zueinander gewählt und/oder kleiner als die Erstreckungswinkel der Werkzeugsegmente gewählt.
Weiterhin ist bevorzugt der Erstreckungswinkel wenigstens eines Zwischenraumes jeder Walze so groß gewählt, dass beim Zuführschritt das Werkstück und/oder die Greifeinrichtung in die einander zugewandten Zwischenräume und den dazwischen liegenden Bereich eingeführt werden kann, beispielsweise aus einem Bereich von 40° bis 150°, vorzugsweise 90° bis 150°.
Es werden nun bevorzugt beim Zuführschritt und/oder Abführschritt werden das Werkstück und die Greifeinrichtung oder nur eine(s) von beiden wenigstens teilweise in die einander zugewandten Zwischenräume zwischen den Werkzeugsegmenten der Walzen und den dazwischen liegenden Bereich (des Walzenspaltes) angeordnet oder platziert. Dadurch kann ohne ein Auseinanderfahren der Walzen gearbeitet werden, d. h. der Abstand zwischen den Drehachsen der Walzen wird in den Zuführschritten und den Abführschritten gleich wie in den Schmiedeschritten gehalten.
Es kann aber auch in jedem Abführschritt ein Auseinanderfahren der Walzen erfolgen, so dass die Werkzeugsegmente keinen Kontakt mehr mit dem jeweiligen Werkstück haben, und das Werkstück wird dann aus dem vergrößerten Spalt oder Zwischenraum zwischen den Walzen entnommen und dann abgeführt. Hier kann nun auch gleichzeitig bei noch auseinander gefahrenen Walzen das neue Werkstück von der anderen Arbeitsseite zugeführt werden.
Bevorzugt erfolgt der zweite Zuführschritt wenigstens teilweise gleichzeitig zu dem ersten Schmiedeschritt und/oder dem ersten Abführschritt. Dies ist sehr zeiteffizient.
In einer industriellen Fertigung ist normalerweise vorgesehen, dass die Abfolge der Verfahrenschritte b) bis g) mehrfach hintereinander mit verschiedenen aufeinanderfolgenden Werkstücken ausgeführt wird.
Das Zuführen und/oder Abführen der Werkstücke erfolgt bevorzugt entlang einer Werkstückebene, die durch einen Walzenspalt zwischen den Walzen verläuft und/oder die senkrecht zu einer durch die beiden Drehachsen verlaufenden Ebene verläuft und/oder die im Wesentlichen tangential zu den Walzenumfängen oder -rändern verläuft.
Die Schmiedewalzvorrichtung kann neben den in Patentanspruch 12 angegebenen Merkmalen alle in den Verfahrensansprüchen oder sonstigen Charakterisierungen des Verfahrens gemäß der Erfindung vorgesehenen Vorrichtungsmerkmale und -komponenten alleine oder in beliebiger Kombination enthalten.
Gemäß der Erfindung werden, mit anderen Worten, in der bevorzugten Ausführung an demselben Walzenwerkzeugpaar (oder: Stich) alternierend mit jeweils umgekehrten Drehsinnen der Walzen Schmiedeteile von verschiedenen oder an verschiedenen oder voneinander abgewandten Seiten der Walzen liegenden Arbeitsseiten oder Arbeitsbereichen der Walzen beschickt, längsgewalzt und wieder entschickt. Dies geschieht bevorzugt mit zwei an den beiden Arbeitsseiten der Walzen angeordneten Handhabungsgeräten mit Greifeinrichtungen zum Greifen eines Werkstücks, die nacheinander an demselben Walzenwerkzeugpaar schmieden. Dabei kann ein Handhabungsgerät sein neues Schmiedeteil bereits holen oder sein bereits gewalztes Schmiedeteil wieder ablegen oder weiter transportieren, während das andere Handhabungsgerät sein aktuelles Schmiedeteil an dem Walzenwerkzeugpaar schmiedet. Dadurch können Bearbeitungs- oder Taktzeiten verkürzt werden und das Abkühlen des Werkstücks während seiner Bearbeitung und des Transports reduziert werden.
Beispielsweise wird das Werkstück dem ersten Werkzeug in zu den Walzenmantelflächen tangentialer Richtung zugeführt und in diesem ersten Werkzeug umgeformt, wobei das Werkstück durch das sich in gegenläufiger Richtung drehende Walzenpaar während des Umformvorgangs eine tangentiale Vorschubrichtung erfährt. Anschließend wird die jeweilige Drehrichtung der beiden Walzen geändert, wobei vor der Drehrichtungsänderung noch ein Weiterdrehen der Walzen und Anfahren einer definierten Winkeleinstellung vorgesehen sein kann. Schließlich wird das Werkstück dem zweiten Werkzeug, wiederum in tangentialer Richtung, zugeführt und darin entsprechend umgeformt, wobei im Falle von axial versetzt angeordneten Werkzeugen vor der tangentialen Zuführung zum zweiten Werkzeug eine entsprechende axiale Transportbewegung vor den Aufnahmebereich des zweiten Werkzeugs ausgeübt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auch auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Beispiel eines Ablaufs eines Längswalzverfahrens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt ist. Es zeigen jeweils in einer schematischen, teilweise geschnittenen seitlichen Darstellung:
1 das Zuführen eines von einer Greifeinrichtung gegriffenen erwärmten Schmiede-Werkstücks von einer Seite zu zwei gegenläufig rotierenden Walzen, die jeweils zwei Walzensegmente aufweisen, einer Schmiedewalzmaschine,
2 das Walzen des Schmiede-Werkstücks durch ein Werkzeugsegmentpaar der beiden gegenläufig rotierenden Walzen in einem Anfangsstadium,
3 das fortgesetzte Walzen des Werkstücks durch das Werkzeugsegmentpaar der beiden gegenläufig rotierenden Walzen in einem gegenüber dem in 2 gezeigten Stadium fortgeschritteneren Zwischenstadium,
4 das Walzen des Werkstücks durch das Werkzeugsegmentpaar der beiden gegenläufig rotierenden Walzen in einem gegenüber dem in 3 gezeigten Stadium fortgeschrittenen Endstadium,
5 das Auseinanderfahren der Walzen und Abführen des fertig gewalzten Werkstücks mittels der Greifeinrichtung,
6 das Zuführen eines weiteren von einer weiteren Greifeinrichtung gegriffenen erwärmten Schmiede-Werkstücks von einer entgegen gesetzten Seite zu den nunmehr in entgegen gesetzter Drehrichtung gegenläufig rotierenden Walzen,
7 das Walzen des weiteren Schmiede-Werkstücks durch das andere Werkzeugsegmentpaar der beiden gegenläufig rotierenden Walzen in einem Anfangsstadium,
8 das fortgesetzte Walzen des weiteren Werkstücks durch das andere Werkzeugsegmentpaar der beiden gegenläufig rotierenden Walzen in einem gegenüber dem in 7 gezeigten Stadium fortgeschritteneren Zwischenstadium,
9 das Walzen des weiteren Werkstücks in einem gegenüber dem in 8 gezeigten Stadium fortgeschrittenen Endstadium und
10 das Auseinanderfahren der Walzen und Abführen des fertig gewalzten weiteren Werkstücks mittels der weiteren Greifeinrichtung,
11 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zu 1 umgekehrter Vorschubrichtung des ersten Werkstücks und Drehsinn der Walzen in einem Zuführschritt,
12 das Walzen des ersten Werkstücks in einem gegenüber dem in 11 gezeigten Anfangsstadium fortgeschrittenen Endstadium,
13 das auf das Walzen des ersten Werkstücks gemäß 11 und 12 folgende Zuführen eines zweiten Werkstücks,
14 das Walzen des zweiten Werkstücks mit gegenüber 12 reversiertem Drehsinn der Walzen und entgegen gesetzter Vorschubrichtung und
15 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit weiter beabstandeten Walzwerkzeugsegmenten.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in den 1 bis 15 mit denselben Bezugszeichen versehen.
In den 1 bis 15 sind eine erste Walze 1 mit einer zentralen Drehachse (oder: Walzenachse) A1 und eine zweite Walze 2 mit einer zentralen Drehachse (oder: Walzenachse) A2 schematisch dargestellt. Die Walzen 1 und 2 gehören zu einer Schmiedewalzmaschine, deren weitere Komponenten wie z. B. Antriebe oder Gestelle nicht dargestellt sind und an sich bekannt sind. Die beiden Walzen 1 und 2 sind in den 1 bis 15 entlang einer in Richtung der Schwerkraft verlaufenden vertikalen Ebene VE übereinander angeordnet, die sich mit einer horizontalen, d. h. senkrecht zur Schwerkraft verlaufenden, Ebene H1 der oberen Walze 1 in der Drehachse A1 und mit einer zweiten horizontalen Ebene H2 der unteren Walze 2 in deren Drehachse A2 schneidet. Eine dritte horizontale Ebene H3 ist zwischen den Ebenen H1 und H2 und den Walzen 1 und 2 angeordnet und bildet eine Ebene, die durch den Walzenspalt zwischen den Walzen 1 und 2 verläuft und entlang derer das Werkstück 3 während des Walzens bewegt wird, und wird deshalb hier auch als Werkstückebene H3 bezeichnet. Die horizontalen Ebenen H1, H2 und H3 sowie die Drehachsen A1 und A2 sind parallel zueinander gerichtet. Die Walzen sind also in den dargestellten Ausführungsbeispielen horizontal und übereinander angeordnet, wobei die erste Walze 1 die obere Walze und die zweite Walze 2 die untere Walze sind.
Die Anordnung der Walzen kann aber auch anders im Raum oder bezüglich der Schwerkraft gewählt werden, beispielsweise so um 90° gedreht werden, dass die Ebenen VE und H1 bis H3 sowie die Drehachsen A1 und A2 alle vertikal, also parallel zur Schwerkraft, gerichtet sind, die Walzen also senkrecht stehen, oder, alternativ, auch so, dass die Ebene VE sowie die Drehachsen A1 und A2 horizontal sind und die Ebenen H1 bis H3 vertikal sind alle vertikal sind, die Walzen also nebeneinander und horizontal angeordnet sind. Auch andere z. B. schräge Walzenanordnungen sind möglich. Die Werkstückzuführung ändert sich dann jeweils entsprechend.
Allgemein ist die Ebene VE die Ebene, die die beiden Drehachsen A1 und A2 der beiden Walzen 1 und 2 enthält und eine erste Arbeitsseite 51 und eine zweite Arbeitsseite 52 der beiden Walzen 1 und 2 voneinander trennt.
In den 1 bis 5 sowie 12 bis 15 ist der Drehsinn D11 der oberen Walze 1 entgegensetzt zum Uhrzeigersinn und der Drehsinn D21 der unteren Walze 2 im Uhrzeigersinn gerichtet, während in den 6 bis 10 sowie 11 umgekehrt der Drehsinn D12 der oberen Walze 1 im Uhrzeigersinn und der Drehsinn D22 der unteren Walze 2 entgegensetzt zum Uhrzeigersinn gerichtet sind, die Walzen 1 und 2 also jeweils entgegengesetzt zu dem Zustand gemäß 1 bis 5 oder 12 bis 15 rotieren. Durch die gegenläufige Rotation der Walzen 1 und 2 sowohl im Betrieb gemäß 1 bis 5 und 12 bis 15 als auch im Betrieb gemäß 6 bis 10 und 11 verlaufen in der für das Werkstück 3 oder 3' und dessen Bewegung vorgesehenen Werkstückebene H3 die beiden Walzen 1 und 2 an ihren Außenseiten in gleicher Richtung, d. h. ihre tangentialen Bahngeschwindigkeiten sind dort jeweils parallel zueinander.
Dadurch wird das Werkstück 3 durch die Walzen 1 und 2 auch in dieser tangentialen Richtung in einer Vorschubrichtung VR in 1 bis 5 sowie 12 bis 15 bzw. in der entgegen gesetzten Vorschubrichtung –VR in 6 bis 10 und 11 je nach Drehsinn der Walzen 1 und 2 bewegt, wie beim Längswalzen generell vorgesehen ist. Die Vorschubrichtungen VR und –VR sind senkrecht zur Ebene VE gerichtet und die Vorschubrichtung VR weist von der ersten Arbeitsseite 51 zur zweiten Arbeitsseite 52 und die Vorschubrichtung –VR weist umgekehrt von der zweiten Arbeitsseite 52 zur ersten Arbeitsseite 51.
Am Umfang der oberen Walze 1 sind zwei ringsegmentartige Werkzeuge oder Werkzeugsegmente 11 und 12 angeordnet, wobei sich das Werkzeugsegment 11 um die Drehachse A1 um einen Erstreckungswinkel (oder: Segmentwinkel, Umschlingungswinkel) γ1 und das Werkzeugsegment um einen Erstreckungswinkel γ2 erstreckt. Zwischen dem ersten Werkzeugsegment 11 und dem zweiten Werkzeugsegment 12 jeweils an ihren Umfangsenden sind ein Zwischenraum 13, der sich in Umfangsrichtung über einen Erstreckungswinkel β1 erstreckt, sowie diametral gegenüberliegend ein weiterer Zwischenraum 14, der sich in Umfangsrichtung über einen Erstreckungswinkel β2 erstreckt, angeordnet, welche die beiden Werkzeugsegmente 11 und 12 voneinander trennen. Eine zentral durch die Zwischenräume 13 und 14 verlaufende radiale Zwischenraumebene ZE1 verläuft ebenfalls durch die Drehachse A1 und die beiden Werkzeugsegmente 11 und 12 liegen auf entgegen gesetzten Seiten dieser Zwischenraumebene ZE1.
Analog sind bei der unteren Walze ZE2 zwei Werkzeugsegmente 21 und 22 mit den Erstreckungswinkeln (Segmentwinkeln) δ1 und δ2 am Umfang angeordnet, welche durch Zwischenräume 23 und 24 mit den Erstreckungswinkeln ε1 und ε2 voneinander getrennt sind und auf verschiedenen Seiten einer radialen zentralen Zwischenraumebene ZE2 der Zwischenräume 23 und 24 liegen. Die Werkzeugsegmente 11 und 21 arbeiten gemeinsam als Werkzeugpaar zum Walzen eines Werkstücks 3 und die Werkzeugsegmente 12 und 22 als zweites Werkzeugpaar zum Walzen eines weiteren Werkstückes 3'. Grundsätzlich könnte aber auch das Werkzeugsegment 12 mit dem Werkzeugsegment 21 kombiniert werden und das Werkzeugsegment 11 mit dem Werkzeugsegment 22, sofern die Gestaltung der Werkzeugkonturen oder Profile dies erlaubt.
Die Werkzeugform der Werkzeugsegmente, insbesondere deren Profile und Konturen sind an die gewünschte Gestalt des zu walzenden Werkstücks angepasst. In den dargestellten Ausführungsbeispielen wird der Querschnitt des Werkstücks verjüngt zur besseren Materialverteilung in einem Reckwalzschritt, wobei die Werkzeugsegmente für ein solches Streck- oder Reckschmieden meist eine in Umfangsrichtung mehr oder weniger keilförmige Gestalt haben. Es sind aber vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten möglich und die konkrete Gestalt und Formgebung durch die Werkzeugsegmente 11 und 12 sowie 21 und 22 ist in keiner Weise beschränkt gemäß der Erfindung.
Die Erstreckungswinkel γ1 und γ2 der Werkzeugsegmente 11 und 12 sind in den in 1 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen gleich (γ1 = γ2) und die Werkzeugsegmente 11 und 12 sind auch im Wesentlichen symmetrisch zur Zwischenraumebene ZE1 angeordnet. Das gleiche gilt für die Werkzeugsegmente 21 und 22 und deren Erstreckungswinkel δ1 = δ2 und symmetrische Anordnung bezüglich der Zwischenraumebene ZE2. Daraus folgt auch, dass sowohl γ1 und γ2 als auch δ1 und δ2 jeweils kleiner als 180° sind, im Allgemeinen typischerweise zwischen 60° und 170°, vorzugsweise zwischen 90° und 140°.
Dies muss aber nicht so sein, die Erstreckungswinkel γ1 und γ2 sowie δ1 und δ2 können auch anders gewählt werden und/oder sich paarweise auch unterscheiden und es kann sogar einer der beiden Erstreckungswinkel 1 und γ2 sowie δ1 und δ2 größer als 180° sein. Außerdem muss die Anordnung der Werkzeugsegmente nicht unbedingt symmetrisch zu einer Symmetrieebene sein.
Die Erstreckungswinkel β1 und β2 der Zwischenräume 13 und 14 sowie ε1 und ε2 der Zwischenräume 23 und 24 sind bevorzugt kleiner als die Erstreckungswinkel γ1 und γ2 sowie δ1 und δ2 der Werkzeugsegmente, können aber entsprechend wie diese auch anders gewählt werden. Ferner sind in 1 bis 10 auch die Zwischenräume 13 und 14 und 23 und 24 symmetrisch zur Zwischenraumebene ZE1 bzw. ZE2 angeordnet.
Die Drehwinkel α11 bis α24 der Walzen 1 und 2 sind in den 1 bis 10 zwischen der Zwischenraumebene ZE1 bzw. ZE2 und der horizontalen Ebene H1 bzw. H2 der jeweiligen Walze 1 oder 2 gemessen oder definiert. Selbstverständlich kann jeder Drehwinkel auch auf andere Referenzebenen oder -achsen bezogen werden. Dies ist lediglich eine Frage der Definition.
Es ist ferner in 1 bis 5 und 12 bis 15 eine Greifeinrichtung 5 zum Greifen des Werkstücks 3 und in 6 bis 10 und 11 eine Greifeinrichtung 6 zum Greifen des Werkstücks 3' vorgesehen, die insbesondere Greifzangen bilden und/oder die an einem zugehörigen Handhabungsgerät, vorzugsweise einem Roboter wie einem Industrieroboter oder einem Manipulator, befestigt sind und von diesem Handhabungsgerät bewegt werden, insbesondere entlang der Werkstückebene H3, die zwischen den Werkzeugsegmenten 11 und 21 in 1 bis 5 und 12 bis 15 bzw. 12 und 21 in 6 bis 10 und 11 liegt. Die weitere Befestigung der Greifeinrichtung 5 und 6 an dem Handhabungsgerät ist nicht dargestellt.
Im Folgenden wird nun der Verfahrensablauf beim Schmieden eines metallischen Werkstücks 3 durch Längswalzen mittels der Walzen 1 und 2 und deren Werkzeugen 11 und 21 zunächst anhand der 1 bis 5 beschrieben. Das Werkstück 3 ist vor dem Walzen auf eine zum Umformen oder Fließen seines metallischen Werkstoffes ausreichende Schmiedetemperatur vorerwärmt.
In 1 wird in einem ersten Zuführschritt an einer ersten Arbeitsseite 51 der Anordnung der Walzen 1 und 2, hier der links liegenden Arbeitsseite, ein als Rohling ausgebildetes Werkstück 3.1, das von der Greifeinrichtung 5 gehalten oder gegriffen ist, entlang der Werkstückebene H3 in der Vorschubrichtung VR in den innerhalb und zwischen den Zwischenräumen 13 und 23 der Walzen 1 und 2 liegenden Bereich am Walzenspalt 53 eingebracht, vorzugsweise in den Zwischenräumen 13 und 23 bis zu dem in Vorschubrichtung VR angrenzenden Werkzeugsegment 12 bzw. 22, insbesondere auf Anschlag. Der Werkstückrohling 3.1 ist insbesondere als kurzes zylindrisches massives oder blockförmiges metallisches vorerwärmtes Schmiedeteil ausgebildet.
Durch die dargestellten Drehwinkel α11 der ersten Walze 1 und α21 der zweiten Walze 2 öffnen sich die Zwischenräume 13 und 23 etwas nach links zum Werkstück 3 hin, so dass dieses gut in den Bereich zwischen den Zwischenräumen 13 und 23 zugeführt werden kann.
Die Erstreckungswinkel β1 des Zwischenraumes 13 und ε1 des Zwischenraumes 23 sind ausreichend groß gewählt, dass das Werkstück 3, wie in 1 gezeigt, beim Zuführschritt zwischen die Werkzeugsegmente 11, 12, 21 und 22 eingebracht werden kann, und zwar insbesondere auch so, dass die Walzen 1 und 2 bei dem Zuführschritt nicht auseinander gefahren werden müssen, also bei gleichem Abstand der Drehachsen A1 und A2 wie bei den darauffolgenden Umformschritten. Bei den dargestellten Werkstückabmessungen genügt der dargestellte gewählte Erstreckungswinkel β1 und ε1, es kann bei anderen Werkstücken aber auch ein größerer oder auch kleinerer Erstreckungswinkel gewählt werden.
Diese Zuführung des Werkstücks 3 kann bei stehenden Walzen 1 und 2 erfolgen oder auch bei langsam oder sogar auch schon auf hoher bis voller Geschwindigkeit drehenden Walzen. Es muss lediglich die Zuführung durch die Greifeinrichtung 5 dann mit der Drehung der Walzen 1 und 2 synchronisiert oder angepasst werden.
Die Greifeinrichtung 5 bewegt sich während des Längswalzens, insbesondere gemäß 2 bis 4, entlang der Werkstückebene H3 in der Vorschubrichtung VR nach oder mit, um der Mitführung des Werkstücks 3 durch die Walzen 1 und 2 zu folgen. Die Vorschubrichtung VR ist dabei infolge der gewählten Drehsinne D11 und D21 der Walzen 1 und 2 von der ersten Arbeitsseite 51 zur gegenüberliegenden zweiten Arbeitseite 52 der Walzenanordnung, die in den 1 bis 10 rechts angeordnet ist, gerichtet ist, also hier von links nach rechts verläuft, wie mit dem Pfeil angedeutet.
Gemäß 2 haben sich die beiden Walzen 1 und 2 weitergedreht, und zwar die erste Walze 1 auf den neuen Drehwinkel α12 oder α22, der fast 90° beträgt. Das erste Werkzeugsegment 11 der ersten Walze 1 und das Werkzeugsegment 21 der zweiten Walze 2 greifen nun als Werkzeugpaar in das Werkstück 3 ein. Das nunmehr bereits in der Umformung begriffene Werkstück ist in 2 bis 3.2 als Werkstück im Anfangsstadium des Walzprozesses bezeichnet.
In 3 wurden die Walzen weitergedreht auf einen Drehwinkel α13 oder α23, der größer ist als 180°. Das Werkstück 3.3 ist nun zwischen den Werkzeugsegmenten 11 und 21 bereits um eine beträchtliche Länge gereckt oder umgeformt worden und befindet sich somit in einem Zwischenstadium des Walzprozesses.
In 4 ist der Walzprozess im Endstadium und das Werkstück 3 praktisch fertig geschmiedet. Die Greifeinrichtung 5 ist nun dem Werkstück, das in 4 in seiner im Endstadium befindlichen Form mit 3.4 bezeichnet ist, nachgefolgt und befindet sich nunmehr nahe der Walzenaußenflächen. Nunmehr zeigen die Zwischenräume 14 und 24 zwischen den Walzensegmenten 11 und 12 bzw. 21 und 22 der beiden Walzen 1 und 2 nun aufeinander zu und das Werkstück 3 ist in einem praktisch schon fertig geschmiedeten Endzustand und nun mit 3.4 bezeichnet.
Um das fertig gewalzte mit 3.5 bezeichnete Werkstück 3 nunmehr mittels der Greifeinrichtung 5 wieder von den Walzen 1 und 2 abführen zu können, werden die Walzen 1 und 2 in einer vertikalen Richtung entlang der vertikalen Ebene VE etwas auseinander gefahren, um das Werkstück 3.5 frei zu geben und das Werkstück 3.5 aus dem Walzenarbeitsbereich zwischen den Walzen 1 und 2 herausfahren oder herausbewegen zu können. Der Abstand der horizontalen Ebenen H1 und H2 bzw. der Drehachsen A1 und A2 der beiden Walzen 1 und 2 ist somit in 5 größer als in den 1 bis 4.
Das Schmiedewalzen des Werkstücks 5 in der Abfolge gemäß 1 bis 5 ist nun abgeschlossen und das Werkstück 3.5 kann von der Greifeinrichtung 5 je nach Prozessanforderung abgelegt oder einem weiteren Prozess, z. B. einem weiteren Walzschritt oder Schmiedeschritt in einer anderen Umformmaschine oder auch einer Abgratstation zugeführt werden.
Im Anschluss wird nun zwischen denselben Walzen 1 und 2 aber mit reversierter Drehung ein weiteres metallisches Werkstück 3' geschmiedet. Dieses weitere Werkstück 3 ist wieder auf eine ausreichende Schmiedetemperatur vorerwärmt.
Der Verfahrensablauf beim Schmieden dieses vorerwärmten metallischen Werkstücks 3' durch Längswalzen mittels der Walzen 1 und 2 und nunmehr deren Werkzeugen 12 und 22 wird anhand der 6 bis 10 beschrieben.
Das weitere Werkstück 3' wird wieder als Rohling 3'.1 zugeführt mittels einer weiteren zweiten Greifeinrichtung 6, die an der entgegensetzten Seite der Walzen 1 und 2 wie die Greifeineinrichtung 5 arbeitet oder angeordnet ist.
Das Zuführen des weiteren Werkstücks 3' erfolgt zweckmäßigerweise während des Auseinanderfahrens der Walzen 1 und 2 zum Abführen des ersten Werkstücks 3.5 gemäß 5 gleichzeitig oder mit einem zeitlichen Versatz zum Herausnehmen des ersten Werkstücks 3.5. Das Abführen des ersten Werkstücks 3.5 erfolgt wieder an der ersten Arbeitseite 51, aber in der entgegen gesetzten Vorschubrichtung –VR, was durch das Minuszeichen ausgedrückt ist.
An der zur ersten Arbeitseite 51 entgegen gesetzten zweiten Arbeitsseite 52 der Walzen 1 und 2 erfolgt das Zuführen des neuen Werkstücks 3' bzw. 3'.1 in einem zweiten Zuführschritt gemäß 6 in der Vorschubrichtung –VR, die, wie durch den Pfeil angedeutet, in Richtung zur ersten Arbeitseite 51, also in den 6 bis 10 von rechts nach links, durch den Walzenspalt 53 gerichtet ist. Während des Auseinanderfahrens der Walzen 1 und 2 können diese auch noch weiter gedreht werden bis zu der neuen Anfangsposition gemäß 6, was nunmehr bezogen auf das neue Werkstück 3' und die Greifeinrichtung 6 dem Anfangsstadium gemäß 1 für das zuerst geschmiedete Werkstück 3 entspricht.
6 ist der Abstand zwischen den Drehachsen A1 und A2 bzw. in horizontalen Ebenen H1 und H2 wieder gleich wie in 1 nach dem wieder Aufeinanderzufahren der Walzen 1 und 2 ausgehend von dem Zwischenschritt gemäß 5.
Die Walzen 1 und 2 und ihre Walzensegmente 11 und 12 bzw. 21 und 22 werden nunmehr aber entgegen gesetzt zu dem Walzprozess gemäß 1 bis 5 rotiert, was durch die entgegen gesetzten Drehsinne D12 (hier im Uhrzeigersinn) und D22 (hier im Gegenuhrzeigersinn) in 6 bis 10 im Vergleich zu den Drehsinnen D11 und D21 in den 1 bis 5 verdeutlicht ist.
Ferner wird nunmehr zum Umformen und Walzen des zweiten Werkstücks 3' das zweite Werkzeugpaar aus den Werkzeugsegmenten 12 der ersten Walze 1 und 22 der zweiten Walze 2 verwendet und das Werkstück in den 6 bis 9 in verschiedenen Stadien analog zu den 1 bis 4 dargestellten Walzvorgang zwischen den Werkzeugsegmenten 12 und 22 umgeformt.
Der Drehwinkel α11 der ersten Walze 1 und α21 der zweiten Walze 2 liegt jeweils in einem Bereich, bei dem sich die Zwischenräume 13 und 23 etwas nach links zum Werkstück 3 hin öffnen, so dass dieses gut in den Bereich zwischen den Zwischenräumen 13 und 23 zugeführt werden kann.
Zugeführt wird auch das zweite Werkstück 3' über die Zwischenräume 13 und 23, deren Erstreckungswinkel β1 und ε1 ausreichend groß gewählt sind, dass auch das zweite Werkstück 3' zwischen die Werkzeugsegmente 11, 12, 21 und 22 eingebracht werden kann.
Das Werkstück ist nun in dem 2 entsprechenden Walzstadium gemäß 7 mit 3'.2 bezeichnet, die Drehwinkel oder Drehstellungen der Walzen 1 und 2 mit –α12 bei der ersten Walze 1 oder –α22 bei der zweiten Walze 2, wobei durch das Minuszeichen der entgegen gesetzte Drehsinn im Vergleich zu 2 zum Ausdruck kommt.
8 entspricht für das Werkstück 3', das in diesem Stadium mit 3'.3 bezeichnet ist, dem Walzstadium gemäß 3 für das Werkstück 3, wobei die Drehwinkel der Walzen 1 und 2 –α13 bzw. –α23 betragen.
9 entspricht für das Werkstück 3' oder 3'.4 dem Walzstadium gemäß 4 für das Werkstück 3, wobei die Drehwinkel der Walzen 1 und 2 nunmehr mit –α14 bzw. –α24 bezeichnet sind.
10 entspricht für das Werkstück 3' oder 3'.3 dem Walzstadium gemäß 5 für das Werkstück 3, die Drehwinkel der Walzen 1 und 2 sind –α15 bzw. –α25. Die Walzen 1 und 2 sind auseinander gefahren und es kann wieder analog zu 5 ein weiteres Werkstück 3'', diesmal wieder von der ersten hier linken Seite und vorzugsweise wieder von der Greifeinrichtung 5, nachdem diese das Werkstück 3.5 abgelegt hatte, zugeführt werden, während oder kurz nachdem das Werkstück 3'.5 abgeführt wurde.
Nun beginnt wieder ein neuer Walzprozess mit den Werkzeugsegmenten 11 und 21 bei reversiertem Drehsinn D11 und D21 gemäß den 1 bis 5, aber mit neuem Werkstück 3''.
In den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 10 werden die Werkstücke von den Greifeinrichtungen auf die Walzen zu oder in deren Walzenspalt hinein bewegt, also praktisch vor sich her „geschoben”.
Es ist aber auch möglich und meist auch fertigungstechnisch bevorzugt, die Werkstücke mittels der Greifeinrichtungen von den Walzen weg und aus dem Walzenspalt heraus zu bewegen, also praktisch „hinter sich her zu ziehen”.
Solche Ausführungen sind in 11 bis 15 dargestellt.
Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 10 sind gemäß 11 bis 15 zunächst die Erstreckungswinkel vor allem der Zwischenräume, aber auch der Werkzeugsegmente anders gewählt.
So sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß 11 bis 14 die Erstreckungswinkel γ1 und γ2 der Werkzeugsegmente 11 und 12 der ersten Walze 1 zwar weiterhin gleich zueinander, jedoch betragen sie nur noch etwa 110°. Ebenso betragen die Erstreckungswinkel δ1 und δ2 der Werkzeugsegmente 21 und 22 der zweiten Walze 2 jeweils etwa 110°.
Die Zwischenräume 13 und 23 sind dagegen gemäß 11 bis 15 deutlich vergrößert auf größere Erstreckungswinkel β1 und ε1 von beispielsweise jeweils etwa 116°. Die Erstreckungswinkel β2 und ε2 der zweiten Zwischenräume 14 und 24 betragen entsprechend beispielsweise etwa 24°. Die somit deutlich größeren Zwischenräume 13 und 23 erlauben nun das Einführen der Greifeinrichtung 5 im ersten Zuführschritt, der in 11 dargestellt ist, und der zweiten Greifeinrichtung 6 im zweiten Zuführschritt, der in 13 dargestellt ist, jeweils in die Zwischenräume 13 und 23 und den dazwischen liegenden Bereich zwischen den Walzen 1 und 2. Wie dargestellt kann die Greifeinrichtung 5 oder 6 dabei sogar bis an das angrenzende Werkzeugsegment 12 und 22 (11) bzw. 11 und 21 (13) herangeführt werden, fast auf Anschlag. Durch diese vergrößerten Zwischenräume 13 und 23 ist es insbesondere nicht erforderlich, die Walzen 1 und 2 bei den Zuführschritten oder auch bei den Abführschritten auseinander zu fahren, da für die Werkstücke 3 und 3' auch nach dem Schmieden ausreichend Platz zum Handhaben zur Verfügung steht. Es können also die Drehachsen A1 und A2 während des gesamten Prozesses, insbesondere während des Längswalzens als auch jedes Zuführschritts und jedes Abführschritts, auf konstantem Abstand gehalten werden. Dies verkürzt die Prozesszeiten.
Der Drehsinn D11 und der ersten Walze 1 ist im Uhrzeigersinn gerichtet und der Drehsinn D21 der zweiten Walze 2 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Walzendrehrichtungen sind also in den Ausführungsbeispielen gemäß 11 bis 15 entgegengesetzt zu den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 10. Die sich aus der Walzendrehung ergebende Vorschubrichtung –VR beim Schmiede- oder Walzschritt ist jeweils entgegengesetzt gerichtet zur Vorschubrichtung VR beim Zuführschritt, während in 1 bis 10 die Vorschubrichtung beim Zuführschritt gleich ist zur Vorschubrichtung beim nachfolgenden Schmiede- oder Walzschritt.
Gemäß 11 wurde das erste Werkstück 3 in dem ersten Zuführschnitt in seinem noch unverformten Rohlings-Zustand 3.1 von der Greifeinrichtung 5 bis in die Anfangsposition für den Umformprozess geführt, wobei die Greifeinrichtung 5 sich im Wesentlichen an den für den Umformprozess vorgesehenen Werkzeugsegmenten 12 und 22 befindet. Beim Zuführen wird die Greifeinrichtung 5 mit dem Werkstück 3 von der ersten Arbeitsseite 51 in der Vorschubrichtung VR in Richtung zur zweiten Arbeitsseite 52 bewegt.
Der Drehwinkel α11 in dieser Anfangsposition der ersten Walze 1 und der Drehwinkel α21 der zweiten Walze 2 sind jeweils gemessen zwischen der horizontalen Ebene H1 oder H2 und der Zwischenraumebene ZE1 oder ZE2.
Am Ende des Zuführschritts hat die Greifeinrichtung 5 die zentrale Ebene VE sogar teilweise überschritten und das Werkstück 3 befindet sich, obwohl es von der ersten Arbeitsseite 51 in der Vorschubrichtung VR zugeführt wurde, am Ende des ersten Zuführschritts praktisch vollständig auf der zweiten Arbeitsseite 42, hat also die Ebene VE vollständig überschritten. Dies muss aber nicht so sein.
Im nachfolgenden Walzschritt oder Schmiedesschritt wird nun die Greifeinrichtung 5 wieder zurück in der sich aus den Drehsinnen D11 und D21 der Walzen ergebenden Vorschubrichtung –VR zur ersten Arbeitsseite 51 hin bewegt und das Werkstück 3 sukzessive während der Drehung der Walzen zwischen den Werkzeugsegmenten 12 und 22 gewalzt und umgeformt.
Die 12 zeigt nun ein Endstadium des Walzprozesses. Die erste Walze 1 hat sich um den Drehwinkel α15 gedreht, der im vorliegenden Fall größer als 360° ist, ebenso wie der entgegengesetzt gerichtete Drehwinkel α25 der zweiten Walze 2.
Das Werkstück 3 bzw. das entsprechende Stadium des zwischen den Werkzeugsegmenten 12 und 22 streckgeschmiedeten Werkstücks 3.5 ist nun, wie in 12 gezeigt, mit einer entsprechenden Querschnittsverjüngung, die teilweise konisch ist, versehen, die durch den Walzschritt mit den Werkzeugsegmenten 12 und 22 erzeugt wurde. Die Greifeinrichtung 5 befindet sich nun weiter links an der ersten Arbeitsseite 51 und das umgeformte Werkstück 3 kann aus dem Walzenstich der Walzen 1 und 2 an der ersten Arbeitsseite 51 entnommen werden.
Nun wird von der zweiten Arbeitsseite 52, also in dem Zuführschritt gemäß 13 von rechts, mittels der zweiten Greifeinrichtung 6 das zweite Werkstück 3' in dem Rohlings-Zustand 3.1' zugeführt. Die zweite Greifeinrichtung 6 wird wieder in die großen Zwischenräume 13 und 23 in der entsprechenden Vorschubrichtung –VR entlang der Ebene H3 zugeführt bis nahezu angrenzend oder in Anschlag zu den Werkzeugsegmenten 11 und 21.
Die Drehsinne D21 und D22 in 13 und 14 sind entgegengesetzt zu den Drehsinnen D11 und D21 in 11 und 12, d. h. die Walzen 1 und 2 sind in ihrer Drehrichtung reversiert. Die Drehwinkel –α11 der Walze 1 und –α21 der Walze 2 in 13 sind wegen der reversierten Drehsinne D12 und D22 umgekehrt gerichtet zu den Drehwinkeln in 11.
Die zweite Greifeinrichtung 6 bewegt nunmehr das zweite Werkstück 3' im nachfolgenden Umformschritt oder Schmiedeschritt in der Vorschubrichtung VR zurück und unter Umformung durch die Walzsegmente 11 und 21 wieder zur zweiten Arbeitsseite 52 hin. Das Endstadium dieses Schmiedesschritts zeigt nun 14. Die Drehwinkel sind nun –α15 der ersten Walze und –α25 der zweiten Walze 2 in 14 und umgekehrt gerichtet zu den Drehwinkeln in 12.
In 15 ist nur das Anfangsstadium nach dem zweiten Zuführschritt für ein Werkstück 3', gemäß einer weiteren Ausführungsform, gezeigt, bei dem im Unterschied zu 13 die Erstreckungswinkel der Werkzeugsegmente und der Zwischenräume abgewandelt sind. Die Zwischenräume 13 und 23 weisen Erstreckungswinkel β1 und ε1 von jeweils ca. 88° auf und sind dadurch etwas kleiner als in 13, während die Erstreckungswinkel γ1 und γ2 der Werkzeugsegmente 11 und 12 sowie δ1 und δ2 der Werkzeugsegmente 21 und 22 jeweils etwa 125° betragen und der verbleibende Erstreckungswinkel β2 und ε2 des weiteren Zwischenraums 14 und 24 bei 20° liegt. Hier sind also größere Umschlingungswinkel oder Bearbeitungswinkel für das Werkstück realisiert. Ansonsten wird bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß 15 und den nachfolgenden, nicht dargestellten Schritten, im Wesentlichen das gleiche Verfahren wie in 11 bis 14 angewendet.
Die Vorschubgeschwindigkeit der Greifeinrichtung 5 oder 6 ist in allen Ausführungsformen der sich aus der Walzendrehung auf das Werkstück ergebenden Vorschubgeschwindigkeit angepasst, so dass die Greifeinrichtung 5 und 6 dem durch die Walzen erzeugte Vorschub folgt und einerseits das Werkstück nicht durch axiale Kräfte verformt wird und auch die Greifeinrichtung 5 oder 6 nicht zwischen die Werkzeugsegmente der Walze geraten kann.
Das Schmiedewalzverfahren bzw. -system gemäß der Erfindung arbeitet somit vorzugsweise mit zwei Greifeinrichtungen und zugehörigen Handhabungsgeräten an verschiedenen Arbeitsseiten (oder: Beschickungsseiten) eines Walzenpaares, wobei nacheinander oder abwechselnd mit den beiden Greifeinrichtungen unterschiedliche Werkstücke von den verschiedenen Arbeitsseiten aus zwischen denselben Walzen geschmiedet werden und die Drehrichtungen der Walzen bei Änderung der Arbeitsseite und der Eintaktung oder Übernahme eines neuen Werkstücks reversiert werden. Das Verfahren ist aber grundsätzlich auch für das manuelle Schmieden mit zwei menschlichen Schmieden an den verschiedenen Arbeitsseiten geeignet.
Es sind vorzugsweise an jeder Walze für jede Drehrichtung jeweils wenigstens ein Werkzeugsegment vorgesehen. Ein von der ersten Arbeitseite zugeführtes Werkstück wird dann vorzugsweise zwischen einem ersten Werkzeugsegmentpaar der beiden Walzen, das zu den der ersten Arbeitsseite zugeordneten Drehrichtungen der Walzen gehört, gewalzt. Ein von der zweiten Arbeitseite zugeführtes Werkstück wird dagegen vorzugsweise zwischen einem zweiten Werkzeugsegmentpaar der beiden Walzen, das den der zweiten Arbeitsseite zugeordneten Drehrichtungen der Walzen zugehörig ist, gewalzt. Bei einer entsprechenden Symmetrie einer vorgegebenen Gestalt des gewalzten Werkstücks ist in einer speziellen, nicht dargestellten Ausführungsform auch das Vorsehen eines in beide Drehrichtungen arbeitenden Werkzeugsegments an jeder Walze denkbar, wobei dann diese beiden Werkzeugsegmente als Werkzeugpaar beim Schmieden von Werkstücken von beiden Arbeitseiten und den zugehörigen reversierten Drehrichtungen verwendet werden kann.
Dieses alternierende Schmieden von Werkstücken von zwei Arbeitsseiten mit reversierender Drehung der Schmiedewalzen erlaubt die Verwendung nur eines Walzenstichs oder Walzenpaares und mittels zweier Handhabungsgeräte oder auch menschlicher Schmiede kann an beiden Arbeitsseiten ungestört gearbeitet werden. Ferner kann ein an einer Arbeitsseite fertig geschmiedetes Werkstück bereits abgeführt und abgelegt oder weiter transportiert werden und schon ein neues Werkstück aufgenommen und zur einen Arbeitseite gebracht werden, während an der anderen Arbeitsseite noch ein weiteres Werkstück geschmiedet wird und umgekehrt. Dadurch können die Taktzeiten und das Abkühlen der Werkstücke vor einem weiteren Schmiedevorgang deutlich verringert werden.
Bezugszeichenliste

1: erste Walze
2: zweite Walze
3: erstes Werkstück
3.1 bis 3.5: erstes Werkstück in verschiedenen Stadien
3': zweites Werkstück
3'.1 bis 3'.5: zweites Werkstück in verschiedenen Stadien
5: erste Greifeinrichtung
6: zweite Greifeinrichtung
11: erstes Werkzeugsegment der Walze 1
12: zweites Werkzeugsegment der Walze 1
13, 14: Zwischenraum
21: erstes Werkzeugsegment der Walze 2
22: zweites Werkzeugsegment der Walze 2
23, 24: Zwischenraum
51: erste Arbeitsseite
52: zweite Arbeitsseite
53: Walzenspalt
A1: Drehachse der Walze 1
A2: Drehachse der Walze 2
D11: erster Drehsinn der Walze 1
D12: zweiter Drehsinn der Walze 1
D21: erster Drehsinn der Walze 2
D22: zweiter Drehsinn der Walze 2
H1: Horizontalebene der Walze 1
H2: Horizontalebene der Walze 2
H3: Werkstückebene
VE: vertikale Ebene
VR: Vorschubrichtung
ZE1: Zwischenraumebene der Walze 1
ZE2: Zwischenraumebene der Walze 2
α11: erster Drehwinkel der ersten Walze 1
α12: zweiter Drehwinkel der ersten Walze 1
α13: dritter Drehwinkel der ersten Walze 1
α14: vierter Drehwinkel der ersten Walze 1
α21: erster Drehwinkel der zweiten Walze 2
α22: zweiter Drehwinkel der zweiten Walze 2
α23: dritter Drehwinkel der zweiten Walze 2
α24: vierter Drehwinkel der zweiten Walze 2
β1: Erstreckungswinkel des Zwischenraums 13
β2: Erstreckungswinkel des Zwischenraums 14
γ1: Erstreckungswinkel des ersten Werkzeugsegments 11
γ2: Erstreckungswinkel des zweiten Werkzeugsegments 12
δ1: Erstreckungswinkel des ersten Werkzeugsegments 21
δ2: Erstreckungswinkel des zweiten Werkzeugsegments 22
ε1: Erstreckungswinkel des Zwischenraums 23
ε2: Erstreckungswinkel des Zwischenraums 24

Claims

Verfahren zum Schmieden, insbesondere Streckschmieden, von metallischen Werkstücken umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) in jeweils einem Schmiedeschritt Längswalzen eines Werkstücks zwischen wenigstens einem Werkzeugsegmentpaar (11 und 21 oder 12 und 22) von zwei Werkzeugsegmenten (11 und 21 oder 12 und 22), von denen ein Werkzeugsegment (11, 12) an einer ersten Walze (1) und das andere Werkzeugsegment (21, 22) an einer zweiten Walze (2) vorgesehen sind, wobei die Walzen in zueinander entgegen gesetztem Drehsinn (D11 und D21 oder D12 und D22) um jeweils eine zugehörige Drehachse (A1, A2) rotiert werden und das Werkstück dadurch zwischen den Werkzeugsegmenten in einer sich aus dem Drehsinn der Walzen (1, 2) ergebenden Vorschubrichtung (VR, –VR) bewegt wird, b) in einem ersten Zuführschritt Zuführen eines ersten Werkstücks (3) an einer ersten Arbeitsseite (51) der Walzen (1, 2), c) Durchführen eines ersten Schmiedeschritts gemäß Merkmal a) mit dem ersten Werkstück (3), d) in einem ersten Abführschritt Abführen des ersten Werkstücks (3), e) in einem zweiten Zuführschritt Zuführen eines zweiten Werkstücks (3) an einer zweiten Arbeitsseite (52) der Walzen (1, 2), f) Durchführen eines zweiten Schmiedeschritts gemäß Merkmal a) mit dem zweiten Werkstück (3'), g) in einem zweiten Abführschritt Abführen des zweiten Werkstücks (3'), h) wobei die Drehsinne (D12, D22) der beiden Walzen (1, 2) in den beiden Schmiedeschritten unterschiedlich eingestellt werden, so dass die Vorschubrichtung (VR) des ersten Werkstücks (3) im ersten Schmiedeschritt entgegen gesetzt zu der Vorschubrichtung (–VR) des zweiten Werkstücks (3') im zweiten Schmiedeschritt gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehsinne (D11, D21) der beiden Walzen (1, 2) derart eingestellt werden, dass die Vorschubrichtung (VR) des ersten Werkstücks (3) während des ersten Schmiedeschrittes von der ersten Arbeitsseite (51) zu der zweiten Arbeitsseite (52) der Walzen (1, 2) gerichtet ist und/oder die Vorschubrichtung (–VR) des zweiten Werkstücks (3') während des zweiten Schmiedeschrittes von der zweiten Arbeitsseite (52) zu der ersten Arbeitsseite (51) der Walzen (1, 2) gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehsinne (D11, D21) der beiden Walzen (1, 2) derart eingestellt werden, dass die Vorschubrichtung (–VR) des ersten Werkstücks (3) während des ersten Schmiedeschrittes von der zweiten Arbeitsseite (52) zu der ersten Arbeitsseite (51) der Walzen (1, 2) gerichtet ist und/oder die Vorschubrichtung (VR) des zweiten Werkstücks (3') während des zweiten Schmiedeschrittes von der ersten Arbeitsseite (51) zu der zweiten Arbeitsseite (52) der Walzen (1, 2) gerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Werkstücke wenigstens zeitweise, insbesondere während der Zuführschritte und Abführschritte, auch während der Schmiedeschritte, von wenigstens einer Greifeinrichtung gegriffen und bewegt werden, wobei die Greifeinrichtung insbesondere auch der Vorschubbewegung des Werkstücks in der Vorschubrichtung während des Schmiedeschrittes folgt und/oder die Vorschubrichtung beim Zuführschritt gleich ist wie beim Schmiedeschritt oder entgegengesetzt ist zu der Vorschubrichtung beim Schmiedeschritt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das erste Werkstück (3') von einer von der ersten Arbeitsseite (51) arbeitenden ersten Greifeinrichtung (5) gegriffen und bewegt wird, insbesondere während des ersten Zuführschrittes und ersten Abführschrittes und auch während des ersten Schmiedeschrittes, und das zweite Werkstück von einer von der zweiten Arbeitsseite (51) arbeitenden zweiten Greifeinrichtung (6) gegriffen und bewegt wird, insbesondere während des zweiten Zuführschrittes und zweiten Abführschrittes und auch während des zweiten Schmiedeschrittes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Zuführschritt wenigstens teilweise gleichzeitig zu dem ersten Schmiedeschritt und/oder dem ersten Abführschritt erfolgt und/oder bei dem die Abfolge der Verfahrenschritte b) bis g) mehrfach hintereinander mit verschiedenen aufeinanderfolgenden Werkstücken ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Zuführen und/oder Abführen der Werkstücke entlang einer Werkstückebene (H3) erfolgt, die durch einen Walzenspalt (53) zwischen den Walzen (1, 2) verläuft und/oder die senkrecht zu einer durch die beiden Drehachsen (A1, A2) verlaufenden Ebene (VE) verläuft und/oder die im Wesentlichen tangential zu den Walzenumfängen verläuft und/oder bei dem die erste Arbeitseite (51) und die zweite Arbeitsseite (52) von einer durch die beiden Drehachsen (A1, A2) verlaufenden Ebene (VE) voneinander getrennt sind oder auf verschiedenen Seiten einer solchen Ebene (VE) liegen und/oder bei dem das Abführen des ersten Werkstücks im ersten Abführschritt an der ersten Arbeitsseite (51) erfolgt und/oder bei dem die zweite Arbeitsseite (52) entgegen gesetzt zu der ersten Arbeitsseite (51) angeordnet ist und/oder bei dem das Abführen des zweiten Werkstücks im zweiten Abführschritt an der zweiten Arbeitsseite (52) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der beiden Walzen (1, 2) des Walzenpaares mit jeweils wenigstens zwei Werkzeugsegmenten (11 und 12, 21 und 22) bestückt oder versehen ist oder wird, wobei zwischen zwei benachbarten Werkzeugsegmenten (11 und 12, 21 und 22) einer Walze (1, 2) jeweils ein Zwischenraum (13 und 14, 23 und 24) gebildet ist, wobei ein erstes Werkzeugsegmentpaar aus einem ersten Werkzeugsegment (11) der ersten Walze einerseits und aus einem ersten Werkzeugsegment (21) der zweiten Walze andererseits in dem Schmiedeschritt gemäß Merkmal c) zum Schmieden des ersten Werkstücks (3) verwendet wird und wobei ein zweites Werkzeugsegmentpaar aus einem zweiten Werkzeugsegment (12) der ersten Walze einerseits und aus einem zweiten Werkzeugsegment (22) der zweiten Walze andererseits in dem Schmiedeschritt gemäß Merkmal f) zum Schmieden des zweiten Werkstücks (3') verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem der folgenden Merkmale: a) jedes Werkzeugsegment (11, 12, 21, 22) erstreckt sich um einen jeweiligen Erstreckungswinkel (γ1 und γ2, δ1 und δ2) von kleiner als 180°, insbesondere aus einem Bereich zwischen 60° und 170°, oder zwischen 90° und 140°, um die zugehörige Drehachse (A1, A2), b) die Erstreckungswinkel (β1 und β2, ε1 und ε2) der Zwischenräume (13 und 14, 23 und 24) zwischen den Werkzeugsegmenten (11 und 12, 21 und 22) jeder Walze (1, 2) sind gemäß wenigstens einem der folgenden Kriterien gewählt: b1) die Erstreckungswinkel (β1 und β2, ε1 und ε2) der Zwischenräume (13 und 14, 23 und 24) sind zwischen 10° und 150°, insbesondere zwischen 40° und 150°, oder zwischen 90° und 150°, gewählt und/oder gleich zueinander oder unterschiedlich zueinander gewählt, b2) die Erstreckungswinkel (β1 und β2, ε1 und ε2) der Zwischenräume (13 und 14, 23 und 24) sind kleiner als die Erstreckungswinkel (γ1 und γ2, δ1 und δ2) der Werkzeugsegmente (11 und 12, 21 und 22) gewählt, b3) der Erstreckungswinkel (β1, ε1) wenigstens eines Zwischenraumes (13, 23) jeder Walze (1, 2) ist so groß gewählt, dass beim Zuführschritt das Werkstück und/oder die Greifeinrichtung in die einander zugewandten Zwischenräume (13, 23) und den dazwischen liegenden Bereich eingeführt werden kann, c) die beiden Werkzeugsegmente einer Walze sind bezüglich einer die Drehachse enthaltenden durch die Zwischenräume verlaufenden Mittelebene (ZE1, ZE2) der Walze auf verschiedenen Hälften der Walze angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem der folgenden weiteren Merkmale: a) beim Zuführschritt und/oder Abführschritt werden oder wird das Werkstück (3, 3') und/oder die Greifeinrichtung (5, 6) wenigstens teilweise in die einander zugewandten Zwischenräume (13, 23) zwischen den Werkzeugsegmenten 11 und 12, 21 und 22) der Walzen (1, 2) und den dazwischen liegenden Bereich angeordnet und/oder b) der Abstand zwischen den Drehachsen der Walzen wird in den Zuführschritten und den Abführschritten gleich wie in den Schmiedeschritten gehalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in jedem Abführschritt ein Auseinanderfahren der Walzen (1, 2) erfolgt, so dass die Werkzeugsegmente keinen Kontakt mehr mit dem jeweiligen Werkstück haben, und wobei das Werkstück dann aus dem vergrößerten Spalt zwischen den Walzen entnommen wird und dann abgeführt wird.
Schmiedewalzvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend a) wenigstens ein Walzenpaar mit zwei jeweils um eine Drehachse drehbaren und im Drehsinn reversierbaren Walzen, b) eine von der ersten Arbeitsseite (51) der Walzen arbeitende erste Greifeinrichtung (5) zum Greifen und Bewegen eines ersten Werkstücks (3) und eine von der zweiten Arbeitsseite (52) der Walzen arbeitende zweite Greifeinrichtung (6) zum Greifen und Bewegen eines zweiten Werkstücks (3'), c) wobei jede der beiden Walzen (1, 2) des Walzenpaares mit jeweils wenigstens zwei Werkzeugsegmenten (11 und 12, 21 und 22) bestückt ist und wobei zwischen zwei benachbarten Werkzeugsegmenten (11 und 12, 21 und 22) einer Walze (1, 2) jeweils ein Zwischenraum (13 und 14, 23 und 24) gebildet ist d) wobei sich jedes Werkzeugsegment (11, 12, 21, 22) um einen jeweiligen Erstreckungswinkel (γ1 und γ2, δ1 und δ2) von kleiner als 180°, insbesondere aus einem Bereich zwischen 60° und 170°, oder zwischen 90° und 140°, um die zugehörige Drehachse (A1, A2) erstreckt, e) wobei die Erstreckungswinkel (β1 und β2, ε1 und ε2) der Zwischenräume (13 und 14, 23 und 24) gemäß wenigstens einem der folgenden Kriterien gewählt sind: e1) die Erstreckungswinkel (β1 und β2, ε1 und ε2) der Zwischenräume (13 und 14, 23 und 24) sind zwischen 10° und 150°, insbesondere zwischen 40° und 150°, oder zwischen 90° und 150°, gewählt und/oder gleich zueinander oder unterschiedlich zueinander gewählt und/oder e2) die Erstreckungswinkel (β1 und β2, ε1 und ε2) der Zwischenräume (13 und 14, 23 und 24) sind kleiner als die Erstreckungswinkel (γ1 und γ2, δ1 und δ2) der Werkzeugsegmente (11 und 12, 21 und 22) gewählt und/oder e3) der Erstreckungswinkel (β1, ε1) wenigstens eines Zwischenraumes (13, 23) jeder Walze (1, 2) ist so groß gewählt, dass beim Zuführschritt das Werkstück und/oder die Greifeinrichtung in die einander zugewandten Zwischenräume (13, 23) und den dazwischen liegenden Bereich eingeführt werden kann.