DE10308849A1

DE10308849A1 - Production procedure for producing hollow body from e.g. solid bar, involves cooling formation area of solid bar during formation of hollow section in order to improve firmness and ductility of hollow body

Info

Publication number: DE10308849A1
Application number: DE10308849A
Authority: DE
Inventors: Bohuslav Dr.-Ing. habil. Masek; Lothar W. Prof. Dr.-Ing. Meyer; Uwe Dipl.-Ing. Mahn
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: Bohuslav Masek Cz; Lothar W Meyer De; Mahn Uwe Dr Ing De; Masek Bohuslav Dr Ing Cz; Meyer Lothar W Dr Ing De; Uwe Mahn De
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: DE10308849B4

Abstract

The production procedure involves heating a solid bar (1) before a hollow section is formed in the solid bar. The formation area (16) of the solid bar is cooled during the formation of the hollow section in order to improve the firmness and ductility of the hollow body (17). The temperature distribution during thermal treatment of the hollow body is controlled to improve the durability of the hollow body. An independent claim is also included for a device for producing a hollow body.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur umformenden Herstellung form- und maßgenauer, rotationssymmetrischer Hohlkörper aus massivem stangenförmigen Halbzeug und eine zugehörige Vorrichtung, wobei das Halbzeug im Vorwärtshub durch Bohrungsdrücken unter Verwendung eines Drückdornes und eines, mindestens zwei Drückrollen aufweisenden, Rollenschlittens zu einem Hohlkörper umgeformt wird.The invention relates to a method for reshaping production dimensionally accurate and dimensionally accurate, rotationally symmetrical hollow body made of solid rod-shaped Semifinished product and an associated Device, wherein the semifinished product in the forward stroke by drilling under pressure Use of a spinning mandrel and one, at least two spinning rollers having, roller carriage is formed into a hollow body.

Aus der DE 4205675 C2 ist das Bohrungsdrücken beschrieben, wonach ein mit Kraft beaufschlagter Drückdorn in das massive Halbzeug durch gleichzeitig axial fortschreitende Durchmesserreduzierung des Halbzeuges mittels Rollen eindringt. Der abfließende Werkstoff wird durch die Wirkung der Rollen zur Wand des Hohlkörpers umgeformt.From the DE 4205675 C2 is the Bohrungsdrücken described, after which a pressurized pressing mandrel penetrates into the massive semi-finished product by simultaneously axially progressing diameter reduction of the semi-finished product by means of rollers. The effluent material is reshaped by the action of the rollers to the wall of the hollow body.

Bei Versuchen hat sich gezeigt, dass sich nicht alle Stähle zum Bohrungsdrücken eignen. Zum Beispiel kommt es bei den mikrolegierten ausscheidungshärtbaren ferritisch-perlitischen Stählen (AFP-Stahl) zum Prozessversagen. Grund dafür ist, dass sich die durch die Umformung eingebrachte Energie zum Teil in Wärmeenergie umwandelt. Durch die Temperaturerhöhung reduziert sich die Fließspannung. Der AFP-Stahl weist ein lokales Maximum des Umformwiderstandes bei ca. 300 – 400 °C von 800 – 1000 MPa auf. Die Überbrückung dieses Sattels ist technologisch äußerst schwierig.Experiments have shown that not all steels for drilling pressure suitable. For example, it comes with the microalloy precipitation hardenable ferritic-perlitic steels (AFP steel) to process failure. the reason for this is that the energy introduced by the transformation to the Part in heat energy transforms. The temperature increase reduces the yield stress. The AFP steel has a local maximum of forming resistance about 300 - 400 ° C from 800 - 1000 MPa on. Bridging this Sattels is technologically very difficult.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur umformenden Herstellung form- und maßgenauer rotationssymmetrischer Hohlkörper aus massivem stangenförmigen Halbzeug und eine zugehörige Vorrichtung, wobei das Halbzeug im Vorwärtshub durch Bohrungsdrücken unter Verwendung eines Drückdornes und eines, mindestens zwei Drückrollen aufweisenden, Rollenschlittens zu einem Hohlkörper umgeformt wird, zu entwickeln, wodurch es möglich ist, den Umformwiderstand für den Umformvorgang zu senken.The object of the invention is a Process for transforming production dimensionally accurate and dimensionally accurate rotationally symmetrical hollow body made of solid rod-shaped Semifinished product and an associated Device, wherein the semifinished product in the forward stroke by drilling under pressure Use of a spinning mandrel and one, at least two spinning rollers having, roller carriage is reshaped to form a hollow body to develop which makes it possible the forming resistance for to reduce the forming process.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.The object is achieved by the features of the characterizing part in conjunction with the features of the preamble of claim 1 solved. Advantageous embodiments emerge from the subclaims 2 to 6 ,

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt eine Teilansicht einer Vorrichtung zum Herstellen form- und maßgenauer rotationssymmetrischer Hohlkörper.The invention is based on an embodiment explained in more detail. The associated Drawing shows a partial view of a device for manufacturing dimensional and dimensional accuracy rotationally symmetrical hollow body.

Ein stangenförmiges Halbzeug 1 ist in einem Spannfutter 10 aufgenommen. Auf der freien Stirnseite des Halbzeuges 1 drückt ein Drückdorn 7, der in einer Lagerung 13 drehbar gelagert ist, wobei die Lagerung 13, in einem Schlitten 8 angeordnet ist. Im Bereich der Spitze des Drückdornes 7 sind Drückrollen 9, beispielsweise drei Drückrollen 9 in je einem Lager 12, drehbar gelagert und um die Längsachse des Halbzeuges 1 im Winkel von 120 Grad in einem Rollenschlitten 11 angeordnet. In Richtung des Spannfutters 10 ist an der Stirnseite des Rollenschlittens 11 eine Befestigung 14 für eine Wärmeeinheit 2, vorzugsweise eine Induktionseinheit, und für eine Kühleinheit 3, vorzugsweise eine Sprühkühlung, angeordnet. Diese Wärmeeinheit 2 und Kühleinheit 3 werden elektronisch gesteuert und dienen einem zielgerichteten Erwärmen des Halbzeuges 1. Auf der Seite des Schlittens 8 ist mittels Befestigung 15 an die Stirnseite des Rollenschlittens 11 eine Kühleinheit 4, vorzugsweise Sprühkühlung, angeordnet, die zwischen die Drückrollen 9 auf den Umformbereich 16 gerichtet ist. Anschließend an der Kühleinheit 4 ist am Rollenschlitten 11 eine Wärmebehandlungsanlage, bestehend aus einer Erwärmungseinheit 5 und einer ringförmige Kühleinheit 6, angeordnet. Die Verfahrensschritte zum Herstellen eines Hohlkörpers 17, beispielsweise einer Hohlwelle, aus AFP-Stahl, beispielsweise 38MNSiVSS, sind folgende: Das rotierende Halbzeug 1 wird während seiner Umformung zu einer Hohlwelle einer thermomechanischen Behandlung unterzogen. Dazu wird das Halbzeug 1 in der Wärmeeinheit 2 auf 950 °C bis 1050 °C erwärmt und in der Kühlebene mittels Sprühkühlung 3 auf 700 °C bis 650 °C gekühlt, um für die Umformung vom Kern zum Mantel des Halbzeuges 1 eine Fließspannung des Werkstoffes zu erreichen, die einen optimalen Umformungsprozess ermöglicht. Während der Umformung wird im Umformungsbereich 16 mittels der Sprühkühlung 4 das Werkstück auf eine Temperatur zwischen 600 °C und 550 °C gekühlt, um die Festigkeit des Werkstoffes bei ausreichender Duktilität zu verbessern. Im letzten Verfahrensschritt der thermomechanischen Behandlung wird die Hohlwelle einer elektronisch gesteuerten Wärmebehandlung unterzogen.A bar-shaped semi-finished product 1 is in a chuck 10 added. On the free end of the semifinished product 1 presses a spinning pin 7 in a storage 13 is rotatably mounted, the storage 13 , in a sledge 8th is arranged. In the area of the tip of the spinning mandrel 7 are spinning rollers 9 , For example, three spinning rollers 9 each in a warehouse 12 , rotatably mounted and about the longitudinal axis of the semifinished product 1 at an angle of 120 degrees in a roller carriage 11 arranged. In the direction of the chuck 10 is at the front of the roller carriage 11 a fixture 14 for a heat unit 2 , preferably an induction unit, and for a refrigeration unit 3 , preferably a spray cooling, arranged. This heat unit 2 and cooling unit 3 are controlled electronically and serve a purposeful heating of the semifinished product 1 , On the side of the sled 8th is by means of attachment 15 to the front of the roller carriage 11 a cooling unit 4 , preferably spray cooling, arranged between the spinning rollers 9 on the forming area 16 is directed. Then at the cooling unit 4 is on the roller carriage 11 a heat treatment plant consisting of a heating unit 5 and an annular cooling unit 6 arranged. The method steps for producing a hollow body 17 , For example, a hollow shaft made of AFP steel, for example, 38MNSiVSS, are the following: The rotating semi-finished product 1 is subjected during its transformation to a hollow shaft of a thermomechanical treatment. This is the semi-finished product 1 in the heating unit 2 heated to 950 ° C to 1050 ° C and in the Kühlebene by spray cooling 3 cooled to 700 ° C to 650 ° C, in order for the transformation from the core to the shell of the semifinished product 1 to achieve a flow stress of the material, which allows an optimal transformation process. During the forming is in the transformation area 16 by means of spray cooling 4 cooled the workpiece to a temperature between 600 ° C and 550 ° C in order to improve the strength of the material with sufficient ductility. In the last step of the thermomechanical treatment, the hollow shaft is subjected to an electronically controlled heat treatment.

Durch die thermomechanische Behandlung während der umformenden Herstellung form- und maßgenauer, rotationssymmetrischer Hohlkörper 17 aus massivem stangenförmigen Halbzeug wird der Einsatz von ausscheidungshärtbaren ferritisch-perlitischen Stählen ermöglicht. Die gezielte Erwärmung vor der Formgebung führt zum Überwinden des hohen Umformwiderstandes. Weiterhin besteht dadurch der besondere Effekt, dass vor den Drückrollen 9 kein tangentialer Stau entsteht, der zu einer Durchmesseraufwerfung sowie Welligkeit und Rillenbildung nach den Drückrollen 9 führt. Die Abkühlung während des Umformvorganges verbessert die Festigkeit bei ausreichender Duktilität des Werkstoffes. Die am Ende des Umformvorganges durchzuführende Wärmebehandlung erhöht abschließend die Festigkeit und Zähigkeit des Werkstoffes und verbessert deren Dauerfestigkeit. Dies hat zur Folge, dass Hohlkörper 17 mit verringertem Materialeinsatz und verbesserter Qualität zum Einsatz kommen.Due to the thermomechanical treatment during the forming production dimensionally accurate and dimensionally accurate, rotationally symmetrical hollow body 17 Solid rod-shaped semi-finished products enable the use of precipitation-hardenable ferritic-pearlitic steels. The targeted heating before shaping leads to overcoming the high resistance to deformation. Furthermore, there is the special effect that before the spinning rollers 9 no tangential congestion arises, which leads to a diameter as well as undulation and groove formation after the spinning rollers 9 leads. The cooling during the forming process improves the strength with sufficient ductility of the material. The heat treatment to be performed at the end of the forming process finally increases the strength and toughness of the material and improves its fatigue strength. This has the consequence that hollow body 17 be used with reduced material usage and improved quality.

11: Halbzeugsemis
22: Wärmeeinheitthermal unit
33: Kühleinheitcooling unit
44: Kühleinheitcooling unit
55: Erwärmungseinheitheating unit
66: ringförmige Kühleinheitannular cooling unit
77: Drückdornspinning mandrel
88th: Schlittencarriage
99: Drückrollenspinning rollers
1010: Spannfutterchuck
1111: Rollenschlittenroll carriage
1212: Lagercamp
1313: Lagerungstorage
1414: Befestigungattachment
1515: Befestigungattachment
1616: Umformbereichforming region
1717: Hohlkörperhollow body

Claims

Process for the reshaping production dimensionally accurate and dimensionally accurate, rotationally symmetrical hollow body of solid rod-shaped semifinished product and an associated device, wherein the semifinished product is converted in the forward stroke by drilling pressures using a spinning mandrel and a roller carriage having at least two pressure rollers, to form a hollow body, characterized in that a) before the forming process, the yield stress of the material of the semifinished product ( 1 ) is reduced by targeted heating, wherein the semifinished product ( 1 ) is heated and subsequently cooled, whereby a targeted temperature gradient from the core of the semifinished product ( 1 ) is adjusted to its lateral surface for subsequent shaping; b) in the forming area ( 16 ) the resulting hollow body ( 17 ) is cooled to increase the strength of the material with sufficient ductility, and c) subsequently the hollow body ( 17 ) is subjected to a heat treatment, wherein the temperature profile is controlled in order to increase the strength and toughness of the material and to improve the fatigue strength.

Device for carrying out the method according to claim 1, consisting of a rotatably driven chuck for the semi-finished product with an impressing in the axis of rotation of the semi-finished, axially displaceable by means of a carriage, spinning mandrel and arranged between a clamping unit and the carriage, axially movable to the rotational axis movable, Roller carriage, which has at least two mounted, opposite the rotation axis arranged spinning rollers, characterized in that after the chuck ( 10 ) a heating unit ( 2 ) and then a cooling unit ( 3 ) frontally on the roller carriage ( 11 ) are arranged and with the semi-finished ( 1 ) are in operative connection between the spinning rollers ( 9 ), on the forming area of the semifinished product ( 1 ), another cooling unit ( 4 ), and after the spinning rollers ( 9 ) on the roller carriage ( 11 ) an electronically controlled heat treatment unit the hollow body to be produced ( 17 ) wrapped.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the heat unit ( 2 ) one the semifinished product ( 1 ) surrounding induction unit.

Device according to claim 2, characterized in that the cooling unit ( 3 ) an annular around the semifinished product ( 1 ) is arranged spray cooling.

Device according to claim 2, characterized in that the cooling unit ( 4 ) between the spinning rollers ( 9 ) one on the forming area of the semi-finished product ( 1 ) directed spray cooling is.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the electronically controlled heat treatment unit from a to the hollow body ( 17 ) directed annular heating unit ( 5 ) and an annular cooling unit ( 6 ) consists.