DE10308849B4

DE10308849B4 - Process for the forming production dimensionally accurate and dimensionally accurate, rotationally symmetrical hollow body and apparatus for carrying out the method

Info

Publication number: DE10308849B4
Application number: DE10308849A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. habil. Masek Bohuslav; Prof. Dr.-Ing. Meyer Lothar W.; Dipl.-Ing. Mahn Uwe
Original assignee: Uwe Mahn; Bohuslav Masek; Lothar W. Meyer
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: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: DE10308849A1

Abstract

Verfahren zur umformenden Herstellung form- und maßgenauer, rotationssymmetrischer Hohlkörper (17) aus massivem stangenförmigen Halbzeug (1), wobei das Halbzeug (1) im Vorwärtshub durch Bohrungsdrücken unter Verwendung eines Drückdornes (7) und eines mindestens zwei Drückrollen (9) aufweisenden Rollenschlittens (11) zu einem Hohlkörper (17) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) vor dem Umformvorgang die Fließspannung des Werkstoffes des Halbzeuges (1) durch gezielte Erwärmung herabgesetzt wird, wobei das Halbzeug (1) erwärmt und nachfolgend gekühlt wird, wodurch ein gezieltes Temperaturgefälle vom Kern des Halbzeuges (1) zu seiner Mantelfläche hin für die nachfolgende Formgebung eingestellt wird; b) im Umformbereich (16) der entstehende Hohlkörper (17) gekühlt wird, um die Festigkeit des Werkstoffes bei ausreichender Duktilität zu erhöhen, und c) darauffolgend der Hohlkörper (17) einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei das Temperaturprofil gesteuert wird, um die Festigkeit und die Zähigkeit des Werkstoffes zu erhöhen und die Dauerfestigkeit zu verbessern.Process for the reshaping production dimensionally accurate and dimensionally accurate, rotationally symmetrical hollow body (17) of solid rod-shaped semifinished product (1), wherein the semifinished product (1) in the forward stroke by Bohrungsdrücken using a spinning mandrel (7) and at least two spinning rollers (9) having roller carriage ( 11) to a hollow body (17), characterized in that a) before the forming process, the flow 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 is set from the core of the semifinished product (1) to its lateral surface for subsequent shaping; b) in the forming area (16) the resulting hollow body (17) is cooled in order 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 to the strength and to increase the toughness of the material and to improve fatigue strength.

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 forming production dimensionally accurate and dimensionally rotationally symmetrical hollow body of solid rod-shaped semifinished product and an associated device, wherein the semifinished product in the forward stroke by Bohrungsdrücken using a spinning mandrel and a, having at least two pressure rollers, roller carriage is formed into a hollow body.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.Moreover, the invention relates to an apparatus for carrying out the method according to the preamble of patent claim 2.

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 by simultaneously axially progressing diameter reduction of the semifinished 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 are suitable for drilling pressure. For example, microalloyed precipitation-hardenable ferritic-pearlitic steels (AFP steel) suffer from process failure. The reason for this is that the energy introduced by the transformation is partly converted into heat energy. The temperature increase reduces the yield stress. The AFP steel has a local maximum of Umformwiderstandes at about 300-400 ° C of 800-1000 MPa. The bridging of this saddle is technologically extremely difficult.

Weiterhin sind folgende Lösungen bekannt:
In der JP 2000 176 511 A ist ein Lochverfahren offenbart, bei dem ein aufgeheizter Block im Anfangsbereich mit einer gezielt abgekühlten Oberfläche gelocht wird.Furthermore, the following solutions are known:
In the JP 2000 176 511 A discloses a hole method in which a heated block is perforated in the initial area with a deliberately cooled surface.

Aus der WO 93/18 870 A1 geht ein Lochverfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren hervor, bei dem das zu lochende Vollmaterial über eine Induktivheizung aufgeheizt und mittels gekühlten Rollen und gekühltem Dorn an der Oberfläche sowie im Umformbereich gekühlt wird.From the WO 93/18 870 A1 shows a hole method for the production of seamless pipes, in which the solid material to be punched is heated by an induction heating and cooled by means of cooled rollers and cooled mandrel on the surface and in the forming area.

Letztlich ist aus der DE 26 49 019 A1 ein Lochverfahren zur Herstellung nahtloser Rohre bekannt, bei dem in einer Hitze das Vormaterial gelocht, das gelochte Rohr mittels einer zusätzlichen Verformungsstufe weiter umgeformt und nach einem Entzunderungsprozess zur Erhöhung der Materialzähigkeit abgeschreckt wird.Ultimately, out of the DE 26 49 019 A1 a piercing method for producing seamless tubes, in which the starting material is punched in a heat, the perforated tube is further formed by means of an additional deformation stage and quenched after a descaling process to increase the material toughness.

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 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, zu entwickeln, wodurch es möglich ist, den Umformwiderstand für den Umformvorgang zu senken.The object of the invention is to provide a method for transforming production dimensionally accurate and dimensionally 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 spinning rollers to a hollow body and a device for carrying out the method, to develop, whereby it is possible to lower the forming resistance for the forming process.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 3 bis 6.The object is achieved by a method having the features according to patent claim 1 and by a device for carrying out the method according to the features of patent claim 2. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims 3 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 will be explained in more detail with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows a partial view of an apparatus for producing dimensionally accurate and dimensionally 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 38MNSiVS5, 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, 38MNSiVS5, 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.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: HalbzeugWorkpiece
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 forming production dimensionally accurate and dimensionally accurate, rotationally symmetrical hollow body ( 17 ) made of solid rod-shaped semi-finished products ( 1 ), the semifinished product ( 1 ) in the forward stroke by drilling pressure using a spinning mandrel ( 7 ) and at least two spinning rollers ( 9 ) having roller carriage ( 11 ) to a hollow body ( 17 ) is formed, 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.

Apparatus for carrying out the method according to claim 1, comprising a rotatably drivable chuck ( 10 ) for the semifinished product ( 1 ) with a in the axis of rotation of the semifinished product ( 1 ) by means of a carriage ( 8th ) axially displaceable spinning mandrel ( 7 ) and with a between clamping unit and the carriage ( 8th ) arranged, axially controlled to the axis of rotation movable roller carriage ( 11 ), the at least two mounted, opposite the rotation axis arranged spinning rollers ( 9 ), 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.