DE1525291B2

DE1525291B2 - Verfahren und vorrichtung zum kaltwalzen von profilierten lagerringen

Info

Publication number: DE1525291B2
Application number: DE1965T0027765
Authority: DE
Inventors: John Henry Forestville; Rollins James William Torrington; Conn. Cowles (V.StA.)
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1964-01-10
Filing date: 1965-01-07
Publication date: 1976-09-16
Also published as: US3288542A; GB1096468A; DE1525291A1; CH437177A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltwalzen von profilierten Lagerringen, die in axialer Richtung abgegrenzt abwechselnd Bereiche kleineren Innendurchmessers mit größerer Wandstärke und größeren Innendurchmessers mit kleinerer Wandstärke aufweisen, bei dem ein kreiszylindrischer, rohrförmiger, gegebenenfalls an den Enden angestauchter Rohling durch Streckwalzen in Umfangsrichtung unter Wandstärkenverminderung radial aufgeweitet und gleichzeitig mit dem gewünschten Ringprofil versehen ist.

Bisher wird zum Kaltwalzen solcher Lagerringe z. B. ein geschlossenes Walzkaliber verwendet, das sich zunehmend radial verengt (GB-PS 9 46 184). Dabei tritt erst ein axiales Fließen und ein radiales Aufsteigen des Werkstoffes zur Rohlingsachse hin auf, bevor der eigentliche Streck- und Aufweitvorgang des Rohlings zu dem herzustellenden Lagerring erfolgt. Dieser Aufweitvorgang kann nämlich erst dann eintreten, wenn das verwendete Walzkaliber vollständig mit Werkstoff ausgefüllt ist. Das hat den Nachteil, daß infolge des zuerst eintretenden radialen Aufsteigens des Werkstoffes beim Kaltwalzen ein vorzeitiges Verfestigen in diesem Bereich eintritt.

Nach einem anderen bekannten Verfahren, bei dem ein zunächst offenes Walzkaliber benutzt wird (DT-PS 9 68 572), das ebenfalls fortlaufend radial enger wird, aber erst während des abschließenden Kalibriervorganges vollständig geschlossen ist, läßt es sich nicht vermeiden, daß der beim Aufweiten verdrängte Werkstoff zum Teil in Form eines stirnseitigen Ringgrates axial austritt, da bei diesem Vorgang der Axialfluß des Werkstoffes in weiten Querschnittsbereichen des Rohlings nahezu ungehindert eintreten kann.

ίο Dies führt zwangsläufig zu unerwünschten Werkstoffverlusten.

Darüber hinaus muß die Vorrichtung zur Ausübung des letztgenannten Verfahrens besonders robust gestaltet sein, da die beim Streck- und Aufweitvorgang auftretenden Kräfte durch den sowohl axial als auch radial gerichteten Kaltfluß von beträchtlicher Größe sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren dahingehend abzuwandeln, daß der Kaltwalzvorgang auf ein Minimum an Umformung bei vollständiger Werkstoffausnutzung beschränkt und dadurch wirtschaftlicher gestaltet wird. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses verbesserten Verfahrens geschaffen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß Innendurchmesser und Wandstärke des Rohlings den entsprechenden Werten der Bereiche kleineren Innendurchmessers mit größerer Wandstärke des herzustellenden Lagerrings weitgehend angenähert sind und das Streckwalzen des Rohlings ausschließlich in den axial abgegrenzten Bereichen erfolgt, in denen der herzustellende Lagerring den jeweils größeren Innendurchmesser bei kleinerer Wandstärke als die angrenzenden Bereiche haben soll, und daß der Werkstoff dabei am Fließen in axialer Richtung in die angrenzenden Bereiche hinein gehindert wird.

Durch diese Maßnahmen wird ein axiales Ausweichen des beim Streck- und Aufweitwalzen verdrängten Werkstoffes des Rohlinges weitgehend unterbunden und erreicht, daß dieser Werkstoff von Anfang an fast vollständig der Durchmesservergrößerung des Rohlinges zugute kommt, die infolgedessen schneller vor sich geht. Die Wahl des Rohlinges trägt durch Verminderung des Ausmaßes der notwendigen Aufweitung ebenfalls zu einer rascheren Fertigung bei. Schließlich wird ein axiales Austreten des Werkstoffes aus dem Walzprofil zu einem Ringgrat praktisch vermieden, was wiederum zu einer besseren Werkstoffausnutzung führt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Dornwalze, die ein dem Innenprofil des Lagerringes entsprechendes Gegenprofil aufweist, das in den Bereichen größeren Innendurchmessers mit kleinerer Wandstärke des herzustellenden Lagerringes radial vorstehende, ringförmige Umfangsflächen hat, und einer mit radialen Endflanschen im Abstand der Lagerringbreite versehenen, glatten äußeren Druckwalze, die radial gegeneinander zustellbar und drehantreibbar sind, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die radial vorstehenden Umfangsflächen des Gegenprofils der Dornwalze jeweils durch gegenüber diesen radial vortretende Ringwülste von den axial angrenzenden Bereichen getrennt sind.

Da nur der zwischen den Ringwülsten liegende Bereich der Dornwalze beim Streckwalzen auf den Rohling einwirkt und die radial vorspringenden Ringwülste einen Axialfluß des Werkstoffes praktisch verhindern, ist das Strecken intensiver und der

Streckvorgang kann in wesentlich kürzerer Zeit als bisher erfolgen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung in Einzelheiten erläutert. In dieser Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht eines Lagerringes, der in axialer Richtung abgegrenzt abwechselnd Bereiche kleineren Innendurchmessers mit größerer Wandstärke und größeren Innendurchmessers mit kleinerer Wandstärke aufweist,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 eine schaubildliche Ansicht eines Rohlings zur Herstellung des in F i g. 1 veranschaulichten Lagerringes,

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 3,

F i g. 5 eine schematische Darstellung der zur Ausübung des Verfahrens zu verwendenden Vorrichtung in Seitenansicht, wobei einzelne Teile aufgebrochen dargestellt sind,

F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 5,

F i g. 7 einen der F i g. 6 entsprechenden Schnitt zu Beginn des Streckwalzens,

F i g. 8 einen der F i g. 6 entsprechenden Schnitt nach Beendigung des Streck- und Aufweitvorganges und
§ F i g. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 in F i g. 8.

Aus einem Rohling 15 soll ein Lagerring 20 hergestellt werden. Der Rohling 15 kann beispielsweise ein Abschnitt eines gezogenen Rohres sein, das zwischen der äußeren Mantelfläche 17 und der inneren Mantelfläche 16 von der in der Zeichnung links dargestellten Stirnfläche 18 bis zur rechten hin konstante Wandstärke aufweist. Im Bereich der Stirnflächen 18 sind Ringrippen 19 durch Anstauchen ausgebildet. Das Werkstoffvolumen des Rohlings 15 entspricht demjenigen des herzustellenden Lagerringes 20, der in den F i g. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt ist.

Dieser Lagerring 20 hat eine parallel zur äußeren Mantelfläche 22 verlaufende, als Abwälzfläche für die Wälzkörper bestimmte innere Maritelfläche 21. Er weist einen größeren Durchmesser als der Rohling 15 auf, während die Wandstärke zwischen den Mantelflächen 21,22 des Lagerringes 20 kleiner als die Wandstärke des Rohlings 15 zwischen den Mantelflächen 16 und 17 ist. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel des Lagerringes 20 sind die Endbereiche 23 und 24 zu den Stirnflächen 25, 26 hin leicht abgeschrägt. Der Lagerring 20 weist an seinen axialen Enden Bereiche 27, 28 kleineren Innendurchmessers und großer Wandstärke auf, die durch innere Ringflächen 30 bzw. 32 radial begrenzt sind. Die Bereiche 27, 28 sind nach innen bei 31,34 bzw. 33,37 angefast. Von den Anfasungen 34 bzw. 37 aus verlaufen Schrägflächen 35 bzw. 38 zur Mantelfläche 21 hin, wobei zwischen dieser und der jeweiligen Schrägfläche je eine Ringnut 36 bzw. 40 ausgebildet ist. Während sich die Durchmesser der in axialer Richtung abgegrenzten Bereiche des Lagerringes 20 von denjenigen des Rohlings 15 unterscheiden, weisen beide etwa die gleiche Längsausdehnung auf.

In den Fig.5 und 6 der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Die Vorrichtung ist als Ganzes mit 45 bezeichnet. Sie umfaßt eine Dornwalze 65, die ein Profil hat, das ein Gegenprofil des Innenprofils des herzustellenden Lagerringes 20 darstellt, sowie eine Druckwalze 46, die radial gegeneinander zustellbar und drehantreibbar sind. Während zum Antrieb und zur Lagerung der Dornwalze 65 von Wellen 63 und 64 getragene Stützwalzen 47,48 und 49, 50 dienen, wird die Druckwalze 46 von einer Welle 51 mittels eines Keiles 52 drehbar in Lagern 53 eines Gabelstückes 54 getragen. Die Welle 51 ist antreibbar und das Gabelstück 54 zur Dornwalze 65 hin zustellbar.

Die Druckwalze 46 hat radiale Endflansche 61, 62 deren einander zugewandte Stirnflächen 58 und 60 in einer Entfernung voneinander liegen, die dem Abstand der Stirnflächen 25,26 des herzustellenden Lagerringes 20 voneinander entspricht. Die Mantelfläche 55 der Druckwalze 46 geht über Abschrägungen 56, 57 in die Stirnflächen 58, 60 der Endflansche 61, 62 über. Diese Abschrägungen 56, 57 dienen zur Ausbildung der schrägen Endbereiche 23,24 und der runden Übergänge in die Stirnflächen 25,26 des Lagerringes 20.

Die Dornwalze 65 ist mit ihren Lagerzapfen 66,67 auf den Stützwalzen 47 bis 50 gelagert. Das als Gegenprofil für das Innenprofil des herzustellenden Lagerringes 20 dienende Profil der Dornwalze 65 ist in deren zwischen den Lagerzapfen 66 und 67 liegenden Mittelbereich 68 ausgebildet. Dieses Profil umfaßt eine Umfangsfläche 70, die durch radial von dieser vortretende Ringwülste 71 und 72 begrenzt ist. Diese Ringwülste 71 und 72 trennen die Umfangsfläche 70 von den axial angrenzenden Bereichen. Die axial angrenzenden Bereiche, die zur Bildung der Bereiche 27 und 28 kleinen Innendurchmessers und großer Wandstärke des Lagerringes 20 dienen, umfassen je eine Umfangsfläche 74 bzw. 76 geringeren Durchmessers als die Umfangsfläche 70 und eine Schrägfläche 73 bzw. 75, die den jeweiligen Ringwulst 71 bzw. 72 mit der Umfangsfläche 74 bzw. 76 verbindet. Die Umfangsflächen 74 bzw. 76 gehen über .Abschrägungen 77 in den jeweiligen benachbarten Lagerzapfen 66 bzw. 67 und über Abschrägungen 78 in die benachbarte Schrägfläche 73 bzw. 75 über. Die Abschrägungen 77 und 78 dienen zur Ausbildung der Anfasungen 31, 34 bzw. 33,37.

Zur Aufrechterhaltung der genauen Kreisquerschnittsform des herzustellenden Lagerringes 20 dient eine von einer Welle 81 getragene Führungswalze 80, die drehbar in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäuse der Vorrichtung 45 gelagert ist.

Das Herstellen des in den F i g. 1 und 2 der Zeichnung veranschaulichten Lagerringes 20 aus einem in den Fig.3 und 4 der Zeichnung dargestellten Rohling 15 erfolgt in der nachstehend erläuterten Weise:

Der Rohling 15, der durch Austauchen an seinen Endbereichen mit Ringrippen 19 versehen ist, die die gewünschte Bildung der beiden Bereiche 27, 78 kleineren Innendurchmessers und großer Wandstärke durch ihr Werkstoffvolumen gewährleisten sollen, wird auf die Dornwalze 65 so aufgebracht, daß er zwischen den Endflanschen 61 und 62 der Druckwalze 46 liegt. Zur Führung des Rohlings 15 in dieser Stellung dienen ferner die einander zugewandten Stirnseiten der Stützwalzen 47, 48 und die der Stützwalzen 49 und 50.

Durch Zustellen der Druckwalze 46 gegen die Dornwalze 65 wirken zuerst die Ringwülste 71, 72 auf die innere Mantelfläche 16 des Rohlings 15 ein. Die sich dabei bildenden Ringnuten 36 bzw. 40 trennen die beiden endständigen späteren Bereiche 27 bzw. 28 kleinen Innendurchmessers und großer Wandstärke von dem Mittelbereich ab, der während des Streck- und Aufweitvorganges des Rohlinges 15 einen größeren Innendurchmesser und kleinere Wandstärke erhalten soll. Die Schrägflächen 73 und 75 der Ringwülste 71 und 72 liegen im gleichen Abstand voneinander wie die Schrägflächen 35, 38 des herzustellenden Lagerringes 20.

Nach dem Eindringen der Ringwülste 71 und 72 in den

IO

Rohling 15 von innen her wirkt die Dornwalze 65 mit ihrer Umfangsfläche 70 auf den Rohling 15 ein, dessen äußere Mantelfläche 17 nun an der Mantelfläche 55 der Druckwalze 46 anliegt. Bei weiterer Zustellung der Walzen gegeneinander wird ein axiales Ausweichen des von der Umfangsfläche 70 der Dornwalze 65 und der Mantelfläche 55 der Druckwalze 46 verdrängten Werkstoffes durch die die Umfangsfläche 70 axial begrenzenden Ringwülste 71 und 72 weitgehend unterbunden, so daß der verdrängte Werkstoff fast ausschließlich der Durchmesservergrößerung des Rohlinges 15 zugute kommt, die deshalb schneller erfolgt, als bei bekannten Verfahren.

In F i g. 7 der Zeichnung ist der Zustand dargestellt, den der Rohling 15 nach dem Eindringen der Ringwülste 71 und 72 angenommen hat. Bis zu diesem Zeitpunkt hat sich vor allem der zwischen den Ringwülsten 71, 72 liegende, durch die Ringnuten 36 und 40 abgegrenzte Mittelbereich des Rohlings 15 durch Kaltfluß des Werkstoffes schon etwas verformt, d. h. der Innendurchmesser leicht vergrößert und die Wandstärke gering reduziert. Die Bereiche 27 und 28 geringen Innendurchmessers und großer Wandstärke des herzustellenden Lagerringes 20, die zwischen den Endflanschen 61 bzw. 62 der Druckwalze 46 und den Schrägflächen 73 bzw. 75 der Ringwülste 71 und 72 liegen, sind lediglich bezüglich ihrer axialen Abmessung festgelegt worden und haben, relativ betrachtet, keine Kaltverformung bzw. Reduzierung erfahren, wenn man davon absieht, daß eine leichte Verformung infolge von Übertragung innerer Spannungen im Rohling 15, die von der Verformung des Mittelbereiches des Rohlinges 15 herrühren, stattfinden kann, obwohl eine solche Spannungsübertragung durch die Ringwülste 71 und 72 der Dornwalze 65 auf ein Minimum reduziert wird.

Während der Verformung des Rohlings 15 zu dem herzustellenden Lagerring 20 wird die Führungswalze 80 von der Zunahme des Außendurchmessers abhängig gegen die äußere Mantelfläche 17 des Rohlings 15

35 gedrückt, um die Kreisquerschnittsform des Rohlings 15 und damit des herzustellenden Lagerringes 20 in jeder Phase zu gewährleisten. Die notwendige Bewegung der Führungswalze 80 kann dabei in bekannter Weise gesteuert und bewirkt werden.

Bei weiterem Gegeneinanderzustellen der Druckwalze 46 und der Dornwalze 65 dauert die Wandstärkenreduzierung des mittleren Bereiches des Rohlings 15 an, bis der in F i g. 8 veranschaulichte Zustand erreicht ist, bei dem der Werkstoff des Rohlings 15 das Walzkaliber voll ausfüllt. Sobald die Dornwalze 65 und die Druckwalze 46 die in Fig.8 dargestellten Stellungen erreicht haben, liegen alle kritischen Bereiche des herzustellenden Lagerringes 20 am Profil der Dornwalze 65 an, und es erfolgt durch die Berührung ein Glätten und leichtes Fließen des Werkstoffes, was eine Verbesserung der Abmessung und der Form des hergestellten Lagerringes 20 bewirkt. Dieses Glätten ist bei eng tolerierten Bauteilen, z. B. bei dem in der Zeichnung dargestellten Lagerring 20 erforderlich, kann jedoch bei anderen Bauteilen mit gröberen Toleranzen in Wegfall kommen.

Bei dem abschließenden Walzen auf Sollmaß liegt die äußere Mantelfläche 22 des hergestellten Laufringes 20 an einer Meßsonde 82 an, die sich unterhalb der Dornwalze 65 befindet und in einer Ebene mit den Drehachsen der Dornwalze 65 und der Druckwalze 46 liegt.

Es ist klar, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur Lagerringe hergestellt werden können, die wie der in F i g. 1 und 2 der Zeichnung dargestellte Lagerring 20 eine einzige Abwälzfläche aufweisen. Es ist auch möglich, Lagerringe zu fertigen, die z. B. zwei axial im Abstand voneinander liegende und durch einen weiteren Bereich geringeren Durchmessers und größerer Wandstärke getrennte Abwälzflächen aufweisen. Die das Gegenprofil bildende Dornwalze muß dann die entsprechende Anzahl von Ringwülsten aufweisen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kaltwalzen von profilierten Lagerringen, die in axialer Richtung abgegrenzt abwechselnd Bereiche kleineren Innendurchmessers mit größerer Wandstärke und größeren Innendurchmessers mit kleinerer Wandstärke aufweisen, bei dem ein kreiszylindrischer, rohrförmiger, gegebenenfalls an den Enden angestauchter Rohling durch Streckwalzen in Umfangsrichtung unter Wandstärkenverminderung radial aufgeweitet und gleichzeitig mit dem gewünschten Ringprofil versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß Innendurchmesser und Wandstärke des Rohlings (15) den entsprechenden Werten der Bereiche kleineren Innendurchmessers mit größerer Wandstärke des herzustellenden Lagerringes (20) weitgehend angenähert sind und das Streckwalzen des Rohlings (15) ausschließlich in den axial abgegrenzten Bereichen erfolgt, in denen der herzustellende Lagerring (20) den jeweils größeren Innendurchmesser bei kleinerer Wandstärke als die angrenzenden Bereiche haben soll, und daß der Werkstoff dabei am Fließen in axialer Richtung in die angrenzenden Bereiche hinein gehindert wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Dornwalze, die ein dem Innenprofil des Lagerringes entsprechendes Gegenprofil aufweist, das in den Bereichen größeren Innendurchmessers mit kleinerer Wandstärke des herzustellenden Lagerrings radial vorstehende, ringförmige Umfangsflächen hat, und einer mit radialen Endflanschen im Abstand der Lagerringbreite versehenen, glatten äußeren Druckwalze, die radial gegeneinander zustellbar und drehantreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die radial vorstehenden Umfangsflächen (70) des Gegenprofils der Dornwalze (65) jeweils durch gegenüber diesen radial vortretende Ringwülste (71, 72) von den axial angrenzenden Bereichen getrennt sind.