DE1813760A1 - Einrichtung zum Rundschmieden (Haemmern) von Aussen-Umfangsrillen an einem zylindrischen Werkstueck - Google Patents

Description

Patentanwalt· 410-14.127Ρ ΙΟ.Ι2.Ι968

DIpL-In;;..:. BoqM U.
Dipl.-Ing. Limpredit

München 22, steirudoifo*. 10

Commissariat a 1*Energie Atomique, Paris (Prankreich)

Einrichtung zum Rundschmieden (Hämmern) von Außen-Umfangsrillen an einem zylindrischen Werkstück:

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum -Runds chmieden (Hämmern) von Außen-Umfangsrillen an einem zylindrischen Werkstück.

Das Rundschmieden durch Hämmern hat man schon angewendet, um schraubenförmige Innenrillen an Rohren von glatter Außenfläche,, insbesondere Kanonen kleinen Kalibers, herzustellen. Die heutigen Rundschmiedemaschinen, auch Hämmermaschinen genannt, arbeiten im allgemeinen auf folgende .Weise.: Die Maschinen weisen glatte Backen auf, die auf einer sich drehenden Spindel angebracht sind und von einer Steuereinrichtung mit hoher Schlagzahl einander genähert und voneinander entfernt werden; das Rohr wird zwischen die Backen eingeführt und von ihnen auf einen kurzen Dorn gepreßt, welcher erhaben . den Abdruck der ins Werkstück einzupressenden Rillen trägt.

Diese Maschinen sind aus zweierlei Gründen nur beschränkt verwendbar. Erstens eignen sie sich nur zur Herstellung gerader, achsparalleler oder schraubenförmiger, sehr steiler Rillen. Zweitens kann man mit ihnen tene Rillen auf der Außenfläche von Rohren oder Rundstangen erzeugen; dieses Problem

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ist in der Tat vom vorhergehenden völlig verschieden, da die Backen nicht mehr glatt sein können, sondern die Prägung der gewünschten Form erzeugen sollen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zu entwerfen, mit der man auf der Außenfläche eines zylindrischen Werkstückes Querrillen aurch Hämmern erzeugen kann.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Mechanismus, der das zylindrische Werkstück in Drehrichtung freiläßt und in axialer Richtung jeweils um einen dem Abstand der Rillen voneinander oder einem ganzen Vielfachen dieses Abstandes gleichen Betrag verschiebt, und aurch eine Blockiereinrichtung, die den axialen Vorschub des Werkstückes zu den · Hämmerbacken nur während desjenigen Zeitraums freigibt, in dem diese Backen das Werkstück völlig freigeben.

Wie wohl verständlich, erfordert jede Rille mehrere aufeinanderfolgende Schläge der Backen in voneinander verschiedenen, mit genügend langsamer Geschwindigkeit fortschrei· tenden Relativstellungen zwischen den Backen und dem Werkstück, damit die Vorrichtung genau runde Rillen von ausgezeichneter Oberflächengüte liefert.

Auch die erfindungsgemäße Einrichtung hat wesentlich alle Vorteile der Hämmermaschinen: Ausgezeichnete Oberfläche, gar keinen Materialverlust (im Gegensatz zur spanabhebenden Bearbeitung) usw.

Die Erfindung umfaßt auch weitere Einrichtungen, die vorteilhafterweise zusammen mit den oben genannten, aber

or

auch für sich allein verwendet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

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Fig. 1 einen sehr schematischen Längsschnitt durch die Hauptteile der Einrichtung (der untere Teil dieser Figur ist links neben den oberen Teil dieser Figur und mit diesem fluchtend zu legen, wie durch die strichpunktierte Linie angedeutet);

Pig.la den elektrischen Stromkreis der Einrichtung; _M

Fig. 2 und 3 Schnitte entlang den Linien II-II und HI-III der Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt durch ein auf der Maschine der Fig. 1 mit Querrillen versehenes Rohr im Schnitt in Achsebene.

Fig. 1 zeigt die Hauptbestandteile der Einrichtung an einer Hämmermaschine, von der nur die Backen 10 und der Spannkopf 12 gezeigt sind. Dieser Spannkopf läßt sich im Betriebe mittels der Vorschub-Einrichtung in Pfeilrichtung f mit einstellbarer, aber wesentlich konstanter Geschwindigkeit verschieben. Die Backen 10 erzeugen den Abdruck mehrerer aufein- M anderfolgender Rillen auf einem Werkstück 11, das in Flg. 1 durch ein dünnes Rohr dargestellt ist.

Am Spannkopf 12 ist starr ein Bügel 14 befestigt, der mittels einer später zu bescheLbenden Reibungskupplung 15 einen Block trägt, welcher einem zur Achse der Backen 10 koaxialen Tragrohr 16 als Pührungs- und Anschlag-Block dient. Dieser Block besteht in einer zylindrischen Hülse 18, auf deren mit Gewinde versehenes hinteres Ende eine Anschlagmuffe 20 geschraubt ist, die in der gewählten Stellung durch eine Gegenmutter 22 verriegelt ist. Das Tragrohr 16 gleitet im Führungsblock frei zwischen zwei Stellungen, die um ein einstellbares Spiel j voneinander entfernt sind.. Dieses Spiel wählt man

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etwas kleiner als die Länge der herzustellenden Wellen;, und zwar wählt man es durch Probieren so, daß die Summe aus diesem Spiel j und der Verschiebung, welche durchjdie Vorschubeinrichtung in der Zeit zwischen der Vorwärtsbewegung des Werkstückes und der Schließung der Backen aufgezwungen wird, gleich der Wellenlänge der Rillen ist.

Das Spiel j ist dadurch bestimmt, daß ein Flansch 24 des hinteren Endes des Rohres 16 einerseits gegen die hintere Stirnseite der Hülse 18 und andererseits gegen den Grund der Muffe 20 anschlägt. Eine zwischen dem Muffengrund und dem Rohr 16 eingepreßte Feder 26 drückt das Rohr 16 nach vorn, d.h. in die Richtung, in der der Flansch 24 an der Hülse 18 anschlägt.

Das Tragrohr 16 ist durch eine absehaltbare, die Verschiebung blockierende Einrichtung 28 hindurchgeführt. Diese in Fig. 1 und 2 gezeigte Blockiereinrichtung besteht aus zwei Reibbacken 50, die das Rohr zwischen sich einschließen und durch eine Feder 32 an das Rohr angezogen werden. Geöffnet werden diese Backen durch Elektromagneten 34.

Der elektrische Stromkreis des Elektromagneten 34 (Fig. la) enthält zwei mit einer Stromquelle in Reih© geschaltete Unterbrecher 40 und 42, die in Ruhestellung offen sind. Der Unterbrecher 40 wird von den Hämmerbacken 10 bei jedem Hin- und Hergang während des ganzen Zeitraumes, in dem sie das Werkstück 11 freigeben, geschlossen gehalten. Der Unterbrecher 42 wird nur dann geschlossen, wenn die Hülse 18 sich relativ zum Tragrohr 16 um einen Betrag gleich dem Spiel j vorwärts bewegt hat.

In manchen Fällen geht das Einprägen von Rillen in ein Rohr mit einer axialen Werkstoff-Verschiebung nach hinten

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einher; damit die Einrichtung auch in solchen Fällen funktioniert, muß das Werkstück 11 mit dem Tragrohr 16 durch eine Rutschkupplung verbunden sein, welche das Werkstück zurück« rutschen läßt, ohne daß das Tragrohr 16 sich rückwärts bewegt. Aber andererseits muß diese Kupplung erstens das Werkstück 11 im Rohr 16 mit einer genügenden Kraft festhalten, vorzeitige Gleitbewegungen beim Vorschub des Rohres nach öffnung der Reibbacken 30 -au- verhindern, und zweitens muß die Kupp- jt lung Drehung des Rohres 16 und des Werkstückes 11 zulassen, wenn die Hämmerbacken 10 sich schließen. Die dargestellte Kupplung enthält ein Zwischenrohr 35* das mit einem inneren Anschlag 36 versehen ist, an dem eine auf dem Werkstück 11 festgespannte Klammer 37 elastisch anliegt. Im geschlitzten Endteil des Tragsrohres 16 ist ein Reibring 39 befestigt; dieser umspännt das Zwischenrohr 35 mit einer durch einen Spannkegel 41 einstellbaren Kraft. Durch solche Kupplung läßt sich, wenn die Backen geschlossen sind, nach hinten (d.h. entgegen der Richtung des Pfeiles f) eine höhere Kraft übertragen. Damit nicht das Tragrohr 16 von dieser Kraft, in den Reibbacken 30 gleitend, zurückgeschoben wird, ist es vorteilhafterweise mit einer Einwegsperre 38 versehen, welche . % Rückschub des Rohres verhindert, aber Vorschub des Rohres erlaubt; die in Fig. 1 als Beispiel gezeigte Sperre besteht aus einem Kranz von Kugeln.

Wenn das Werkstück rohrförmig und zu dünnwandig ist, dem Druck der Hämraerbacken ohne Durchmesserverminderung zu widerstehen, muß man einen axial unbeweglichen Dorn vorsehen, der verhindert, daß das Rohr, wenn die Backen sich schließen, zerdrückt wird. Bei der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung besteht dieser Dorn 44 aus dem verdickten, zylindrischen, glattwandigen Ende einer drehbaren, axial ortsfesten Stange 46.

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Die zwischen dem Bügel 14 und der Hülse 18 angeordnete Reibkupplung 15 kann in gewissen Fällen durch eine einfache starre Verbindung ersetzt werden. Diese in Fig. 1, und 3 gezeigte Reibkupplung soll die in der Praxis auftretende Schwierigkeit mildern, den Vorschub genau so einzustellen, daß das Spiel j in demjenigen Augenblick erreicht ist, in dem sich die.Backen 10 Öffnen. Diese Reibkupplung 15 erlaubt, absichtlich einen etwas zu großen Vorschub 2,u wählen: Sobald der Unterbrecher 42 geschlossen und bis der Unterbrecher 40 geöffnet ist, rutschen die Beläge 48 der Kupplung auf der Hülse 18; danach bleibt die Hülse und mit ihr das Tragrohr 16 stehen, während der Spannkopf 12 und der Bügel weiter vorwärts geschoben werden.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ergibt sich aus der oben stehenden Beschreibung und wird deshalb im folgenden nur kurz erläutert.

Das Werkstück wird in die Arbeitsstellung* d.h. sein vorderes Ende wird vor die Backen 10 gebracht; dann wird die Maschine in Gang gesetzt. Die Backen öffnen und schließen sich zunächst im Leerlauf, während der Spannkopf 12 vorgeschoben wird und dabei die Feder 26 zusammendrückt. Der Unterbrecher 42 schließt sich, und danach schließt sich in dem Augenblick,, da die Spannbacken das Werkstück freigeben* auch der Unterbrecher 40. Der Elektromagnet J4 hebt die Blockiereinrichtung 28 ab, und die Feder 26 schiebt das Rohr Ιό und das Werkstück 11 um eine Strecke vor, die gleich der Summe aus dem Spiel j und dem vom Spannkopf während der Freigabezeit zurückgelegten Vorschub ist. Da der Vorschub des Rohres den unterbrecher 42 öffnet, muß man eine geeignete Verzögerungseinrichtung, z.B. einen einfachen Kondensator, vorsehen, damit die Zelt, wäh« , rend der das Werkstück 11 frei ist, genügend lang wirdj auch

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andere Lösungen sind natürlich möglich, z.B. ein oszillieren« der Stromkreis, der die Öffnung des Unterbrechers 42 verzögert, bis das Tragrohr Ib und das Werkstück 11 ihre anfänglichen Stellungen wieder eingenommen haben.

Wenn dann das vordere Ende des Werkstückes sich zwischen den Backen befindet, erhält es eine bestimmte Anzahl von Schlägen entsprechend der Zeitdauer, bis das Spiel j ver- Jj braucht ist; und dann erfolgt ein neuer Vorschub.

Unter den Verfahren zur Herstellung gerillter, für diese Einrichtung bestimmter Backen kann man sich das folgende, für viele Fälle vorteilhaft erscheinende merken: Zunächst wird ein massives Modell eines Stückes des herzustellenden Rohres angefertigt, und zwar mindestens gleich lang wie die Backen. Der Außendurchmesser dieses Modells ist gleich groß wie oder etwas größer als derjenige Rohrdurchmesser, der beim letzten der vorgesehenen Hämmerungs-Arbeitsgänge entsteht. Dieses Modell besteht aus Werkstoff großer Härte und Schlagfestigkeit (im allgemeinen aus hochfestem Stahl). Dann werden Rohlinge für die Backen aus passendem Werkstoff (Stahl hoher Jj Güte) angefertigt, und zwar mit glatten Zylinderflächen, und einem metallurgischen Enthärtungsverfahren unterworfen, so daß ihre Elastizitätsgrenze niedrig wird. Dann werden die Backen in die Maschine eingebaut, das Modell zwischen ihnen axial unverrückbar angebracht und eine solche Anzahl Schläge ausgeführt, daß die Backenrohlinge sich auf dem Modell abprägen und genau die gewünschte Form annehmen. Es genügt dann, die Backen einer neuen Metallurgischen Behandlung, einer Härtung, zu unterwerfen; diese Behandlung wird so gewählt, daß sie keine Verformung hervorruft.

Als Beispiel für die Verwendung der Erfindung kann die Herstellung von Hülsen (Fig. 4), die mit Pastillen aus kera-

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mischem Kern-Brennstoff gefüllt werden sollen, und zwar. Hülsen aus Zirkonium-Legierung nennen. Diese Hülsen, mehrere Dezimeter lang, sollen innen glatt sein und außen eine Mantel· fläche mit Rillen von etwa 0,25 mm Tiefe und 2 mm Wellenlängenprofil aufweisen. Da die Wanddicke der Hülsen an den verdünnten Stellen weniger als 1 mm beträgt, würde die Herstellung solcher Hülsen durch spanabhebende Bearbeitung von Rohren schwierig sein, und sie würde entsprechend dem vorzusehenden Dickenzuschlag auch beträchtlichen Werkstoffabfall verursachen. Die Herstellung durch Hämmern bietet dagegen zahlreiche Vorteile, nämlich vollkommen zylindrische Fläche innen, ausgezeichnete Oberfläche innen und außen, gar keinen Werkstoffverlust.

Die Erfindung ist offensichtlich nicht auf die als Beispiel beschriebene Ausführungsform beschränkt. Selbstverständlich erstreckt sich der Umfang der Erfindung auf alle diejenigen Abwandlungen ihres Ganzen oder ihrer Teile, die im Rahmen der Äquivalente bleiben.

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Claims (6)

1. - 9 Patentansprüche

   .1. Einrichtung zum Einhämmern von in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen einander gleichen Abstandes in ein zylindrisches Werkstück für eine Maschine, deren Backen mehrere aufeinanderfolgende Rillen eindrücken und von einem Getriebe mit hoher Schlagzahl radial hin- und herbewegt werden, ge- Ä kennzeichnet durch einen Mechanismus, der das zylindrische Werkstück (11) in Drehrichtung freiläßt und in axialer Richtung jeweils um einen dem Abstand der Rillen voneinander oder einem ganzen Vielfachen dieses Abstandes gleichen Betrag verschiebt, und durch eine Blockiereinrichtung (28), die den axialen Vorschub des Werkstückes zu den Hämmerbacken (1O) nur während desjenigen Zeitraums freigibt, in dem diese Backen das Werkstück völlig freigeben.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, deren die Backen radial mit hoher Schlagzahl hin- und herbewegender Mechanismus die Stellung der Backen zum Werkstück in der Drehrichtung verändert, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubmechanismus Mittel M zum stetigen Vorschub in Richtung zu den Backen aufweist und eine Einrichtung enthält, welche den Vorschubmechanismus mit einer das Werkstück tragenden Einrichtung verbindet und den stetigen Vorschub in einen schrittweisen Vorschub umwandelt und folgende Teile enthält: Eine Hülse (18), die mit der Vorschubeinrichtung verbunden ist, eine elastische Kupplung mit einem einstellbaren Spiel, das etwas kleiner als der Rillenabstand ist, eine Blockiereinrichtung (28), die den Vorschub der das. Werkstück tragenden Einrichtung sperrt, Mittel (40, 42), welch· diese Sperre aufheben, wenn das Spiel durchlaufen ist und gleichzeitig die Backen geöffnet sind, und eine Kupplung (35,56,57), welche das Werkstück (11) und die es tragende

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   - ίο -

   Einrichtung (1.6) beim Vorschub miteinander verbindet und einer Kleineren Kraft als der von der Blockiereinrichtung ausgeübten nachgeben kann.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung (28) folgende Teile enthälts Erstens

   ™ Reibbacken (30), die an der Vorschubeinrichtung axial fest sind, zweitens eine Feder (32), welche die Reibbacken an die das Werkstück tragende Einrichtung (lö) anpreßt, und drittens Elektromagneten (3²O* die, wenn erregt, die Reibbacken entgegen der Kraft der Feder auseinanderspreizen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis des Elektromagneten einen ersten Unterbrecher (42), der sie schließt, wenn das Axialspiel (j) durchlaufen Ist, und einen zweiten Unterbrecher (4o) enthält, aer während jedes Zeitraums geschlossen ist, in dem die Hämmerbacken (10) das Werkstück freigeben.
5. W 5· Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zwischen dem Werkstück (11) und aer das Werkstück tragenden Einrichtung (16) ein am Werkstück festes Zwischenrohr (35) aufweist, das von einem von der Werkstück-Trageinriehtung getragenen Reibring (39) umschlossen ist und in diesem Reibring gleiten kann, wenn es einer bestimmten Schubkraft ausgesetzt ist, die kleiner als die von der Blokkiereinrichtung (28) ausgeübte, die Werkstüek-tfrageinrichtung (16) axial festhaltende Kraft ist.
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 2, 3, 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (20) mit der Einrichtung für konstanten Vorschub durch eine Reibkupplung (48) verbunden

   » 1st, die axial gleiten kann, und daß die konstante Vorschub-

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   - li -

   geschwindigkeit so gewählt ist, daß der zwischen je zwei Öffnungen der Hämmerbacken durchlaufende Vorschub gleich dem Spiel (j) ist.

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