DE1946178B2 - Verfahren zur Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen Werkstücken - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen WerkstückenInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen Werkstücken an
Rundknetmaschinen oder Umlaufpressen, bei welchem ein rohrförmiger Rohling über einen Dorn mit einem
kontinuierlich auf die volle Höhe ansteigenden Profil intermittierend geknetet und bewegt wird, wobei an
den Umfang des Rohlings intermittierend Kräfte angelegt werden und der Außendurchmesser des Rohlings
vermindert wird.
Innenprofile in rohrförmigen Werkstücken können entweder durch eine spanabhebende Bearbeitung oder
durch eine spanlose Bearbeitung hergestellt werden. Eine spanabhebende Bearbeitung ist jedoch zeitraubend
und teuer, weshalb bei einer Herstellung in großen Stückzahlen eine spanlose Bearbeitung bevorzugt
wird. Die spanlose Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen Werkstücken erfolgt entweder durch
Ziehverfahren oder durch Rundknetverfahren.
Bei Ziehverfahren wird ein Dorn mit einem entsprechenden Außenprofil durch einen rohrförmigen Rohling
hindurchgezogen, wobei die Außenprofilierung des Domes in den rohrförmigen Rohling eingearbeitet
wird. Derartige Verfahren zum Innenziehen wurden beispielsweise früher häufig zur Herstellung von Zügen
in Schußwaffenläufen verwendet. Wenn auch das Ziehverfahren zur Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen
Werkstücken wesentlich rascher durchführbar ist als früher übliche spanabhebende Verfahren, so
sind dem Ziehverfahren hinsichtlich der raschen Durchführbarkeit doch Grenzen gesetzt.
Man ist daher in vielen Fällen zum Rundknetverfahren übergegangen, bei welchem ein rohrförmiger Rohling
auf einen mit einem Außenprofil versehenen Dorn aufgehämmert wird, wobei entsprechend der fortschreitenden
Bearbeitung entweder der Dorn durch den rohrförmigen Rohling hindurchgezogen oder der
rohrförmige Rohling über den Dorn hinweggezogen wird. Während beispielsweise zur Einbringung der
Züge in Schußwaffenläufe mit Hilfe des Ziehverfahrens für einen Lauf etwa 45 Minuten erforderlich waren,
konnte die Herstellung der Innenprofilierung in einem Schußwaffenlauf mit Hilfe des Rundknetverfahrens in
etwa 2 Minuten erfolgen. Das Rundknetverfahren hat neben der überaus großen Zeitersparnis gegenüber
dem Ziehverfahren noch den großen Vorteil, daß die gesamte Innenoberfläche des Werkstücks intensiver
verfestigt und das Werkstoffgefüge verdichtet wird, was praktisch zum Schließen der Poren des Werkstoffs
führt Die mechanischen Eigenschaften eines nach dem Rundknetverfahren hergestellten Werkstücks mit Innenprofilierung
sind daher besonders gut und den mechanischen Eigenschaften eines mit Hilfe des Ziehverfahrens
hergestellten Werkstücks bei weitem überlegen.
Bei einem bekannten Rundknetverfahren (DT-PA B 14 436 lb/49i) von Innenprofilen in einem rohrförmigen
Rohling wird ein Dorn verwendet, der am Einführende in den rohrförmigen Rohling einen glatten Mantel aufweist,
dessen Außendurchmesser dem Flankendurchmesser des später herzustellenden Gewindes entspricht.
Daß sich an die glatte Mantelfläche anschließende Außengewinde des Dorns nimmt allmählich auf
die volle, endgültige Gewindehöhe zu, wobei der Außendurchniesser des Gewindes unier Einhaltung der
gleichen Steigung kontinuierlich zunimmt und der Kerndurchmesser des Gewindes kontinuierlich abnimmt.
Bei diesem bekannten Verfahren ha' der rohr förmige Rohling einen Innendurchmesser, welcher dem
AußendurchTiesser der glatten, zylindrischen Mantel
fläche des Dorns, das heißt dem Flankendurchmesser des herzustellenden Innengewindes bzw. Innenprofils
entspricht.
Wenn bei diesem bekannten Verfahren der rohrförmige Rohling über den Dorn gezogen und auf den
Dorn aufgeknetet wird, indem an den Außenumfang des Rohlings intermittierend Kräfte angelegt werden,
wird ein Teil des Werkstoffs des Rohlings durch die über den Flankendurchmesser des Dorns vorstehenden
Profilierungen radial nach außen verdrängt, während der andere Teil des Werkstoffs des Rohlings radial
nach innen in die stetig zunehmenden Verliefungen des Gewindes hineingedrückt wird, dessen Kerndurchmesser
mit zunehmenden Abstand vom Einführende des Dorns immer kleiner wird. Bei diesen bekannten Verfahren
wird also ein Teil des Werkstoffs an der Innenfläche des Rohlings radial nach außen und der andere
Teil des Werkstoffs des Rohlings radial nach innen in die Vertiefungen der Profilierung des Dorns verdrängt.
Der Werkstoff, der radial nach innen in die Vertiefungen der Profilier!!.·,· des Dorns hineingedrückt wird, erfährt
eine stärkt Verdichtung und Verfestigung. Je tiefer die Verticfu. "r H;r Profilierung werden, in welche
der Werkstoff ra<i.*!. nach innen gedrückt wird, desto
größer wird die '■ !-dichtung und Verfestigung des radial
nach innen verdrängten Werkstoffs. Da jedoch mit zunehmender Verdichtung und Verfestigung des Werkstoffs
auch die Fließspannung des Werkstoffs, d. h. dessen Widerstand gegen eine Verformung zunimmt, wird
es mit zunehmender Tiefe der Profilierungen immer schwieriger, den Werkstoff zu verformen und radial
nach innen zu verdrängen und auf den Grund der Profilierungen zu drücken.
Bei diesem bekannten Rundknetverfahren sind daher übermäßig große Kräfte erforderlich, um den Werkstoff
des Rohlings radial nach innen auf den Grund der Profilierung des Domes zu drücken. Mit diesem bekannten
Verfahren ist es jedoch auf keinen Fall möglich. Profilierungen mit einer großen Profiltiefe herzustellen,
da es selbst bei Anlegen überaus großer Kräfte an den Außenumfang des Rohlings nicht möglich ist,
den radial nach innen verdrängten und verdichteten
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Werkstoff auf den Grund tiefer Profilierungen zu drükken.
Die hierfür erforderlichen Kräfte müßten einen Wert erreichen, bei welchem nicht nur das Werkstück,
fondern auch der Dorn verfcrmt wird. Das bekannte flundknetverfahren eignet sich daher nur zur Herstellung
von Innenprofilen, die eine verhältnismäßig geringe Profiltiefe haben und verhältnismäßig breit sind. Die
Herstellung von sehr tiefen und schmalen Innenprofilen jst jedoch mit diesem bekannten Rundknetverfahren
ficht möglich.
Es war daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Innenprofilen
in rohrförmigen Werkstücken an Rundknetma-Schinen oder Umlaufpressen zu schaffen, mit welchem
tuch sehr tiefe und/oder schmale Innenprofile mit gro-0er
Genauigkeit und vermindertem Kraftaufwand hergestellt
werden Können.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, 4aß von einem Rohling ausgegangen wird, dessen Innenabmessung
der kleinsten Innenabmessung des herzustellenden Innenprofils entspricht, so daß der Werkstoff
an der Innenseite des Rohlings ausschließlich radial nach außen verdrängt wird.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Werkstoff an der Innenfläche des Rohlings im wesentlichen
radial nach außen verdrängt wird, wird eine übermäßige Verdichtung und Verfestigung und damit eine
übermäßig hohe Fließspannung des Werkstoffs, insbesondere am Kopf der Profilstege vermieden, so daß es
auch mit vermindertem Kraftaufwand möglich ist. schmale und tiefe Innenprofile in rohrförmigen Rohlingen
herzustellen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren befindet sich der Werkstoff des Rohlings bereits
vor Beginn des Verformungsvorgangs auf dem Grund des Profils und bleibt auch während des weiteren Ver- 3«
formungsvorgangs bei zunehmender Profiltiefe stets mit dem Profilgrund in inniger Berührung, so daß der
Werkstoff des Rohlings zu keinem Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens radial nach innen verdrängt zu
werden braucht. Beim Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht der Außendurchmesser des
Dorns am Einführende in den rohrförmigen Rohling dem iichten Innendurchmesser des fertigen, mit der Innenprofilierung
versehenen Werkstücks. Bei den bisher bekannten Rundknetverfahren dagegen ist der Außendurchmesser
des Dorns am Einführende in den rohrförmigen Rohling stets größer als der lichte Durchmesser
des fertigen, mit der Innenprofilierung versehenen Werkstücks, da bei den bekannten Rundknetverfahren
ein Teil des Materials des Rohlings stets radial nach so
innen verdrängt wird. Aufgrund d^s erfindungsgemäßen
Rundknetverfahrens ist es möglich geworden, Rundknetverfahren auch auf die Bereiche der Metallverformung
anzuwenden, in denen bisher Rundknetverfahren nicht angewandt werden konnten.
Mit dem erfindungsgemäßen Rundknetverfahren ist es beispielsweise möglich geworden, Zahnräder mit innerer
Schraubenverzahnung oder rohrförmige Werkstücke mit tiefen und schmalen Keilnuten am Innenumfang
herzustellen, die bisher nur mit einer spanabhebenden Bearbeitung hergestellt werden konnten.
Es ist zwar bei Ziehverfahren zur Herstellung von Innenprofilen (vgl. FR-PS 1028 353) bekannt, von
einem Rohling auszugehen, dessen Innenabmessungen den kleinsten Innenabmessungen des herzustellenden
Innenprofils entsprechen, so daß der Werkstoff an der Innenseite des Rohlings radial nach außen verdrängt
wird, während die Außenabmessungen des Rohlings unverändert bleiben. Ziehverfahren und Rundknetverfahren
zur Herstellung von Innenprofilen sind jedoch zwei grundlegend verschiedene Verfahren, bei deren
Durchführung unterschiedliche Probleme auftreten und zu lösen sind und die darüber hinaus zu völlig unterschiedlichen
Ergebnissen führen. Während beispielsweise die Einbringung von Zügen in Schußwaffenläufe
auf Rundknetmaschinen in etwa zwei Minuten erfolgt, sind im Ziehverfahren hierfür etwa 45 Minuten erforderlich.
Darüber hinaus haben die mit dem Rundknetverfahren
hergestellten Innenprofile infolge der Oberflächenverfestigung und der Gefügeverdichtung eint
Oberflächenqualität mit einer hohen mechanischen Belastbarkeit, die bei Innenprofilen niemals erreicht wird,
die nach dem Ziehverfahren hergestellt werden.
Ogleich Ziehverfahren und Rundknetverfahren seit
vielen Jahrzehnten nebeneinander zur Herstellung von Innenprofiien verwendet wurden, war die Fachwelt bisher
offensichtlich immer der Auffassung, daß die beim Ziehverfahren angewendeten Prinzipien nicht auf
Rundknetverfahren übert-agen werden können, da die Fachweit, wie dem gesamten Schrifttum zu entnehmen
ist, die einhellige Auffassung vertrat, daß Rundknetverfahren nur dann zu einem befriedigenden Ergebnis führen
können, wenn dafür gesorgt wird, daß das zu verformende Material nach innen in die Vertiefungen des
Profils eines Dorns fließen kann. Das bisher allgemein übliche Prinzip des Rundknetverfahrens bestand also
darin, daß zumindest ein Teil des Materials des Rohlings in die Vertiefungen des Dorns hineingedrückt und
hineingehämmert wird. Auch die Kenntnis des vorstehend beschriebenen Ziehverfahrens hat den Fachmann
des Rundknetverfahrens nicht davon abbringen können, bisher am vorstehend beschriebenen, üblichen
Prinzip des Rundknetverfahrens festzuhalten.
Im nachstehenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an HanJ von Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einem in der Vorrichtung angeordneten Rohling,
F i g. 2 aneinandergereihte Querschnittsegmente des Rohlings und des Dorns, wobei die Querschnittsegmente
den Schnittlinien ßbis Min F i g. 1 entsprechen, und
F i g. 3 eine Gegenüberstellung von Teilquerschnitten durch die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung längs
den Schnittlinien ßund H.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens für die Bearbeitung eines Rohlings W gezeigt Die Vorrichtung 20 weist zwei Paare von gegenüberliegenden,
hin- und herbewegbaren Knetbakken 22, 24 bzw. 26, 28 auf, die intermittierend radial
nach innen gegen die Außenfläche des Rohlings W gedruckt werden, um den Werkstoff des Rohlings zum
Fließen zu bringen. Die Knetbacken werden durch Exzenter- oder Nockeneinrichtungen oder durch Mechanismen
betätigt, die beispielsweise bei Rundknetmaschinen allgemein bekannt sind.
Der Rohling Wwird zwischen den intermittierenden
Arbeitshüben der Knetbacken 22, 24, 26, 28 mit Hilfe einer herkömmlichen, nicht dargestellten Vorschubeinrichtung
axial vorgeschoben. Die Vorschubeinrichtung kann sich drehen oder die Drehung eines in den Rohling
W eintauchenden Dorns 30 und des Rohlings W gegen die Knetbacken 22, 24 und 26, 28 gestatten, um
jeweils einen anderen Umfangsbereich des Rohlings W der Einwirkung der Knetbacken 22, 24 und 26, 28 aus-
zusetzen. Auf diese Weise wird der gesamte Umfang des Rohlings W bearbeitet, bevor der Rohling W zwischen
den Knetbacken 22, 24 und 26, 28 wieder ein Stück vorgeschoben wird. Bei manchen Verformungsvorgängen können an Stelle des Dorns 30 und des Roh-
lings IV die Knetbacken 22, 24 und 26, 28 gedreht werden.
Der Dorn 30 ist mittels einer Dornstange 32 abgestützt und festgelegt, die feststehend oder drehbar sein
kann. Die Stange 32 hält den Dorn 30 zwischen den Knetbacken 22, 24 und 26, 28 an einer Stelle, an welcher
der Dorn 30 mit den Knetbacken zur radialen Verformung des Rohlings W zusammenarbeitet. Der
Dorn 30 verjüngt sich von seinem hinteren, der Bewegungsrichtung des Rohlings abgekehrten Ende zu seinem
vorderen Ende, das an der Dornstange 32 befestigt ist.
Das Profil der Verjüngung des Dorns 30 sowie die Eintrittswinkel und Profile der gegenüberliegenden
Knetbacken längs des Verformungsdrucks sind so aufeinander abgestimmt, daß ein plastisches Fließen des
Materials des Rohlings VV hervorgerufen und eine begrenzte, elastische Rückfederung des verformten Rohlings
nach jeder Hin- und Herbewegung der Knetbakken 22, 24 und 26, 28 ermöglicht wird. Die besonderen
Winkel und Profile der Knetbacken und des Dorns ändern sich in Abhängigkeit vom Werkstoff des Rohlings,
den Querschnittsabmessungen des Rohlings und der gewünschten Verformung des Rohlings. Die elastische
Rückfederung des Rohlingswerkstoffs nach jeder Hin- und Herbewegung der Knetbacken ist derart, daß die
Innenabmessung des Rohlings nach der Rückfederung etwas größer als der entsprechende Querschnitt des
Dorns ist, auf welchem der Rohling gerade geformt worden ist. Dies ermöglicht den intermittierenden Vorschub
des Rohlings längs des Dorns vor der nächsten Hin- und Herbewegung der Knetbacken.
Wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist, kann der Dorn 30 mit geraden, schraubenlinienförmigen Zähnen
34 oder mit anderen Profilen versehen sein, die sich in Längsrichtung des Dorns vom Hinterende zum Vorderende
verjüngen, wobei das gewählte Profil des Dorns vom gewünschten Innenprofil des Rohlings abhängt.
Wenn der Rohling über den Dorn vorgeschoben wird, wird das Material des Rohlings auf Grund der
Erweiterung des Dorns in Vorschubrichtung des Rohlings allmählich durch die Zähne 34 bearbeitet, so daß
der Werkstoff des Rohlings radial nach außen fließt und die Innenfläche des Rohlings so gestaltet wird, daß
sie ein Profil erhält, welches dem Profil des Dorns entspricht. Auf diese Weise befindet sich bereits bei Beginn
des Verformungsvorganges der Werkstoff am Grund der Profilräume zwischen den benachbarten
Zähnen, so daß er nicht mehr in die Vertiefungen des Profils hineingedrückt werden muß. Hierdurch kann die
aufzuwendende Kraft für die Verformung des Rohlings beträchtlich herabgesetzt werden.
F i g. 1 zeigt einen rohrförmigen Rohling VV, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch
hergestellt wird, daß der Werkstoff an der Innenfläche des Rohlings hauptsächlich radial nach außen verdrängt
wird. Die jeweils einander gegenüberliegenden Knetbacken 22, 24 und 26, 28 werden gegen den Rohling
W in radialer Richtung hin- und herbewegt. Die Knetbacken üben auf den Außenumfang des Rohlings
IV intermittierend Druckkräfte aus, welche die Fließgrenze des Materials überschreiten und ein plastisches
Fließen des Materials hervorrufen. Wenn der Druck auf den Außenumfang des Rohlings W aufgehoben
wird, folgt nach dem plastischen Fließen eine begrenzte, elastische Rückfederung. Der von der Stange 32 abgestützte
Dorn 30 ist zwischen den Knetbacken 22, 24 und 26, 28 angeordnet. Wie aus F i g. 1 klar hervorgeht,
ist der Außendurchmesser des Dorns 30 an seinem Vorderende kleiner als der Innendurchmesser des Rohlings
W, während der Außendurchmesser des Dorns 30 an seinem Hinterende größer als der Innendurchmesser
des Rohlings Wist.
Wie oben erwähnt, wird der rohrförmige Rohling W
durch eine herkömmliche, nicht dargestellte Vorschubeinrichtung an der Stelle A mit den Knetbacken 22, 24
und 26, 28 in Eingriff gebracht. An dieser Stelle beginnen die Knetbacken die Außenabmessungen des Rohlings
IV zu verringern, wodurch eine proportionale Verringerung des Innendurchmessers hervorgerufen
wird.
Wenn der Rohling W zwischen den Arbeitshüben der Knetbacken vorgeschoben und der gesamte Umfang
des Rohlings bei jedem Arbeitszyklus über eine begrenzte Strecke bearbeitet wird, verringern sich die
Außen- und Innenabmessungen des Rohlings schrittweise, bis die Innenabmessung des Rohlings so weit
verringert ist, daß die Innenfläche des Rohlings an der Stelle B mit dem Dorn in Eingriff gelangt. An dieser
Stelle hat der Dorn 30 wesentlich kleinere Querschniusabmessungen oder Profile als an seinem hinteren
Ende Wenn der Dorn 30 an der Innenfläche des Rohlings IV Innenzähne ausbildet, beginnen die Zähne
34 des Dorns 30 an der Stelle B und nehmen gegen das Hinterende des Dorns 30 in ihrer radialen Höhe allmählich
immer mehr zu. Dies wird besonders durch die aneinandergereihten Querschnittsegmente in F i g. 2
deutlich, welche den Schnitten an den Schnittlinien B bis H in F i g. 1 entsprechen. Dies führt zu einer Verdrängung
des an der Innenfläche des Rohlings befindlichen Materials radial nech außen und zu einer allmählichen
radialen Vergrößerung der Innenabmessungen des Rohlings um eine Strecke di, bis der Rohling IVmit
dem Profil des Dorns 30 übereinstimmt, während die Außenabmessungen des Rohlings allmählich um eine
Strecke d2 verringert werden.
Die Knetbacken 22, 24 und 26, 28 üben in örtlichen Bereichen rund um den Umfang des Rohlings Drücke
aus, welche die Fließgrenze des Rohlings VV übersteigen, so daß das Material des Rohlings zum Fließen gebracht
und der Rohling VVso verformt wird, daß er ein dem Profil des Dorns 30 entsprechendes Profil erhält.
Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß der Druck nur an vier Stellen rund um den Umfang des Rohlings W angelegt
wird. Durch die relative Drehung des Rohlings W gegen die Knetbacken 22 bis 28 ist jedoch gewährleistet,
daß der gesamte Umfang des Rohlings bearbeitet wird.
In F i g. 3 ist das Ausmaß der elastischen Rückfederung aus Gründen der Veranschaulichung übertrieben
dargestellt. Die elastische Rückfederung des verformten Rohlings erfolgt nach jedem Verformungsvorgang,
wenn der Druck auf den Rohling VV aufgehoben ist. Die elastische Rückfederung des verformten Rohlings ist
derart, daß die Innenabmessung des Rohlings nach der elastischen Rückfederung etwas größer als die entsprechende
Außenabmessung des Doms ist bei welcher der Rohling geformt worden ist Das sehr kleine Spiel, das
zwischen dem Dorn und dem Rohling bei der elastischen Rückfederung erzeugt wird, macht es nunmehr
möglich, den Rohling um eine kleine Strecke über das Profil des Dorns weiter vorzubewegen.
Die Herstellung des Innenprofils im Werkstück setzt sich in der oben beschriebenen Weise fort, bis das
Werkstück an der Schnittlinie G außen und innen das gewünschte Querschnittsprofil erreicht hat. Gewöhnlich
wird es bevorzugt, die sich erweiternden Dorne derart zu gestalten, daß die maximalen Abmessungen
des Dornprofils an der Schnittlinie H in einem kurzen Abstand hinter der Schnittlinie C erreicht werden. Diese
geringfügige Vergrößerung des Außendurchmessers des Doms 30 zwischen den Schnittlinien G und H be- ίο
wirkt eine Verringerung des Spiels zwischen dem Rohling Wund dem Dorn 30, wobei eine ständige, begrenzte
elastische Rückfederung nach dem Fließen des Materials an der Schnittlinie H vorhanden ist, da keine
weitere Verringerung der Außenabmessung durch Materialverdrängung stattfindet, was für eine genaue
Führung des Rohlings notwendig ist. Die genaue Führung eines Werkstücks ist insbesondere bei der Herstellung
von schraubenlinienförmigen Innenprofilen erforderlich.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Innenprofilen in rohrförmigen Werkstücken an Rundknetmaschinen oder Umlaufpressen, bei welchem ein rohrförmiger Rohling über einen Profildorn mit einem kontinuierlich auf die volle Höhe ansteigenden Profil intermittierend geknetet und bewegt wird, wobei an den Umfang des Rohlings intermittierend Kräfte angelegt werden, durch welche der Außendurchmesser des Rohlings unter Vergrößern seiner Länge vermindert wird und der Werkstoff an der Innenseite des Rohlings zum Erzielen des gewünschten Innenprofils hauptsächlich radial verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Rohling ausgegangen wird, dessen Innenabmessung der kleinsten Innenabmessung des herzustellenden Innenprofils entspricht, so daß der Werkstoff an der Innenseite des Rohlings ausschließlich radial nach außen verdrängt wird.
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