DE19525868A1

DE19525868A1 - Process for producing ring-shaped workpieces made of metal with a profiled cross section and rolling mill for carrying them out

Info

Publication number: DE19525868A1
Application number: DE19525868A
Authority: DE
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-07-15
Publication date: 1996-12-05
Also published as: DE59601090D1

Abstract

The invention concerns a process for manufacturing annular work pieces from metal with a profiled cross-section, preferably with external helical gearing, and a rolling facility for carrying out the method. It is proposed that a) forming should be done with two rotating tools; b) the latter should be configured preferably at the same angle to the work piece; c) at least one tool should be fed perpendicularly to the work piece; and d) the die in a mount which is fixed at least axially should rotate about an axis of rotation extending in the tool feed direction. The rolling facility consists of a) two tools (1, 2, 21, 22) which are inclined relative to the work piece (10) preferably at the same angle, at least one tool (1, 2, 21) being capable of displacement in the tool feed direction (12, 20); b) a die (5) with inner gearing which with a closure device forms a closed chamber for the work piece, the die depth matching the width of the teeth; and c) a mount which is fixed at least axially and in which the die (5) is mounted so as to be capable of rotating about an axis extending in the tool feed direction (12, 20).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1 and an apparatus for performing this method.

Aus der DE 37 18 884 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem die Werkstücke ausschließlich durch Pressen umgeformt werden. Hierbei ergeben sich durch die sehr große Berührungsfläche sehr hohe Matrizenbelastungen, die sich negativ auf die Standzeit auswirken (elastische Verformung, Auffederung, Rißbildung). Entsprechend sind hierbei aufwendige Matrizenvorspannungen notwendig. Außerdem können bei diesen Pressen die erforderlichen Arbeitsvorgänge wie Beladen, Ausstoßen, Ausschwenken, Reinigen, Schmieren und Kühlen in der Regel nur nacheinander ausgeführt werden. Das führt zu einer naturgemäß sehr hohen Taktzeit.From DE 37 18 884 A1 a generic method is known in which the workpieces are formed exclusively by pressing. Here result from the very large contact area very high Matrix loads that have a negative impact on tool life (elastic Deformation, springing, cracking). Accordingly, these are complex Matrix prestressing necessary. In addition, with these presses required operations such as loading, ejecting, swiveling, Cleaning, lubrication and cooling are usually only carried out one after the other will. This naturally leads to a very high cycle time.

Aus der DE-OS 26 11 568 ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen von ringförmigen Werkstücken mit stark profiliertem Querschnitt und ein Walzwerk zu dessen Durchführung bekannt, wobei zwei gegeneinander zustellbare und im Winkel gegeneinander geneigte Walzen, von denen zumindest eine angetrieben ist, das Negativ des zu walzenden Profiles aufweisen. Bei diesem sogenannten axialen Gesenkwalzen (AGW) ist allerdings nicht die Herstellung einer Außen- bzw. Stirnverzahnung vorgesehen und es fehlt naturgemäß eine Matrize mit Zahnprofil.From DE-OS 26 11 568 is a method for manufacturing ring-shaped workpieces with a strongly profiled cross-section and a rolling mill known for its implementation, two mutually deliverable and rollers inclined at an angle to one another, at least one of which is driven, have the negative of the profile to be rolled. With this So-called axial die rolls (AGW) is not the manufacture an external or spur toothing is provided and naturally one is missing Matrix with tooth profile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen, bei dem die beim Pressen auftretenden hohen Belastungen vermieden werden und die Taktzeiten verringert werden können. The invention has for its object a generic method and propose a device for performing this method, in which the high loads occurring during pressing are avoided and the Cycle times can be reduced.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 9 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 8 enthalten ergänzende Verfahrensvorschläge. In den Unteransprüchen 10 bis 15 sind zusätzliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.The solution to this problem is in the characterizing part of claims 1 and 9 specified. Subclaims 2 to 8 contain supplementary claims Procedural proposals. In the subclaims 10 to 15 are additional Described embodiments of the device according to the invention.

Die erfindungsgemäße Anwendung des AGW-Verfahrens mit gegeneinander schräggestellten Werkzeugen zur Herstellung von ringförmigen Werkstücken mit Außen- bzw. Stirnverzahnung ermöglicht es, daß beim Walzen jeweils nur ein Teil der Ringfläche des Werkstückes beaufschlagt wird, so daß erheblich geringere Anpreßkräfte aufzubringen sind. Die Verzahnung wird ausschließlich dadurch erzeugt, daß der Werkstoff radial in die verzahnte eigenständig gelagert, ebenfalls rotierende Matrize fließt. Das Walzprofil der beiden rotierenden Werkstücke wird zur Herstellung dieser Verzahnung nicht benötigt. Die Matrize ist unabhängig von den beiden rotierenden Werkzeugen zu handhaben. Sie kann erfindungsgemäß außerhalb der Walzstation mit dem Rohling des Werkstückes verbunden werden und dann zwischen die beiden auseinandergefahrenen Werkzeuge transportiert werden und nach Beendigung des Walzvorganges und dem Zurückfahren der Werkzeuge gemeinsam mit dem fertigen Werkstück aus dem Arbeitsbereich der Walzen wieder entfernt werden. Es hat sich erfindungsgemäß als besonders günstig erwiesen, die Matrize in einer axial ortsfesten Lagereinheit drehbar zu lagern und die Lagereinheit auf dem Schwenkarm eines drehbaren Trägers anzuordnen, so daß die Matrize durch eine einfache Schwenkbewegung in die Walzstation hinein und aus ihr wieder heraus bewegt werden kann. Zweckmäßig ist es dabei, drei radial angeordnete Schwenkarme gleichmäßig am Umfang verteilt am Träger anzuordnen, so daß an drei verschiedenen Stationen gleichzeitig die Vorgänge Walzen, Beladen und Entladen des Werkstücks sowie zusätzlich die Wartungsvorgänge, Reinigen, Schmieren und Kühlen stattfinden können. Durch diese Entkopplung der Vorgänge kann die Taktzeit erheblich verringert werden, da insbesondere das Be- und Entladen nicht mehr in der eigentlichen Umformstation stattfindet. Die eigentliche Walzstation besitzt damit einen erheblich einfacheren Aufbau, dadurch daß unter anderem auf die Vorrichtung zum Ausstoßen des fertigen Werkstückes direkt an der Walzstation verzichtet werden kann. Außerdem wird durch die jeweils nur partielle Umformung des Werkstückringes sehr viel weniger Kraft benötigt, um den Werkstoff in radialer Richtung in die Matrize zu drücken.The inventive application of the AGW method with each other inclined tools for the production of ring-shaped workpieces With external or spur toothing, it allows that only when rolling part of the ring surface of the workpiece is applied, so that considerable lower contact forces are to be applied. The gearing is exclusive generated by the material radially in the toothed independently stored, also rotating die flows. The rolled profile of the two rotating workpieces are not required to produce this toothing. The die is independent of the two rotating tools handle. You can according to the invention outside of the rolling station with the Blank of the workpiece to be connected and then between the two disassembled tools are transported and after completion the rolling process and the retraction of the tools together with the finished workpiece is removed from the working area of the rollers will. It has proven to be particularly advantageous according to the invention To store the die rotatably in an axially stationary bearing unit To arrange storage unit on the swivel arm of a rotatable carrier, so that the die by a simple swivel movement into the rolling station can be moved in and out of it. It is useful doing, three radially arranged swivel arms evenly distributed around the circumference to be arranged on the carrier, so that at three different stations simultaneously the processes of rolling, loading and unloading the workpiece as well as additional maintenance, cleaning, lubrication and cooling can take place. This decoupling of the processes can significantly reduce the cycle time because in particular the loading and unloading is no longer in the actual Forming station takes place. The actual rolling station therefore has one considerably simpler structure, in that, among other things, on the device for ejecting the finished workpiece directly at the rolling station can be. In addition, the partial transformation of the Workpiece ring requires much less force to move the material in radial Direction in the die.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß durch einfache Veränderung der Symmetriebedingungen an den Werkzeugen verschiedene auch asymmetrische Querschnitte des Werkstückes hergestellt werden können. Durch Auswechslung der einfach herzustellenden Matrize kann vor allen Dingen die Art der Verzahnung auf einfache Art und Weise verändert werden.Another advantage of the method according to the invention is that simple change of the symmetry conditions on the tools various asymmetrical cross-sections of the workpiece are produced can be. By changing the die, which is easy to manufacture Above all, the type of gearing can be done in a simple way to be changed.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Fig. 1 bis 4 beispielsweise näher erläutert.The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the attached FIGS .

Fig. 1 zeigt im Schnitt die erfindungsgemäße Walzstation Fig. 1 shows in section the rolling station according to the invention

Fig. 2 zeigt schematisch in der Draufsicht die Anordnung der drei Stationen für Walzen (W), Entladen (E) und Beladen (B)
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht zu Fig. 2 Fig. 2 shows schematically in plan view the arrangement of the three stations rolls (W), unloading (E) and loading (B)
FIG. 3 shows a side view of FIG. 2

Fig. 4 zeigt schematisch eine Walzeinrichtung mit nur einseitiger Zustellung über das obere Werkzeug 22. Fig. 4 schematically shows a roller device with only unilateral service tool 22 over the top.

Gemäß Fig. 1 sind die beiden Werkzeuge 1 und 2 um den Winkel α gegenüber der Zustellrichtung 12 geneigt angeordnet, während die axiale Symmetrielinie 11 des Werkstückes 10 senkrecht zur Zustellrichtung 12 verläuft. Das Werkstück 10 wird in der Matrize 5 gehalten, die wiederum über das Rollenlager 4 in dem Ende 3 des Schwenkarmes 15 drehbar gelagert ist. Die Zahnlücken der Matrize werden axial nach oben und unten durch die beiden Schließvorrichtungen 6 und 7 geschlossen, wobei die untere gegenüber der Matrize 5 fixiert ist, die obere über die Feder 9 mit dem oberen Werkzeug 2 elastisch gekoppelt ist und nach dem Walzen mit diesem verfährt. Die Verformung des Werkstückes 10 wird bestimmt durch die Profile der Werkstücke 1 und 2, die in Zustellrichtung 12 aufeinander zubewegt werden, bis die endgültige Form des Werkstückes 10 erreicht ist und insbesondere der Werkstoff in radialer Richtung in die Hohlräume der Matrize 5 geflossen ist. Das obere Werkzeug 2 besitzt an seinem Ende einen zylinderförmigen Dorn 13, der in eine entsprechende Aussparung des unteren Werkzeuges 1 hineinragt und dort geführt wird.Referring to FIG. 1, the two tools 1 and 2 by the angle α with respect to the infeed direction 12 inclined arranged, while the axial line of symmetry of the workpiece 10 extends perpendicularly to the feed direction 11 12. The workpiece 10 is held in the die 5 , which in turn is rotatably mounted in the end 3 of the swivel arm 15 via the roller bearing 4 . The tooth gaps of the die are closed axially upwards and downwards by the two closing devices 6 and 7 , the lower one being fixed relative to the die 5 , the upper one being elastically coupled to the upper tool 2 via the spring 9 and being moved therewith after rolling . The deformation of the workpiece 10 is determined by the profiles of the workpieces 1 and 2 , which are moved towards one another in the feed direction 12 until the final shape of the workpiece 10 is reached and in particular the material has flowed into the cavities of the die 5 in the radial direction. The upper tool 2 has at its end a cylindrical mandrel 13 which projects into a corresponding recess in the lower tool 1 and is guided there.

In den Fig. 2 und 3 ist die Walzstation W entsprechend Fig. 1 schematisch dargestellt, wobei ein Schwenkarm 15 des Träger 14 in der Walzstation angeordnet ist und dort über die Klemmvorrichtung 16 festgehalten werden kann. Die beiden weiteren Schwenkarme 15 befinden sich in der Entladestation E und der Beladestation B. Dort sind unter- und oberhalb des Schwenkarmes Halteplatten 18 angeordnet, die die Matrize 5 festhalten, wenn das Werkstück mit dem Ausstoßer 17 und einer Ausschiebevorrichtung entfernt wird.In FIGS. 2 and 3, the roll stand W corresponding to Fig. 1 is schematically shown, with a swing arm 15 is disposed in the carrier 14 of the rolling station, and can be held there via the clamping device 16. The two further swivel arms 15 are located in the unloading station E and the loading station B. There, holding plates 18 are arranged below and above the swivel arm, which hold the die 5 in place when the workpiece is removed with the ejector 17 and an ejecting device.

In Fig. 4 ist das untere Werkzeug 21 in Zustellrichtung 20 fest angeordnet, so daß nur das obere Werkzeug 22 zugestellt wird. Hierzu ist die Matrize 25 mit dem Lager 24 und dem Lagerring 23 schwimmend mit einer Gleitführung 26 in dem Gestell 27 gelagert. Bei senkrechter Drehachse des unteren Werkzeuges 21 ist die axiale Symmetrielinie 11 um den Winkel β gegenüber der waagerechten geneigt, während das obere Werkzeug mit seiner Drehachse um den Winkel 2 β gegenüber der Senkrechten bzw. β gegenüber der Zustellrichtung 20 geneigt angeordnet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren finden im wesentlichen folgende Arbeitsabläufe statt:In Fig. 4, the lower tool 21 is fixed in the feed direction 20 so that only the upper tool 22 is fed. For this purpose, the die 25 with the bearing 24 and the bearing ring 23 is floating with a slide guide 26 in the frame 27 . In the case of a vertical axis of rotation of the lower tool 21 , the axial line of symmetry 11 is inclined by the angle β with respect to the horizontal, while the upper tool with its axis of rotation is inclined by the angle 2 β with respect to the vertical or β with respect to the feed direction 20 . The following workflows essentially take place in the method according to the invention:

1. In the loading station B, the die 5 is lubricated and then the blank of the workpiece 10 and the die 5 are assembled, the blank z. B. is pressed with a hydraulic device.
2. When the carrier 14 is rotated about its axis of rotation 28 by 120 degrees, the die and workpiece are pivoted on the swivel arm 15 into the rolling station. With the clamping device 16 , the outer end 3 of the swivel arm 15 is held. Before the tools 1 and 2 are delivered , the die is accelerated to the speed of the constantly rotating tools with an auxiliary drive 8 . After completing the rolling process and moving the tools apart, the clamping device is released and the die is swiveled by a further 120 degrees using the swivel arm, and the die is braked simultaneously or subsequently.
3. In the unloading station, the workpiece 10 is released from the die with the ejector 17, if necessary with helical teeth with simultaneous rotary movement. The device can then be cleaned and, if necessary, cooled before it can be loaded again.

Die erfindungsgemäße Walzstation kann sowohl wie in den Figuren dargestellt mit im wesentlichen senkrechter Zustellrichtung aber auch in einer um 90 Grad dazu gekippten Ausführung verwendet werden.The rolling station according to the invention can both as shown in the figures with an essentially vertical infeed direction but also in a 90 degree tilted version can be used.

BezugszeichenlisteReference list

1 unteres Werkzeug
2 oberes Werkzeug
3 äußere Ende von 15
4 Lager
5 Matrize
6, 7 Schließvorrichtung
8 Hilfsantrieb
9 Feder
10 Werkstück
11 axiale Symmetrielinie von 10
12 Zustellrichtung von 1 und 2 (senkrecht zu 11)
13 Dorn an 2
14 Träger mit Drehantrieb
15 Schwenkarm
16 Klemmvorrichtung für 3
17 Ausstoßvorrichtung für 10
18 Halteplatten
20 Zustellrichtung von 22
21 unteres Werkzeug (ohne Zustellung)
22 oberes Werkzeug (mit Zustellung)
23 Lagerring
24 Lager
25 schwimmend gelagerte Matrize
26 Gleitführung
27 Gestell
28 Drehachse von 14
α Winkel zwischen 12 und 1/2
β Winkel zwischen 11 und der waagerechten Ebene
W Walzstation
E Entladestation (eventuell zusätzlich Reinigen und Kühlen)
B Beladestation (eventuell zusätzlich Schmieren plus Kühlen) 1 lower tool
2 top tool
3 outer end of 15
4 bearings
5 die
6 , 7 locking device
8 auxiliary drive
9 spring
10 workpiece
11 axial line of symmetry of 10
12 infeed direction of 1 and 2 (perpendicular to 11 )
13 thorn on 2
14 carriers with rotary drive
15 swivel arm
16 clamping device for 3
17 ejection device for 10
18 holding plates
20 infeed direction from 22
21 lower tool (without infeed)
22 upper tool (with infeed)
23 bearing ring
24 bearings
25 floating dies
26 Slideway
27 frame
28 axis of rotation of 14
α angle between 12 and 1/2
β angle between 11 and the horizontal plane
W rolling station
E unloading station (possibly additional cleaning and cooling)
B loading station (possibly additional lubrication plus cooling)

Claims

1.Procedure for producing ring-shaped workpieces made of metal, preferably steel with a profiled cross section, preferably with external helical teeth, starting from a raw part whose outer diameter corresponds approximately to the root diameter of the toothing and the material flows radially into a toothed die, which flows together with a locking device forms a closed space and the die depth corresponds to the tooth width, characterized in that

a) the forming is done by two rotating tools,
b) are preferably arranged at the same angle, inclined to the workpiece, wherein
c) at least one tool is fed perpendicular to the workpiece and
d) the die rotates in an at least axially stationary bearing unit about an axis of rotation extending in the feed direction.

2. The method according to claim 1, characterized in that blank and Die outside the working area of the rotating tools be joined and / or separated and in with the storage unit which are movable from the work area.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Bearing unit is rotatable about an axis extending in the feed direction.

4. The method according to at least one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the bearing unit during the rolling process is kept stationary.

5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized characterized in that during the rolling process in additional, preferably two, storage units and / or matrices loading and Unloading of the workpieces as well as the maintenance operations are carried out will.

6. The method according to claim 5, characterized in that the matrices accelerated to the speed of the tools before the rolling process and / or braked after rolling.

7. The method according to claim 1, characterized in that the drives of the two rotating tools are synchronized.

8. The method according to claim 1, characterized in that the Speeds of the two tools according to the Symmetry conditions of the workpiece can be varied.

9. Rolling mill for performing the method according to at least one of the preceding claims consisting of

a) two tools ( 1 , 2 , 21 , 22 ), preferably inclined at the same angle to the workpiece ( 10 ) and rotating about their longitudinal axis, at least one tool ( 1 , 2 , 21 ) in the infeed direction ( 12 , 20 ) is movable
b) a die ( 5 ) with internal teeth, which together with a locking device forms a closed space for the workpiece, the die depth corresponding to the tooth width and
c) an at least axially stationary bearing unit in which the die ( 5 ) is rotatably mounted about an axis running in the feed direction ( 12 , 20 ).

10. Rolling mill according to claim 9, characterized in that the bearing unit is connected via a swivel arm ( 15 ) to a carrier ( 14 ).

11. Rolling mill according to claim 9 or 10, characterized in that the carrier ( 14 ) is rotatably mounted about an axis ( 28 ) extending in the feed direction ( 12 , 20 ) and preferably carries three pivot arms ( 15 ) which are distributed uniformly around the circumference .

12. Rolling mill according to at least one of claims 9 to 11, characterized in that upon delivery of only one tool ( 22 ) the die ( 25 ) is floating.

13. Rolling mill according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the two tools ( 1 , 2 ) have a common drive with toothing free of axial force, preferably from crown wheels known per se.

14. Rolling mill according to at least one of the preceding device claims, characterized in that one of the two tools ( 1 , 2 ) at the workpiece end has a conical or cylindrical mandrel ( 13 ) which projects into a corresponding recess of the opposite tool.

15. Rolling mill according to at least one of the preceding device claims, characterized in that the die ( 5 ) has an auxiliary drive ( 8 ) connected to the swivel arm ( 15 ) and / or the support ( 14 ).