DE19526900B4

DE19526900B4 - Verfahren zur kombinierten spanenden und umformenden Fertigung von Ringen und Maschinen hierzu

Info

Publication number: DE19526900B4
Application number: DE19526900A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr.-Ing. Ficker; Wolfgang Prof. Dr.-Ing.habil. Voelkner
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1995-07-22
Filing date: 1995-07-22
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2015-07-23
Also published as: DE19526900A1

Abstract

Verfahren zur kombinierten spanenden und umformenden Fertigung von Ringen, insbesondere aus Rohrmaterial, bei dem spanende Verfahren wie Drehen und umformende Verfahren wie Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen auf einer Maschine in Folge und/oder parallel ablaufen, um wenigstens einen Ring, bei spanender Fertigbearbeitung aller weiteren Form- und Flächenelemente des Ringes einschließlich des Abtrennens des Ringes vom Rohr als letzter Arbeitsstufe, umformend zu profilieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring am Rohr in einer Spindellage gleichzeitig innen und außen umformend durch Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen bearbeitet wird, wobei eine Profilierung der Außen- und Innenkontur oder nur der Innenkontur erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten spanenden und umformenden Fertigung von Ringen, insbesondere aus Rohrmaterial, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Die Erfindung eignet sich zur kombinierten umformenden und spanenden Fertigung von innen- und außenprofilierten Ringen aus vorzugsweise Rohrmaterial, zur Herstellung von Wälzlagerringen, Getrieberingen, zylindrischen Ausgangsringen für die spanende und umformende Weiterbearbeitung u.ä.
Die Herstellung profilierter Ringe, insbesondere Wälzlagerringe, aus vorzugsweise Rohrmaterial, erfolgt entweder rein spanend oder in einer Kombination spanender und umformender Bearbeitung.
Bei der rein spanenden Bearbeitung, die sehr materialintensiv ist, können im Abmessungsbereich kleiner 100 mm Außendurchmesser hochproduktive Mehrspindel-Drehautomaten zum Einsatz kommen, wobei durch Einring- bzw. Mehrring-Bearbeitung, vorzugsweise Zweiring-Bearbeitung, ein bzw. mehrere, vorzugsweise zwei, schleiffertig profilierte Ringe gleichzeitig ohne Umspannung von einer Maschine auf eine andere gefertigt werden können.

Bei bestimmten kombinierten Verfahren wird zunächst ein sogenanntes Vorwerkstück, das heißt ein zylindrischer Ausgangsring, von vorzugsweise Rohrmaterial ausgehend ebenfalls rein spanend oder durch Kombination spanender und umformender Bearbeitung hergestellt ( EP 0 133 765 A2 ), welches anschließend durch Axial- oder Tangentialprofilringwalzen schleiffertig profiliert wird. Diese kombinierten Verfahren zur Herstellung profilierter Ringe sind gegenüber der rein spanenden Bearbeitung auf Mehrspindel-Drehautomaten materialsparender sowie in Bezug auf die Gebrauchseigenschaften günstiger, erfordern jedoch durch mindestens ein nochmaliges Einspannen des Vorwerkstückes zur Profilierung des Ringes einen erhöhten Arbeitszeitaufwand infolge der somit erforderlichen Bearbeitung auf mindestens zwei verschiedenartigen Maschinen bis zum Vorliegen eines schleiffertigen Ringes. Der Anwendungsbereich genannter Verfahren liegt insbesondere im Abmessungsbereich größer 100 mm Außendurchmesser.

Weitere Herstellungsverfahren zur Fertigung profilierter Ringe gehen von einer Kombination zuerst umformender Bearbeitung durch Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen und anschließend spanender Fertigbearbeitung durch Drehen ausgehend von Rohrmaterial ( DD 225 358 A1 ) bzw. zunächst spanender Vorbearbeitung von Rohrmaterial ( DD 292 162 A5 ) bzw. Vollmaterial ( DD 292 161 A5 ) bei anschließender umformender Bearbeitung durch Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen sowie spanender Fertigbearbeitung eines Ringes in Folge und/oder parallel auf einem Mehrspindel-Drehautomaten durch Drehen und/oder Schleifen ( DD 292 166 A5 ) aus, betreffen jedoch ausschließlich außenprofilierte Ringe, wie z.B. Innenringe für Radial-Rillenkugellager oder Kegelrollenlager.

DD 291 259 A5 beschreibt eine Herstellungsmöglichkeit von profilierten Ringen größerer Außendurchmesser (> 70 mm), insbesondere auch Kegelrollenlagerringen, mittels der Kombination umformender Bearbeitung durch Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen und spanender Fertigbearbeitung durch Drehen auf einer an sich bekannten Profllwalzmaschine und einem an sich bekannten Frontdrehautomaten bei Verkettung beider Maschinen. Dabei erfolgt das Abtrennen des durch Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen profilierten Ringes entweder umformend durch Absprengen oder spanend durch Abstechen bei anschließender spanender Fertigbearbeitung aller weiteren Form- und Flächenelemente.

Aus DE 2 758 543 C2 bzw. DD 292 166 A5 sind Verfahren zum Bearbeiten – speziell Trennen – _von insbesondere Rohr bekannt, welche Kombinationen von Umformoperationen (vorzugsweise des Einstechwalzens) mit Spanen (Drehen in DE 2 758 543 C2 bzw. Schleifen in DD 292 166 A5 ) beschreiben. Die Verfahren sind vorzugsweise zur Herstellung – durch einen Rohrtrennvorgang – von zylindrischen Ringen (mit Rechteckquerschnitt) inkl. von Nebenformelementen (z. B. Radien, Fasen) an deren Stirnflächen entwickelt worden, wobei die derart hergestellten Ringe in der Regel Anfangsformen zur spanenden (z. B. durch Fräsen) bzw. umformenden (z. B. durch Aufweitwalzen) Weiterbearbeitung darstellen. Eine umformende Profilierung von Hauptformelementen (z. B. Rollbahn) am Rohraußendurchmesser ist nicht vorgesehen, eine Innenprofilierung von Hauptformelementen gar nicht möglich. Während das Verfahren nach DE 2 758 543 C2 hinsichtlich Anwendbarkeit auf Rohrmaterial mit einer Ausgangshärte kleiner ca. 200 HB beschränkt ist, wurde in DD 292 166 A5 (D2) u. a. dieser Nachteil durch entsprechende Verfahrensgestaltung beseitigt, welche dieses Verfahren unabhängig von der Härte des zu bearbeitenden Rohres macht.

Aufgabe der Erfindung ist es, spanende Verfahren wie Drehen und umformende Verfahren wie Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen so zu kombinieren, dass wenigstens ein Ring gleichzeitig innen und außen umformend und/oder spanend schleiffertig profiliert werden kann, um somit neben der bekannten Fertigung von außenprofilierten Ringen, wie zum Beispiel Wälzlagerinnenringen, gleichfalls die Fertigung von innenprofilierten Ringen, wie zum Beispiel Wälzlageraußenringen, mit genannter Verfahrenskombination zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Verfahrensgemäß werden auf einer Maschine spanende Verfahren wie Drehen und umformende Verfahren wie Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen in Folge und/oder parallel miteinander kombiniert und wenigstens ein Ring gleichzeitig innen und außen mit der spanenden Fertigbearbeitung aller weiteren Form- und Flächenelemente des Ringes, einschließlich des Abtrennens des Ringes vom Rohr als letzter Arbeitsstufe in einem Arbeitsgang, umformend und/oder spanend schleiffertig profiliert.

Vorteilhaft wird das unbearbeitete Rohr durch Außen- und/oder Innen-Ausdrehen vor dem Umformen durch Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen auf Maß vorgedreht.

Durch die Verfahrensgestaltung wird die Innen- und Außenkontur des Ringes entweder umformend durch Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen oder eine der beiden Konturen rein spanend durch Drehen in Folge und/oder parallel hergestellt. Dabei erfolgen alle Arbeitsstufen in einem Arbeitsgang auf einer Maschine einschließlich des Abtrennens des Ringes vom Rohr.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Maschine mit den im Anspruch 3 genannten Merkmalen gelöst.

Zur Durchführung des Verfahrens wird auf einem an sich bekannten Mehrspindel-Drehautomaten in einer Spindellage eine Walzvorrichtung vorgesehen. Die Profilwalzwerkzeuge der Walzvorrichtung sind diametral angeordnet, axial verschiebbar und drehbar gelagert und mit einer radialen Vorschubkraft zum Eindringen in das Rohr beaufschlagbar. Zusätzlich ist die Vorschubpinole in dieser Spindellage für die Aufnahme eines weiteren Profilwalzwerkzeuges ausgelegt.

Die Maschine kann als Vier-, Sechs- oder Achtspindel-Drehautomat ausgebildet werden. In wenigstens einer Spindellage ist eine Walzvorrichtung anzuordnen.

Vorteilhaft ist die Verwendung eines Sechsspindel-Drehautomaten, mit der Anordnung der Walzvorrichtung in Spindellage II.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist die Ausbildung als Sondermaschine mit wenigstens zwei Spindellagen, wobei wenigstens eine Dreh- und eine Walzvorrichtung vorgesehen ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass sowohl das Innen- als auch das Außenprofil von Ringen auf einer Maschine ohne Umspannen umformend und/oder spanend schleiffertig profiliert werden kann.

Damit können erstmalig neben außenprofilierten Ringen, wie zum Beispiel Wälzlagerinnenringe, auch innenprofilierte Ringe, wie zum Beispiel Wälzlageraußenringe, in einem Arbeitsgang umformend und/oder spanend schleiffertig hergestellt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung werden im nachfolgenden Ausführungsbeispiel genannt und näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 (Spindellage I): Außen-Überdrehen mittels Überdrehwerkzeuges 2 und Innen-Ausdrehen mittels Ausdrehwerkzeuges 3 des Rohres 1

2 (Spindellage II): Außen-Axialprofilrohrwalzen/Walzeinstechen mittels Außen-Profilwalzwerkzeuges 4 und Innen-Axialprofilrohrwalzen/Walzeinstechen mittels Innen-Profilwalzwerkzeuges 5

3 (Spindellage III): Plandrehen mittels Plandrehwerkzeuges 6

4 (Spindellage IV): Abstechdrehen mittels Abstechdrehwerkzeuges 7 des (ersten) Ringes 8

5 (Spindellage V): Plandrehen mittels Plandrehwerkzeuges 9

6 (Spindellage VI): Abstechdrehen mittels Abstechdrehwerkzeuges 10 des (zweiten) Ringes 11

7 eine schematische Darstellung des Sechsspindel-Drehautomaten mit integrierter Walzvorrichtung (Darstellung ohne Innen-Profilwalzwerkzeug auf der Vorschubpinole)

8 Axialprofilrohrwalzen/Walzeinstechen der Innenkontur mittels Innen-Profilwalzwerkzeuges 5 eines Wälzlageraußenringes unter Verwendung eines glatten Gegen-(Stütz-)Walzwerkzeuges 12

9 Axialprofilrohrwalzen/Walzeinstechen gleichzeitig der Außenkontur mittels Außen-Proftlwalzwerkzeuges 4 und der Innenkontur mittels Innen-Profilwalzwerkzeuges 5 eines Wälzlagerinnenringes

Es sollen zwei Außenringe eines Radial-Rillenkugellagers in einer Zweiring-Bearbeitung ausgehend von Rohrmaterial gefertigt werden. In den 1 bis 6 ist die erfindungsgemäße Kombination spanender und umformender Verfahren sowie der Fertigungsablauf ausgehend von Rohr bis hin zum schleiffertig profilierten Ring entsprechend der Spindellagen I bis VI eines Sechsspindel-Drehautomaten mit integrierter Walzvorrichtung dargestellt.

Gekennzeichnet ist der Fertigungsablauf durch eine axiale Schnittaufteilung beim Außen-Überdrehen und Innen-Ausdrehen in Spindellage I (1), d.h., durch vorteilhaften Werkzeugeinsatz bzw. vorteilhafte Werkzeuggestaltung von Überdrehwerkzeug 2 und Ausdrehwerkzeug 3 wird durch Aufteilung des Vorschubweges auf mehrere, vorzugsweise zwei, Werkzeugschneiden eine axiale Schnittüberdeckung erzielt. Dadurch ist eine weitere Verkürzung der Fertigungszeit möglich, da sich durch Anwendung von Axialprofilrohrwalzen/Walzeinstechen der Außen- und Innenkontur des Ringes die zeitbestimmende Arbeitsstufe von der Fertigung dieser bei der Komplett-Drehbearbeitung zum Außen-Überdrehen bzw. Innen-Ausdrehen hin verlagert. In Spindellage II erfolgt das Außen- und Innen-Axialprofilrohrwalzen mittels Außen-Profilwalzwerkzeuges 4 bzw. Innen-Profilwalzwerkzeuges 5 gleichzeitig entsprechend der Außen- und Innenkontur zweier Ringe, wodurch praktisch ein geschlossenes Walzkaliber entsteht und demzufolge ein ausschließlich axialer Werkstofffluss auftritt, welcher beim Rohrvorschub zu berücksichtigen ist. In den Spindellagen III bis VI erfolgt die spanende Fertigbearbeitung der restlichen Form- bzw. Flächenelemente des Ringes mit dem Abtrennen des schleiffertig profilierten Ringes vom Rohr als letzter Arbeitsstufe. Das in Spindellage I dargestellte Außen-Überdrehen bzw. Innen-Ausdrehen ist bei Verwendung von Ausgangsmaterial mit der entsprechenden Oberflächenqualität sowie dem der Arbeitsaufgabe entsprechenden Außen- bzw. Innendurchmesser nicht in jedem Fall notwendig, wobei durch Axialprofilrohrwalzen/Walzeinstechen die Maßgenauigkeit des Außen- bzw. Innendurchmessers in einem geringen Toleranzbereich beeinflussbar ist. Soll lediglich die Innenkontur des Radial-Rillenkugellageraußenringes umformend durch Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen schleiffertig profiliert werden, erfolgt dieses in Spindellage II mittels Innen-Profilwalzwerkzeuges 5 bei ggf. Einsatz eines glatten Gegen-(Stütz-)Walzwerkzeuges 12 am Rohraußendurchmesser (8). Das bei diesem Bearbeitungsfall erforderliche Drehen der Außenkontur des Ringes wird in Spindellage III mittels Proflldrehwerkzeuges durchgeführt. Für den Fall, dass das Drehen der Außenkontur zeitbestimmend wird, kann dieses in zwei Spindellagen bei radialer Schnittaufteilung realisiert werden, was zu einer weiteren Verkürzung der Fertigungszeit führt.
Der im Ausführungsbeispiel für vorzugsweise Rohrmaterial aufgezeigte Fertigungsablauf ist in modifizierter Weise gleichfalls für Innenringe mit symmetrischer Querschnittsform (9) als auch Innen- und Außenringe mit asymmetrischer Querschnittsform realisierbar. Bei kleinerem Ringdurchmesser ist Stabstahl als Ausgangsmaterial einsetzbar.
Die einzelnen Arbeitsstufen können vorteilhaft auf einem an sich bekannten Sechsspindel-Drehautomaten durchgeführt werden, wobei in Spindellage II des Sechsspindel-Drehautomaten eine Walzvorrichtung vorgesehen ist. Die Walzvorrichtung weist diametral angeordnete, axial verschiebbar gelagerte, wahlweise angetriebene oder nicht angetriebene Außen-Profilwalzwerkzeuge auf, welche zur Vermeidung radialer Kräfte auf die Spindellagerung auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordnet sind. Die Außen-Profilwalzwerkzeuge sind mit einer radialen Vorschubkraft beaufschlagbar, die das Eindringen in das Rohr bewirken. Die Vorschubpinole in Spindellage II ist für die Aufnahme eines wahlweise angetriebenen oder nicht angetriebenen Innen-Profilwalzwerkzeuges ausgelegt und gleichfalls mit einer radialen Vorschubkraft zu dessen Eindringen in das Rohr beaufschlagbar. Die einzelnen Arbeitsschritte können gleichfalls auf einer Sondermaschine mit wenigstens zwei Spindellagen, die die für den Sechsspindel-Drehautomaten mit integrierter Walzvorrichtung beschriebenen Komponenten in sich vereinigen, wobei wenigstens eine Dreh- und wenigstens eine Walzvorrichtung vorgesehen ist, durchgeführt werden.

1: Rohr
2: Überdrehwerkzeug
3: Ausdrehwerkzeug
4: Außen-Profilwalzwerkzeug
5: Innen-Profilwalzwerkzeug
6: Plandrehwerkzeug
7: Abstechwerkzeug
8: Ring
9: Plandrehwerkzeug
10: Abstechwerkzeug
11: Ring
12: Gegen-(Stütz-)Walzwerkzeug

Claims

Verfahren zur kombinierten spanenden und umformenden Fertigung von Ringen, insbesondere aus Rohrmaterial, bei dem spanende Verfahren wie Drehen und umformende Verfahren wie Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen auf einer Maschine in Folge und/oder parallel ablaufen, um wenigstens einen Ring, bei spanender Fertigbearbeitung aller weiteren Form- und Flächenelemente des Ringes einschließlich des Abtrennens des Ringes vom Rohr als letzter Arbeitsstufe, umformend zu profilieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring am Rohr in einer Spindellage gleichzeitig innen und außen umformend durch Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen bearbeitet wird, wobei eine Profilierung der Außen- und Innenkontur oder nur der Innenkontur erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Profilierung der Ringe durch Umformen wie Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen das Rohrmaterial zunächst auf Maß vorgedreht oder im unbearbeiteten Zustand durch Axialprofilrohrwalzen und/oder Walzeinstechen auf Maß gewalzt wird.
Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, ausgebildet als Mehrspindel-Drehautomat oder Sondermaschine, bei denen in wenigstens einer Spindellage eine Walzvorrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzvorrichtung diametral angeordnete Profilwalzwerkzeuge aufweist, die axial verschiebbar und drehbar gelagert und mit einer radialen Vorschubkraft zum Eindringen in das Rohr beaufschlagbar sind, wobei eine Vorschubpinole in dieser Spindellage für die Aufnahme des weiteren Profilwalzwerkzeuges ausgelegt ist.
Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilwalzwerkzeuge auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordnet sind.
Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrspindel-Drehautomat ein Vier-, Sechs- oder Achtspindel-Drehautomat ist.
Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Sechsspindel-Drehautomat die Walzvorrichtung in Spindellage II vorgesehen ist.
Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Sondermaschine wenigstens zwei Spindellagen vorgesehen sind, wobei wenigstens eine Dreh- und wenigstens eine Walzvorrichtung vorgesehen ist.