DE19532954A1 - Abstreckdrückvorrichtung zur Herstellung von drückgewalzten Teilen unterschiedlicher Wanddicke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstreckdrückvorrichtung zur Herstellung von drückgewalzten Teilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der konstruktiven Auslegung von belasteten Teilen im Fahrzeugbau (z. B. im Fahrrad-/Motorradbau) werden rotationssymmetrische Teile (z. B. Rohre) benötigt, die möglichst leicht sein sollen, jedoch an den belasteten Stellen die notwendigen Widerstandsmomente aufweisen müssen. Dazu werden bei rohrförmigen Konstruktionsteilen z. B. innen die Enden verstärkt, die Wanddicken in der Mitte innen verstärkt, Längsrippen innen angebracht oder Kombinationen dieser Maßnahmen durchgeführt. Da die Außendimensionen dieser rohrförmigen Konstruktionsteile aus konstruktiven Gründen nicht verändert werden können, diese sogar teils genormt sind (z. B. bei Fahrrädern), werden diese Maßnahmen grundsätzlich zweckmäßigerweise bei den rohrförmigen Werkstücken innen angebracht.

Diese Maßnahmen zur Modifikation im Innenbereich der rotationssymmetrischen Teile sind allerdings schon seit langem bekannt und sind Stand der Technik. Jedoch sind die dazu erforderlichen Maßnahmen sehr aufwendig und zum Teil auch heute noch mit vertretbaren Kosten praktisch nicht darstellbar. So kann auch heute schon ein rohrförmiges Konstruktionsteil für Fahrräder mit beiderseitiger innerer Verdickung der Rohrenden hergestellt werden. Es bedarf dazu aber mehrerer aufwendiger Ziehvorgänge und das an jedem einzelnen Konstruktionsteil. Durch die verfahrensbedingten Toleranzen bei der herkömmlichen Herstellung dieser Teile kann der Gewichtsvorteil nicht voll genutzt werden wegen des großen Toleranzfeldes z. B. der Ungleichwandigkeit (Wanddickendifferenzen), da die geringste Wanddicke in die Konstruktionsberechnung eingehen muß.

Aus der DE-P 44 46 919 ist ein Verfahren zum Abstreckdrücken von innen­ verzahnten Teilen beschrieben, wobei auf einem Drückdorn ein Werkstück angeordnet ist, welches durch Kraftbeaufschlagung von Drückrollen plastisch verformt wird. Eingehend ist das Gleichlaufdrückverfahren und das Gegenlaufdrückverfahren beschrieben.

Dabei erlaubt die Drückwalztechnik äußerste Ausnutzungen der Gewichtsvorteile durch geringste Wanddicken wegen der erzielbaren höchsten Verfestigungen der verwendeten Materialien (Stahl, Stahllegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Titan und Titanlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, Edelstähle etc.) sowie der extremen Gleichwandigkeit der hergestellten Teile. Das Verfahren erlaubt insbesondere im Inneren der Werkstücke hervorragende Oberflächen, d. h. die Rauhigkeiten sind äußerst gering. Diese geringen Oberflächenrauhigkeiten gewährleisten besonderen Schutz gegen Risse, die von inneren Kerben bei z. B. Überbelastungen ausgehen können. Das Verfahren erlaubt darüber hinaus hohe Wiederholgenauigkeiten. Streuungen innerhalb der Werkstücke sind minimal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstreckdrückvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit der kostengünstig und toleranzgenau drückgewalzte Teile unterschiedlicher Wanddicke hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Drückdorn partiell reversibel in radialer Ausdehnung erweiterbar ist.

In bevorzugter Ausführungsform besteht der Drückdorn aus einem Grunddorn und einem aufgesetzten Hohldorn, wobei sich der Hohldorn nach der Bearbeitung mit dem Werkstück vom Grunddorn schieben läßt. Der Hohldorn wird anschließend aus dem Werkstück gezogen und kann wiederverwendet werden.

Vorteilhafterweise ist der Hohldorn aus einem Blech oder einer Folie gebildet worden, oder aber der Hohldorn besteht aus einzelnen, eine gemeinsame Oberfläche bildenden Segmenten. Im Bereich des Hohldorns zeigt das Werkstück nach der Bearbeitung eine verringerte Wanddicke.

Zum leichteren Herausziehen des Hohldorns bzw. des Bleches, der Folie oder der Segmente aus dem Werkstück nach der Bearbeitung ist zweckmäßigerweise an der zum Grunddorn gewandten Unterseite des Hohldorns eine Lasche befestigt, die in die Oberfläche des Grunddorns einlegbar ist. Damit die Lasche keinen Abdruck auf der Innenfläche des Werkstücks formt, ist bevorzugt im Grunddorn eine der Lasche entsprechende Nut angeordnet. Diese Anordnung gewährleistet auch die Entnahme des Werkstücks vom Dorn.

In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform ist der Drückdorn ein Hohldorn, der sich partiell bevorzugt durch Hydraulikdruck radial ausweiten läßt. Nach der Bearbeitung wird die Hydraulikflüssigkeit entspannt, so daß sich der Hohldorn wieder in seine entspannte Stellung begibt und das Werkstück vom Drückdorn bzw. Hohldorn gezogen werden kann.

In bevorzugter Ausführungsform ist der Drückdorn bzw. der Grunddorn oder Hohldorn auf seiner Außenseite mit einem Profil versehen. Das Profil können z. B. Rippen oder Nuten sein. Ebenso kann sinnvollerweise für spezielle Anwendungen der Drückdorn, Grunddorn oder Hohldorn zumindest partiell im Querschnitt ein Vieleck sein.

Erfindungsgemäß läßt sich die beschriebene Abstreckdrückvorrichtung bevorzugt auch zur Herstellung von Konstruktionsteilen für Fahrräder/Motorräder verwenden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachstehend beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Abstreckdrückvorrichtung mit einem Grunddorn und einem aufgesetzten Hohldorn,

Fig. 2, 3 das Einbringen eines Hohldorns in Blechversion und Folienversion in das Werkstück,

Fig. 4 das Werkstück gemäß Fig. 2 nach der Bearbeitung,

Fig. 5 einen Grunddorn mit einem aufgesetzten Hohldorn aus einzelnen Segmenten bestehend,

Fig. 6 ein durch Hydraulikdruck partiell radial ausweitbarer Hohldorn,

Fig. 7 ein Hohldorn gemäß Fig. 6 beim Abreißvorgang,

Fig. 8a einen Drückdorn, Grunddorn oder Hohldorn mit einem sechseckigen Querschnitt,

Fig. 8b ein mit dem Dorn gemäß Fig. 8a gefertigtes Werkstück,

Fig. 9a, b, c ein Werkstück mit verschiedenen Innenprofilen,

Fig. 10 ein Dorn mit Rippen und Nuten,

Fig. 11a, b einen profilierten Grunddorn mit aufgesetztem speziellen Hohldorn zusammen mit dem dadurch geschaffenen Werkstück und

Fig. 12a, b einen auf der Oberfläche glatten Grunddorn mit einem aufgesetzten außen profilierten Hohldorn zusammen mit dem dadurch geschaffenen Werkstück.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Abstreckdrückvorrichtung zur Herstellung von drückgewalzten Teilen. Die Werkzeuganordnung besteht aus einem maschinenspindelseitig befestigten drehbar angetriebenen Grunddorn 4, der an der Reitstockseite über einen Haltedorn 7 zentriert ist. Dieser Haltedorn 7 ragt in das reitstockseitige Ende des Grunddorns 4 hinein. Auf diesen Grunddorn 4 ist ein Werkstück 3 als Rohteil geschoben. Von Außen greifen eine oder mehrere Drückrollen 2 auf das Werkstück 3 ein, wodurch das Werkstück 3 einem rotierenden Fließpreßvorgang unterworfen wird. Es tritt dabei eine plastische Verformung bzw. ein punktförmiges Teigigwerden des Werkstoffes ein. Nach der Bearbeitung hat das Werkstück 3 die Innenmaße und Kontur des Dorns.

Zur Herstellung eines Werkstücks mit einer unterschiedlichen Wanddicke bzw. mit endseitigen Verdickungen befindet sich zwischen dem Grunddorn 4 und dem Werkstück 3 ein Hohldorn 5, der erfindungsgemäß eine Blech- oder eine Folienversion sein kann.

Fig. 2 und 3 zeigen das Einbringen des Hohldorns 5 in das Werkstück 3 vor der Bearbeitung. Fig. 2 zeigt eine Blechversion und Fig. 3 eine Folienversion des Hohldorns 5. In beiden Fällen wird der Hohldorn 5 gerollt bzw. etwas eingefaltet und in den Grunddorn 3 geschoben. Damit sich der Hohldorn 5 nach der Bearbeitung leichter entfernen läßt, ist eine Lasche 8 am Hohldorn 5 auf der Innenseite befestigt. Damit diese Lasche 8 bei der Bearbeitung keinen Abdruck auf der Innenseite des Werkstücks 3 bewirkt, ist die Lasche 8 in eine Nut 11 im Grunddorn 3 eingebettet (siehe Fig. 11b, 12b).

Nachdem der Hohldorn 5 bzw. die Folie oder das Blech in das Werkstück 3 bzw. das Rohteil geschoben ist, wird das Werkstück 3 auf den Grunddorn 4 geschoben. Durch einen Anschlag bzw. Absatz ist eine Fixierung des Hohldorns 5 in Maschinenspindelrichtung erreicht. Diese Anordnung wird auch als "schwimmender" Dorn bezeichnet.

Die Drückrollen 2 beginnen nun mit der Umformarbeit an der Reitstockseite und fahren mit ihrer Umformarbeit in Richtung Maschinenspindel fort, bis zum gewünschten Stop. Dabei wird der "schwimmende" Dorn bzw. die Folie/Blech durch den maschinenseitigen Absatz auf dem Grunddorn 4 fixiert. Erst wenn die Drückrollen 2 den Bereich des "schwimmenden" Dorns bzw. der Folie/Blech in Richtung Maschinenspindelseite verlassen haben und nun wieder auf dem Grunddorn 2 arbeiten, gleitet der "schwimmende" Dorn bzw. Folie/Blech mit dem entstehenden, sich verlängernden Werkstück 3 in Richtung Reitstockseite. Nach Beendigung der Fertigung kann das Fertigteil mit dem im Fertigteil befindlichen "schwimmenden" Dorn bzw. Folie/Blech ohne weiteres vom Grunddorn 2 entnommen werden. Der "schwimmende" Dorn kann nun aus dem Fertigteil entnommen werden (siehe Fig. 4).

Der Hohldorn 5 sollte wenn möglich, ohne Abstand oder Überlappung in das Werkstück 3 eingelegt werden. Bei einer Überlappung ergibt sich sonst eine verringerte Wanddicke und bei einem Abstand eine vergrößerte Wanddicke.

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der der Hohldorn 5 aus einzelnen Segmenten 6 besteht. Auch diese Segmente 6 lassen sich nach der Bearbeitung einfach aus dem Werkstück herausdrücken.

Bei der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Variante besteht der Grunddorn 4 aus einer festen Partie sowie einem Bereich 12, der mittels Hydraulikdruck ("Hydro- Dorn") im Durchmesser vergrößert werden kann. Der Fertigungsablauf erfolgt folgendermaßen: Das Rohteil wird auf den Dorn geschoben, die "Hydro-Dorn"- Partie wird gespannt. Die Drückwalzrollen 2 beginnen ihre Umformarbeit am reitstockseitigen Dornende und fahren weiter über die "Hydro-Dorn"-Strecke 12. Sobald die Rollen 2 wieder auf dem Grunddorn 4 arbeiten, wird die "Hydro-Dorn"- Partie entspannt. Somit kann das sich verlängernde Rohteil frei zur Reitstockseite fließen und nach Beendigung des Arbeitsganges entnommen werden.

Bei geschickter Modifikation von Anpreßdruck und Vorschub der Drückwalzrollen 2 kann bei kleineren inneren Wanddicken unterschieden eine Herstellung von rohrförmigen Teilen auch aus einem abgesetzten festen einteiligen Grunddorn erfolgen. Ein Abstreifen des fertig drückgewalzten Teiles sollte dann über einen kräftigen Abstreifer 13 erfolgen. Ein Abstreifen ist dabei problemlos möglich, solange die Elastizitätsgrenze des eingesetzten Werkstoffes nicht überschritten wird (bzw. die 0,5%-Dehngrenze).

Diese beiden Varianten sind für solche Teile geeignet, die nur geringe innere Endverdickungen aufweisen sollen, was jedoch regelmäßig bei z. B. Fahrrad-/ Motorradkonstruktionsteilen der Fall ist.

Fig. 8a zeigt einen Drückdorn 1 mit einem sechseckigen Querschnitt, wobei gerade ein Werkstück von Drückrollen 2 bearbeitet wird. In Fig. 8b ist das fertige Werkstück 3 gezeigt. Dieser Drückdorn 1, der auch als Grunddorn oder Hohldorn ausgebildet sein kann, kann in den verschiedensten Modifikationen hergestellt sein. Mit Drückrollen 2 sind immer Drückwalzrollen gemeint.

Fig. 9 a,b,c zeigt drei verschiedene Werkstücke 3 mit jeweils unterschiedlicher Innenkontur. Fig. 9a zeigt ein Werkstück 3 mit einem sechseckigen Querschnitt wie Fig. 8b. Fig. 9b, c zeigen ein Werkstück mit Rippen 10 und Nuten 11.

In Fig. 10 ist ein Drückdorn 1 mit Rippen 10 und Nuten 11 gezeigt. Es sind eine Vielzahl von Variationen dieser Drückdorne 1 möglich, die hier nicht alle dargestellt werden können.

Fig. 11b zeigt einen mit Rippen 10 und Nuten 11 profilierten Grunddorn 5, auf dem ein Hohldorn 5 aus Blech oder Folie als schwimmender Dorn aufgesetzt ist. Der Hohldorn 5 weist auf seiner Außenseite eine glatte Oberfläche auf. Seine Innenseite ist mit dem Profil des Grunddorns 4 zusammenpassend ausgebildet. Eine Lasche 8 zum Herausziehen des Hohldorns 5 ist in eine Nut 11 des Grunddorns 4 eingelegt. Fig. 11a zeigt das durch dieses Werkzeug hergestellte Werkstück 3 mit Endenverdickungen und Innenrippen an den Enden.

In Fig. 12b ist der Grunddorn 4 mit einer glatten Oberfläche versehen. Dafür weist die Oberfläche des Hohldorns. Sein Profil mit Nuten 11 und Rippen 10 auf. In Fig. 12a ist das hiermit hergestellte Werkstück 3 gezeigt mit Endenverdickungen und Innenrippen im Mittelteil.

Mit den verschiedenen vorstehend beschriebenen Werkzeuganordnungen können kaltdrückgewalzte Teile mit Modifikationen im Inneren dieser Werkstücke hergestellt werden. Teils können die gewünschten Modifikationen im Inneren dieser Teile mit vertretbaren Kosten nur mit den beschriebenen Werkzeuganordnungen produziert werden. Bezogen auf die Fahrradindustrie bedeutet dies, daß mit dem Drückwalzverfahren hochfeste und dünnwandige Teile hergestellt werden können, die auf dem Sektor der Renn- und Rennsporträder sowie gegen Aluminiumräder eine gute Marktchance haben. Durch gute Gleichwandigkeiten, glatte Innenoberflächen und höchste Festigkeiten bei noch ausreichenden Dehnwerten werden dünnwandige und somit leichtere als heute übliche Bauteile möglich. Weiter erlauben die beschriebenen Vorrichtungen hohe Wiederholgenauigkeiten. Somit ist ein Teil wie das andere, da die Streuungen in den Werten minimal sind. Die Verfahren erlauben durch Variationen im Umformgrad und natürlich durch die Modifikationen im Inneren der Teile partiell unterschiedliche Widerstandsmomente und Festigkeiten. D.h., es besteht die Möglichkeit, die Stelle mit der höchsten Belastung den entsprechenden Widerstandsmomenten und Festigkeiten individuell zuzuordnen. Auch können beispielsweise an einem Teil höchste Festigkeiten an der einen Stelle und an einer anderen Stelle höchste Dehnwerte kombiniert werden. Schließlich erlauben die Vorrichtungen die Herstellung konischer Teile, partiell konischer Teile, kombiniert ggf. mit partiell unterschiedlich starken Wanddicken, sowie mit innen angebrachten Rippen oder Nuten in einem Arbeitsgang.

Alle diese Vorteile ergeben Kosteneinsparungen bei der Herstellung rohrförmiger Teile mit den beschriebenen Modifikationen im Inneren dieser Werkstücke.

Claims (11)

1. Abstreckdrückvorrichtung zur Herstellung von drückgewalzten Teilen mit einem Drückdorn und einer oder mehreren Drückrollen (2), wobei zwischen dem Drückdorn und den Drückrollen (2) ein Werkstück (3) angeordnet ist, welches durch die Kraftbeaufschlagung der Drückrollen (2) plastisch verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn partiell reversibel in radialer Ausdehnung erweiterbar ist.

2. Abstreckdrückvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn aus einem Grunddorn (4) und einem aufgesetzten Hohldorn (5) besteht, der sich nach der Bearbeitung mit dem Werkstück (3) vom Grunddorn (4) schieben läßt.

3. Abstreckdrückvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohldorn (5) ein Blech oder eine Folie ist.

4. Abstreckdrückvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohldorn (5) aus einzelnen, eine gemeinsame Oberfläche bildenden Segmenten (6) besteht.

5. Abstreckdrückvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der zum Grunddorn (4) gewandten Unterseite des Hohldorns (5) eine Lasche (8) befestigt ist, die in die Oberfläche des Grunddorns (4) einlegbar ist.

6. Abstreckdrückvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Grunddorn (4) eine der Lasche (8) entsprechende Nut (11) angeordnet ist.

7. Abstreckdrückvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn ein Hohldorn (5) ist, der sich partiell bevorzugt durch Hydraulikdruck radial ausweiten läßt.

8. Abstreckdrückvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn, Grunddorn (4) oder Hohldorn (5) auf seiner Außenseite mit einem Profil versehen ist.

9. Abstreckdrückvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drückdorn, Grunddorn (4) oder Hohldorn (5) zumindest partiell im Querschnitt ein Vieleck ist.

10. Abstreckdrückvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil aus Rippen (10) und Nuten (11) besteht.

11. Abstreckdrückvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtung auch zur Herstellung von Konstruktionsteilen für Fahrräder/Motorräder verwendet wird.