DE19536817A1 - Profilwalzwerkzeug zum profilierenden Kaltwalzen der Mantelfläche eines Werkstückes, insbesondere eines dünnwandigen Hohlteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Profilwalzwerkzeug zum profilierenden Kaltwalzen der Mantelfläche eines im besonderen aus einem dünnwandigen Hohlteil bestehenden Werkstückes mit paarweise oder in Gruppen angeordneten Profilwalzwerkzeugen, wobei auf der Umfangsfläche jedes Profilwalzwerkzeuges in axialer Richtung mit einem bestimmten Abstand ringförmige oder mit einem Steigungsprofil versehene Profilrippen vorgesehen sind, die an ihrer Berührungsstelle mit dem Werkstück beim Eindringen in den Werkstoff eine gewünschte Profilform abformen.

Bekannt ist das Walzen von Profilen und von Außengewinde, wie es in der DE-Patentschrift 8 99 168 beschrieben worden ist. Bei den bis dahin üblichen Verfahren zur Herstellung von Außengewinde auf dünnwandigen Rohren wird der Werkstoff des Rohres von den Walzwerkzeugen gegen einen dem Innendurchmesser des Rohres entsprechenden Dorn gedrückt, währenddessen der Werkstoff von den erhabenen Teilen der Walzen seitlich verdrängt und in die Profilgänge der Walzen hineingepreßt wird. Der Außendurchmesser des fertigen Gewindes wurde infolgedessen stets größer als der Außendurchmesser des noch nicht bearbeiteten Rohteils. Bei dieser Methode ist die Handhabung eines Dornes mit einer gewissen Erschwernis bei der automatischen Bearbeitung von Werkstücken verbunden, wodurch die ansonsten große Wirtschaftlichkeit des Verfahrens herabgesetzt wird. Das Walzen von dünnwandigen rotationssymmetrischen Teilen, die aus einem Material mit einer geringen Ausgangswandstärke hergestellt werden, gewinnt im Hinblick auf einen zunehmenden Leichtbau der Erzeugnisse eine größer werdende Bedeutung, für die insbesondere das Kaltwalzen besonders gut geeignet ist. Darüber hinaus bietet das Kaltwalzen die Möglichkeit einer Materialeinsparung gegenüber der Herstellung von spanend erzeugten Profilen. Aufgrund einer Kaltverfestigung beim Kaltwalzen kommt es zu einer erheblichen Festigkeitssteigerung und einer preßblanken Oberfläche, die außerdem zu einer Verminderung des mechanischen Verschleißes beiträgt.

Beim Walzen oder Rollen von Profilen auf der Mantelfläche von dünnwandigen Hohlteilen wird das Werkstück aufgrund seiner Gestalt besonders belastet. Ohne besondere Vorkehrungen können die Werkstücke unrund werden oder aufreißen.

In der DE-Patentschrift 21 17 402 wird bei einem Verfahren zum Einformen von Gewinde in einen dünnen Metallblechring vorgeschlagen, daß aufeinanderfolgend jeweils erst eine Seite eines Gewindeganges und dann die andere Seite zur Vervollständigungen des Gewindeganges eingeformt wird, ohne an irgend einem Punkt des Metallblechringes eine Dehnung von 2% zu überschreiten. Aus den Darlegungen zur Vorrichtung des Verfahrens ergibt sich, daß die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren ein inneres und ein äußeres Sickenrollenpaar erfordert, das in der Hauptsache nur bei einem Metallblechring anwendbar ist, der einen Durchmesser aufweist, der wesentlich größer als der Durchmesser der Sickenrollen ausgeführt ist. Bei einem kleineren Verhältnis der Wandstärke zu dem zu walzenden Durchmesser in der Größenordnung von ca. 1 zu 5 bei einer Zwei-Rollenmaschine, beziehungsweise bei einem Wandstärkenverhältnis von ca. 1 zu 10 bei einer Drei-Rollenmaschine, wie es bisher üblich ist, ist das in der vorstehend bezeichneten DE-Patentschrift beschriebene Verfahren grundsätzlich nicht geeignet.

Die Erfindung bezweckt das Kaltwalzen relativ dünnwandiger Hohlteile durch Außenprofilierung mit Hilfe eines Profilwalzwerkzeuges, wobei das Wandstärkenverhältnis bei paarweise angeordneten Profilwalzwerkzeugen weit über einen Faktor von 1 zu 5, beziehungsweise bei in Gruppen angeordneten Profilwalzwerkzeugen weit über einen Faktor von 1 zu 10 hinausgehen soll. Die Aufgabe der Erfindung besteht in einem Profilwalzwerkzeug, mit dem beim Kaltwalzen eine Überbeanspruchung des Werkstückes über die zulässigen Belastungsgrenze hinaus vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Profilwalzwerkzeug profilabformende Profilrippen und profilfreie Abschnitte des zylindrischen Walzenkörpers aufweist, der den Außendurchmesser des Steigungsprofils einschließt, wobei die Profilrippen derart strukturiert sind, daß mindestens ein benachbarter Profilgang des zu walzenden Werkstückes nicht mit einer Profilrippe auf der gleichen Werkzeugkontaktseite in Eingriff steht. Damit wird mindestens ein benachbarter Profilgang auf ein und derselben Werkstückseite freigehalten.

Die Erfindung geht davon aus, daß die Belastung des Werkstückes im wesentlichen von dem gleichzeitig in dem Radialwalzspalt gedrückten Flächenanteil abhängig ist. Dieser Flächenanteil wird im Verlauf des Umformungsprozesses durch die Angriffsflächen der Profilrippen der Profilwalzwerkzeuge gebildet. Durch die Verminderung der Anzahl der gleichzeitig entlang des Werkstückes in Eingriff stehenden Profilrippen des Profilwalzwerkzeuges wird bei der Umformung der gedrückte Flächenanteil verringert und das Werkstück weniger belastet. Das erreichbare Wanddickenverhältnis ist dadurch größer als bei einem herkömmlichen Verfahren zum Hohlteilwalzen mit Profilwalzwerkzeugen, die vergleichsweise eine mit der Gangzahl des Werkstückes identische Anzahl von Profilrippen aufweisen.

Bei einer Anordnung von mehreren Profilwalzwerkzeugen in einer Gruppe kann aufgrund dessen das Wanddickenverhältnis bis zu einem Wert von 1 zu 20 gesteigert werden. Dadurch können dünnwandige Hohlteile wesentlich wirtschaftlicher und preiswerter gefertigt werden. Dergleichen Werkstücke können insbesondere zur Gewichtseinsparung beim Leichtbau von Erzeugnissen Verwendung finden. In Verbindung mit den Vorteilen einer Kaltverfestigung bei der Kaltumformung entstehen moderne Bauteile für anspruchsvolle Lösungen mit einer hohen Sicherheit und einer hohen Ökonomie.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Teilansicht einer Profilwalzmaschine mit paarweise angeordneten Profilwalzwerkzeugen,

Fig. 2 die Seitenansicht einer Profilwalzmaschine

Fig. 3 eine Dreier-Gruppe von Profilwalzwerkzeugen und,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Fig. 3 in der durch die Linie A-A gekennzeichneten Ebene in schematischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt sehr stark schematisiert ein Profilwalzwerkzeug 1 und rechts ein Profilwalzwerkzeug 2, die gegeneinander achsparallel beabstandet sind. Das Profilwalzwerkzeug 1 ist gemäß Fig. 2 mit einer Walzspindel 3 drehbar in einem Stützlager 4 gelagert, das entweder fest angeordnet oder gegebenenfalls querverschiebbar als Walzschlitten ausgebildet ist. Für die Lagerung der rechten Walzspindel 5 ist ein Walzschlitten 6 vorgesehen, der gleichfalls in Richtung des Pfeils 7 gegenüber einem zu walzenden rohrförmigen Werkstück 8 zustellbar angeordnet ist. Die Drehrichtung der beiden mit gleicher Drehzahl angetriebenen Profilwalzwerkzeuge 1, 2 ist gleichsinnig, was durch die beiden Drehrichtungspfeile 9 angedeutet wird. Dadurch ergibt sich mit dem Abwälzvorgang eine entgegengesetzte Rotationsrichtung 10 des Werkstückes 8.

Beim Kaltwalzen wird das Werkstück 8 durch geeignete Zuführungseinrichtungen in den Arbeitsraum der in Fig. 2 dargestellten Profilwalzmaschine eingebracht und in dem Walzspalt in bekannter Weise zwischen den beiden Profilwalzwerkzeuge 1, 2 positioniert. Durch Zustellung des Walzschlittens 6 entsprechend der Richtung des Doppelpfeils 7 wird der Walzspalt verringert, wobei die Profilrippen 12 auf jeder Kontaktseite mit der äußern Mantelfläche des Werkstückes 8 in Eingriff treten und an ihren Berührungsstellen auf der Umfangsfläche in axialer Richtung mit gleichem Abstand ein ringförmiges Profil oder ein Steigungsprofil abbilden.

Bei dem in Fig. 1 stark schematisiert dargestellten Verfahren weisen die Profilwalzwerkzeuge 1, 2 Profilrippen 12, einen zylindrischen Walzenkörper 14 und einen den Kerndurchmesser formenden Profilkopf 15 auf, wobei die Profilrippen 12 gegenüber den Profilgängen 13 des gewünschten Steigungsprofils des Werkstückes 8 eine geringere Gangzahl besitzen. In dem dargestellten Beispiel ist die Gangzahl der Profilwalzwerkzeuge 1, 2 auf jeder Werkstückkontaktseite gegenüber dem Werkstück 8 halbiert. Das bedeutet, daß bei dem zu walzenden Steigungsprofil das linke Profilwalzwerkzeug 1 das eine Steigungsprofil 13 und das rechte Profilwalzwerkzeug 2 das zweite Steigungsprofil 13′ ausbildet. Dadurch ergeben sich die beschriebenen Vorteile, daß gegenüber den bekannten Verfahren vergleichsweise weniger Profilrippen 12 mit dem Werkstück 8 gleichzeitig in Eingriff stehen. Die Profilwalzwerkzeuge 1, 2 sind indes derart angeordnet, daß in Kombination des Profilganges 13 und des Profilganges 13′ auf dem rohrförmigen Werkstück 8 ein vollständiges Profil erzeugt wird.

In der Praxis werden abweichend zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel verschiedene Anordnungen von Profilwalzwerkzeugen angewendet, so daß die Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt werden kann. Auch wenn die Erfindung im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, so ist damit nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele zu beschränken. Vielmehr erfaßt die Erfindung auch alle Änderungen und äquivalente Ausführungsformen mit mehreren Walzwerkzeugen, bei denen auf der Werkstückkontaktseite nicht nur ein Profilgang sondern gegebenenfalls mehrere benachbarte Profilgänge durch einen profilfreien Abschnitt übergangen werden, um die Belastung des Werkstückes zusätzlich zu verringern.

Anstelle der gezeigten Profilwalzwerkzeuge 1, 2 kann die Anzahl der Walzwerkzeuge erhöht werden, bis zu einer Walzwerkzeug-Gruppe, die aus fünf Profilwalzwerkzeugen bestehen kann. Dadurch erhöht sich die Variabilität der gegenseitigen Anordnung in Abhängigkeit der Gangzahl der Profilrippen 12 erheblich. Demgemäß ist in dem mit Fig. 3 bezeichneten Ausführungsbeispiel eine Gruppe von Walzwerkzeugen mit einem ersten Profilwalzwerkzeug 17, einem zweiten Profilwalzwerkzeug 18 und einem dritten Profilwalzwerkzeug 19 dargestellt, welche jeweils am Umfang des Werkstückes 8 versetzt angeordnet sind und eine Dreier-Gruppe bilden. In dieser Dreier-Gruppe bewerkstelligt jedes Profilwalzwerkzeug 17, 18, 19 in Abhängigkeit von der Gangzahl ein entsprechendes Detail des gewünschten Steigungsprofils bei dem Werkstück 8, wobei sich verschiedene Möglichkeiten der Anordnung der Profilrippen 12 einzeln oder scharenweise in Bezug auf das jeweilige Walzwerkzeug bieten. In Fig. 5 ist bei einem in Fig. 4 ausgeführten Schnitt in Richtung A-A ersichtlich, daß bei ein und demselben Profilwalzwerkzeug 17, 19 nur jede dritte Profilrippe 12 oder gegebenenfalls eine aus zwei Profilrippen 12 bestehende Schar 20 in Eingriff mit dem rohrförmigen Werkstück 8 stehen kann, um ein vollständiges Steigungsprofil auszuformen.

Claims (1)

1. Profilwalzwerkzeug zum profilierenden Kaltwalzen der Mantelfläche eines Werkstückes, insbesondere eines dünnwandigen Hohlteils mit paarweise oder in Gruppen angeordneten Profilwalzwerkzeugen, wobei auf der Umfangsfläche jedes Profilwalzwerkzeuges in axialer Richtung mit einem bestimmten Abstand ringförmige oder mit einem Steigungsprofil versehene Profilrippen vorgesehen sind, die an ihrer Berührungsstelle mit dem Werkstück beim Eindringen in den Werkstoff eine gewünschte Profilform abformen, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilwalzwerkzeug (1, 2, 17, 18, 19) profilabformende Profilrippen (12) und profilfreie Abschnitte des zylindrischen Walzenkörpers (14) aufweist, die den Außendurchmesser des Steigungsprofils einschließen, wobei die Profilrippen (12) derart strukturiert sind, daß mindestens ein benachbarter Profilgang (13) des zu walzenden Werkstückes (8), nicht mit einer Profilrippe (12) auf der gleichen Werkzeugkontaktseite in Eingriff steht.