DE19541135C1 - Verfahren zum kontinuierlichen, spanlosen Zerteilen von rotationssymmetrischen langgestreckten Werkstücken aus metallischen Werkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen, spanlosen Zerteilen von rotationssymmetrischen langgestreckten Werkstücken aus metallischen Werkstoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Rotationssymmetrische Werkstücke können beispielsweise ringförmige Bauteile sein, die in der Technik weit verbreitet sind. In der Wälzlagertechnik stellen sie mengenmäßig sogar einen ganz wesentlichen Anteil der Bauteile dar. Bekanntlich besteht jedes Wälzlager aus mindestens zwei ringförmigen Komponenten dem Innenring und dem Außenring. Diese Ringe werden in großer Stückzahl beispielsweise aus einem rohrförmigen Halbzeug aus Wälzlagerstahl gewonnen. Das Teilen von Rohrmaterial in gleich große Ringe ist also besonders bei der Herstellung von Wälzlagern ein standardmäßiger Fertigungsschritt, dem bei dem ständig wachsenden Wettbewerb in der Wälzlagerbranche eine herausragende Bedeutung zukommt. In dem Bestreben nach größerer Produktivität und günstigeren Herstellkosten kommt diesem Fertigungsschritt eine überragende Bedeutung zu, wobei vor allem beim spanenden Abtrennen das teurere Material erheblich zu den Kosten beiträgt. Die gleichen Überlegungen gelten auch für das Abtrennen scheibenartiger Abschnitte von Vollmaterial.

Ein gattungsbestimmendes Verfahren zum kontinuierlichen, spanlosen Abtrennen einzelner Ringe von rohrförmigen Werkstücken ist der nicht vorveröffentlichten DE 44 15 091 C1 entnehmbar. Bei diesem Verfahren erfolgt das profilierende Zerteilen in einzelne, untereinander gleiche Ringe mittels sich drehender und dabei synchron und phasengleich abrollender wassergekühlter Profilwalzen mit wendelspiralförmigen Schneidwalzen. Das Werkstück dreht sich gegensinnig zu den Profilwalzen und wird dabei axial vorgeschoben. Beim Zerteilen von Rohren aus Wälzlagerstahl wird einlaufseitig das Werkstück auf ca. 800° Celsius erwärmt, wobei an der Werkstückoberfläche eine höhere Temperatur als an der Werkstückinnenwand erzeugt wird. Nach dem Zerteilen erfolgt eine Luftabkühlung der einzelnen Ringe.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß das Werkstück bei den vorgesehenen Temperaturen um 800° Celsius stark verzundert und beim Abtrennen innen ein mehr oder weniger großer Grat stehen bleibt. Weiterhin weisen die abgetrennten Ringe noch Resteigenspannungen auf, die die Maß- und Formgenauigkeit beeinträchtigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsmäßigen Art anzugeben, mit dem die Verzunderung, die Gratbildung und die Resteigenspannungen der abzutrennenden Abschnitte oder Ringe reduziert werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß erfolgt sowohl für Stäbe als auch für Rohre die Erwärmung auf eine festgelegte Temperatur unter Berücksichtigung der bei der Umformung entstehenden Wärmemenge in zwei Stufen mit unmittelbar nachfolgender Aufgabe eines Trenn- und Schmiermittels, das auch zur Reduzierung des Verzunderungsgrades verwendet wird. In Abhängigkeit von der Höhe der Erwärmungstemperatur erfolgt die Erwärmung unter Schutzgas. Dabei dient bei Rohren das Schutzgas gleichzeitig der Wärmeabfuhr an der Rohrinnenoberfläche. In einer Vorstufe wird zuerst das Werkstück auf eine Mindesttemperatur erwärmt. Diese liegt beispielsweise für Werkstücke aus übereutektoidem Stahl bei max. 400°C. Die Vorerwärmung hat die Aufgabe das Werkstück zu trocknen und für eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Werkstück vor Einlauf in die Haupterwärmungsanlage zu sorgen. Außerdem werden durch die Vorerwärmung möglicherweise noch am Werkstück anhaftende Reste von Fett, Öl oder Konservierungsmittel beseitigt. Anschließend wird eine Temperatur im Inneren eingestellt, der bei Werkstücken aus Stahl entsprechend der eingesetzten Güte ein Umformgebiet mit stark erniedrigtem Formänderungsvermögen entspricht. Die Haupterwärmung des Werkstückes vorzugsweise mittels Induktion hat den Zweck, daß der äußere Bereich des Werkstückes zusätzlich erwärmt wird und in kurzer Zeit hohe Temperaturen erreichbar sind. Die vorgeschlagene zweistufige Erwärmung hat den Vorteil, daß gezielt ein Temperaturgefälle in Dickenrichtung erzeugt wird, das auf der Außenseite eine höhere Temperatur aufweist als im Inneren des Stabes bzw. an der Innenwand des Rohres. Die höhere äußere Temperatur erleichtert das Eindringen der Schneiden der Profilwalzen in das Werkstück, während die niedrigere Temperatur im Inneren ein nahezu gratfreies Abtrennen begünstigt.

Zur Reduzierung des Verzunderungsgrades wird unmittelbar nach der Erwärmung auf das Werkstück und/oder auf ausgewählte Bereiche der Profilwalzen ein Trenn- und Schmiermittel, vorzugsweise ein künstlich hergestellter, makrokristalliner Graphit mit Additiven aufgegeben. Dabei erfüllt das aufgegebene Trenn- und Schmiermittel gleichzeitig zwei Funktionen; einmal übernimmt es die Aufgabe der Schmierung und Trennung des Werkstückes vom Werkzeug und zum zweiten die Aufgabe eines Oxidationsschutzes. Im Sinne eines Oxidationsschutzes wird es darüberhinaus als vorteilhaft angesehen, wenn bei höheren Erwärmungstemperaturen d. h. ab etwa 550°C sowohl die Vor- als auch die Haupterwärmung unter Schutzgas erfolgt. Im Falle der Haupterwärmung mittels Induktion setzt man zweckmäßigerweise die gesamte Induktionsanlage unter eine Schutzgashaube.

Weiterbildend wird außerdem vorgeschlagen, die abgetrennten Abschnitte bzw. Ringe zu vereinzeln und anschließend je nach Werkstoff entweder bei einer vorgegebenen Temperatur zu halten oder gesteuert langsam abzukühlen. Dies erfolgt vorzugsweise in einem Anlaß- oder Ausgleichsofen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die einzelnen Abschnitte bzw. Ringe so gut wie keine Resteigenspannungen aufweisen, so daß die Maß und Formgenauigkeit nicht beeinträchtigt wird. Außerdem wird dadurch eine Gefügeverbesserung bei übereutektoidem Stahl im Hinblick auf Bildung von kugeligem Zementit erreicht.

Das vorbeschriebene Trennverfahren ist generell auch bei Kaltformgebungstemperatur durchführbar, wobei je nach Werkstoff die dabei entstehende Umformwärme berücksichtigt werden muß.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Ausgehend von einem Rohr der Abmessung 35,7 mm ä.D. mit 4,0 mm Wand aus einem übereutektoiden Stahl beispielsweise 100Cr6 (DIN 1.3505) und einer Länge von 4-6 m werden spanlos durch Trennwalzen Ringe mit einer Breite von 10 mm hergestellt.

Dazu wird ein Ende des Rohres in ein Drehfutter eines Schlittens eingespannt. Der Schlitten wird dann durch einen Linearantrieb in Axialrichtung in Richtung auf eine Erwärmungsanlage verschoben. Mit Eintritt in diese beginnt bei verzundernden Werkstoffen und gewählten Außenrand-Temperaturen um 700°C eine Schutzgasspülung. In einer Vorerwärmung wird der gesamte Werkstückquerschnitt auf maximal 400°C, vorzugsweise 250° bis 350°C gleichmäßig erwärmt. Bei dieser Erwärmung wird das Rohr getrocknet sowie eventuell anhaftende Schmiermittelreste oder Korrosionsschutzmittel unter Absaugung verbrannt. Bei der folgenden Haupterwärmung wird die erhöhte Wärmeleitfähigkeit des vorgewärmten Rohres genutzt, um in sehr kurzer Zeit eine Oberflächentemperatur am Außenrand von unter 720°C einzustellen.

Beim Auslauf aus der Erwärmungsanlage und vor Einlauf in die Trennvorrichtung erfolgt die Aufgabe eines Trenn- und Schmiermittels auf das erwärmte Werkstück und/oder auf ausgewählte Bereiche der Profilwalzen. Sobald das Rohr von den Walzen der Trennvorrichtung erfaßt wird, wird das Rohr von der Längstransporteinrichtung gelöst und selbsttätig eingezogen und rotierend weitertransportiert. Das Trennwalzen erfolgt nun bei einer Rohraußentemperatur von etwa 700°C. Das eingestellte Temperaturgefälle zur Innenwand begünstigt das nahezu gratfreie Abtrennen unter Ausnutzung des im Temperaturbereich von 250° bis 350°C eingeschränkten Formänderungsvermögens (niedrigste Bruchformänderung) an der Rohrinnenseite.

Die kontinuierlich abgetrennten Ringe werden unmittelbar vereinzelt, um unterschiedliche Abkühlbedingungen bei Haufenbildung zu vermeiden. Danach werden die Ringe in Glühkästen gestapelt und diese für mindestens 2 Stunden bei 520°C in einem Anlaß oder Ausgleichsofen geglüht. Bei dieser Art des Vorgehens erhält man ein ausgezeichnetes Gefüge mit kugelig eingeformten Zementit, das für die spanende Weiterbearbeitung und für das Härten beste Voraussetzungen bietet.

Bei Rohren mit einer dickeren Wand als im beschriebenen Beispiel bzw. bei Vollmaterial ist bei gleicher Walzengeometrie ein vollständiges Abtrennen nicht möglich. In einem solchen Fall erfolgt die Trennung in einer sich anschließenden Sondervorrichtung oder in einem separaten Arbeitsgang.

Alternativ können auch die nicht vollständig durchtrennten Rohre und Stäbe auf Mehrspindler-Bearbeitungsmaschinen mit Vorteil eingesetzt werden, da somit die hochbelasteten Abstechwerkzeuge weniger beansprucht werden. Die Standzeit steigt beträchtlich und damit die Maschinenlaufzeit.

Claims (8)

1. Verfahren zum kontinuierlichen, spanlosen Zerteilen von rotationssymmetrischen langgestreckten Werkstücken aus metallischen Werkstoffen in einzelne, untereinander gleiche Abschnitte oder Ringe mittels sich drehender und dabei synchron und phasengleich abrollender Profilwalzen mit wendelspiralförmigen Schneiden, wobei das Werkstück sich gegensinnig zu den Profilwalzen dreht und dabei axial vorgeschoben und einlaufseitig erwärmt wird, wobei an der Werkstückoberfläche eine höhere Temperatur als im Inneren erzeugt wird und nach dem Zerteilen die einzelnen Abschnitte oder Ringe abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl für Stäbe als auch für Rohre die Erwärmung auf eine festgelegte Temperatur unter Berücksichtigung der bei der Umformung entstehenden Wärmemenge in zwei Stufen und in Abhängigkeit von der Erwärmungstemperatur erfolgt mit unmittelbar nachfolgender Aufgabe eines Trenn- und Schmiermittels auf das Werkstück und/oder auf ausgewählte Bereiche der Profilwalzen und daß bei Vollmaterial im Inneren und bei Rohren an der Rohrinnenoberfläche eine Temperatur eingestellt wird, die bei Stählen entsprechend der eingesetzten Güte ein Umformgebiet mit stark erniedrigtem Formänderungsvermögen erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Vorerwärmung des Werkstückes erfolgt und anschließend die bis zur angestrebten Temperatur erforderliche Haupterwärmung induktiv oder konduktiv aufgegeben wird, wobei bei Erwärmungstemperaturen 550°C die Erwärmung unter Schutzgaszugabe erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Werkstück aus einem übereutektoidem Stahl zunächst als Vorerwärmung dieses auf max. 400° Celsius erwärmt wird und als Haupterwärmung eine äußere Oberflächentemperatur des Werkstückes von max. 720° Celsius erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bei Vollmaterial im Inneren und bei Rohren an der Innenoberfläche in einem Bereich von 250 bis 350° Celsius eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trenn- und Schmiermittel ein künstlich hergestellter, makrokristalliner Graphit mit Additiven eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zerteilen die Abschnitte oder Ringe vereinzelt werden und in einem Anlaß- oder Ausgleichsofen je nach Werkstoff entweder bei einer vorgegebenen Temperatur gehalten oder gesteuert abgekühlt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für Werkstücke aus übereutektoidem Stahl die Ausgleichstemperatur im Bereich von 500 bis 550°C eingestellt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 3, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Werkstücken aus übereutektoidem Stahl das Trennwalzen bei einer Temperatur um 700°C stattfindet, wobei die Temperatur im Inneren des Stabes bzw. der Innenwand des Rohres max. 400°C beträgt und nach dem Zerteilen der abgetrennten Abschnitte oder Ringe im Bereich von 520°C mit einer Haltezeit von mindestens 2 Stunden gehalten werden.