DE19631535C2 - Verfahren und Vorrichtung zum spanlosen Zerteilen eines rotationssymmetrischen Werkstückes aus metallischem Werkstoff in einzelne Abschnitte oder Ringe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum spanlosen Zerteilen eines rotationssymmetrischen Werkstückes aus metallischem Werkstoff in einzelne Abschnitte oder Ringe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und des Patentanspruches 6.

Ein gattungsmäßiges Verfahren sowie eine Vorrichtung ist der DE-AS 10 13 487 zu entnehmen. Um das zu trennende Rohr läuft ein Arbeitskopf um, in dem abrollend und radial in Bezug auf die Werkstückachse schwenkbar ein Trennwerkzeug mit einer umlaufenden Schneide in einem Werkzeughalter angeordnet ist. Der kreisringförmig gebogene Werkzeughalter weist im Bogenteil eine Verzahnung auf, die mit einem drehbaren Zahnkranz kämmt, wobei der Zahnkranz eine Innen- und Außenverzahnung aufweist. Wird der Zahnkranz in der einen Richtung gedreht, dann erfolgt ein Einsteuern und beim Drehen in entgegengesetzter Richtung ein Aussteuern des Werkzeuges. Dieses bekannte Verfahren ist nicht geeignet für Werkstücke mit dicker Wand und insbesondere nicht für Werkstücke aus einem eine hohe Festigkeit aufweisenden Werkstoff. In einem solchen Fall würde entweder das Trennwerkzeug in kürzester Zeit verschleißen oder in das Werkstück so gut wie nicht eindringen können.

In der DE-PS 970 389 ist ein Verfahren zum Trennen von langgestreckten Werkstücken offenbart. Bei diesem Verfahren wird mittels einer das Werkstück an der Trennstelle umfassenden Spule elektroinduktiv eine schmale Zone auf eine Temperatur verminderten Formänderungswiderstandes gebracht und sodann die Trennung durch schlagartigen Zug oder eine plötzliche Verdrehung bewirkt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass infolge Wärmeleitung die Trennstelle nicht nur in radialer, sondern auch axialer Richtung erwärmt wird. Dieser Effekt wird um so stärker, je dickwandiger das zu trennende Werkstück ist. Darüber hinaus muß zum Ziehen oder Verdrehen das Werkstück an beiden Seiten gefaßt werden. Das ist schwierig bzw. unmöglich, wenn der abzutrennede Ring sehr schmal ist, wie z. B. bei Wälzlagerringen. Außerdem hinterläßt das Greifen Markierungen auf der Oberfläche, die in einem anschließenden Arbeitsgang beseitigt werden müssen und ein entsprechendes Aufmaß erfordern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum spanlosen Zerteilen von rotationssymmetrischen Werkstücken aus metallischen Werkstoffen in einzelne Abschnitte oder Ringe der eingangs genannten Art anzugeben, das auch für hochfeste Werkstücke und dickere Wände geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen und bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil der Unteransprüche.

Zur Erleichterung des Eindringens des Trennwerkzeuges in das Werkstück wird erfindungsgemäß der Trennbereich schmalbandig erwärmt und kurz vor dem Ende des Trennvorganges die Energiezufuhr für die Erwärmung abgeschaltet. Dabei dreht sich während des Trennens das Werkstück gegensinnig zum Trennwerkzeug. Vorzugsweise werden für die schmalbandige Erwärmung des Trennbereiches hochenergetische Laser eingesetzt. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß das Abtrennen spanlos erfolgt und ein Eindringen des Trennwerkzeuges in Werkstücke aus hochfesten Werkstoffen wie z. B. Wälzlagerstahl sowie auch mit dickerer Wand möglich ist. Durch die Möglichkeit der Fokussierung der Energiezuführung auf einen schmalbandigen Bereich ist die Breite der Wärmeeinflußzone gering. Da dieser Bereich bei der späteren mechanischen Bearbeitung der Ringe entfernt wird, kann man davon ausgehen, daß die ursprüngliche Gefügestruktur des Werkstückes im abgetrennten Ring erhalten bleibt. Beim Eindringen des Trennwerkzeuges in das Werkstück erfolgt eine gewisse axiale Verdrängung des Materials, die aber ebenfalls gering ist. Die störende Gratbildung, die insbesondere in einer radialen Materialverdrängung ihre Ursache hat, wird weitgehend dadurch vermieden, daß vor dem Ende des Trennens die Energiezufuhr abgeschaltet wird. Auf diese Weise weist der noch verbleibende Restring eine Stützwirkung auf und das Abtrennen dieses Restringes ist mehr ein Abscheren als ein Trennen.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß eine beliebige Ringbreite einstellbar ist, auch wenn gleichzeitig mehrere Trennwerkzeuge in Aktion sind. Der nach dem Abtrennen erforderliche axiale Vorschub des Werkstückes kann durch einen Anschlag oder durch eine Vorschubsteuerung erfolgen.

Um hohe Standzeiten für das oder die Trennwerkzeuge zu erhalten, wird vorgeschlagen, den dem Werkstück abgewandten Bereich des Trennwerkzeuges kontinuierlich zu kühlen. Dies kann vorzugsweise über ein Fluid (Gas oder Wasser) oder über einen an das Trennwerkzeug anlegbaren Festkörper erfolgen.

In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Queransicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 2 eine Längsansicht

In den Fig. 1 und 2 ist skizzenhaft eine Quer- und eine Längsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das zu trennende Werkstück 1, in diesem Ausführungsbeispiel ein Rohr 1 wird auf zwei Rollensätzen 2, 3 drehbar gelagert, wobei die Drehbarkeit durch einen Pfeil 4 kenntlich gemacht worden ist. Die axiale Verschubmöglichkeit des Rohres 1 ist ebenfalls durch einen Pfeil 5 kenntlich gemacht. Das Trennwerkzeug 6 weist eine umlaufende Schneide 7 auf und ist gegensinnig zum Rohr 1 drehbar gelagert. Außerdem ist das Trennwerkzeug 6 radial anstellbar. Die Drehbarkeit und die radiale Anstellbarkeit sind jeweils durch Pfeile 8, 9 gekennzeichnet. Erfindungsgemäß ist auf den Trennbereich 10 mindestens ein Laser 11 gerichtet, dessen hochenergetische Strahlung den Trennbereich 10 schmalbandig erwärmt. Je nach Anforderung können auch noch zwei oder mehrere Laser 11, 11' angeordnet werden.

Das Trennen erfolgt mittels dieser Vorrichtung, wobei die maschinenbautechnischen Details wie Lagerung und Antrieb des Trennwerkzeuges 6, Meß- und Steuereinrichtungen der Einfachheit halber hier weggelassen wurden, in der Art und Weise, daß als erster Schritt das Rohr 1 in die Trennposition durch axialen Verschub 5 gefahren wird. Danach wird sowohl das Rohr 1 als auch das Trennwerkzeug in eine gegenläufige Drehung 4, 8 versetzt. Durch radialen Verschub 9 wird das Trennwerkzeug 6 in Richtung Rohr 1 bewegt. Vor dem Aufsetzen auf der Oberfläche des Rohres 1 wird der Laser 11 eingeschaltet und der Trennbereich 10 schmalbandig erwärmt. Danach erfolgt durch weiteres radiales Verschieben 9 des Trennwerkzeuges 6 das Eindringen in die Wand 12 des Rohres 1. Kurz bevor der Rohrabschnitt 13 endgültig abgetrennt wird, wird der Laser 11 abgeschaltet, so daß keine weitere Wärmezufuhr mehr erfolgt. Die restliche Abtrennung ist dann ein Scherverfahren. Nach Abfall des abgetrennten Rohrabschnittes 13 in eine entsprechende Ablage wird das Rohr 1 axial verschoben 5 und ein neuer Abschnitt in die Trennposition gefahren. Um die Leistung einer solchen Vorrichtung zu steigern, werden im Abstand weitere Trennwerkzeuge 6 und Laser 11 angeordnet, wobei sich an dem grundsätzlichen Verfahren dadurch nichts ändert. Zur Standzeiterhöhung der Schneide 7 des Trennwerkzeuges 6 ist eine Kühlvorrichtung 14 vorgesehen.

Claims (8)

1. Verfahren zum spanlosen Zerteilen eines rotationssymmetrischen Werkstückes aus metallischem Werkstoff in einzelne Abschnitte oder Ringe mittels mindestens eines sich drehenden und eine umlaufende Schneide aufweisenden Trennwerkzeuges, das während und nach Abschluß des Trennvorganges radial in Bezug auf die Werkstückachse bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor dem Eindringen des Trennwerkzeuges in das Werkstück dieses lokal im Trennbereich erwärmt, indem fokussiert auf den Trennbereich eine hochenergetische Strahlung gerichtet wird und kurz vor dem Ende des Trennvorganges die Energiezufuhr für die Erwärmung abgeschaltet wird und der dem Werkstück abgewandte Bereich des Trennwerkzeuges beim Trennen kontinuierlich gekühlt wird und während des Trennens das Werkstück sich gegensinnig zum Trennwerkzeug dreht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu kühlende Bereich mit einem Fluid beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu kühlende Bereich einen gekühlten Festkörper kontaktierend durchläuft.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen gleichzeitig an mehreren Stellen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluß des Trennvorganges das (die) Trennwerkzeuge(e) in die Ausgangsstellung radial zurückgefahren und das Werkstück axial um mindestens eine Trennlänge axial verschoben wird.

6. Vorrichtung zum spanlosen Zerteilen eines rotationssymmetrischen Werkstückes aus metallischem Werstoff in einzelne Abschnitte oder Ringe mit mindestens einem eine umlaufende Schneide aufweisenden, drehbaren und radial in Bezug auf die Werkstückachse verfahrbaren Trennwerkzeug, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Werkstück (1) auf mindestens zwei im Abstand voneinander angeordneten Rollensätzen (2, 3) drehbar gelagert ist und in der gleichen radialen Ebene umfangsmäßig versetzt zum Trennwerkzeug (6) mindestens ein Laser (11, 11') angeordnet ist und an dem dem Werkstück (1) abgewandten Bereich des Trennwerkzeuges (6) eine Kühlvorrichtung (14) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (14) aus mindestens einer auf das Trennwerkzeug (6) gerichteten Düse besteht, die an eine Fluidzufuhr angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (14) aus einer den zu kühlenden Bereich des Trennwerkzeuges (6) umfassenden Halterung besteht, in dem ein auf niedrigerer Temperatur gehaltener Festkörper anordenbar ist.