DE19642004C2 - Verfahren zur spanlosen Fertigung eines nicht rotationssymmetrischen Teiles und Druckwalzmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanlosen Ferti­ gung eines nicht rotationssymmetrischen Teiles gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Drückwalzmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Das Umformverfahren des Drückens und Drückwalzens findet bei der Herstellung verschiedenartigster Teile aufgrund der hohen Flexibilität und Wirtschaftlichkeit immer stärkere Anwendung. Bei diesem Umformverfahren wird durch Zustellung einer Umformrolle an ein rotierendes Ausgangswerkstück, welches eine Blechronde oder ein Vorzug sein kann, ein End­ produkt mit einer hohen Maßhaltigkeit gefertigt. Verfah­ rensbedingt ist das Drücken und Drückwalzen im wesentlichen nur für rotationssymmetrische Teile geeignet.

Eine Ausnahme hiervon stellt das gattungsgemäße Verfahren zur Fertigung von ovalen Teilen dar, welches in einem Arti­ kel in der Zeitschrift: BLECH, Nr. 5/1962, geschildert ist. Bei diesem bekannten Verfahren wird das Werkstück auf einem rotierenden Ovalschlitten angebracht, welcher eine gewisse Transversalbewegung des Werkstückes gemäß einer vorgegebe­ nen Exzentrizität erlaubt. Hierdurch kann bei einer festen Zustellung ein elliptisches Endprodukt gefertigt werden. Zur Durchführung dieses Verfahrens bedarf es eines relativ aufwendigen Ovalschlittens, der nur geringe Rota­ tionsgeschwindigkeiten erlaubt. Zudem ist das Verfahren allein auf die Fertigung ovalförmiger Produkte beschränkt.

Der Sonderfall des Herstelleras elliptischer Hohlkörper ist auch in dem Artikel "Tendenzen beim Drücken mit CNC und AC", in "Bänder Bleche Rohre" 4. 1988 erwähnt. In dieser Druckschrift ist auch eine gattungsgemäße Drückwalzmaschine erläutert, welche eine CNC- oder eine AC-Steuerung aufwei­ sen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen nicht rotationssymmetrische Teile einfach und mit großer Formen­ vielfalt spanlos gefertigt werden können.

Die Aufgabe wird zum einen mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei werden ein Blechwerkstück auf einer drehbaren Spindel fest­ gespannt, mindestens eine Umformrolle während der Drehung der Spindel an das Blechwerkstück zu dessen Umformung zuge­ stellt, wobei das Zustellen der Umformrolle in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Spindel gesteuert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Ausgangs­ werkstück ohne eine Zusatzeinrichtung an der Spindel mit normaler Geschwindigkeit rotieren. Abweichungen der Werkstückkontur von der Kreisform werden durch eine Veränderung der Zustellung der Umformrolle während einer Spindelumdrehung bewirkt. Beispielsweise ist bei Ausformung einer Abplattung die Umformrolle weiter radial auf das Werkstück zuzustellen. Auf diese Weise kann eine beliebige, nicht rotationssymmetrische Form an dem Werkstück ausge­ formt werden.

Die Zustellung der Umformrolle kann grundsätzlich durch ei­ ne mechanische Steuerung erfolgen, beispielsweise durch entsprechende Kulissen. Für eine besonders hohe Flexibi­ lität ist es aber nach der Erfindung vorgesehen, daß für das Zustellen der Umformrolle ein elektrisch ansteuerbares Stellorgan verwendet wird. Dieses kann insbesondere ein Hy­ draulikzylinder oder eine Kugelumlaufspindel sein.

Dabei besteht eine besonders bevorzugte Ausführungsform darin, daß das Stellorgan von einer elektronischen Steuer­ einheit nach einem vorgegebenen Programm gesteuert wird. Durch das Programm kann sowohl die radiale Zustellbewegung als auch die axiale Relativbewegung zwischen der Umformrol­ le und dem rotierenden Werkstück vorgegeben werden. Der Programmablauf kann durch eine entsprechende Eingabeein­ richtung von außen zugeführt werden oder von der Steuerein­ heit aus einem Speicher abgerufen werden.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung liegt darin, daß das Stellorgan von einer elektronischen Steuer­ einheit gesteuert wird, welche einen Zustellweg für die Um­ formrolle aus dem Drehwinkel der Spindel, vorgegebenen Geo­ metriedaten des Blechwerkstücks sowie des zu formenden Tei­ les (Solldaten) und einem Korrekturfaktor ermittelt. Die Steuereinheit bestimmt mittels einer Rechnereinrichtung für jeden Zeitpunkt die notwendige Position für die Umformrolle und steuert das Stellorgan entsprechend. Nach einer erfin­ dungsgemäßen Erkenntnis sind für eine maßgenaue Fertigung des gewünschten Endproduktes dessen Geometriedaten nicht ausreichend. Anders als beispielsweise bei spanabhebenden Fertigungsverfahren treten beim Drücken und Drückwalzen be­ achtliche Materialrückfederungen im elastischen und beson­ ders im elastisch-plastischen Umformungsbereich auf. Um dennoch ein maßgenaues Endprodukt zu erhalten, ist bei den reinen Geometriedaten ein Korrekturfaktor zu berücksichti­ gen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Korrekturfaktor von einem Bediener in die Steuer­ einheit eingegeben oder von dieser aus einem Speicher abge­ rufen wird. Hierdurch wird ein schnelles und unkomplizier­ tes Korrekturverfahren ermöglicht, welches insbesondere bei relativ einfachen Teilen einsetzbar ist.

Für kompliziertere Werkstückformen ist es bevorzugt, daß die Steuereinheit den Korrekturfaktor aus Daten, insbeson­ dere zum Werkstoff des Blechwerkstückes, zu einem Drehzahl- Vorschubverhältnis und zu einem Rollengeometriefaktor, er­ mittelt, welche in die Steuereinheit eingegeben werden. Vor allem der Blechwerkstoff und das Verhältnis der Spindel­ drehzahl zur Vorschubgeschwindigkeit der Umformrolle rela­ tiv zum Werkstück ist für das Rückfederungsverhalten maß­ geblich.

Alternativ kann eine besonders maßgenaue Fertigung auch da­ durch erfolgen, daß nach einem Umformvorgang die Kontur des Teiles von einem Meßtaster bei Drehung der Spindel abgeta­ stet wird und die gemessenen Daten als Ist-Daten zur Steu­ ereinheit geleitet werden, und daß die Steuereinheit die Ist-Daten mit den Soll-Daten des Teiles vergleicht und hieraus den Korrekturfaktor ermittelt und für nachfolgende Arbeitsgänge abspeichert. Bei diesem Verfahren entfällt ei­ ne vorausgehende Berechnung oder Abschätzung des Korrektur­ faktors, der insbesondere bei komplizierter aufgebauten Werkstücken nur unter großem Aufwand ermittelbar ist. Der Meßtaster kann auf demselben Stellorgan angeordnet sein wie eine Umformrolle.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß das Zustellen der Umformrolle in radialer und axialer Richtung relativ zum Blechwerkstück von der Steuereinheit gesteuert wird. Es können somit nicht nur im Querschnitt polygonale Formen erzeugt werden. Viel­ mehr kann sich die Querschnittsform auch noch in axialer Richtung an einem Werkstück verändern.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens liegt darin, daß als Blechwerkstück ein nicht rotationssymmetrischer Vorzug verwendet wird. Wird beispielsweise ein polygonaler Vorzug, das heißt, ein tief­ gezogener Napf, verwendet, so kann eine relativ schnelle Endbearbeitung mit einer hohen Maßgenauigkeit an der Drückwalzmaschine durchgeführt werden.

Bei einer Drückwalzmaschine wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Das Zustellorgan ist elektrisch be­ wegbar und ansteuerbar, und eine Steuereinheit mit ei­ ner Dateneingabeeinrichtung ist vorgesehen. Zur Ermitt­ lung eines Drehwinkels der Spindel ist ein Aufnehmer vorgesehen, der mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht. Zur Fertigung nicht rotationssymmetrischer Teile ist das Stellorgan von der Steuereinheit abhängig von dem Drehwin­ kel der Spindel und eingegebenen Geometriedaten eines zu fertigenden Teiles bewegbar. Mit dieser erfindungs­ gemäßen Drückwalzmaschine kann insbesondere das zuvor be­ schriebene Verfahren ausgeführt werden. Die Steuereinheit, ein Sensor als Aufnehmer für den Spindeldrehwinkel und ein Stellorgan können auch als Nachrüstsatz bei herkömmlichen Drückwalzmaschinen eingebaut werden. Als eine Dateneingabe­ einrichtung kann sowohl eine Tastatur als auch eine Schnittstelle für eine Datenfernübertragung vorgesehen sein.

Die erfindungsgemäße Drückwalzmaschine ist in bevorzugter Weise dahingehend weitergebildet, daß zum Abtasten der Kontur des gefertigten Teiles ein Meßtaster vorgesehen ist, der mit der Steuereinheit in Verbindung steht. Der Meßta­ ster ist dabei auf einem zumindest radial verfahrbaren Schlitten gelagert, durch welchen der Meßtaster nach Ab­ schluß eines Umformvorganges in Kontakt mit dem gefertigten Teil an der Spindel gebracht wird. Die Verfahrbewegung wird dabei von der Steuereinheit überwacht, so daß eine vollau­ tomatische Fertigung und Qualitätsüberwachung mit der er­ findungsgemäßen Drückwalzmaschine möglich ist.

Die Erfindung wird weiter anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, welche schematisch in den Zeichnungen darge­ stellt sind. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 bis Fig. 3 Blechwerkstücke in Querschnittsansicht;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Fertigung eines Polygons;

Fig. 5 eine andere erfindungsgemäße Fertigung eines Polygons;

Fig. 6 bis Fig. 13 verschiedene nicht rotationssymmetrische Teile in Vorder- und Querschnittsansicht;

Fig. 14 bis Fig. 19 unterschiedliche Werkzeuge zur Herstellung von Innenkonturen für das erfindungs­ gemäße Verfahren; und

Fig. 20 bis Fig. 23 unterschiedliche Profilierrollen für das er­ findungsgemäße Verfahren.

In Fig. 1 ist als Ausgangswerkstück für das erfindungs­ gemäße Verfahren eine Blechronde 10a gezeigt. Bei Verwen­ dung einer Blechronde 10a erfolgt der komplette Formge­ bungsvorgang auf einer Drückwalzmaschine. Der Umformungs­ vorgang auf der Drückwalzmaschine kann durch Verwendung ei­ nes vorgeformten Blechwerkstückes, beispielsweise einem napfförmigen Vorzug 10b gemäß Fig. 2, beschleunigt werden. Als alternatives Ausgangswerkstück kann weiterhin ein Rohr 10c verwendet werden, welches in Fig. 3 dargestellt ist. Die Blechwerkstücke 10 können entweder eine rotationssym­ metrische oder eine nicht rotationssymmetrische Form aufwei­ sen.

In den Fig. 4 und 5 sind schematisch zwei Ausführungs­ formen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur spanlosen Fer­ tigung eines Polygons 20 mit drei Eckbereichen gezeigt. Das Polygon 20, welches auf einer nicht dargestellten Spindel einer Drückwalzmaschine eingespannt ist, rotiert entspre­ chend dem Pfeil P1. Während der Rotationsbewegung wird eine Umformrolle 30 entsprechend dem Pfeil P2 zugestellt, wobei die Umformrolle 30 entsprechend einem vorgegebenen Pro­ grammablauf zwischen einer maximalen und einer minimalen Zustellposition bewegt wird. Bei dem Verfahren gemäß Fig. 5 werden insgesamt zwei Umformrollen 30 für eine noch schnellere Durchführung der Umformung verwendet. Selbst­ verständlich können auch drei oder mehr Umformrollen 30 eingesetzt werden.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigter ovalförmiger Napf 21 mit einem flachen Boden 22 geht aus den Fig. 6 und 7 vor. Eine Abwandlung dieses nicht rota­ tionssymmetrischen Teiles ist in den Fig. 8 und 9 darge­ stellt, wobei ein ovalförmiger Napf 23 eine Verjüngung 24 in Richtung auf den Boden hin aufweist. Derartige Teile mit Boden werden insbesondere aus Vorzügen mit Boden geformt, der bereits im wesentlichen die Form des Bodens des Endpro­ dukts aufweist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Teile ge­ fertigt werden, bei denen sich eine rotationssymmetrische Querschnittsform in axialer Richtung zu einer nicht rota­ tionssymmetrischen Form verändert. Ein derartiges Teil ist beispielhaft in den Fig. 10 und 11 als ein ovalförmiges Rohr 25 illustriert. Das ovalförmige Rohr 25 weist einen im Querschnitt kreisringförmigen Stutzen 26 auf, welcher sich in axialer Richtung über einen Übergangsbereich 28 zu einem ovalförmigen Stutzen 27 erweitert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf Oval­ formen beschränkt. Vielmehr können unter anderem auch soge­ nannte Polygone gefertigt werden. Ein Polygon 29 mit drei Eckbereichen geht aus den Fig. 12 und 13 hervor.

Wie bei herkömmlichen Verfahren des Drückens und des Drück­ walzens kann an den Werkstücken mittels eines Werkzeuges eine Innenkontur ausgeformt werden. Für eine glatte Innen­ fläche kann ein Zylinderwerkzeug 31 gemäß Fig. 14 oder ein Kegelstumpfwerkzeug 32 gemäß Fig. 15 verwendet werden.

Die Ausformung von Nuten an der Innenkontur eines Werk­ stückes kann mittels eines Mehrfachnutwerkzeuges 33 oder eines Einfachnutwerkzeuges 34 erfolgen, welche in Fig. 16 beziehungsweise Fig. 17 dargestellt sind. Mittels eines Geradverzahnungswerkzeuges 35 oder eines Schrägverzahnungs­ werkzeuges 36, wie sie aus den Fig. 18 beziehungsweise 19 hervorgehen, kann ein Werkstück mit einer gewünschten Innenverzahnung versehen werden.

Eine Profilierung der Außenkontur kann ebenfalls wie bei herkömmlichen Drück- oder Drückwalzverfahren mittels soge­ nannter Profilierrollen ausgeführt werden. Zur Erzeugung einer glatten oder geschwungenen Außenseite an dem Werk­ stück kann eine Plattformrolle 37 gemäß Fig. 20 verwendet werden. In den Fig. 21 und 22 sind eine Einfachnutrolle 38 beziehungsweise eine Doppelnutrolle 39 zur Ausbildung einer Nut am Außenumfang des Werkstücks dargestellt. Zur Herstellung einer Außenverzahnung, welche sowohl eine Ge­ rad- als auch eine Schrägverzahnung sein kann, wird eine sogenannte Verzahnungsrolle 40 verwendet, wie sie Fig. 23 zeigt.

Claims (11)

1. Verfahren zur spanlosen Fertigung eines nicht ro­ tationssymmetrischen Teiles (20) aus einem Blech­ werkstück (10) auf einer Drückwalzmaschine, bei dem

• 1. das Blechwerkstück (10) mittels einer drehbaren Spindel in eine Drehbewegung versetzt wird und
• 2. mindestens eine Umformrolle (30) während der Drehbewegung an das Blechwerkstück (10) zu dessen Umformung zugestellt wird,

dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß das Blechwerkstück (10) unmittelbar an der Spindel und relativ zur Spindel radial unverschieb­ bar eingespannt wird,
• 2. daß zum Formen einer gewünschten Abweichung von einer Rotationssymmetrie die mindestens eine Umform­ rolle (30) während einer einzelnen Umdrehung der Spindel zwischen einer maximalen und einer minimalen Zustellposition radial verstellt wird und
• 3. daß das radiale Verstellen der mindestens einen Umformrolle (30) während einer einzelnen Umdrehung der Spindel in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Spindel gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Zustellen der Umformrolle (30) ein elektrisch ansteuerbares Stellorgan verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan von einer elektronischen Steuerein­ heit nach einem vorgegebenen Programm gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan von einer elektronischen Steuerein­ heit gesteuert wird, welche einen Zustellweg für die Umformrolle (30) aus dem Drehwinkel der Spindel, vor­ gegebenen Geometriedaten des Blechwerkstückes (10) so­ wie des zu formenden Teiles (20) (Solldaten) und einem Korrekturfaktor ermittelt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor von einem Bediener in die Steuereinheit eingegeben oder von dieser aus einem Speicher abgerufen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit den Korrekturfaktor aus Daten, insbesondere zum Werkstoff des Blechwerkstücks, zu ei­ nem Drehzahl-Vorschubverhältnis und zu einem Rollen­ geometriefaktor, ermittelt, welche in die Steuerein­ heit eingegeben werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Umformvorgang die Kontur des Teiles (20) von einem Meßtaster bei Drehung der Spindel abgetastet wird und die gemessenen Daten als Ist- Daten zur Steuereinheit geleitet werden, und daß die Steuereinheit die Ist-Daten mit den Soll- Daten des Teiles (20) vergleicht und hieraus den Korrekturfaktor ermittelt und für nachfolgende Arbeitsgänge abspeichert.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zustellen der Umformrolle (30) in radialer und axialer Richtung relativ zum Blechwerkstück (10) von der Steuereinheit gesteuert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Blechwerkstück (10) ein nicht rotationssymme­ trischer Vorzug (10b) verwendet wird.

10. Drückwalzmaschine, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer drehbaren Spindel und mindestens einer Umformrolle (30), welche mittels eines Zustellorgans radial und axial relativ zur Spindel bewegbar ist,
wobei das Zustellorgan elektrisch bewegbar und ansteu­ erbar ist und
eine Steuereinheit mit einer Dateneingabeeinrich­ tung zur Steuerung des Zustellorgans vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Aufnehmer zur Ermittlung eines Drehwinkels der Spindel vorgesehen ist,
daß der Aufnehmer mit der Steuereinheit in Verbindung steht und
daß zur Fertigung nicht rotationssymmetrischer Teile (20) das Zustellorgan während einer einzelnen Umdre­ hung der Spindel von der Steuereinheit abhängig von dem ermittelten Drehwinkel der Spindel und eingegebe­ nen Geometriedaten eines zu fertigenden Teiles (20) radial verstellbar ist.

11. Drückwalzmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abtasten der Kontur des gefertigten Teiles (20) ein Meßtaster vorgesehen ist, der mit der Steuer­ einheit in Verbindung steht.