DE19754934B4

DE19754934B4 - Rundknetmaschine mit eine Einlaufschräge aufweisenden Knetwerkzeugen sowie Verfahren zum Umformen von Werkstücken mit einer solchen Rundknetmaschine

Info

Publication number: DE19754934B4
Application number: DE1997154934
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr.-Ing. Müller
Original assignee: HMP ENGINEERING GmbH
Current assignee: HMP ENGINEERING GmbH
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2017-12-12
Also published as: DE19754934A1

Abstract

Rundknetmaschine mit einem Maschinengestell (10), mit einem gestellfest angeordneten Knetwerk (12), das mehrere im Winkelabstand voneinander angeordnete, in eine oszillierende Radialbewegung (20) versetzbare Knetwerkzeuge (21) aufweist und mit einem zusammen mit einem zu bearbeitenden Werkstück (14) entlang dem Maschinengestell (10) mit vorzugsweise hydraulischen Antriebsmitteln (16) in Richtung Knetwerk (12) verschiebbaren Vorschubschlitten (18), wobei die Knetwerkzeuge (21) eine schräg zur Vorschubrichtung (22) ausgerichtete Einlaufschräge (24) für das Werkstück (14) aufweisen, gekennzeichnet durch ein Massenelement (28), das auf dem Vorschubschlitten (18) in dessen Verschieberichtung unter der Einwirkung mindestens eines schlittenfest abgestützten Federelements (32) hin- und herverschiebbar angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rundknetmaschine mit einem Maschinengestell, mit einem gestellfest angeordneten Knetwerk, das mehrere im Winkelabstand voneinander angeordnete, in eine oszillierende Radialbewegung versetzbare Knetwerkzeuge aufweist, und mit einem zusammen mit einem zu bearbeitenden Werkstück entlang dem Maschinengestell mit vorzugsweise hydraulischen Antriebsmitteln in Richtung Knetwerk verschiebbaren Vorschubschlitten, wobei die Knetwerkzeuge eine schräg zur Vorschubrichtung ausgerichtete Einlaufschräge für das Werkstück aufweisen. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Rundkneten von Werkstücken mit Hilfe von eine Einlaufschräge aufweisenden, radial oszillierenden Knetwerkzeugen, gegen die ein zu bearbeitendes Werkstück mit Hilfe eines Vorschubmechanismus vorzugsweise mit hydraulischen Mitteln verschoben wird. Rundknetmaschinen sowie ein Verfahren zum Rundkneten dieser Art sind bekannt ( DE-35 15 759 C2 ).
Rundkneten ist ein spanloses Umformverfahren zum Reduzieren des Querschnitts von Stäben, Rohren und Drähten: Das hierfür vorgesehene Knetwerk enthält zwei bis vier, in Ausnahmefällen acht einen Winkelabstand voneinander aufweisende Knetwerkzeuge, die in schneller Folge gleichzeitige radiale Oszillationsbewegungen ausführen. Bei jeder nach innen gerichteten Bewegung der Knetwerkzeuge wird ein Teil des Werkstücks umgeformt, d.h. in seiner Länge abgestreckt. Die mit Frequenzen von 1000 bis 10000 Hüben pro Minute oszillierenden Knetwerkzeuge werden um die Werkstückachse gedreht. Der Vorschubmechanismus sorgt dafür, daß das Werkstück kontinuierlich in Richtung Knetwerkzeuge zugestellt wird. Die eigentliche Vorschubbewegung geschieht pulsierend jeweils dann, wenn die Knetwerkzeuge in ihre radial außen liegende Lage bewegt werden. Die Umformarbeit wird im Bereich der Einlaufschräge geleistet, während der in Vorschubrichtung anschließende zylindrische Teil der Knetwerkzeuge den Querschnitt des bearbeiteten Werkstücks kalibriert. Die erzeugte Form besteht in der Regel aus einem Kegel- und einem Zylinderabschnitt. Es lassen sich aber auch "Nurkegel" mit gerader oder gebogener Kontur erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rundknetmaschine und das Verfahren zum Rundkneten der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert und die beim Bearbeitungsvorgang auftretenden Vibrationen und Geräusche vermindert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentansprüchen 1 und 12 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Erkenntnis aus, daß zwar die Umformkraft in der Maschine senkrecht zur Werkstückachse erzeugt wird. In der Einlaufschräge der Werkzeuge entsteht jedoch zusätzlich eine Kraftkomponente in Axialrichtung des Werkstückes, die mit zunehmendem Schrägwinkel ansteigt. Es hat sich gezeigt, daß es aufgrund der axialen Kraftkomponente vor allem bei einem Schrägwinkel > 7° zu erheblichen Schwingungen des Werkstücks und des Vorschubschlittens in Axialrichtung kommt. Diese Schwingungen sind darauf zurückzuführen, daß der vorzugsweise hydraulisch angetriebene Vorschubmechanismus eine Eigenelastizität aufweist, die beim Bearbeitungsvorgang zu oszillierenden Verschiebebewegungen mit der Hubfrequenz des Knetwerks und mit Amplituden von mehreren Millimetern führen können. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der unter der Einwirkung der Einlaufschräge der oszillierenden Knetwerkzeuge mit einer oszillierenden Verschiebekraft beaufschlagte Vorschubmechanismus zusätzlich mit einer im Gegentakt zur oszillierenden Verschiebekraft oszillierenden, in Verschieberichtung ausgerichteten Hilfskraft beaufschlagt wird.
Die Amplitude der oszillierenden Hilfskraft wird dabei zweckmäßig so gewählt, daß die Amplitude der oszillie renden Bewegung des Vorschubmechanismus und des Werkstücks um mindestens 80 % reduziert wird. Die oszillierende Hilfskraft kann dabei durch ein mit dem Vorschubmechanismus gekoppeltes, passives Feder-Massesystem erzeugt werden.
In gegenständlicher Hinsicht wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Massenelement gelöst, das auf den Vorschubschlitten in dessen Verschieberichtung unter der Einwirkung mindestens eines schlittenfest abgestützten Federelements hin- und herverschiebbar angeordnet ist. Zweckmäßig ist hierzu auf dem Vorschubschlitten eine in Verschieberichtung ausgerichtete Linearführung für das Massenelement angeordnet. Die Linearführung kann dabei als schlittenfest angeordnete Führungsstange zur Aufnahme des einen entsprechenden Durchbruch aufweisenden Massenelements ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Federelemente durch zwei an einander gegenüberliegenden Seiten des Massenelements angreifende und an schlittenfesten Widerlagern abgestützte Druck- oder Zugfedern gebildet, die beispielsweise als Schraubenfedern ausgebildet sein können. Die Federelemente sind dabei zweckmäßig auf die vorzugsweise an den schlittenfesten Widerlagern verankerte Führungsstange aufgeschoben und zwischen je einem der Widerlager und dem Massenelement eingespannt.
Die Masse des Massenelements und die Federkonstante des zumindest einen Federelements können nach Maßgabe der Oszillationsfrequenz der Knetwerkzeuge so ausgewählt werden, daß die Eigenfrequenz des durch das Massenelement und das zumindest eine Federelement gebildeten Schwingungssystems der Oszillationsfrequenz + 20 % der Knetwerkzeuge entspricht. Die Masse des Massenelements entspricht dabei zweckmäßig der 0,05- bis 0,2-fachen Masse des mit dem Werkstück bestückten Vorschubschlittens.
Eine weitere Verbesserung des Dämpfungsverhaltens kann dadurch erzielt werden, wenn das Federelement durch ein Dämpfungsglied überbrückt oder ersetzt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1 ein Schema einer Rundknetmaschine in teilweise geschnittener Darstellung;
2 einen Schnitt durch ein Knetwerkzeug mit Einlaufschräge.
Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Rundknetmaschine ist zur Reduzierung des Querschnitts von Rohren oder Stäben bestimmt. Sie weist ein in der Zeich nung strichpunktiert angedeutetes Maschinengestell 10, ein gestellfest angeordnetes Knetwerk 12 sowie einen zusammen mit einem zu bearbeitenden Werkstück 14 entlang dem Maschinengestell mit hydraulischen Antriebsmitteln 16 in Richtung Knetwerk 12 verschiebbaren Vorschubschlitten 18 auf. Das Knetwerk 12 enthält mehrere, im Winkelabstand voneinander angeordnete, in eine in Richtung der Doppelpfeile 20 oszillierende Radialbewegung versetzbare Knetwerkzeuge 21, die eine unter dem Winkel α schräg zur Vorschubrichtung 22 ausgerichtete Einlaufschräge 24 für das Werkstück 14 aufweisen. Die Umformkraft F_u des Knetwerks wird über die Knetwerkzeuge 21 senkrecht zur Werkstückachse 26 erzeugt (2). In der Einlaufschräge der Knetwerkzeuge entsteht zusätzlich eine Kraftkomponente F_a in Axialrichtung des Werkstücks, die mit zunehmendem Schrägwinkel α der Einlaufschräge ansteigt. Unter Vernachlässigung der Reibung gilt Fa = Fu tanα
Hieraus folgt, daß die Kraft F_a vom Winkel α abhängt und mit der Schlagfrequenz des Knetwerks 12 von 1000 bis 10000 Hüben pro Minute auf das Werkstück 14 und den Vorschubschlitten 18 in Axialrichtung einwirkt. Es hat sich gezeigt, daß der Schlitten 18 zusammen mit dem Hydrauliköl im Antriebsmechanismus 16 und in dessen Leitungen einen Feder-Massen-Schwinger bildet, der unter der Einwirkung der oszillierenden Axialkraft Fa zu Axialschwingungen angeregt wird, deren Amplituden mehrere Millimeter betragen können. Hieraus ergibt sich eine erhöhte Geräuschbildung. Außerdem wird die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt.
Um die durch die Knetwerkzeuge 21 erzwungene Schwingung des Vorschubmechanismus zumindest teilweise zu kompensieren, ist ein Massenelement 28 vorgesehen, das auf einer schlittenfest angeordneten Führungsstange 30 zwischen zwei Federelementen 32 in Richtung des Doppelpfeils 34 in Verschieberichtung des Vorschubschlittens 18 hin- und herverschiebbar angeordnet ist. Die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Schraubendruckfedern ausgebildeten Federelemente 32 sind auf die Führungsstange 30 aufgeschoben und stützen sich mit ihrem einen Ende an den schlittenfesten Widerlagern 36 und mit ihrem anderen Enden am Massenelement 28 ab. Das Massenelement 28 und die Federelemente 32 bilden ein Schwingungssystem, dessen Eigenfrequenz durch Wahl der Masse des Massenelements 26 und der Federkonstante der Federelemente 32 im wesentlichen auf die Schlagfrequenz des Knetwerks 12 abgestimmt werden sollte. Die Masse des Massenelements 28 braucht nur einen Bruchteil der Masse des mit dem Werkstück 14 bestückten Vorschubschlittens 18 zu betragen, um die Oszillationsbewegung des Vorschubschlittens weitgehend zu kompensieren. Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann dadurch erzielt werden, daß mindestens eines der Federelemente 32 durch ein nicht dargestelltes Dämpfungsglied überbrückt wird.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Rundknetmaschine mit einem Knetwerk 12 und einem zusammen mit einem zu bearbeitenden Werkstück 14 in Richtung Knetwerk verschiebbaren Vorschubschlitten 18. Das Knetwerk weist mehrere, in einem Winkelabstand voneinander angeordnete, in eine oszillierende Radialbewegung versetzbare Knetwerkzeuge 21 auf, die eine schräg zur Vorschubrichtung ausgerichtete Einlaufschräge 24 für das Werkstück 14 aufweisen. Es hat sich gezeigt, daß der eine Eigenelastizität aufweisende Vorschubmechanismus unter der Einwirkung der Einlaufschräge 24 der Knetwerkzeuge 21 mit einer oszillierenden Axialkraft beaufschlagt wird, die den Vorschubschlitten 18 in eine oszillierende Verschiebebewegung versetzt. Um die Verschiebebewegung weitgehend zu kompensieren, ist ein Massenelement 28 vorgesehen, das auf dem Vorschubschlitten 18 in dessen Verschieberichtung unter der Einwirkung mindestens eines schlittenfest abgestützten Federelements 32 hin- und herverschiebbar angeordnet ist.

Claims

Rundknetmaschine mit einem Maschinengestell (10), mit einem gestellfest angeordneten Knetwerk (12), das mehrere im Winkelabstand voneinander angeordnete, in eine oszillierende Radialbewegung (20) versetzbare Knetwerkzeuge (21) aufweist und mit einem zusammen mit einem zu bearbeitenden Werkstück (14) entlang dem Maschinengestell (10) mit vorzugsweise hydraulischen Antriebsmitteln (16) in Richtung Knetwerk (12) verschiebbaren Vorschubschlitten (18), wobei die Knetwerkzeuge (21) eine schräg zur Vorschubrichtung (22) ausgerichtete Einlaufschräge (24) für das Werkstück (14) aufweisen, gekennzeichnet durch ein Massenelement (28), das auf dem Vorschubschlitten (18) in dessen Verschieberichtung unter der Einwirkung mindestens eines schlittenfest abgestützten Federelements (32) hin- und herverschiebbar angeordnet ist.
Rundknetmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Vorschubschlitten (18) eine in dessen Verschieberichtung (22) ausgerichtete Linearführung (30) für das Massenelement (28) angeordnet ist.
Rundknetmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearführung als schlittenfest angeordnete Führungsstange (30) zur Aufnahme des einen entsprechenden Durchbruch aufweisenden Massenelements (28) ausgebildet ist.
Rundknetmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (32) durch zwei an einander gegenüberliegenden Seiten des Massenelements (28) angreifende und an schlittenfesten Widerlagern (36) abgestützte Druck- oder Zugfedern gebildet sind.
Rundknetmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (32) als Schraubendruckfedern ausgebildet sind.
Rundknetmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (32) auf die vorzugsweise an den Widerlagern (36) verankerte Führungsstange (38) aufgeschoben und zwischen je einem der Widerlager (36) und dem Massenelement (28) eingespannt sind.
Rundknetmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Massenelements (28) und die Federkonstante des zumindest einen Federelements (32) nach Maßgabe der Oszillationsfrequenz der Knetwerkzeuge (21) auswähl bar ist.
Rundknetmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des durch das Massenelement (28) und das zumindest eine Federelement (32) gebildeten Schwingungssystems der Oszillationsfrequenz + 20 der Knetwerkzeuge (21) entspricht.
Rundknetmaschine nach einem der Ansprüche 1 bsi 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Massenelements (28) der 0,05- bis 0,2-fachen Masse des mit dem Werkstück (14) bestückten Vorschubschlittens (18) entspricht.
Rundknetmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (32) durch ein Dämpfungsglied ersetzt wird.
Rundknetmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zu einem der Federelemente ein Dämpfungsglied in Reihe oder parallel geschaltet wird.
Verfahren zum Rundkneten von Werkstücken mit Hilfe von eine Einlaufschräge (24) aufweisenden, radial oszillierenden Knetwerkzeugen (21), gegen die ein zu bearbeitendes Werkstück (14) mit einem Vorschub mechanismus (18) vorzugsweise mit Hilfe hydraulischer Antriebsmittel (16) verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eigenelastizität aufweisende Vorschubmechanismus unter der Einwirkung der Einlaufschräge (24) der Knetwerkzeuge (21) mit einer oszillierenden Schubkraft (F_a) und zusätzlich mit einer im Gegentakt zur Schubkraft oszillierenden Hilfskraft beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die oszillierende Hilfskraft so bemessen wird, daß die Amplitude der oszillierenden Bewegung des Vorschubmechanismus um mindestens 80 % reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die oszillierende Hilfskraft durch ein mit dem Vorschubmechanismus (18) gekoppeltes, passives Feder-Masse-System erzeugt wird.