DE19953525A1

DE19953525A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Rohrformstückes

Info

Publication number: DE19953525A1
Application number: DE1999153525
Authority: DE
Inventors: Manfred Klever
Original assignee: GFU Maschinenbau GmbH Gesellschaft fuer Umformung und Maschinenbau
Current assignee: GFU Maschinenbau GmbH Gesellschaft fuer Umformung und Maschinenbau
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2019-11-06
Also published as: DE19953525C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Rohrformstückes. Das Ende eines rohrförmigen Werkstückes wird mit einem Umformwerkzeug unter axialem Druck umgeformt, wobei das Umformwerkzeug und das Werkstück während der Formgebung in gleicher Drehrichtung um ihre Längsachsen, die parallel versetzt zueinander ausgerichtet sind, rotierend angetrieben werden. Als Umformwerkzeug wird ein Dorn verwendet, der eine zum Werkstück sich verjüngende, vorzugsweise kegelförmige, Umformfläche aufweist und dessen Außendurchmesser größer ist als der Werkstückaußendurchmesser. Das rotierend angetriebene Umformwerkzeug wird mit einer an die Werkstückdrehzahl angenäherten Anfangsdrehzahl an das zu formende Werkzeug heranbewegt. Das Werkstückende wird unter axialem Druck an der Umformfläche des Dorns aufgeweitet, wobei die Drehzahl des Umformwerkzeuges, dessen Antrieb mit einem Freilauf ausgerüstet ist, sich entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit des sich an der Umformfläche ausbildenden Formstückes selbsttätig anpaßt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Rohrformstückes.

Aus DE-C 44 31 517 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Ende eines rohrförmigen Werkstückes mit einem Umformwerk zeug unter axialem Druck umgeformt wird, wobei das Umform werkzeug und das Werkstück während der Formgebung in gleicher Drehrichtung um ihre Längsachsen, die parallel versetzt zueinander ausgerichtet sind, rotierend ange trieben werden. Als Umformwerkzeug wird eine Form ver wendet, deren Außendurchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser des rohrförmigen Werkstückes. Die Dreh zahlen der Form und des Werkstückes sind so aufeinander abgestimmt, daß das Werkstück und die Form mit gleichen Umfangsgeschwindigkeiten umlaufen, wobei das Werkstück an der rotationssymmetrischen Innenwand der Form abrollt. Durch den Versatz der Rotationsachsen tritt bei der Form gebung Reibung zwischen den sich formenden Endstück und der Form auf, die vom Werkstückumfang radial nach Innen zur Längsachse des Werkstückes zunimmt. Mit dem Verfahren können halsförmige Rohrverjüngungen und druckfeste, stirn seitig geschlossene Rohrenden hergestellt werden. Das Ver fahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Druck gasflaschen, wobei der Boden und der Hals gleichzeitig geformt werden können.

Im Maschinen-, Getriebe- und Fahrzeugbau werden Hohlwellen mit endseitigen Flanschen oder Muffen eingesetzt. Ein konkretes Beispiel sind Nockenwellen mit endseitigen Steuerflanschen. Nach dem Stand der Technik werden die Flansche oder Muffen an die Hohlwelle angeschweißt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Rohlinge für solche Maschinenteile umformtechnisch hergestellt werden können.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Umformwerk zeug ein Dorn verwendet wird, der eine zum Werkstück sich verjüngende Umformfläche aufweist und dessen Außendurch messer größer ist als der Werkstückaußendurchmesser, daß das rotierend angetriebene Umformwerkzeug mit einer an die Werkstückdrehzahl angenäherten Anfangsdrehzahl an das zu formende Werkstück heranbewegt wird und daß das Werk stückende unter axialem Druck an der Umformfläche des Dorns aufgeweitet wird, wobei die Drehzahl des Umformwerkzeuges, dessen Antrieb mit einem Freilauf ausgerüstet ist, sich entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit des sich an der Umformfläche ausbildenden Formstückes selbsttätig anpaßt. Die Anfangsdrehzahl kann bis zu etwa 20% von der Drehzahl des Werkstückes abweichen. Im allgemeinen wird die Anfangs drehzahl des Umformwerkzeuges etwas geringer gewählt als die Werkstückdrehzahl. Die erfindungsgemäße Verfahrens führung ermöglicht einen überraschend gleichmäßigen Werk stofffluß während des Umformvorganges. Auch bei einer großen Aufweitung bleibt die Wandstärke des umgeformten Materials überraschend konstant. Vorzugsweise ist die Umformfläche des Dorns kegelförmig ausgebildet.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann an das Rohrende des Werkstückes ein Flansch angeformt werden.

Dabei kann auch die Flanschdicke und/oder die Flanschform des angeformten Flansches durch das Umformverfahren beein flußt werden, wenn am Umfang der sich verjüngenden Umform fläche eine umlaufende Staukante angeordnet wird, die den bei der Umformung auftretenden Werkstofffluß begrenzt oder umlenkt. Das an der Umformfläche geformte Rohrende des Werkstückes wird in einem weiteren Umformschritt zu einem Flansch verpreßt. Eine besonders rationelle Fertigung ist möglich, wenn das Werkzeug zur Umformung mit einem vor stehenden Rohrende in einen mit dem Werkstück rotierenden Werkstückhalter eingesetzt wird, der als Preßwiderlager ausgebildet ist. Im zweiten Umformschritt kann das an dem Dorn umgeformte kegelförmige Rohrende mittels eines Preß stempels am Werkstückhalter flanschförmig verpreßt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können ferner muffen förmige Rohrerweiterungen an ein rohrförmiges Werkstück, z. B. eine Hohlwelle, angeformt werden. Durch eine Zustell bewegung des Dorns und/oder des Werkstückhalters wird ein Endstück des Werkstückes unter Druck umgeformt, welches länger ist als die von der Dornspitze zum Außendurchmesser reichende Mantellinie der Umformfläche. Dabei wird ein Umformwerkzeug verwendet, welches in Dornlängsrichtung eine an die kegelförmige Umformfläche anschließende, im wesent lichen zylindrische Mantelfläche aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den nachgeordneten Ansprüchen 9 bis 12 beschrieben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1a bis 1c die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines metallischen Rohrformstückes,

Fig. 2 und 3 weitere Ausgestaltungen und Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Werkstück, das durch das in Fig. 2 dargestellte Verfahren hergestellt worden ist.

Mit dem in den Fig. 1a bis 1c dargestellten Verfahren wird an einer Hohlwelle ein Flansch angeformt. Das Verfahrens erzeugnis ist beispielsweise als Rohling zur Fertigung einer einen endseitigen Steuerflansch aufweisenden Nocken welle mit einem endseitigen Steuerflansch verwendbar.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung ver wendet, die einen rotierend angetriebenen Werkstückhalter 1 zur Aufnahme eines rohrförmigen Werkstückes 2, ein Umform werkzeug 3 mit Rotationsantrieb sowie eine nicht dar gestellte Einrichtung für den Vorschub des Umformwerkzeuges 3 und zur Erzeugung eines axialen Umformdruckes aufweisen. Die Rotationsachsen 4, 5 des Werkstückhalters und des Umformwerkzeuges sind parallel zueinander versetzt angeordnet. Das Umformwerkzeug besteht aus einem Dorn 6 mit einer kegelförmigen Umformfläche 7 auf, dessen Außendurch messer D größer ist als der Werkstückaußendurchmesser d. Der nicht dargestellte Rotationsantrieb des Umformwerk zeuges 3 ist mit einem Freilauf ausgerüstet.

Das Werkstück 2, dessen umzuformendes Werkstückende auf Schmiedetemperatur erwärmt worden ist, wird mit einer Dreh zahl von beispielsweise 1000 min^-1 angetrieben. Das eben falls rotierend angetriebene Umformwerkzeug 3 wird mit einer an die Werkstückdrehzahl n angenäherten Anfangsdreh zahl n₀ an das zu formende Werkstück heranbewegt (Fig. 1a). Die Anfangsdrehzahl n₀ wird im allgemeinen etwas kleiner als die Werkstückdrehzahl n gewählt und beträgt beispiels weise 950 min^-1. In der ersten Umformoperation (Fig. 1b) wird das Werkstückende unter axialem Druck an der Umform fläche 7 des Dorns 6 aufgeweitet. Dabei paßt sich die Dreh zahl n_U des Umformwerkzeuges 3, dessen Antrieb mit einem Freilauf ausgerüstet ist, entsprechend der Umfangs geschwindigkeit des sich an der Umformfläche 7 ausbildenden Formstückes selbsttätig an. Es kommt zu einem gleichmäßigen Werkstofffluß, wobei sich eine trichterförmige Rohr erweiterung g ausbildet, deren Wandstärke im wesentlichen der Wandstärke des rohrförmigen Werkstückabschnittes ent spricht. In einem zweiten Umformschritt wird das an der Umformfläche 7 des Dorns 6 geformte Rohrende 8 zu einem Flansch 9 verpreßt. Es versteht sich, daß bei der zweiten Umformoperation weder das Werkstück 2 noch das Preßwerkzeug 10 rotieren. Im Ausführungsbeispiel ist der Werkstückhalter 1 als Preßwiderlager ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, das bei der ersten Umformoperation her gestellte Werkstück aus der Vorrichtung zu entnehmen und in einer separaten Presse weiter umzuformen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist am Umfang der kegelförmigen Umformfläche 7 des Dorns 6 eine umlaufende Staukante 11 angeordnet, die den bei der ersten Umformoperation auftretenden Werkstofffluß begrenzt oder umlenkt. Mit dem in Fig. 2 dargestellten Umformwerkzeug kann ein Werkstück geformt werden, welches in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Die bei der Umformoperation entstehende Rohrerweiterung 8 weist einen Steg 12 und einen umfangseitig anschließenden Ring 13 auf, dessen Ringbreite durch die Umformoperation beeinflußbar ist. Der Ring 13 entsteht dadurch, daß der Werkstofffluß bei der Umformung an der Staukante 11 umgelenkt wird und das aus dem Umform werkzeug 3 austretende Material erstarrt. Das in Fig. 4 dargestellte Werkstück kann beispielsweise als Rohling zur Herstellung eines Maschinenteils verwendet werden, das einen Radkranz aufweist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 weist der Dorn 6 eine zylindrische Mantelfläche 14 auf, die stufenfrei an die kegelförmige Umformfläche 7 anschließt. Durch eine Zustellbewegung des Dorns 6 wird ein Endstück des Werk stückes 2 unter Druck umgeformt, welches länger ist als die von der Dornspitze zum Außendurchmesser reichenden Mantel linie der kegelförmigen Umformfläche. Beim Umformvorgang fließt der Werkstoff an der kegelförmigen Umformfläche 7 sowie der anschließenden zylindrischen Mantelfläche 14 ent lang, wobei ein Rohrendstück mit einer muffenförmigen Erweiterung ausgebildet wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Rohrform stückes, bei dem ein Ende eines rohrförmigen Werkstückes mit einem Umformwerkzeug unter axialem Druck umgeformt wird, wobei das Umformwerkzeug und das Werkstück während der Formgebung in gleicher Drehrichtung um ihre Längs achsen, die parallel versetzt zueinander ausgerichtet sind, rotierend angetrieben werden, dadurch gekenn zeichnet,
daß als Umformwerkzeug ein Dorn verwendet wird, der eine zum Werkstück sich verjüngende Umformfläche auf weist und dessen Außendurchmesser größer ist als der Werkstückaußendurchmesser,
daß das rotierend angetriebene Umformwerkzeug mit einer an die Werkstückdrehzahl angenäherten Anfangs drehzahl an das zu formende Werkstück heranbewegt wird und
daß das Werkstückende unter axialem Druck an der Umformfläche des Dorns aufgeweitet wird, wobei die Drehzahl des Umformwerkzeuges, dessen Antrieb mit einem Freilauf ausgerüstet ist, sich entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit des sich an der Umformfläche ausbildenden Formstückes selbsttätig anpaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformfläche kegelförmig ausgebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß am Umfang der sich verjüngenden Umformfläche eine umlaufende Staukante angeordnete ist, die den bei der Umformung auftretenden Werkstofffluß begrenzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das an der Umformfläche des Dorns geformte Rohrende des Werkstückes in einem weiteren Umform schritt zu einem Flansch verpreßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück zur Umformung mit einem vorstehenden Rohrende in einen mit dem Werkstück rotierenden Werkstückhalter ein gesetzt wird, der als Preßwiderlager ausgebildet ist, und daß das an dem Dorn umgeformte Rohrende mittels eines Preß stempels am Werkstückhalter flanschförmig verpreßt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß durch eine Zustellbewegung des Dorns und/oder des Werkstückhalters ein Endstück des Werkstückes unter axialem Druck umgeformt wird, welches länger ist als die von der Dornspitze zum Außendurchmesser reichende Mantel linie der sich verjüngenden Umformfläche und daß ein Umformwerkzeug verwendet wird, welches in Dornlängsrichtung eine an die Umformfläche anschließende, im wesentlichen zylindrische Mantelfläche aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zu formende Ende des rohrförmigen Werkstückes vor der Umformung auf Schmiedetemperatur erwärmt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit
einem rotierend angetriebenen Werkstückhalter (1) zur Aufnahme eines rohrförmigen Werkstückes (2),
einem Umformwerkzeug (3) mit Rotationsantrieb und einer Einrichtung für den Vorschub des Uniformwerk zeuges (2) und/oder des Werkstückhalters (1) und zur Erzeugung eines axialen Uniformdruckes,
wobei die Rotationsachsen (4, 5) des Werkstückhalters und des Uniformwerkzeuges parallel zueinander versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Uniformwerkzeug (3) einen Dorn (6) mit einer zum Werkstück (2) sich verjüngenden Uniformfläche (7) aufweist, dessen Außendurchmesser (D) größer ist als der Werkstückaußen durchmesser (d) und daß der Rotationsantrieb des Uniform werkzeuges (3) einen Freilauf aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Uniformfläche (7) des Dorns (6) kegelförmig aus gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß am Umfang der sich verjüngenden Uniformfläche (7) eine umlaufende Staukante (11) angeordnet ist, die den bei der Umformung auftretenden Werkstofffluß begrenzt oder umlenkt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückhalter (1) als Preßwider lager ausgebildet ist, an der das an der Umformfläche (7) des Dorns (6) geformte Rohrende in einem weiteren Umform schritt zu einem Flansch verpreßbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß an die Umformfläche (7) des Dorns (6) eine zylindrische Mantelfläche (14) anschließt.