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Die
Erfindung betrifft ein Walzwerkzeug zum spanlosen Kaltwalzen von
Profilen durch Querwalzen mittels paarweise angeordneten Walzstangen oder
Rundwalzwerkzeugen zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Werkstückes mit
beispielsweise einer geraden oder schrägen Verzahnung, Spiralverzahnung,
mit Nuten, Gewinde oder einer Rändelung.
Das spanlose Kaltwalzen von Profilen bietet den Vorteil einer wesentlich
schnelleren Fertigung als die spanabhebende Bearbeitung, wobei kaltgewalzte Werkstücke zudem
eine höhere
Festigkeit, eine bessere Oberflächengüte und eine
größere Genauigkeit bieten.
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Nach
dem bekannten Stand der Technik weisen die als Walzwerkzeug zum
Querwalzen verwendete Walzstangen oder Rundwalzwerkzeuge eine komplexe
Form auf, die in der Walzrichtung gesehen eine Anwalzzone mit einer
Anzahl von Anwalzzähnen
umfasst, an die sich eine Kalibrierzone mit Kalibrierzähnen anschließt, die
endseitig oder umfangseitig durch einen dritten Bereich einer Auslaufzone
abgeschlossen wird. In der Auslaufzone erfolgt das Entspannen der
Walzwerkzeuge, womit die Entnahme des Werkstücks ermöglicht wird. Bei Rundwerkzeugen
werden zudem Werkzeuge mit umlaufend gleich bleibendem Profil verwendet.
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Die
Anwalzzone des Walzwerkzeugs ist mit einer Verzahnung versehen,
bei welcher die Zahnhöhe
von einem Minimalwert nach und nach bis zur Höhe der fertigen Verzahnung
der Kalibrierzone zunimmt, wobei der Zahnfuß die gleiche Höhe hat.
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Nach
der DE10031652 weisen die beim Querwalzverfahren verwendeten Walzstangen
im Bereich ihrer Verzahnungen jeweils mehrere Bereiche auf. Der
so genannte Anwalzbereich oder Vorwalzbereich weist vom Beginn bis
zum Ende des Anwalzbereiches eine zunehmend ansteigende Zahnhöhe auf.
Im Kalibrierbereich sind die Zähne
alle identisch ausgebildet. Hierbei erfolgt üblicherweise die Herstellung
des Anwalzbereiches derart, dass zunächst bei einem Werkzeug die
Zähne aller
Bereiche identisch ausgebildet werden und dann mittels eines Schleifverfahrens
die Zähne
im Anwalzbereich schräg
abgeschliffen werden, so dass die gewünschte Neigung im Bereich der
Anwalzzähne
entsteht.
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Mit
zwei gegenüber
dem Werkstückmittelpunkt
punktsymmetrisch angeordneten Flachbackenwerkzeugen wird sodann
einmal über
die gesamte Arbeitslänge
des Werkzeuges, beginnend beim am meisten abgeflachten Zahn des
Anwalzbereiches über
die Mantelfläche
des zu erzeugenden Zahnrades abgerollt. Hierbei entsteht eine gewisse Grundausbildung
des zukünftigen
Zahnrades bereits im Anwalzbereich, wobei mit jedem Zahn des Anwalzbereiches
eine größere Eindringtiefe
in den Werkstückkörper gegeben
ist, welches nach dem Durchlaufen der Auslaufzone entnommen werden kann.
Da die Herstellung der Verzahnungen verhältnismäßig schwierig ist, wurde das
Walzwerkzeug mit einer Verzahnung versehen, bei welche die Zahnteilung
zwischen einzelnen Zähnen
zumindest im Bereich der Anwalzzone verschieden ist. Auf diese Weise
soll der Verformungsvorgang stetiger verlaufen und die Abnutzung
der Walzwerkzeuge verringert werden. Damit soll ein häufigeres
Nachschleifen der Walzwerkzeuge entfallen.
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Bei
einem älteren
in der
US 3,303,682 beschriebenen
Verfahren sind die Zähne
des Walzwerkzeuges über
den gesamten Arbeitsbereich identisch ausgebildet, wobei die fortschreitende
Ausbildung der Zähne
an der Mantelfläche
des Werkstückes über eine
Werkzeugzahnstange erfolgt, die mit einem magnetischen Hammer verbunden
ist. Das Werkstück
ist frei drehend zwischen zwei Zahnstangen angeordnet, während durch
die Schlageinwirkung der Hämmer
die Zahnstangen veranlasst werden, in das Werkstück einzudringen.
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In
der
DE 10028165 wird
eine Kaltwalzmaschine mit Reversierbetrieb mit einer Zustelleinrichtung
mit einem integriertem Zustellantrieb beschrieben, über den
die Walzstangen während
des Walzvorganges in Eingriffsrichtung verstellbar sind, um eine
Verstellung der Walzstangen in Radialrichtung auf das zu bearbeitenden
Werkstück
hin zu ermöglichen.
Durch diese Zustelleinrichtung kann die gewünschte Endprofiltiefe während des
Walzvorganges verändert
und in mehreren Walzstangenhüben
ausgebildet werden. Dies ermöglicht
es, die Länge
der Walzstange zu minimieren, so dass auch die Abmessungen der Kaltwalzmaschine
vergleichsweise gering bleiben können.
Im Reversierbetrieb mit mehreren Walzstangenhüben kann die Belastung für die Maschine
und die Walzstangen wesentlich verringert werden.
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Da
die Profiltiefe gemäß der
DE 10028165 über die
Zustelleinrichtung bestimmt wird, können die Walzstangen vornehmlich
mit gleich bleibender Profiltiefe ausgeführt werden, so dass deren Herstellung einfacher
als bei den herkömmlichen
Walzstangen mit in Walzrichtung größer werdender Profiltiefe ist. Die
eingangs beschriebene Kalibrierzone und die Entspannungszone werden über Rampen
an den Endabschnitten der Walzstangen ausgebildet, wobei der sich
zwischen den Rampen erstreckende Bereich der Walzstangen im Wesentlichen
mit gleich bleibender Profiltiefe ausgebildet ist. Für die Zustellbewegung
soll jedem Führungsschlitten
ein eigener Zustellantrieb, beispielsweise ein Planetenspindelantrieb
zugeordnet werden. Alternativ sollen auch andere geeignete Antriebe,
wie beispielsweise Zahnstangenantriebe, Kugelgewindeantriebe oder
hydraulische Antriebe verwendet werden.
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Die
bekannten Walzstangen erfordern zu deren Herstellung einen erheblichen
Schleifaufwand, da der Vorschub des Walzprozesses eben durch die Länge und
den Winkel der Einlauf- und Auslaufzone definiert wird. Es sind
mehrere aufeinander folgende Schleifprozesse notwendig. Auch das
Nachschleifen erfordert große
Aufwendungen, da durch das Nachschleifen die Höhe des Walzwerkzeuges verringert wird
und diese Höhendifferenz
durch Beilagen ausgeglichen werden muss, welche wiederum an die neue
Höhe angepasst
werden muss. Mittels CNC – Steuerung
synchronisierte Zustelleinrichtungen heben die Notwendigkeit der
Herstellung der Walzstangen nach den bekannten Prinzipien auf.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Walzwerkzeug zum
Querwalzen von Verzahnungen und ähnlichen
Profilen zu schaffen, durch das Werkstücke mit gleichmäßigen u und qualitativ hochwertigen Verzahnungen
und Profilen versehen werden können.
Die Herstellung der Walzwerkzeuge und das Nachschleifen soll vereinfacht
werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Walzwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1,
2 oder 6 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert
werden. Im Einzelnen zeigt
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1 ein Flachbackenwerkzeug
in Form einer Walzstange mit einer Anwalzzone und einer Kalibrierzone,
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2 die Kalibrierzone der
Walzstange in 1 in vergrößerter Darstellung
und
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3 ein doppelseitiges Flachbackenwerkzeug
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4 ein Rundwalzwerkzeug mit
einer Anwalzzone und einer Kalibrierzone in schematischer Darstellung.
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1 zeigt eine stark schematisierte
Ansicht einer Walzstange 1 zur Ausbildung einer Außenverzahnung
an einem Werkstück
mit einer nicht weiter dargestellten Kaltwalzmaschine, mit welcher
ein Zahnprofil in einen zylinderförmigen Bereich einer Welle,
Schraube oder dergleichen eingeformt wird. Das Werkstück wird
dabei im Wesentlichen ortsfest aber frei drehbar zwischen zwei gegenüberliegenden Walzstangen 1 gehalten.
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Die
Kaltwalzmaschine umfasst hierzu zwei mit einer CNC – Steuerung
synchronisierte Walzschlitten, die mit einem elektrischen Linearmotor oder
mit einem hydrostatischen Gewindespindelantrieb angetrieben sind.
Auf den Walzschlitten ist jeweils eine Walzstange 1 zur
Zahnprofilherstellung montiert. Die Walzschlitten mit den darauf
befestigten Walzstangen 1 bewegen sich im Reservierbetrieb
gegenläufig
zueinander und sind in Radialrichtung quer zur Walzrichtung mit
einer Verstelleinrichtung verstellbar ausgebildet, wobei die Synchronisation
der Bewegung der beiden Schlitten über die CNC Steuerung der Kaltwalzmaschine
erfolgt.
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Die
Positionierung der Walzstangen 1 in den Walzschlitten erfolgt
mit Hilfe von Anschlägen 2 und Andrückschrauben 3 beziehungsweise
Spannelementen, welche die Walzstangen 1 gegen die Walzschlitten
drücken.
Ferner besitzen die Walzstangen 1 eine Verzahnung zum Herstellen
eines rotationssymmetrischen Werkstückes mit beispielsweise einer
geraden oder schrägen
Verzahnung, Spiralverzahnung, von Nuten, Gewinde oder einer Rändelung.
Die Verzahnung entspricht der Abwicklung der Profilverzahnung des
herzustellenden Werkstücks.
Die Walzstange 1 weist einen geradlinig geführten quaderförmigen Grundkörper 4 mit
einer dem Walzschlitten entsprechenden Grundfläche 5 und eine parallel
zu der Grundfläche 5 angeordnete
Walzbackenseite 6 auf. Die kopfseitig angeordnete Walzbackenseite 6 ist
mit einer Profilverzahnung versehen, die in eine Anwalzzone 7 und
eine Kalibrierzone 8 unterteilt ist. Die Anwalzzone 7 ist
mit in 2 verdeutlichten Anwalzzähnen 9 versehen,
die in Richtung der Kalibrierzone 8 eine wachsende Höhe aufweisen.
Die zwischen dem Zahnkopf 11 und dem Zahnfuß 12 gemessene
Zahnhöhe
zwischen dem kopfseitigen Anfangsbereich 13 des Walzwerkzeuges
ist bis zur Kalibrierzone 8 hin zunehmend ausgebildet.
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Die
Profilverzahnung der Kalibrierzone 8 ist in Walzrichtung 15 gesehen
mit Kalibrierzähnen
versehen, welche eine einheitliche Höhe aufweisen. Die Höhe der Kalibrierzähne der
Profilverzahnung der Kalibrierzone 8 ist somit gleich bleibend
und die Fußhöhe ist in
einem parallelen Abstand zu der Walzbackenseite 6 des Walzwerkzeugs
angeordnet. Die Herstellung eines Werkstücks kann damit im Reversierbetrieb
bei synchroner Zustellung der Walzwerkzeuge in Radialrichtung des
Werkstücks
erfolgen.
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Die
Herstellung dieser Walzstange 1 aus gehärtetem und geschliffenem Kaltarbeitsstahl
wird wesentlich erleichtert, weil der Grundkörper 4 mit der Grundfläche 5 und
der Walzbackenseite 6 absolut planparallel ausgebildet
ist. Die Profiltiefe entlang der Kalibrierzone 8 ist gleich
bleibend. Aufgrund der konstanten Profilierung lässt sich die Walzstange 1 effizienter
als herkömmliche
Walzstangen 1 herstellen, bei denen die Profiltiefe unterschiedlich
ist.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die zwischen dem Zahnkopf 11 und
dem Zahnfuß 12 gemessene
Profilhöhe
in der Anwalzzone 7 im Anfangsbereich 13 des Walzwerkzeuges
einen Wert von Null aufweisen kann. Auf diese Weise wird der Aufwand
zum Schleifen der Walzwerkzeuge verringert. Dadurch und aufgrund
des Umstandes, dass die Teilung der Profilverzahnung konstant ist,
ist das Nachschleifen der in 1 dargestellten
Walzstange 1 wesentlich unkomplizierter als bei den konventionellen
Lösungen.
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Der
Aufwand für
die Herstellung der Walzstangen kann weiterhin gesenkt werden, wenn
nach 3 die Profilzähne 19 über die
gesamte Länge
der Walzstange 1 mit einer gleich bleibenden Profiltiefe entsprechend
der Kalibrierzone 8 ausgebildet ist. Aufgrund einer einzigen
Profilierung über
die gesamte Länge
lässt sich
die Walzstange 1 noch effizienter als herkömmliche
Walzstangen herstellen. Das zu bearbeitende Werkstück ist zwischen
den parallel zueinander im Walzprozess zustellbaren Walzstangen 1 eingespannt.
Durch die Reversierbewegung und die Veränderung des Abstandes zwischen
den Walzstangen zueinander wird das Profil des Werkstücks ausgebildet.
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In
der Ausführung
einer Walzstange 1 mit einer Anwalzzone 7 und
desgleichen mit einer gleich bleibenden Profiltiefe der Profilzähne 19 über die
gesamte Länge
der Walzstange 1 liegen die Zahnköpfe 11 in einer Ebene,
die planparallel zur Grundfläche 5 der
Walzstange 1 angeordnet ist. Nach 3 bilden die Zahnköpfe 11 somit analog
der Grundfläche 5 eine
exakte mit dem Walzschlitten korrespondierende ebene Auflagefläche zur
Befestigung der Walzstange 1 auf der Profilwalzmaschine.
Die Walzstange 1 kann somit zusätzlich auf der Grundfläche 5 mit
einer doppelseitigen Verzahnungsanordnung 20 versehen werden.
Die doppelseitige Verzahnungsanordnung 20 kann wahlweise
eine Profilverzahnung mit einer Anwalzzone 7 und Kalibrierzone 8 oder
eine Profilverzahnung mit gleich bleibender Profiltiefe der Profilzähne 19 aufweisen.
Durch eine doppelseitige Verzahnungsanordnung 20 kann die
Standmenge der Walzstange 1 verdoppelt werden. Der Einsatz
der Walzstange 1 erfolgt dann in zwei aufeinander folgenden
Aufspannungen. Das Aufspannen der Walzstange 1 kann mit
einer Adaptereinrichtung 21 oder mit separaten Spannwinkeln 22 erfolgen,
die mit Verbindungselementen 23 und Passeinrichtungen 24 an der
Walzstange 1 stirnseitig lösbar fixiert sind. Die Fixierung
kann desgleichen formschlüssig
mit geeigneten Fixierelementen erfolgen, damit bei dem Nachschleifen
das passgenaue Aufspannen und Ausrichten der Walzstange 1 gewährleistet
ist. Beim Aufspannen mit jeweils einem stirnseitig angeordneten Spannwinkel 22 liegt
die Walzstange 1 direkt mit den Zahnköpfen 11 auf dem Walzschlitten
der Profilwalzmaschine.
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Ein
weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft die Herstellung
von Rundwalzwerkzeugen für
Profilwalzmaschinen, die zum Walzen eines rotationssymmetrischen
Werkstückes
mit rotierenden und paarweise angeordneten Rundwalzwerkzeugen ausgestattet
sind, die mittels einer CNC – gesteuerter
Antriebsspindel drehangetrieben und mit einem Werkzeugschlitten
zum Zustellen der Walzwerkzeuge linear beweglich sind. Derartige
Profilwalzmaschinen können
desgleichen im Reversierbetrieb mit einem Rundwalzwerkzeug betrieben
werden, welches in 4 schematisiert
dargestellt ist. Das Rundwalzwerkzeug weist eine Anwalzzone 7 und
eine Kalibrierzone 8 auf.
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Das
Rundwalzwerkzeug wird hergestellt aus einem einfachen rotationssymmetrischen
Grundkörper 14 mit
einer von einem Kopfkreis sich radial nach innen erstreckenden Profilverzahnung.
Die Anwalzzone 7 ist mit einer Profilverzahnung mit Anwalzzähnen 9 versehen,
deren zwischen dem Zahnkopf 11 und dem Zahnfuß 12 gemessene
Zahnhöhe zwischen
dem Anfangsbereich 13 des Walzwerkzeuges bis zur Kalibrierzone 8 hin
zunehmend ausgebildet ist. Die Kalibrierzone 8 ist mit
Kalibrierzähnen
mit einem gleich bleibenden Fußkreisdurchmesser 16 versehen,
wobei die Höhe
der Kalibrierzähne
der Profilverzahnung der Kalibrierzone 8 konstant ist.
Die Herstellung der Rundwalzwerkzeuge wird einfacher und das Nachschleifen
ist unkomplizierter als bei herkömmlichen
Lösungen.
Das Anwalzen der Werkstücke
wird erleichtert, weil die Zahnbreite im Anwalzbereich größer als
in der Kalibrierzone 8 ist.