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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines ebenen Stahlrings,
insbesondere eines ebenen Ringflansches Die Erfindung betrifft ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Herstellung eines ebenen Stahlrings, insbesondere eines ebenen
Ringflansches mittels eines Schmiedeprozesses.
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Zur Herstellung ebener Stahlringe, die als Einsätze, Muffen, Manschetten,
Flansche oder dergleichen verwendet werden, bedient man sich der folgenden Verfahren.
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Es werden mittels eines Schneidbrenners, einer Schneidpresse, eines
Schnittwerkzeuges etc. zunächst aus einem Eisen- oder Stahlblechstreifen Ringe oder
Osen ausgeschnitten und dann werden die Ringe bzw. oesen bearbeitet, um sie in die
gewünschte Form zu bringen.
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Da als Ausgangsmaterial für ringförmige Gegenstände Eisen- bzw.
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Stahlblechstreifen dienen, sind die Materialverluste sehr groß, die
Ausbeute ist schlecht,und somit entstehen hohe Produktionskosten. Außerdem ist der
Zeitaufwand bei Verwendung eines Schneidbrenners
oder eines Schnittwerkzeuges
verhältnismäßig 87f3rsc die dieses Verfahren auch im Hinblick auf den Arbeitsablauf
nicht zufriedenstellt. Wird eine Stanzpresse verwendet, dann entstehen mit wachsender
Dicke des zu verarbeitenden Bleches bzw. der apfel Schwierigkeiten. Außerdem weisen
die aus dem Blech ausgeschnittenen Ringe längs ihrer Schnittkanten einen Grat auf,
der abgeschliffen werden muß. Schließlich müssen die aus dem Blechstreifen ausgeschnittenen
Ringstücke einer weiteren Bearbeitung unterzogen werden, wenn Absätze oder Löcher
zum Einsetzen von Schrauben vorgesehen werden sollen. Dieses Verfahren hat somit
den Nachteil, daß nicht nur verhältnismäßig hohe Materialverluste entstehen, sondern
daß auch der Brbeitsaufwand groß ist, so daß die Rerstellung der Ringe mit hohen
kosten verbunden ist.
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Bei einem anderen Herstellungsverfahren wird Blach- oder Bandstahl
mit oder ohne Hitze zu einem Ring gebogen, und es werden die Enden stumpf-geschweißt.
Sodann werden die so hergestellten Ringe bearbeitet, um den Schweißgrat zu entfernen
und dem Ring die gewünschte Borm zu geben. Da bei diesem Verfahren der Flach- bzw.
Bandstahl kreisförmig und nicht rohrförmig gebogen wird, setzt er dem Biegeprozeß
wegen des großen Trägheitsmomentes einen hohen Widerstand entgegen und es tritt
das phänomen aus daß die Dicke-des Materials im äußeren Bereich abnimmt und im inneren
Bereich zunimmt. Bei diesem Verfahren ist es nicht nur erforderlich, den durch das
Stumpfschweißen entstandenen Grat, sondern auch die durch das Stumpfschweißen und
den Biegeprozeß hervorgerufenen Eigenspannungen durch eine geeignete Wärmebehandlung
zu beseitigen. Unzulässige
Eigenspannungen entstehen im gebogenen
Material insbesondere dann, wenn der Biegeprozeß im kalten Zustand durchgeführt
wird.
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Würden diese Eigenspannungen nicht beseitigt werden, dann besteht
bei Verwendung der Ringe als Muffe oder Flansch die Gefahr einer Sibbildung. Auch
bei diesem Verfahren kann der Flach-bzw. Bandstahl lediglich in einen Ring umgeformt
werden, so daß das Erzeugnis zusätzlich bearbeitet werden muß, wenn Absätze oder
Löcher zum Einsetzen von Schrauben vorgesehen werden sollen. Die ses Verfahren ist
im übrigen auch nicht zur Herstellung von ebenen Stahlringen kleinerer Abmessungen
geeignet.
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Bei einem weiteren bekannten Herstellungsverfahren wird Winkeleisen
oder Rundstahl durch Schmieden zu einem ringfbrmigen bzw.
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ösenförmigen Einsatz der gewünschten Abmessungen verarbeitet.
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Beim Eeibschmieden, insbesondere beim Gesenkschmieden, kann die gewünschte
Form auf einmal erhalten werden. Dieses Verfahren zeichnet sich gegenüber dem obengenannten
bekannten Verfahren dadurch aus, daß es frei von Schweißstellen ist, so daß ein
Glätten der Oberfläche der Schweißstelle durch Schleifen oder auf andere Weise entfällt
und daß die Materialverluste verringert sind. Nachteilig an diesem Verfahren ist
jedoch der hohe Arbeitsaufwand und die hierdurch bedingten hohen Produktionskosten.
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Außerdem ist das verwendbare Material auf schmiedbaren Stahl oder
schmiedbares Eisen beschränkt. Wegen der technischen Unbrauchbarkeit wird dieses
Schmiedeverfahren gegenwärtig nicht angewandt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung
zur Herstellung eines ebenen Stahlrings, insbesondere eines ebenen Ringflansches
anzugeben, das bzw. die es erlaubt, das gewünschte Erzeugnis ohne Materialverluste
innerhalb kürzester Arbeitszeit mit niedrigen Kosten herzustellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß a)
von einem Stahlrohr ein Stahlring einer vorgegebenen Menge abgeschnitten und dieser
auf Schmiedetemperatur erhitzt wird, b) der er-hitzte Stahlring gleichzeitig an
sämtlichen Stellen längs seines gesamten Umfangs gepreßt und bis zu einem einheitlichen
Winkel im Bereich zwischen 10 bis 45 nach innen gebogen wird, so daß ein konischer
Stahlring entsteht und c) der konische Stahlring zu einem ebenen Ring zusammengedrückt
wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist
gekennzeichnet durch zwei Preßwerkzeuge, von denen das erste aus einer unteren Patrize,
deren oberer Mittelteil kegelstumfförmig mit einem Neigungswinkel der Kegelfläche
zwischen 100 und 45° herausragt und einer oberen Matrize besteht, deren unterer
Mittelteil einen mit der Form der kegelstumpfförmigen Erhebung der Patrize übereinstimmenden
kegelstumpfförmigen Ausschnitt aufweist und das zweite Preßwerkzeug aus einer unteren
Preßplatte, deren oberer Mittelteil einen kreisförmigen Ausschnitt aufweist, dessen
Tiefe der Wandstärke des geschnittenen Stahlrings und dessen Außendurchmesser dem
Außendurchmesser des Stahlrings gleich ist, sowie aus einer oberen Preßplatte besteht,
deren untere Fläche eben ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von fünf figuren
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 im Längsschnitt einen als Rohmaterial verwendeten,
von einem Stahlrohr abgeschnittenen Stahlring einer vorgegebenen Länge Fig. 2 im
Längaschnitt den in einem ersten Preßvorgang unter Verwendung eines Preßwerkzeuges
aus einer oberen und einer unteren konischen Preßplatte bis zu einem einheitlichen
Winkel längs seines gesamten Umfangs nach innen gebogenen Stahlring gemäß Fig. 1
Fig. 3 im Längsschnitt den Zustand des konischen Stahlrings gemäß Fig. 2, nachdem
er einem zweiten Preß- und Biegevorgang unterworfen worden ist und die Form eines
völlig ebenen ringförmigen bzw. ösenförmigen Einsatzes (Flansches) einnimmt hig.
4 im Längsschnitt eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 3,
durch die gleichzeitig mit dem zweiten Preßvorgang die Bildung von Löchern in dem
ebenen Stahlring mittels eines Stanzteils, welches der unteren Preßplatte der Presse
zugeordnet ist, ermöglicht wird und Fig. 5 im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
bei der das erste und das zweite Preßwerkzeug kombiniert sind und dem zweiten Preßwerkzeug
ein Teil zugeordnet ist, das eine einfache Entnahme des hergestellten ebenen Stahlrings
aus dem zweiten Preßwerkzeug ermöglicht.
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Durch Schneiden eines Stahlrohr mit dem Außendurchmesser D und der
Wandstärke t in gleichmäßigen Abständen werden die in Fig. 1 im Schnitt dargestellten
Stahlringe 1 mit der Höhe L erhalten.
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Das Stahlrohr kann aus einem Material bestehen, das für die Anwendung
der herzustellenden ebenen Stahlringe geeignet ist. In der Hauptsache wird das Stahlrohr
aus einem Stahl mit niedrigem, mit mittlerem oder hohem Kohlenstoffgehalt hergestellt
sein, aus gewalztem, aus legiertem oder irgendeinem anderen Spezialstahl.
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Der abgeschnittene Stahlring wird vor dem ersten Preßvorgang in einem
Schwerölofen,einem Elektroofen oder irgendeinem anderen geeigneten Wärmeofen auf
die für die Warmverformung des verwendeten Materials geeignete Temperatur erhitzt.
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Zwei in Fig. 2 dargestellte Preßteile, nämlich eine obere Matrize
2 und eine untere Patrize 3 sind in einem geeigneten Schlag- oder Preßsystem angeordnet.
Bei der unteren Metallpatrize 3 ist der obere Mittelteil kegelstumpfförmig erhöht,
wobei der Neigungswinkel der Kegelfläche zwischen 10 und 450 liegt. Die obere Matrize
2 enthält im unteren Mittelteil einen kegelstumpfförmigen Ausschnitt, der eine getreue
Abbildung der kegelstumpfförmigen Erhebung der Patrize 3 darstellt, so daß sich
die Erhebung mit sicherem Kontakt in den Ausschnitt einfügen läßt. Die beiden Preßplatten
stellen somit ein vollkommen aufeinander abgestimmtes Paar aus Patrize und Matrize
dar. Der in einem Wärmeofen bis auf die für eine Warmverformung erforderliche Temperatur
erhitzte, abgeschnittene Stahlring 1 gemaß Fig. 1 wird, wie in Fig. 2 dargestellt,
zwischen die obere Matrize 2 und die untere Patrize 3
eingefügt
und durch Einwirkung des Preß- bzw. Schlagsystems werden die beiden Preßplatten
2 und 3 zusammengepreßt. Hierdurch wird der abgeschnittene Ring 1 in einen konischen
Ring la übergeführt, dessen Wand mit einem einheitlichen Winkel geneigt ist, der
im Bereich zwischen 10 und 450 liegt. Beim Pressen wird nämlich die Wand des abgeschnittenen
Rings 1 längs des gesamten Umfangs D in Ubereinstimmung mit dem kegelstumpfförmigen
Ausschnitt bis zu dem genannten Winkel nach innen gebogen. Die Neigung entspricht
dem Winkel der Innenfläche der oberen Matrize 2 und der Außenfläche der unteren
Patrize 3. Der konische Ring 1a weist im wesentlichen die gleiche Wandstärke wie
der ursprüngliche Ring 1 auf.
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Es ist ein weiteres in Fig. 3 dargestelltes Preßwerkzeug vorgesehen,
das aus einer oberen metallischen Preßplatte 4 und einer unteren metallischen Preßplatte
5 besteht. Das Preßwerkzeug ist geeignet in einer Preß- oder Schlagvorrichtung 10
angeordnet.
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Die hintere Preßplatte 5 weist auf ihrer oberen Fläche einen kreisförmigen
Ausschnitt mit dem Durchmesser D und der Dicke t auf. Die obere Preßplatte 4 hat
eine ebene Oberfläche. Der noch auf für die Warmverformung geeigneter Temperatur
(Schmiedetemperatur) gehaltene konische Ring 1a wird in den kreisförmigen Ausschnitt
1/ der unteren Preßplatte eingesetzt. Wenn die Preß- bzw.
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Schlagvorrichtung betätigt wird, wird die geneigte Wand des konischen
Rings Ia gegen die ebene, untere Fläche der oberen Preßplatte 4 gedrückt und demzufolge
bezüglich der Peripherie des
kreisförmigen Ausschnittes 7 mit dem
Durchmesser D nach innen gebogen, so daß ein völlig ebener Stahlring mit dem Außendurchmesser
1),der Wandstärke t und der Breite L entsteht.
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Fig. 4 stellt eine Abänderung des Preßwerkzeuges der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dar. Hier ist, verglichen zu Fig. 3, die obere Preßplatte 4 und die
untere Preßplatte 5 mit einem Absatz ausgebildet und es ist der unteren Preßplatte
5 ein Stanzstempel 6 zugeordnet. Die Absätze sind dazu bestimmt, auf den zu fertigenden
Stahlring übertragen zu werden und der Stanzstempel dient dazu, in den Stahlring
im Verlaufe der Heißverformung Löcher für Schrauben einzustanzen.
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Wenn der vorzugsweise auf Schmiedetemperatur erhitzte konische Ring
1a zwischen die obere und die untere Preßplatte 4 und 5 eingesetzt und die beiden
Platten zusammengepreßt werden, wird, sofern einer der beiden Preßplatten ein Stanzstempel
in fester Position zugeordnet ist, gleichzeitig der konische Ring Ib in eine vollkommen
ebene Borm übergeführt, und es werden die Åbsätze und die Löcher für Schrauben gebildet.
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Fig. 5 stellt im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar, bei
der die Preßwerkzenge nach Fig. 2 und 3 kombiniert sind. Die oberen Preßplatten
2 und 4 jedes der beiden Preßwerkzeuge sind starr an einem Preßtisch 12 befestigt,
welcher längs Nuten 13, die im Rahmen der Vorrichtung angebracht sind, senkrecht
auf
und ab verschiebbar ist. Die Bewegung des Preßtisches 12 wird
mittels einer Kolbenstange 14 eines Zylinders erhalten.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist dem zweiten Preßwerkzeug ein
Teil 11 zugeordnet, das leicht konisch ausgebildet ist.
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Dieses Teil 11 dient zum leichteren Entfernen des hergestellten Stahlrings
Ib aus der unteren Preßplatte 5 des zweiten Preßwerkzeuges.
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vas erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von ebenen Stahlringen
weist die im folgenden angegebenen Vorteile auf: a) Es entstehen praktisch keine
Materialverlurte, die gewünschten ringförmigen Einsätze, Flansche etc. können innerhalb
einer kurzen Zeitdauer mittels eines einfacheren Arbeitsprozesses erhalten werden,
als bei dem bekannten Verfahren. Die Herstellungskosten sind demnach niedrig.
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b) Da das Erzeugnis durch Verformung im heißen Zustand erhalten wird,
ist der hergestellte ebene Ring frei von Eigenspannungen.
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Das Erzeugnis zeichnet sich somit durch gute Qualität aus und erfüllt
seine Aufgabe ohne Rißbildung.
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c) Bei dem erfindungsgema13'en Herstellungsverfahren entfallen zusätzliche
Arbeitsprozesse, wie die bei den meisten bekannten Verfahren erforderlichen Schneid-
Schweiß- und Entgratungsprozesse.
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d) Der hergestellte Stahlring zeichnet sich durch hohe Genauigkeit
der Abmessungen, insbesondere der Wandstärke aus.
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e) Durch entsprechende Formgebung des Preßwerkzeuges und Zuordnung
von
weiteren Werkzeugen ist es möglich, einen Absatz, eine teilweise abgeänderte Kontur
oder ein Loch für eine Schraube herzustellen, während der Ring in seine gewünschte
ebene Form gebracht wird.
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f) Es können in ähnlicher Weise Stahlringe mit kleineren, als den
üblichen Abmessungen hergestellt werden.
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g) Als Ausgangsmaterial eignen sich Rohre verschiedener Werkstoffe.
Es können deshalb verschiedene Arten von ebenen Ringen hergestellt werden.
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das erfindungsgemäße Verfahren wurde praktisch erprobt. Inn folgenden
wird hierüber und über die Ergebnisse dieser Erprobung berichtet.
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Es wurde das in Fig. 2 dargestellte Preßwerkzeug in eine Presse mit
einer preßkraft von 300 t eingesetzt. Die untere Preßplatte des Preßwerkzeuges war
als Patrize mit einem kegelstumpfförmig herausragenden Mittelteil ausgebildet. Der
Neigungswinkel des Kegelstumpfes betrug 300. Die obere Preßplatte war als Matrize
ausgebildet, deren unterer Mittelteil einen mit der Form der kegelstumpfförmigen
Erhebung der Patrize übereinstimmenden kegelstumpfförmigen Ausschnitt aufwies. Bin
Stahlring (so41), dessen Durchmesser 350 mm, dessen Dicke 15 mm und dessen Länge
65 mm betrug, wurde in einem Schwerölofen auf eine Schmiedetemperatur von 12000C
erhitzt und dann zwischen die beiden Preßplatten eingesetzt. Sodann wurde die presse
betätigt, um den
Ring in einen konischen Ring mit einer Neigung
der Wand von 300 überzuführen. Der konische Ring hatte eine Oberflächentemperatur
zwischen 1100 und 115000.
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Ein Fig. 3 entsprechendes zweites Preßwerkzeug war in eine Presse
mit einer Preßkraft von 500 t eingesetzt worden. Die untere metallische Preßplatte
wies im oberen Mittelteil einen kreisförmigen Ausschnitt von 350 mm Durchmesser
und 15 mm Tiefe auf, während die obere Preßplatte mit einer ebenen unteren Fläche
ausgebildet war. Der auf 1100 bis 11500 gehaltene konische Ring wurde zwischen die
beiden metallischen Preßplatten gebracht. Die Presse wurde betätigt und hierdurch
der konische Ring in die ebene Form gedrückt. Auf diese Weise wurde der gewünschte
Stahlring hergestellt.
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Es wurde unter Verwendung des ersten Preßwerkzeuges ein weiterer konischer
Stahlring hergestellt. Dieser wurde in ein zweites Preßwerkzeug eingesetzt, dessen
unterer Preßplatte entsprechend Fig.
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4 ein Stanzstempel mit sechs Dornen eines Durchmessers von jeweils
15 mm zugeordnet war. Durch Pressen des konischen Stahlrings wurde ein ebener Stahlring
mit einem Durchmesser von 350 mm und einer Dicke von 15 mm erhalten, der sechs Löcher
an den vorgeschriebenen Stellen aufwies.
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In beiden Fällen zeichnete sich der hergestellte Stahlring durch hohe
Genauigkeit, durch Behlen jeglicher Eigenspannung, durch
Gleichmäßigkeit
in der Wandstärke, durch Glätte der Oberfläche und durch Vollkommenheit der Ringform
aus. Wenn das Erzeugnis in nicht abgeänderter Form als Blansch in einem Betonrohr
verwendet wurde, erfüllte es ohne Rißbildung ideal seinen Zweck.