DE2533485A1

DE2533485A1 - Verfahren zum walzen eines ringfoermigen werkstueckes

Info

Publication number: DE2533485A1
Application number: DE19752533485
Authority: DE
Inventors: Gordon Sidney Connell
Original assignee: Formflo Ltd
Current assignee: Formflo Ltd
Priority date: 1974-07-24
Filing date: 1975-07-24
Publication date: 1976-02-05
Also published as: US3992914A; DE2533485C2; FR2279493B1; SE7508374L; GB1475779A; SE414595B; JPS5918139B2; JPS5137074A; IT1040106B; FR2279493A1

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

FORMFLO LIMITED 240/619

Verfahren zum Walzen eines ringförmigen
Werkstücks

Es ist bekannt, aus einem zylinderringförmigen Rohling durch Kaltwalzen zwischen mindestens zwei mit Profilierungen versehenen Formwalzen ein ringförmiges Werkstück, beispielsweise einen Lagerring herzustellen. Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise in unseren eigenen DT-OSn
2 208 515 und 2 249 793 beschrieben.

Bei den bekannten Verfahren wird eine Walzmaschine verwendet, die neben den beiden Formwalzen zweckmäßig noch zwei Regelwalzen aufweist, welche verhindern sollen, daß das Werk-

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stück in größerem Ausmaß unrund, z.B. oval wird. Diese beiden Regelwalzen sind rechtwinkelig zu den beiden Formwalzen angeordnet, so daß das Werkstück im Ergebnis an den vier Ecken eines Quadrats von Walzen berührt wird. Die Formung erfolgt dabei praktisch nur zwischen den beiden Formwalzen, die Regelwalzen tragen praktisch nicht zur Verformung bei.

Zur Formung zum Werkstück wird der Rohling zwischen den beiden Formwalzen auf einem Dorn angeordnet. Dann wird mindestens einer der Formwalzen eine Vorschubbewegung relativ zur anderen bis zu einer der benötigten Walztiefe entsprechenden Endstellung erteilt. Die beiden Formwalzen bleiben eine bestimmte Verweilzeit lang in dieser relativen Endstellung, und danach wird mindestens die eine Formwalze wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgefahren.

Dieses bekannte Walzverfahren hat sich in der Praxis bereits gut bewährt. Es wurde jedoch gefunden, daß es in bestimmten Fällen, insbesondere bei der Herstellung von inneren Lagerringen, die nach dem Walzen und Aushärten keiner weiteren Bearbeitung mehr unterzogen werden, günstig ist, bei der Durchmesser-Steuerung des Werkstücks stärker als bisher die Steuerung des Außendurchmessers des Werkstücks zu beachten, um zu Werkstücken von höherer Genauigkeit zu kommen.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Andruckkraft der Regelwalzen auf die Außenfläche des Werkstücks erhöht wird, sobald die Formwalzen eine bestimmte Vorschubstrecke relativ zueinander durchlaufen haben, und daß die Regelwalzen dann noch einen weiteren Vorschub relativ zueinander durchführen, bis sie einen einstellbaren Endanschlag ererreichen.

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Durch den Vorschlag der Erfindung ergibt sich eine verbesserte und genauere Steuerung des Außendurchiaessers des Werkstücks in der die Achsen der Regelwalzen enthaltenden Ebene, während der Innendurchmesser oder Bohrungsdurchmesser des Werkstücks in der die Achsen der Formwalzen enthaltenden Ebene gesteuert wird. Dies führt zu dem wesentlichen Vorteil, daß die Dimensionen des gewalzten Werkstücks außerordentlich genau werden.

Im einzelnen wird zweckmäßig so vorgegangen, daß der Rohling zunächst auf den Dorn aufgesetzt und zwischen den beiden in ihrer zurückgefahrenen Position befindlichen Formwalzen angeordnet wird. Dann führen die Formwalzen den Vorschub relativ zueinander aus, wobei sie schließlich zum Walzkontakt mit dem Rohling kommen. Zugleich werden die beiden Regelwalzen zum Kontakt mit dem Rohling gebracht. Die dabei von den Regelwalzen auf die Außenfläche des Rohlings ausgeübte Andruckkraft kann in der Größenordnung von etwa 90 bis 230 kp liegen.Diese Andruckkraft wird während des Walzvorganges so lange aufrecht erhalten, bis die Formwalzen im Verlaufe ihres Vorschubs eine vorgegebene Position erreicht haben, bei der das gewalzte ringförmige Werkstück sehr rasch seinen Durchmsser zu vergrößern beginnt.

An diesem Punkt wird die von den Regelwalzen auf die Außenfläche des Werkstücks ausgeübte Andruckkraft wesentlich erhöht, um der Durchmesser-Zunahme des Werkstücks entgegenzuwirken. Die beiden Regelwalzen führen dabei noch eine gewisse weitere Vorschubbewegung relativ zueinander aus, bis sie schließlich auf einen (zweckmäßig jeweils einen für jede der beiden Regelwalzen) einstellbaren Endanschlag auflaufen. Durch Einstellung der Position der beiden Endanschläge läßt sich die Größe des gewalzten Werkstücks beeinflussen.

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Die Erhöhung der Andruckkraft der Regelwalzen auf die Außenfläche des Werkstücks erfolgt zweckmäßig durch entsprechende Erhöhung des hydraulischen Drucks in dem Hydraulik-System für die beiden Regelwalzen. Es hat sich als günstig erwiesen, diese Erhöhung der Andruckkraft mit der Vorschubbewegung der beiden Formwalzen so zu koppeln, daß, bezogen auf die Vorschubstrecke der beiden Formwalzen, die Erhöhung der Andruckkraft in einem konstanten kurzen Abstand vor dem Erreichen der Endposition der beiden Formwalzen und damit der endgültigen Walztiefe stattfindet. Die Größe dieses Abstandes hängt dabei jeweils von der Größe und der Type des zu walzenden Werkstücks ab. Auch die Andruckkraft der Regelwalzen auf die Außenfläche des Werkstücks und die Erhöhung dieser Andruckkraft richten sich nach der Größe und der Type des Werkstücks. Falls die Erhöhung der Andruckkraft zu spät durchgeführt wird, kann sich der Durchmesser des gewalzten Werkstücks bereits beträchtlich erhöht haben, wodurch dann eine genaue Durchmesser-Steuerung nicht mehr möglich ist. Auch erhöht sich dann die Gefahr eines Bruches oder einer Ermüdung des Werkstück-Materials.

Die Erhöhung der Andruckkraft der beiden Regelwalzen an die Außenfläche des Werkstücks, d.h. die Erhöhung des Drucks im Hydraulik-System für die beiden Regelwalzen, sollte zweckmäßig nicht plötzlich, sondern gleichmäßig und sacht erfolgen, was beispielsweise mit Hilfe eines hydraulischen Akkumulators geschehen kann. Falls nämlich die höhere Andruckkraft zu plötzlich aufgebracht wird, kann die von den Formwalzen ausgeübte Zugkraft verloren gehen, was zu ernsten Beschädigungen dieser Walzen führen kann.

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Sobald die Formwalzen ihre vollständige Endposition erreicht haben,wird ihre weitere Vorschubbewegung durch einstellbare Anschläge gestoppt, wie sie z.B. in der schon erwähnten DT-OS 2 249 793 beschrieben sind. Die Regelwalzen bewegen sich dann noch etwas weiter aufeinander zu, wodurch sie das ringförmige Werkstück durchmessermäßig wieder etwas zum Schrumpfen bringen. Sobald die Endstellung der beiden Regelwalzen und damit der endgültige Abstand zwischen den Regelwalzen erreicht ist, also die Verweilzeit des Werkstücks beginnt, bleibt während eines ersten Teils dieser Verweilzeit der hydraulische Druck auf die Regelwalzen aufrecht erhalten, um die Endanschläge der Regelwalzen in ihrer Position zu halten. Das ringförmige Werkstück bekommt dabei seinen korrekten Durchmesser. Dann wird in einem zweiten Teil der Verweilzeit die Rundheit des Werkstücks verbessert. Während dieses zweiten Teils der Verweilzeit ist das Hydraulik-System der beiden Regelwalzen so geschaltet, daß sich eine hydraulische Sperre ergibt. Nach dem Ende des zweiten Teils der Verweilzeit werden schließlich sowohl die Formwalzen als auch die Regelwalzen wieder in ihre Ausgangsposition zurückgefahren, und das fertige Werkstück kann vom Dorn abgenommen werden.

Nachfolgend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellen dar:

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Fig· 1 schematisch die Seitenansicht einer

Walzmaschine zum Einwalzen eines Profils in die äußere Oberfläche eines ringförmigen Rohlings, sowie schematisch den Hydraulik-Kreis zum Betrieb der Maschine,

ig. 2 in vergrößertem Maßstab das Phänomen

der "bore ripple"-Marken in einem gewalzten Lagerring,

Fig. 3 * schematisch denjenigen Teil eines

Walz-Zyklus, bei dem die endgültige Größe des ringförmiges Werkstücks erreicht ist,

Fig. 4 im Querschnitt einen Teil einer Walz

maschine mit den einstellbaren Endanschlägen für die Regelwalzen „

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Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Form walzmaschine sind zwei Formwalzen 2 und 4 vorgesehen, zwischen denen sich der zu bearbeitende Rohling 6, beispielsweise ein Lagerring, befindet. Der Rohling 6 ist auf einem Dorn 8 gelagert, der zweckmäßig zweiteilig ausgebildet ist, wie dies im einzelnen in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P 25 33 484.3 beschrieben ist.

Die beiden Formwalzen 2 und 4 sind jeweils an einem Joch 10 bzw. 12 angeordnet. Das Joch 12 für die Walze 2 ist feststehend, während das Joch 10 für die Walze 4 mit einem Kolben 14 verbunden ist. Der Kolben 14 ist innerhalb eines Zylinders 16 verschieblich, und seine Kolbenstange 18 ist mit einem digitalen oder analogen Umsetzer 20 verbunden. Auf diese Weise kann die in der Zeichnung rechte Walze 4 zum Rohling 6 und zur linken Walze 2 hin horizontal vorgeschoben bzw. wieder zurückgefahren werden,wobei die linke Walze 2 unverschieblich ist. Ebenso gut können aber auch beide Formwalzen horizontal verschieblich ausgebildet sein, was eine entsprechende Ausbildung des Joches 12 und eine entsprechende, einfache Anpassung des weiter unten noch erläuterten hydraulischen Systems erforderlich macht.

Zu beiden Seiten des Rohlings 6 sind weiterhin zwei Regel-.walzen 22 und 24 derart einander diametral gegenüber liegend angeordnet, daß die Verbindungsebene ihrer Achsen zur Verbindungsebene der Achsen der beiden Formwalzen 2 und 4 senkrecht verläuft. Diese beiden Regelwalzen 22 und 24 sorgen dafür, daß das fertige Werkstück 6¹ beim Walzvorgang nicht unrund, z.B. oval wird. Sie sind drehbar in einer Verstelleinrichtung gelagert, für die eine zweckmäßige Ausführungsform in der schon erwähnten DT-OS 2 208 515 näher beschrieben ist.

Vor dem eigentlichen Walzvorgang wird der zu walzende, bereits ringförmige Rohling 6 in einer Wiegeeinheit 26 gewogen.

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Dadurch wird die Gewichtsdifferenz festgestellt zwischen dem vorhandenen Rohling 6 und einem angenommenen Bezugs- Rohling von Nominalgewicht. Nach Maßgabe dieser Gewichtsdifferenz wird während des Walzvorganges ein digitales oder analoges Ausgangssignal erzeugt. Nach dem Wiegen wird der Rohling 6 dann zur Durchführung des eigentlichen Wälzvorganges in die Maschine eingesetzt.

Um für das Walzen die Formwalze 4 zum Werkstück 6 hin zu verschieben, wird die Rückseite des Kolbens 14 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt. Diese wird über ein Umschaltventil zugeführt, welches so eingestellt ist, daß die Hydraulikflüssigkeit über zwei weitere Umschaltventile 30 und 32 zur Rückseite des Kolbens 14 gelangt. Die auf diese Weise erzeugte Vorschubbewegung des Kolbens 14 ist zunächst relativ schnell. Kurz bevor die Formwalze 4 zum Kontakt mit dem Rohling 6 kommt, wird jedoch die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung des Kolbens herabgesetzt. Dazu wird das Ventil 30 so umgeschaltet, daß die Hydraulikflüssigkeit noch zusätzlich ein Zufluß-Regulierventil 34 durchläuft/ welches eine Drossel enthält.

Während des Vorschubs des Kolbens 14 mit der Formwalze 4 wird die Vorschubbewegung mittels des Umsetzers 20 in ein Signal umgesetzt, das mit dem von der Wiegeeinheit 26 gelieferten Signal in einer Vergleichseinheit 36 verglichen wird. Sobald die Signale aus dem Umsetzer 20 und der Wiegeeinheit 26 übereinstimmen, schaltet die Vergleichseinheit 36 das Umschaltventil 28 um, so daß dann keine weitere Hydraulikflüssigkeit mehr zur Rückseite des Kolbens 14 strömen kann.

Nachdem die Formwalze 4 ihre vollständig vorgeschobene Position erreicht hat, verbleibt sie für die Dauer einer bestimmten Verweilzeit in dieser Position. Das Ausmaß des Vorschubs der

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Formwalze 4 und auch die Dauer der Verweilzeit hängen dabei ab von der Gewichtsdifferenz zwischen dem zu bearbeitenden Rohling und dem nominalen Bezugs-Rohling.

Die beiden Regelwalzen 22 und 24 sind jeweils mit einem Kolben 38 bzw 40 verbunden, der in einem Zylinder 42 bzw. 44 verschieblich ist. Während des Walzvorganges werden die Rückseiten der beiden Kolben 38 und 40 über ein Umschaltventil 46 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt. Dadurch werden die beiden Kolben 38 und 40 zum Rohling 6 bzw. Werkstück 6¹ hin gedrückt und die beiden Regelwalzen 22 und 24 im Kontakt damit gehalten, und zwar mit einer ausreichenden Kraft, um ein größeres Verziehen des Werkstücks während des Walzvorganges zu verhindern.

Sobald die Formwalze 4 eine bestimmte Vorschubstellung und damit eine bestimmte Walztiefe erreicht hat, wird die Andruckkraft der Regelwalze auf die Außenfläche des Werkstücks 6' erhöht. Dies wird weiter unten noch näher erläutert. Die Formwalze 4 führt,während dieses Vorgangs ihren weiteren Vorschub aus, bis sie schließlich ihre maximale Vorschubstellung erreicht.

Die Formwalze 4 verbleibt noch über die Dauer der Verweilzeit hinweg in der maximalen Vorschubstellung. Danach wird das Umschaltventil 28 so umgeschaltet, daß die Hydraulikflüssigkeit nunmehr zur Vorderseite des Kolbens 14 strömt und den Kolben mit der Formwalze 4 damit zum Zurückfahren bringt. Während des Rückfahrens der Formwalze 4 strömt die von der Rückseite des Kolbens 14 abfließende Hydraulikflüssigkeit wieder durch das Ventil 32 hindurch. Dieses ist nunmehr so eingestellt, daß es die Hydraulikflüssigkeit durch ein zusätzliches Drosselventil 48 hindurch leitet. Mit dem Drosselventil 48 wird das Abströmen der Hydraulikflüssigkeit von der Rückseite des Kolbens 14 so ver-

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mindert, daß die Formwalze 4 nur sehr langsam zurückfahren kann. Dieses langsame Zurückfahren der Formwalze 4 ist wichtig, weil anderenfalls, wenn die Formwalze 4 zu rasch vom Werkstück 6* abgezogen werden würde, sich Störungen in der Form des Werkstücks ergeben können.

Sobald die Formwalze 4 in ausreichendem Ausmaß von dem Werkstück 6* zurückgezogen worden ist, kann das weitere Zurückfahren der Formwalze dann ohne weiteres mit größerer Geschwindigkeit erfolgen. Dazu braucht lediglich das Ventil 32 so umgeschaltet zu werden, daß die von der Rückseite des Kolbens 14 abströmende Hydraulikflüssigkeit nicht mehr durch das Drosselventil 48 hindurch läuft, sondern durch ein einfaches ungedrosseltes Rückschlagventil 50 hindurch. In jedem Fall, also bei gedrosseltem Strömungsweg über das Drosselventil 48 oder bei ungedrosseltem Strömungsweg über das Rückschlagventil 50, gelangt die von der Rückseite des Kolbens 14 abströmende Hydraulikflüssigkeit schließlich über das Umschaltventil 28 zu einem Vorratsbehälter 52.

Die Fig. 2 zeigt am Beispiel eines Lagerringes ein hergestelltes Werkstück 6^f im Schnitt. Die maximalen Verformungskräfte treten in den verformten und durch das Bezugszeichen 200 bezeichneten Gebieten auf. Als Ergebnis davon stellen sich entsprechende Deformationen in den gegenüber liegenden Gebieten 202 ein. Diese Deformationen, die die eingangs erwähnten "bore ripple"-Marken sind/ haben im allgemeinen ein verhältnismäßig geringes Ausmaß von wenigen Zehntel Millimetern, dennoch ist ihre Bedeutung für die Praxis alles andere als vernachlässigbar. Durch die Erfindung wird das Phänomen des Auftretens von "bore ripple"-Marken stark vermindert und in vielen Fällen sogar gänzlich vermieden.

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Die schon erwähnte Erhöhung der Andruckkraft der beiden Regelwalzen 22 und 24 auf das Werkstück 6' erfolgt dadurch, daß ein Ventil 54 betätigt wird, durch welches der Druck im Hydraulik-System der beiden Regelwalzen erhöht wird. Unter dem erhöhten Druck führen die beiden Regelwalzen dann noch eine gewisse weitere Vorschubbewegung relativ zueinander aus, bis sie ihre Endanschläge 56 erreichen. Während des ersten Teils der Verweilzeit des Werkstücks 6' werden die beiden Regelwalzen 22 und 24 hydraulisch dadurch, daß das Ventil 46 offen bleibt, gegen diese Endanschläge 56 gehalten. Die Endanschläge 56 stellen dabei sicher, daß sich für jedes gewalzte Werkstück 6¹ ein konstanter Spalt zwischen den beiden Regelwalzen 22 und 24 einstellt.

Durch Verstellung der Positionen der beiden Endanschläge 56 läßt sich die Größe des gewalzten Werkstücks verändern, sofern das infolge von späteren Änderungen im Gesamt-Herstellungsprozess des Werkstücks erforderlich sein sollte.

Wenn die Erfindung zusammen mit dem in der DT-OS 2 208 beschriebenen Verfahren benutzt wird, und wenn zugleich die vorangehend erläuterte gewichtsmäßige Berücksichtigung von Rohling-Toleranzen (die als solche Gegenstand der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P 25 33 486.5 ist) ergibt sich eine außergewöhnlich wirkungsvolle und genaue Steuerung der Größe eines ringförmigen Werkstücks 6·. Das sei näher anhand der Fig. 3 erläutert.

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Die Fig. 3 zeigt denjenigen Teil eines Walz-Zyklus, bei dem das Werkstück 6' gerade seine endgültige Größe erreicht hat, d.h. den Beginn des ersten Teils der Verweilzeit, bevor das "Abrunden" des Werkstücks erfolgt.

Die besondere Genauigkeit in der Steuerung in der Größe des Werkstücks wird erreicht durch eine konstante Steuerung des Außen-Durchmessers des Werkstücks in der Verbindungsebene der beiden Achsen der Regelwalzen 22 und 24, in Verbindung mit einer konstanten Steuerung des Bohrungs-Durchmessers in der Verbindungsebene der Achsen der beiden Formwalzen 2 und 4. Die beiden Steuerungs-Parameter, d.h. der Bohrungs-Durchmesser und der Außen-Durchmesser, werden dabei nach Maßgabe des vorgegebenen Volumens des Werkstücks eingestellt. Das erfindungsgemäße System ergibt eine sehr viel bessere Genauigkeit als das bisherige, nur mit hydraulischem Andruck arbeitende System.

Fig. 4 läßt in größeren Einzelheiten denjenigen Teil einer Walzmaschine erkennen, der die beiden Regelwalzen 22 und 24 enthält. Mit Ausnahme der beiden einstellbaren Endanschläge 56 der Regelwalzen, die zusätzlich sind, entspricht die Darstellung der Fig. 4 genau der Fig. 3 in der DT-OS 2 208 515. Zur weiteren Erläuterung der Fig. 4 wird daher auf die DT-OS 2 208 515 Bezug genommen.

-Patentansprüche-

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Claims

Patentansprüche :

/ 1. ] Verfahren zum Walzen eines ringförmigen Werkstücks aus einem zylindrischen Rohling, unter Verwendung einer Walzmaschine mit zwei Formwalzen, zwischen denen der Rohling angeordnet und zum Werkstück geformt wird, wobei mindestens eine der Formwalzen eine Vorschubbewegung relativ zur anderen bis zu einer der benötigten Walztiefe entsprechenden Endstellung durchführt, eine bestimmte Verweilzeit lang in dieser Endstellung verbleibt und dann wieder zurückgefahren wird, und wobei weiterhin rechtwinkelig zu den Formwalzen zwei Regelwalzen vorgesehen sind, die zumindest während eines Teils des Walzvorganges das Werkstück mit einer praktisch nicht zur Verformung beitragenden Andruckkraft berühren und dabei ebenfalls einen Vorschub relativ zueinander durchführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckkraft der Regelwalzen auf die Außenfläche des Werkstücks erhöht wird, sobald die Formwalzen in einer bestimmten Vorschubstellung relativ zueinander angekommen sind, und daß die Regelwalzen dann noch einen weiteren Vorschub relativ zueinander durchführen, bis sie einen einstellbaren Endanschlag erreichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des gewalzten Werkstücks durch Einstellung der Position der Endanschläge der Regelwalzen änderbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen-Durchnesser des Werkstücks in der Verbindungsebene

der Achsen der Regelwalzen gesteuert wird, während der Bohrungs-Durchmesser des Werkstücks in der Verbindungsebene der Achsen der Formwalzen gesteuert wird.

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