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Verfahren zum Herstellen eines hermetisch abgeschlossenen
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Endes an einem rohrförmigen Werkstück.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
eines hermetisch abgeschlossenen Endes an einem rohrförmigen Werkstück gemäß den
Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und damit auf die Druckverformung von
Metall.
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Die vorliegende Erfindung soll bei der Herstellung von achsensymmetrischen
Hohlteilen aus rohrförmigen Rohlingen verwendet werden, z. B. bei der Herstellung
von Kugellagerungen für Hohlkolben von Selbstkipper-Hydraulikhebern, Hydraulikbauteilen
verschiedener Gelenkverbindungen von Metallkonstruktionen sowie teleskopischen Gelenkverbindungen.
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Bekannt ist ein Verfahren zum Herstellen eines hermetisch abgeschlossenen
Endes an einem rohrförmigen Werkstück, gemäß welchem ein zylindrischer Dorn in das
rohrförmige Werkstück eingeführt wird.Das Abwälzen des Rohrendes wird mittels einer
Rolle durchgeführt, die während ihrer Bewegung unter Druck die einzelnen Rohrabschnitte
an den Dorn anpreßt.Nach dem Abwälzen des Rohrendes wird der Dorn aus dem Hohlraum
des Werkstückes entfernt.
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Das genannte Verfahren besitzt eine Reihe von Nachteilen.
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So ist z.B. die Wandstärke des rohrförmigen Werkstücks in einzelnen
Rohrquerschnitten ungleichmäßig und zum Abdichten des Rohrendes ist eine zusätzliche
Schweißoperation erforderlich.
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Das Verfahren ist wenig produktiv, weil das Abwälzen des Endes durch
mehrmalige Verformung mittels der Rolle sukzessiv durchgeführt werden muß. Mit diesem
Verfahren können nur Rohre mit geringer Wandstärke umgeformt werden, weil die zum
Abwälzen von rohrförmigen Werkstücken mit großer Wandstärke erforderlichen sehr
großen Druckkräfte mit einer Rolle nicht ausgeübt werden können.
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Nach einem weiteren bekannten Verfahren zum Herstellen von hermetisch
abgeschlossenen Enden an rohrförmigen Werkstücken wird das Rohr mit einem vorgepreßten
kugelförmigen Werkstück v#erschweißt. Auch dieses Verfahren weist eine Reihe von
Nachteilen auf.Es ist nämlich dabei ein vorhergehendes Pressen des kugelförmigen
Rohlings notwendig, wofür spezielle Ausrüstungen eingesetzt werden müssen. Die hierbei
notwendigen Preßwerkzeuge müssen speziell entwickelt und gebaut werden. Die fertigen
Werkstücke müssen zur Zusammenbaustelle gebracht werden, wodurch Ausgaben für Transport
und Lagerung der Werkstücke entstehen. Die gepreßten Werkstücke
müssen
schließlich bearbeitet und an das bearbeitete Rohr angschweißt werden. Zur Durchführung
dieser Operationen sind mehrere spanabhebende Maschinen sowie Facharbeiter erforderlich.
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Das genannte Verfahren ist darüberhinaus wenig produktiv, weil die
Herstellung des Endprodukts in Form eines kugelförmigen Werkstückendes einen großen
Zeitaufwand erfordert. Außerdem wird das kugelförmige Werkstück als Ganzmetallteil
ausgeführt, was sich auf die Masse des Fertigteils auswirkt und zu einem bedeutenden
Metallverbrauch führt.
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Bekannt ist ferner ein Abwälzverfahren zum Herstellen eines hohlen,
hermetisch abgeschlossenen Endes an einem rohrförmigen Werkstück Dieses Verfahren
besteht darin, daß das rohrförmige Werkstück mit dem auf Schmiedetemperatur erhitzten
Ende um seine Achse gedreht wird. Senkrecht zur Drehachse des Werkstücks wird ein
Formwerkzeug bewegt. Das Werkzeug ist derart ausgebildet,daß dessen sukzessiv angeordnete
Profile einen sanften Ubergang von der Form der Mantellinie des Ausgangswerkstücks
bis zur vorgegebenen Form bilden. Die Verformung des Endes des Werkstücks erfolgt
während des Zusammenwirkens des rotierenden Werkstücks mit dem dazu tangential bewegten
Werkzeug.
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Das genannte Verfahren ist jedoch für die Hersteilung von Teilen komplizierterer
Form, wie Hohlkolben mit einem hermetisch abgeschlossenen kugelförmigen Ende ungeeignet.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der Nachteile,
die den bekannten Verfahren zum Herstellen von hermetisch abgeschlossenen Enden
rohrförmiger Werkstücke anhaften.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum
Herstellen eines hermetisch abgeschlossenen Endes an einem rohrförmigen Werkstück
zu entwickeln, welches ermöglicht, am Ende des Werkstücks Hohlkugeln mit einem kleineren
Durchmesser als dem des Werkstücks zu erzeugen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ende des
auf Schmiedetemperatur erhitzten rohrförmigen Werkstücks unter Bildung eines zylindrischen
Abschnittes auf einen dem herzustellenden Kugeldurchmesser entsprechenden Durchmesser
reduziert wird, wonach am Ende des reduzierten Abschnittes unter Bildung des hermetisch
abgeschlossenen Endesgund anschließend unter Bildung einer Kugel eine Einschnürung
abgewälzt werden,wobei das Abwälzen der Einschnürung von der Konjugationslinie zwischen
der Halbkugel und dem reduzierten zylindrischen Abschnitt entlang der äußeren Kugelmantellinie
in Richtung des Hauptteils des Werkstücks bis zur Formung eines Übergangshalses
vom vorgegebenen Durchmesser durchgeführt wird.
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Durch das Reduzieren des Endes des rohrförmigen Werkstücks wird der
Werkstückdurchmesser auf eine technologisch bedingte Länge verringert, welche für
die Bildung eines dem Durchmesser der herzustellenden Kugel entsprechenden Durchmessers
notwendig ist.
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Durch das Abwälzen des reduzierten Abschnittes des rohrförmigen Werkstücks
wird der Erzeuger des Halbkugelteils des Werkstücks mit hermetisch abgedichteter
Stoßstelle ermöglicht#.
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Das Abwälzen der Einschnürung entlang der Mantellinie im reduzierten
Abschnitt erlaubt es, den Halbkugelteil von der Halbkugelkonjugationslinie im zylindrischen
Abschnitt unter gleichmäßiger Deformations- und Kräfteverteilung zu formen.
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Dadurch wird am Ende des rohrförmigen Werkstücks eine Kugel hergestellt.
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x eine Halbkugel
Im folgenden wird die Erfindung durch
ein Ausführungsbeispiel sowie durch Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen: Fig.
1 die gegenseitige Anordnung des Endes des rohrförmigen Werkstücks und des Reibungswerkzeugs
beim Reduzieren des Querschnitts des Werkstückendes, Fig. 2 das reduzierte Werkstückende
mit abgewälzter Halbkugel, und Fig. 3 das Ende des rohrförmigen Werkstücks mit abgewälzter
Kugel.
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Das vorgeschlagene Verfahren zum Herstellen eines hermetisch abgeschlossenen
Endes eines rohrförmigen Werkstücks verläuft wie folgt: Das Ende 1 (Fig. 1) eines
rohrförmigen Werkstücks 2 wird auf eine Schmiedetemperatur erhitzt, welche die plastische
Metallverformung ermöglicht und von der Stahlsorte abhängt.
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Das rohrförmige Werkstück 2 wird z. B. im Spannfutter einer Drehbank
( in den Figuren nicht gezeigt )eingespannt und um seine Achse mit einer Geschwindigkeit
von 400-800 U/min gebracht, welche in Abhängigkeit von der Wandstärke des rohrförmigen
Werkstücks sowie von der Abkühlgeschwindigkeit des erhitzten Werkstoffs gewählt
wird. Während des Abwälzvorganges darf die Temperatur des rohrförmigen Werkstücks
nicht unter die Schmiedetemperatur absinken.
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Danach wird das Werkzeug 3, das eine sukzessiv profilierte Formoberfläche
aufweist, in Vorwärtsbewegung gesetzt. Die Bewegung des Werkzeugs 3 erfolgt senkrecht
zur Achse des Werkstücks 1 derart, daß es während der Verstellung mit dem erhitzten
rohrförmigen Werkstück 1 in Berührung kommt und dieses verformt.
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Dann wird das Ende 1 des auf Schmiedetemperatur erhitzten rohrförmigen
Werkstücks 2 auf eine Länge reduziert, welche die für die Kugelbildung erforderlichen
geometrischen Maße des Endes 1 aufweist.Durch das Reduzieren wird der Durchmesser
des rohrförmigen Werkstücks 2 auf einen dem Durchmesser der herzustellenden Kugel
entsprechenden verringert.
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Danach werden am Ende 1 des reduzierten Abschnittes 4 des rohrförmigen
Werkstücks 2 (Fig. 2) eine Halbkugel 5 unter Bildung des hermetisch abgeschlossenen
Endes und nachfolgend eine Einschnürung bis zur Kugelbildung (Fig. 3) ausgeformt.
Dabei wird das Abwälzen der Einschnürung, beginnend von der Konjugationslinie "K"
zwischen der Halbkugel und dem reduzierten zylindrischen Abschnitt 4 des bearbeiteten
Endes 1 des rohrförmigen Werkstücks 2 entlang der äußeren Kugelinantellinie in Richtung
des Hauptteils des rohrförmigen Werkstücks 2 ( zur Linie ~M" ) bis zur Erzeugung
eines Ubergangshalses 6 vom vorgegebenen Durchmesser durchgeführt.
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Die Ausführung der Einschnürung in der angeführten Reihenfolge ist
durch die gleichmäßige Deformationsterteilung von Metall entlang der äußeren Kugelmantellinie
unter Berücksichtigung der Standfestigkeit des Werkstücks 2 bei der Verringerung
des Durchmessers der Einschnürung bedingt. Deshalb wird das Abwälzen der Einschnürung,
beginnend von dem Querschnitt mit maximalem Widerstandsmoment, d.h. von der Linie
~K", in Richtung des Querschnitts mit maximalem Widerstandsmoment, d.h. zur Linie
M, durchgeführt. Die Ausführung der Einschnürung in umgekehrter Reihenfolge würde
zur Zerstörung des rohrförmigen Werkstücks sowie zum Abreißen der Kugel vom Hauptteil
infolge der axialen Kraft, die an der Kontaktstelle des Werkzeugs mit dem ;rohrförmigen
Werkstück entsteht, führen.
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Das beschrieben Verfahren kann bei der Herstellung von Hydraulikbauteilen,
Hohlkolben für teleskopische Selbstkipper-Hydraulikheber, Kugellagerungen für Gelenkverbindungen
usw. eine weite Verwendung finden.