DE2700195A1

DE2700195A1 - Formwalze und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2700195A1
Application number: DE19772700195
Authority: DE
Inventors: Kenneth Charles Skinner
Original assignee: HELIPEBS Ltd
Current assignee: HELIPEBS Ltd
Priority date: 1976-01-07
Filing date: 1977-01-04
Publication date: 1977-07-14
Also published as: CA1038207A; SE7700088L; IT1073169B; US4084303A; ES455114A1; BR7700123A; JPS5285954A; GB1528500A; AR209540A1; FR2337602A1; BE850097A

Description

Henkel, Kern, Feiler Ci Hänzel Patentanwälte

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Helipebs Limited Tel.: 089/982085-87

Sisson Road, Gloucester, Telex: 0529802 hnkid

England Telegramme: ellipsoid

Formwalze und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Formwalze zum Walzen von zylindrischen Metallkörpern aus zylindrischem Ausgangs- bzw. Rundstabmaterial sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Formwalze.

Es ist bekannt, zylindrische Metall-Walzkörper oder kleine Metallzapfen (slugs) zur Verwendung beim Quetschen von Erz oder als Rohlinge für die Herstellung von Lagerollen dadurch herzustellen, daß ein erwärmter, zylindrischer Metallstab in Längsrichtung zwischen zwei Formwalzen eingeführt wird, und zwar in einer Richtung im wesentlichen parallel zu den Achsen der Formwalzen, von denen mindestens eine eine wendelförmig verlaufende Metallrippe aufweist, die dazu dient, den zylindrischen bzw. Rundstab bei seinem axialen Durchlauf durch den Spalt zwischen den Formwalzen in zylindrische Zapfen zu zerteilen. Die bisherigen, mit Nut versehenen Formwalzen zur Durchführung dieses Verfahrens sind mit dem Nachteil behaftet, daß ihre Wirksamkeit beim Abtrennen der Zapfen

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vom Metallstab vergleichsweise gering ist, wobei die Formwalze einerseits einer ungleichmäßigen Belastung und einem vergleichsweise großen Verschleiß unterworfen ist, während der Metallstab andererseits in der Anfangsstufe des Abtrennvorgangs einer unzulässigen Verformung ausgesetzt wird, so daß die hergestellten Metallzapfen von verhältnismäßig geringer Güte sind und der Ausschußanteil vergleichsweise hoch ist.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Formwalze mit einem Profil, das eine wirksamere bzw. wirtschaftlichere Herstellung von Metallzapfen mit besserer Güte, als sie nach dem vorstehend geschilderten bisherigen Verfahren hergestellt werden konnten, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Formwalze mit einer wendel- oder schraubenförmigen Nut, deren Sohle zylindrisch ist und einen praktisch konstanten Radius in bezug auf die Drehachse der Formwalze besitzt, wobei die Nut durch eine wendel- oder schraubenförmige Rippe gebildet ist, e rf indungs gemäß dadurch gelöst, daß sich die Höhe der Rippe von der Sohle der Nut aus und die Breite der Rippe längs der Achse der Formwalze über deren axiale Länge hinweg vergrößern und daß die axiale Länge der zylindrischen Sohle der Nut so bemessen ist, daß das im Betrieb von der Nut eingeschlossene Metallvolumen über die Länge der Formwalze hinweg praktisch konstant ist.

Eine Formwalze gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, daß durch die anfänglich vergleichsweise kleine axiale Breite der die Nut festlegenden wendeiförmigen Rippe gewährleistet wird, daß die anfänglich oder zunächst zwischen benachbarten Scheiteln der Rippe erfaßte Länge des Rundstabs praktisch dem für die Herstellung eines Zapfens der gewünschten Abmessungen erforderlichen Metallvolumen ert spricht, wobei das Abtrennen des Zapfens vom Stabmaterial fortschreitend durch die kombi-

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nierte Wirkung zunehmenden Eindringens der Wendelrippe in das Stabmaterial und des Streckens des Stabmaterials aufgrund des sich vergrößernden Axialabstands zwischen benachbarten Wendeln der Nut erfolgt. Dabei ist die Vergrößerung von Höhe und Breite der Wendelrippe nicht von einer entsprechenden Verdrängung von Abfallmetall vom Stabmaterial begleitet, was zu einer Werkstoffeinsparung und zu geringerem Energieverlust führt.

Da bei einer Formwalze mit oben beschriebener Konstruktion die vergrößerte axiale Breite der Wendelrippe nicht von einer entsprechenden Verkleinerung der axialen Länge der durch sie festgelegten Nut begleitet ist, ergibt sich ersichtlicherweise eine effektive Vergrößerung der Steigung der Wendelnut über die Länge der Formwalze hinweg. Das Verfahren zur Herstellung einer Formwalze mit einem solchen Profil wirft erhebliche Schwierigkeiten bei den für die Ausbildung des Profils nötigen spanabhebenden Bearbeitungsschritten auf. Im Zuge der genannten Aufgabe bezweckt die Erfindung damit auch die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Formwalze.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Formwalze ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine vorläufige, mit Nut versehene Walze vorbereitet wird, die eine wendel- oder schraubenförmige Nut mit zylindrischer Sohle und mit konstanter Steigung über die Länge der Formwalze hinweg aufweist, wobei die axiale Länge der die Nut festlegenden Rippe wesentlich größer ist als die bei der endgültigen Formwalze erforderliche axiale Länge, während die axiale Länge der zylindrischen Sohle dieser Nut wesentlich kleiner ist als die endgültig erforderliche axiale Länge, daß die Einlaufkante der so ausgebildeten wendeiförmigen Rippe vom einen Ende der Formwalze aus maschinell bzw. spanabhebend bearbeitet wird, um die Steigung der Einlaufkante der Rippe

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zumindest im Anfangsteil der Länge der Formwalze zu verkleinern, daß die Auslaufkante der Rippe, vom genannten Ende der Formwalze ausgehend, maschinell bzw. spanabhebend so bearbeitet wird, daß ihre Steigung über einen Anfangsteil der Länge der Formwalze entsprechend verkleinert wird, während die axiale Länge der Rippe auf den angestrebten Wert verringert wird, und daß der Rest der Auslaufkante der wendeiförmigen Nut durch maschinelle oder spanabhebende Bearbeitung über die Länge der Formwalze hinweg auf eine Steigung ausgebildet wird, die praktisch der Steigung des ursprünglichen Rohlings entspricht, um die endgültig angestrebten Axialabmessungen von wendeiförmiger Nut und Rippe zu bestimmen oder festzulegen.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung von Metallzapfen aus einem erwärmten Rundstabmaterial;

Fig. 2 eine Stirnseitenansicht, in Richtung des Pfeils A in Fig. 1 gesehen;

Fig. 3 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene Seitenansicht einer Formwalze mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig. 4 und 5 graphische Darstellungen zur Veranschaulichung der Relativabmessungen der Formwalze gemäß Fig. 3.

In den Fig. 1 und 2 ist ein bisher angewandtes Verfahren zur Herstellung von Metallzapfen oder -"pillen" (slugs) aus einem Rundstabmaterial dargestellt. Dabei wird ein erwärmter zylindri·

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scher bzw. Rundstab 1 aus Metall in Axialrichtung zwischen zwei Formwalzen 2 und 3 eingeführt, die in dieselbe Richtung umlaufen und von denen die Walze 2 mit einer schrauben- oder wendeiförmigen Rippe 4 besetzt ist, durch welche der Metallstab bei seiner Axialbewegung zwischen den Walzen hindurch zu Zapfen kürzerer Länge unterteilt wird. Der Stab 1 wird dabei durch Leitelemente 5 und 6 zwischen den Formwalzen gehalten. Die Walze 3 ist eine glatte zylindrische Walze mit etwas größerem Durchmesser als dem der Walze 2, so daß der Stab 1 in einer Richtung entgegen der Drehrichtung der Formwalze 2 vorbelastet wird, um die durch die Formwalze 2 auf den Stab 1 während seiner Verformung ausgeübten Kräfte auszugleichen.

Ersichtlicherweise besitzt die wendeiförmige Rippe 4 praktisch konstante Steigung und konstantes Profil. Dies ist mit dem Nachteil verbunden, daß die für die Verformung des Rundstabmateria Is nötige Energie am Einlaufende der Formwalze erheblich höher ist, weil praktisch die gesamte Verformung des Stabmaterials dann stattfindet, wenn letzteres erstmalig mit der wendeiförmigen Rippe in Eingriff gelangt. Der Verschleiß ist daher am Einlaufende der Formwalze entsprechend größer als in ihren restlichen Bereichen, und gleichzeitig ist mit dieser Konstruktion auch eine erhebliche MetallVergeudung verbunden.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Formwalze dargestellt. Gemäß Fig. 3 weist diese Formwalze eine wendel- oder schraubenförmige Nut mit einem zylindrischen Sohlenabschnitt 10 auf, der einen praktisch konstanten Radius und eine praktisch konstante axiale Länge über die Länge der Formwalze besitzt. Eine diese Nut festlegende, wendel- oder schraubenförmige Rippe 11 besitzt zunächst am Einlaufende der Formwalze eine vergleichsweise geringe radiale Höhe und eine geringe axiale Breite, während sich ihre Höhe und Breite über

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die axiale Länge der Formwalze hinweg fortschreitend vergrößert. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß während des anfänglichen Erfassens eines erwärmten Metallrundstabs durch die Formwalze die axiale Länge des zwischen aufeinanderfolgenden Gängen der Rippe 11 erfaßten Abschnitts praktisch der axialen Länge der Sohle 10 der Nut entspricht und das vom Einlaufende der Rippe 11 erfaßte Volumen dieses Stababschnitts vergleichsweise klein ist. Außerdem ist dabei die Verformung des Stabs vergleichsweise gering. Während sich das Stabmaterial gemäß Fig. 3 von links nach rechts über die Länge der Formwalze bewegt, bleibt das in die wendeiförmige Nut hinein verdrängte Volumen des Metalls praktisch gleich, während Höhe und Breite der Rippe zunehmen. Die Verformung des Metall-Rundstabs erfolgt daher durch eine Kombination der Verdichtung oder Eindrückung des Rundstabs durch den Rippenscheitel und durch eine axiale Streckung dieses Rundstabs durch die Flanken der benachbarten Abschnitte der Rippe 11, während sich die Gänge der Nut 10 axial auseinander bewegen.

Nachstehend ist die Herstellung einer Formwalze der vorstehend beschriebenen Art im einzelnen erläutert. Die maschinelle bzw. spanabhebende Bearbeitung der Formwalze beginnt mit der Fertigung einer Walze, die eine Wendelnut praktisch konstanter Steigung aufweist, wobei auch die Rippe zwischen einander benachbarten Gängen der Nut praktisch konstante axiale Breite und radiale Höhe besitzt. Das Profil der mit der anfänglichen Nut versehenen Walze ist in Fig. 3 in gestrichelten Linien dargestellt. Aus einem Vergleich zwischen dem gestrichelt eingezeichneten Profil und dem Profil der fertigen Formwalze ist ersichtlich, daß die gewünschte Endform der Formwalze durch Hinterschneiden der gegenüberliegenden Seiten der anfänglich ausgebildeten Rippe zur Verringerung ihrer axialen Breite unter gleichzeitiger Änderung der Steigung erreicht wird. Die hierfür erforderlichenArbeits-

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gänge ergeben sich noch deutlicher aus Fig. 4, die eine graphische Darstellung der Steigung am Einlauf- und am Auslaufende der betreffenden Seiten der anfänglichen Formwalze bzw. der fertigen Formwalze zeigt. Die Ordinate dieser graphischen Darstellung gibt den Drehwinkel einer Flanke der wendeiförmigen Rippe um die Formwalze herum an, während die Abszisse die Axialverschiebung der Flanke über die Formwalze hinweg darstellt. Aus dieser graphischen Darstellung geht hervor, daß die Linien A und B die Positionen der Einlauf- und Auslaufflanken der wendeiförmigen Rippe angeben, die auf die in Fig. 3 durch die gestrichelten Linien angedeutete Weise an der ursprünglichen Wendel- oder Schrauben-Formwalze ausgebildet ist. Der Winkel der Linien gibt die Steigung der Rippe an. Die Linien C und D gemäß Fig. 4 deuten die Positionen der Einlauf- und Auslaufflanken der Wendelrippe der fertigen Formwalze an, wobei die schraffierten Flächen zwischen den Linien A und C sowie den Linien D und B die Menge des von der anfänglich mit der regelmäßigen Nut versehenen Formwalze abzutragenden Metalls veranschaulichen. Ersichtlicherweise bestehen die Linien C und D Jeweils aus einer Reihe von Abschnitten mit jeweils konstanter Steigung, so daß die Fertigung der endgültigen Formwalze vergleichsweise einfach in einer Reihe von Arbeitsgängen erfolgen kann, in denen jeweils ein Abschnitt der Formwalze mit konstanter Steigung spanabhebend bearbeitet wird. Die bei jedem BearbeitungsVorgang erforderliche Steigung läßt sich daher verhältnismäßig einfach durch Änderung der entsprechenden Übersetzungsverhältnisse auf einer Spiralfräsmaschine bestimmen.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der radialen Höhe der Rippe 11 in Abhängigkeit von ihrer Winkelposition auf der Formwalze. Ersichtlicherweise vergrößert sich die Höhe der Rippe dabei regelmäßig, so daß eine fortschreitende bzw. allmähliche Eindrückung des erwärmten Metallstabs während der Herstellung von Metallzapfen aus ihm erzielt wird. Die maschi-

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nelle Bearbeitung der Rippe zur Bildung des gewünschten Radialprofils kann in Jeder beliebigen, zweckmäßigen Fertigungsstufe der Formwalze erfolgen. Wenn die Formwalze in Verbindung mit einer glatten, zylindrischen Stütz- oder Gegenwalze der Art gemäß Fig. 1 und 2 verwendet werden soll, ist die Endhöhe der Rippe 11 vorzugsweise geringfügig größer als der Radius der durch sie herzustellenden zylindrischen Zapfen.

Bei der Formwalze mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion ist also eine wendel- oder schraubenförmige Rippe vorgesehen, deren axiale Breite und radiale Höhe so eingestellt werden können, daß die wirksamste Eindrückung oder Einschnürung des erwärmten Metallstabs erreicht wird und die für die Verformung des Stabmaterials aufgewandte Energie verhältnismäßig gleichförmig über die Länge der Formwalze verteilt ist, während auch die Belastung und der davon herrührende Verschleiß der Formwalze gleichmäßig sind. Gleichzeitig können durch Änderung der Steigung der Rippenflanken auf beschriebene Weise das Profil und die Abmessungen der von der Rippe umschlossenen Nut so gewählt werden, daß die Nut das entsprechende, für die Fertigung eines Metallzapfens der gewünschten Abmessungen erforderliche Metallvolumen aufnimmt. Beispielsweise kann die axiale Länge des· zylindrischen Abschnitts bzw. der Sohle 10 der Nut praktisch konstant sein, wobei die benachbarten Abschnitte der Rippe 11 ein entsprechend konstantes Profil festlegen, oder diese Länge kann in Übereinstimmung mit einer Einstellung oder Änderung des Profils der benachbarten Abschnitte der Rippe 11 geringfügig variiert werden, vorausgesetzt, daß das von den benachbarten Gängen der Rippe 11 eingeschlossene Metallvolumen praktisch demjenigen des Stücks des Metallstabs entspricht, das anfänglich am Einlaufende der Formwalze von der wendeiförmigen Nut erfaßt oder eingeschlossen wird.

In spezieller Ausführungsform kann das Profil der Seiten-

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flanken der Rippe 11 bezüglich seiner Neigung so variiert werden, daß eine geringfügige axiale Zusammendrückung oder Stauchung eines anfänglich abgetrennten Teils des Metallstabs hervorgebracht wird. Zu diesem Zweck kann die axiale Länge der Sohle 10 der Nut für die Aufnahme des so verdrängten Metalls leicht vergrößert werden.

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Claims

Patentansprüche

/1 .J Formwalze mit einer wendel- oder schraubenförmigen Nut, \»S deren Sohle zylindrisch ist und einen praktisch konstanten Radius in bezug auf die Drehachse der Formwalze besitzt, wobei die Nut durch eine wendel- oder schraubenförmige Rippegebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Höhe der Rippe (11) von der Sohle (10) der Nut aus und die Breite der Rippe längs der Achse der Formwalze über deren axiale Länge hinweg vergrößern und daß die axiale Länge der zylindrischen Sohle der Nut so bemessen ist, daß das im Betrieb von der Nut eingeschlossene Metallvolumen über die Länge der Formwalze hinweg praktisch konstant ist.
2. Verfahren zur Herstellung einer Formwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine vorläufige, mit Nut versehene Walze vorbereitet wird, die eine wendel- oder schraubenförmige Nut mit zylindrischer Sohle und mit konstanter Steigung über die Länge der Formwalze hinweg aufweist, wobei die axiale Länge der die Nut festlegenden Rippe wesentlich größer ist als die bei der endgültigen Formwalze erforderliche axiale Länge, während die axiale Länge der zylindrischen Sohle dieser Nut wesentlich kleiner ist als die endgültig erforderliche axiale Länge, daß die Einlaufkante der so ausgebildeten wendeiförmigen Rippe vom einen Ende der Formwalze aus maschinell bzw. spanabhebend bearbeitet wird, um die Steigung der Einlaufkante der Rippe zumindest im Anfangsteil der Länge der Formwalze zu verkleinern, daß die Auslaufkante der Rippe, vom genannten Ende der Formwalze ausgehend, maschinell bzw. spanabhebend so bearbeitet wird, daß ihre Steigung über einen Anfangsteil der Länge der Formwalze entsprechend verkleinert wird, während die axiale Länge der Rippe auf den angestrebten Wert verringert wird, und daß der Rest der Auslaufkante der wendeiförmigen Nut durch maschinelle oder spanabhebende Bearbeitung über die

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Länge der Formwalze hinweg auf eine Steigung ausgebildet wird, die praktisch der Steigung des ursprünglichen Rohlings entspricht, um die endgültig angestrebten Axialabmessungen von wendeiförmiger Nut und Rippe zu bestimmen
oder festzulegen.

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