DE2825234A1

DE2825234A1 - Verfahren und vorrichtung zum formwalzen bzw. drueckformen insbesondere einer abschlusswand

Info

Publication number: DE2825234A1
Application number: DE19782825234
Authority: DE
Inventors: Yukio Hiasa; Tetsuo Ichikizaki; Akihiro Shindo; Tazeo Tanimoto; Hidehiko Tsukamoto; Akira Wakayama
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1977-06-08
Filing date: 1978-06-08
Publication date: 1978-12-21
Also published as: DE2825234C2; FR2393624B1; FR2393624A1

Description

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Verfahren und Vorrichtung zum Formwalzen bzw. Drückformen insbesondere einer Abschlußwand

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formwalzen bzw. Drückformen insbesondere einer Abschlußwand (z.B. Ke -selboden) mit halbkugeliger oder anderweitig napf- oder sch'isselfö'rmiger, durch eine geeignete Rotationsfläche ι t i;v/a eine parabolische, hyperbolische, konische Konfiguration) gebildeter Gestalt aus einer Scheibe eines Ausgangsmaterials.

Im folgenden sind zunächst repräsentative Beispiele für bisher angewandte Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung solcher Abschlußwände anhand der Fig. 1 und 2 zur Verdeutlichung der diesen bisherigen Verfahren und Vorrichtungen anhaftenden Mängel beschrieben.

Fig. 1 veranschaulicht das Formwalzverfahren nach der US-PS 3 355 920. In Fig. 1 sind ein scheibenförmiges Werkstück 01 und ein inneres Formwerkzeug bzw. ein Drückdorn 02 dargestellt, der - wie durch den Pfeil angedeutet - in Drehung versetzbar ist. Ein oberes, äußeres Formwerkzeug bzw. ein Drehdorn 03 dient zur Formung eines Oberteils des Werkstücks 01 durch Andrücken desselben gegen das innere Formwerkzeug 02; dieser Drehdorn 03 ist auf die durch die Pfeile angedeutete Weise lotrecht verstellbar und antriebslos (mit Werkstück und Drückdorn) mitdrehbar. Eine äußere Form- oder Drückrolle 04 dient zur Formung des Werkstücks 01, indem es dieses gegen das innere Formwerkzeug 02 andrückt und sich dabei auf die durch die Pfeile angedeutete Weise längs einer vorbestimmten Bahn bewegt. Diese Rolle ist dabei ohne Antrieb frei drehbar.

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Wenn bei diesem bisherigen Verfahren ein Oberteil des Werkstücks Ol durch Anpressen desselben gegen das innere Formwerkzeug 02 mittels des oberseitigen, äußeren Formwerkzeugs 03 geformt worden ist, wird der restliche Teil des Werkstücks 01 dadurch verformt, daß es mittels der Drückrolle 04 gegen das innere Formwerkzeug 02 angedrückt wird, während sich die Drückrolle 04 über die Oberfläche des inneren Formwerkzeugs 02 bewegt. Dieses bisherige Verfahren ist daher mit den folgenden Nachteilen behaftet:

(a) Das äußere, obere Formwerkzeug 03 muß nicht nur den Oberteil des Werkstücks 01 durch Anpressen desselben gegen das innere Formwerkzeug ausbilden, sondern auch ein großes Antriebsdrehmoment zur Überwindung der durch die Drückrolle 04 bei der Verformung des Werkstücks 04 ausgeübten Kraft vom inneren Formwerkzeug 02 zum Werkstück 01 als Reibungskraft übertragen, die von der vom oberen Formwerkzeug 03 ausgeübten Andruckkraft abhängt; infolgedessen muß die vom oberen, äußeren Formwerkzeug 03 bewirkte Verformung ziemlich groß sein. Aus diesem Grund können bei einem Werkstück mit großer Verformungskrümmung im Oberteil bzw. Scheitel, etwa einer halbkugelförmigen Abschlußwand, Formungsfehler und Schwächung des Werkstücks 01 durch das obere Formwerkzeug 03 bei der Formung des Scheitel-J, wie in Fig. 3 dargestellt, auftreten.

(b) Da die Verformung der außerhalb des Oberteils bzw. Scheitels gelegenen Abschnitte durch ein einziges äußeres Formwerkzeug, nämlich die Drückrolle 04 erfolgt, ist für die Durchführung des Formvorgangs ein hohes Maß an Können erforderlich. Wenn dabei die Verformung durch kraftvolles Anpressen des Werkstücks 01 gegen das innere Formwerkzeug 02 erfolgt, ist die Formgenauigkeit so mangelhaft, daß in einigen Bereichen des Werkstücks 01 eine Schwächung (der Wanddicke) bis zu einem Mehrfachen von 10 % auftreten kann.

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Figur 2 veranschaulicht ein Verfahren, bei dem es im Zusammenhang mit bisherigen Konstruktionen aus den im folgenden genannten Gründen schwierig ist, eine halbkugelige Abschlußwand der Art gemäß Fig. 1 herzustellen:

Wie aus einem Vergleich von Fig. 1 mit Fig. 2 hervorgeht, ist bei der Herstellung einer halbkugeligen Abschlußwand das Ausmaß der Verformung (plastische Verformungsgröße) größer als bisher. Wenn eine halbkugelige Abschlußwand mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 2 hergestellt werden soll, wird

(1) das Werkstück 01 am Scheitel nur von einem oberen zentralen Stützelement 03, einem oberen Umfangs- oder Randstützelement 04 und einem unteren Stützelement 02 getragen. Bei der weiteren Verformung wird die Steifigkeit des Werkstücks 01 selbst zur Unterstützung seiner restlichen Bereiche herangezogen. Da jedoch im Fall einer halbkugeligen Abschlußwand die Verformungsgröße, wie erwähnt, hoch ist und auch das Gewicht des Werkstücks selbst bei seiner Verformung mitwirkt, so daß diese Kräfte nicht nur vor/'er Steifigkeib des Werkstücks 01 selbst aufgenommen werden können, ergibt sich eine weitere oder stärkere Verformung der hergestellten Abschlußwand, so daß es schwierig ist, die vorgesehene Form einer halbkugeligen Abschlußwand zu gewährleisten.

(2) Wenn das Verfahren zur Herstellung einer Abschlußwand mittels der Vorrichtung nach Fig. 2, bei welcher (a) zunächst der Oberteil oder Scheitel des Werkstücks 01 mit Hilfe der genannten Elemente 02, 03, 04 verformt wird, (b) sodann die Formung des Randteils mit Hilfe von Hilfsrollen und 06 erfolgt und (c) danach der restliche Teil mit Hilfe vonForm- oder Drückrollen 07 und 08 geformt wird, auf die Herstellung einer halbkugeligen Abschlußwand angewandt wird, wird aufgrund des genannten hohen Verformungsgrads der im Schritt (b) geformte Umfangs- oder Randteil bei der Durchführung von Schritt (c) gleichzeitig ebenfalls einer Verformung unterworfen, so daß schließlich

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ein Nachformen nötig wird. Bei der Verformung mittels der Drückrollen 07 und 08 in Schritt (c) tritt der vorher unter (1) geschilderte Nachteil nur noch deutlicher zutage. Wenn das Nach- oder Umformen mit Hilfe der in Schritt (b) beim ersten Formvorgang benutzten Hilfsrollen 05 und 06 vorgenommen wird, befinden sich diese Hilfsrollen beim Famschritt (b) und beim Nachformen in wesentlich voneinander verschiedenen Stellungen, so daß ein Nachstellen der Hilfsrollen 05 und 06 erforderlich wird, was jedoch aufgrund des Aufbaus der Vorrichtung im Verlauf des Formschritts (c) schwierig zu bewerkstelligen ist.

Im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Mangel der bisherigen Vorrichtungen und Verfahren war es für die Herstellung einer halbkugeligen Abschlußwand bisher üblich, diese in einem einzigen Preßvorgang mittels einer Hochleistungspresse zu formen oder die Abschlußwand durch Schweißen aus getrennt hergestellten Werkstücken zusammenzusetzen. Diese Arbeitsweise war in jedem Fall mit den Nachteilen eines großen maschinellen Aufwands, einer schwierigen und umständlichen Arbeitsweise und einer Steigerung der Fertigungskosten verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Verformen bzw. Drückformen einer Abschlußwand (z.B. Kesselboden) mit halbkugeliger oder ähnlicher Form unter Vermeidung der vorstehend geschilderten Nachteile und Mangel des Stands der Technik.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Verformen bzw. Drückformen insbesondere einer Abschlußwand erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Werkstück-Scheibe zwischen einer äußeren und einer inneren Werkzeuganordnung angeordnet wird, von denen die äußere Werkzeuganordnung aus einem oberen, äußeren Formwerkzeug, das mittels einer Antriebs- oder Vorschubvorrichtung lotrecht verschiebbar und frei drehbar ist, und mindestens einem Paar linker und rechter äußerer Form- bzw. Drückrollen besteht, die über vorbestimmte Bahnen zu laufen vermögen, und die innere Werkzeug-

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anordnung aus einem oberen, inneren Formwerkzeug, das in einer vorbestimmten Stellung festgelegt und durch einen Antrieb in Drehung versetzbar ist, sowie einer mittleren, inneren Formbzw. Druckrolle und einer unteren, inneren Druckrolle besteht, die beide frei drehbar sind, daß die äußere Werkzeuganordnung mit dazwischen verspannter Werkstück-Scheibe gegen die innere Werkzeuganordnung angepreßt wird und daß die beiden äußeren Drückrollen über ihre Bahnen in Bewegung versetzt werden, so daß sie die Scheibe gegen die mittlere, innere Druckrolle bzw. die untere, innere Druckrolle anpressen, wobei sich die eine der äußeren Drückrollen in einem effektiven Formbereich der mittleren, inneren Druckrolle und die andere äußere Druckrolle in einem effektiven Formbereich der unteren, inneren Druckrolle bewegt und wobei die effektiven Formbereiche von mittlerer und unterer, innerä" Jrückrolle einander teilweise überlappen, so daß die Scheibe in eine gewünschte, durch eine geeignete Rotationsfläche bestimmte Konfiguration verformbar ist.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Formwerkzeuganordnung aus einem mittels eines Antriebs lotrecht bewegbaren und frei drehbaren oberen, äußeren Formwerkzeug und mindestens einem Paar linker und rechter äußerer Form- oder Drückrollen, die über vorbestimmte Bewegungsbahnen zu laufen vermögen, und eine innere Formwerkzeuganordnung aus einem in einer vorbestimmten Stellung gehaltenen bzw. verspannten, durch einen Antrieb in Drehung versetzbaren oberen, inneren Formwerkzeug, einer mittleren, inneren Form- oder Druckrolle und einer unteren, inneren Form- oder Druckrolle, die beide frei drehbar sind, vorgesehen sind, daß bei der Bewegung der beiden äußeren Drückrollen über ihre vorbestimmten Bewegungsbahnen die eine Drückrolle gegen die mittlere, innere Drückrolle innerhalb ihres effektiven Formbereichs andrückbar ist, während die andere Druckrolle gegen die untere, innere Drückrolle innerhalb ihres

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effektiven Formbereichs anzudrücken vermag, daß die effektiven Formbereiche von mittlerer und unterer, innerer Drückrolle einander teilweise überlappen und daß der effektive Formoder Verformungswinkel der unteren, inneren Druckrolle größer gewählt ist als der effektive Formwinkel der mittleren, inneren Drückrolle.

In spezieller Ausführungsform kennzeichnet sich diese Vorrichtung dadurch, daß das obere, äußere Formwerkzeug ein oberes, zentrales, äußeres Formwerkzeug, das an seinem unteren Ende eine scheibenförmige, biegsame Formplatte mit mindes Lens einem Radialeinschnitt in ihrem Randabschnitt aufweist und das mittels eines Antriebs lotrecht bewegbar ist, sowie ein koaxial um das zentrale Formwerkzeug herum angeordnetes, oberes, äußeres Randwerkzeug umfaßt, das mittels eines Antriebs lotrecht verstellbar ist, wobei eine zwischen die äußere Formwerkzeuganordnung und die innere Formwerkzeuganordnung eingefügte Werkstückscheibe durch das zentrale, obere Formwerkzeug und das obere Randwerkzeug über die zwischengefügte biegsame Formplatte gegen das obere, innere Formwerkzeug anpreßbar ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen bisheriger Verfahren und Vorrichtungen für das Verformen einer Abschlußwand,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von Fertigungsfehlern beim bisherigen Verfahren nach Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5, 6 und 7 schematische bzw. graphische Darstellungen zur Erläuterung der erfindungsgemäß erreichten Wirkung,

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Fig. 8 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine Schnittansicht eines Beispiels für eine erfindungsgemäß hergestellte Abschlußwand,

Fig. 10 und 11 schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 10 im Schnitt einen wesentlichen Teil der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform der Erfindung zeigt und Fig. 11 eine Aufsicht auf eine dabei verwendbare scheibenförmige, biegsame Formplatte darstellt, und

Fig. 12 eine Aufsicht auf ein anderes Beispiel für eine scheibenförmige, biegsame Formplatte.

Ilachdem die Fig. 1 bis 3 eingangs bereits erläutert worden sind, sind im folgenden das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung zunächst, anhand von Fig. 4 näher beschrieben.

Gemäß Fig. 4 besieht die V/erkzeuganordnung zur Formung der innensei f.e einer Works tücksche ibe 1 aus einem oberen, inneren Formwerkzeug P, einer mittleren, inneren Form- bzw. Druckrolle 4 und einer unteren, inneren Form- bzw. Drückrolle 6. Das Formwerkzeug P. ist fest mit einer Antriebswelle 8 verbunden, die durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung auf die durch den F'feil angedeutete Weise In Drehung versetzbar und vorrichtungsfest montiert ist. Die mittlere Drückrolle 4 ist an einer Tragachse 9 befestigt, die nicht antreibbar, sondern frei drehbar ist. Die untere Drückrolle 6 sitzt auf einer Tragachse 10, die ebenfalls nicht antreibbar, sondern frei drehbar ist. Die inneren Drückrollen 4 und 6 sind auf gegenüberliegenden Seiten des oberen, inneren Formwerkzeugs P angeordnet, und sie werden nach Einstellung in vorbestimmte· Positionen, so daß sie die innere Formwerkzeuganordnung bilden, In ihrer eingestellten Lage fest verspannt, so daß sie; sich bei der Verformung der Werks tUckscheibe 1 nicht

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verschieben. Wie durch die Überlappungsgröße r in Fig. 4 angedeutet, überlappen sich die effektiven Formbereiche der inneren Form- bzw. Drückrollen 4 und 6 teilweise, so daß ein glatter Übergang zwischen den durch die Drückrollen 4 und 6 gebildeten Formwerkzeugen realisiert wird.

Die Werkzeuganordnung zur Formung der Außenseite der Werkstückscheibe 1 besteht aus einem oberen, äußeren Formwerkzeug 3 sowie äußeren Form- bzw. Drückrollen 5 und 7. Das obere Formwerkzeug 3 ist auf einer frei drehbaren, lotrecht bewegbaren Welle 13 befestigt. Das Formwerkzeug 3 kann auf die in Fig. 4 durch die Pfeile angedeutete Weise mittels einer nicht dargestellten Hubvorrichtung aufwärts und abwärts bewegt werden, wobei die Scheibe 1 durch diese Hubvorrichtung über das obere Formwerkzeug 3 gegen das obere, innere Formwerkzeug 2 angepresst wird, um den Oberteil bzw. den Scheitelabschnitt des Werkstücks 1 zu verformen.

Die mittlere äußere Drückrolle 5, die auf der der mittleren, inneren Drückrolle 4 gegenüberliegenden Seite der Werkstückscheibe 1 angeordnet ist, ist an einer Tragachse 11 befestigt und ohne Antrieb frei drehbar. Diese Druckrolle 5 wird durch eine nicht dargestellte Vorschubvorrichtung auf die in Fig. durch Pfeile angedeutete Weise so verschoben, daß die Werkstückscheibe 1 gegen die zugewandte Drückrolle 4 angepresst wird. Der Bewegungsbereich dieser Drückrolle 5 ist in Fig. 4 durch den Winkel " © " dargestellt. Normalerweise entspricht der hauptsächliche Formbereich der mittleren, äußeren Drückrolle 5 dem effektiven Formbereich der mittleren, inneren Druckrolle 4 (entsprechend dem in Fig. 4 durch den Winkel 0 dargestellten Bereich).

Die untere, äußere Druckrolle 7, welche an der der unteren, inneren Drückrolle 6 gegenüberliegenden Seite der Scheibe 1 angeordnet ist, ist an einer Tragachse 12 befestigt und ohne Antrieb frei drehbar. Diese Drückrolle 7 wird durch eine

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nicht dargestellte Vorschubvorrichtung auf die in Fig. 4 durch die Pfeile angedeutete Weise so verschoben, daß sie die Werkstückscheibe 1 gegen die zugewandte Druckrolle 6 anpresst. Der Bewegungsbereich dieser Drückrolle 7 ist in Fig. 4 durch den Winkel © angegeben (entsprechend dem Bewegungsbereich der Druckrolle 5). Der grundsätzliche Formbereich der Drückrolle entspricht dabei wiederum normalerweise dem effektiven Formbereich der unteren, inneren Druckrolle 6 (entsprechend einem in Fig. 4 durch den Winkel θ dargestellten Bereich).

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Vorschubbewegung der äußeren Drückrollen 5 und 7 durch an sich bekannte Einrichtungen hervorgebracht werden kann, beispielsweise mittels eines Winkelvorschubmechanismus oder eines Mechanismus zur Durchführung der Bewegung in Form einer kombinierten lotrechten und seitlichen Bev/egung.

Die inneren Drückrollen 4 und 6 sind so gewählt, daß der effektive Formwinkel 9„ der unteren, inneren Drückrolle 6 größer ist als der effektive Formwinkel 0., der mittleren, inneren Drückrolle 4.

Im Betrieb der vorstehend beschriebenen Vorrichtung gemäß Fig. 4 kann die Werkstückscheibe 1 unter Drehung derselben in einem Zustand verformt werden, in welchem sie zwischen der inneren Formwerkzeuganordnung aus den Elementen 2, 4 und 6 und der äußeren Formwerkzeuganordnung aus den Elementen 3, 5 und 7 verspannt ist. Da die Werkzeuganordnung zur Formung der Innenseite der Scheibe 1 in das obere, innere Formwerkzeug 2, die mittlere, innere Drückrolle 4 und die untere, innere Drückrolle 6 unterteilt und somit aus diesen Werkzeugteilen gebildet ist, lassen sich große Einsparungen an Werkzeugkosten erzielen. Da das durch diese Werkzeugteile gebildete innere Formwerkzeug außerdem den gesamten Formbereich der äußeren Formwerkzeuganordnung überstreicht, vermag die aus drei Teilwerkzeugen bestehende innere Formwerkzeuganordnung dieselbe Wirkung zu gewährleisten wie das bisherige einstückige Werkzeug, so daß

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sich die Verformung der Scheibe 1 zu einer Abschlußwand leicht durchführen läßt.

Da sich weiterhin die Form- bzw. Verformungsbereiche der mittleren, inneren Drückrolle 4 und der unteren, inneren Druckrolle 6 teilweise überlappen, kann die Formung der Abschlußwand gleichmäßig erfolgen, ohne daß in ihrem Inneren ein Grat entsteht, so daß eine Formung mit hoher Präzision realisierbar ist.

Wenn sich nämlich die Formbereiche der Drückrollen 4 und nicht teilweise überlappen, läßt es sich durch Versuche belegen, daß das Werkstückmaterial in einen Spalt der Größe a zwischen mittlerer, innerer Drückrolle 4 und unterer, innerer Drückrolle 6 gemäß Fig. 5 hineingedrückt wird, wodurch eine unzulässige Form der Innenseite der Werkstückscheibe 1 entsteht. Andererseits hat es sich gezeigt, daß durch die erfindungsgemäß vorgesehene teilweise Überlappung der Formbereiche dieser Drückrollen 4 und 6 die genannten Nachteile vermieden werden können und ein einwandfreier Formvorgang durchgeführt werden kann.

Da außerdem das obere Formwerkzeug 2, die Drückrolle 4 sowie die Drückrolle 6, welche die innere Formwerkzeuganordnung bilden, nach der Einstellung in den vorbestimmten Positionen verspannt werden, und der verspannte bzw. festgelegte Zustand dieser Elemente während der Formung der Werkstückscheibe erhalten bleibt, erhält die Vorrichtung eine ausreichend große Steifigkeit, so daß unter Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung große, dickwandige Abschlußwände herstellbar sind. Dadurch, daß eine Lagensteuerung für die innere Formwerkzeuganordnung während der Verformung überf-üssig ist, wird nicht nur der Formvorgang erleichtert, vielmehr kann auch die Scheibe 1 unter Aufrechterhaitung einer festen Andruckberührung mit den betreffenden Teilwerkzeugen verformt werden, wodurch eine Verformung mit hoher

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Präzision ermöglicht wird.

Weiterhin sind die äußeren Driickrollen 5 und 7 entweder einzeln oder in Mehrfachanordnung jeweils in Positionen angeordnet, in welchen sie der mittleren, inneren Druckrolle 4 bzw. der unteren, inneren Druckrolle 6 gegenüberliegen. Infolgedessen kann eine Verformung mit den beiden äußeren Drückrollen 5 und 7 gleichzeitig durchgeführt werden, so daß die Verformung der Werkstückscheibe 1 ohne gewaltsames Vorpressen möglich ist und eine Abschlußwand mit nur geringer Materialschwächung, d.h. MaterialVerdünnung hergestellt v/erden kann.

Dadurch, daß weiterhin der effektive Formwinkt;! θ der unteren, inneren Drückrolle 6 größer gewählt ist als der effektive Formwinkel θ der mittleren, inneren Drückrolle 4, lassen sich die im folgenden zu beschreibenden Vorteile erreichen. Wenn, genauer gesagt, gemäß Fig. 6 die effektiven Formwinkel 0 und Q„ der beiden Drückrollen 4 bzw. 6 gleich groß gewählt werden, läßt sich die Beziehung zwischen den größten Durchmessern d und g dieser inneren Drückrollen 4 bzw. 6 wie folgt berechnen.

Gemäß Fig. 6 gilt unter der vorstehend vorausgesetzten Bedingung Q„ = Θ... Weiterhin sei angenommen, daß die Größe der Überlappung r (siehe Fig. 4) zwischen den inneren Drückrollen 4 und 6 gleich Null ist und der Punkt B in derselben Ebene liegt wie der Punkt D auf der gegenüberliegenden Seite der lobrechten Mittenachse. Unter diesen Voraussetzungen lassen sich die größten Durchmesser d und g der beiden inneren Drückrollen 4 bzw. 6 geometrisch wie folgt berechnen:

d =	R H	hV R	(	33R	+	16b	)
			8
g =	7R	-Vr	(	33R	+	16b	)

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Bei Einfügung von OO = b ergibt sich

^g 14-2 V 33 + 160C

Gleichung (3) gibt das Verhältnis des größten Durchmessers d der mittleren, inneren Drückrolle 4 zum größten Durchmesser g der unteren, inneren Drückrolle 6 als Funktion des Parameters CC/= b an, welcher das Verhältnis zwischen dem

Radius b der Antriebswelle 8 und dem Krümmungsradius R der Innenfläche I₁ der Werkstückscheibe 1 nach der Verformung darstellt.

Die Beziehung zwischen dem Verhältnis d und dem ParameteröO

gemäß Gleichung (3) ist in Fig. 7 graphisch veranschaulicht.

Aus Fig. 7 geht hervor, daß das Verhältnis d auch bei einer

g Größe des Parameters C¹O = 0 bei etwa 2,69 liegt und sich mit zunehmendem Parameter06 ebenfalls vergrößert. Ein solcher Zustand führt zu einem unausgeglichenen Aufbau der Vorrichtung. Wenn die effektiven Formbereiche der inneren Drückrollen 4 und 6 durch Vergrößerung des größten Durchmessers d bei vorgegebenem größten Durchmesser g in teilweise Überlappung miteinander gebracht werden, ergeben sich Nachteile bezüglich des Aufbaus und der mechanischen Festigkeit der Vorrichtung, so daß eine Formung mit hoher Präzision schwierig wird.

Im Hinblick hierauf ist es vorteilhafter, die effektiven Formbereiche der beiden inneren Drückrollen 4 und 6 durch Vergrößerung des größten Durchmessers g in gegenseitige Überlappung zu bringen. Eine Vergrößerung des maximalen Durchmessers g bedeutet, daß der effektive Formwinkel θ_£ der unteren, inneren Drückrolle 6 vergrößert wird, woraus hervorgeht, daß die Bedingung "Θ_Ε ^ Θ_Μ" wirksamer ist.

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Die abgewandelte Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 4 darin, daß die Achsen der mittleren, inneren Druckrolle A und der unteren, inneren Drückrolle 6 geneigt sind und die äußeren Drückrollen 5 und 7 zylindrisch ausgebildet sind. Aufgrund der Neigung bzw. Schrägstellung der Achsen der beiden inneren Drückrollen 4 und 6 bietet diese abgewandelte Ausführungsform der Erfindung den zusätzlichen Vorteil, daß der Verformungs-Bewegungsbereich (Winkel Θ) der äußeren Drückrollen 5 und 7 groß gewählt werden kann und sich ein Schiupi zwischen den inneren Drückrollen 4 und 6 sowie der Werkstückscheibe 1 verringern läßt. Obgleich bei den Ausführungsformen nach Fig. 4 und 5 bzw. Fig. L, äußere Drückrollen 5 und 7 jeweils der^^elben Form verwendet v/erden können, wird ein besseres Ergebnis dann erzielt, wenn die äußeren Drückrollen 5 und 7 entsprechend der Form der Werkstückscheibe 1 jeweils mit der für den vorgesehenen Zweck günstigsten Gestalt ausgelegt werden.

Obgleich das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung vorstehend beispielhaft in Verbindung mit der Herstellung eines perfekt halbkugeligen Werkstücks (vergl. Fig. bis 8) beschrieben worden sind, ist das erfindungsgemäß herstellbare Werkstück keineswegs auf diese spezielle Form beschränkt, vielmehr kann es gemäß Fig. 9 auch ein Werkstück mit elliptischem Querschnitt sein. Werkstücke mit einer solchen Form lassen sich erfindungsgemäß gleichfalls herstellen. Erfindungsgemäß können also halbkugelige, dickwandige Abschlußwände oder dergleichen, Stirnplatten bzw. -wände, z.B. Kesselböden, einfach und schnell mittels einer vergleichsweise einfachen Vorrichtung hergestellt werden. Im Vergleich zum Stand der Technik lassen sich daher praktische Vorteile bezüglich eines verkleinerten Vorrichtungsauf v/ands und einer Senkung der Fertigungskosten erzielen.

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Im folgenden ist anhand der Fig. 10 - 12 eine dritte Ausführungsform der Erfindung erläutert, mit welcher insbesondere vorteilhafterweise die Entstehung von Verformungs- bzw. Fertigungsfehlern und einer Wandschwächung vermieden werden können, wie sie gemäß Fig. 3 durch das obere, äußere Formwerkzeug bei der Verformung des Oberteils bzw. Scheitels hervorgerufen werden.

Fig. 10 veranschaulicht in vergrößertem Maßstab einen Scheitelformabschnitt mit einem oberen, inneren Formwerkzeug 2 und einem oberen, zentralen Außenwerkzeug 3a, das so angeordnet ist, daß seine Mittenachse auf einer durch das Zentrum des inneren Formwerkzeugs verlaufenden lotrechten Linie zu liegen kommt, und dessen unteres Ende am Mittelteil einer scheibenförmigen, biegsamen Formplatte 14 befestigt ist. Das zentrale äußere Werkzeug 3a ist mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung auf die in Fig. 10 durch die Pfeile angedeutete Weise lobrecht bewegbar. Bei seiner Abwärtsbewegung drückt es den Mittelteil der Werkstückscheibe 1 über die biegsame Formplatte 14 gegen das obere, innere Formwerkzeug 2 an, so daß der Mittelteil der Scheibe 1 in die gewünschte Form gebracht werden kann, in^dem die Mittelteile sowohl der biegsamen Formplatte 14 als auch der Werkstückscheibe 1 in Anpassung an die gekrümmte Oberfläche des oberen, inneren Formwerkzeugs 2 verformt werden. Diese scheibenförmige, biegsame Formplatte 14 ist gemäß Fig. 11 in gleichmäßigen Umfangsabständen mit mehreren radialen Schlitzen bzw. Einschnitten 14a versehen, so daßsie sich auf noch näher zu beschreibende Weise ohne weiteres entsprechend der Form der Innenumfangsflächen des oberen Formwerkzeugs 3a und eines oberen, noch zu erläuternden Umfangs- bzw. Randwerkzeugs 3b sowie entsprechend der Form der Außenumfangsflache des oberen, inneren Formwerkzeugs 2 verformen läßt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß nicht unbedingt mehrere Einschnitte 14a vorgesehen zu sein brauchen, vielmehr reicht in manchen Fällen auch

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ein einziger Einschnitt aus. Neben der in Fig. 11 dargestellten Einschnittform können gemäß Fig. 12 auch Einschnitte anderer Form angewandt werden. Der Grund für die Anordnung der Einschnitte 14a besteht im wesentlichen darin, beim Andrücken der biegsamen Formplatte 14 gegen das obere, innere Formwerkzeug ',· mittels der beiden äußeren Formwerkzeuge 3a und 3b eine gleichmäßige Verformung der Formplatte 14 über die Außenumfangsflache des oberen, inneren Formwerkzeugs 2 zu ermöglichen und dabei die Änderung der Plattendecke auf ein Mindestmaß zu begrenzen. Die Einschnitte 14a können jede beliebige Form besitzen, solange sie nach der Verformung der Formplatte noch einen offenen Spalt (¹InOr bestimmten Größe bilden. Das obere Handwerkzeug 3b ist koaxial um das obere zentrale Werkzeug 3a herum lotrecht bewegbar angeordnet; dieses Handwerkzeug 3b, das eine zylindrische Form besitzt, ist frei drehbar und mittels einer nicht dargestellten Antriebs- bzw. Vorschubvorrichtung lotrecht bewegbar· Wenn dieses Randwerkzeug 3b durch seinen Antrieb nach unten vorgeschoben wird, presst es den Rand des Mittelbereichs der Scheibe 1 über den Randteil der biegsamen Formplatte 14 gegen die Außenfläche des oberen, inneren Formwerkzeugs ? an, so daß der Randteil dieses Mi ttolberdchs der Werkstückscheibe 1 die Form des inneren Formwerkzeugs 2 annimmt.

Zur Verformung des Oberteils bzw. Scheitels der Werkstückscheibe 1 v/erden zunächst das zentrale Werkzeug 3a und das Randwerkzeug 3b hochgezogen, worauf die Scheibe 1, wie durch die strichpunktierte Linie gemäß Fig. 10 dargestellt, in eine vorbestimmte Stellung zwischen der biegsamen Formplatte 14, die am unteren Ende des zentralen Formwerkzeugs 3a befestigt ist, und dem oberen, inneren Formwerkzeug ? eingesetzt wird. In diesem Zustand besitzt die biegsame Formplatte 14, wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 10 veranschaulicht, eine flache Gestalt. Wenn sodann

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die Formwerkzeuge 3a und 3b durch die zugeordneten Antriebs- bzw. Vorschubvorrichtungen nach unten gepreßt werden, wird die biegsame Formplatte 14 an das obere, innere Formwerkzeug 2 angedrückt, wobei sie sich zusammen mit der Werkstückscheibe 1 in Anpassung an die Gestalt der Außenfläche des inneren Formwerkzeugs 2 verformt und die vorgesehene Gestalt annimmt. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform stehen das obere, zentrale Formwerkzeug 3a sowie das Randwerkzeug 3b nicht in unmittelbarer Berührung mit der Scheibe 1, vielmehr wird letztere unter Zwischenfügung der biegsamen Formplatte 14 gleichmäßig an das obere, innere Formwerkzeug 2 angepreßt, so daß die Verformungslast gleichmäßig verteilt ist. Aufgrund dieser Konstruktion kann im Vergleich zu den bisherigen Verfahren und Vorrichtungen die Entstehung von Fertigungsfehlern und Wandschwächungen erheblich herabgesetzt werden. Mit der Erfindung lassen sich also vorteilhafte praktische Wirkungen erzielen.

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Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha 2273

Tokio, Japan

Mai 1978

Patentansprüche

Verfahren zum Verformen bzw. Drückformen insbesondere einer Abschlußwand, dadurch gekennzeichnet, daß eine Werkstück-Scheibe zwischen einer äußeren und einer inneren Werkzeuganordnung angeordnet wird, von denen die äußere Werkzeuganordnung aus einem oberen, äußeren Formwerkzeug, das mittels einer Antriebs- oder Vorschubvorrichtung lotrecht verschiebbar und frei drehbar ist, und mindestens einem Paar linker und rechter äußerer Form- bzw. Drückrollen besteht, die über vorbestimmte Bahnen zu laufen vermögen, und die innere Werkzeuganordnung aus einem oberen, inneren Formwerkzeug, das in einer vorbestimmten Stellung festgelegt und durch einen Antrieb in Drehung versetzbar ist, sowie einer mittleren.inneren Form- bzw. Drückrolle und einer unteren, inneren Drückrolle besteht, die beide frei drehbar sind, daß die äußere Werkzeuganordnung mit dazwischen verspannter Werkstück-Scheibe gegen die innere Werkzeuganordnung angepreßt wird und daß die beiden äußeren Drückrollen über ihre Bahnen in Bewegung versetzt werden, so daß sie die Scheibe gegen die mittlere, innere Drückrolle bzw. die untere, innere Drückrolle anpressen, wobei sich die eine der äußeren Drückrollen in einem effektiven

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ORIGINAL INSPECTED

Formbereich der mittleren, inneren Druckrolle und die andere äußere Druckrolle in einem effektiven Formbereich der unteren, inneren Druckrolle bewegt und wobei die 'fektiven Formbereiche von mittlerer und unterer, innerer 'rückrolle einander teilweise überlappen, so daß die Schei.be in eine gewünschte, durch eine geeignete Rotationsfläche bestimmte Konfiguration verformbar ist.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Formwerkzeuganordnung aus einem mittels eines Antriebs lotrecht bewegbaren und frei drehbaren oberen, äußeren Formwerkzeug (3) und mindestens einem Paar linker und rechter äußerer Formoder Drückrollen (5, 7), die über vorbestimmte Bewegungsbahnen zu laufen vermögen, und eine innere Formwerkzeuganordnung aus einem in einer vorbestimmten Stellung gehaltenen bzw. verspannten, durch einen Antrieb in Drehung versetzbaren oberen, inneren Formwerkzeug (2), einer mittleren, inneren Form- oder Druckrolle (4) und einer unteren, inneren Form- oder Druckrolle (6), die beide frei drehbar sind, vorgesehen sind, daß bei der Bewegung der beiden äußeren Drückrollen über ihre vorbestimmten Bewegungsbahnen die eine Druckrolle gegen die mittlere, innere Drückrolle innerhalb ihres effektiven Formbereichs andrückbar ist, während die andere Drückrolle gegen die untere, innere Drückrolle innerhalb ihres effektiven Formbereichs anzudrücken vermag, daß die effektiven Formbereiche von mittlerer und unterer, innerer Drückrolle einander teilweise überlappen und daß der effektive Form- oder Verformungswinkel der unteren, inneren Drückrolle größer gewählt ist als der effektive Formwinkel der mittleren, inneren Druckrolle.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere, äußere Formwerkzeug ein oberes, zentrales, äußeres Formwerkzeug, das an seinem unteren Ende eine scheibenförmige,

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biegsame Formplatte mit mindestens einem Radialeinschnitt in ihrem Randabschnitt aufweist und das mittels eines Antriebs lotrecht bewegbar ist, sowie ein koaxial um das zentrale Formwerkzeug herum angeordnetes, oberes äußeres Randwerkzeug umfaßt, das mittels eines Antriebs lotrecht verstellbar ist, wobei eine zwischen die äußere Formwerkzeuganordnung und die innere Formwerkzeuganordnung eingefügte Werkstückscheibe durch das zentrale, obere Formwerkzeug und das obere Randwerkzeug über die zwischengefügte biegsame Formplatte gegen das obere, innere Formwerkzeug anpreßbar ist.

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