DE2920889A1

DE2920889A1 - Verfahren zum kaltwalzen von bauteilen

Info

Publication number: DE2920889A1
Application number: DE19792920889
Authority: DE
Inventors: Garri Berstein
Original assignee: Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Current assignee: Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date: 1979-05-23
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1980-11-27
Also published as: US4327568A; DE2920889C2; FR2457138B1; FR2457138A1; JPS5652711B2; JPS55157475A; IT8047842A0; IT1127342B

Description

Verfahren zum Kaltwalzen von Bauteilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung von Bauteilen durch Kaltwalzen mit einer Walzkraft ungleich Null.

Verfahren dieser Art sind bekanntgeworden beispielsweise durch die DE-PS 26 09 787. Die genannte DE-PS offenbart ein Walzwerkzeug, welches geeignet ist, die Hohlkehlen von Kurbelwellen mit einer Walzkraft ungleich Null kaltzuwalzen. Diese Art des Walzens ist unter dem Begriff "Festwalzen" bekanntgeworden. Um die gewünschte Dauerfestigkeitssteigerung zu erreichen, sind vergleichsweise große Kräfte erforderlich, welche zu unerwünschten Verformungen des Bauteiles führen. Trotz der vergleichsweisen großen Kräfte ist die Tiefe des verfestigten Bereiches unbefriedigend.

Es sind weiterhin, beispielsweise mit der US-PS 3 444 714, Werkzeuge zum Kaltwalzen von Bauteilen bekanntgeworden, bei denen Walzrollen impulsartig gegen die Werkstückoberfläche geschleudert werden. Es wird eine Art Hämmerwirkung erzielt. Durch den kurzen Impuls kann es gelingen, auch bei relativ dünnwandigen Werkstücken eine befriedigende Oberflächenqualität trotz der hohen Werkstückdehnungsfähigkeit zu erzielen. Dies ist auch das Einsatzgebiet dieser Werkzeuge. Die erzielte Verfestigungstiefe ist sehr gering. Nach jedem Impuls sinkt die Walzkraft auf Null ab. Das mit diesen Werkzeugen durchgeführte Walzverfahren ist unter dem Begriff "dynamisches Walzen" bekannt.

Weiterhin ist mit der DE-AS 21 13 363 ein Werkzeug zum Kaltwalzen von Bauteilen bekanntgeworden, welches ganz ähnlich aufgebaut ist und im wesentlichen nach dem gleichen Prinzip arbeitet wie das Werkzeug nach der bereits zitierten US-PS 3 444 714. Nach dem Impuls der Walzwerkzeuge fällt

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die Walzkraft jedoch nicht unmittelbar auf Null zurück, sondern fällt zunächst auf einen relativ niedrigen Zwischenwert ab, der eine kurze Zeit beibehalten wird, um dann danach auf Null abzufallen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Walzrollen nach dem Impuls auf ein Bogenstück des sie umfassenden oder abstützenden Stützteiles zurückfallen und zwischen diesem Bogenstück und der Werkstückoberfläche abrollen. Dies soll bewirken, daß nicht bei allen Rollen gleichzeitig die Walzkraft zu Null wird und das Werkzeug dann möglicherweise nicht mehr in Bewegung gehalten werden kann. Es soll weiter verhindern, daß alle Walzrollen sich in den Vertiefungen befinden und dort gefangen bleiben und daher ihre Funktion nicht mehr ausführen können. Das Arbeitsergebnis ist das gleiche wie das der bereits zitierten US-PS.

Weiterhin ist unter dem Begriff "Glattwalzen" weitverbreitet ein Verfahren zum Kaltwalzen von Bauteilen mit einer Kraft ungleich Null bekanntgeworden, dessen Ziel es ist, die Oberflächengleichheit von Werkstücken zu verbessern. (S. z.B. Schriftenreihe "Peinbearbeitung Das Industrieblatt", Heft "Glattwalzen" 1954)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kaltwalzen von Bauteilen vorzuschlagen, mit welchem einerseits eine vom Glattwalζverfahren her bekannte Oberflächenqualität erzielt werden kann und mit welchem andererseits eine Erhöhung der Verfestigungstiefe und/ oder der Mikrohärte erreicht wird, wodurch gegenüber dem bisher bekannten Festwalzen (z.B. DE-PS 26 09 787) eine Verbesserung der Dauerfestigkeit des Bauteiles erreicht werden kann.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Walzkraft mit einer Frequenz von 30 bis 300Hz und einer Amplitude von 10 bis 100% eines Minimalwertes pulsiert,wobei die tiefsten Stellen der aus dem Maximalwert herrührenden Eindrücke der Walzwerkzeuge, soweit sie bei statischer Belastung entstehen würden, in einem Abstand aufeinander folgen, der nicht größer als die doppelte Eindruckbreite selbst ist. Die Überlagerung einer statischen Grundwalzkraft mit einer pulsierenden Walzkraft der angegebenen Freuqenz und Amplitude bewirkt gegenüber einer statischen Festwalzkraft vom Maximalwert der Amplitude eine bedeutende Steigerung der Verfestigungstiefe und der Mikrohärte. Die Werkstückverformung, die von dem pulsierend belasteten Werkzeug hervorgerufen wird, liegt,soweit sie durch die Pulsierung verursacht wird, im wesentlichen im elastischen Bereich. Meßbare Oberflächenwelligkeiten entstehen hierdurch nicht. Dies ist im wesentlichen der Grund dafür, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren trotz dar hohen Vorteile in der Dauerfestigkeitssteigerung von Bauteilen die mLt dem bekannten Glattwalzverfahren erzielbaren Oberflächenqualitäten erreicht werden können.

Weiter wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Walzkraft mit einer Frequenz von 30 bis 300Hz pulsiert und der Minimalwert der Walzkraft dem Wert zur Erzielung eines gewünschten Walzergebnisses entspricht und der Maximalwert der pulsierenden Kraft dem Wert zur Erzielung einer gewünschten Verfestigungstiefe und/ oder dem Wert der gewünschten Mikrohärtesteigerung entspricht,wobei die tiefsten Stellen der aus dem Maximalwert herrührenden Eindrücke der Walzwerkzeuge, soweit sie bei statischer Belastung entstehen würden, in einem Abstand aufeinander folgen, der nicht größer als die doppelte Eindruckbreite selbst ist. Durch die hier angegebenen Abgrenzungen wird erreicht, daß zusätzlich zur gewünschten Dauerfestigkeitssteigerung gleichzeitig ein angestrebtes Glattwalzergebnis, also eine Werkstückoberfläche gewünschter Qualität, erzielt wird. Da die Erfindung sich auf ein Walzverfahren bezieht, ist es erforderlich, daß bei der Durchführung des Verfahrens sich Werkstück und Werkzeug relativ zueinander bewegen. Da die Walzkraft notwendigerweise vom Werkzeug ausgeübt

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wird, kann bei konstanter Frequenz der Kraft, mit der das Werkzeug gegen das Werkstück angedrückt wird, der Abstand von einem Maximum einer Walzkraft zum nächsten Maximum der Walzkraft von der Geschwindigkeit der Relativbewegung von Werkzeug und Werkstück bestimmt werden. Die Abstände dieser Maxima dürfen nicht beliebig groß sein, da sonst der angestrebte Erfolg verloren geht. Es dürfen auch nicht an sich zu große Abstände durch mehrere phasenverschobene Durchläufe des Werkstückes verkleinert werden, da hierdurch die tatsächliche, auf das Werkstück einwirkende Werkzeugfrequenz unter Umständen zu klein wird. Auch hierdurch geht der angestrebte Erfolg verloren. Die Erfindung gibt eine Lehre darüber, wie groß diese Abstände maximal sein dürfen.

Wegen der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren höheren Verfestigungstiefe wird es über die bisherigen Vorteile hinaus noch möglich, ein solcher Art behandeltes Werkstück nachträglich, beispielsweise zur Form- und Maßkorrektur, spanend zu bearbeiten, ohne hierdurch nennenswert an Dauerfestigkeit zu verlieren, insbesondere ohne die nach dem Stand der Technik erreichbare Dauerfestigkeitsgrenze zu unterschreiten.

Es wird nach der Erfindung weiter vorgeschlagen, daß zunächst mit einer statischen Walzkraft und anschließend mit pulsierender Walzkraft gewalzt wird. Dies bedeutet, daß das erfindungsgemäße Verfahren in seine beiden Hauptbestandteile zerlegt wird, die unabhängig voneinander durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine Prüfung der Arbeitsergebnisse der Einzelschritte und läßt außerdem den Einsatz getrennt arbeitender unterschiedlicher Werkzeuge zu, wodurch diese vereinfacht werden können.

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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der obere Grenzwert der pulsierenden Walzkraft 100 % der statischen Walzkraft nicht übersteigt. Einerseits wird hierdurch eine zweckmäßige obere Begrenzung gegeben, und andererseits wird hierdurch gelehrt, daß z.B. dann, wenn die Walzbearbeitung mit statischer Walzkraft unabhängig von der Walzbearbeitung mit pulsierender Walzkraft durchgeführt wird, die pulsierende Walzkraft in ihrem Minimum auf Null absinken kann. Dadurch, daß in einem solchen Fall die untere Grenze der pulsierenden Walzkraft nicht mehr beachtet werden muß, wird das gesamte Verfahren vereinfacht, ohne daß die Qualität des Ergebnisses hierdurch gemindert würde.

In den Fig. 1 bis 3 sind als Beispiele Kraftdiagramme eines möglichen Verlaufs der Walzkraft dargestellt. In Fig. 1 ist über der Zeit t die Kraft F aufgetragen. Der Verlauf der Kraft wird von der Linie 1 dargestellt. Es ist zu ersehen, daß die Kraft F um die Amplitude A, ausgehend von einem minimalen Wert Wm, schwankt.

In Fig. 2 ist das gleiche Koordinatenkreuz wie in Fig. 1 verwendet. Der Verlauf des pulsierenden Kraftanteils wird hier durch die Linie 2 dargestellt. Vor oder gleichzeitig mit der pulsierenden Bearbeitung wird jedoch mit einer statischen Walzkraft gewalzt, welche beispielsweise die Größe Wst hat und deren Verlauf von der Linie 3 dargestellt wird. Es ist aber für das Ergebnis keineswegs erforderlich, daß die statische Walzkraft in der Größe des Minimum der dynamischen Walzkraft liegt. Es kann ebensogut mit einer statischen Walzkraft, beispielsweise von der Größe W¹St gewalzt werden, deren Verlauf durch die gestrichelte Linie 4 dargestellt wird.

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Auch Fig. 3 benutzt das bereits genannte Koordinatensystem. Hier wird dargestellt, daß mit einer statischen Walzkraft Wst, deren Verlauf von der Linie 6 dargestellt wird, statisch gewalzt werden kann, und dieser statische Anteil nunmehr von einem dynamischen Anteil von der Amplitude A¹ überlagert werden kann. Es ist zu ersehen, daß der Minimalwert des dynamischen Anteils hier gegen Null gehen kann. Wirksam für das Ergebnis ist nur der dick ausgezogene Teil des dynamischen Kraftanteils, dessen Verlauf von der Linie 5 dargestellt wird wird. Dabei ist auch gleichzeitig zu sehen, daß der Schwingungsverlauf des dynamischen Kraftanteils keineswegs unbedingt sinusförmig sein muß.

Angewendet werden kann die Erfindung bei bekannten Maschinen, wie sie beispielsweise in der DE-PS 21 46 994, z.B. Fig. 1, dargestellt sind. Mit diesen Maschinen werden Kurbelwellen glatt- und festgewalzt. Die hierfür notwendigen Werkzeuge sind beispielsweise in den Fig. 2 bis 6 der genannten DE-PS dargestellt. Über die Hebel 13 und 10 werden die Werkzeuge mit der notwendigen Kraft gegen das Werkstück gedrückt. Die Kraft wird von Hydraulikzylindern aufgebracht. Werden nun diese Hydraulikzylinder mit pulsierendem Ölstrom beaufschlagt, so ist es möglich, einen Kräfteverlauf zu erzielen, wie er in den Fig. 1 bis 3 der Erfindung dargestellt ist. Natürlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf den genannten Anwendungsfall beschränkt.

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Claims

WERKZEUGMASCHIIiENx-ABRIK 2920889 Patentansprüche

1)y Verfahren zum Kaltwalzen von Bauteilen mit einer Walzkraft ungleich Null dadurch gekennzeichnet, daß die Walzkraft mit einer Frequenz von 30 bis 300 Hz und einer Amplitude (A) von 10 bis 100 % eines Minimalwertes (Wm) pulsiert, wobei die tiefsten Stellen der aus dem Maximalwert herrührenden Eindrücke der Walzwerkzeuge, soweit sie bei statischer Belastung entstehen würden, in einem Abstand aufeinander folgen, der nicht größer als die doppelte Eindruckbreite selbst ist.

2) Verfahren zum Kaltwalzen von Bauteilen mit einer Walzkraft ungleich Null dadurch gekennzeichnet, daß die Walzkraft mit einer Frequenz von 30 bis 300 hz pulsiert und der Minimalwert der Walzkraft dem Wert zur Erzielung eines gewünschten Glattwalzergebnisses entspricht und der Maximalwert der pulsierenden Kraft dem Wert zur Erzielung einer gewünschten Verfestigungstiefe und/oder dem Wert der gewünschten Mxkrohärtesteigerung entspricht, wobei die tiefsten Stellen der aus dem Maximalwert herrührenden Eindrücke der Walzwerkzeuge, soweit sie bei statischer Belastung entstehen würden, in einem Abstand aufeinander folgen, der nicht größer als die doppelte Eindruckbreite selbst ist.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß zunächst mit einer statischen Walzkraft (Wst, W¹st) und anschließend mit pulsierender Walzkraft (2,5) gewalzt wird.

4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der obere Grenzwert der pulsierenden Walzkraft (2, 5) 100 % der statischen Walzkraft (Wst, W'st) nicht übersteigt.

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