DE3037688A1

DE3037688A1 - Verfahren zum festwalzen von kurbelwellen

Info

Publication number: DE3037688A1
Application number: DE19803037688
Authority: DE
Inventors: Garri Dr.-Ing. 5140 Erkelenz Berstein
Original assignee: Wilhelm Hegenscheidt GmbH
Current assignee: Hegenscheidt MFD GmbH and Co KG
Priority date: 1980-10-06
Filing date: 1980-10-06
Publication date: 1982-04-22
Also published as: DE3037688C2; US4561276A; FR2491375A1; IT8149291A0; IT1142817B; JPS57121465A; JPS6017663B2; FR2491375B1

Description

Verfahren zum Festwalzen von Kurbelwellen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festwalzen von Kurbelwellen an Übergangsradien von Lagerzapfen.

Einrichtungen mit denen das o.g. Verfahren durchgeführt wird, sind bereits bekannt geworden mit der DE-PS 1 070 sowie DE-PS 21 46 994, Fig. 1. Mit den genannten Literatursteilen wurden auch zur Durchführung des Verfahrens geeignete Werkzeuge bekannt. Eine Weiterentwicklung solcher Werkzeuge ist der DE-PS 26 09 787 zu entnehmen. Die zitierten Einrichtungen und Werkzeuge haben sich zur Durchführung des o.g. Verfahrens in der Praxis gut bewährt.

!5 Verschiedentlich treten jedoch -abhängig von der Bauart der Kurbelwelle- durch das Festwalzen verursachte Abbiegungen der Kurbelwange auf, die sich als Winkelaufweitung des von den mit dem jeweiligen Übergangsradius verbunden Flächen eingeschlossenen Winkels darstellen. Diese Winkelaufweitung ist wegen der in Umfangsrichtung wechselnden Wandstärke der Kurbelwange in Umfangsrichtung ebenfalls unterschiedlich groß und überschreitet häufig an einzelnen Stellen die Grenze des Zulässigen.

2b Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Festwalzen von Kurbelwellen vorzuschlagen, mit welchem es möglich wird, die genannte Winkelaufweitung einerseits möglichst klein und andererseits in Umfangsrichtung möglichst konstant zu halten, damit die zu erwartende Auf-

:^0 weitung bei der Vorbearbeitung bereits berücksichtigt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß . über einen Drehwinkel T des Werkstückes von360° mit solchen unterschiedlichen Walzkräften F₂ (y festgewalzt wird, die in jeder Drehwinkellage eine gleichbleibende Winkel-

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aufweitung des von den mit dem jeweiligen Übergangsradius verbundenen Flächen eingeschlossenen Winkels oL. erzeugen und die mindestens in dem Drehwinkelbereich I^ der für die Dauerfestigkeit entscheidend ist, mindestens die für die angestrebte Dauerfestigkeitssteigerung notwendige GrößeR. . haben. Es wird somit in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Werkstückes mit unterschiedlichen Walzkräften festgewalzt. Diese Walzkräfte sollen um so größer sein, je größer an der jeweiligen Walzstelle der Verformungswiderstand des Werkstückes gegen die genannte Winkelaufweitung ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Winkelaufweitung erreicht. Es muß jedoch darauf geachtet werden, daß dabei mindestens in den für die Dauerfestigkeit entscheidenden Winkellagen die Walzkraft mindestens die für die angestrebte Dauerfestigkeitssteigerung notwendige Größe hat. Die Maßnahmen bewirken, daß die gewünschte Dauerfestigkeitssteigerung in einer im Stand der Technik bereits bekannten Größenordnung erreicht wird und dennoch in Umfangsrichtung gesehen, eine gleichbleibende und unter Berücksichtigung der erforderlichen Walzkräfte minimale Winkelaufweitung erzielt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Walzkräfte F₂. (j/mit einer Frequenz von 30 bis 300 Hz und einer Amplitude von 5 bis 50% ihres momentanen Nennwertes pulsieren, wobei die tiefsten Stellen der aus dem Maximalwert herrührenden Eindrücke der Walzwerkzeuge, soweit sie bei statischer Belastung entstehen würden, in einem Abstand aufeinanderfolgen, der nicht größer als die doppelte Eindruckbreite selbst ist. Die Überlagerung der Grundwalzkraft mit einer pulsierenden Walzkraft der angegebenen Frequenz und Amplitude bewirkt gegenüber der Wirkung der genannten Grundwalzkraft eine Steigerung der Verfestigungstiefe und der Mikrohärte und damit eine weitere Steigerung der Dauerfestigkeit. Umgekehrt kann aber auch dann, wenn das Dauerfestigkeitsziel

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! bereits erreicht ist, mit geringeren Kräften und damit mit geringeren WinkelaufWeitungen gearbeitet werden.

Wiederum nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Minimalwert r^ der Walzkräfte r_z (i/ dem Wert zur Erzielung eines gewünschten Glattwalzergebnisses entspricht. Durch die hiermit angegebene Maßnahme wird erreicht, daß zusätzlich zur gewünschten Dauerfestigkeitssteigerung gleichzeitig ein angestrebtes Glattwalzergebnis, also eine Werkstückoberfläche gewünschter Rauhigkeit erzielt wird. .

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zunächst mit einem Verfahren nach Anspruch und nachfolgend mit einem Verfahren nach Anspruch 2 oder festgewalzt 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.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Festwalzeinrichtung im Schnitt I - I nach Fig. 3 mit Steuerschema für die hydraulische Steuerung.

Fig. 2 Festwalzeinrichtung im Schnitt I - I nach

Fig. 3 mit Steuerschema für die hydraulische Steuerung.

Fig. 3 Festwalzeinrichtungen in Draufsicht. ^₁', Fig. 4 Darstellung des Festwalzkraftverlaüfs in Ab-

hängigkeit vom Werkstückdrehwinkel f.

In einem Gestell 1 sind zwei gleiche Kurbelwellen als sogenannte Meisterwellen 2 und 3 in den Lagerstellen 4,4' und 5, 5' gelagert. Beide Meisterwellen 2 und 3 tragen auf der Antriebsseite je ein gleich großes Zahnrad 6 und 7, welche mit einem im Gestell 1 gelagerten Zahnrad 8 kämmen. Das Zahnrad 7 erhält von dem Zahnritzel 9 auf der Welle eines Motors 10 seinen Antrieb.

Auf jedem der Kurbelzapfen 11 und 12 der Meisterwellen 2 und 3 ist ein zweiseitiger Hebel 13 gelagert, an dessen einer Seite die zylindrischen Stützrollen 19 und 20 und an dessen anderer Seite der Hydraulikzylinder 16 befestigt ist. Gleichzeitig ist in dem Zapfen 17 jedes zweiseitigen Hebels 13 ein zweiseitiger Hebel 18 gelagert, der an einer Seite die Festwalzrollen 14 und 15 für die Hohlkehlen, an der anderen Seite über das Gelenk 21 die Kolbenstange '22 und den Kolben trägt, der im Zylinder 16 gleitet.

Die Rotationsachse jeder Festwalzrolle 14 und 15 schließt mit der Werkstückachse einen Winkel von zum Beispiel 45° ein. Die Festwalzrollen 14 und 15 stützen sich einerseits in den Hohlkehlen des Kurbelzapfens 24, andererseits in den Laufrillen je eines Laufringes 25 ab, die auf Bolzen über wälzlager in dem zweiseitigen Hebel 18 gelagert sind.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist Zylinder 16 mit Leitungen 55 bzw. 56 verbunden, welche ihrerseits über ein Wegeventil 28, einerseits über eine Leitung 44 mit dem Tank 43 und andererseits über eine Leitung 45 und einem in dieser Leitung liecrenden Druckregelventil 34 über eine weitere Leitung 51, mit einer Pumpe 53 verbunden sind, die von einem Motor 54 angetrieben wird. Dieses Hydrauliksystem ist über eine Leitung 50, über ein Druckbegrenzungsventil 35 und eine das Druckbegrenzungsventil 35 mit dem Tank 43 verbindende

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Leitung 52 gegen unerwünschte Drucküberschreitung abgesichert.

Der Schaltmagnet 58 des Wegeventils 28 ist über eine Steuerleitung 57 mit der Maschinensteuerung 40 verbunden. Die Druckeinstellung des Druckregelventils 34 erfolgt über eine Feder 60, welche an ihrem Ende einen Stößel 38 aufweist, der an einer Kurvenscheibe 36 anliegt. Die Kurvenscheibe 36 wird getragen und angetrieben von einer Welle 39, welche von der Meisterwelle 3 an der Seite der Lagerstelle 5 angetrieben wird.

Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Welle 39 mit der Kurvenscheibe 36 in der gleichen Anord-Ib nung vorhanden. , .

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Zylinder 16 über die Leitungen 41 und 42 mit einem Wegeventil 30 verbunden, welches die Leitungen 41 und 42 wahlweise mit dem

_>q Tank 43 oder über die Leitung 47 mit einem weiteren Wegeventil 29 verbinden kann. Die beiden Eingänge dieses Wegeventils 29 sind über die Leitungen 48 bzw. 46 mit den Druckregelventilen 31 bzw. 32 verbunden, die ihrerseits über die Sammelleitung 49 mit der von dem Motor 54 angetriebenen Pumpe 53 verbunden sind. Auch hier ist die Pumpe 53 widerum über die Leitung 50 und Druckbegrenzungsventil 35 und weiter über die Leitung 52 mit dem Tank 43 verbunden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird das Wegeventil 29 von einem Stößel 37 betätigt, welcher an der von der Welle angetriebenen Kurvenscheibe 36 anliegt.

Der Schaltmagnet 59 des Wegeventils 30 ist über die Steuerleitung 57 wieder mit der Maschinensteuerung 40 verbunden. ·■ - -

ί Der Einfachheit halber ist hier nur die Steuerung eines Hydraulikzylinders 16 beschrieben. Eine äquivalente Steuerung muß für jeden in.der Maschine vorhandenen Zylinder 16 vorhanden sein. Dies soll angedeutet werden, mit den in Fig. 3 dargestellten zwei Kurvenscheiben 36, an welchen jeweils ein zugeordneter Stößel 38 anliegt.

Die Einrichtung arbeitet wir folgt:

Die Kurbelwelle 26 wird frei auf die im Hebel 13 befindliehen Rollen 19 und 20 aufgelegt, derart, daß jeder Kurbelzapfen der Kurbelwelle 26 zu dem Kurbelzapfen der Meisterwellen 2 und 3 parallel liegt. Jetzt werden die Kolben 23 an ihrer Unterseite durch DruckÖl beaufschlagt. Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch, daß bei laufender Pumpe 53 die Maschinensteuerung 40 über die Steuerleitung 57 den Schaltmagneten 58 abfallen läßt, sodaß das Wegeventil 28 in die Schaltstellung a fährt. In dieser Schaltstellung kann das Drucköl von der Pumpe über die Leitung 51 durch das Druckregelventil 34 und die Leitung 45 über das Wegeventil 28 und die Leitung 55 die Unterseite des Kolbens 23 beaufschlagen. Der Zylinderraum oberhalb des Kolbens 23 des Zylinders 16 ist über die Leitung 56 und 44 über das Wegeventil 28 mit dem Tank 43 verbunden. Die Festwalzrollen 14 und 15 bewegen sich daher auf den zu bearbeitenden Kurbelzapfen 24 zu und werden mit einer Kraft in Arbeitsstellung gehalten, die abhängig ist von dem an der Unterseite des Kolbens 23 im Zylinder 16 anstehenden Hydraulikdruck. Dieser wird geregelt von dem Druckregelventil 34, welches über die Feder 60 und den Stößel ^8 von der Kurven-

3ü scheibe 36 in seiner Einstellung verändert wird. Die Kraft, mit der die Festwalzrollen 14 und 15 also am zu bearbeitenden Kurbelzapfen 24 anliegen, ist daher anhängig von der Drehlage der Kurvenscheibe 36. Die Kurvenscheibe 36 nimmt zu den Meisterwellen 2 und 3 immer die gleiche Winkellage ein.

Auch die zu bearbeitende Kurbelwelle 26 nimmt zu den Meister-

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— οι wellen 2 und 3 immer die gleiche Drehlage ein. Somit ist einer bestimmten Drehlage der Kurbelwelle 26 stets ein bestimmter von der Kurvenscheibe 36 gesteuerter Hydraulikdruck zugeordnet. _:

Zur sicheren Funktion der Anlage ist erforderlich, daß der gewünschte Maximaldruck, mit welchem der Hydraulikzylinder versorgt werden soll, stets niedriger ist, als der am Druckbegrenzungsventil 35 eingestellte Anlagenmaximaldruck.

Um bei einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 den Kolben 23 an seiner Unterseite mit Drucköl zu beaufschlagen, läßt die Maschinensteuerung 40 über die Steuerleitung 57 den Schaltmagneten 59 des Wegeventils 30 abfallen, so daß das Wegeventil in die Schaltstellung a schaltet. Hierdurch wird die Leitung 42 mit dem Tank 43 verbunden und die Leitung 41 über Wegeventil 30 und Leitung 47 mit dem Wegeventil 29 verbunden. In der hier beschriebenen Anfangsstellung soll die auf der Welle 3 9 angeordnete Kurvenscheibe so stehen, daß der an der Kurvenscheibe 36 anliegende Stößel 37 des Wegeventils 29 dieses in Schaltstellung a schaltet. Hierdurch kann über die von dem Motor 54 angetriebene Pumpe 53 das Drucköl über die Leitung 49 durch das Druckregelventil 32 und die Leitung 46 über das Wegeventil 29 die Leitung 47 2b und damit über das Wegeventil 30 die mit dem Zylinder 16 verbundene Leitung 41 erreichen. Die Festwalzrollen 14 und 15 legen sich jetzt mit einer Kraft an den zu bearbeitenden Kurbelzapfen 24 an, der dem Hydraulikdruck im Zylinder 16 entspricht. Dieser wiederum wird in der beschriebenen Schalt^·

;0 lage von der Einstellung des Druckregelventils 32 bestimmt.

Nachdem die Festwalzrollen 14 und 15 an dem zu bearbeitenden Kurbelzapfen 24 anliegen, wird der Motor 10 eingeschaltet. Die Antriebskraft des Motors 10 wirkt über das Ritzel 9 und die Zahnräder 7,6,8 auf beide Meisterwellen 2 und 3, die

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" die zweiseitigen Hebel 13 und 18 in eine kreisrunde Bewegung bringen und auch gleichzeitig die Welle 39 mit den Kurvenscheiben 36 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit antreiben.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird durch die Drehbewegung der Meisterwellen 2 und 3 die Kurvenscheibe 36 gedreht und bewirkt über den Stößel 38 und die Feder 60 eine entsprechende Veränderung der Druckeinstellung des Druckregelventils 34. Auf diese einfache Art und Weise kann in Abhängigkeit von der Drehwinkellage der Kurbelwelle 26 die Festwalzkraft der Festwalzrollen 14 bzw. verändert werden, wobei die Größe der Veränderung durch die Form der Kurvenscheibe bestimmt wird.

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In besonders einfachen Fällen muß über einen Drehwinkel von 360° der Kurbelwelle 26 nur zwischen zwei unterschiedlichen, geeigneten Festwalzkräften gewählt werden. Dies kann auch erreicht werden durch eine Schaltungsanordnung nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Hier wird von der Kurvenscheibe 36 über den Stößel 37 während der Drehbewegung der Kurvenscheibe 36 das Wegeventil 29 von der Ausgangsschaltstellung a in die Schaltstellung b geschaltet, womit die Unterseite des Kolbens 23 von einem Hydraulikdruck beaufschlagt wird, welcher der Druckeinstellung am Druckregelventil 31 entspricht.

Ist die Festwalzoperation beendet, wird der Motor 10 abgeschaltet. Nach Stillstand des Motors 10 .aüssen nunmehr die Festwalzrollen 14 und 15 von der Kurbelwelle 26 wieder abgehoben werden, damit diese aus der Maschine entnommen werden kann, ©as Abheben der Festwalzrollen 14 und 15 vom Werkstück geschieht im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch, daß von der Maschinensteuerung 40 über die Steuerleitung 57 der Schaltmagnet 58 betätigt wird, wodurch das

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Wegeventil 28 in die Schaltstellung b geschaltet wird. In dieser Schaltstellung wird die Leitung 55 mit dem Tank 43 und die Leitung 56 mit der Druckleitung 45 verbunden. Hierdurch fährt der Kolben 23 in den Zylinder 16 ein und bewirkt damit über den zweiseitigen Hebel 18 die gewünschte Bewegung der Festwalzrollen 14 und 15.

Ähnlich wird auch bei einer Einrichtung nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verfahren. Hier wird über die Maschinen- steuerung 40 und die Steuerleitung 57 der Schaltmagnet 59 betätigt und hierdurch das Wegeventil 30 in die Schaltstellung b geschaltet. In dieser Schaltstellung wird die Leitung 42 mit der Druckleitung 47 und die Leitung 41 mit dem Tank 43 verbunden. Hierdurch fährt der Kolben 23 in den

iP Zylinder 16 ein und bewirkt damit ebenfalls über den zweiseitigen Hebel 18 die gewünschte Bewegung der Festwalzrollen 14 und 15.

Sofern der KraftverlaufF (T/ der Walzkraft nicht bekannt ist,

kann dieser zum Beispiel wie folgt ermittelt werden.

Eine Kurbelwelle einer zu walzenden Serie wird in der bereits beschriebenen Weise in die Walζeinrichtung eingelegt und mit einer konstanten Kraft /v gewalzt, die etwa 1/3 von ^bmin -also der Mindestwalzkraft zur Erzielung der ge-

s3 wünschten Dauerfestigkeit- entspricht. Hiernach wird die Kurbelwelle entnommen und der Verlauf und die Größe der beschriebenen Winkelaufweitung gemessen. Anschließend wird durch entsprechende Maschineneinstellung (Kurvenscheibe, Druckregelventile) mit einer KraftRfijgewalzt, die in ihrem Verlauf über den Drehwinkel T etwa proportional ist dem Verhältnis von größter Winkelaufweitung zu örtlicher Winkelaufweitung. Da im Bereich der kleinsten Winkelaufweitung in aller Regel auch der dauerbereichgefährdete Winkelbereich Iq liegt, muß in diesem Bereich mindestens mit der für die

3t gewünschte Dauerfestigkeitssteigerung notwendigen Kraft ^

Ί gewalzt werden. Um dies zu erreichen, wird durch Veränderung der Grundeinstellung der Druckregelventile 34 bzw. 31 und 32 die Kraft f Λ/Ί soweit parallel verschoben (s. Fig. 4),"bis im Anfangspunkt des Winkels fn die Kraft F_n, . erreicht ist. Die Kurbelwelle wird ^u O min

dann mit der Kraft- (Y/ gewalzt. Mit dieser Einstellung können nun alle Kurbelwellen dieser Serie gewalzt werden.

Bei einer Festwalzoperation mit über 360° konstant bleibender Festwalzkraft wird der von Kurbelwange 33 und Kurbelzapfen 24 gebildete Winkel in unterschiedlichen Drehwinkellagen unterschiedlich stark aufgeweitet. Mit den vorgeschlagenen Maßnahmen wird eine in Umfangsrichtung gleichmäßige WinkelaufWeitung erreicht und es kann gleichzeitig diese Winkelaufweitung relativ klein gehalten werden. Da eine gleichmäßige Winkelaufweitung erreicht wird, kann diese bei den Kurbelwellen bereits in der Vorbearbeitung berücksichtigt werden.

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Claims

WERKZEÜGMABCHINENFABRIK 3037088

W. HEGCNSCHEiDV GESELLSCHAFT ME I POSTFACH MOS NIEUSSERSTR 3 j M a KRKELENZ

Patentansprüche

( 1)yVerfahren zum Festwalzen von Kurbelwellen an übergangsradien von Lagerzapfen, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Drehwinkel(γ des Werkstückes von 360° mit solchen unterschiedlichen Walzkräften (f_z ( yj festgewalzt wird, die in jeder Drehwinkellage eine gleichbleibende Winkelaufweitung des von den mit dem jeweiligen Übergangsradius verbundenen Flächen eingeschlossenen Winkels [(JL) erzeugen und die mindestens in dem Drehwinkelbereich( V₀j ,der für die Dauerfestigkeit entscheidend ist, mindestens die für die angestrebte Dauerfestigkeitssteigerung notwendige Größe (F_Om;j__nj haben,
2) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzkräfte j F₂ (fj ) mit einer Frequenz von 30 bis 300 Hz und einer Amplitude von 5 bis 50% des momentanen Nennwertes der Walzkräfte pulsieren, wobei die tiefsten Stellen der aus dem Maximalwert herrührenden Eindrücke

der Walzwerkzeuge, soweit sie bei statischer Belastung entstehen würden, in einem Abstand aufeinanderfolgen, der nicht größer als die doppelte Eindruckbreite selbst ist.
3) Verfahren nach den Anprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert(f_z) der Walzkräfte ^f₁ (f)j dem Wert zur Erzielung eines gewünschten Glattwalzergebnisses entspricht.
4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nach dem Verfahren nach Anspruch und nachfolgend nach einem Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 festgewalzt wird.

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