DE3050452C2 - - Google Patents

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DE3050452C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Gehäuse von Förderbandrollen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Werden Gehäuse von Förderbandrollen, wie bisher teilweise üblich, aus entsprechend geformten Hülsen und Schalen zusammengesetzt und durch Schweißen bzw. Einwalzen verbunden, oder werden derartige Gehäuse durch Gießen einteilig hergestellt, ergeben sich Nachteile im Hinblick auf hohen Arbeits- und Metallaufwand sowie beschränkte Metallwahl und Beschränkungen hinsichtlich der Gehäuseabmessungen sowie Erhöhung des Anteiles der mechanischen Bearbeitung bei der Herstellung.
Neben einer Reihe von Veröffentlichungen, die Verfahren zum Herstellen einer Einsenkung im Boden, einer Zylinderhülse durch Stülpziehen beschreiben, ist aus der US-PS 34 75 944 ein dem Oberbegriff des Anspruches 1 entsprechendes Verfahren zur Herstellung der Gehäuse von Förderbandrollen bekannt. Als ein wesentlicher Nachteil des bekannten Verfahrens ist jedoch hervorzuheben, daß es mit diesem unmöglich ist, eine konzentrische zylindrische Vertiefung herzustellen, deren Innendurchmesser geringer ist als der Durchmesser, der durch die Gleichung
D₀ = D e -4 R
bestimmt wird. In dieser Gleichung bezeichnet D₀ den Innendurchmesser der konzentrischen Vertiefung, D e den Außendurchmesser des Rohrrohlings und R den freien Biegehalbmesser, der für jeden Rohrrohling eine konstante Größe ist und vom Durchmesser des Rohlings und von dessen Wandungsstärke abhängt. Dabei ist die Vertiefung bzw. Inneneinhalsung mit der Seitenwand über die Stirnwand verbunden, die nur toroidalförmig (vom genannten Halbmesser umschrieben) sein kann. Soll die Stirnwand eine andere Form erhalten, so ist ein zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich.
Ferner ergibt sich bei dem bekannten Verfahren nachteiligerweise eine ringförmige vordere Wand, und die Einführung zusätzlicher Einsätze gestattet nicht eine entsprechende Vertiefung am zweiten Ende des rohrförmigen mittleren Teils.
Schließlich besteht ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Verfahren darin, daß der Umstülpvorgang nur bei Rohren mit einem Durchmesser bis 50 mm und einer relativen Wandungsstärke ( = 100%, worin t die Wandungsstärke ist) von höchstens 3,5% stabil verläuft. Bei der Überschreitung der genannten Grenzwerte wird die Wandung an der Verformungsstelle stark verdickt, wodurch der stabile Verlauf des Umstülpvorganges beeinträchtigt wird.
Die technologischen Möglickeiten, die die bekannten Verfahren bieten, sind somit sowohl in bezug auf die Wahl der Ausgangsmasse des Rohrlings als auch in bezug auf die Abmessungen und Form der erzeugbaren Stirnwände und Einhalsungen bzw. Einsenkungen begrenzt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, mit dem es möglich ist, einen einstückigen Rohrrohling mit einer Stirnwand mit konzentrischer Einsenkung herzustellen, wobei sich durch kontinuierliche Zwangsverlagerung des Rohlingsmetalls während des Umstülpens zur Zone der Wandungsbiegung zum einen der Beeich der Abmessungen der verwendbaren Rohlinge und zum anderen der Bereich der Abmessungen und Formen der herstellbaren Stirnwand und Einsenkung erweitern läßt.
Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Ansprüchenn 2 bis 4 angegeben.
Durch die ebene Fläche in der Mitte der vorgeformten Stirnwand wird zunächst eine steife Abstützung für ein Druckwerkzeug der erfindungsgemäßen Vorrichtung sichergestellt. Fehlt diese Fläche bzw. ist deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des genannten Werkzeuges, so schrumpft die Stirnwand ohne Eindrücken zusammen. Da der Durchmesser der Fläche den Durchmesser des Bodenteils der zu erzeugenden Einsenkung überschreitet (dieser ist dem Durchmesser der Stirnfläche des Druckwerkzeuges gleich), wird das Eindrücken der Einsenkung sichergestellt. Unterschreitet der Durchmesser der Fläche den genannten unteren Grenzwert, wird der Bodenteil der Einsenkung während des Eindrückens abgerissen. Überschreitet dieser Durchmesser den genannten oberen Grenzwert, so kommt es zu unzulässigen geometrischen Formfehlern der Einsenkung.
Durch Verbindung des Eindrückens mit dem Außenabwälzen wird die kontinuierliche Zwangsverlagerung des Rohlingsmetalls während des Umstülpens zur Zone der Wandungsbiegung ermöglicht. Dadurch wird das für die Bildung der Einsenkungswandung verbrauchte Metall unverzüglich durch das Metall der Stirnwand (nötigenfalls auch der Seitenwand) ersetzt, das mittels des Abwälzwerkzeuges dem Eindrückbereich zugeführt wird. Dadurch lassen sich Einsenkungen praktisch unbegrenzter Tiefe in einem weiten Durchmesserbereich erzeugen. Die untere Grenze des Einsenkungsdurchmessers ist bei dem erfindungsgemäßen Fertigungsverfahren nur durch die Festigkeitswerte des Druckwerkzeuges und die obere Grenze durch den Außendurchmesser des Rohlings minus vierfacher Biegehalbmesser gesetzt. Dabei wird durch die kontinuierliche Zwangsverlagerung des Metalls zur Biegungszone die Bildung von Verstärkungen in der Wand verhindert, die die Vorgangsstabilität beeinträchtigen. Dadurch läßt sich der Bereich der Abmessungen (Durchmesser und relative Wandungsstärke) der verwendbaren Rohlinge erweitern.
Das Fertigformen der Stirnwand kann beispielsweise durch Tangentialaußenabwälzen des Rohlings durchgeführt werden. Dabei soll bei der Bearbeitung eines Rohlings aus Stahl das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeit des Druck- und des Abwälzwerkzeuges in einem Bereich von 0,40 bis 0,75 liegen. Bei der Überschreitung des genannten oberen Grenzwertes wird das Metall dem Eindrückbereich durch das Reibwerkzeug zu langsam zugeführt, so daß die Form der erzeugten Einsenkung von der vorgegebenen abweicht.
Liegt das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeiten unterhalb des genannten unteren Grenzwertes, wird dem Druckwerkzeug zu viel Metall zugeführt, was zur Faltenbildung am Erzeugnis und mitunter zur Rißbildung in der Einsenkungswandung bzw. zum Bruch der Einsenkung führt.
Zweckmäßigerweise hat die Stirnwand beim Arbeitsschritt Verformen die Form eines Kegelstumpfes mit einem Neigungswinkel der Mantellinie zur Achse von 30° bis 40°. Dadurch werden günstige Voraussetzungen für die Bildung der Stirnwand mit Einsenkung geschaffen, wobei der kürzeste Weg des Metalls bei dessen Verlagerung in den Eindrückbereich sowie eine gegenüber der krummlinigen Wölbung geringere Wandsteife sichergestellt werden, wodurch der Verformungsvorgang begünstigt wird. Ferner wird bei dieser Form der Aufbau des Abwälzwerkzeuges vereinfacht und die Berechnung der technologischen Übergänge zur Bildung der Einsenkung mit erforderlichen Maßen erleichtert.
Durch Einhaltung der Größe des Neigungwinkels der Mantellinie des Kegelstumpfes in den genannten Grenzen wird die ausreichende Maßgenauigkeit der erzeugten Stirnfläche und Einsenkung bei optimalem Energieverbrauch gesichert. Die Überschreitung des genannten oberen Grenzwertes führt zu einer unvertretbaren Verdickung der Stirnwand. Liegt die Größe des Neigungswinkels unter dem unteren Grenzwert, so nimmt die Steife der Stirnwand und somit die für das Eindrücken der Einsenkung verbrauchte Leistung zu.
Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
Fig. 1 das zu bearbeitende Ende des Rohrrohlings,
Fig. 2 Bildung der Wölbung im Rohrrohling nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 3 Verformung der Stirnwand nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 4 bis 8 aufeinanderfolgende Arbeitsschritte bei der Bildung der Einsenkung bei gleichzeitiger Erzeugung der Stirnwand nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 9 bis 11 den abschließenden Arbeitsschritt bei der Bildung der Einsenkung bei gleichzeitigem Fertigformen der Stirnwand gemäß einiger Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Verfahren zum Herstellen einer Stirnwand mit konzentrischer Einsenkung an einem Rohrrohling umfaßt gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante folgende Schritte:
Das zu behandelnde Ende des Rohrrohlings 1 (Fig. 1) wird auf Schmiedetemperatur erwärmt, die beispielsweise für Stahl 950 bis1250°C beträgt. Danach wird das kalte Rohlingsende im Spindelfutter einer Abwälzmaschine eingespannt und der Rohling wird mit einer Drehzahl von 350 bis 800 U/min in Drehung gebracht. Als Abwälzmaschine kann beispielsweise eine Drehbank verwendet werden. Die Seitenwand des erwärmten Endes des Rohlings 1 wird auf die an sich bekannte Weise in Schließrichtung der Ränder verformt, bis durch Tangentialabwälzen mittels des Reibwerkzeugs 3 eine Wölbung 2 (Fig. 2) gebildet wird. Mit dem gleichen Werkzeug 3, das entsprechend profiliert ist, wird die Stirnwand vorgeformt, die bei diesem Arbeitsschritt die Form eines Kegelstumpfes 4 (Fig. 3) mit einer ebenen Fläche 5 in der Zone erhält, die der Lage des Scheitels der Wölbung 2 (Fig. 2) entspricht.
Der Durchmesser D der ebenen Fläche 5 (Fig. 3), der an der Kreislinie gemessen wird, die an der Schnittstelle der Außenfläche der Fläche 5 mit der Weiterführung der Mantelfläche des Kegels 4 liegt, wird so gewählt, daß er den vorgegebenen Durchmesser des Bodenteils der zu erzeugenden Einsenkung um 2R bis 3R überschreitet, worin R der freie Biegehalbmesser der Rohlingswandung ist, der auf bekannte Weise von der Wandungsstärke und dem Durchmesser des Rohlings eindeutig abhängig ist. Der Neigungswinkel der Mantellinie des Kegelstumpfes 4 zur Kegelachse soll 30° bis 40° betragen.
Die weitere Bearbeitung (Fig. 4) wird mit zwei Werkzeugen - dem Druckwerkzeug 6 und dem Abwälzwerkzeug 7 - gleichzeitig durchgeführt. Das Druckwerkzeug 6 ist als ein Dorn ausgeführt, dessen Form und Abmessungen der vorgegebenen Form und den Abmessungen der Einsenkung entsprechen. Der Dorn wird in der Pinole des Reitstocks der Drehmaschine drehbar befestigt. Das Abwälzwerkzeug 7 ist ein an sich bekanntes Reibwerkzeug (s. z. B. Kaporovich V. G.: Proizvodstvo detalei iz trub obkatkoi/Fertigung von Teilen aus Rohren durch Abwälzen/, 1978 Moskau, Verlag "Mashinostroenie", S. 9), das aus Vierkantbarren hergestellt und für das Tangentialabwälzen derart profiliert ist, daß der Neigungswinkel der Mantellinie seiner Arbeitsfläche sich vom Winkel ϕ des Kegels 4 auf den vorgegebenen Neigungswinkel der Mantellinie der Stirnwand zur Drehachse des Rohlings ändert, der für das in der Zeichnung gezeigte Beispiel 90° beträgt. Das Werkzeug 7 wird im Support der Drehmaschine aufgenommen.
Das Werkzeug 6 wird an den Rohling herangeführt, bis es mit der Fläche 5 in Berührung kommt, während das Werkzeug 7 mit der Mantelfläche des Kegels 4 in Berührung gebracht wird, wonach das Werkzeug 6 in Axialrichtung und das Werkzeug 7 in Radialrichtung (senkrecht zur Drehachse des Rohlings) vorgeschoben werden.
Das Werkzeug 6 stützt sich mit seiner Vorderebene gegen die Fläche 5 ab und drückt die Stirnwand des Rohlings in Vorschubrichtung ein. Dabei verschiebt sich die Fläche 5 dank des Durchbiegens (Umstülpen) des Kegelteils der Stirnwand parallel zu ihrer Ausgangsstellung. Durch die Wahl des Durchmessers der Fläche 5 in den obengenannten Grenzen wird die Bildung einer Umbiegung in der Stirnwand am Umfang des Bodenteils der zu erzeugenden Einsenkung bewirkt. Bei D<D₀+2R muß mit dem Bruch der Fläche gerechnet werden. Dadurch wird nicht nur die Unversehrtheit der Einsenkungswandung beeinträchtigt (was für einige Artikelarten zulässig ist), sondern die Möglichkeit der Erzeugung einer Einsenkung vorgegebener Tiefe überhaupt in Frage gestellt.
Bei D<D₀+3R wird die Biegestelle von der Stirnfläche des Werkzeuges 6 unbestimmbar weit entfernt, was Abweichungen von der vorgegebenen geometrischen Form und den Quermaßen der Einsenkung verursaht.
Um den Überschuß an Metall in der fertiggeformten Stirnwand zu vermeiden, darf der Neigungswinkel der Mantellinie des Kegels 4 den angeführten oberen Grenzwert (40°) nicht überschreiten. Durch den unteren Grenzwert des Neigungswinkels wird der Arbeitsaufwand auf das Verstellen des Werkzeuges 6 während des Eindrückens begrenzt.
Bei der Herstellung von Erzeugnissen, an deren Maßgenauigkeit besonders hohe Forderungen gestellt werden, ist es erforderlich, daß die Biegestelle, die dem Übergang der Stirnwand in die Wandung der zu erzeugenden Einsenkung entspricht, in jedem Verformungszeitpunkt der Mantelfläche des Werkzeuges 6 so nahe wie möglich liegt. Dadurch läßt sich eine Einsenkung erzeugen, deren Form und Abmessungen dem Profil des Werkzeuges 6 entsprechen. Zu diesem Zweck soll zwischen den Vorschubgeschwindigkeiten der Werkzeuge 6 und 7 ein bestimmtes Verhältnis bestehen, das vom Werkstoff und von den relativen Rohlingsabmessungen abhängt und versuchsweise zu ermitteln ist. So beträgt das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeiten 0,40 bis 0,75 für Rohlinge aus Stahl mit einem Durchmesser von 50 bis 150 mm und einem Wandungsstärke-Durchmesser-Verhältnis bis 0,04.
Beim Überschreiten des oberen Grenzwertes wird das Rohlingsmetall vom Abwälzwerkzeug 7 zur Biegestelle der Rohlingswandung zu langsam zugeführt, die ihre Lage im Maße des Vorschubs des Druckwerkzeuges 6 ändert. Das kann einen geometrischen Formfehler der Einsenkung bewirken. Ist das genannte Verhältnis kleiner als 0,40, kann zuviel Metall der Biegestelle zugeführt werden, was zu Faltenbildung, lokalen Einbeulungen und Rißbildung in der Einsenkungswandung führen kann.
Zur Erleichterung der Berechnung des Vorschubweges des Werkzeuges 6 zur Erzeugung der Einsenkung vorgegebener Tiefe ist das Werkzeug 7 derart profiliert, daß die Mantellinie der Kegelfläche des Rohlings beim Abwälzen der genannten Fläche zunächst parallel zu ihrer Ausgangslage verstellt wird (Fig. 5 und 6) und dann um einen Winkel geschwenkt wird, der ein Komplementärwinkel zwischen dem ursprünglichen Neigungswinkel und dem vorgegebenen Neigungswinkel der Mantellinie der Stirnfläche zur Achse des Rohlings ist (Fig. 7 und 8). DieTiefe der erzeugten Einsenkung beträgt dabei die Summe des Verstellweges des Werkzeuges 6 für die Abwälzdauer der Kegelfläche bei paralleler Verschiebung der Mantellinie und des Verstellweges desselben Werkzeuges bei Mantellinienschwenkung. Das Abwälzen wird in einem Gang des Werkzeuges 7 durchgeführt. Für den gesamten Bearbeitungsvorgang reicht die einmalige Erwärmung des Rohlings aus. Nachdem die Stirnfläche 8 und die Einsenkung 9 der vorgegebenen Form und Abmessungen erzeugt sind (Fig. 8), werden die Werkzeuge 6 und 7 zurückgestellt und das fertigbearbeitete Teil wird der Drehmaschinenspindel entnommen.
Zur weiteren Erläuterung wird nachfolgend ein konkretes Anwendungsbeispiel beschrieben:
Ein Rohrrohling aus unlegiertem Baustahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,20% wurde zwecks Erzeugung einer flachen Stirnwand mit einer konzentrischen zylindrischen Einsenkung mit einem Durchmesser D₀ = 40 mm und einer Tiefe von h = 40 mm (Fig. 8) verformt. Der Außendurchmesser D e des Rohlings betrug 108 mm, die Wandungsstärke t war 4 mm gleich. Das zu bearbeitende Rohlingsende wurde auf eine Temmperatur von 1100°C erwärmt. Danach wurde das andere Rohlingsende im Spindelfutter einer Drehmaschine eingespannt. Die Spindel wurde mit einer Drehzahl n = 375 U/min in Drehung versetzt. Die Seitenwand des Rohlings wurde in Schließrichtung der Ränder abgewälzt und ein Kegelstumpf mit einem Neigungswinkel der Mantellinie zur Drehachse von ϕ = 30° wurde vorgeformt. Der Durchmesser D der ebenen Fläche, der dem kleinen Durchmesser des Kegelstumpfes entspricht, betrug 65 mm. Danach wurde beim Axialvorschub V₀ = 10 mm/s des zylinderförmigen Druckwerkzeugs mit einem Durchmesser von D₀ = 40 mm eine Einsenkung eingedrückt, wobei die Kegelfläche der Stirnwand mit einem Reibwerkzeug, dessen Tangentialvorschub V t 10 mm/s betrug, von außen abgewälzt wurde. Der Neigungswinkel der Mantellinie der genannten Fläche zur Drehachse des Rohlings änderte sich dabei von 30° bis 90°.
Der gesamte Vorgang der Herstellung einer Stirnwand mit konzentrischer Einsenkung am Rohrrohling wurde nach der einmaligen Erwärmung des Rohlings durchgeführt. Das Fertigformen der Stirnwand erfolgte in einem Gang des Planschlittens.
Die Rohlingswandung wurde am Halbmesser gebogen, der dem freien Biegehalbmesser R = 13 entspricht. Die Oberflächengüte der erzeugten Einsenkung und der Stirnwand ist hoch; Faltenbildung bzw. sonstige Mängel sind nicht festgestellt worden.
Mit dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Vorrichtung lassen sich vor allem flache und kegelförmige Stirnwände mit zylindrischen bzw. kegelförmigen Einsenkungen in Stahlrohlingen mit einem Durchmesser von 50 bis 150 mm und einem Wandungsstärke-Durchmesser- Verhältnis von 0,025 bis 0,040 herstellen.
Ferner ist es gemäß der Ausführungsform nach Fig. 10 möglich, eine Stirnwand in Form eines mit der Spitze nach innen gerichteten Kegels oder eine Einsenkung in Form eines Drehkörpers mit krummliniger Mantellinie herzustellen, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist, in welchem Fall das Druckwerkzeug 6 als ein an sich bekannter mehrteiliger Dorn ausgebildet ist.
Als eine Variante des oben beschriebennen Verfahrens ist es möglich, die Verformung der Seitenwand des Rohrrohlings mit Bildung einer Wölbung und Verformung der Stirnwand mit einer ebenen Fläche als einzelne Arbeitsgänge mit der beschriebenen Vorrichtung oder einer ansonsten geeigneten Vorrichtung durchzuführen, wobei beispielsweise durch Pressen auf einer Schmiedepresse die zuvor genannte Verformung vorbereitend durchgeführt wird. Wenngleich die Kegelform besonders vorteilhaft ist, kann dabei die Seitenfläche der vorgeformten Stirnwand eine andere Form aufweisen, beispielsweise die eines Rotationskörpers mit krummliniger Mantellinie (konkav bzw. konvex).
Wie Fig. 10 ferner verdeutlicht, kann die Fertigformung der Stirnwand durch Abwälzen beim Vorschub des Werkzeuges parallel zur Drehachse des Rohlings erfolgen. Dabei kann das Abwälzwerkzeug selbst anders als oben beschrieben, wie beispielswise als Hebelabwälzwerkzeug, ausgebildet sein.
Ist für die Bildung der Einsenkung vorgegebener Tiefe mehr Metall erforderlich, als durch Abwälzen der vorgeformten Stirnwand zuführbar ist, wird das fehlende Metall aus der Seitenwand des Rohlings genommen, die auf die oben beschriebene Weise (in Richtung der Eindrückzone) abgewälzt wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung der Gehäuse von Förderbandrollen und ähnlichen rohrförmigen Körpern, die an beiden Seiten des Rohrkörpers eine Stirnwand mit einer konzentrischen Einsenkung aufweisen, wobei das Verfahren die Verformung der Seitenwand am Rohlingsende in Schließrichtung der Rändern bis zur Bildung einer Wölbung, Erzeugung der Stirnwand aus der gebildeten Wölbung sowie das Umstülpen des genannten Endes des umlaufenden Rohlings bei Schmiedetemperatur umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Stirnwand in zwei Arbeitsschritten vorgenommen wird, wobei beim ersten Arbeitsschritt die Stirnwand mit Bildung einer ebenen Fläche am Wölbungsscheitel mit einem Durchmesser vorgeformt wird, der den Durchmesser des Bodenteils der Einsenkung um 2R bis 3R überschreitet, worin R der freie Biegehalbmesser der Rohlingswandung ist, während beim zweiten Arbeitsschritt des Fertigformens der Stirnwand gleichzeitig das Umstülpen des Rohlingsendes sowie die Fertigformung der Stirnwand durch Außenabwälzen erfolgen.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umstülpen ein Druckwerkzeug (6) vorgesehen ist, dessen Form und Abmessung der herzustellenden Einsenkung entsprechen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Fertigformen der Stirnwand ein Abwälzwerkzeug (7) vorgesehen ist, dessen Form und Abmessung der herzustellenden Stirnwand entsprechen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Vorschubgeschwindigkeiten des Druck- und des Abwälzwerkzeuges (6 bzw. 7) bei der Bearbeitung eines Stahlrohlings in einem Bereich von 0,40 bis 0,75 liegt.
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