DE3400315C2 - Verwendung eines Kalt-Schlag-Walzverfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Kalt-Schlag- Walzverfahrens.

Ein Kalt-Schlag-Walzverfahren ist bereits aus einer Literatur­ stelle bekannt (Werkstattblatt 618, 1974, Carl Hanser Verlag, München "Kaltwalzen von Genauigkeitsverzahnungen aus dem vollen Material"): Es wird u. a. die Verwendung dieses Verfahrens zum Umformen des Außenumfangs eines rotierenden vollen oder hohlen Werkstückes beschrieben. Dabei wird die Oberfläche des Werk­ stücks durch die in den Walzenköpfen in einer planetenartigen Umlaufbewegung frei drehbaren und mit hoher Arbeitsgeschwindig­ keit laufenden Walzen verformt - beispielsweise durch radiale Materialverdrängung verzahnt - und gleichzeitig kalibriert. Durch eine Vielzahl von kurzzeitigen Einwirkungen des Werkzeuges auf das Werkstück wird bei diesem Verfahren der Werkstoff gleichmäßig fortschreitend am Werkstückumfang und über die Werk­ stücklänge in die gewünschte Verzahnungsform gebracht.

Zum Stand der Technik zählt weiterhin ein Heißwalzverfahren (US 1 622 744), welches infolge seiner konstruktiven Elemente nur für die Herstellung dünnwandiger Rohre geeignet ist. Entspre­ chend sind große zentrale Antriebswalzen vorgesehen, um welche herum je eine Anzahl genuteter Formungswalzen je in einem Käfig angeordnet sind. Es wird ein Synchronlauf der Formungswalzen mit Hilfe von Zahnkränzen erzielt. Dabei liegt zwischen den An­ triebswalzen und den Formungswalzen eine ständige Berührung vor. Die Formungswalzen sind - konstruktiv bedingt - nicht frei dreh­ bar.

Darüber hinaus ist ein Ziehverfahren bekannt (US 2 565 780), wobei keine Drehung des Werkstücks um die eigene Achse erfolgt. Hierbei rollen Walzen auf Kurvenbahnen ab und bewirken die Ver­ formung.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, den Anwendungsbereich des eingangs genannten Kalt- Schlag-Walzverfahrens zu erweitern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung eines Kalt-Schlag-Walzverfahrens, bei dem durch die in den Walzenköpfen in einer planetenartigen Umlaufbewegung frei drehbaren, mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit laufenden Walzen die Oberfläche des rotierenden vollen oder hohlen zylindrischen Werkstücks verformt und kalibriert wird, zum Reduzieren der Querschnittsfläche des Werkstücks durch Materialverdrängung in Werkstück-Achsrichtung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Verwendung dieses Kalt-Schlag-Walzverfahrens ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Hieraus resultiert der Vorteil, daß das eingangs genannte Ver­ fahren beispielsweise auch zur Herstellung von Torsionsstäben verwendet wird, welche eine tiefreichende Materialverfestigung erfahren. Insbesondere in der Automobilindustrie ist dieser Vorteil erheblich, da derartige Torsionsstäbe bisher durch Dre­ hen so bearbeitet werden mußten, daß sie keine Unwuchten oder ihre Eigenschaften sonst beeinflussenden Unregelmäßigkeiten aufweisen durften.

Die Werkzeugstandzeiten sind sehr hoch, so daß man lange Zeit und somit viele Werkstücke mit den gleichen Wal­ zen bearbeiten kann, ohne daß die Präzision leidet.

Die hohen Arbeitsge­ schwindigkeiten lassen einen Materialfluß erzielen, der eine tiefreichende Materialverfestigung ergibt, wobei man die Plastifizierung zumindest in vielen Fällen als durch und durch gehend be­ zeichnen kann. - Dies erlaubt es, mit geringeren Produkt­ querschnitten als beim Drehen auszukommen. Da man kein Material zerspant, ist eine Materialersparnis ge­ geben.

Es hat sich gezeigt, daß die so hergestellten Pro­ dukte einen nur geringen Härteverzug bei nachfolgender Här­ tung haben, was sie auch vorteilhaft gegenüber gedrehten Teilen abhebt.

Da man praktisch nur mit rotierenden und mit beinahe immer gleichmäßig angetriebenen Werkzeugen arbeitet, sind die Massenkräfte gut im Griff zu halten, wobei ungünstige Schwingungen (im Gegensatz zu Drehen) leicht vermeidbar sind.

Die Materialverdrängung und somit der Materialfluß erfolgen zumindest überwiegend in Werkstückachs-Richtung was der Festigkeit zuträgliche und gut beherrschbare Ver­ hältnisse schafft.

Die Walzköpfe sind derart zwangssynchronisiert, daß alle immer gleichzeitig mit einer Walze am Werkstück angreifen, wobei jeweils alle Walzvorgänge hinsichtlich ihrer wenigstens angenähert in Richtung der Werkstückachse verlaufenden Komponente gleichgerichtet sind. Bei sich gegenüberliegenden Walzköpfen erreicht man dies durch gegenläufigen zwangssynchronisierten Antrieb am besten, wobei jeder Walzkopf einen eigenen An­ triebsmotor haben kann, und der Gleichlauf, z. B. durch ein Zahnradgetriebe erreichbar ist, das die Walzköpfe entspre­ chend miteinander verbindet.

Damit die Rotation des Werkstückes so erfolgt, daß sich auf­ einanderfolgende Walzvorgänge in Umfangsrichtung überlap­ pen, kann ein starrer Verhältnis-Synchronantrieb, z. B. mecha­ nisch oder elektronisch erfolgen; es genügt aber in der Regel, wenn ein ungefähr verhält­ nisrichtiger Rotationsantrieb erfolgt.

Manchmal braucht man keinen oder zumindest keinen vollständigen Rotations­ antrieb, wenn von den Walzen ein ausreichendes Drehmoment auf das Werkstück übertragen werden kann, wozu man die Walzköpfe schrägstellen und/oder asymmetrische Walzen ver­ wenden kann.

In jedem Falle ist somit das Rotationsverhältnis zur Walzvorganghäufigkeit und der Walzenform entsprechend ab­ stimmbar, wobei eine Vielzahl von Walzen pro Walzkopf ei­ nen hohen Vorschub zu erzielen gestatten.

Wenn jeder Walzkopf in einer zur Werkstückachse senk­ rechten Ebene liegt, ergeben sich nur bei asymmetrischen Walzen Drehkräfte am Werkstück, während man auch bei sym­ metrischen Walzen, deren Walzköpfe aber außerhalb einer zur Werkstückachse senkrechten Ebene liegen (schrägsteh­ ende Achse) ein Drehmoment erhalten kann. Die Schräg­ stellung wird man dabei aber nur im Bereich weniger Win­ kelgrade halten, weil eine Materialverdrängung in Richtung der Werkstückachse erzielt werden soll.

Bei einem hohlen Werkstück ist in der Regel ein Dorn erforderlich, damit nicht eine Verdrängung des Materials nach innen erfolgt. Das Profil dieses Dornen kann in gewissen Grenzen (je nach Materialfluß) gewählt werden und außer der Gewichtsersparnis und der Schaffung eines z. B. flüssigkeitsleitenden Hohlraumes auch z. B. der Profilbildung zu anderen Zwecken (z. B. zur späteren Kraft­ übertragung auf andere Teile) dienen.

Wenn man die Walzköpfe in radialer Richtung zum Werk­ stück zustellt (Annäherung an die Werkstückachse) oder davon entfernt, kann man eine Taillierung, d. h. einen ge­ schwungenen Übergang erhalten, der auch als ein Einstech­ vorgang realisiert werden kann. Man kann so z. B. die dickeren Enden eines Torsionsstabes stehenlassen. Man kann aber auch durch allmähliches radiales Verstellen der Köpfe eine andere Durchmesserveränderung herbeiführen, wie z. B. einen Konus, Balligkeit etc.

Man kann konstant oder ungleichmäßig den Längsvor­ schub des Werkstückes bewerkstelligen, wobei aber ein Überlappen von in der Werkstückachs-Richtung aufeinander­ folgenden Walzvorgängen immer stattfinden sollte.

Je mehr Walzen im Walzkopf sind und je mehr Walzköpfe vorgesehen sind, desto intensiver ist die Bearbeitung des Werkstückes und desto rascher kann der Vorschub sein, wobei ein rascher Vorschub einen ra­ schen Längsfluß des Materials und ein intensives tiefgrei­ fendes Plastifizieren des Werkstoffes bewirkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Kalt-Schlag-Walz-Verfahrens,

Fig. 2 eine (aus Übersichtlichkeitsgründen mit weniger Walzen gezeichnete) Ansicht der Walzköpfe in Arbeitsstellung mit ihrem An­ trieb in Werkstückachsrichtung (Pfeil II in Fig. 1) gesehen, wobei ein Werkstückquer­ schnitt dazwischengezeichnet ist,

Fig. 3 eine hinsichtlich der Walzkopfausbildung der Fig. 2 entsprechende Seitenansicht nach Pfeil III in Fig. 1 eines Walzkopfes,

Fig. 4 eine Variante zu Fig. 3 mit schrägstehendem Walzkopf, und

Fig. 5 eine Ansicht in Richtung der Werkstückachse eines Werkstückschnittes mit darangezeich­ neten asymmetrischen Walzen.

Auf einem Maschinengestell 1 nach Fig. 1 ist eine längs der Werkstückachse A durch eine Schraubenspindel 2 verschiebliche Einspannvorrichtung 3 für ein Werkstück W vorgesehen. Dabei wird die Schraubenspindel 2 durch einen steuerbaren Motorantrieb 2′ angetrie­ ben. Die Einspannvorrichtung 3 kann ihrerseits durch einen Getriebemotorantrieb 3′ samt dem Werkstück W in Rotation gesetzt werden.

Auf dem Maschinengestell 1 sind zwei Walzköpfe 4 - sich gegenüberliegend - drehbar gelagert, wobei sie über Gelenkwellen 40 von Elektromotoren 41 über Riementriebe 42 antreibbar sind und zur Sicherstellung einer starren Syn­ chronisation mit Gegenlauf durch zwei Zahnräder 43 ge­ koppelt sind.

In jedem Walzkopf 4 sind symmetrisch ausgebildete Wal­ zen 5 vorgesehen.

Man kann anstelle dieser Walzen 5 auch asymmetrische Walzen 6 gemäß Fig. 5 verwenden, wobei diese dann ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles 7 auf das Werkstück ausüben, das eine ausreichende Antriebskraft hervorrufen kann. Dies insbesondere dann, wenn auch noch durch entsprechende Schrägstellung der Walzköpfe 4 (Fig. 4) ein solches Drehmoment unter­ stützt wird. Aber auch die Schrägstellung allein kann ausreichen, um ein zumindest partiell treiben­ des Drehmoment zu erzielen.

Man kann gemäß Fig. 1 bevorzugterweise im Ziehen (Richtung des Pfeiles II) oder im Stoßen (entgegen Pfeil II) walzen. - Unabhängig davon, ob man im Ziehen oder im Stoßen walzt, kann man im Gegenlauf (wie in Fig. 1), d. h., daß die Walzen entgegen der Bewegungsrichtung des Werkstückes (Pfeil II) darauf einwirken, oder man kann im Gleichlauf (umgekehrt) walzen. In Fig. 1 wird somit im Ziehen und im Gegenlauf gewalzt.

Die Walzenprofile können von flach bis zu einem dem Werkstückaußenumfang entsprechenden Kreisbogen (mit tan­ gentialem Auslauf) reichen, wobei symmetrische und asymme­ trische Profile möglich sind.

Mit der Maschine läßt sich wie folgt ein Torsionsstab walzen: Man spannt den Stab (Werkstück W) mit dem in Fig. 1 am dicksten dargestellten ursprünglichen Durchmesser in die Einspannvorrichtung ein und beginnt bei Rotation des Werkstückes W im Sinne des Pfeiles 7 die bis dahin entfernten Walzköpfe langsam soweit zuzustellen, daß sie die in Fig. 1 gezeichnete Lage hinsichtlich der Werkstückachse A haben.

Dabei braucht der Vorschub in Richtung des Pfeiles II nicht zu erfolgen oder man kann eine hin-und-hergehende oder langsamere als spätere Vor­ schubgeschwindigkeit wählen. Danach wird der Vorschub in Richtung des Pfeiles II eingeschaltet und solange ge­ walzt, bis die erforderliche Länge des Torsionsstabes (einschließlich eines wiederum dick belassenen Endab­ schnittes) erreicht ist. Nun kann abgebrochen und ausge­ spannt werden. Nach Wiederherstellung der Ausgangslage kann von neuem begonnen werden.

Claims (2)

1. Verwendung eines Kalt-Schlag-Walzverfahrens, bei dem durch die in den Walzenköpfen (4) in einer planetenartigen Um­ laufbewegung frei drehbaren, mit hoher Arbeitsgeschwindig­ keit laufenden Walzen (5) die Oberfläche des rotierenden vollen oder hohlen zylindrischen Werkstücks verformt und kalibriert wird zum Reduzieren der Querschnittsfläche des Werkstücks (W) durch Materialverdrängung in Werkstück-Achsrichtung.

2. Verwendung eines Kalt-Schlag-Walzverfahrens nach Anspruch 1, zur Erzeugung einer Taillierung am Werkstück, indem die Walz­ köpfe (4) im Zuge des Walzens auf das Werkstück (W) zu oder von diesem weg radial bewegt werden.