DE4208023A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung rotationssymmetrischer teile aus metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Teile aus gieß-, form- bzw. umformbaren Werkstoffen, insbesondere Metall gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung die­ ses Verfahrens.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden rota­ tionssymmetrische Teile aus gieß-, form- bzw. umform­ baren Werkstoffen hergestellt, wobei in aller Regel die Teile aus metallischen Werkstoffen den Vorzug genießen. Aus diesem Ausgangsmaterial wird erfin­ dungsgemäß ein Walzringrohling hergestellt, dessen Masse unter Berücksichtigung technologisch bedingter Materialverluste der des fertig gewalzten Ringes ent­ spricht. Die Herstellung des Walzringrohlings bezweckt, ein für Ringwalzwerke verarbeitetes Werk­ stück zu schaffen. Ringwalzwerke verlangen annähernd rotationssymmetrische Walzringrohlinge mit offener Mitte, welche das Ansetzen der Walzen und des Walz­ dorns ermöglichen. Das Ringwalzen führt zu Fertig­ ringen mit unterschiedlicher axialer Länge, die bis zu hülsenartigen Fertigteilen reichen und außerdem wenigstens teilweise außen und/oder innen profiliert sind. Ein Beispiel für außen-profilierte Ringe sind Zahnräder, welche einen von Nabenansätzen einge­ schlossenen Flansch in einer Baueinheit verwirk­ lichen, aus dem später der Zahnkranz ausgearbeitet wird. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für eine derartige Massenherstellung.

Die Erfindung geht von einem vorbekannten Verfahren aus, bei dem als Halbzeug eine Bramme oder ein Stan­ genmaterial verwendet wird, welches außen quadratisch oder zylinderisch ist. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Walzringrohlinge durch Umformen eines von dem Vormaterial abgetrennten Rohlings gewonnen. Das Umformen geschieht auf Hämmern oder Schmiedepressen, jedoch wegen der beschriebenen Mindestanforderungen, welche an die Form des Walzringrohlings gestellt wer­ den müssen in größtenteils mehreren Arbeitsgängen. Da man davon ausgeht, daß die Wirtschaftlichkeit des Umformens des Rohteiles in den Walzringrohling vom Einsatz minimierter Umformungskräfte abhängt, wird der Walzringrohling mit dem kleinstmöglichen Innendurch­ messer hergestellt, der sich aus dem Walzen ergibt, die in dem Ringwalzwerk den Walzringrohling durch Aufweiten umformen. Im Normalfall wird das Rohteil deshalb zunächst durch Stauchen gebreitet, sodann vorgelocht und schließlich durchlocht. Beim Durch­ lochen wird die Mitte des aus dem Rohteil gewonnenen Werkstückes als Butzen ausgestanzt, der im Normalfall als Materialverlust gilt. Dabei entsteht bereits durch das Stauchen aus der Zylinderform des Formteils eine Außenbombierung des späteren Walzringrohlings, die durch das Ringwalzwerk wieder beseitigt werden muß. Die beschriebene Fertigung des Walzringrohlings aus dem Vormaterial ist außerordentlich aufwendig, weil sie an dem erwähnten Rohteil durchgeführt werden muß, wobei außerdem in jeder Stufe des Umformens zusätzliche Zwischenerwärmungen erforderlich werden können und Materialverluste durch Verzunderung, sowie durch das Ausstanzen des Butzens auftreten. Diese in einer oder mehreren Schmiedemaschinen durchgeführten Arbeitsschritte lassen sich nur in Ausnahmefällen in einem direkten fortlaufenden Prozeß mit dem nachge­ schalteten Ringwalzwerk als Fließprozeß realisieren. Trifft diese Ausnahme nicht zu, so sind weitere Ener­ gieaufwände für das Vorwärmen der Walzringrohlinge für den Walzprozeß notwendig.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht deshalb einen anderen Weg, dessen Grundgedanke im Anspruch 1 wie­ dergegeben ist. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, daß erfindungsgemäß das Ausgangsmaterial unter Vermeidung eines Halbzeuges auf den Zylinder­ mantel eines um seine Achse rotierenden z. B. metal­ lisch nicht benetzbaren Trägers aufgetragen wird, entfällt einerseits der für die Herstellung eines Vormaterials erforderliche Verfahrensschritt. Ande­ rerseits entsteht bereits bei der Umwandlung des Ausgangsmaterials infolge des rotierenden Trägers der für den anschließenden Ringwalzprozeß erforderliche Ringkörper und damit der fertige Walzringrohling. Indem man erfindungsgemäß die Umwandlung des Aus­ gangsmaterials mit Hilfe von Spritzdüsen vornimmt, mit denen man das Ausgangsmaterial auf den z. B. metallisch nicht benetzbaren Träger aufträgt, baut man den Walzringrohling von seinem Innenmantel nach außen auf und kann deswegen beliebige Massen im Walz­ ringrohling unterbringen. Unabhängig davon treten keine Materialverluste durch den bislang anfallenden Butzen auf. Indem man außerdem den fertigen Rohling nach dem Erstarren des Ausgangsmaterials vom Träger abstreift und verwendet, läßt sich das erfindungs­ gemäße Verfahren einem Ringwalzwerk unmittelbar vor­ schalten, so daß jedenfalls ein Teil des Energieauf­ wandes überflüssig wird, der mit dem Vorwärmen des Walzringrohlings für den Ringwalzprozeß verbunden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es den mit den für die Ausarbeitung der Walzring­ rohlingmitte in mehreren Arbeitsschritten verbundene Material- und Energieaufwand erübrigt. Es schont die Umwelt, weil die Gewinnung des Walzringrohlinges nicht mit Umformmaschinen durchgeführt werden muß, die hohe Investitionskosten erfordern, viel Energie verbrauchen und Erschütterungen, Lärm und Staub ent­ wickeln. Das neue Verfahren ist daher nicht nur wirt­ schaftlicher, sondern läßt sich auch auf einer Maschine durchführen, die man einem Ringwalzwerk bedarfsweise zuordnet, wodurch bei geeigneter Takt­ folge weitere Energieaufwände eingespart werden kön­ nen. In jedem Fall ergibt sich bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren eine wesentliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Herstellung von rotations­ symmetrischen Teilen.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 2 verwirklicht. Hiermit ist es möglich, bereits im Walzringrohling einen Teil der bislang auf dem Ringwalzwerk vorzunehmenden Umformvorgänge vorwegzunehmen und dadurch den Ringwalzprozeß zu beschleunigen und zu rationalisie­ ren. Je komplexer die Profilierungen des Walzring­ rohlings nach diesem Verfahren ausfallen, desto genauere Steuerungen der Spritzdüsen werden erforder­ lich. Diese Steuerungen arbeiten daher zweckmäßig mit einem Prozeßrechner und geeigneter technologischer Überwachung.

Im allgemeinen wird man wegen des Abstreifvorganges, der sich an die Fertigstellung des Walzringrohlings auf dem rotierenden Träger anschließt anstreben, das Abstreifen des Walzringrohlings auch ohne Manipula­ tionen an dem Träger vorzunehmen. Das ermöglichen die Merkmale des Anspruches 4. Hierbei wirkt die z. B. metallisch nicht benetzbare Oberfläche des Trägers mit der Innenform des Walzringrohlings in der Weise zusammen, daß sich dieser nach Beendigung des Spritz­ vorganges von dem Träger in wenigstens einer Richtung abstreifen läßt. Dabei kann man den Außenmantel des Trägers ebenfalls glatt, z. B. zylinderisch ausbilden oder mit den Merkmalen des Anspruches 5 außen die beschriebene Profilierung anbringen.

Während man im allgemeinen davon ausgehen kann, daß die Umformenergien des Ringwalzwerkes ausreichen, um aus der rohen Masse des Walzringrohlings das gewünschte Fertigteil herzustellen, ist es jedoch bei bestimmten Werkstücken vorteilhaft, bereits bei der Herstellung des Walzringrohlings eine Form zu gewin­ nen, die wenigstens der Endform des Fertigringes teilweise entspricht. Dies ist Gegenstand des Anspru­ ches 6, dessen Verwirklichung bei zahlreichen Werk­ stücken vorteilhaft ist. U. a. lassen sich Lagerhül­ sen nach diesem Verfahren rationell auf einem Ring­ walzwerk herstellen.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vor­ teile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen­ den Beschreibung einer Vorrichtung zur Durchführung der beschriebenen Verfahrensschritte.

Die Vorrichtung ist in der Zeichnung beispielhaft schematisch, d. h. unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Ein­ zelheiten dargestellt.

Verdüsbarer Werkstoff, z. B. Metall in pulver-, draht- oder stangenförmiger Ausgangsform wird über zwei Spritzdüsen (2, 3) im flüssigen Zustand (4, 5) auf einen Träger in beliebiger Verteilung und Dicke aufgebracht. Der Träger (1) ist walzenförmig, weist jedoch an einer Seite bei (7) einen größeren Durch­ messer als auf der gegenüberliegenden Seite bei (6) auf. Der Mantel (8) der Walze verläuft daher konisch. Die Oberfläche (19) der Walze ist z. B. mit dem Metall (4, 5) nicht benetzbar. Daher ist bis zur Erzeugung eines ersten geschlossenen Ringes eine Stützeinrichtung (13, 14) erforderlich, die gegebe­ nenfalls mit umläuft.

Die Spritzdüsen (2, 3) sind rechnergesteuert. Sie erzeugen daher einen z. B. Metallauftrag, der über die axiale Länge des mit (9) bezeichneten Rohlings auf der Innenseite (10) entsprechend der Konizität der Walze (1) seinerseits konisch, außen aber profi­ liert ist. Die Profilierung besteht im Beispiel aus zwei Ringwülsten (11, 12), ist aber an sich frei wählbar. Im übrigen ist die axiale Länge des Rohlings (9) so groß, daß sich der Rohling als Hülse bezeich­ nen läßt.

Im Betrieb dreht sich die Walze normalerweise ent­ sprechend der Richtung des Pfeiles (18). Axiale bzw. in Umfangsrichtung wirkende Pendelbewegungen in Rich­ tung der Doppelpfeile (16 bzw. 17) sind möglich. Hierbei wird dann die Rotationsbewegung des Trägers während des Spritzvorgangs von den Axial- und/oder Umfangsbewegungen überlagert. Gleichzeitig oder statt dessen sind aber auch Axial- und/oder Umfangsbe­ wegungen der Düsen (2, 3) entlang der Mittelachse des Trägers (1) bzw. auf diese zu und von dieser weg mög­ lich. Die Düsenbewegungen können schrittweise, parti­ ell oder kontinuierlich und auch pendelnd sein. Die Bewegungen der Düsen (2, 3) und des Trägers (1) kön­ nen so gesteuert werden, daß sie gleichzeitig, abwechselnd oder nur Düsen oder Trägerbewegungen erfolgen. Infolge der Steuerung der beiden Düsen (2, 3) wird die Masse des jeweils aufgetragenen Materials entsprechend der vorgesehenen Profilierung (11, 12) während des Aufspritzens gesteuert. Sobald die erfor­ derliche Masse erreicht ist, wird der Austritt des Metalls bei (4, 5) aus den Düsen (2, 3) unterbrochen und kurz darauf der Rohling (9) über die Stirnseite (6) der Walze entsprechend der Pfeilrichtung (15) abgestreift.

Die beschriebene Vorrichtung kann einem Ringwalzwerk vorgeschaltet sein. Der abgestreifte Rohling (9) dient dann als Walzringrohling, aus dem ein Fertig­ ring auf dem Ringwalzwerk umgeformt wird.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Teile aus gieß-, form- bzw. umformbaren Werkstof­ fen, insbesondere Metall, bei dem aus dem Aus­ gangsmaterial ein Walzringrohling hergestellt wird, der auf einem Ringwalzwerk in einen Fertig­ ring umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial unter Vermeidung eines Halbzeuges auf den Zylindermantel eines um seine Achse rotierenden z. B. metallisch nicht benetz­ baren Trägers mit wenigstens einer Spritz- und/oder Sprühdüse aufgetragen und der fertige Rohling von dem Träger abgestreift und als Walz­ ringrohling verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzringrohling auf seinem Außenmantel eine Profilierung aufweist, die über eine Steue­ rung der wenigstens einen Spritz- und/oder Sprüh­ düse entsprechend der Mantelstärke der Profilie­ rung hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerung rechnergesteuert erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzringrohling innen glatt und außen profiliert hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Walzringrohling innen zylinderisch bis konisch hergestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Walzringrohling hülsenförmig hergestellt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen walzenförmigen, vorzugsweise in einer axia­ len Richtung auch konischen Träger (1) mit wenig­ stens einer darauf gerichteten Spritz- und/oder Sprühdüse (2, 3) und einem Antrieb, der im Zusam­ menwirken mit einer Steuerung der wenigstens einen Spritz- und/oder Sprühdüse (2, 3) den Träger (1) rotieren läßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Träger (1) schrittweise, pendelnd oder kontinuierlich während des Spritz- und/oder Sprühvorganges der wenigstens einen Düse (2, 3) rotiert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Düse (2, 3) schrittweise, partiell, pendelnd oder kontinu­ ierlich entlang dem Träger (1) bewegbar ausgebil­ det ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stützeinrichtung (13, 14) für den ersten geschlossenen Ring im Bereich des Mantels (8) des Trägers (1) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützeinrichtung (13, 14) mit dem Träger (1) umläuft.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Träger (1) und/oder der wenigstens einen Düse (2, 3) ein Rechner zur Steuerung zugeordnet ist.