DE4208023C2 - 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 ge­ nießen. 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 be­ zweckt, ein für Ringwalzwerke verarbeitbares 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.

Ein vorbekanntes Verfahren geht von einer Bramme oder einem Stangenmaterial aus, welches außen quadratisch oder zylinderisch ist. Die Walzringrohlinge werden hierbei durch Umformen eines von dem Vormaterial ab­ getrennten Rohlings gewonnen. Das geschieht auf Häm­ mern oder Schmiedepressen in größtenteils mehreren Arbeitsgängen wegen der beschriebenen Mindestanfor­ derungen, welche an die Form des Walzringrohlings ge­ stellt werden müssen. Dabei geht man davon aus, daß die Wirtschaftlichkeit des Umformens des Rohlings in den Walzringrohling vom Einsatz minimierter Umfor­ mungskräfte abhängt. Deshalb wird der Walzringrohling mit dem kleinstmöglichen Innendurchmesser herge­ stellt, der sich seinerseits aus den 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 durchgelocht. 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 vorstehend beschriebene Fertigung des Walzring­ rohlings aus dem Vormaterial ist außerordentlich auf­ wendig, weil sie an dem erwähnten Rohling durchge­ führt werden muß. Außerdem werden in jeder Stufe des Umformens zusätzliche Zwischenerwärmungen erforder­ lich. Materialverluste treten durch Verzunderung und durch das Ausstanzen des Butzens auf. Diese in einer oder mehreren Schmiedemaschinen durchgeführten Ar­ beitsschritte 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.

Es ist bereits bekannt (EP-PS 198 607) einen hohl­ zylindrischen Metallgegenstand durch wiederholtes Niederschlagen von Metall durch einen Sprühstrahl auf einen axial beweglichen und rotierenden Dorn herzu­ stellen. Bei einem ähnlichen, ebenfalls vorbekannten Verfahren (EP-PS 198 613) wird die Abkühlungsge­ schwindigkeit des aufgesprühten Metalls geregelt, wo­ bei die Führungsgröße der Regelung die Temperatur, die Größe und Menge der Metallpartikel ist. Während man mit diesem Verfahren praktisch auf Hohlkörper mit glatten Oberflächen beschränkt ist, können nach einem anderen vorbekannten Verfahren auch hohle Metallkör­ per hergestellt werden, die eine von der Zylinderform abweichende Oberfläche haben (EP-PS 305 142). Dabei muß aber zunächst ein Kern, z. B. durch Gießen herge­ stellt werden, der die Kontur des fertigen Erzeugnis­ ses aufweist. Auf diesen Kern wird dann Spritzmetall aufgesprüht, das den Kern ummantelt und auf diese Weise die endgültige Kontur des Fertigerzeugnisses ergibt.

Die Erfindung geht von einem anderen vorbekannten Stand der Technik aus (GB-PS 1 599 392). Dabei wird auf einem rotierenden und axial beweglichen Träger ein rohrförmiger Rohling durch Aufspritzen oder Auf­ sprühen von Metall hergestellt. Dieser Rohling wird durch Schmieden, Ziehen oder spanabhebende Bearbei­ tung bzw. auf andere Weise in die endgültige Form des Fertigerzeugnisses überführt, das dadurch seinen ge­ nauen Querschnitt erhält, der der eines Rohres, eines Flansches, Ringes oder Zapfenendes entspricht.

Die Erfindung geht demgegenüber einen anderen Weg, dessen Grundgedanke im Anspruch 1 wiedergegeben ist.

Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Die Erfindung erspart das für den Ringwalzprozeß er­ forderliche Halbzeug in Form der eingangs beschriebe­ nen Brammen oder Stangen durch Verwendung des um seine Achse rotierenden, z. B. nicht metallisch be­ netzbaren Trägers und des darauf aufgespritzten bzw. gesprühten Metalls. Dadurch entsteht bereits bei der Umwandlung des Ausgangsmaterials der für den an­ schließenden Ringwalzprozeß erforderliche Ringkörper und damit der fertige Walzrohling. Da man diesen von seinem Innenmantel nach außen aufbaut, können diese in beliebigen Maßen im Walzrohling untergebracht wer­ den. Unabhängig davon treten keine Materialverluste durch den bislang anfallenden Butzen auf. Die Her­ stellung des Rohlings läßt sich einem Ringwalzwerk unmittelbar vorschalten, so daß jedenfalls ein Teil des Energieaufwandes überflüssig wird, der mit dem Vorwärmen des Walzrohlings für den Ringwalzprozeß verbunden ist.

Da man erfindungsgemäß den Walzrohling auf seinem Außenmantel mit einer Profilierung versieht, die durch die rechnergestützte Spritz- und/oder Sprüh­ düsensteuerung dadurch hergestellt wird, daß die Masse des jeweils aufgetragenen Materials entspre­ chend der Profilierung während des Aufspritzens ge­ steuert wird, läßt sich bereits im Walzrohling ein Teil der bislang auf dem Ringwalzwerk vorzunehmenden Umformvorgänge vorwegnehmen und dadurch der Ringwalz­ prozeß beschleunigen und rationalisieren. Je kom­ plexer die Profilierung des Walzrohlings vorgenommen werden soll, desto genauer muß die Steuerung der Spritzdüsen erfolgen, was durch den Prozeßrechner mit geeigneter technologischer Überwachung erreicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es Material und Energie spart. Es schont die Umwelt, weil die Gewinnung des Walzrohlinges nicht mit Um­ formmaschinen durchgeführt werden muß, die hohe In­ vestitionskosten erfordern, viel Energie verbrauchen und Erschütterungen, Lärm und Staub entwickeln. Das neue Verfahren läßt sich nicht nur wirtschaftlicher, sondern auch auf einer Maschine durchführen, die man einem Ringwalzwerk bedarfsweise zuordnet, wodurch bei geeigneter Taktfolge weitere Energieaufwände einge­ spart werden können. In jedem Fall ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Herstellung von rotationssymmetrischen Teilen auf Ringwalzwerken.

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 2. Hierbei wirkt die z. B. me­ tallisch nicht benetzbare Oberfläche des Trägers mit der Innenform des Walzringrohlings in der Weise zu­ sammen, daß sich dieser nach Beendigung des Spritz­ vorganges von dem Träger in wenigstens einer Richtung abstreifen läßt. Dabei kann man den Walzrohling innen zylindrisch bis konisch herstellen, was Gegenstand des Anspruches 3 ist. Möglich ist aber auch eine hül­ senförmige Gestaltung des Walzringrohlings nach An­ spruch 4.

Im einzelnen läßt sich die Erfindung mit einer Vor­ richtung verwirklichen, die in der Zeichnung bei­ spielhaft schematisch, d. h. unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderli­ chen Einzelheiten dargestellt ist.

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 Me­ tall (4, 5) nicht benetzbar. Daher ist bis zur Erzeu­ gung eines ersten geschlossenen Ringes eine Stützeinrichtung (13, 14) erforderlich, die gegebe­ nenfalls mit umläuft.

Die Spritzdüsen (2, 3) sind rechnergesteuert. Sie er­ zeugen 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 profiliert 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 bezeichnen 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, ab­ wechselnd oder nur Düsen oder Trägerbewegungen erfol­ gen. 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 (9)

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, insbesondere ein Zahnrad, umgeformt wird, wobei das Ausgangsmaterial unter Vermeidung eines Halbzeuge 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, wobei der Walzringroh­ ling auf seinem Außenmantel eine Profilierung auf­ weist, die über eine prozeßrechnergesteuerte Steuerung der wenigstens einen Spritz- und/oder Sprühdüse entsprechend der Mantelstärke der Profilierung derart hergestellt wird, daß die Masse des jeweils aufgetragenen Materials entspre­ chend der Profilierung während des Aufspritzens gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzringrohling innen glatt und außen pro­ filiert hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzringrohling innen zylindrisch bis ko­ nisch hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzringrohling hülsenförmig hergestellt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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, wobei dem Träger (1) und/oder der wenigstens einen Düse (2, 3) ein Prozeßrechner zur Steuerung zugeordnet ist und die Vorrichtung einem Ringwalzwerk vorgeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Träger (1) schrittweise, pendelnd oder kontinuierlich während des Spritz- und/oder Sprühvorganges der wenigstens einen Düse (2, 3) rotiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die wenigstens eine Düse (2, 3) schrittweise, partiell, pendelnd oder kontinu­ ierlich entlang dem Träger (1) bewegbar ausgebil­ det ist.

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

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützeinrichtung (13, 14) mit dem Träger (1) umläuft.