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Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
von metallischen, zylinderförmigen Körpern Es ist bekannt, daß die -Elastizitäts-
und Festigkeitseigenschaften von Metallkörpern, wie z. B. Wellen, Kurbelwellen,
Transmissionswellen, Gewehrläufen, Geschützrohren usw., die aus elastischem und
zähem Metall, vorzugsweise Eisen oder Stahl, bestehen, durch Kaltverdrehung verbessert
werden können. Die Verdrehung wird zu diesem Zwecke derart durchgeführt, daß die
Elastizitätsgrenze überschritten wird und daher die ursprünglich geraden Erzeugenden.
des z. B. zylindrischen Körpers Schraubenlinienform annehmen. In den Abb. i und
a der Zeichnung. ist ersichtlich, daß die vor dem Verdrehen gerade Faser oder Erzeugende
io der Welle nach der Verdrehung zwischen den beiden Einspannstellen schraubenlinienförmig
gewunden ist, wobei jedoch die Außenmaße der Welle praktisch unverändert bleiben.
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Eine bedeutende praktische Schwierigkeit bei der Kaltverdrehung von
Werkstücken beträchtlichen, d. h. etwa 20 MM überschreitenden Durchmessers,
besteht aber darin, daß zur Erzielung gleichmäßiger Festigkeitseigenschaften die
Körper auch gleichmäßig verdreht werden müssen. Es ist daher, besonders bei der
Verdrehung großer und langer Werkstücke, deren Länge das zehnfache ihres kleinsten
Durchmessers @erraicht oder überschreitet, meistens vorteilhafter, die Werkstücke
abschnittsweise als in einem -Gang zu verdrehen. In diesem Falle bleiben. jedoch
die Einspannstellen selbst, die bei größeren Stücken aus praktischen Gründen schonziemlich
lang sein müssen, unverdreht. Es wurde nun gefunden, daß sich diese Schwierigkeit
mit einem Kunstgriff leicht überwinden läßt. Man wählt nämlich erfindungsgemäß die
Einspannstellen bei der Kaltverdrehung der oben erwähnten Werkstücke derart, daß
sich die nacheinander verdrehten Abschnitte überlappen. Es wurde nämlich gefunden,
daß hierbei die Verdrehung des Werkstückes ganz gleichmäßig erfolgt, da die bereits
verdrehten Abschnitte bei der neueren Verdrehung erst dann eine bleibende Formänderung
erleiden, wenn der benachbarte Abschnitt infolge der neueren Verdrehung dieselbe
bleibende Formänderung erlitten hat, was sich durch die Erhöhung der Elastizitätsgrenze
infolge der vorherigen Verdrehung dieses Abschnittes erklären läßt. Die; Ausführung
dieses Verfahrens ist sehr einfach, und die Anzahl der gewäMten Abschnitte kann
eine beliebig gYoße sein, muß jedoch mindestens zwei betragen. Als einfachstes Beispiel
sei auf Abb. i verwiesen, an. der die zur Verdrehung in zwei Arbeitsgängen erforderlichen
vier Einspannstellen durch römische Zahlen bezeichnet sind. Beim ersten Arbeitsgang
wird z. B. das Werkstück zwischen den @Einspannstelllen I und III eingespannt. Nach
erfolgter Verdrehung des zwischen diesen Stellen liegenden ersten Abschnittes wird
zwischen II und IV eingespannt und der zwischen diesen Einspannstellen liegende
zweite Abschnitt verdreht. Die bei beiden Verdrehungen als Einspannstellen benutzten
und demzufolge umverdreht gebliebenen Enden I und IV können nach erfolgter
Verdrehung
gegebenenfalls abgetrennt, z. B. abgesägt werden, wodurch man ein Stück von durchgehend
gleichbleibenden Festigkeitseigenschaften erhält.
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Die Verdrehung kann aber auch mit mehr abschnitten und Arbeitsgängen
erfolg, obzwar die Arbeit in zwei Arbeitsgängen deshalb vorteilhafter ist, weil
man zwecks Erreichung einer völlig gleichmäßigen Verdrehung in diesem Falle, nur
darauf zu achten hat,. daß das Maß der durch den zweiten Arbeitsgang verursachten
bleibenden Formänderung (Verdrehungswinkel pro Einheitslänge des Werkstückes, d.
h. der spezifische Verdrehungswinkel), dasjenige des ersten Arbeitsganges erreicht
oder überschreitet.
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Eine weitere Schwierigkeit bei der Kaltverdrehung von Körpern größeren
Durchmessers besteht in der Erfordernis so großer Drehmomente, die man auf gmvöhnlichen
Drehbänken o. dgl. nicht erzeugen kann. So z. B. erfordert eine Welle von 15
o mm Durchmesser, deren Werkstoff nur bei einer über der Fließgrenze von ,f = 5ooo
kg/em2 liegenden Beanspruchung eine bleibende Formänderung erleidet, ein Drehmoment,
das größer als AI ='/5 ,d3 -#t = 3 375 000 cm; kg ist. Die üblichen Werkzeug-
und Metallhearbeitungsmaschinen sind derartigen Drehmomenten nicht gewachsen, und
-es lohnt sich in der Praxis nicht, hierzu Speziahnaschihen zu bauen, da diese äußerst
kostspielig, schwer und umfangreich wären. Hauptsächlich aus diesem Grunde hat sich
bisher die Kaltverdrehung von Werkstücken zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften
in der Praxis nicht durchsetzen können.
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Es wurde nun gefunden, daß die oben erwähnte, in mehreren Arbeitsgängen
erfolgende Kaltverdrehung selbst sehr großer Werkstücke von hervorragenden Festigkeitseigenschaften
sehr gut auch ohne Spezialmaschinen durchführbar ist, wenn hierzu diejenigen Maschinen
verwendet werden, die in jedem größeren Stahlwerk ohnedies vorhanden sind und zur
Ausführung des erfirudungsgemäßen Verfahrens bloß durch einige verhältnismäßig billige
Zubehörteile ergänzt werden müssen.
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Die Kaltverdrehung von großen Metallkörpern wird daher nach: dem erfindungsgemäßen
Verfahren derart durchgeführt, daß man das Werkstück mit der einen Einspannstelle
in die vorhandene Schmiedepresse oder in den Schmiedehammer zwischen Bär und Amboß,
gegebenenfalls mittels entsprechender Einlagen, einklemmt und in der Nähe der anderen
-Einspannstelle in einer Verankerung drehbar befestigt. In der Nähe dieses lagerähnlichen.
Befestigungspunktes. wird am zu. verdrehenden'-Werkstück ein entsprechend langer
und kräftiger, vorteilhaft mit einem Klinkenwerk versehener Hebelarm befestigt;
an dessen Ende der Zughaken des ebenfalls vorhandenen Werkstattkrans angreift. Das
Verfahren kann jedoch, wenn es die räumlichen Verhältnisse der Werkstatt gestatten,
vorteilhaft auch derart ausgeführt werden, daß der am Körper befestigte Hebelarm
nicht hochgezogen, sondern mittels einer anderen Presse oder einem Hammer niedergedrückt
wird.
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Eine beispielsweise Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in Abb. 3 der Zeichnung schematisch veranschaulicht, wobei der zwischen
Amboß und Bär nach der linken Seite herausragende Teil des Werkstückes weggelassen
ist. Eine Einspainzstelle der zu verdrehenden Welle i ist zwischen dem Amboß 3 und
dem B,ä.r z einer Schmiedepresse eingespannt. Das Ende der Welle legt sich von unten
an das obere Trum 5 eines Stahlbandes g an, das an der Verankerung i i befestigt
ist. An der arideren Einspamistelle der Welle ist in entsprechender Weise das Klinkenrad
4a befestigt, z. B. aufgekeilt, in welches die Klinke 4 des Hebelarmes 6 eingreift.
Der Zughaken 8 des Kranes hebt das Ende des Hebelarmes an der Öse 7. Bei gegebener
Zugkraft wird das größte Drehmoment bei der waagerechten Lage des Hebelarmes 6 ausgeübt.
Es ist deshalb vorteilhaft, den Arm 6, nachdem sein Ende einer Zahnteilung des Klinkenrades
4a entsprechend gehoben worden ist, wieder zu senken, bis die Klinke 4 in die nächste
Zahnlücke einschnappt, und dann wieder anzuheben usw. Das Niederdrücken des Hebels
6 zur Erzeugung der Verdrehung ist deshalb vorteilhafter, weil dann die die Gegenkraft
aufnehmende Verankerung i i als einfaches Lager ausgebildet werden kann,
da sie auf Druck und nicht auf Zug beansprucht wird. Das Klinkenwerk ist nicht unbedingt
notwendig, da man z. B. auch derart arbeiten kann, daß der Hebelarm 6 unmittelbar
an der Welle i befestigt ist. In diesem Falle wird nach entsprechender Anhebung
des Hebelendes. die Einspannung bei 2 und 3 gelokkert, der Hebes 6 sinkt dann samt
der Welle i infolge seiner eigenen Schwere in die Anfangslage zurück und- kann mittels
der Bremse des Kranes in dieser festgehalten werden. Hiernach wird der Bär 2 wieder
fest angedrückt, der Hebel 6 nochmals angehoben usw., bis das gewünschte Maß der
Verdrehung erreicht ist. Hierauf wird das Werkstück nach Lösung der Einspannungen
seitlich entsprechend verschoben, zwischen den nächsten Einspannstellen eingespannt,
wobei die zweite Einspannstelle zwischen Amboß und Bär liegt, und der zweite Arbeitsgang
der Verdrehung vorgenommen. Selbstverständlich soll die jeweilige
Auflagefläche
der Welle am Stahlband 5 möglichst groß bemessen und gut geschmiert werden, um allzugroße
Reibungswiderstände und Anfressungen zu vermeiden.
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Die Länge des gegebenenfalls zur Verdrehung gebrachten Hebelarmes
6 richtet sich je nach dem auszuübenden Drehmoment und der am Hebelende zur Verfügung
stehenden, durch die vorhandenen Einrichtungen gegebenen größten Zug- oder Druckkraft,
z. B. Tragfähigkeit des Kranes, und kann auch mehrere Meter betragen. Es kann auch
ein zweiarmiger Hebel Verwendung finden, dessen einer Arm hochgezogen und der andere
gleichzeitig niedergedrückt wird, wobei unter Umständen eine vollständige Entlastung
der Verankerung i i eintreten kann.