-
Vorrichtung zum spaniosen Formen plastischer, insbesondere thermoplastischer,
vorzugsweise metallischer Werkstoffe
Thermoplastische, namentlich metallische Werkstoffe
wurden bisher spanlos durch Schmieden, Pressen oder Walzen verformt. Dabei wurde
dem Werkstück seine Endform in der Regel gleichzeitig über seine gesamte Oberfläohe
oder über Teile von dieser, die eine erhebliche Ausdehnung aufwiesen, erteilt. Es
sind auch Formgebungsverfahren bekannt, bei denen der Werkstoff unter der Einwirkung
sich auf ihm abwälzender, um eine Achse des Werkstückes eine Umlaufbewegung ausführender
Rollen oder Walzen verformt wird. Die bekannten spanlosen Formlgebungsverfahren
weisen den Mangel auf, daß entweder die zu erzeugende Endform unter hohem Aufwand,
beispielsweise durch ein Gesenk, vorgebildet werden muß oder daß die Form des Werkstückes
mit Rücksicht auf den Bearbeitungsvorgang in besonderer Weise zu gestalten ist.
Die Erfindung erstrebt eine Vereinfachung des Formgebungsvorganges und gleichzeitig
eine so weitgehende Verfeinerung desselben, daß d unter Spanabhebung durchzuführen,deNacharbeit
auf ein Mindestmaß zurückgeführt werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht
in der Vermeidung kostspieliger Zubehör- und Vorrichtungsteile, wie Gesenk oder
Profilwalzen. Erfindungsgemäß werden die gestellten Aufgaben dadurch gelöst, daß
mustergesteuerte, hilfskraftbetätigte Stempel, Hämmer, Rollen, Walzen od. Idgl.
auf das diesen gegenüber zugleich mit dem Muster bewegte Werkstück einwirken.
-
Um die Bildsamkeit,des bearbeitetenWerkstoffes an den Bearbeitungsstellen
trotz der unvermeidlichen Abkühlung des Werkstückes aufrechtzuerhalten, kann die
Vorrichtung in Ider Weise ausgebildet werden, daß ein elektrischer Strom oder andere
in Wärme umwandelbare Energie durch die Werkzeuge in das Werkstück zur Erwärmung
des letzteren, insbesondere an der Berührungsstelle zwischen Werkzeug und Werkstück,
eingeleitet wird.
-
Eine besonders einfache Bauweise ergibt sich für die Vorrichtung
erfindungsgemäß dadurch, daß die Vorschubbewegung ,des Werkstückes gegenüber den
Formgebungseiementen dadurch diese selbst bewirkt wird.
-
Die Vorrichtung kann zur Herstellung von Umdrehungskörpern und anderen
sich vornehmlich in einer Achsrichtung erstreckenden Werkstücken mit angetriebenen
Formgebungsrollen versehen werden, deren Achsen erfindungsgemäß mit der Umdrehungsachse
des Werkstückes einen von o° und 900 verschiedenen Winkel einschließen. Auf diesem
Wege gelingt es, in denkbar einfacher an sich bekannter Weise eine Vorschubbewegung
des Werkstückes durchzuführen.
-
Namentl;ich in den Fällen, in denen das Werkstück in besonders starkem
Maße von der Zylinderform abweicht, kann die dann gewünschte Änderung der Vorschubgeschwindigkeit
dadurch erzielt wenden, daß die Formgebungsroilen unter einem veränderlichen Schränkungswinkel
gegenüber der Werkstückachse eingestellt werden können.
-
Zur Überwachung ,des von ,den Formgebungsrollen aufgenommenen Drehmoments
erfolgt der Antrieb der Formgebungsrollen von einem gegenüber dem Maschinengestell
beweglichen Gehäuse.
-
Um die Vorschubgeschwindigkeit den Schwankungen der Werkstückkontur
und tden dadurch bedingten Schwankungen des Antriebsdrehmoments der Formgebungsrollen
anzupassen, kann ,die unter der Wirkung von Veränderungen des Antriebsdreghmoments
schwankende Einstellung- des Antriebsgehäuses zur Beeinflussung ender Vorschubgeschwindigkeit
des Werkstückes benutzt werden.
-
Hierbei kann die gewünschte Änderung der Vorschubgeschwindigkeit
in besonders einfacher Weise durch verwirklicht werden, daß durch die Verstellung
des Antriebsgehäuses der Schränkungswinkel der nahe der Antriebsstelle gelenkig
gelagerten un.d über Drebgelenke angetriebenenFormgebungswalzen gegenüber der Werkstückachse
verändert wird.
-
Um die mustergemäße Verformung ,des Werk stückes namentlich auch
<dann sicherzustellen, wenn die Vorschubgeschwindigkeit Schwankungen unterworfen
list, kann in an sich bekannter Weise Idie Vorrichtung in der Weise ausgebildet
werden, daß das Muster, die Lehre, Schablone oder Zeichnung oder deren Träger mit
dem Werkstück derart in Verbindung steht, daß es an seiner Bewegung teilnimmt.
-
Die Bildung von Zunderschicht auf dem Werkstück oder ähnliche Korros
ionserscheinungen können durch eine die gesamte Vorrichtung oder Teile von ihr umschließende
Einkapselung verringert oder verhindert wenden.
-
Die Formgebung mit Hilfe angetriebener Rollen wird unter günstigen
Beanspruchungen un,d in baulich einfacher Weise dadurch ermöglicht, daß zwei um
90° versetzt zueinander angeordnete Paare einander gegenüberliegender Formgebungsrollen
vorgesehen werden.
-
Zur. Erzeugung rotationssymmetrischer Werkstücke bedient man sich
je einer auf jedes Formgebungsrollenpaar einwirkenden Nachformsteuervorrichtung.
-
Das Nachformen des Werkstückes läßt sich mit weitgehender Nachbildung
von Feinheiten der Musterform erfindungsgemäß durch hydraulische Nachformsteuervorrichtungen
mit je einem dem Profil der von liihr gesteuerten Formgebungsrollen entsprechend
konstruierten Tasterfinger ermoglichen.
-
Der bauliche Aufwand, der für die Herstellung der Vorrichtung erforderlich
ist, läßt sich dadurch verringern, daß je ein auf jedes Formgebungsrollenpaar einwirkender
Druckzylinder verwendet wind, in dem zwei je mit einer Formgebungsrolle in Verbindung
stehende Kolben geführt sind.
-
Um rotationssymmetrische Werkstücke zu erzeugen, wird zwischen den
beiden in jedem Druckzylinder geführten Kolben eine kinematische Verb-indung-hergestellt,
so daß die Kolben sich stets symmetrisch zueinander bewegen.
-
Beide Kolben werden hierzu je mit einer Zahnstange verbunden, die
parallel zueinander angeordnet und durch ein in beide eingreifendes Ritzel verbunden
sind.
-
Das mustergemäße Bewegen der Formgebungsrollen erfolgt so, daß die
Formgebungsrollen in Hebeln gelagert sind, die einerseits schwenkbar im Maschinengestell
gelagert, andererseits mit dem zugehörigen Stellkolben verbunden sind.
-
Um die Rückstellung der den Nachformgang auslösenden Steuervorrichtung
zu ermöglichen, greifen die Rückstellmittel für die Steuervorrichtung an den die
Formgebungsrollen tragenden Stelihebeln jenseits der Soh,wenklager dieser Hebel
in solcher Entfernung von ihnen an, daß der Abstand wider Formgebungsrolle von ihrem
Antriebswellengelenk zu dem Abstand des Angriffpunktes des Stellhebels an wider
Formgebungsrollenschwenkwelle-sich so verhält wie der Abstand des Angriffpunktes
des Rückstellmittels an dem Schwenkhebel von dem Drehpunkt des letzteren zu dem
Abstand des Drehpunktes von der Formgebungsrollenachse.
-
Der Antrieb der Formgehungsrolle erfolgt über Drehgelenkkupplungen
und Stirnräder von einer gemeinsamen, zentralen Antriebswelle, die ihrerseits von
einem mit dem trommeiartfg ausgehildeten, im Maschinengestell drehbar gelagerten
Antriebsgehäuse verbundenen Elektromotor aus angetrieben wird.
-
Zur Überwindung vorübergehender größerer Bearbeitungswiderstände
kann mit der gemeinsamen
Antriehswelle der Formgebungsrolle eine
Schwungscheibe verbunden werden.
-
Das Einstellen des Antriebsgehäuses entsprechend dem an der Formgebungsrolle
abgegebenen Drehmoment kann dadurch ermöglicht werden, daß das Antriebsgehäuse mit
einem Ansatz versehen ist, mit dem es sich gegen einen ortsfest im Maschinengestell
gelagerten federnden Anschlag legt.
-
Zur Anzeige des an die Formgebungsrolle abgegebenen Drehmoments wird
der federnde Anschlag mit einer Druckmeßeinrichtung in Verbindung gebracht.
-
Das Anpassen der Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes an den jeweil,igen
Verlauf der durch die Formgebungselemente zu gestaltenden Kontur erfolgt selbsttätig,
so daß der Ansatz des Antriebsgehäuses an einen Anschlag stößt, der von einem hydraulischen
Kolben derart unter der Wirkung der Steuervorrichtung steht, daß er bei einem Übersteuern
der letzteren, z. B. infolge Anlaufens eines Tasters gegen eine steile Musterkontur,
eine solche Verdrehung des Arbeitsgehäuses bewirkt, daß die Werkstückvorschubgeschwindigkeit
verringert wird.
-
Um die Wärmestrahlung des Werkstückes vor dem Eindringen in die Vorrichtung
und Zunderbildung oder andere Korrosionserscheinungen auszuschalten, kann die Vorrichtung
mit einem Ofen versehen werden, ,dessen Austrittsöffnung Ider Einlaufstellung des
Werkstückes in die Formgebungselemente unmittelbar gegenüberliegt.
-
Eine Zunderbildung oder andere Korrosionserscheinungen während des
Bearbeitungsvorganges -läßt sich in der Vorrichtung dadurch ausschalten, daß die
gesamte Vorrichtung mit einem unter schwachen Überdruck stehenden, neutralen Schutzgas
angefüllt wird oder mit einer reduzierenden Flamme geheizt wird.
-
Damit die Formgebungsrollen sowohl starke Verformungs- und Vorschubkräfte
auf das Werkstück ausüben als auch eine genaue Nachbildung der Werkstückkonturen
erzeugen, werden sie in einem kegeligen oder kurvenförmig gestalteten Profil von
allmählich zunehmendem Durchmesser und mit planflächigen Stirnseiten versehen. Dlie
Aufteilung des FormWasebungsvorganges läßt sich zweckmäßigerweise so durchführen,
daß das zuerst von dem Werkstück durchlaufene Rollenpaar dem eintretenden Werkstück
die Seite mit ,den kleineren Durchmessern zukehrt, während das zweite Rollen paar
zu dem ersten spiegelbildlich angeordnet ist.
-
Die Verbindung zwischen dem umlaufenden Werkstück und zudem Musterschlitten
erfolgt so, daß das vordere Werkstückende von einem glockenartigen. drehbar an einem
mit dem Musterschlitten verbundenen Arm gelagerten Halter aufgenommen wird.
-
Die Führung des Musterschlittens einerseits an den Stütz- und Führungswänden
für die Rollenschwenkhebel, andererseits an dem das Antriebsgehäuse aufnehmenden
Gestellteil gibt gute Raumausnutzung.
-
Die Zeichnung veranschauticht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit für die Bearbeitung eines rotationssymmetrischen Werkstückes geeigneten Formgebungsrollen.
-
Abb. I zeigt einen Seitenriß, teilweise im Schnitt, Abb. 2 einen
Schnitt nach der Linie H-D in Abb. I, Abb. 3 einen Schnitt nach der Linie E-F in
Abb. I, Abb. 4 die Werkstückunterstützung aus der Vorrichtung genommen, Abb. 5 einen
Schnitt nach der Linie G-H in Abb. 2.
-
Das Gruntdgestell ist seitlich mit einem gehäuseartigen Ständer 2
versehen, oder in einem zylindrischen Lager 3, 4 das trommelartige Antriebsgehäuse
5 aufnimmt. Dieses wird durch einen Deckel 6 geschlossen, der ,den angeflanschten,
elektrischen Antriebsmotor 7 trägt.
-
Durch eine Öffnung 8 des Deckels 6 treibt ,die Ankerwelle 9 des Motors
7 mit dem auf ihr befestigten Ritzel 10 das Stirnrad II an. Dieses ist in Verbindung
mit einer Schwungscheibe 12 auf Ider -zentralen Antriebswelle I3 befestigt. Die
Trommel 5 ist annähernd in der Mitte mit einer Zwischenwand I4 versehen, welche
die Lager I5, I6 für die Wellen 17, I8 der Formgebungsrollen aufnimmt. In der Mitte
trägt die Zwischenwand I4 das Lager 21 für die Welle 13, die über ein Stirnrad22
lin Verbindung milden Stirnrädern 23 und 24 steht. Die Wellenstümpfe I7, I8 stehen
über den Gelenkkupplungen 25-27 mit den Antriebswellen 19. 20, 28 in Verbindung,
so daß Idas Antriebsgehäuse 5 sich um kleine Winketbeträge drehen kann. Hierdurch
wird eine Schwenkung der Formgebungsrollen2g-32 ermöglicht, die unter Zwischenschaltung
ballig ausgebildeter Lager 33,34 und Sohwenkarme 35, 36 getragen werden. Durch das
Verdrehen des Antriebsgehä-uses 5 kann infolgedessen ein unterschiedlicher Schränkungswinkel
zwischen den Formgebungsrollen 29-32 und dem Werkstück 37 herbeigeführt werden.
-
Die Vorschubgeschwindigkeit Ides Werkstückes 37 läßt sich auf (diesem
Wege festlegen. Sie ist o, wenn die Achsen der Formgebungsrollen 29-32 parallel
zur Achse des Werkstückes 37 verlaufen.
-
Das Werkstück führt bei Idieser Stellung der Formgebungsrollen lediglich
eine umlaufende Bewegung aus. Je größer der Winkel ,der Achse der Formgebungsrolle
und der Werkstückachse ist, um so größer ist die auf die axiale Vorschubbewegung
entfallende Komponente der Antriebsbewegung.
-
Die Kontur der Formgebungsrollen 29 und 30 ist kegelig ausgebildet,
so daß das Werkstück ähnlich wie bei dem Schrägwalzverfahren von den Formgebungsrollen
erfaßt und in axialer Richtung vorwärts bewegt wird. Das Werkstück gelangt darauf
in den Bereich der zu den Formgebungsrollen 29, 30 um go0 versetzt angeordneten
Formgebungsrollen 31, 32. Diese sind ebenfalls kegelig ausgebildet, wobei die Kegelflächen
der beiden Formgebungs rollenpaare spiegelbildlich symmetrisch zueinander angeordnet
s;ind.
-
Zur Erzeugung einer Werkstückform, deren Kontur beispielsweise Wider
Lehre 38 nachgebildet ist, wird die Lehre, die an einem Schlitten 39 befestigt ist,
mit Hilfe des Armes 40 und des an diesem drehbar um den Zapfen 41 gelagerten glockenförmigen
Teils 42 bei der Bewegung des Werkstückes 37 von diesem entlang einer Führung 43
verschoben, die sich einerseits mit dem Fuß 44 an Iden Ständer2,des Maschinengestells
I, mit ihrem vorderen Ende 45 dagegen an Eden Querwänden 46, 47, 48 absetzt.
-
Die Querwände 46-48, die beispielsweise aus Blechplatten entsprechender
Stärke bestehen, sind unter Zwischenschaltung von Abstandsstücken mit Hilfe von
in der Zeichnung nicht Idargestellten Verschraubungen mit dem Maschinengestell 1
fest verbunden. Sie bilden eine seitliche Führung für die Formgebungsrollen 29-32
tragenden Schwenkhebel 35, 36, 49, 50. Die plattenartig ausgebildeten Hebel 35,
36 sind um die in den Querwänden 46-48 befestigten Zapfen 5I, 52 schwenkbar, die
Hebel 49, 50 sind um die Zapfen 5I, 53 schwenkbar.
-
Die Bewegung,der Schwenkhebel 49, 50 erfolgt von zwei hy,draulisch
betriebenen Kolben 54, 55 aus, die in einem gemeinsamen Zylinder 56 geführt sind.
Das Druckmittel wird dem Zylinder 56 zwischen den beiden Kolben 54 und 55 zugeführt,
so daß durch die Kolbenstangen 57, 58 die an diesen befestigten, mit je einer Zange
59, 60 versehenen Köpfe 6I, 62 in waagerechter Richtung hin und her bewegt werden.
Die zur Aufnahme der kugelförmigen Enden 63, 64 Ider Hebel 49, 50 in den Pfannen
59, 60 dienenden Köpie 6I, 62 sind mit Zahnsteinen 65, 66 verbunden, die einander
gegenüberliegend angeordnet sind und über ein zwischen ihnen liegendes Ritzel 67
miteinander im Eingriff stehen, so daß .die Kolben 54, 55 zueinander gleiche Bewegungen
ausführen.
-
In entsprechender Weise werden die Hebel 35, 30 mittels der an ihren
abgerundeten Enden 68, 69 angreifenden, mit Zahnstangen 70, 7I verbunldenen Köpfe
in Verbindung gebracht, daß bei einer Beaufschlagung der im Zylinder 74 geführten
Doppelkolben über die Kollbenstangen 75,76 eine Bewegung der Köpfe 72, 73 und damit
ein Schwenken der Stelihebel 35, 36 in entgegengesetzter Richtung um gleiche Beträge
stattfindet. Der Stellhebel 36 ist zweiarmig ausgebildet und überträgt mit seinem
freien Ende 77 sowie einem an diesem angelenkten Stab 78 seine Bewegungen auf ,das
Gehäuse 79 der Steuervorrichtung. Diese wird entsprechend um die von dem Hebel 36
zurückgelegten Beträge zurückgestellt, so daß die beim Vorbeigang der Taster 80,
8I wander Musterschablone 38 bewirkten axialen Verschiebungen,des mit dem Taster
8o verbundenen Steuerschiebers in bekannter Weise wieder rückgängig gemacht werden.
In ähnlicher Weise werden auch die Bewegungen eines der Stellhebel 49 oder 50 auf
die zugehörige Steuervorrichtung 82 übertragen.
-
Der Vorschub des Werkstückes 37 erfolgt erfindungsgemäß durch die
Formgebungselemente selbst. Zu diesem Zweck werden die Formgebungswalzen 29-32 gegenüber
dem Werkstück geschränkt, d. h. die Achsen der Formgebungswalzen werden unter einem
unterschiedlichen Winkel zu der Werkstückachse eingestellt. Das Einstellen des Schränkungswinkels
zwischen den angetriebenen Formgebungswalzen 29-32 und der Werkstückachse kann selbsttätig
durch Schwenkbewegungen des trommelartigen Antriebsgehäuses 5 bewirkt werden. Dieses
ist deshalb mit einem Ansatz 83 (Abb. 5) versehen, der sich in der Umfangsrichtung
gegen einen im Gehäuse gelagerten Anschlag 84 legt, der durch eine Feder 85 abgestützt
wird. Der Ansatz 83 der Trommel 5 kann daher bei zunehmendem Drehmoment eine Verstellbewegung
ausführen, die infolge der Mitnahme der Antriebswellen 19, 20, 28, 26 eine Schränkung
der Formgebungswalzen 29-32 zur Folge hat. Die Einrichtung kann so ausgebildet werden,
daß das von dem Antrieb an die Walzen abgegebene Drehmoment sich auf einer vorher
eingestellten Höhe hält, wobei ,die Vorschubgeschwindigkeit sich ,den durch die
unterschiedliche Gestalt der Kontur bedingten Änderungen des von den Formgebungswalzen
auszuübenden Drehmoments anpaßt.
-
Das von der Antriebsvorrichtung abgegebene Drehmoment wird durch
einen Druckmesser 86 angezeigt, der aus einer ringförmigen Kammer 87 besteht. Die
Kammer 87 ist mit einem Druckmittel gefüllt und steht unter der Wirkung der von
dem Ansatz 83 über den Druckbolzen 84 und die Feder 85 durch die Druckstange 88
auf sie ausgeübten Kraft. Die Feder 85 kann durch eine mittels des Handgriffes 89
einstellbare Verschraubung vorgespannt werden, so daß Drehmomentschwankungen möglich
sind, bevor eine Änderung des Schränkungswinkels der Formgebungswalzen erfolgt.
-
Außerdem begrenzt eine Handverstellvorrichtung go den von dem Ans.atz
83 nach links möglichen Weg. Mit Hilfe dieser Stelleinrichtung kann man die jeweils
höchste, durch die Antriebsvorrichtung einzustellende Vorschubgeschwindigkeit indes
Werkstückes 37 begrenzen. Unter der Wirkung der Feder 85 und des Stößels 84 wird
der Ansatz 83 gegen den mit Hilfe des Handrades 90 einstellbaren Anschlag bewegt
und hierbei die Ausgangs- oder Grtindvorschubgeschwindigkeit für die Bearbeitung
des Werkstückes festgelegt. Erst bei einem Ansteigen des Drehmoments findet ein
Zurückweichen des Gehäuses durch Zusammendrücken der Feder 85 statt, wobei die Meßuhr
86 die Größe des Drehmoments angibt. Sinkt das Drehmoment wieder auf seine normale
Größe, so wird unter ,der Wirkung der Feder 85 der Ansatz 83 gegen den mittels des
Handrades go eingestellten Anschlag bewegt und auf diese Weise die größte Vorschubgeschwindigkeit
eingestellt.
-
Die Vorrichtung ist so ausgebildet, Idaß auch bei steilen Konturen
die axiale Vorschubgeschwindigkeit dem Verlauf des Formgebungsvorganges in radialer
Richtung angepaßt wird. Es kann z. B. notwendig sein, den axialen Vorschub vollständig
zu unterbrechen, wenn die Kontur des Werkstückes eine besonders tiefe Abweichung
von der Ausgangs-
kontur aufweist. Mit Hilfe der Vorrichtung läßt
sich der Formgebungsvorgang selbsttätig erfindungsgemäß so steuern, daß der radiale
Tiefenvorschub und der axiale Längsvorschub des Werkstückes in dem richtigen ,durch
die Musterkontur geforderten Zusammenhang stehen. Dies wiridsdadurch erreicht, daß
das Antriebsgehäuse 5 über den Ansatz 83 einen Stößel 91 bewegt, der mit einem Kolben
92 verbunden ist. Dieser ist im Zylinder 93 geführt, der mit der Steuervorrichtung
in der Weise in Verbindung steht, daß bei einem Anstoßen der Taster80, 8I gegen
eine steil verlaufende Musterkontur dadurch übersteuern einer zu diesem Zweck in
der Steuervorrichtung angebrachten Steuerkante eine Beaufschlagung indes Kolbens
92 erfolgt, so daß über dem Stößel.gI der Ansatz 83 entgegen der Wirkung der Feder
85 bewegt wird.
-
Das Abtasten der steilen Musterkontur hat also die gleiche Wirkung
wie eine Vergrößerung des von der Antriebsvorrichtung 5 abgegebenen Drehmoments;
die Vorschubgeschwindigkeit wird vermindert. Die Formgebung kann an <den steilen
Stellen bei entsprechender Verringerung der axialen Vorschubgeschwindigkeit des
Werkstückes stattfinden. Die Vorrichtung ist daher auch in der Lage, Werkstücke
zu erzeugen, bei denen im rechten Winkel zur Werkstückachse verlaufende Bunde, Planflächen
oder andere in radialer Richtung verlaufende Einschnitte vorhanden sind.
-
Die Erwärmung des Werkstückes erfolgt zweckmäßig in unmittelbarer
Nähe der Formgebungsmaschine, z. B. durch den Ofens, aus dem die Werkstücke über
die Stützvorrichtung 96, 97, 98, 99 den Formgebungswalzen zugeführt werden. Zur
Vermeidung von Abkühlung und Verzunderung der Werkstücke kann die Maschine vollständfg
verschalt und mit einem inerten Gas gefüllt wer;den.
-
Auch eine Beheizung des Werkstückes während der Bearbeitung Idurch
Induktions-, Brenner- oder Widerstandserwärmung ist möglich.
-
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend erläuterte
Beispiel, bei dem {die Formgebung rotationssymmetrischer Werkstücke mit Hilfe .angetriebener
Walzen bewirkt wird. Die Formgebung des Werkstückes kann auch durch Einwirkung von
Preßstempeln oder Hämmern erfolgen, deren Schlagtiefe durch hydraulische Nachformsteuervorrichtungen
festgelegt werden.