EP0151976A2 - Vorrichtung und Verfahren zum Drückwalzen - Google Patents

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EP0151976A2
EP0151976A2 EP85100675A EP85100675A EP0151976A2 EP 0151976 A2 EP0151976 A2 EP 0151976A2 EP 85100675 A EP85100675 A EP 85100675A EP 85100675 A EP85100675 A EP 85100675A EP 0151976 A2 EP0151976 A2 EP 0151976A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
force components
rollers
workpiece
axial
Prior art date
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Ceased
Application number
EP85100675A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0151976A3 (de
Inventor
Fritz Prof. Dr.-Ing. Fischer
Franz Dr. Gütlbauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leifeld GmbH and Co
Original Assignee
Leifeld GmbH and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leifeld GmbH and Co filed Critical Leifeld GmbH and Co
Publication of EP0151976A2 publication Critical patent/EP0151976A2/de
Publication of EP0151976A3 publication Critical patent/EP0151976A3/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/08—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring roll-force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B19/00—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
    • B21B19/12—Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially parallel to the axis of the work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/78—Control of tube rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning

Definitions

  • the invention relates to a device for pressure rolling of the type specified in claim 1, and to a method for pressure rolling using this device.
  • Spinning rollers are a non-cutting cold forming process in which a rotationally symmetrical blank is stretched to form a thin-walled, rotationally symmetrical hollow body, usually over a mandrel, by one or more spinning rollers lying against its outer circumferential surface, by means of rotation and axial feed between the blank and rollers becomes.
  • the object of the invention is to improve a device of the type mentioned so that it allows full consideration of the forming forces actually occurring, and to show possibilities for optimizing the flow pressing process taking into account the determined forming forces.
  • the inventive determination of the axial, radial and tangential force components on the spinning roller with respect to the workpiece makes it possible to make a precise statement about the corresponding force components at the forming point of the workpiece, and thus also about the flow behavior of the material.
  • Knowledge of these forces can then be used in a variety of ways to improve the dimensional accuracy, surface quality and mechanical properties of the workpieces produced by flow pressures.
  • these measured force components and / or their relationship to one another can be used to continuously control the parameters which are decisive for flow pressing, such as feed speed, rotational speed (or their relationship to one another) and / or delivery of the pressure rollers. This is preferably done on the basis of empirically determined curves which indicate the optimal, material-typical relationship between the respective force components and the manipulated variable to be influenced and which can be stored or entered in the control or regulating device to which the measuring device is connected.
  • the device has in the usual way a spindle 10, on which a mandrel 16 is clamped, which carries the workpiece 18.
  • the spindle 10 is driven via an intermediate shaft 26 by a drive unit 22, which is either infinitely variable in speed or contains a continuously variable transmission.
  • a feed cylinder 12 which is supplied with pressure medium via a pump unit 14 and a control valve 15, serves to advance the spindle 10 in the axial direction.
  • the workpiece 18 runs against a set of pressure rollers 20, only one of which is shown, and is formed into an elongated tube while reducing its outer diameter.
  • the device according to the invention can also be designed without a mandrel 16, e.g. for the pressure rolling of non-cylindrical workpieces, which can also be closed at one end, in which case the workpiece is clamped to the spindle 10 by means of a chuck 17 indicated by dashed lines.
  • the pressure roller 20 is rotatably mounted on a bearing block 28 which is fastened to a bearing plate 30 which is supported at its four corners via four support points 32 on a support plate 34 which in turn is connected to the machine frame in a manner not shown.
  • Each support point contains a piezoelectric sensor 36, for example with quartz elements, which generates independent measurement signals for the three mutually perpendicular components of the force acting on it.
  • the four sensors 36 (only two of which are visible in the drawing) are connected to an evaluation device 38, which can contain, for example, a computer.
  • This evaluation device 38 determines from the measurement signals of the piezoelectric transducers 36, taking into account their geometric arrangement relative to the pressure roller 20, the force components acting on the pressure roller 20 due to the load on the workpiece 18 in the three mutually perpendicular spatial directions, namely the force K a parallel to the axis of the workpiece 18, the force K r in the radial direction of the workpiece 18 and the force K in Tangential direction to the workpiece 18.
  • the evaluation device 38 can also be designed such that it determines further quantities derived from these force components, in particular the ratio of the force components to one another, for example the ratio K r / K t .
  • the evaluation device 38 is connected to a control device 40.
  • this setpoint curves are stored, which indicate a desired relationship between one or more of the quantities determined in the evaluation unit 38, i.e. the force components or their relationships, and certain process parameters of the pressure rolling, for example the feed to be maintained and / or the speed of the workpiece.
  • the speed of the drive unit 24 and / or the control valve 15 controlling the axial feed is controlled such that with every change in the forces acting on the pressure roller 20, a corresponding change in the feed and / or the speed corresponding to the / control unit 40 is given Target curve takes place.
  • Either only the speed or only the feed is preferably controlled in such a way that the ratio between feed and speed, the so-called “related feed”, is brought to a specific value predetermined by the target curve.
  • the evaluation unit 38 is also connected to a display and / or registration device 42, through which documentation the measured values of the force components occurring during the pressure rolling are possible.
  • the measuring device can either be provided on only one pressure roller or on all pressure rollers. In order to control the feed and / or the speed of the workpiece, a value which is mathematically combined from the corresponding measured values of the different spinning rollers can then be used. Measuring sensors 11, 13 can also be provided for the feed and rotation of the spindle 10 and their outputs can also be connected to the evaluation device 38.
  • three pressure rollers 20, 20a, 20b are arranged at uniform angular intervals around the workpiece 18, which is shown partly in section and partly in side view.
  • the bearing block 28 is supported by four support points 32 with measuring sensors on a support plate 34, which in turn is adjustable in the radial direction of the workpiece 18 on a workpiece 18 surrounding, e.g. annular bracket 46 is attached.
  • Hydraulic working cylinders 48 in particular can be used for radial adjustment.
  • the two other pressure rollers 20a, 20b are assigned sensors and adjusting devices (not shown).
  • the piezoelectric transducers 36 are connected to an evaluation device 38 which, as in the embodiment 1 determines the axial, radial and tangential force components acting on the pressure roller 20 and inputs them into a control unit 4U which, for example, in turn controls a hydraulic device 49 which supplies the working cylinders 48 with hydraulic pressure, so that the infeed of the Press roller 20 against the workpiece 18 can be changed or regulated accordingly.
  • a control unit 4U which, for example, in turn controls a hydraulic device 49 which supplies the working cylinders 48 with hydraulic pressure, so that the infeed of the Press roller 20 against the workpiece 18 can be changed or regulated accordingly.
  • Corresponding actuating devices can also be provided for axially adjusting each pressure roller.
  • the measuring device with the control or regulating circuit is only shown for the pressure roller 20, but the pressure rollers 20a and 20b are also each provided with such a control or regulation circuit, so that on each pressure roller, regardless of the other pressure rollers, the infeed can be regulated according to the force components acting on the pressure roller.
  • the carrier 46 for the spinning rollers can be immovably attached to the machine frame. However, an arrangement is also possible in which the workpiece 18 is not rotated, but rather the carrier 46 is driven in rotation with the pressure rollers 20, 20a, 20b.
  • each spinning roller can be provided with its own control circuit for the infeed according to FIG. 2, and the measuring devices of all spinning rollers can also be connected to a common evaluation and Control unit for additional control or regulation of other operating parameters, such as the feed rate, the speed of the workpiece, the coolant supply and the like. be connected.
  • the ratio of the axial and tangential forces can be influenced.
  • This force ratio influences the twisting of the workpiece around the longitudinal axis during flow pressing, and thus the internal stresses.
  • the ratio between the axial and tangential force on the spinning roller determined in the evaluation device is preferably used as the control variable for regulating the feed rate. If the measured ratio between axial and tangential force deviates from the target value to such an extent that it can no longer be corrected by feed control, this can be used as an indication that a spinning roller with a different diameter should be used.
  • the properties of the finished workpiece, in particular the fiber rotation around the longitudinal axis, can also be determined by differently dividing the proportions of each spinning roll in the overall form tion can be influenced.
  • the embodiment shown in FIG. 2 enables the control circuit of each individual spinning roller to be given a different setpoint characteristic and thus to regulate different infeeds of the rollers.
  • the device according to the invention makes it possible to obtain measurement values for the various force components on the pressure roller by means of a test measurement at the start of the flow pressing, which allow a statement as to whether the roller geometry selected in each case (diameter, inlet angle, outlet angle and the like). ) is optimally selected. Measured values that deviate greatly from the expected value can serve as an indication that a spinning roller with a different geometry should be used.
  • Flow pressing of non-cylindrical workpieces In the case of non-cylindrical, in particular ogival (ogive shaped in longitudinal section) workpieces by means of pressure rollers arranged offset in the longitudinal direction of the workpiece, the force components measured on each individual pressure roller can also be used for the optimal setting of each individual pressure roller.
  • small adjusting cylinders 37 are shown between the bearing plate 30 and the support plate 34 in addition to the sensors 36, which can be acted upon by a hydraulic or pneumatic pressure medium to pull the plates 30 and 34 against each other with a desired force.
  • the functioning of the measuring sensors 36 can thus be tested and the measuring signal emitted by them can be calibrated in accordance with the predetermined target force.
  • the transducers can be pre-tensioned so that no tensile forces can occur on them during operation.
  • feed means other than hydraulic can also be used for the workpiece, e.g. a spindle drive. Rotation and / or feed can also be brought into effect on the spinning roller holder instead of on the workpiece.
  • An important influencing variable in the case of pressure rolling with a plurality of rollers is the axial offset of the successive rollers in the direction of rotation, which is designated ⁇ x in FIG. 2, and the different radial infeed of the offset rollers.
  • the proportion of the individual roll in the total forming depends on this, and this influences the structural structure of the workpiece obtained as a result of the forming.
  • the invention makes it possible to offset the rolls and / or their undersides for each workpiece by means of test measurement of the force components on the rollers on an initial section of the workpiece, which is usually cut away anyway.
  • the axial offset of the pressure rollers can also be made a parameter that is controlled in dependence on the force during operation.
  • the bearing block 28 of each pressure roller 20, 20a, 20b is provided with an adjusting device 50.
  • this is only indicated for the pressure roller 20a in FIG. 3 and can e.g. consist of a hydraulic actuating cylinder, which is acted upon by a hydraulic device 52, which in turn is controlled by the control and regulating device 40 as a function of the measured force components.
  • the adjusting device 50 can also be different, e.g. be designed as an electric motor-driven and correspondingly electrically controlled adjusting spindle.
  • a desired axial offset .DELTA.x between adjacent pressure rollers can be set and continuously adjusted during operation, for example in such a way that the to the
  • Axial force components occurring in spinning rolls are kept equal to one another or in a certain, constant ratio.
  • the solidification of the workpiece 18 that occurs during the forming can also be influenced.
  • the radial feed of the pressure rollers is preferably carried out in such a way that the radial force components K r are the same on all pressure rollers. If, on the other hand, a certain axial offset ⁇ x of the pressure rollers is either set permanently or continuously adjusted during operation, then a correspondingly different radial infeed of the pressure rollers must also take place, since a radial feed of axially offset pressure rollers of equal force can lead to a curved course of the workpiece. Therefore, the radial infeed of the spinning rollers is preferably controlled so that the ratio of the radial force components on two adjacent spinning rollers is kept at a constant value adapted to the respectively chosen axial offset ⁇ x of the spinning rollers.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung zum Drückwalzen hat an mindestens einer der Drückrollen eine Meßeinrichtung zum Bestimmen der auf die Drückrolle wirkenden radialen, axialen und tangentialen Kräftekomponenten. Diese Kräftekomponenten bzw. vorzugsweise ihr Verhältnis zueinander kann als Kriterium für das anfängliche Einstellen und/oder das kontinuierliche Regeln der beim Drückwalzen einzuhaltenden Parameter, insbesondere Vorschub, Drehzahl, Rollenzustellung, Rollenversatz dienen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Drückwalzen von der im Anspruch 1 angegebenen Gattung, sowie auf ein Verfahren zum Drückwalzen unter Verwendung dieser Vorrichtung.
  • Als Drückwalzen, häufig auch Fließdrücken genannt, bezeichnet man ein spanloses Kaltumformverfahren, bei dem ein rotationssymmetrischer Rohling durch eine oder mehrere gegen seine Außenumfangsfläche anliegende Drückrollen, mittels Drehung und Axialvorschub zwischen Rohling und Rollen, zu einem dünnwandigen rotationssymmetrischen Hohlkörper, meistens über einen Dorn, abgestreckt wird.
  • Beim Drückwalzen ist man für das Auffinden, Einstellen und Einhalten der optimalen Werte von Parametern wie Vorschubgeschwindigkeit und Drehzahl des Werkstücks, Rollenzustellung usw. im wesentlichen auf empirische Versuche angewiesen. Ändern sich die Werkstoffeigenschaften, die Abmessungen und/oder die gewünschte Verformung des Werkstücks, dann müssen die genannten Parameter nach Gefühl oder anhand von neuen Versuchen neu eingestellt werden, was zu ungenauen Ergebnissen führt. Es ist auch auf diese Weise nicht möglich, die Maßhaltigkeit, Werkstoffverfestigung und Eigenspannungen des fertigen Werkstücks gezielt zu beeinflussen. Insbesondere können die beim Fließdrücken entstehenden Eigenspannungen die Festigkeitseigenschaften, insbesondere bezüglich Dehnung und Kerbschlagzähigkeit, stark beeinflussen.
  • Aus DE-PS 24 57 504 ist es beim Fließdrücken von Rohren mit zylindrischer Innenwand zwecks Verbesserung der Maßhaltigkeit bekannt, während des Fließdrückvorgangs das Drehmoment oder die auf das Werkstück ausgeübte Vorschubkraft durch Änderung des Verhältnisses der Vorschubgeschwindigkeit zur Drehzahl des Werkstücks auf einen vorgegebenen Sollwert einzuregeln. Hierdurch können jedoch die an der tatsächlichen Verformungsstelle des Werkstücks herrschenden Kräfte nur unzureichend berücksichtigt und deshalb auch der Verformungsvorgang nur unzureichend gezielt beeinflußt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art so zu verbessern, daß sie eine vollständige Berücksichtigung der tatsächlich auftretenden Umformkräfte ermöglicht, sowie Möglichkeiten zur Optimierung des Fließdrückvorgangs unter Berücksichtigung der ermittelten Umformkräfte aufzuzeigen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Vorrichtung gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung, sowie bevorzugte Verfahren zum Fließdrücken unter Verwendung der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Durch die erfindungsgemäße Bestimmung der bezüglich des Werkstücks axialen, radialen und tangentialen Kräftekomponenten an der Drückrolle ist eine präzise Aussage über die entsprechenden Kräftekomponenten an der Umformstelle des Werkstücks, und damit auch über das Fließverhalten des Werkstoffs,möglich. Die Kenntnis dieser Kräfte kann dann in vielfältiger Weise zur Verbesserung der Maßhaltigkeit, Oberflächengüte und mechanischen Eigenschaften der jeweils durch Fließdrücken hergestellten Werkstücke genutzt werden. Insbesondere kann anhand dieser gemessenen Kräftekomponenten und/oder über deren Verhältnis zueinander eine laufende Steuerung der für das Fließdrücken entscheidenden Parameter wie Vorschubgeschwindigkeit, Drehzahl (bzw, deren Verhältnis zueinander) und/oder Zustellung der Drückrollen vorgenommen werden. Dies erfolgt vorzugsweise anhand empirisch ermittelter Kurven, die den optimalen, werkstofftypischen Zusammenhang zwischen den jeweiligen Kräftekomponenten und der zu beeinflussenden Stellgröße angeben und in der Steuer- oder Regeleinrichtung, an die die Meßeinrichtung angeschlossen ist, gespeichert oder eingebbar sind.
  • Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zum Fließdrücken gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • Fig. 2 in ähnlicher Darstellung zwei geänderte Ausführungs-und 3 formen.
  • Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung in üblicher Weise eine Spindel 10 auf, an der ein Dorn 16 festgespannt ist, welcher das Werkstück 18 trägt. Angetrieben wird die Spindel 10 über eine Zwischenwelle 26 von einer Antriebseinheit 22, die entweder in ihrer Drehzahl stufenlos regelbar ist, oder ein stufenlos verstellbares Getriebe enthält.
  • Zum Vorschub der Spindel 10 in Achsrichtung dient ein Vorschubzylinder 12, der über eine Pumpeneinheit 14 und ein Regelventil 15 mit Druckmittel versorgt wird. Beim Antrieb der Spindel 10 in Dreh- und Vorschubrichtung läuft das Werkstück 18 gegen einen Satz von Drückrollen 20, von denen lediglich eine dargestellt ist, und wird unter Verringerung seines Außendurchmessers zu einem langgestreckten Rohr umgeformt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch ohne Dorn 16 ausgebildet sein, z.B. zum Drückwalzen von nicht zylindrischen Werkstücken, die auch an einem Ende geschlossen sein können, wobei in diesem Fall das Werkstück durch ein gestrichelt angedeutetes Spannfutter 17 an der Spindel 10 festgespannt wird.
  • Die Drückrolle 20 ist drehbar an einem Lagerblock 28 gelagert, der auf einer Lagerplatte 30 befestigt ist, die an ihren vier Ecken über vier Abstützpunkte 32 an einer Stützplatte 34 abgestützt ist, die ihrerseits in nicht näher dargestellter Weise mit dem Maschinengestell verbunden ist. Jeder Abstützpunkt enthält einen piezoelektrischen Meßaufnehmer 36, z.B. mit Quarzelementen, der voneinander unabhängige Meßsignale für die drei zueinander senkrechten Komponenten der auf ihn wirkenden Kraft erzeugt. Die vier Meßaufnehmer 36 (von denen nur zwei in der Zeichnung sichtbar sind) sind an eine Auswerteeinrichtung 38 angeschlossen, die z.B. einen Rechner enthalten kann. Diese Auswerteeinrichtung 38 ermittelt aus den Meßsignalen der piezoelektrischen Meßaufnehmer 36, unter Berücksichtigung ihrer geometrischen Anordnung relativ zur Drückrolle 20, die auf die Drückrolle 20 aufgrund der Belastung durch das Werkstück 18 wirkenden Kräftekomponenten in den drei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen, nämlich die Kraft K a parallel zur Achse des Werkstücks 18, die Kraft Kr in Radialrichtung des Werkstücks 18 und die Kraft K in Tangentialrichtung zum Werkstück 18. Die Auswerteeinrichtung 38 kann ferner so ausgebildet sein, daß sie weitere, von diesen Kräftekomponenten abgeleitete Größen ermittelt, insbesondere das Verhältnis der Kräftekomponenten zueinander, z.B. das Verhältnis Kr/Kt. Die Auswerteeinrichtung 38 ist an eine Steuereinrichtung 40 angeschlossen. In dieser sind Sollkurven gespeichert, die einen gewünschten Zusammenhang zwischen einer oder mehreren der in der Auswerteeinheit 38 ermittelten Größen, also der Kräftekomponentenoder ihrer Verhältnisse, und bestimmten Verfahrensparametern des Drückwalzens, z.B. dem einzuhaltenden Vorschub und/oder der Drehzahl des Werkstücks angeben. Von dieser Steuereinheit 40 wird die Drehzahl der Antriebseinheit 24 und/oder das den Axialvorschub steuernde Regelventil 15 so gesteuert, daß bei jeder Änderung der auf die Drückrolle 20 wirkenden Kräfte eine entsprechende Änderung des Vorschubs und/oder der der Drehzahl entsprechend der/Steuereinheit 40 vorgegebenen Sollkurve erfolgt. Vorzugsweise wird entweder nur die Drehzahl oder nur der Vorschub derart gesteuert, daß das Verhältnis zwischen Vorschub und Drehzahl, der sogenannte "bezogene Vorschub" auf einen bestimmten, durch die Sollkurve vorgegebenen Wert gebracht wird.
  • Die Auswerteeinheit 38 ist auch an ein Anzeige- und/oder Registriergerät 42 angeschlossen,durch die eine Dokumentation der während des Drückwalzens auftretenden Meßwerte der Kräftekomponenten möglich ist.
  • Wenn mehrere Drückrollen 20 um den Umfang des Werkstücks 18 verteilt angeordnet sind, kann die erfindungsgemäße Meßeinrichtung entweder nur an einer Drückrolle oder an allen Drückrollen vorgesehen sein. Zum Steuern des Vorschubs und/oder der Drehzahl des Werkstücks kann dann ein aus den korrespondierenden Meßwerten der verschiedenen Drückrollen rechnerisch zusammengefaßte Wert herangezogen werden. Es können auch Meßaufnehmer 11, 13 für den Vorschub und die Drehung der Spindel 10 vorgesehen und ihre Ausgänge ebenfalls an die Auswerteeinrichtung 38 angeschlossen sein.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind um das teils im Schnitt, teils in Seitenansicht dargestellte Werkstück 18 drei Drückrollen 20, 20a, 20b in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet. Wie bei der Drückrolle 20 dargestellt, ist deren Lagerblock 28 über vier Abstützpunkte 32 mit Meßaufnehmern an einer Stützplatte 34 abgestützt, die ihrerseits in Radialrichtung des Werkstücks 18 verstellbar an einer das Werkstück 18 umgebenden, z.B. ringförmigen Halterung 46 befestigt ist. Zur radialen Verstellung können insbesondere hydraulische Arbeitszylinder 48 dienen. In gleicher Weise sind den beiden anderen Drückrollen 20a, 20b Meßaufnehmer und Verstelleinrichtungen (nicht dargestellt) zugeordnet.
  • Die piezoelektrischen Meßaufnehmer 36 sind mit einer Auswerteeinrichtung 38 verbunden, die wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die auf die Drückrolle 20 wirkenden axialen, radialen und tangentialen Kräftekomponenten ermittelt und sie in eine Steuereinheit 4U eingibt, die z.B. wiederum durch Vergleich mit einer Sollkurve ein die Arbeitszylinder 48 mit Hydraulikdruck versorgendes Hydraulikgerät 49 ansteuert, so daß die Zustellung der Drückrolle 20 gegen das Werkstück 18 entsprechend geändert bzw. geregelt werden kann. Es können auch entsprechende Stelleinrichtungen zum axialen Verstellen jeder Drückrolle vorgesehen sein.
  • Der Einfachheit halber ist die Meßeinrichtung mit Steuer- bzw. Regelkreis nur für die Drückrolle 20 dargestellt, jedoch sind auch die Drückrollen 20a und 20b jeweils mit einem derartigen Steuer- bzw. Regelkreis versehen, so daß an jeder Drückrolle, unabhängig von den anderen Drückrollen, die Zustellung entsprechend den auf die Drückrolle wirkenden Kräftekomponenten geregelt werden kann.
  • Der Träger 46 für die Drückrollen kann am Maschinengestell unbeweglich befestigt sein. Es ist jedoch auch eine Anordnung möglich, bei der das Werkstück 18 nicht gedreht wird, sondern der Träger 46 mit den Drückrollen 20, 20a, 20b umlaufend angetrieben wird.
  • Die Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 können auch miteinander kombiniert werden. d.h. es kann jede Drückrolle mit einem eigenen Regelkreis für die Zustellung gemäß Fig.2 versehen werden, und es können außerdem die Meßeinrichtungen sämtlicher Drückrollen an eine gemeinsame Auswerte- und Steuereinheit zum zusätzlichen Steuern oder Regeln weiterer Betriebsparameter, wie z.B. der Vorschubgeschwindigkeit, der Drehzahl des Werkstücks, der Kühlmittelbeaufschlagung u.dgl. angeschlossen sein.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine große Vielzahl unterschiedlicher Betriebs- und Steuervariationen, je nachdem, auf welche Eigenschaften des Werkstücks besonderer Wert gelegt wird. Hierfür können die folgenden Beispiele genannt werden :
    • Erzielung engster Innendurchmesser-Toleranzen: Jeder Werkstoff hat in bestimmten Durchmesserbereichen bei einer bestimmten Werkstoffestigkeit eine optimale Verformungsgeschwindigkeit (Volumen/t), die es beim Fließdrücken gestattet, zwischen Drückdorn und gedrücktem Werkstück einen Spalt von max. 0,05 mm zu erhalten. Zu Beginn des Fließdrückvorgangs werden die auf die Drückrolle wirkenden Axial- und Tangentialkräfte gemessen, die ein Maß für die jeweils vorhandene Werkstoffestigkeit sind, und entsprechend von vorher empirisch ermittelten werkstoff- und abmessungsspezifischen Sollkurven wird das Verhältnis zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Drehzahl des Werkstücks eingeregelt.
  • Erzielung engster Wanddicken-Toleranzen: Bei Festigkeitsschwankungen und Toleranzabweichungen der zu verformenden Rohlinge entstehen höhere Radialkräfte, die ein Auffedern des Systems bewirken. Über die Federcharakteristik wird die Rollenzustellung so korrigiert, daß sich ein neuer Radialkraftsollwert einstellt.
  • Erzielung bestimmter Eigenspannungsverhältnisse : Durch Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit relativ zur Drehzahl des Werkstücks kann auf das Verhältnis der Axial- und Tangentialkräfte eingewirkt werden. Dieses Kräfteverhältnis beeinflußt die beim Fließdrücken auftretende Verdrillung des Werkstücks um die Längsachse, und damit die Eigenspannungen. In diesem Fall dient daher vorzugsweise das in der Auswerteeinrichtung ermittelte Verhältnis zwischen der Axial- und Tangentialkraft an der Drückrolle die Steuergröße für die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit. Weicht das gemessene Verhältnis zwischen Axial- und Tangentialkraft soweit vom Sollwert ab, daß es durch Vorschubregelung nicht mehr korrigiert werden kann, so kann dies als Anzeige dafür herangezogen werden, daß eine Drückrolle mit anderem Durchmesser verwendet werden soll.
  • Unterschiedliche Zustellung der Rollen : Die Eigenschaften des fertigen Werkstücks, insbesondere die Faserdrehung um die Längsachse, kann auch durch unterschiedliche Aufteilung der Anteile jeder Drückrolle an der Gesamtumformung beeinflußt werden. Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform ermöglicht es, dem Regelkreis jeder einzelnen Drückrolle eine unterschiedliche Sollwertcharakteristik vorzugeben und damit unterschiedliche Zustellungen der Rollen einzuregeln.
  • Bestimmung der günstigsten Rollengeometrie : Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, durch eine Probemessung bei Beginn des Fließdrückens Meßwerte für die verschiedenen Kräftekomponenten an der Drückrolle zu gewinnen, die eine Aussage darüber ermöglichen, ob die jeweils gewählte Rollengeometrie (Durchmesser, Einlaufwinkel, Auslaufwinkel u.dgl.) optimal gewählt ist. Vom erwarteten Wert stark abweichende Meßwerte können als Anzeige dafür dienen, daß eine Drückrolle mit anderer Geometrie verwendet werden sollte.
  • Fließdrücken von nicht zylindrischen Werkstücken : Bei nicht zylindrischen, insbesondere ogivalen (im Längsschnitt spitzbogenförmigen) Werkstücken mittels in Längsrichtung des Werkstücks versetzt angeordneter Drückrollen können ebenfalls die an jeder einzelnen Drückrolle gemessenen Kräftekomponenten für die optimale Einstellung jeder einzelnen Drückrolle verwendet werden.
  • In Fig. 1 sind zwischen der Lagerplatte 30 und der Stützplatte 34 außer den Meßaufnehmern 36 kleine Stellzylinder 37 dargestellt, die mit einem hydraulischen oder pneumatischen Druckmittel beaufschlagt werden können, um die Platten 30 und 34 mit einer Sollkraft gegeneinander zu ziehen. Damit kann das Funktionieren der Meßaufnehmer 36 getestet und das von ihnen abgegebene Meßsignal entsprechend der vorgegebenen Sollkraft geeicht werden. Außerdem können dadurch die Meßaufnehmer so auf Druck vorgespannt werden, daß im Betrieb keine Zugkräfte an ihnen auftreten können.
  • Abweichend von den Ausführungsbeispielen können auch andere als hydraulische Vorschubmittel für das Werkstück verwendet werden, z.B. ein Spindelantrieb. Auch kann Drehung und/oder Vorschub statt am Werkstück auch am Drückrollenhalter zur Einwirkung gebracht werden.
  • Eine wichtige Einflußgröße beim Drückwalzen mit mehreren Rollen ist der axiale Versatz der in Drehrichtung aufeinanderfolgenden Rollen, der in Fig. 2 mit Δx bezeichnet ist, sowie die unterschiedliche radiale Zustellung der versetzten Rollen. Hiervon hängt der Anteil der einzelnen Rolle an der Gesamtumformung ab, und dieses beeinflußt die als Ergebnis des Umformens erhaltene Gefügestruktur des Werkstücks. Die Erfindung ermöglicht es, bei jedem Werkstück mittels Probemessung der Kräftekomponenten an den Rollen auf einem Anfangsabschnitt des Werkstücks, der meistens ohnehin weggeschnitten wird, den Versatz der Rollen und/oder deren unter-
  • schiedliche Zustellung zu überprüfen und ggf. auf den optimalen Wert zu korrigieren, sowie während des laufenden Drückwalzvorgang ständig zu überwachen. Dies ist auch vorteilhaft für die Herstellung von Werkstücken mit sich über die Länge ändernden Innen- und/oder Außendurchmesser.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch der axiale Versatz der Drückrollen zu einem im laufenden Betrieb kräfteabhängig gesteuerten Parameter gemacht werden. Hierzu ist bei der Ausführungsform nach Fig. 3 vorgesehen, daß der Lagerblock 28 jeder Drückrolle 20, 20a, 20b mit einer Stellvorrichtung 50 versehen ist. Diese ist in Fig. 3 der Einfachheit halber nur für die Drückrolle 20a angedeutet und kann z.B. aus einem hydraulischen Stellzylinder bestehen, der von einem Hydraulikgerät 52 beaufschlagt wird, welches seinerseits von der Steuer- und Regeleinrichtung 40 in Abhängigkeit von den gemessenen Kräftekomponenten gesteuert wird. Selbstverständlich kann die Stellvorrichtung 50 auch anders, z.B. als elektromotorisch angetriebener und entsprechend elektrisch gesteuerte Stellspindel ausgebildet sein.
  • Mittels der Stellvorrichtungen 50 kann ein gewünschter axialer Versatz Δx zwischen jeweils benachbarten Drückrollen eingestellt und im laufenden Betrieb ständig nachgeregelt werden, z.B. in der Weise, daß die an den
  • DrUckrollen auftretenden axialen Kräftekomponenten einander gleich oder in einem bestimmten, konstanten Verhältnis gehalten werden. Durch geeignete Vorgabe des einzustellenden axialen Versatzes Δ x in der Steuer- und Regeleinrichtung 40 kann vor allem auch die beim Umformen auftretende Verfestigung des Werkstückes 18 beeinflußt werden.
  • Ferner kann erfindungsgemäß berücksichtigt werden, daß eine Wechselwirkung zwischen dem axialen Versatz Ax der Drückrollen und der optimalen radialen Zustellung der einzelnen Drückrollen besteht. Wenn die Drückrollen nicht axial gegeneinander versetzt sind, erfolgt die radiale Zustellung der Drückrollen vorzugsweise so, daß die radialen Kräftekomponenten Kr an allen Drückrollen gleich sind. Wenn dagegen ein bestimmter axialer Versatz Δx der Drückrollen entweder fest eingestellt oder im Betrieb laufend eingeregelt wird, dann muß auch eine entsprechend unterschiedliche radiale Zustellung der Drückrollen erfolgen, da eine kräftegleiche radiale Zustellung von axial versetzten DrUckrollen zu einem gekrümmten Verlauf des Werkstückes führen kann. Deshalb wird die radiale Zustellung der Drückrollen vorzugsweise so gesteuert, daß das Verhältnis der radialen Kräftekomponenten an jeweils zwei benachbarten Drückrollen auf einem konstanten, an den jeweils gewählten axialen Versatz Δx der Drückrollen angepaßten Wert gehalten wird.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Drückwalzen von rotationssymmetrischen hohlen Werkstücken, mit einem Dorn und/oder einer Halterung für das Werkstück, mindestens einer an das Werkstück radial zustellbaren Drückrolle, und Antriebsmitteln zum Erzeugen einer relativen Drehung und Axialverschiebung des Werkstücks gegenüber der Drückrolle, dadurch gekennzeichnet , daß der Drückrolle (20) eine Meßeinrichtung (36, 38) zugeordnet ist, mit der während des Drückwalzens eine oder mehrere der drei bezüglich des Werkstücks axialen, radialen und tangentialen Kräftekomponenten der auf die Drückrolle wirkenden Kraft getrennt voneinander bestimmbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Meßeinrichtung und/oder eine an sie angeschlossene Auswerteeinrichtung (38) zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen je zwei der Kräftekomponenten ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Meßeinrichtung an eine Steuer- oder Regeleinrichtung (40) zum Steuern von während des Drückwalzens einzuhaltenden Parametern, insbesondere der Vorschubgeschwindigkeit, der Drehzahl, der Drückrollenzustellung und/oder des Kühlmitteldurchflusses, als Stellgrößen in Abhängigkeit von den Kräftekomponenten und/oder ihren Verhältnissen als Meßgrößen, angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , daß in der Steuer- oder Regeleinrichtung (40) vorgegebene Sollkurven für den Zusammenhang zwischen den Meßgrößen und den Stellgrößen gespeichert und eingebbar sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , daß eine die Lagerung der Drückrolle tragende Lagerplatte (30) an einer Stützplatte (34) über mindestens zwei, vorzugsweise drei oder vier mit piezoelektrischen Meßaufnehmern (36) versehene Abstützpunkte abgestützt ist und die Signalausgänge der Meßaufnehmer an eine Auswerteeinrichtung (38) zum getrennten Bestimmen der an der Rolle axial, radial und tangential zum Werkstück wirkenden Kräftekomponenten angeschlossen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (37) zum Vorspannen der Lagerplatte gegen die Stützplatte und/oder zum Erzeugen einer vorgegebenen Belastung der Lagerplatte zwecks Eichung und/oder Prüfung der Meßaufnehmer vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , mit zwei oder mehr um den Umfang des Werkstücks verteilten Drückrollen, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Drückrollen (20, 20a, 20b) mit einer Meßeinrichtung versehen ist und die Meßeinrichtungen aller Drückrollen an eine Auswerteeinrichtung (38) angeschlossen sind, die die Bestimmung der axialen, radialen und/oder tangentialen Kräftekomponenten wahlweise für jede Drückrolle einzeln oder in Form von aus den korrespondierenden Werten von zwei oder mehr Drückrollen zusammengefaßten Werten ermöglicht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , daß die Drückrollen (20, 20a, 20b) gegeneinander axial versetzt angeordnet sind und daß die Steuer-oder Regeleinrichtung zum Steuern der Parameter derart, daß von Drückrolle zu Drückrolle eine vorgegebene Zu- oder Abnahme der jeweiligen Kräftekomponenten eingehalten wird, ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , daß zusätzliche Meßaufnehmer (11, 13) für die Drehzahl und/oder den Vorschub des Werkstücks vorgesehen und ebenfalls an die Auswerteeinrichtung (38) oder die Steuer- oder Regeleinrichtung angeschlossen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß jede Drückrolle(20, 20a, 20b)durch eine Stellvorrichtung (50) in axialer Richtung verstellbar ist und daß die Stellvorrichtungen (50) der Drückrollen durch die Steuer- oder Regeleinrichtung (40) zum Einsteden und/oder Regeln des axialen Versatzes(Δx) der Drückrollen steuerbar sind.
11. Verfahren zum Drückwalzen unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß während des Drückwalzens die Vorschubgeschwindigkeit und/oder Drehzahl des Werkstücks und/oder die Drückrollenzustellung und/oder der axiale Versatz benachbarter Drückrollen und/oder die Durchflußmenge eines das Werkstück kühlenden Kühlmittels in Abhängigkeit von den gemessenen Werten mindestens einer der axialen, radialen und tangentialen Kräftekomponenten gesteuert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerung in Abhängigkeit vom Verhältnis der Kräftekomponenten zueinander und/oder vom Verhältnis der an verschiedenen Drückrollen gemessenen Kräftekomponenten erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 , mit mehreren axial versetzten und fortschreitend stärker zugestellten Drückrollen , dadurch gekennzeichnet , daß die Zustellung der Drückrollen unter Berücksichtigung der gemessenen Kräftekomponenten so erfolgt, daß das Verhältnis der an den verschiedenen Rollen gemessenen Werte mindestens einer der Kräftekomponenten im wesentlichen gleich bleibt.
14. Verfahren zum Drückwalzen unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , daß in Abhängigkeit vom Ergebnis einer oder mehrerer zu Beginn vorgenommener Probemeßungen der axialen, radialen und tangentialen Kräftekomponenten Drückrollen mit geeigneter Rollengeometrie (Einlaufwinkel, Arbeitsradius, Auslaufwinkel, Rollendurchmesser) ausgewählt und/oder die Zustellung und/oder der axiale Versatz der Drückrollen auf einen bestimmten Wert eingestellt wird.
15. Verfahren zum Drückwalzen unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , daß die Meßwerte der Kräftekomponenten, oder eine aus ihnen rechnerisch gebildete Größe, aufgezeichnet und als Kriterium für die Aussortierung der Werkstücke verwendet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet ,daß die radiale Zustellung der Drückrollen im laufenden Betrieb derart gesteuert wird, daß das Verhältnis der radialen Kräftekomponenten jeweils zweier benachbarter Drückrollen auf einem konstanten, an den axialen Versatz der Drückrollen angepaßten Wert gehalten wird.
17. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem für das Drückwalzen von Werkstücken mit sich über die Länge ändernden Innen- und/oder Außendurchmessern die Zustellung der Drückrollen entsprechend dem Vorschub des Werkstücks gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerung der Zustellung der Drückrollen unter Berücksichtigung der gemessenen Kräftekomponenten erfolgt.
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