EP0286587B1 - Profiling method for ring-shaped objects, and apparatus for carrying out this method - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Profilformen von als Ringkörper ausgebildeten Werkstücken, insbesondere zur Herstellung von Fahrzeugfelgen, nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 Ein solches Verfahren ist ausdem Dokument GB-A-2 007 134 bekannt.The present invention relates to a method for profile-forming workpieces designed as ring bodies, in particular for the production of vehicle rims, according to the preamble of
Zum Profilformen von als Ringkörper ausgebildeten Werkstücken, insbesondere zur Herstellung von Fahrzeugfelgen, sind Einrichtungen bekannt, welche zwei rotationskörperförmige Werkzeuge aufweisen, die von entgegengesetzten Seiten aus auf ein Werkstück einwirken, indem deren gegenseitiger Abstand veränderbar ist. Zum Formen z.B. einer Fahrzeugfelge wird diese mit ihrem Rand zwischen dem oberen und unteren Werkzeugen eingespannt, wobei der Formdruck durch die Verringerung des gegenseitigen Abstandes der beiden Werkzeuge erfolgt, zwischen welchen der Felgenrand eingespannt ist. Das als Felge ausgebildete Werkstück rotiert zwischen den beiden angepressten Rollen, wobei die eine Rolle an der äusseren Seite und die andere Rolle an der inneren Seite der Felge angreift. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Flächenpressung auf der äusseren Seite annähernd dreimal grösser ist als die entsprechende Flächenpressung auf der inneren Seite der Felge. Dies geht aus der Betrachtung der Fig. 1 hervor, welche die prinzipielle Anordnung einer solchen Einrichtung rein schematisch darstellt. Mit 1 ist das rollenförmige, obere Werkzeug, mit 2 das ebenfalls rollenförmige untere Werkzeug und mit 3 das Werkstück bezeichnet. Die Werkzeuge 1 und 2 werden mit einer Kraft P gegen das Werkstück 3 gepresst. Der spezifische Druck auf der Aussenseite des Werkstückes 3 wird mit Pa und der spezifische Druck auf der Innenseite des Werkstückes 3 mit Pi bezeichnet. Die entsprechenden Radien der Rollen und des Werkstückes sind mit ra, ri und rw bezeichnet.For profile shaping of workpieces designed as annular bodies, in particular for the production of vehicle rims, devices are known which have two rotary body-shaped tools which act on a workpiece from opposite sides by changing the mutual distance between them. For molding a vehicle rim, for example, it is clamped with its edge between the upper and lower tools, the molding pressure being produced by reducing the mutual distance between the two tools, between which the rim rim is clamped. The workpiece designed as a rim rotates between the two pressed-on rollers, one roller engaging on the outer side and the other roller on the inner side of the rim. The disadvantage of this method is that the surface pressure on the outer side is approximately three times greater than the corresponding surface pressure on the inner side of the rim. This is apparent from the consideration of Fig. 1, which is the basic arrangement represents such a device purely schematically. With 1 the roller-shaped, upper tool, with 2 also the roller-shaped lower tool and with 3 the workpiece. The
Zur Berechnung des spezifischen Druckes auf der Aussen- und auf der Innenseite wird die Herzsche Formel:
verwendet. Dabei bedeutet rm den mittleren Radius der beiden Rollkörper mit den Radien r1 und r2; L die Rollkörperlänge und E den Elastizitätsmodul. Dabei wäre noch zu berücksichtigen, dass:
used. Here rm means the mean radius of the two rolling elements with the radii r1 and r2; L the roll body length and E the elastic modulus. It should also be taken into account that:
Mit Hilfe dieser Beziehungen kann der Fachmann ohne weiteres ausrechnen, dass folgende Beziehung gilt:
Dieser Nachteil wird bei der Fabrikation von Stahlfelgen in Kauf genommen, so dass diese in drei Rolloperationen geformt werden können. Anders verhält es sich bei der Herstellung von Ringkörpern aus Leichtmetall, wie z.B. aus Aluminium. Hier kann dieser Nachteil nicht in Kauf genommen werden, da das weiche Aluminium zu stark auf die ungleichen Flächenpressungen reagiert.This disadvantage is accepted in the manufacture of steel rims, so that they can be formed in three rolling operations. The situation is different in the production of light metal ring bodies, e.g. made of aluminium. This disadvantage cannot be accepted here because the soft aluminum reacts too strongly to the uneven surface pressures.
Aus diesem Grunde ist die Herstellung von Fahrzeugfelgen aus Aluminium besonders schwierig und kostspielig. Die Herstellung erfolgt in der Weise, dass entsprechend bemessene Aluminiumplatten zu Rohren gebogen und die freien Kanten durch Schweissen miteinander verbunden werden, worauf die Bearbeitung durch rotationskörperförmige Werkzeuge in zahlreichen Arbeitsgängen erfolgt.For this reason, the production of vehicle rims from aluminum is particularly difficult and expensive. The production takes place in such a way that appropriately dimensioned aluminum plates are bent into pipes and the free edges are connected to one another by welding, whereupon the machining is carried out in numerous work steps using rotary body-shaped tools.
Dieses Herstellungsverfahren weist entscheidende Nachteile auf. Zunächst wird das Gefüge des Aluminiumringkörpers an der Schweißstelle geändert, indem es dort eine gussähnliche Struktur erhält, wodurch die Festigkeit an der Schweißstelle wesentlich herabgesetzt wird. Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass insbesondere die Ermüdungsfestigkeit auf einen Bruchteil der ursprünglichen Festigkeit vermindert wird, so dass eine so ausgebildete Felge an den Nahtstellen bruchanfällig wird, was fatale Folgen haben kann.This manufacturing process has major disadvantages. First of all, the structure of the aluminum ring body at the welding point is changed by giving it a cast-like structure, which significantly reduces the strength at the welding point. The tests carried out showed that in particular the fatigue strength is reduced to a fraction of the original strength, so that a rim formed in this way is prone to breakage at the seams, which can have fatal consequences.
Darüber hinaus bewirkt die ungleiche Flächenpressung weitere grosse Nachteile. Das, gegenüber Stahl, weiche Aluminium reagiert stark auf ungleiche Flächenpressungen, so dass äussere Einflüsse, wie Schläge, leicht zu Deformationen der Felge führen.In addition, the uneven surface pressure causes further major disadvantages. The aluminum, which is soft compared to steel, reacts strongly to uneven surface pressures, so that external influences such as impacts easily lead to deformation of the rim.
Zweck der Erfindung ist es nunmehr, die obenerwähnten Nachteile zu beheben und ein Verfahren zur Herstellung von als Ringkörper ausgebildeten, profilierten Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugfelgen aus Aluminium, vorzuschlagen, so dass die eingangs geschilderten Nachteile vermieden werden. Dieser Zweck wird mittels des vorgeschlagenen Verfahrens erreicht. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass der zu bearbeitende, ringförmige Körper am Umfang frei hängend abgestützt in Rotation versetzt und an der Stützstelle sowohl an der Innenals auch an der Aussenseite mit dem gleichen spezifischen Druck profiliert wird.The purpose of the invention is now to remedy the disadvantages mentioned above and to propose a method for producing profiled workpieces designed as annular bodies, in particular vehicle rims made of aluminum, so that the disadvantages described at the outset are avoided. This purpose is achieved using the proposed method. The method according to the invention consists in the fact that the ring-shaped body to be machined is set in rotation so as to be freely suspended on the circumference and is profiled at the support point with the same specific pressure both on the inside and on the outside.
Zu Bildung des rohrförmigen Rohlings wird Aluminiumschmelze entweder in eine entsprechende metallische Dauerform vergossen oder unter hohem Druck der Form zugeführt.To form the tubular blank, molten aluminum is either poured into a corresponding permanent metal mold or fed to the mold under high pressure.
Um den erwünschten gleichmässigen spezifischen Druck auf der Innen- und der Aussenseite des Ringkörpers zu erreichen, erfolgt das Profilformen desselben mit der konvexen Aussenseite des einen und mit der konkaven Innenseite des anderen Werkzeuges, welche Werkzeuge gemeinsam und jeweils an der gleichen Stelle des ringförmigen Teiles eingesetzt werden.In order to achieve the desired uniform specific pressure on the inside and the outside of the ring body, the profile is formed with the convex outside of one tool and with the concave inside of the other tool, which tools are used together and in each case at the same location on the ring-shaped part will.
Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens weist ein Aussenwerkzeug mit innerer Profilierungsfläche und ein innerhalb des Aussenwerkzeuges angeordnetes Innenwerkzeug mit äusser Profilierungsfläche auf.The device for performing the method has an outer tool with an inner profiling surface and an inner tool arranged inside the outer tool with an outer profiling surface.
Es wird nachstehend gezeigt, dass bei der Einhaltung der vorangehend definierten Merkmale die gestellte Forderung erfüllt wird, indem der spezifische Druck auf der Innenseite und auf der Aussenseite des Werkstückes annähernd gleich bleibt. Dies bedeutet aber, dass mit der gleichen Einrichtung bei Bedarf sowohl Stahl- wie auch Leichtmetallfelgen problemlos hergestellt werden können. Dadurch wird eine wesentliche Vereinfachung und Verbesserung der Felgenproduktion erreicht.It is shown below that if the features defined above are observed, the requirement is met by the specific pressure on the inside and on the outside of the workpiece remaining approximately the same. However, this means that both steel and light alloy rims can be easily manufactured with the same device if required. This significantly simplifies and improves rim production.
Auf beiliegender Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt und zwar zeigen:
- Fig. 1 die rein schematische Anordnung einer bekannten Anlage;
- Fig. 2 die rein schematische Anordnung einer Anlage wie vorgeschlagen;
- Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine Einrichtung, geeignet für die Ausführung DES VERFAHRENS GEM
A SS DER ERFINDUNG. - Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch die Einrichtung; und
- Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung derselben.
- Figure 1 shows the purely schematic arrangement of a known system.
- Figure 2 shows the purely schematic arrangement of a system as proposed.
- Fig. 3 is a vertical section through a device suitable for carrying out the PROCESS GEM
A SS OF THE INVENTION. - 4 shows a horizontal section through the device; and
- Fig. 5 is a diagrammatic representation of the same.
Zur Herstellung eines rohrförmigen Rohlings, welcher keine Naht aufweisen darf, wird ein Aluminiumrohr mit Hilfe einer Strangpresse hergestellt, mittels welcher unter allseitigem Druck in einer einzigen Umformstufe eine grosse Formänderung erreicht wird. Ein Rohr wird aus vorerst gegossenen, runden Strängen hergestellt, die auf Presstemperatur erhitzt in den Blockaufnehmer einer Strangpresse eingeführt und mittels Stempel durch eine Matrize gepresst werden. Es entsteht ein rohrförmiges Gebilde, welches keine Naht aufweist und welches dann in einzelne ringförmige Teile zerlegt wird. Die ringförmigen Teile weisen eine Breite auf, welche annähernd der Breite des Ringkörpers entsprichen, der zu Felgen geformt werden soll. Bei diesem Vorgang erfolgt die Profilierung auf der Aussenseite mit dem gleichen spezifischen Druck wie auf der Innenseite.To produce a tubular blank, which must not have a seam, an aluminum tube is produced with the help of an extrusion press, by means of which a large change in shape is achieved in a single forming step under all-round pressure. A tube is made of initially cast, round strands, which are heated to the press temperature and inserted into the block receiver of an extrusion press and pressed through a die by means of a punch. The result is a tubular structure which has no seam and which is then broken down into individual ring-shaped parts. The ring-shaped parts have a width which corresponds approximately to the width of the ring body which is to be shaped into rims. With this The process is profiled on the outside with the same specific pressure as on the inside.
Die Weiterbearbeitung erfolgt in der Anlage nach Fig. 2. Das Werkstück 4 ist als Ringkörper ausgebildet und wird mit Hilfe von zwei zusammenwirkenden, rotationskörperförmigen Werkzeugen profilgeformt. Zu diesem Zweck ist eine innere Rolle 5 vorgesehen, mittels welcher die innere Seite des Werkstückes 4 entlang der gemeinsamen Berührungslinie bei A bearbeitet wird. Die äussere Fläche des Werkstückes 4 wird mit Hilfe einer äusseren Rolle 6 geformt, welche das Werkstück entlang der gleichen Linie A, aber aussen berührt. Die innere Rolle 5 berührt das Werkstück 4 mit ihrer konvexen Aussenseite, während die äussere Rolle 6 das Werkstück 4 mit ihrer inneren, konkaven Innenseite berührt. Die Flächenpressung auf der Aussenseite wird mit Pa und die Flächenpressung auf der Innenseite mit Pi bezeichnet. Die innere Rolle 5 weist einen Radius ri, das Werkstück einen Radius rw und die äussere Rolle, welche zweckmässigerweise als Ring ausgebildet ist, einen Radius ra auf.Further processing takes place in the system according to FIG. 2. The
Die Berechnung des spezifischen Innendruckes und Aussendruckes Pi und Pa erfolgt wiederum mit Hilfe der Herzschen Formel und ergibt als Resultat, dass: pi = pa.The calculation of the specific internal pressure and external pressure P i and P a is again carried out using the Herz formula and results as a result that: pi = pa.
Das Verhältnis des Radius rw des Werkstückes 4 zum Radius ri der inneren Rolle 5 kann z.B. 1,5 betragen.The ratio of the radius rw of the
Aufgrund der Fig. 3, 4 und 5 wird nun der praktische Aufbau eines Beispiels einer Einrichtung, geeignet für die Ausübung des Verfahrens, n
Eine solche Einrichtung weist z.B. ein Gehäuse 7 auf, in welchem mit Hilfe von Kugellagern 8 ein Aussenring 9 gelagert ist, der zur Aufnahme des Aussenwerkzeuges 10 dient. Dieses Aussenwerkzeug 10 ist ringförmig ausgebildet und weist eine innere Profilierungsfläche 11 auf. Mit dem Aussenwerkzeug 10 arbeitet ein Innenwerkzeug 12 zusammen, welches ebenfalls als Rotationskörper ausgebildet ist und eine äussere Profilierungsfläche 13 besitzt, welche dem Abdruck der Profilierungsfläche 11 entspricht. Der Durchmesser des inneren Werkzeuges 12 ist wesentlich kleiner als der Durchmesser des Aussenwerkzeuges 10, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass die Aussenfläche des inneren Werkzeuges 12 die Innenfläche des äusseren Werkzeuges 10 berührt. An der Berührungsstelle erfolgt die Profilierung des Werkstückes 14 in der Weise, dass das Innenwerkzeug 12 gegen das Aussenwerkzeug 10 gepresst wird. Das Gehäuse 7 ist vorne durch einen ringförmigen Lagerdeckel 15 begrenzt.Such a device has e.g. a
Das Innenwerkzeug 12, welches in der Fig. 5 nicht dargestellt ist, ist auf einer Welle 16 gelagert, welche sich durch das Gehäuse 7 hindurch erstreckt und ausserhalb des Gehäuses mit Hilfe von zwei in vertikaler Richtung in der Höhe beweglichen Lagern 17 und 18 gelagert ist. Am andern, dem Innenwerkzeug 12 abgekehrten Ende der Welle 16 ist mittels einer flexiblen Kupplung 19 ein Hydraulikmotor 20 angeflanscht.The
Zur vertikalen Höhenverschiebung der Welle 16 sind die Lager 17 und 18 in Gleitorgangen 21 und 22 angeordnet, die ihrerseits in Lagerführungen 23 und 24 Aufnahme finden. Die Gleitorgane 21 und 22 stehen unter dem Einfluss von hydraulischen Pressen 25 und 26, deren Kolbenstangen 27, 28 mit den Gleitorganen 21 und 22 verbunden sind. Die hydraulische Presse 25 ist wesentlich grösser dimensioniert als die hydraulische Presse 26, da, durch die Hebelarmverhältnisse bedingt, mit der Presse 25 ein wesentlich grösserer Druck ausgeübt werden muss als mit der Presse 26, wobei die Bewegung der beiden Pressen gekoppelt ist und mit Hilfe von Glasmaßstäben 29 überwacht wird.For the vertical height shift of the
Mit 30 ist ein weiterer Hydraulikmotor bezeichnet, welcher zum Antrieb des Aussenwerkzeuges 10 dient. Vollständigkeitshalber sei noch erwähnt, dass eine weitere Welle 31 zur Aufnahme einer Seitenführung 32 dient, mittels welcher die Zentrierung des Werkstückes 14 in nicht näher beschriebener Weise erfolgt. Der Zu- und Abtransport des Werkstückes erfolgt mit Hilfe eines nicht dargestellten Lade-Entladekorbes, welcher auf einer axial verschiebbaren Welle 33 Aufnahme findet. Schliesslich sei noch erwähnt, dass zur Schwenkung der Seitenführung 32 ein Pneumatikzylinder 34 mit Übersetzung vorhanden und an der Seitenplatte 35 befestigt ist.30 is another hydraulic motor, which serves to drive the
Die zu bearbeitenden Felgen werden automatisch zugeführt, wobei die dazu notwendige Felgentransporteinrichtung an den Flanschen 36 des Gehäuses 7 befestigbar ist. Das zu bearbeitende Werkstück 14 gelangt auf das Innenwerkzeug 12, welches im Durchmesser wesentlich kleiner ist als die kleinste zu bearbeitende Felge. Die Zentrierung erfolgt mittels der Seitenführung 32. Bei all diesen Operationen nimmt die Welle 16 eine untere Lage ein, in welcher die Kolbenstangen 27 und 28 eingezogen sind. Zur Durchführung der Profilierung wird mittels der hydraulischen Pressen 25 und 26 Druck ausgeübt, so dass die Kolbenstangen 27 und 28 ausfahren und die Welle 16 nach oben verschieben, wobei diese stets eine horizontale Lage einhält. Dies kann mittels der Glasmaßstäbe 29 kontrolliert werden. Die eigentliche Profilierung erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Aussenwerkzeug 10 in der Weise, dass die entsprechenden Teile in Rotation versetzt werden, wobei gleichzeitig Druck ausgeübt wird. Nach Fertigstellung des Werkstückes, d.h. nachdem dieses die gewünschte Profilform angenommen hat, werden die Kolbenstangen 27 und 28 wieder eingefahren, so dass das fertige Werkstück am Innenwerkzeug 12 durchhängend aufliegt und vom Aussenwerkzeug 10 nicht mehr gehalten wird. Mit Hilfe der Lade-Entladekörbe wird das fertige Werkstück vom Innenwerkzeug 12 abgehoben und zur Weiterförderung einem Transporter übergeben.The rims to be machined are fed automatically, the rim transport device required for this being attachable to the
Mit der beschriebenen Einrichtung können als Ringkörper ausgebildete Werkstücke, insbesondere Fahrzeugfelgen, sowohl aus Stahl als auch aus Leichtmetall, wie z.B. Aluminium, bearbeitet werden. Wie eingangs erwähnt, sind die auftretenden Flächenpressungen beim Profiliervorgang auf der Innenseite und auf der Aussenseite des Werkstückes gleich, so dass bei der Bearbeitung von Aluminiumfelgen keine Probleme entstehen. In dieser Weise kann die Fahrzeugfelgenproduktion vereinfacht, verbilligt und beschleunigt werden.With the device described, workpieces designed as ring bodies, in particular vehicle rims, can be machined both from steel and from light metal, such as aluminum. As mentioned at the beginning, the surface pressures occurring during the profiling process on the inside and on the outside of the workpiece are the same, so that during machining no problems arise from aluminum rims. In this way, the production of vehicle rims can be simplified, cheaper and accelerated.
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