EP0671983B1 - Verfahren und linearumformmaschine zum richten von stabförmigem richtgut - Google Patents

Verfahren und linearumformmaschine zum richten von stabförmigem richtgut Download PDF

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EP0671983B1
EP0671983B1 EP94900741A EP94900741A EP0671983B1 EP 0671983 B1 EP0671983 B1 EP 0671983B1 EP 94900741 A EP94900741 A EP 94900741A EP 94900741 A EP94900741 A EP 94900741A EP 0671983 B1 EP0671983 B1 EP 0671983B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
tools
forming machine
straightening
straightened
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP94900741A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0671983A1 (de
Inventor
Werner F. Schwenzfeier
Josef Gahleitner
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.)
Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann AG filed Critical Mannesmann AG
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
    • 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
    • B21D1/00—Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B21D1/05—Stretching combined with rolling

Definitions

  • the invention relates to a method and a linear forming machine for straightening rolled, forged and / or extruded rod-shaped material to be straightened, in particular rails or similar profiles according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a method is known from SU-A-11 48 663.
  • Rolled, forged or extruded products are - due to the manufacturing process - generally not exactly straight and must therefore be straightened.
  • the material to be straightened is completely or partially plastically deformed, using well-known and proven straightening methods such as stretch straightening, bending straightening or twisting.
  • Bending straightening can be used to straighten almost any cross-sectional shape (flat, round, polygonal, even irregularly profiled). Through multiple partial plasticization of the cross-sections of the material to be straightened during bending straightening, complex residual stress states arise, which often question the straightening effect. Another disadvantage is that the straightening ends, the length of which corresponds approximately to one to two times the roller division, remain undirected.
  • Twisting is only suitable as a straightening process for straightening goods with a circular or circular cross-section.
  • the edge areas are plastically deformed more than the central area.
  • the method can only be used to a very limited extent. It is unsuitable for straightening goods with a rectangular or non-rotationally symmetrical cross-section, such as rails or the like.
  • the disadvantage of this method is that it can only be carried out discontinuously, except for thin strip-shaped material to be straightened, the clamping ends remaining undirected and, moreover, possibly being damaged by the tensioning mechanisms until they cannot be used.
  • the leveling forces are large and grow with the level of the leveling material.
  • the straightening machine length must be greater than the straightening length.
  • the object of the present invention is to use the advantages of the known methods and to avoid their disadvantages by means of a novel straightening method.
  • the individual straightening sections should be completely plastically deformed so that only residual stresses remain in the respective straightening section due to the yield stress differences.
  • the straightening goods should be straightened over their entire length.
  • the machine for carrying out the novel method should be simple and as small as possible in size.
  • a method is proposed according to the invention according to which the compressive stresses in the leveling material are built up by opposing frictional shear stresses introduced on the surface of the leveling material and that the plastic deformation of the leveling material takes place through continuous build-up and reduction of the compressive forces in a defined working range of the longitudinally advanced leveling material, whereby material with cross-sectional zones of differently large flow stresses is guided in a defined curved path during the deformation.
  • this process which is referred to as "upsetting straightening”
  • compressive stresses are built up in the longitudinal direction of the straightening material, which allow the straightening material cross sections to flow completely plastically.
  • the residual stresses remaining in the straightening material are to be influenced in such a way that the straightening effect achieved meets the straightness requirements after the relief.
  • the compressive stresses are built up in the longitudinal direction of the straightening material by mutually opposing frictional shear stresses introduced at the straightening material surface. This considerably reduces the length of the required machines.
  • the continuous, non-positive straightening tension build-up and reduction of the compressive stresses in the longitudinal direction of the straightening material by the clamping elements on the surface of the straightening material enables the length of the plastic zone to be limited, and that lengthways to straighten forward straightening goods continuously. Practically unlimited lengths of straightening goods can be processed continuously if successive straightening strands are pushed together and thus form a single strand.
  • a linear forming machine for straightening rolled, forged and / or extruded straightening material, in particular rails or similar profiles by plastic deformation in the longitudinal direction of the straightening material is characterized in accordance with the invention in that several similar tools are arranged one after the other on a partial length on both sides of the straightening material and at a distance that is variable in the longitudinal direction of the straightening material Surface areas of the straightened material can be non-positively applied.
  • a correspondingly large change in the distance between the tools that are non-positively applied to the material to be straightened causes its plastic deformation between these tools.
  • This embodiment permits continuous linear stretching or upsetting with small degrees of plastic deformation and is therefore particularly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the speed of the tools which can be applied to one another can preferably be successively changed relative to the speed of the drive systems common to them.
  • a feature of the guide variant A of the invention provides that the tools are arranged on both sides of the leveling material in a common endless drive system in a plane parallel to the leveling line longitudinal axis and at least in the area to be leveled corresponding to leveling part length on their sides facing away from the leveling material with guideways, and with Means are provided by means of which the distances between adjacent tools can be changed at least in the effective area of the tools during the rotation of the drive systems.
  • the "non-positive compression straightening" required normal forces of the tools in the straightening zone are brought about by the guideways which press the tools against the straightening goods.
  • each endlessly rotating propulsion system can have a chain rotating at an approximately uniform speed, on the brackets of which the tools for changing the distance are tiltably attached in the longitudinal direction of the material.
  • Ropes, link belts or similar traction systems are also conceivable.
  • electromechanically or hydraulically controlled drives which are each provided between two adjacent tools, can also be considered as means for changing the distance between adjacent tools.
  • a particularly favorable feature of variant A of the invention provides that, in order to change the distance between adjacent tools, each tool is provided with a plurality of support and guide rollers which can be moved on the guideways and which roll on guideway halves which run differently in the direction of passage, impart a different speed to the tool from the adjacent tool.
  • the support and guide rollers on the one hand, the necessary tool pressure force can be transferred from the target to the supporting guideways, and on the other hand, a tool movement in the longitudinal direction of the target relative to the drive system in the longitudinal direction of the target can be caused.
  • each tool consists of a freely adjustable friction shoe, which is articulated transversely to the direction of flow on a tool holder and assigned support and guide rollers, then the tools or their friction shoes can be adjusted with the aid of the different and appropriately trained guideways running rollers are tilted so that they move away from or approach relative to adjacent tools. With the normal force applied at the same time, the area of the material to be straightened between two tools is stretched or compressed.
  • the contact surfaces of the friction shoes are advantageously provided with a friction lining with a high coefficient of friction in order to be able to keep the necessary contact forces low.
  • the contact pressure of the tools against the target can be adjustable.
  • the variant B of a linear forming machine for carrying out the method according to claims 1 and 2 for straightening rolled, forged and / or extruded elongated straightening material, in particular rails or similar profiles by plastic deformation in the longitudinal direction of the straightening material is characterized in that two similar tool groups at a defined distance from one another
  • the length of the material to be straightened can be applied in a force-fitting manner and can be moved in opposite directions to one another in the applied state. If the gripping tools (friction shoes) are guided on a defined curved path, the compression is overlaid with a bending component which is dimensioned such that it can compensate for the expected elastic straightening back bending.
  • the tool groups consist of clamping elements encompassing the straightening material on several sides and that the contact pressure of the tools or clamping elements against the straightening material is adjustable.
  • the tools and their drive required for upsetting can be moved together with the straightening goods in a common machine frame, so that during its continuous passage the gripping tool groups grasp and squeeze the straightening goods frictionally and detach them from the straightening goods run back so that "quasi continuously" can be straightened.
  • Hydraulic cylinders and pistons come as upsetting drives. Eccentric or spindle drives into consideration. The periodic forward and backward movement can be carried out hydraulically in a proven manner, by means of crank drives or other electromechanical gears.
  • the path curvature required to compensate for the elastic bending back of straightened material with a flow stress of different sizes over the cross-section is adjustable according to another feature of the invention and designed according to the respective requirements.
  • 1 and 2 denote two rotating drive systems of a linear forming machine according to variant A of the invention, which consist of chains rotating endlessly around the driven chain wheels 3 and 4.
  • Tool carriers 11 are articulated evenly distributed on each drive system on pivot pins 5, which are supported on guide tracks 8, 9 via support and guide rollers 6, 7 and are equipped with friction shoes 10 at their ends facing the target material R, which can be tilted on the tool carrier 11 12 are articulated.
  • FIG. 2 A cross section through the linear forming machine according to FIG. 1 is shown in FIG. 2, two supporting and guide rollers 7 and two supporting and guide rollers 6 in guide track halves 8 and 9 being recognizably assigned.
  • the tool carrier 11 is connected to the brackets of the drive system 1 or 2 via articulated bolts 5; Articulated bolts 12 are provided between the friction shoe 10 and the tool carrier 11 for the articulated mounting of the friction shoes 10.
  • the guideways or their halves 8, 9 are fastened to a stable welded construction which is able to absorb the bending forces resulting from the pressing forces of the friction shoes.
  • the necessary hydraulic preload forces are transferred between the machine frame halves via several symmetrically arranged tie rods.
  • the guideway halves 8 and 9 run at different heights ( Figure 1) with different inclinations and cause the tool carriers 11 articulated on the drive systems 1 and 2 to pivot about the articulation pin 5 in accordance with the course of the guideways 8, 9 ( Figure 3).
  • Figure 1 the friction shoe 10 moves to the right in the plane of the drawing and thus introduces a force into the surface of the leveling product R via the frictional engagement with the leveling product R.
  • the movement of the friction shoe 10 relative to the adjacent friction shoe can be set differently, so that compressive or tensile forces are introduced between the friction shoes, which stretch or compress the straightening material R.
  • the drive systems 1, 2 run at an approximately uniform speed and also move the tools approximately uniformly via the hinge pins 5. During the orbital movement of the tools, these are supported on the guideway halves 8, 9 via the support and guide rollers 6, 7, so that the clamping forces necessary for the frictional construction of the tensile or compressive forces can be generated.
  • the guide track halves 8, 9 which are inclined in a characteristic manner with respect to one another have the effect that the tilting elements are inevitably tilted during the rotation of the drive systems, as a result of which the linear speed of the tools is changed in relation to the uniform speed of the drive systems in such a way that a relative movement arises between the adjacent tools, through which the clamped material is deformed by defined amounts.
  • both drive systems are provided with mutually opposite, identical guideways, between which the straightening material R is clamped via the tools and their mechanism.
  • the longitudinal forming forces of the material to be straightened are absorbed in the drive systems, the expansion of which is taken into account when designing the guideways.
  • the tool speed which differs from the drive system speed and the clamping forces between the guideways, builds up a non-positive tension on the leveling material R, which is present with a positive difference between tool and drive system speed as pressure and with a negative difference as train.
  • This tension causes a plastic deformation of the material to be formed in the middle of the machine Size is given by the speed difference of the friction shoes between the inlet and outlet area. In the outlet area of the machine, the tension is reduced in the inlet area in the same way as the build-up of tension.
  • the position of the articulation points 12 of the friction shoes 10 is to be calculated in such a way that the load on the tool in the contact surface length of the friction shoes 10 on the leveling material R is uniform.
  • the joint 10 ensures that the friction shoes 10 do not lift off the friction material R when the tool carrier 11 is tilted.
  • the guide rollers 6, 7 can be replaced by other suitable machine elements, for example sliding shoes.
  • FIGS. 4 to 10 show another linear forming machine according to the invention of variant B, with which the method according to claim 2 can be carried out.
  • the two tool groups of the linear forming machine are designated, which sit on the machine frame 15 and 16 movable in the longitudinal direction of the material.
  • the machine frames 15, 16 are positively connected to one another via the tie rods 17 and the hydraulic cylinders 18 and can be displaced in the longitudinal direction of the material by the hydraulic cylinders 19.
  • the fixing blocks 20 for supporting the leveling material are movable on the tie rods 17 through which they are guided.
  • the sliding surface 21 and the eccentric 22 allow the tool group 14 to be inclined relative to the machine frame 16.
  • the compression straightening machine works as follows:
  • Clamping elements of the tool groups 13 and 14 grip the uniformly longitudinally directed material R and thereby build up clamping forces which are sufficient for the frictional transmission of the longitudinal compressive stress necessary for plastic upsetting. They are moved in synchronism with the target in the longitudinal direction.
  • the length of the leveling material to be straightened is curved between the tool groups 13 and 14 by the fixing blocks 20 in accordance with the expected elastic bending back of leveling material R with a flow strength of different size over the cross section.
  • the fixing blocks 20 also prevent the straightening goods R from buckling.
  • the position of the tool group 14 is adjusted according to the desired straightening goods curvature with the eccentric 22 on the sliding surface 21.
  • the forces required for plastic upsetting are applied by the hydraulic cylinders 18 and transmitted between the tool groups 13 and 14 via the tie rods 17 and the machine frames 15 and 16.
  • the clamping elements of the tool groups 13 and 14 are released, the fixing blocks 20 are opened, the hydraulic cylinders 18 are brought into their starting position and the machine is guided in reverse by the hydraulic cylinders 19 against the movement of the leveling material until an area which has not yet been straightened is reached and again can be grasped.
  • the forward and return paths of each compression straightening period are coordinated so that a small part of the area directed in the previous step is included. Due to the increase in cross-section during compression straightening and the resulting solidification, this area will be deformed less plastically in the subsequent step than the area that has not yet been straightened.
  • this effect has a stabilizing effect on the compression straightening process.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Forging (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Linearumformmaschine zum Richten von gewalztem, geschmiedetem und/oder stranggepreßtem stabförmigem Richtgut, insbesondere Schienen oder ähnlichen Profilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus der SU-A-11 48 663 bekannt. Gewalzte, geschmiedete oder stranggepreßte Erzeugnisse sind - herstellverfahrensbedingt - im allgemeinen nicht exakt gerade und müssen deshalb gerichtet werden. Dazu wird das Richtgut ganz oder teilweise plastisch verformt, wobei seit langem bekannte und bewährte Richtverfahren wie Reckrichten, Biegerichten oder Tordieren angewendet werden.
  • Besonders verbreitet ist das Biegerichten. Durch schrittweises Biegen in einer Biegerichtpresse oder durch kontinvierliches Hin- und Herbiegen beim Durchlaufen einer Rollenmaschine wird der Richtgutquerschnitt nur partiell plastisch verformt, da der Querschnittsbereich in der Nähe der neutralen Zone stets nur elastisch gedehnt oder gestaucht werden kann. Um möglichst große Querschnittsanteile zu plastifizieren, müssen so große Krümmungen aufgebracht werden, daß die Richtgutrandschichten um ein mehrfaches der Streckgrenzendehnung verformt werden. Der innere Bereich in der Nähe der "neutralen Zone" wird nur elastisch gedehnt oder gestaucht.
  • Durch Biegerichten läßt sich nahezu jede Querschnittsform (flach, rund, polygonal, auch irregulär profiliert) richten. Durch mehrfaches gegensinniges Teilplastifizieren der Richtgutquerschnitte beim Biegerichten entstehen komplexe Eigenspannungszustände, die oft den Richteffekt in Frage stellen. Weiter ist nachteilig, daß die Richtgutenden, deren Länge etwa dem Ein- bis Zweifachen der Rollenteilung entspricht, ungerichtet bleiben.
  • Das Tordieren ist als Richtverfahren nur für Richtgut mit kreis- oder kreisringförmigem Querschnitt geeignet. Durch gegensinniges Verdrehen der Richtgutenden werden die Randbereiche mehr als der Zentralbereich plastisch verformt. Zwar ist der Kraft- und Arbeitsbedarf zum Tordieren gering und somit die erforderliche Maschine weniger aufwendig, doch ist das Verfahren nur sehr begrenzt einsetzbar. Für Richtgut mit rechteckigem oder nicht rotationssymmetrischem Querschnitt wie Schienen oder ähnliches ist es ungeeignet.
  • Das theoretisch einfachste Verfahren ist das Reckrichten. Mit Zangen oder ähnlichen Mechanismen werden an einander gegenüberliegenden Richtgutenden Zugkräfte eingeleitet, die den gesamten Richtgutquerschnitt plastisch fließen lassen. Der dadurch erreichbare Richteffekt ist gut. Die nach dem Entlasten verbleibenden Eigenspannungen sind niedrig und hängen im wesentlichen nur von den in jeweiligen Richtgutquerschnitt vorliegenden Fließspannungsdifferenzen ab. Liegt eine nicht symmetrische Differenzverteilung vor- wie sie bspw. partiell gehärteten Schienen auftritt -, so kann die auftretende Richtgutkrümmung durch das Richten nicht abgebaut werden.
  • Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß es - ausgenommen an dünnem bandförmigem Richtgut - nur diskontinuierlich ausführbar ist, wobei die Einspannenden ungerichtet bleiben und darüber hinaus möglicherweise durch die Spannmechanismen bis zur Unbrauchbarkeit beschädigt werden. Die Richtkräfte sind groß und wachsen mit dem Richtgutquerschnitt. Die Richtmaschinenlänge muß größer als die Richtgutlänge sein.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch ein neuartiges Richtverfahren die Vorteile der bekannten Verfahren zu nutzen und deren Nachteile zu vermeiden. Die einzelnen Richtgutquerschnitte sollen vollständig plastisch verformt werden, so daß nur Eigenspannungen auf Grund der Fließspannungsdifferenzen im jeweiligen Richtgutquerschnitt verbleiben. Das Richtgut soll in ganzer Länge gerichtet werden. Die Maschine zur Durchführung des neuartigen Verfahrens soll einfach und möglichst von geringer Baugröße sein.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, nach dem die Druckspannungen im Richtgut durch an der Richtgutoberfläche eingeleitete gegensinnige Reibschubspannungen aufgebaut werden und daß die plastische Verformung des Richtgutes durch kontinuierlichen Auf- und Abbau der Druckkräfte in einem festgelegten Arbeitsbereich des längs vorgeschobenen Richtgutes erfolgt, wobei Richtgut mit Querschnittszonen unterschiedlich großer Fließspannungen während der Verformung in einer definiert gekrümmten Bahn geführt wird. Bei diesem als "Stauchrichten" zu bezeichnenden Verfahren werden in Richtgutlängsrichtung Druckspannungen aufgebaut, die die Richtgutquerschnitte vollständig plastisch fließen lassen.
  • Durch die Verformung in einer definiert gekrümmten Bahn sollen die im Richtgut verbleibenden Eigenspannungen so beeinflußt werden, daß nach der Entlastung der erzielte Richteffekt den Geradheitsanforderrungen genügt.
  • Zwar ist es bekannt (DE-OS 16 27 512) zur Korrektur der infolge Härteverzuges von Spindeln, Räumnadeln oder dergleichen eingetretenen Längenveränderungen und Durchmessereinschnürungen der Werkstücke in einem zylindrischen Aufnahmerohr zu stauchen, doch hat dieses Verfahren zum Ziel, die Maßgenauigkeit der zuvor spanabhebend bearbeiteten Werkstücke wieder herzustellen und nicht dieselben gerade zu richten. Gekrümmte Werkstücke könnten in das Aufnahmerohr gar nicht eingeführt werden. Zum Richten von Schienen oder dergleichen Profilen ist das bekannte Verfahren ungeeignet.
  • Erfindungsgemäß werden die Druckspannungen in Richtgutlängsrichtung durch an der Richtgutoberfläche eingeleitete einander entgegengerichtete Reibschubspannungen aufgebaut. Dadurch reduziert sich die Länge der erforderlichen Maschinen erheblich. Der kontinuierliche kraftschlüssige Richtspannungsauf- und -abbau der Druckspannungen in Richtgutlängsrichtung durch die Klemmelemente an der Richtgutoberfläche ermöglicht es, die Länge der plastischen Zone zu begrenzen und das längs vorgeschobene Richtgut kontinuierlich zu richten. Praktisch unbegrenzte Längen von Richtgut lassen sich kontinuierlich verarbeiten, wenn aufeinanderfolgende Richtgutstränge aufeinandergestoßen werden und so einen einzigen Strang bilden.
  • Eine Linearumformmaschine zum Richten von gewalztem, geschmiedetem und/oder stranggepreßtem Richtgut, insbesondere Schienen oder dergleichen Profilen durch plastisches Verformen in Richtgutlängsrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleichartige Werkzeuge auf einer Teillänge beidseitig des Richtgutes hintereinander und mit in Längsrichtung des Richtgutes veränderbarem Abstand an gegenüberliegenden Oberflächenbereichen des Richtgutes kraftschlüssig anlegbar sind. Eine entsprechend große Abstandsveränderung zwischen den an Richtgut kraftschlüssig angelegten Werkzeugen bewirkt dessen plastische Verformung zwischen diesen Werkzeugen. Diese Ausführung gestattet kontinuierliches lineares Recken oder Stauchen mit kleinen plastischen Umformgraden und ist deshalb besonders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit der anlegbaren Werkzeuge zueinander gegenüber der Geschwindigkeit der ihnen gemeinsamen Treibsysteme sukzessive veränderbar.
  • Ein Merkmal der Rusführungsvariante A der Erfindung sieht vor, daß die Werkzeuge an beidseitig des Richtgutes in einer gemeinsamen zur Richtgutlängsachse parallelen Ebene endlos umlaufenden Treibsystemen angeordnet sind und mindestens in dem zu richtenden Beriech der Richtgutteillänge auf ihren dem Richtgut abgewandten Seiten mit Führungsbahnen korrespondieren, sowie mit Mitteln versehen sind, durch die die Abstände zwischen benachbarten Werkzeugen während des Umlaufes der Treibsysteme mindestens im wirksamen Bereich der Werkzeuge veränderbar sind. Die zum "kraftschlüssigen Stauchrichten" erforderlichen Normalkräfte der Werkzeuge in der Richtzone werden durch die Führungsbahnen bewirkt, die die Werkzeuge gegen das Richtgut pressen. Die Kräfte in Richtgutlängsrichtung - die Stauchkräfte - werden durch die Abstandsänderung zwischen beachbarten, kraftschlüssig angepreßten Werkzeugen kontinuierlich auf- und abgebaut. Jedes endlos umlaufende Treibsystem kann nach einem Merkmal der Erfindung eine mit etwa gleichformiger Geschwindigkeit umlaufende Kette aufweisen, an deren Laschen die Werkzeuge zur Abstandsänderung in Richtgutlängsrichtung kippbar befestigt sind. Auch Seile, Gliederbänder oder dergleichen Zugsysteme sind denkbar.
  • Als Mittel zur Abstandsveränderung benachbarter Werkzeuge kommen neben anderen mechanischen Antrieben auch elektromechanisch oder hydraulisch gesteuerte Antriebe in Betracht, die jeweils zwischen zwei benachbarten Werkzeugen vorgesehen sind.
  • Ein besonders günstiges Merkmal der Erfindungsvariante A sieht vor, daß zur Abstandsänderung benachbarter Werkzeuge jedes Werkzeug mit mehreren auf den Führungsbahnen bewegbaren Stütz- und Führungsrollen versehen ist, die auf in Durchlaufrichtung unterschiedlich verlaufenden Führungsbahnhälften abrollend, dem Werkzeug eine vom benachbarten Werkzeug unterschiedliche Geschwindigkeit erteilen. Mit den Stütz- und Führungsrollen läßt sich einerseits die notwendige Werkzeugandrückkraft vom Richtgut auf die abstützenden Führungsbahnen übertragen und andererseits auch eine Werkzeugbewegung in Richtgutlängsrichtung relativ zum Treibsystem in Längsrichtung des Richtgutes hervorrufen. Wenn nämlich, wie ein weiteres Erfindungsmerkmal vorgesehen, jedes Werkzeug aus einem quer zur Durchlaufrichtung gelenkig an einem Werkzeugträger gelagerten, frei einstellbaren Reibschuh und den Führungsbahnen zugeordneten Stütz- und Führungsrollen besteht, dann können die Werkzeuge bzw. deren Reibschuhe mit Hilfe der auf verschiedenen und entsprechend ausgebildeten Führungsbahnen ablaufenden Rollen so gekippt werden, daß sie sich relativ zu benachbarten Werkzeugen entfernen oder diesen annähern. Mit gleichzeitig aufgebrachter Normalkraft wird der jeweils zwischen zwei Werkzeugen befindliche Bereich des Richtgutes gereckt oder gestaucht.
  • Günstigerweise sind die Kontaktflächen der Reibschuhe mit einem Reibbelag mit hohem Reibwert versehen, um die notwendigen Anpresskräfte gering halten zu können. Darüber hinaus kann zusätzlich die Anpreßkraft der Werkzeuge an das Richtgut einstellbar sein.
  • Die Ausführungsvariante B einer Linearumformmaschine zur verfahrensdurchführung nach den Ansprüchen 1 und 2 zum Richten von gewalztem, geschmiedetem und/oder stranggepreotem langgestrecktem Richtgut, insbesondere Schienen oder ähnlichen Profilen durch plastisches Verformen in Richtgutlängsrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichartige Werkzeuggruppen in definiertem Abstand zueinander an einer Richtgutteillänge kraftschlüssig anlegbar sind und im angelegten Zustand gegensinnig aufeinander zu bewegbar sind. Werden die Greifwerkzeuge (Reibschuhe) dabei auf einer definiert gekrümmten Bahn geführt, dann wird der Stauchung eine Biegekomponente überlagert die so bemessen ist, daß sie die zu erwartende elastische Richtgutrückbiegung kompensieren kann.
  • Es ist vorgesehen, daß die Werkzeuggruppen aus das Richtgut mehrseitig umgreifenden Klemmelementen bestehen und daß die Anpreßkraft der Werkzeuge bzw. Klemmelemente an das Richtgut einstellbar ist.
  • Nach einem bevorzugten Erfindungsmerkmal der Variante B ist vorgesehen, die Werkzeuge und ihren zum Stauchen erforderlichen Antrieb in einem gemeinsamen Maschinenrahmen zusammen mit dem Richtgut beweglich zu machen, damit während dessen kontinuierlichem Durchlauf die Greifwerkzeuggruppen das Richtgut während des Hinlaufs reibschlüssig fassen und stauchen und vom Richtgut gelöst rücklaufen, so daß "quasi kontinuierlich" gerichtet werden kann.
  • Als Stauchantriebe kommen Hydraulikzylinder und -kolben. Exzenter- oder Spindelantriebe in Betracht. Die periodische Vor- und Rückbewegung ist in bewährter Weise hydraulisch, durch Kurbelantriebe oder sonstige elektromechanische Getriebe zu realisieren.
  • Die zur Kompensation der elastischen Rückbiegung von Richtgut mit über dem Querschnitt partiell unterschiedlich großer Fließspannung notwendige Bahnkrümmung wird nach einem anderen Erfindungsmerkmal einstellbar und den jeweiligen Anforderungen entsprechend gestaltet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindungsvarianten A und B sind in den Figur 1 bis 10 dargestellt und werden nachfolgend im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine grob schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Linearumformmaschine der Ausführungsvariante A
    Fig. 2
    einen Querschnitt durch die Linearumformmaschine nach Figur 1.
    Fig. 3
    eine vergrößerte Darstellung eines Werkzeuges,
    Fig. 4
    eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Linearumformmaschine der Ausführungsvariante B und
    Fig. 5 bis 10
    die Arbeitsschrittte der Umformmaschine gemäß Figur 4 in sechs aufeinanderfolgenden Phasen.
  • In Figur 1 sind mit 1 und 2 zwei umlaufende Treibsysteme einer erfindungsgemäßen Linearumformmaschine der Ausführungsvariante A bezeichnet, die aus endlos um die angetriebenen Kettenräder 3 und 4 umlaufenden Ketten bestehen.
  • An jedem Treibsystem sind an Gelenkbolzen 5 kippbar gleichmäßig verteilt Werkzeugträger 11 angelenkt, die über Stütz- und Führungsrollen 6, 7 an Führungsbahnen 8, 9 abgestützt und an ihren dem Richtgut R zugewandten Enden mit Reibschuhen 10 ausgestattet sind, die an dem Werkzeugträger 11 kippbar bei 12 angelenkt sind.
  • In Figur 2 ist ein Querschnitt durch die Linearumformmaschine nach Figur 1 dargestellt, wobei erkennbar zwei Stütz- und Führungsrollen 7 und zwei Stütz- und Führungsrollen 6 in Führungsbahnhälften 8 und 9 zugeordnet sind. Der Werkzeugträger 11 ist über Gelenkbolzen 5 mit Laschen des Treibsystems 1 bzw. 2 verbunden; zur gelenkigen Lagerung der Reibschuhe 10 sind zwischen Reibschuh 10 und Werkzeugträger 11 Gelenkbolzen 12 vorgesehen. Die Führungsbahnen bzw. deren Hälften 8, 9 sind an einer stabilen Schweißkonstruktion befestigt, die in der Lage ist, die aus den Andruckkräften der Reibschuhe resultierenden Biegekräfte aufzunehmen. über mehrere symmetrisch angeordnete Zugstangen werden die notwendigen hydraulisch aufgebauten Vorspannkräfte zwischen den Maschinenrahmenhälften übertragen.
  • Die Führungsbahnhälften 8 und 9 verlaufen in unterschiedlichen Höhenlagen (Figur 1) mit verschiedenen Neigungen und bewirken, daß die an den Treibsystemen 1 und 2 angelenkten Werkzeugträger 11 um den Gelenkbolzen 5 entsprechend dem Verlauf der Führungsbahnen 8, 9 verschwenken (Figur 3). Dadurch bewegt sich der Reibschuh 10 in der Zeichnungsebene nach rechts und leitet so über den Reibschluß mit dem Richtgut R eine Kraft in die Oberfläche des Richtgutes R ein. Mit entsprechender Ausbildung der Führungsbahnen 8, 9 kann die Bewegung des Reibschuhes 10 relativ zum benachbarten Reibschuh unterschiedlich eingestellt werden, so daß zwischen den Reibschuhen Druck- oder Zugkräfte eingeleitet werden, die das Richtgut R recken oder stauchen.
  • Die Linearumformmaschine nach Figur 1 funktioniert wie folgt:
  • Die Treibsysteme 1, 2 laufen mit annähernd gleichförmiger Geschwindigkeit um und bewegen über die Gelenkbolzen 5 die Werkzeuge ebenfalls annähernd gleichförmig. Während der Umlaufbewegung der Werkzeuge werden diese über die Stütz- und Führungsrollen 6, 7 an den Führungsbahnenhälften 8, 9 abgestützt, so daß die zum reibschlüssigen Aufbau der Zug- oder Druckkräfte notwendigen Klemmkräfte erzeugt werden können. Die in charakteristischer Weise zueinander geneigten Führungsbahnhälften 8, 9 bewirken, daß die Kippelemente beim Umlauf der Treibsysteme zwangsläufig gekippt werden, wodurch die Lineargeschwindigkeit der Werkzeuge gegenüber der gleichförmigen Geschwindigkeit der Treibsysteme so verändert wird, daß zwischen den benachbarten Werkzeugen eine Relativbewegung entsteht, durch die das eingespannte Richtgut um definierte Betrage verformt verformt wird. Dies wird möglich, weil beide Treibsysteme mit einander gegenüberliegenden gleichartigen Führungsbahnen versehen sind, zwischen denen über die Werkzeuge und deren Mechanismus das Richtgut R verspannt ist. Die Längsumformkräfte des Richtgutes werden in den Treibsystemen aufgenommen, deren Dehnungen bei der Ausgestaltung der Führungsbahnen berücksichtigt sind.
  • Bis etwa zur Mitte der Linearumformmaschine wird durch die von der Treibsystemgeschwindigkeit unterschiedliche Werkzeuggeschwindigkeit und die Klemmkräfte zwischen den Führungsbahnen eine kraftschlüssig auf das Richtgut R übertragene Spannung aufgebaut, die mit einer positiven Differenz zwischen Werkzeug- und Treibsystemgeschwindigkeit als Druck und mit negativer Differenz als Zug vorliegt. Diese Spannung bewirkt im Maschinenmittenbereich eine plastische Verformung des Umformgutes, deren Größe durch die Geschwindigkeitsdifferenz der Reibschuhe zwischen Ein- und Auslaufbereich gegeben ist. Im Auslaufbereich der Maschine wird die Spannung gegengleich zum Spannungsaufbau im Einlaufbereich abgebaut.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß die Darstellung in den Zeichnungsfiguren stark übertrieben ist, in Wirklichkeit sind die Kippwinkel so klein, daß sie die typische Funktionsweise der erfindungsgemäßen Maschine kaum erkennen ließen. Die Lage der Anlenkpunkte 12 der Reibschuhe 10 ist so zu berechnen, daß die Belastung des Werkzeuges in der Kontaktflächenlänge der Reibschuhe 10 am Richtgut R gleichmäßig ist. Das Gelenk 10 stellt sicher, daß beim Kippen der Werkzeugträger 11 die Reibschuhe 10 nicht vom Reibgut R abhebt. Natürlich können im Rahmen der Erfindung die Führungsrollen 6, 7 durch andere geeignete Maschinenelemente, beispielsweise Gleitschuhe, ersetzt werden.
  • In Figur 4 bis 10 ist eine andere erfindungsgemäße Linearumformmaschine der Ausführungsvariante B dargestellt, mit der das Verfahren gemäß Anspruch 2 durchführbar ist. Mit 13 und 14 sind die beiden Werkzeuggruppen der Linearumformmaschine bezeichnet, die auf den in Richtgutlängsrichtung beweglichen Maschinenrahmen 15 und 16 sitzen. Die Maschinenrahmen 15, 16 sind über die Zuganker 17 und die Hydraulikzylinder 18 miteinander formschlüssig verbunden und können von den Hydraulikzylindern 19 in Richgutlängsrichtung verschoben werden. Die Fixierblöcke 20 zum Abstützen des Richtgutes sind auf den Zugankern 17, durch die sie geführt werden, beweglich. Die Gleitfläche 21 und der Exzenter 22 ermöglichen der Werkzeuggruppe 14, sich relativ zum Mschinenrahmen 16 schräg zu stellen.
  • Die Stauchrichtmaschine funktioniert wie folgt:
  • Klemmelemente der Werkzeuggruppen 13 und 14 greifen das gleichförmig längsbewegte Richtgut R und bauen dabei Klemmkräfte auf, die zum reibschlüssigen Übertragen der zum plastischen Stauchen notwendigen Längsdruckspannung ausreichen. Dabei werden sie synchron mit dem Richtgut in dessen Längsrichtung bewegt. Die zu richtende Richtgutteillänge wird zwischen den Werkzeuggruppen 13 und 14 durch die Fixierungsblöcke 20 entsprechend der zu erwartenden elastischen Rückbiegung von Richtgut R mit über dem Querschnitt unterschiedlich großer Fließfestigkeit gekrümmt. Zusätzlich verhindern die Fixierungsblöcke 20 auch das Ausknicken des Richtgutes R. Die Lage der Werkzeuggruppe 14 wird der gewünschten Richtgutkrümmung entsprechend mit dem Exzenter 22 auf der Gleitfläche 21 eingestellt. Die zum plastischen Stauchen erforderlichen Kräfte werden von den Hydraulikzylindern 18 aufgebracht und über die Zuganker 17 und die Maschinenrahmen 15 und 16 zwischen den Werkzeuggruppen 13 und 14 übertragen. Nach Ablauf der Stauchperiode werden die Klemmelemente der Werkzeuggruppen 13 und 14 gelöst, die Fixiersblöcke 20 geöffent, die Hydraulikzylinder 18 in ihre Ausgangslage gebracht und die Maschine durch die Hydraulikzylinder 19 im Rücklauf entgegen der Richtgutbewegung geführt, bis ein noch nicht gerichteter Bereich erreicht und von neuem gefaßt werden kann. Vor- und Rücklaufwege jeder Stauchrichtperiode werden so aufeinander abgestimmt, daß von dem im vorigen Schritt gerichteten Bereich ein kleiner Teil miterfaßt wird. Durch die beim Stauchrichten verursachte Querschnittvergrößerung und die damit konform gehende Verfestigung wird dieser Bereich im nachfolgenden Schritt weniger plastisch deformiert werden, als der noch nicht gerichtete Bereich.
  • Im Gegensatz zum Reckrichten wirkt dieser Effekt stabilisierend auf das Stauchrichtverfahren.
  • Nachfolgend wird ein typischer Arbeitsablauf der Linearumformmaschine anhand der Figuren 5 bis 10 beschrieben:
    • Fig. 5
    Beginn der Beschleungigung der Maschine durch die Schubzylinder auf Richtgutgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeitsvektoren zeigen die Verhältnisse in der linken Endlage.
    Fig. 6
    Maschinen und Schienengeschwindigkeit sind gleich groß. Die Klemmelemente greifen das Richtgut. Beginn der plastischen Stauchung zwischen den Krafteinleitungsblöcken. Maximaler Hubweg der Stauchzylinder 100 mm,
    Fig. 7
    das Ende der plastischen Stauchung ist erreicht, die Klemmelemente und die Führungselemente öffnen sich und die Abbremsung der Maschine beginnt. Die Geschwindigkeit der linken Werkzeuggruppe und des Richtgutes nach der Richtmaschine ist um die Stauchgeschwindigkeit verringert,
    Fig. 8
    die Gegenbewegung der Maschine beginnt bei unveränderter Richtgutbewegungsrichtung des Richtgutes, die Richtgutführung erfolgt durch Rollen,
    Fig. 9
    Die Maschine bewegt sich mit größerer Geschwindigkeit in der Gegenrichtung.
    Fig. 10
    Ausgangspunkt ist wieder erreicht, ein neuer Zyklus beginnt.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Richten von gewalztem, geschmiedetem und/oder stranggepreßtem stabförmigem Richtgut, insbesondere Schienen oder ähnlichen Profilen, mit dem das Richtgut durch in Richtgutlängsrichtung wirkende Druckspannungen pastisch verformt und gleichzeitig während der Verformung mindestens im plastisch fließenden Bereich des Richtgutes geführt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Druckspannungen im Richtgut durch an der Richtgutoberfläche eingeleitete gegensinnige Reibschubspannungen aufgebaut werden und daß die plastische Verformung des Richtgutes durch kontinuierlichen Auf- und Abbau der Druckkräfte in einem festgelegten Arbeitsbereich des längs vorgeschobenen Richtgutes erfolgt, wobei Richtgut mit Querschnittszonen unterschiedlich großer Fließspannungen während der Verformung in einer definiert gekrümmten Bahn geführt wird.
  2. Linearumformmaschine zum Richten von gewalztem, geschmiedetem und/oder stranggepreßtem stabförmigem Richtgut, insbesondere Schienen oder ähnlichen Profilen, in der das Richtgut durch in Richtgutlängsrichtung wirkende Druckspannungen plastisch verformt und gleichzeitig während der Verformung mindestens im plastisch fließenden Bereich des Richtgutes geführt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mehrere gleichartige Werkzeuge (6, 7, 10, 11) auf einer Teillänge beidseitig des Richtgutes (R) hintereinander und mit in Längsrichtung des Richtgutes (R) veränderbarem Abstand an gegenüberliegenden Oberflächenbereichen des Richtgutes (R) kraftschlüssig anlegbar sind.
  3. Linearumformmaschine nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Geschwindigkeit der anlegbaren Werkzeuge (6, 7, 10, 11) zueinander gegenüber der Geschwindigkeit der ihnen gemeinsamen Treibsysteme (1, 2) sukzessive veränderbar sind.
  4. Linearumformmaschine nach den Ansprüchen 2 und 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Werkzeuge (6, 7, 10, 11) an beidseitig des Richtgutes (R) in einer gemeinsam zur Richtgutlängsachse parallelen Ebene endlos umlaufenden Treibsystemen (1, 2) angeordnet sind und mindestens in dem zu richtenden Bereich der Richtgutteillänge auf ihren dem Richtgut (R) abgewandten Seite mit Führungsbahnen (8, 9) korrespondieren, sowie mit Mitteln versehen sind, durch die die Abstände zwischen benachbarten Werkzeugen (6, 7, 10, 11) während des Umlaufes der Treibsysteme (1, 2) mindestens im wirksamen Bereich der Werkzeuge (6, 7, 10, 11) veränderbar sind.
  5. Linearumformmaschine nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das endlos umlaufende Treibsystem (1, 2) mit etwa gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufende Ketten aufweist, an deren Laschen die Werkzeuge (6, 7, 10, 11) in Längsrichtung des Richtgutes (R) kippbar befestigt sind.
  6. Linearumformmaschine nach den Ansprüchen 4 und 5,
    dadurch gekennzeichent,
    daß die Mittel zur Veränderung der Abstände benachbarter Werkzeuge (6, 7, 10, 11) elektromechanisch oder hydraulisch gesteuerte Antriebe sind.
  7. Linearumformmaschine nach den Ansprüchen 4 und 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Veränderung der Abstände benachbarter Werkzeuge (6, 7, 10, 11) jedes Werkzeug mit mehreren auf den Führungsbahnen (8, 9) bewegbaren Stütz- und Führungsrollen (6, 7) versehen ist, die auf in Längsrichtung unterschiedlich verlaufenden Führungsbahnen abrollend, dem Werkzeug eine vom benachbarten Werkzeug (6, 7, 10, 11) unterschiedliche Geschwindigkeit erteilen.
  8. Linearumformmaschine nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jedes Werkzeug (6, 7, 10, 11) aus einem quer zur Durchlaufrichtung gelenkig an einem Werkzeugträger (11) gelagerten, frei einstellbarem Reibschuh (10) und den den Führungsbahnen (8, 9) zugeordneten Stütz- und Führungsrollen (6, 7) besteht.
  9. Linearumformmaschine nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Reibschuhe (10) mit einem Reibbelag mit hohem Reibwert versehen sind.
  10. Linearumformmaschine zum Richten von gewalztem, geschmiedetem oder stranggepreßtem stabförmigem Richtgut, insbesondere Schienen oder ähnlichen Profilen, in der das Richtgut durch in Richtgutlängsrichtung wirkende Druckspannungen plastisch verformt und gleichzeitig während der Verformung mindestens im plastisch fließenden Bereich des Richtgutes geführt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwei gleichartige Werkzeuggruppen (13, 14) in definiertem Abstand zueinander an einerTeillänge des Richtgutes (R) kraftschlüssig anlegbar sind und im angelegten Zustand gegensinnig aufeinanderzu bewegbar sind, wobei durch geeignete Winkellage der Werkzeuggruppen (13, 14) zueinander der Stauchbewegung eine Biegebewegung überlagerbar ist.
  11. Linearumformmaschine nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Werkzeuggruppen (13, 14) aus das Richtgut (R) mehrseitig fassenden Klemmelementen bestehen.
  12. Linearumformmaschine nach den Ansprüchen 10 und 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Werkzeuggruppen (13, 14) und ihre zum Stauchen des Richtgutes (R) vorgesehenen Antriebe (18, 19) in einem gemeinsamen Maschinenrahmen (15, 16) zusammen mit dem Richtgut (R) beweglich sind.
  13. Linearumformmaschine nach den Ansprüchen 10 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Schrägstellung der Werkzeuggruppen (13, 14) zueinander einstellbar ist.
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