EP0828572A1 - Verfahren zum herstellen von ringförmigen werkstücken aus metall mit profiliertem querschnitt und walzwerk zu dessen durchführung - Google Patents

Verfahren zum herstellen von ringförmigen werkstücken aus metall mit profiliertem querschnitt und walzwerk zu dessen durchführung

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EP0828572A1
EP0828572A1 EP96917434A EP96917434A EP0828572A1 EP 0828572 A1 EP0828572 A1 EP 0828572A1 EP 96917434 A EP96917434 A EP 96917434A EP 96917434 A EP96917434 A EP 96917434A EP 0828572 A1 EP0828572 A1 EP 0828572A1
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die
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feed direction
tool
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    • B21K1/30—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth
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    • B21H5/00—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms
    • B21H5/02—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms with cylindrical outline, e.g. by means of die rolls

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing this method.
  • a generic method is known from DE 37 18 884 A1, in which the workpieces are formed exclusively by pressing.
  • the very large contact area results in very high die loads, which have a negative effect on the service life (elastic deformation, spring-back, crack formation). Accordingly, complex matrix prestresses are necessary.
  • the necessary operations such as loading, ejecting, swiveling, cleaning, lubricating and cooling can usually only be carried out one after the other. This naturally leads to a very high cycle time.
  • the application of the AGW method according to the invention with tools inclined relative to one another for the production of ring-shaped workpieces with external or spur gear toothing makes it possible for only part of the ring surface of the workpiece to be acted upon during rolling, so that considerably lower contact forces have to be applied.
  • the toothing is generated exclusively by the material flowing radially into the toothed, self-rotating, also flowing die.
  • the rolled profile of the two rotating tools is not required to produce this toothing.
  • the die can be handled independently of the two rotating tools. According to the invention, it can be connected to the blank of the workpiece outside the rolling station and then transported between the two separated tools and, after the rolling process and the retraction of the tools, can be removed from the working area of the rollers together with the finished workpiece.
  • the actual rolling station thus has a considerably simpler construction, in that, among other things, the device for ejecting the finished workpiece directly at the rolling station can be dispensed with.
  • the partial deformation of the workpiece ring means that much less force is required to press the material radially into the die.
  • Another advantage of the method according to the invention is that by simply changing the symmetry conditions on the tools, different and asymmetrical cross sections of the workpiece can be produced. By changing the die, which is easy to manufacture, the type of toothing can be changed in a simple manner.
  • Fig. 1 shows in section the rolling station according to the invention
  • Fig. 2 shows a schematic top view of the arrangement of the three
  • FIG. 3 shows a side view of FIG. 2.
  • the two tools 1 and 2 are inclined by the angle ⁇ relative to the feed direction 12, while the axial line of symmetry 11 of the workpiece 10 runs perpendicular to the feed direction 12.
  • the workpiece 10 is held in the die 5, which in turn is rotatably mounted in the end 3 of the swivel arm 15 via the roller bearing 4.
  • the tooth gaps of the die are closed axially upwards and downwards by the two closing devices 6 and 7, the lower one being fixed relative to the die 5, the upper one being elastically coupled to the upper tool 2 via the spring 9 and being moved therewith after rolling .
  • the deformation of the workpiece 10 is determined by the profiles of the workpieces 1 and 2, which are moved towards one another in the feed direction 12 until the final shape of the workpiece 10 is reached and in particular the material has flowed into the cavities of the die 5 in the radial direction.
  • the upper tool 2 has at its end a cylindrical mandrel 13 which projects into a corresponding recess in the lower tool 1 and is guided there.
  • the rolling station W is shown schematically in accordance with FIG. 1, wherein a swivel arm 15 of the carrier 14 is arranged in the rolling station and can be held there by means of the clamping device 16.
  • the two further swivel arms 15 are located in the unloading station E and the loading station B.
  • holding plates 18 are arranged below and above the swivel arm, which hold the die 5 in place when the workpiece is removed with the ejector 17 and an ejecting device.
  • the lower tool 21 is fixed in the feed direction 20 so that only the upper tool 22 is fed.
  • the die 25 with the bearing 24 and the bearing ring 23 is floating with a slide guide 26 in the frame 27.
  • the axial line of symmetry 11 by the angle ⁇ inclined with respect to the horizontal while the upper tool is arranged with its axis of rotation inclined by the angle 2 ⁇ relative to the vertical or ⁇ relative to the feed direction 20.
  • the die 5 is lubricated and then the blank of the workpiece 10 and the die 5 are joined, the blank being e.g. is pressed with a hydraulic device.
  • the die and workpiece are pivoted on the swivel arm 15 into the rolling station.
  • the clamping device 16 With the clamping device 16, the outer end 3 of the swivel arm 15 is held.
  • the die Before the tools 1 and 2 are delivered, the die is accelerated to the speed of the constantly rotating tools with an auxiliary drive 8.
  • the clamping device After completing the rolling process and moving the tools apart, the clamping device is released and the die is swiveled by a further 120 degrees using the swivel arm, and the die is braked simultaneously or subsequently.
  • the workpiece 10 is released from the die with the ejector 17, if necessary with helical teeth with simultaneous rotary movement.
  • the device can then be cleaned and, if necessary, cooled before it can be loaded again.
  • Waizstation according to the invention can be used both as shown in the figures with an essentially vertical feed direction, but also in an embodiment tilted by 90 degrees.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von ringförmigen Werkstücken aus Metall mit profiliertem Querschnitt, vorzugsweise mit außenliegender Schrägverzahnung und auf ein Walzwerk zu dessen Durchführung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß a) das Umformen durch zwei rotierende Werkzeuge geschieht, die b) vorzugsweise in gleichem Winkel, zum Werkstück geneigt angeordnet sind, wobei c) mindestens ein Werkzeug senkrecht zum Werkstück zugestellt wird und d) die Matrize in einer zumindest axial ortsfesten Lagereinheit um eine in Zustellrichtung verlaufende Drehachse rotiert. Das Walzwerk besteht erfindungsgemäß aus a) zwei, vorzugsweise mit gleichem Winkel, zum Werkstück (10) geneigt angeordneten, um ihre Längsachse rotierenden Werkzeugen (1, 2, 21, 22), wobei mindestens ein Werkzeug (1, 2, 21) in Zustellrichtung (12, 20) bewegbar ist, b) einer Matrize (5) mit Innenverzahnung, die zusammen mit einer Schließvorrichtung einen geschlossenen Raum für das Werkstück bildet, wobei die Matrizentiefe der Zahnbreite entspricht und c) einer zumindest axial ortsfesten Lagereinheit, in der die Matrize (5) um eine in Zustellrichtung (12, 20) verlaufende Achse drehbar gelagert ist.

Description

Verfahren zum Herstellen von ringförmigen Werkstücken aus Metall mit profiliertem Querschnitt und Walzwerk zu dessen Durchführung
Beschreibung:
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der DE 37 18 884 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem die Werkstücke ausschließlich durch Pressen umgeformt werden. Hierbei ergeben sich durch die sehr große Berührungsfläche sehr hohe Matrizenbelastungen, die sich negativ auf die Standzeit auswirken (elastische Verformung, Auffederung, Rißbildung). Entsprechend sind hierbei aufwendige Matrizenvorspannungen notwendig. Außerdem können bei diesen Pressen die erforderlichen Arbeitsvorgänge wie Beladen, Ausstoßen, Ausschwenken, Reinigen, Schmieren und Kühlen in der Regel nur nacheinander ausgeführt werden. Das führt zu einer naturgemäß sehr hohen Taktzeit.
Aus der DE-OS 26 11 568 ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen von ringförmigen Werkstücken mit stark profiliertem Querschnitt und ein Walzwerk zu dessen Durchführung bekannt, wobei zwei gegeneinander zustellbare und im Winkel gegeneinander geneigte Walzen, von denen zumindest eine angetrieben ist, das Negativ des zu walzenden Profiles aufweisen. Bei diesem sogenannten axialen Gesenkwalzen (AGW) ist allerdings nicht die Herstellung einer Außen- bzw. Stirnradverzahnung vorgesehen und es fehlt naturgemäß eine Matrize mit Zahnprofil. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzuschlagen, bei dem die beim Pressen auftretenden hohen Belastungen vermieden werden und die Taktzeiten verringert werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 9 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 8 enthalten ergänzende Verfahrensvorschläge. In den Unteransprüchen 10 bis 15 sind zusätzliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
Die erfindungsgemäße Anwendung des AGW-Verfahrens mit gegeneinander schräggestellten Werkzeugen zur Herstellung von ringförmigen Werkstücken mit Außen- bzw. Stirnradverzahnung ermöglicht es, daß beim Walzen jeweils nur ein Teil der Ringfläche des Werkstückes beaufschlagt wird, so daß erheblich geringere Anpreßkräfte aufzubringen sind. Die Verzahnung wird ausschließlich dadurch erzeugt, daß der Werkstoff radial in die verzahnte eigenständig gelagert, ebenfalls rotierende Matrize fließt. Das Walzprofil der beiden rotierenden Werkzeuge wird zur Herstellung dieser Verzahnung nicht benötigt. Die Matrize ist unabhängig von den beiden rotierenden Werkzeugen zu handhaben. Sie kann erfindungsgemäß außerhalb der Walzstation mit dem Rohling des Werkstückes verbunden werden und dann zwischen die beiden auseinandergefahrenen Werkzeuge transportiert werden und nach Beendigung des Walzvorganges und dem Zurückfahren der Werkzeuge gemeinsam mit dem fertigen Werkstück aus dem Arbeitsbereich der Walzen wieder entfernt werden. Es hat sich erfindungsgemäß als besonders günstig erwiesen, die Matrize in einer axial ortsfesten Lagereinheit drehbar zu lagern und die Lagereinheit auf dem Schwenkarm eines drehbaren Trägers anzuordnen, so daß die Matrize durch eine einfache Schwenkbewegung in die Walzstation hinein und aus ihr wieder heraus bewegt werden kann. Zweckmäßig ist es dabei, drei radial angeodnete Schwenkarme gleichmäßig am Umfang verteilt am Träger anzuordnen, so daß an drei verschiedenen Stationen gleichzeitig die Vorgänge Walzen, Beladen und Entladen des Werkstücks sowie zusätzlich die Wartungsvorgänge, Reinigen, Schmieren und Kühlen stattfinden können. Durch diese Entkopplung der Vorgänge kann die Taktzeit erheblich verringert werden, da insbesondere das Be- und Entladen nicht mehr in der eigentlichen Umformstation stattfindet. Die eigentliche Walzstation besitzt damit einen erheblich einfacheren Aufbau, dadurch daß unter anderem auf die Vorrichtung zum Ausstoßen des fertigen Werkstückes direkt an der Walzstation verzichtet werden kann. Außerdem wird durch die jeweils nur partielle Umformung des Werkstückringes sehr viel weniger Kraft benötigt, um den Werkstoff in radialer Richtung in die Matrize zu drücken.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß durch einfache Veränderung der Symmetriebedingungen an den Werkzeugen verschiedene auch asymmetrische Querschnitte des Werkstückes hergestellt werden können. Durch Auswechslung der einfach herzustellenden Matrize kann vor allen Dingen die Art der Verzahnung auf einfache Art und Weise verändert werden.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren 1 bis 4 beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Schnitt die erfindungsgemäße Walzstation
Fig. 2 zeigt schematisch in der Draufsicht die Anordnung der drei
Stationen für Walzen (W), Entladen (E) und Beladen (B) Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht zu Fig. 2 Fig. 4 zeigt schematisch eine Walzeinrichtung mit nur einseitiger Zustellung über das obere Werkzeug 22. Gemäß Fig. 1 sind die beiden Werkzeuge 1 und 2 um den Winkel α gegenüber der Zustellrichtung 12 geneigt angeordnet, während die axiale Symmetrielinie 11 des Werkstückes 10 senkrecht zur Zustellrichtung 12 verläuft. Das Werkstück 10 wird in der Matrize 5 gehalten, die wiederum über das Rollenlager 4 in dem Ende 3 des Schwenkarmes 15 drehbar gelagert ist. Die Zahnlücken der Matrize werden axial nach oben und unten durch die beiden Schließvorrichtungen 6 und 7 geschlossen, wobei die untere gegenüber der Matrize 5 fixiert ist, die obere über die Feder 9 mit dem oberen Werkzeug 2 elastisch gekoppelt ist und nach dem Walzen mit diesem verfährt. Die Verformung des Werkstückes 10 wird bestimmt durch die Profile der Werkstücke 1 und 2, die in Zustellrichtung 12 aufeinander zubewegt werden, bis die endgültige Form des Werkstückes 10 erreicht ist und insbesondere der Werkstoff in radialer Richtung in die Hohlräume der Matrize 5 geflossen ist. Das obere Werkzeug 2 besitzt an seinem Ende einen zylinderförmigen Dorn 13, der in eine entsprechende Aussparung des unteren Werkzeuges 1 hineinragt und dort geführt wird.
In den Fig. 2 und 3 ist die Walzstation W entsprechend Fig. 1 schematisch dargestellt, wobei ein Schwenkarm 15 des Träger 14 in der Walzstation angeordnet ist und dort über die Klemmvorrichtung 16 festgehalten werden kann. Die beiden weiteren Schwenkarme 15 befinden sich in der Entladestation E und der Beladestation B. Dort sind unter- und oberhalb des Schwenkarmes Halteplatten 18 angeordnet, die die Matrize 5 festhalten, wenn das Werkstück mit dem Ausstoßer 17 und einer Ausschiebevorrichtung entfernt wird.
In Fig. 4 ist das untere Werkzeug 21 in Zustellrichtung 20 fest angeordnet, so daß nur das obere Werkzeug 22 zugestellt wird. Hierzu ist die Matrize 25 mit dem Lager 24 und dem Lagerring 23 schwimmend mit einer Gleitführung 26 in dem Gestell 27 gelagert. Bei senkrechter Drehachse des unteren Werkzeuges 21 ist die axiale Symmetrielinie 11 um den Winkel ß gegenüber der waagerechten geneigt, während das obere Werkzeug mit seiner Drehachse um den Winkel 2 ß gegenüber der Senkrechten bzw. ß gegenüber der Zustellrichtung 20 geneigt angeordnet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren finden im wesentlichen folgende Arbeitsabläufe statt:
1. In der Beladestation B wird die Matrize 5 geschmiert und danach der Rohling des Werkstückes 10 und die Matrize 5 zusammengefügt, wobei der Rohling z.B. mit einer Hydraulikvorrichtung angepreßt wird.
2. Wenn der Träger 14 um seine Drehachse 28 um 120 Grad gedreht wird, werden Matrize und Werkstück auf dem Schwenkarm 15 in die Walzstation geschwenkt. Mit der Klemmvorrichtung 16 wird das äußere Ende 3 des Schwenkarmes 15 festgehalten. Vor Zustellung der Werkzeuge 1 und 2 wird die Matrize mit einem Hilfsantrieb 8 auf die Drehzahl der sich ständig drehenden Werkzeuge beschleunigt. Nach Beendigung des Walzvorganges und Auseinanderfahren der Werkzeuge wird die Klemmvorrichtung gelöst und die Matrize mit Hilfe des Schwenkarmes um weitere 120 Grad geschwenkt und gleichzeitig bzw. anschließend die Matrize abgebremst.
3. In der Entladestation wird das Werkstück 10 mit dem Ausstoßer 17 ggf. bei einer Schrägverzahnung mit gleichzeitiger Drehbewegung aus der Matrize gelöst. Anschließend kann die Einrichtung gereinigt und ggf. gekühlt werden, bevor sie wieder zur neuen Beladung gelangt.
Die erfindungsgemäße Waizstation kann sowohl wie in den Figuren dargestellt mit im wesentlichen senkrechter Zustellrichtung aber auch in einer um 90 Grad dazu gekippten Ausführung verwendet werden. Bezugszeichenliste:
1 unteres Werkzeug
2 oberes Werkzeug
3 äußere Ende von 15 4 Lager
5 Matrize
6,7 Schließvorrichtung
8 Hilfsantrieb
9 Feder 10 Werkstück
11 axiale Symmetrielinie von 10
12 Zustellrichtung von 1 und 2 (senkrecht zu 11)
13 Dorn an 2
14 Träger mit Drehantrieb 15 Schwenkarm
16 Klemmvorrichtung für 3
17 Ausstoßvorrichtung für 10
18 Halteplatten
20 Zustellrichtung von 22 21 unteres Werkzeug (ohne Zustellung)
22 oberes Werkzeug (mit Zustellung)
23 Lagerring
24 Lager
25 schwimmend gelagerte Matrize 26 Gleitführung
27 Gestell
28 Drehachse von 14 α Winkel zwischen 12 und 1/2 ß Winkel zwischen 11 und der waagerechten Ebene W Walzstation
E Entladestation (eventuell zusätzlich Reinigen und Kühlen)
B Beladestation (eventuell zusätzlich Schmieren plus Kühlen)

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von ringförmigen Werkstücken aus Metall, vorzugsweise Stahl mit profiliertem Querschnitt, vorzugsweise mit außenliegender Schrägverzahnung, wobei von einem Rohteil ausgegangen wird, dessen Außendurchmesser etwa dem Fußkreisdurchmesser der Verzahnung entspricht und der Werkstoff radial in eine verzahnte Matrize fließt, die zusammen mit einer
Schließvorrichtung einen geschlossenen Raum bildet und wobei die Matrizentiefe der Zahnbreite entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß a) das Umformen durch zwei rotierende Werkzeuge geschieht, die, b) vorzugsweise in gleichem Winkel, zum Werkstück geneigt angeordnet sind, wobei c) mindestens ein Werkzeug senkrecht zum Werkstück zugestellt wird und d) die Matrize in einer zumindest axial ortsfesten Lagereinheit um eine in Zustellrichtung verlaufende Drehachse rotiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rohteil und Matrize außerhalb des Arbeitsbereiches der rotierenden Werkzeuge zusammengefügt und/oder getrennt werden und mit der Lagereinheit in den bzw. aus dem Arbeitsbereich bewegbar sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinheit um eine in Zustellrichtung verlaufende Achse drehbar ist.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinheit während des Walzvorganges ortsfest gehalten wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während des Walzvorganges in zusätzlichen, vorzugsweise zwei, Lagereinheiten und/oder Matrizen das Be- und Entladen der Werkstücke sowie die Wartungsvorgänge vorgenommen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizen vor dem Walzvorgang auf die Drehzahl der Werkzeuge beschleunigt und/oder nach dem Walzen abgebremst werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe der beiden rotierenden Werkzeuge synchronisiert sind.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlen der beiden Werkzeuge entsprechend den Symmetriebedingungen des Werkstückes variiert werden.
9. Walzwerk zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche bestehend aus a) zwei, vorzugsweise mit gleichem Winkel, zum Werkstück (10) geneigt angeordneten, um ihre Längsachse rotierenden Werkzeugen (1 ,2,21 ,22), wobei mindestens ein Werkzeug (1 ,2,21) in Zustellrichtung (12,20) bewegbar ist, b) einer Matrize (5) mit Innenverzahnung, die zusammen mit einer
Schließvorrichtung einen geschlossenen Raum für das Werkstück bildet, wobei die Matrizentiefe der Zahnbreite entspricht und c) einer zumindest axial ortsfesten Lagereinheit, in der die Matrize (5) um eine in Zustellrichtung (12,20) verlaufende Achse drehbar gelagert ist.
10. Walzwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinheit über einen Schwenkarm (15) mit einem Träger (14) verbunden ist.
11. Walzwerk nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (14) um eine in Zustellrichtung (12,20) verlaufende Achse (28) drehbar gelagert ist und, vorzugsweise drei, gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Schwenkarme (15) trägt.
12. Walzwerk nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß bei Zustellung nur eines Werkzeuges (22) die Matrize (25) schwimmend gelagert ist.
13. Walzwerk nach mindestens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Werkzeuge (1 ,2) einen gemeinsamen Antrieb besitzen mit axialkraftfreier Verzahnung, vorzugsweise aus an sich bekannten Kronenrädern.
14. Walzwerk nach mindestens einem der vorhergehenden
Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Werkzeuge (1 ,2) am werkstückseitigen Ende einen kegel- oder zylinderförmigen Dorn (13) besitzt, der in eine entsprechende Aussparung des gegenüberliegenden Werkzeuges hineinragt.
15. Walzwerk nach mindestens einem der vorhergehenden
Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (5) einen mit dem Schwenkarm (15) und/oder dem Träger (14) verbundenen Hilfsantrieb (8) besitzt.
EP96917434A 1995-05-30 1996-05-25 Verfahren zum herstellen von ringförmigen werkstücken aus metall mit profiliertem querschnitt und walzwerk zu dessen durchführung Expired - Lifetime EP0828572B1 (de)

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