EP0828572B1 - 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 Download PDF

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EP0828572B1
EP0828572B1 EP96917434A EP96917434A EP0828572B1 EP 0828572 B1 EP0828572 B1 EP 0828572B1 EP 96917434 A EP96917434 A EP 96917434A EP 96917434 A EP96917434 A EP 96917434A EP 0828572 B1 EP0828572 B1 EP 0828572B1
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EP
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die
teeth
workpiece
tools
rolling
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Frank Siewert
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WDB Ringwalztechnik GmbH
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WDB Ringwalztechnik GmbH
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    • B21K1/30—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/08—Accessories for handling work or tools
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • 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 the method according to Claim 7.
  • From DE-OS 26 11 568 is a method for manufacturing ring-shaped workpieces with a strongly profiled cross section and a Rolling mill known for its implementation, two against each other adjustable and inclined rollers, of which at least one is driven, the negative of the profile to be rolled exhibit.
  • axial die rolling AGW
  • AGW axial die rolling
  • JP-A-63 04693 also discloses a method for producing a Gearwheel with straight external teeth described, the Reshaping is done by two rotating tools, one of which Tool is arranged inclined to the workpiece and perpendicular to Workpiece is delivered. Used to manufacture the external teeth thereby a roll with an outer profile, which is selectively on the workpiece passes on.
  • the invention has for its object a generic method and to propose a device for carrying out this method, in which the high loads occurring during pressing are avoided and the cycle times can be reduced.
  • the inventive application of the AGW method with tools inclined against each other for the production of ring-shaped workpieces with external or spur gear teeth it that only a part of the ring surface of the workpiece during rolling is applied so that considerably lower contact forces are applied are.
  • the toothing is generated exclusively by the Material stored radially in the toothed independently, likewise rotating die flows.
  • the rolled profile of the two rotating tools is not required to produce this toothing.
  • the matrix is to handle independently of the two rotating tools. she can according to the invention outside the rolling station with the blank of Workpiece and then between the two disassembled tools are transported and after Completion of the rolling process and the retraction of the tools together with the finished workpiece from the work area of Rollers are removed again.
  • the die is fixed in an axially fixed position Storage unit rotatably mounted and the storage unit is on the Swivel arm of a rotatable carrier arranged so that the die with a simple swivel movement in and out of the rolling station you can move it out again. It is useful to have three radially arranged swivel arms evenly distributed on the circumference Arrange carriers so that at three different stations at the same time the processes of rolling, loading and unloading the workpiece and in addition the maintenance processes, cleaning, lubrication and cooling can take place. By decoupling the processes, the Cycle time can be significantly reduced, because loading and Unloading no longer takes place in the actual forming station.
  • the actual rolling station thus has a considerably simpler structure, characterized in that, inter alia, on the device for ejecting the finished workpiece can be dispensed with directly at the rolling station.
  • the partial transformation of the Workpiece ring requires much less force to pull the material in radial direction in the die.
  • Another advantage of the method according to the invention is that by simply changing the symmetry conditions on the Tools also various asymmetrical cross sections of the Workpiece can be manufactured. By changing the simple The matrix to be produced can, above all, be the type of toothing easily changed.
  • the two tools 1 and 2 are at the angle ⁇ arranged inclined to the feed direction 12, while the axial Line of symmetry 11 of the workpiece 10 perpendicular to the infeed direction 12 runs.
  • the workpiece 10 is held in the die 5, which in turn via the roller bearing 4 in the end 3 of the swivel arm 15 rotatable is stored.
  • the tooth gaps of the matrix are axially up and down closed by the two locking devices 6 and 7, the the lower one is fixed relative to the die 5, the upper one with the spring 9 the upper tool 2 is elastically coupled and after rolling with this moves.
  • the deformation of the workpiece 10 is determined by the profiles of the workpieces 1 and 2, the one another in the feed direction 12 be moved until the final shape of the workpiece 10 is reached and in particular the material in the radial direction into the cavities of the Die 5 has flowed.
  • the upper tool 2 has at its end a cylindrical mandrel 13 which is in a corresponding recess of the lower tool 1 protrudes and is guided there.
  • the rolling station W is schematic according to FIG. 1 shown, with a pivot arm 15 of the carrier 14 in the rolling station is arranged and held there by the clamping device 16 can.
  • the two other swivel arms 15 are in the Unloading station E and loading station B.
  • the rolling station according to the invention can both as in the figures shown with a substantially vertical feed direction but also in a version tilted by 90 degrees can be used.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7.
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.
In der JP-A-63 04693 ist außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades mit gerader Außenverzahnung beschrieben, wobei das Umformen durch zwei rotierende Werkzeuge geschieht, von denen ein Werkzeug zum Werkstück geneigt angeordnet ist und senkrecht zum Werkstück zugestellt wird. Zum Herstellen der Außenverzahnung dient dabei eine Rolle mit Außenprofil, die sich punktuell auf dem Werkstück abwälzt.
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 7 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 6 enthalten ergänzende Verfahrensvorschläge. In den Unteransprüchen 8 bis 12 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. Die Matrize wird in einer axial ortsfesten Lagereinheit drehbar gelagert und die Lagereinheit wird auf dem Schwenkarm eines drehbaren Trägers angeordnet, 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 β gegenüber der waagerechten geneigt, während das obere Werkzeug mit seiner Drehachse um den Winkel 2 β gegenüber der Senkrechten bzw. β 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 Walzstation 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
    β
    Winkel zwischen 11 und der waagerechten Ebene
    W
    Walzstation
    E
    Entladestation (eventuell zusätzlich Reinigen und Kühlen)
    B
    Beladestation (eventuell zusätzlich Schmieren plus Kühlen)

    Claims (12)

    1. Verfahren zum Herstellen von ringförmigen Werkstücken (10) 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 (5) fließt, die zusammen mit einer Schließvorrichtung (6, 7) einen geschlossenen Raum bildet und wobei die Matrizentiefe der Zahnbreite entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß
      a) das Umformen durch zwei rotierende Werkzeuge (1, 2, 21, 22) geschieht, die,
      b) zum Werkstück (10) geneigt angeordnet sind, wobei
      c) mindestens ein Werkzeug (1, 2, 21) senkrecht zum Werkstück (10) zugestellt wird
      d) die Matrize (5) in einer axial ortsfesten Lagereinheit um eine in Zustellrichtung (12, 20) verlaufende Drehachse rotiert,
      e) die Lagereinheit während des Walzvorganges ortsfest gehalten wird, und
      f) die Lagereinheit um eine in Zustellrichtung (12, 20) verlaufende Achse (28) schwenkbar ist.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rohteil und Matrize (5) außerhalb des Arbeitsbereiches der rotierenden Werkzeuge (1, 2, 21, 22) zusammengefügt und/oder getrennt werden und mit der Lagereinheit in den bzw. aus dem Arbeitsbereich bewegbar sind.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Walzvorganges in zusätzlichen, vorzugsweise zwei, Lagereinheiten und/oder Matrizen (5) das Be- und Entladen der Werkstücke (10) sowie die Wartungsvorgänge vorgenommen werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizen (5) vor dem Walzvorgang auf die Drehzahl der Werkzeuge (1, 2, 21, 22) beschleunigt und/oder nach dem Walzen abgebremst werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe der beiden rotierenden Werkzeuge (1, 2, 21, 22) synchronisiert sind.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlen der beiden Werkzeuge (1, 2, 21, 22) entsprechend den Symmetriebedingungen (10) des Werkstückes variiert werden.
    7. Walzwerk zum Herstellen von ringförmigen Werkstücken (10) 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 (5) fließt, die zusammen mit einer Schließvorrichtung (6, 7) einen geschlossenen Raum bildet und wobei die Matrizentiefe der Zahnbreite entspricht gekennzeichnet durch
      a) zwei, mit gleichem Winkel, zum Werkstück (10) geneigt angeordnete, um ihre Längsachse rotierende Werkzeuge (1,2,21,22), wobei mindestens ein Werkzeug (1,2,21) in Zustellrichtung (12,20) bewegbar ist,
      b) eine Matrize (5) mit Innenverzahnung, die zusammen mit einer Schließvorrichtung einen geschlossenen Raum für das Werkstück bildet, wobei die Matrizentiefe der Zahnbreite entspricht und
      c) eine axial ortsfeste Lagereinheit, die über einen Schwenkarm (15) mit einem Träger (14) verbunden ist und, in der die Matrize (5) um eine in Zustellrichtung (12,20) verlaufende Achse drehbar gelagert ist.
    8. Walzwerk nach Anspruch 7, 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.
    9. Walzwerk nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zustellung nur eines Werkzeuges (22) die Matrize (25) schwimmend gelagert ist.
    10. 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.
    11. 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.
    12. 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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    DE19519142 1995-05-30
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    DE19525868 1995-07-15
    DE19525868A DE19525868A1 (de) 1995-05-30 1995-07-15 Verfahren zum Herstellen von ringförmigen Werkstücken aus Metall mit profiliertem Querschnitt und Walzwerk zu dessen Durchführung
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    EP0828572A1 EP0828572A1 (de) 1998-03-18
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