EP1253984A1 - Verfahren und druckwalzvorrichtung zum herstellen eines hohlkörpers - Google Patents

Verfahren und druckwalzvorrichtung zum herstellen eines hohlkörpers

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EP1253984A1
EP1253984A1 EP01900457A EP01900457A EP1253984A1 EP 1253984 A1 EP1253984 A1 EP 1253984A1 EP 01900457 A EP01900457 A EP 01900457A EP 01900457 A EP01900457 A EP 01900457A EP 1253984 A1 EP1253984 A1 EP 1253984A1
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EP
European Patent Office
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workpiece
mandrel
shaped
press
rolling
Prior art date
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EP01900457A
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English (en)
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EP1253984B1 (de
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Bernhard Rolf
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Leico GmbH and Co Werkzeugmaschinenbau
Original Assignee
Leico GmbH and Co Werkzeugmaschinenbau
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Publication date
Application filed by Leico GmbH and Co Werkzeugmaschinenbau filed Critical Leico GmbH and Co Werkzeugmaschinenbau
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Publication of EP1253984B1 publication Critical patent/EP1253984B1/de
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K21/00—Making hollow articles not covered by a single preceding sub-group
    • B21K21/16—Remodelling hollow bodies with respect to the shape of the cross-section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/06—Making machine elements axles or shafts
    • B21K1/063—Making machine elements axles or shafts hollow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/06—Making machine elements axles or shafts
    • B21K1/12—Making machine elements axles or shafts of specially-shaped cross-section

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a hollow body, in particular a hollow shaft, with at least one step-shaped shoulder from a tubular workpiece according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a pressure rolling device according to the preamble of claim 8.
  • Such a pressure rolling device comprises a spindle which can be driven in rotation, a holding device attached to it for holding a tubular workpiece on the spindle in a rotationally fixed manner, a pressing mandrel with an outer contour which is matched to an inner contour of the workpiece, and a step-up element which is axially adjustable relative to the spindle ,
  • a generic method and a generic device can be seen, for example, from DE 195 11 963 AI.
  • a tubular starting workpiece is clamped in a press-rolling machine and drawn in radially by the radial feed of a press roller.
  • This method is particularly efficient for simple parts.
  • step-shaped shoulders with radially extending walls are formed. Under certain circumstances, these radially extending walls can be exposed to strong forming forces, which on the one hand are too dilution of the walls and, on the other hand, if the forming capacity is exceeded, can lead to embrittlement and cracking.
  • the shaft is designed as a hollow shaft which has step-shaped shoulders in order to reduce weight.
  • relatively high loads can occur on the step-shaped shoulders during operation, which require a correspondingly large dimensioning of the entire hollow shaft wall.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a device with which a hollow body, in particular a hollow shaft, with a step-shaped heel can be produced in an economical and weight-saving manner, with high strength being ensured in the area of the step-shaped heel.
  • the invention is characterized in that a conical area is formed on the tubular workpiece, which constricts a first workpiece section with a larger diameter. Knife connects with a second workpiece section with a smaller diameter that the conical area is specifically heated, that an axial compressive force is exerted on the workpiece, and that the heated conical area is compressed and formed into the step-shaped shoulder. Due to the axial upsetting, the tubular starting workpiece collapses in a targeted manner in the heated conical area, a step-shaped shoulder with a high wall thickness and thus a high strength being formed by the material resulting from the upsetting.
  • the targeted heating in the conical area influences the material of the workpiece in such a way that it can be plastically deformed with respect to adjacent workpiece areas at a desired axial force. This ensures that even with relatively long workpieces, compression occurs only at the desired workpiece area.
  • the heating can be carried out by a heating device or by friction due to the presence of pressure rollers. In the latter case, because of the three-dimensional state of tension generated by the pressure rollers, a relatively slight heating can be sufficient for the upsetting and wall thickening.
  • any tubular workpiece which is produced, for example, by casting or forging can be used for the method according to the invention.
  • a particularly reliable design of the conical area is achieved according to one embodiment of the invention in that the conical area of the tubular workpiece is formed by pressure rolling in a pressure rolling machine.
  • a targeted reduction in wall thickness can be set on the conical area, at which the workpiece then buckles in a defined manner during compression.
  • a preferred further development of the invention consists in the fact that the heating and the axial compression of the conical area in the pressure rolling machine are carried out in the same clamping as the pressure rolling. This enables the desired cylindrical hollow body to be produced particularly economically.
  • the shape of the step-like heel can develop freely without additional action from tools.
  • a particularly exact contour of the stepped shoulder is desired, it is advantageous according to the invention that the workpiece rotates during axial upsetting and when the stepped shoulder is shaped and that the stepped shoulder is shaped under the action of at least one pressure roller.
  • This pressure roller can be a calibration roller which specifies the exact contour of the desired paragraph.
  • a wall thickness reinforcement is specifically formed on the heel. This can be done in particular in that the material obtained during upsetting can freely form a material bead on the inside of the hollow body.
  • an exactly defined inner contour is desired in the hollow body, it is provided according to the invention that when the stepped shoulder is formed, a mandrel is inserted into the workpiece, which mandrel specifies an inner contour of the shoulder.
  • This inner contour can be a cylindrical shape with a right-angled shoulder for receiving a bearing.
  • a material can preferably be Rialwulst be provided on the outside of the hollow body, which is processed in a subsequent machining, for example to form a bearing seat. In this way, it is reliably ensured that even with subsequent machining, a sufficiently large wall thickness and high strength are available in the graded area.
  • a plurality of step-shaped shoulders are formed on a workpiece.
  • the individual steps can first be formed one after the other, the first conical region first being heated and then the associated step being formed immediately thereafter. These steps are then repeated until all of the paragraphs are formed.
  • the different conical areas can be heated at the same time, the shoulders then being formed in a single, common upsetting process.
  • the object is achieved according to the invention in that a device is provided for the targeted heating of a workpiece area and in that the front end is designed to exert an axial compressive force on the workpiece.
  • the spinning-rolling device according to the invention the previously described method can be carried out in one clamping on a spinning-rolling machine.
  • a suitable device which is an induction device, a heat radiator, a laser or a burner, etc., can be provided on the pressure-rolling device for heating the workpiece.
  • a preferred embodiment of the invention consists in that the pressing mandrel is arranged on the front cover and that a stop for transmitting the compression force is formed on the front cover. It is possible to set the mandrel on the step-up first to adjust the wall thickness of the workpiece and to form the conical area by spinning rollers in counter-clockwise or synchronous fashion. Subsequently, an axial pressure force can be exerted on the workpiece by moving the presetter over a stop on the presetter in order to form the desired gradation. The mandrel can also remain inside the workpiece in order to ensure a defined inner contour even during upsetting.
  • the pressure mandrel has at its free end a pull-in mandrel section which is arranged on the pressure mandrel to form a step-shaped shoulder which serves as a stop.
  • the pressing mandrel is moved out of the tubular workpiece except for the mandrel section.
  • the free end of the workpiece is then drawn in against the mandrel section using a pressure roller, the diameter of the workpiece being reduced at the drawn-in section. In this way, the free end of the workpiece lies opposite the stop, so that the desired compression force for shaping the stepped shoulder can be transferred by axially adjusting the front.
  • a particularly efficient machining of the workpiece is achieved according to the invention in that the holding device has a driver toothing into which the workpiece can be axially formed in order to produce a rotationally fixed connection. After precentering on the mandrel, the workpiece is pressed against the driver toothing with high axial force by the step-up device and / or the pressure roller, the workpiece being formed in the driver toothing with the formation of a rotationally fixed connection.
  • Fig. 1 shows schematic cross-sectional views of a workpiece machined according to the invention in various processing stages
  • FIG. 2 shows schematic cross-sectional views of a workpiece clamped in a press-rolling device according to the invention in various processing stages.
  • FIG. 1 a A tubular workpiece 10 is shown in FIG. 1 a, which is arranged centrally on a pressing mandrel 50.
  • the mandrel 50 which is part of a pressure rolling device, has a first cylinder region 54 and a second cylinder region 56 with a smaller diameter, which are connected to one another via a cone region 52.
  • a desired outer contour of the workpiece 10 is set in the counter-rotating press rolls by axially and / or radially feeding at least one press roll 40.
  • the pressure roller 40 is axially advanced to the rotating workpiece 10, with a corresponding entry angle on the pressure roller 40 Diameter is reduced and the workpiece is axially elongated at the same time.
  • the counter-rotation pressure rolling can be carried out by the roller at a distance from the mandrel 50.
  • a conical region 12 is formed with a defined wall thickness, which connects a first workpiece section 14 with a larger diameter to a second workpiece section 16 with a smaller diameter.
  • a schematically illustrated device 44 is then delivered to the conical region 12, by means of which the conical region 12 is specifically heated.
  • a temperature of the workpiece is preferably set in this area above the recrystallization temperature, so that the subsequent upsetting process can take place specifically in this area and without strain hardening.
  • the axial upsetting process in which a force F is exerted on the workpiece 10, is illustrated in FIG. 1c.
  • the conical region 12 is pushed together by the axial force F to form a step-shaped shoulder 20.
  • a calibration roller 42 with a corresponding one stepped contour used, as can be seen from the detail according to Figure ld.
  • the upsetting process results in an accumulation of material, which leads to a thickening of the wall thickness 22 in the area of the step-shaped shoulder 20.
  • the pressing mandrel can be inserted into the workpiece 10.
  • a material bead 24 can be formed in the case of a workpiece 10 that is not supported on the inside, which bead provides additional material reinforcement on the inside of the workpiece 10.
  • the hollow body shaped in this way with the step-shaped shoulder 20 is shown in FIG.
  • This hollow body can optionally be provided with a further step-shaped shoulder, a further conical region 32 being initially formed according to FIG. 1f by a correspondingly shaped pull-in roller.
  • This further conical region 32 can then be formed in accordance with the preceding method steps by heating and axially compressing the further step-shaped shoulder.
  • a hollow shaft with an undercut can be formed efficiently and with high accuracy, with a particularly strong material accumulation on the corresponding step-shaped shoulders.
  • FIGS. 2a to 2d An alternative implementation of the method and a device according to the invention are shown in FIGS. 2a to 2d.
  • a tubular workpiece 10a with a solid base region 11 and a centering hole made therein is provided by three schematically indicated multipurpose pressure rollers 46 which, in a known manner, provide a defined offset in the circumferential, radial and axial directions. have each other, axially pressed against a driver toothing 64 of a holding device 62.
  • the holding device 62 is connected in a rotationally fixed manner to a spindle 60 of a pressure rolling device, the basic structure of which is known from the prior art with regard to the frame, drive and mounting of the pressure rollers.
  • a resiliently and axially displaceably mounted centering pin 61 is provided, which engages in the centering opening for the central mounting of the workpiece 10a.
  • the multipurpose spinning roller 46 first lengthens the workpiece 10a by means of counter-rotating spinning rollers.
  • the intermediate product produced in this way can be seen in FIG. 2b.
  • the multipurpose spinning roller 46 is returned to the free end of the workpiece 10a, at the same time the roller is tilted by a tilt angle, for example by 20.
  • a tilt angle for example by 20.
  • a pressing mandrel 50a introduced into the workpiece 10a during the counter-current rolling is largely moved out of the workpiece 10a, so that only a cylindrical pull-in section 72 arranged at the free end of the pressing mandrel 50a remains in the workpiece 10a.
  • the pull-in section 72 is smaller in diameter, with a defined shoulder 74 being formed.
  • This shoulder 74 serves as an axial stop through which on the one hand, an axial elongation of the workpiece 10a can be limited and, on the other hand, an axial compressive force can be transmitted to the workpiece 10a by means of a push-in mandrel 50a.
  • the free end of the workpiece 10a is pressed radially inward against the cylindrical mandrel portion by the bead-shaped pull-in section 48 of the multipurpose pressure roller 46, a conical region 12a being formed on the workpiece 10a.
  • this conical region 12a can be shaped into a step-shaped shoulder.
  • the multipurpose pressure roller 46 which is tilted by an angle ⁇ with respect to the counter-rotation pressure rolling, is moved along the outer circumference of the workpiece 10a in a generally known manner.

Description

Verfahren und Drückwalzvorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers, insbesondere einer Hohlwelle, mit zumindest einem stufenförmigen Absatz aus einem rohrförmigen Werkstück gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Drückwalzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Eine derartige Drückwalzvorrichtung umfasst eine rotierend antreibbare Spindel, eine daran angebrachte Halteeinrichtung zum drehfesten Halten eines rohrförmigen Werkstücks an der Spindel, einen Drückdorn mit einer Außenkontur, welche an eine Innenkontur des Werkstücks angepasst ist, und einen Vorsetzer, der axial relativ zu der Spindel verstellbar ist.
Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung gehen beispielsweise aus der DE 195 11 963 AI hervor. Hierbei wird ein rohrförmiges Ausgangswerkstück in einer Drückwalzmaschine eingespannt und durch radiales Zustellen einer Drückrolle radial eingezogen. Dieses Verfahren ist insbesondere für einfache Teile besonders effizient. Beim radialen Einziehen eines Abschnittes des rohrförmigen Ausgangswerkstückes bilden sich stufenförmige Absätze mit radial verlaufenden Wänden aus. Diese radial verlaufenden Wände können unter bestimmten Umständen starken Umformkräften ausgesetzt sein, welche einerseits zu einer Verdünnung der Wände und andererseits bei Überschreitung des Umformvermögens zu Materialversprödung und Anrissen führen können.
Eine ähnliche Problematik kann sich bei dem Verfahren zur Herstellung einer Welle gemäß der DE 197 25 453 AI ergeben. Bei diesem bekannten Verfahren wird zur Gewichtsverminderung die Welle als eine Hohlwelle ausgebildet, welche stufenförmige Absätze aufweist. Bei Hohlwellen können im Betrieb an den stufenförmigen Absätzen relativ hohe Belastungen auftreten, welche eine entsprechend starke Dimensionierung der gesamten Hohlwellenwand erfordern. Dies widerstrebt aber dem Bedürfnis nach einer leichten Welle mit einem geringen Massenträgheitsmoment.
Der Erfindung liegt die A u f g b e zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit welchen ein Hohlkörper, insbesondere eine Hohlwelle, mit einem stufenförmigen Absatz auf wirtschaftliche und gewichtssparende Weise herstellbar ist, wobei zugleich im Bereich des stufenförmigen Absatzes eine hohe Festigkeit gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird zum Einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum Anderen durch eine DrückwalzVorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausgehend von einem gattungsgemäßen Verfahren ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass an dem rohrförmigen Werkstück ein konischer Bereich ausgebildet wird, welcher einen ersten Werkstückabschnitt mit einem größeren Durch- messer mit einem zweiten Werkstückabschnitt mit einem kleineren Durchmesser verbindet, dass der konische Bereich gezielt erwärmt wird, dass auf das Werkstück eine axiale Stauchkraft ausgeübt wird, und dass dabei der erwärmte konische Bereich gestaucht und zu dem stufenförmigen Absatz geformt wird. Durch das axiale Stauchen kollabiert das rohrförmige Ausgangswerkstück gezielt in dem erwärmten konischen Bereich, wobei durch das beim Stauchen anfallende Material ein stufenförmiger Absatz mit einer hohen Wandstärke und damit einer großen Festigkeit ausgebildet wird. Durch das gezielte Erwärmen in dem konischen Bereich wird der Werkstoff des Werkstücks so beeinflusst, dass dieser gegenüber angrenzenden Werkstückbereichen bei einer gewünschten axialen Kraft plastisch verformbar ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei relativ langen Werkstücken eine Stauchung nur an dem gewünschten Werkstückbereich erfolgt. Das Erwärmen kann durch eine Heizeinrichtung oder durch Reibung aufgrund anliegender Drückwalzen erfolgen. In letzterem Fall kann wegen des durch die Drückrollen erzeugten dreidimensionalen Spannungszustandes auch eine relativ geringe Erwärmung für das Stauchen und Wandverdicken ausreichend sein.
Grundsätzlich kann für das erfindungsgemäße Verfahren jedes rohrförmige Werkstück eingesetzt werden, welches beispielsweise durch Gießen oder Schmieden hergestellt ist. Eine besonders zuverlässige Ausbildung des konischen Bereiches wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, dass der konische Bereich des rohrförmigen Werkstücks durch Drückwalzen in einer Drückwalzmaschine ausgebildet ist. So kann etwa eine gezielte Wandstärkenverringerung an dem konischen Bereich eingestellt werden, an der dann das Werkstück beim Stauchen definiert einknickt. Dabei besteht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass das Erwärmen und das axiale Stauchen des konischen Bereiches in der Drückwalzmaschine in derselben Ein- spannung wie das Drückwalzen durchgeführt wird. Dies ermöglicht ein besonders wirtschaftliches Herstellen des gewünschten zylindrischen Hohlkörpers.
Beim axialen Stauchen kann sich die Form des stufenförmigen Absatzes frei, ohne zusätzliche Einwirkung von Werkzeugen ausbilden. Soweit eine besonders exakte Kontur des stufenförmigen Absatzes gewünscht ist, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass beim axialen Stauchen und beim Ausformen des stufenförmigen Absatzes das Werkstück rotiert und dass das Ausformen des stufenförmigen Absatzes unter Einwirkung mindestens einer Drückwalze erfolgt. Diese Drückwalze kann eine Kalibrierwalze sein, welche exakt die Kontur des gewünschten Absatzes vorgibt .
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, dass beim Ausformen des stufenförmigen Absatzes gezielt eine Wanddickenverstärkung an dem Absatz ausgebildet wird. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass an der Innenseite des Hohlkörpers das beim Stauchen anfallende Material frei einen Materialwulst bilden kann.
Sollte andererseits eine exakt definierte Innenkontur in dem Hohlkörper gewünscht sein, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass beim Ausformen des stufenförmigen Absatzes in das Werkstück ein Dorn eingefahren wird, welcher eine Innenkontur des Absatzes vorgibt. Diese Innenkontur kann eine zylindrische Form mit einem rechtwinkeligen Absatz zur Aufnahme eines Lagers sein. Bei dieser Variante mit einer exakt vorgegebenen Innenkontur kann vorzugsweise ein Mate- rialwulst an der Außenseite des Hohlkörpers vorgesehen sein, welcher bei einer nachfolgenden spanabhebenden Bearbeitung beispielsweise zum Bilden eines Lagersitzes abgearbeitet wird. Es ist so zuverlässig gewährleistet, dass selbst bei einer nachfolgenden spanabhebenden Bearbeitung eine ausreichend große Wandstärke und eine hohe Festigkeit in dem abgestuften Bereich zur Verfügung steht.
Weiterhin ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass an einem Werkstück mehrere stufenförmige Absätze ausgebildet werden. Hierfür können zunächst nacheinander die einzelnen Stufen ausgebildet werden, wobei zunächst der erste konische Bereich erwärmt und dann unmittelbar anschließend die zugehörige Stufe ausgebildet wird. Diese Schritte werden dann so oft wiederholt, bis alle Absätze geformt sind. Bei einer anderen Variante können die verschiedenen konischen Bereiche gleichzeitig erwärmt werden, wobei die Absätze dann in einem einzigen gemeinsamen Stauchvorgang ausgeformt werden.
Ausgehend von einer gattungsgemäßen Drückwalzvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Einrichtung zum gezielten Erwärmen eines Werkstückbereiches vorgesehen ist und dass der Vorsetzer zum Ausüben einer axialen Stauchkraft auf das Werkstück ausgebildet ist. Mit der erfindungsgemäßen DrückwalzVorrichtung kann das zuvor beschriebene Verfahren in einer Einspannung auf einer Drückwalzmaschine ausgeführt werden.
Zum Erwärmen des Werkstücks kann an der Drückwalzvorrichtung eine geeignete Einrichtung vorgesehen sein, welche eine Induktionseinrichtung, ein Wärmestrahler, ein Laser oder ein Brenner etc. ist. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Drückdorn an dem Vorsetzer angeordnet ist und dass an dem Vorsetzer ein Anschlag zum Übertragen der Stauchkraft ausgebildet ist. Hierbei ist es möglich, den Drückdorn an dem Vorsetzer zunächst zum Einstellen der Wanddicke des Werkstücks und zum Ausbilden des konischen Bereiches durch Drückwalzen im Gegenlauf oder Gleichlauf einzustellen. Anschließend kann durch Verfahren des Vorsetzers über einen Anschlag an dem Vorsetzer eine axiale Druckkraft auf das Werkstück ausgeübt werden, um die gewünschte Abstufung auszubilden. Dabei kann der Drückdorn auch innerhalb des Werkstücks verbleiben, um so auch während des Stauchens eine definierte Innenkontur sicherzustellen.
Diese Ausführungsform ist in bevorzugter Weise dadurch weitergebildet, dass der Drückdorn an seinem freien Ende einen Einziehdornabschnitt aufweist, der an dem Drückdorn unter Ausbildung einer stufenförmigen Schulter angeordnet ist, welche als Anschlag dient. Bei dieser Vorrichtung wird nach dem Einstellen der Wandstärke des Werkstücks und dem Formen des konischen Bereichs der Drückdorn bis auf den Einziehdornabschnitt aus dem rohrförmigen Werkstück herausgefahren. Anschließend wird mit einer Drückrolle das freie Ende des Werkstücks gegen den Einziehdornabschnitt eingezogen, wobei der Durchmesser des Werkstücks an dem eingezogenen Abschnitt verringert wird. Auf diese Weise liegt das freie Werkstückende dem Anschlag gegenüber, so dass durch axiales Zustellen des Vorsetzers die gewünschte Stauchkraft für das Formen des stufenförmigen Absatzes übertragbar ist.
Eine besonders effiziente Bearbeitung des Werkstücks wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Halteeinrichtung eine Mitnehmerverzahnung aufweist, in welche das Werkstück zum Herstellen einer drehfesten Verbindung axial einformbar ist. Das Werkstück wird dabei nach einer Vorzentrierung auf dem Dorn durch den Vorsetzer und/oder die Drückwalze mit hoher axialer Kraft gegen die Mitnehmerverzahnung gedrückt, wobei sich das Werkstück unter Ausbildung einer drehfesten Verbindung in die Mitnehmerverzahnung einformt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 schematische Querschnittsansichten eines nach der Erfindung bearbeiteten Werkstücks in verschiedenen Bearbeitungsstadien und
Fig. 2 schematische Querschnittsansichten eines in einer erfindungsgemäßen Drückwalzvorrichtung eingespannten Werkstücks in verschiedenen Bearbeitungsstadien.
In Figur la ist ein rohrförmiges Werkstück 10 gezeigt, welches an einem Drückdorn 50 zentrisch angeordnet ist. Der Drückdorn 50, welcher Teil einer Drückwalzvorrichtung ist, weist einen ersten Zylinderbereich 54 und einen dazu durchmesserkleineren zweiten Zylinderbereich 56 auf, welche über einen Konusbereich 52 miteinander verbunden sind.
Durch axiales und/oder radiales Zustellen mindestens einer Drückwalze 40 wird eine gewünschte Außenkontur des Werkstücks 10 im Gegenlaufdrückwalzen eingestellt. Zum Erreichen der in Figur lb gezeigten Form wird an das rotierende Werkstück 10 die Drückwalze 40 axial zugestellt, wobei entsprechend einem Einlaufwinkel an der Drückwalze 40 der Durchmesser verringert und das Werkstück gleichzeitig axial gelängt wird. Bei definierter Einstellung der Umformparameter, insbesondere der Druckkraft und der Rotationsgeschwindigkeit, kann das Gegenlaufdrückwalzen durch die Rolle beabstandet von dem Dorn 50 durchgeführt werden. Die verschiedenen Durchmesserbereiche gemäß den Abschnitten dl und d2 in Figur lb werden durch eine Veränderung dieser Umformparameter und/oder der radialen Zustellposition der Drückwalze 40 erreicht. Die Durchmesserbereiche d3 und d4 werden durch ein hinlänglich bekanntes Abstreck-Drückwalzen erreicht, bei welchem die Drückwalze 40 das Material in unmittelbarem Zusammenwirken mit dem Druckdorn 50 umformt. Hierbei wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein konischer Bereich 12 mit einer definierten Wandstärke ausgeformt, welcher einen ersten durchmessergrößeren Werkstückabschnitt 14 mit einem zweiten durchmesserkleineren Werkstückabschnitt 16 verbindet.
An den konischen Bereich 12 wird anschließend eine schematisch dargestellte Einrichtung 44 zugestellt, durch welche der konische Bereich 12 gezielt erwärmt wird. Es wird hierbei vorzugsweise eine Temperatur des Werkstücks in diesem Bereich oberhalb der Rekristallisationstemperatur eingestellt, so dass der nachfolgende Stauchvorgang gezielt in diesem Bereich und ohne Kaltverfestigung stattfinden kann.
Der axiale Stauchvorgang, bei welchem eine Kraft F auf das Werkstück 10 ausgeübt wird, ist in Figur lc veranschaulicht. Durch die axiale Kraft F wird der konische Bereich 12 unter Ausbildung eines stufenförmigen Absatzes 20 zusammengeschoben. Um eine definierte Außenkontur zu erreichen, wird eine Kalibrierwalze 42 mit einer entsprechenden stufenförmigen Kontur verwendet, wie aus der Einzelheit gemäß Figur ld zu ersehen ist. Durch den Stauchvorgang ergibt sich ein Materialanfall, welcher zu einer Wandstär- kenverdickung 22 im Bereich des stufenförmigen Absatzes 20 führt.
Zur Einstellung einer definierten Innenkontur kann, wie aus der oberen Hälfte der Figur lc zu ersehen ist, der Drückdorn in das Werkstück 10 eingeschoben werden. Alternativ kann gemäß der unteren Hälfte der Figur lc bei einem innen nicht abgestützten Werkstück 10 ein Materialwulst 24 ausgebildet werden, welcher an der Innenseite des Werkstücks 10 für eine zusätzliche Materialverstärkung sorgt.
Der so geformte Hohlkörper mit dem stufenförmigen Absatz 20 ist in Figur le gezeigt. Dieser Hohlkörper kann gegebenenfalls mit einem weiteren stufenförmigen Absatz versehen werden, wobei zunächst gemäß Figur lf ein weiterer konischer Bereich 32 durch eine entsprechend geformte Einziehrolle ausgebildet wird. Dieser weitere konische Bereich 32 kann dann entsprechend den vorangegangenen Verfahrensschritten durch Erwärmen und axiales Stauchen zu dem weiteren stufenförmigen Absatz ausgebildet werden. Auf diese Weise kann effizient und mit hoher Genauigkeit eine Hohlwelle mit einem Hinterschnitt ausgebildet werden, wobei an den entsprechenden stufenförmigen Absätzen eine besonders starke Materialanhäufung gegeben ist.
Eine alternative Verfahrensausführung und eine Vorrichtung nach der Erfindung sind in den Figuren 2a bis 2d dargestellt. Ein rohrförmiges Werkstück 10a mit einem massiven Bodenbereich 11 und einer darin eingebrachten Zentrierbohrung wird durch drei schematisch angedeutete Mehrzweck- Drückrollen 46, welche in bekannter Weise in Umfangs-, in Radial- und in Achsrichtung einen definierten Versatz zu- einander aufweisen, axial gegen eine Mitnehmerverzahnzung 64 einer Halteeinrichtung 62 gedrückt. Die Halteeinrichtung 62 ist drehfest mit einer Spindel 60 einer Drückwalzvorrichtung verbunden, deren grundsätzlicher Aufbau hinsichtlich Gestell, Antrieb und Halterung der Drückwalzen aus dem Stand der Technik bekannt ist. Zwischen der Spindel 60 und der Halteeinrichtung 62 ist ein federnd und axial verschiebbar gelagerter Zentrierstift 61 vorgesehen, welcher zur zentrischen Lagerung des Werkstücks 10a in dessen Zentrieröffnung eingreift.
Gemäß der Figur 2a wird mit der Mehrzweck-Drückrolle 46 zunächst eine Längung des Werkstücks 10a durch ein Gegenlauf- drückwalzen bewirkt. Das so erzeugte Zwischenprodukt ist Figur 2b entnehmbar. Zu diesem Zeitpunkt wird die Mehrzweck-Drückrolle 46 an das freie Ende des Werkstücks 10a rückgestellt, wobei gleichzeitig eine Verkippung der Rolle o um einen Kippwinkel, beispielsweise um 20 , durchgeführt wird. Durch diese Verstellung der Mehrzweck-Drückrolle 46 liegt nun nicht mehr der beim Gegenlaufdrückwalzen zum Einsatz kommende Einlaufbereich 47, sondern der demgegenüber wulstförmig vorstehende Einziehabschnitt 48 ab dem Werkstück 10a an.
Gemäß Figur 2c wird ein in dem Werkstück 10a während des Gegenlaufdrückwalzens eingeführter Drückdorn 50a weitgehend aus dem Werkstück 10a herausgefahren, so dass lediglich ein am freien Ende des Drückdorns 50a angeordneter zylindrischer Einziehabschnitt 72 im Werkstück 10a verbleibt. Gegenüber dem Durchmesser des zylindrischen Drückdorns 50a ist der Einziehabschnitt 72 durchmesserkleiner, wobei eine definierte Schulter 74 ausgebildet ist. Diese Schulter 74 dient als ein axialer Anschlag, durch welchen einerseits eine axiale Längung des Werkstücks 10a begrenzbar ist und andererseits durch einen Vorsetzer des Drück- dorns 50a eine axiale Stauchkraft auf das Werkstück 10a übertragbar ist.
Durch den wulstförmigen Einziehabschnitt 48 der Mehrzweck- Drückrolle 46 wird das freie Ende des Werkstücks 10a radial nach innen gegen den zylindrischen Einziehdornabschnitt gedrückt, wobei ein konischer Bereich 12a an dem Werksütck 10a ausgebildet wird. Entsprechend der Verfahrensbeschreibung zu Figur 1 kann dieser konische Bereich 12a zu einem stufenförmigen Absatz geformt werden. Für weitere Umformungen wird die Mehrzweck-Drückrolle 46, welche gegenüber dem Gegenlaufdrückwalzen um einen Winkel α gekippt ist, in grundsätzlich bekannter Weise an dem Außenumfang des Werkstücks 10a entlanggefahren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers, insbesondere einer Hohlwelle, mit zumindest einem stufenförmigen Absatz ( 20 ) aus einem rohrförmigen Werkstück (10), dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
- dass an dem rohrförmigen Werkstück (10) ein konischer Bereich (12) ausgebildet wird, welcher einen ersten Werkstückabschnitt (14) mit einem größeren Durchmesser mit einem zweiten Werkstückabschnitt (16) mit einem kleineren Durchmesser verbindet,
- dass der konische Bereich (12) gezielt erwärmt wird,
- dass auf das Werkstück (10) eine axiale Stauchkraft ausgeübt wird und
- dass dabei der erwärmte konische Bereich ( 12 ) gestaucht und zu dem stufenförmigen Absatz ( 20 ) geformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der konische Bereich (12) des rohrförmigen Werkstücks (10) durch Drückwalzen in einer Drückwalzmaschine ausgebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Erwärmen und das axiale Stauchen des konischen Bereiches (12) in der Drückwalzmaschine in derselben Einspannung wie das Drückwalzen durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass beim axialen Stauchen und beim Ausformen des stufenförmigen Absatzes ( 20 ) das Werkstück ( 10 ) rotiert und dass das Ausformen des stufenförmigen Absatzes ( 20 ) unter Einwirkung mindestens einer Drückwalze (42) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass beim Ausformen des stufenförmigen Absatzes (20) gezielt eine Wanddickenverstärkung an dem Absatz (20) ausgebildet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass beim Ausformen des stufenförmigen Absatzes (20) in das Werkstück (10) ein Dorn (50) eingefahren wird, welcher eine Innenkontur des Absatzes (20) vorgibt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass an einem Werkstück ( 10 ) mehrere stufenförmige Absätze (20) ausgebildet werden.
8. Drückwalzvorrichtung, insbesondere zum Formen eines Hohlkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit
- einer rotierend antreibbaren Spindel ( 60 ) ,
- einer daran angebrachten Halteeinrichtung ( 62 ) zum drehfesten Halten eines rohrförmigen Werkstücks ( 10 ) an der Spindel ( 60 ) ,
- einem Drückdorn (50) mit einer Außenkontur, welche an eine Innenkontur des Werkstücks (10) angepasst ist, und
- einem Vorsetzer, der axial relativ zu der Spindel (60) verstellbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
- dass eine Einrichtung (44) zum gezielten Erwärmen eines Werkstückbereiches vorgesehen ist und
- dass der Vorsetzer zum Ausüben einer axialen Stauchkraft auf das Werkstück ausgebildet ist.
9. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Drückdorn ( 50 ) an dem Vorsetzer angeordnet ist und dass an dem Vorsetzer ein Anschlag zum Übertragen der Stauchkraft ausgebildet ist.
10. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Drückdorn ( 50 ) an seinem freien Ende einen Einziehdornabschnitt (72) aufweist, der an dem Drückdorn (50) unter Ausbildung einer stufenförmigen Schulter (74) angeordnet ist, welche als Anschlag dient .
1. Drückwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Halteeinrichtung ( 62 ) eine Mitnehmerverzahnung (64) aufweist, in welche das Werkstück (10) zum Herstellen einer drehfesten Verbindung axial einformbar ist.
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