EP1347849B1 - Drückwalzverfahren und vorrichtung zum drückwalzen - Google Patents

Drückwalzverfahren und vorrichtung zum drückwalzen Download PDF

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EP1347849B1
EP1347849B1 EP01272628A EP01272628A EP1347849B1 EP 1347849 B1 EP1347849 B1 EP 1347849B1 EP 01272628 A EP01272628 A EP 01272628A EP 01272628 A EP01272628 A EP 01272628A EP 1347849 B1 EP1347849 B1 EP 1347849B1
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EP
European Patent Office
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workpiece
flow
blank
forming
area
Prior art date
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EP01272628A
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EP1347849A1 (de
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Günter POLLKÖTTER
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Leifeld Metal Spinning GmbH
Original Assignee
Leifeld Metal Spinning GmbH
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    • 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
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning
    • B21D22/18—Spinning using tools guided to produce the required profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/16—Making tubes with varying diameter in longitudinal direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C51/00—Measuring, gauging, indicating, counting, or marking devices specially adapted for use in the production or manipulation of material in accordance with subclasses B21B - B21F
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49764—Method of mechanical manufacture with testing or indicating
    • Y10T29/49771—Quantitative measuring or gauging

Definitions

  • the invention relates to a flow-forming method according to The preamble of claim 1 and a device for Pressure rollers according to the preamble of claim 10.
  • a generic flow-forming process is a blank arranged on a rolling mandrel of a flow-forming machine, the blank relative to at least one spinning roller in Rotation offset, the at least one spinning roller relative delivered to the blank and the blank through the Flow-forming roller axially elongated and press-rolled to a workpiece.
  • a generic flow-forming process is known from DE-A-34 02 301 known. In this method can on the spinning roller radial, axial and tangential force components be measured. The measured values are used for Control of the flow-forming process.
  • a generic device for spin forming has a Rolling mandrel for picking up a workpiece, at least one Flow-forming roller, a drive device for generating a Rotation between the workpiece and the spinning roller and a control device for controlling a delivery relatively between Rolling mandrel and spinning roll on.
  • a control device for controlling a delivery relatively between Rolling mandrel and spinning roll on.
  • Such methods and apparatus for spin forming are and are known, for example, for cylinder-spinning used by rotationally symmetrical precision hollow parts.
  • wall thickness tolerances can be achieved of a few hundredths of a millimeter.
  • inserted cylindrical blanks point in usually several tenths of a millimeter thickness tolerances. Due to the individually different thickness of the blanks thus result due to the volume constancy of the reshaped Material considerable geometry, in particular Length differences, on the finished part. There will be more Machining steps, in particular machining finishing, required. This increases significantly the machine, personnel, time and material costs and thus the costs for the finished precision parts.
  • the object of the invention is to provide a method and a device with which workpieces can be manufactured with particularly high precision.
  • This task is performed by a procedure with the characteristics of claim 1 and by a device with the features of claim 10 solved.
  • a method of the type indicated above is according to the invention further developed in that to compensate for dimensional fluctuations the blank at least one compensation area in the Workpiece is formed that before and / or during the Drückwalzens with a measuring device geometric data of the blank or the workpiece are determined that the Achieving a desired final geometry of the workpiece geometric parameters of the at least one compensation area depending on the determined geometric data be calculated individually and that by means of a control device the delivery of the spinning roller accordingly the calculated geometric parameters of the compensation area is controlled so that regardless of dimensional variations of the blank a workpiece with the desired final geometry is formed.
  • each blank depending on the actual dimensional fluctuation individually made.
  • the invention before and / or during spin-rolling geometric data of the blank or the workpiece determined. Subsequently, based on this geometric Data an individual compensation area in the Workpiece incorporated. It can thus be the significant advantage be achieved that, regardless of any present Dimensional variations of the blank, the workpiece always has a desired end geometry.
  • the at least one compensation area in one for a functionality of the workpiece uncritical area of the workpiece incorporated is the at least one compensation area in one for a functionality of the workpiece uncritical area of the workpiece incorporated.
  • At least one axial length of the blank or of the workpiece in particular be determined several times.
  • the axial length depends sensitive of any dimensional variations of the blank so that due to this size the geometric Parameters of the compensation area are determined very accurately can.
  • It can also be a geometric data but also a diameter and / or a wall thickness of the blank or of the workpiece be determined. This can improve the accuracy of the determination the compensation area parameter is increased.
  • the determined temperature and / or the determined pressure supplied to the computer device go into the calculation of the geometric parameters of the compensation area.
  • the compensation area becomes a cylindrical area and / or as at least one bevelled area, shaped.
  • the dimensional variations of the blanks are particularly large, can be provided that several compensation area in the Workpiece to be incorporated. This can also be beneficial if desired, that is the variation of geometric Parameters of a compensation area of workpiece to workpiece should not be too big.
  • the inventive method can as synchronous and also be carried out as a mating method.
  • a device of the type specified above is according to the invention further developed by the fact that at least one measuring device for determining geometric data of the workpiece is provided that the measuring device with a Computer device is connected to the calculation of geometric parameters of a compensation range is, which for individual compensation ofhyroidschwankept of the blank incorporated into the workpiece is, and that by means of the control device, the delivery the spinning roller is controllable, so that the compensation area of the workpiece as a function of the Computer device individually calculated geometric Parameter is formed.
  • the device also referred to as a flow-forming machine can be operated web and / or pressure controlled become.
  • NC technology pioneers can be found Flow-forming operations as well as the exact positioning realize the spinning rollers in the longitudinal and transverse axis.
  • the measuring device has at least one Displacement sensor on.
  • This may be an optical, acoustic and / or a sensor for determining the electrical Conduct conductivity.
  • Device are provided a plurality of displacement sensors, which in particular axially spaced from each other. This advantageously allows a multiple determination, for example, an axial length of the workpiece, in the course of the flow-forming process.
  • the geometric parameter of the compensation area can but also be provided that the measuring device a Sensor for determining a diameter of the workpiece and / or a wall thickness of the workpiece.
  • gauges or sensors can be used to determine be provided further physical quantities, so that the Workpiece more accurately characterized and the manufacturing process carried out under even better defined conditions can be.
  • a pressure sensor may be provided.
  • Figure 1 shows an axial cross-sectional view of a tubular Blank 12 with an axial length Lo, an inner diameter di, an outer diameter there and with a Wall thickness So.
  • the dimensions indicated in the figures are to be understood in millimeters.
  • the wall thickness So of the blank 12 has a tolerance of +/- 0.12 mm.
  • Figure 2 shows in an axial cross-sectional view of a a blank 12 rolled in an axial direction Z.
  • Workpiece 14 The wall thickness So of the blank used in this case 12 was at the lower limit of the tolerance range FIG. 1
  • Figures 3 and 4 are in axial cross-sectional views further workpieces 14 shown in which the Wall thickness So the blanks used 12 in the middle or at the upper edge of the tolerance range of Figure 1 were.
  • Figures 2 to 4 can be taken very clearly, that individually present470schwankept the blanks 12, in the case shown here, the fluctuation of the wall thickness So, very strong on the geometry, about the axial Length L1 of the rolled workpieces 14 impact.
  • the axial length L1 of the Workpiece 14 of Figure 2 compared to the workpiece Figure 4 by almost 8%.
  • Figures 5 to 7 are in axial cross-sectional views Workpieces 14 shown in which in a for a functionality of the workpiece 14 non-critical area according to the invention compensation areas 26 individually were incorporated.
  • the compensation regions 26 each have a cylindrical Area A as well as a run-out slope X1, X2, X3 trained beveled area on. All workpieces 14 of Figures 5 to 7 have an identical design cylindrical region L between that in Figures 5 to 7 right end of the workpiece 14 and the compensation area 26 on. Furthermore, in the workpieces 14 of Figures 5 to 7 is a cylindrical area A with an identical axial Length and an identical wall thickness S2 formed.
  • each used Blanks 12 To compensate for dimensional variations of each used Blanks 12 are the outlet slopes X1, X2, X3, which starting from point Y to the cylindrical area A connect, individually trained.
  • the blank 12 used has the workpiece 14 of Figure 5 a with respect to the axial extent of Outlet slope X2 from Figure 6 shortened outlet slope X1 on.
  • Analog is the outlet slope X3 of the workpiece 14, for which a blank with a below average Wall Thickness So used was extended compared to X2.
  • compensation areas 26, which are also referred to as tolerance compensation ranges can, in the manufacture or construction of workpieces 14 or production parts considered. In these balancing areas 26 tolerance differences are accordingly their effect on the final production length L1 Considering measuring during the forming process.
  • the volume equation used is the volume constancy of the formed material as well as the constancy of the Inside diameter of the workpiece.
  • FIGS. 8-10 Further examples of customized compensation areas 26 are shown in FIGS. 8-10.
  • the workpieces 14 each have identical ones cylindrical areas L on, each one individually connect trained compensation areas 26.
  • the compensation areas 26 in turn each consist of one cylindrical area A1, A2, A3 and a itself after point Y subsequent outlet slopes X1, X2 and X3.
  • counter-rotating spin forming is a blank 12, in which it may be a rifle or pipe section, pushed over a rolling mandrel 16 to a clamping point and there detected by a driving ring 42, with hardened teeth can be provided.
  • An axial force of one or more spinning rollers 18 presses the blank 12 on a toothed segment and offset him thereby in a rotary motion.
  • the material flows in the forming under the flow-forming rollers 18 in the direction of the free rolling mandrel and beyond that into a free one Working space of the machine. Longitudinal feed and flow direction are thus opposing each other.
  • FIGS 11, 12 and 13 are parts of an inventive Device as well as in partial cross-sectional views blanks 12 and workpieces 14 at different stages of the invention Process illustrated.
  • the blanks 12 of Figures 11, 12 and 13 each have different Wall thicknesses up.
  • the partial cross-sectional views of method step 1 show each one angeordenten on a rolling mandrel 16 blank 12, which comes with a driving ring 42 into abutment. It Then, the rolling mandrel 16 is driven in rotation and several Flow-forming rollers 18, one of which is exemplified is radially delivered to the blank 12.
  • the axial feed takes place by moving the rolling mandrel in the Z direction.
  • a plurality of displacement sensors 46, 48, 50, 52 are provided. These displacement sensors 46, 48, 50, 52, in which there in particular may be optical sensors are axially spaced from each other at positions Z1, Z2, Z3, Z4 arranged.
  • the geometric parameters of Compensation area 26 individually calculated and the flow-forming rollers 18 are calculated according to the calculated parameters axially and radially delivered to the workpiece 14.
  • step 1 the flow-forming roller 18 in a Distance of 32.3 mm from the right opening diameter attached.
  • step 2 a first run-up slope of the area 28 trained.
  • step 3 the spinning roller 18 is in a cylindrical portion of the area 28, wherein at a distance of 63.87 mm from the spinning roller 18 at the position Z1 the displacement sensor 46 is arranged as the first measuring point. Subsequently, a discharge slope of the area 28 in the Formed workpiece 14.
  • step 4 is a discharge ramp of 8.18 mm in length finished molded.
  • step 5 the workpiece 14 has the reached at the position Z2 arranged second transducer 48. At a distance of 98.7 mm begins a first inlet slope a compensation area 26 except for a wall thickness cross section of 1.92 mm.
  • step 6 the workpiece 14 has the third position transducer 50 is reached at the position Z3, which is at a distance of 167.9 mm from the flow-forming roller 18 is located. It is now measured by a calculator based on the measured Track in Z-direction and taking into account the measured data of the transducer 50 at position Z3 via the volume equation the parameters for an outlet slope of the Compensation area 26 determined to a total workpiece length of 204.5 mm. At the same time, from the determined data position Z4 a fourth, variable positionable position transducer 52 set.
  • step 7 is on reaching the fourth transducer 52 terminated at the position Z4 of the flow-forming and the Workpiece 14 has reached its desired length of 204.5 mm.
  • Figures 12 and 13 is the inventive method in an analogous manner as in Figure 11 for blanks 12 with represented different Teschwankept.
  • the process steps Figures 1 to 8 of Figures 12 and 13 correspond to those of Figure 11, which is why a detailed description is omitted here.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft ein Drückwalzverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Drückwalzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Bei einem gattungsgemäßen Drückwalzverfahren wird ein Rohling auf einem Walzdorn einer Drückwalzmaschine angeordnet, der Rohling relativ zumindest einer Drückwalzrolle in Rotation versetzt, die mindestens eine Drückwalzrolle relativ zu dem Rohling zugestellt und der Rohling durch die Drückwalzrolle axial gelängt und zu einem Werkstück drückgewalzt.
Ein gattungsgemäßes Drückwalzverfahren ist aus der DE-A-34 02 301 bekannt. Bei diesem Verfahren können an der Drückrolle radiale, axiale und tangentiale Kraftkomponenten gemessen werden. Die ermittelten Messwerte dienen zur Regelung des Drückwalzvorganges.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Drückwalzen weist einen Walzdorn zum Aufnehmen eines Werkstücks, mindestens eine Drückwalzrolle, eine Antriebseinrichtung zum Erzeugen einer Rotation zwischen Werkstück und Drückrolle und eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Zustellung relativ zwischen Walzdorn und Drückwalzrolle auf. Eine solche Vorrichtung ist ebenfalls aus der DE-A-34 02 301 bekannt.
Es kann dabei der Walzdorn rotierend angetrieben werden und die Drückwalzrolle radial und/oder axial an das Werkstück zugestellt werden. Möglich ist aber ebenfalls, dass eine rotierend angetriebene Drückwalzrolle oder eine Mehrzahl von Drückwalzrollen, welche auf einem rotierend angetriebenen Kranz angeordnet sind, radial und/oder axial an einen feststehenden oder ebenfalls rotierend angetriebenen Walzdorn zugestellt werden.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen zum Drückwalzen sind bekannt und werden beispielsweise zum Zylinder-Drückwalzen von rotationssymmetrischen Präzisionshohlteilen eingesetzt.
Diese bekannten Verfahren zeichnen sich durch besondere Wirtschaftlichkeit aus, was im Wesentlichen begründet ist in der Materialeinsparung aufgrund spanloser Umformung, in der bei der Umformung entstehenden Kaltverfestigung des Materials und in den gegenüber spanenden Verfahren erheblich verkürzten Fertigungszeiten. Darüber hinaus läßt sich mit diesen Verfahren eine Vielfalt von Außenmantelformen herstellen, beispielsweise sind Konturabsätze, Übergangsradien und konische Bereiche möglich.
Beim Zylinder-Drückwalzen lassen sich Wanddicken-Toleranzen von wenigen hundertstel Millimeter erzielen. Die üblicherweise eingesetzten zylindrischen Rohteile weisen jedoch in der Regel mehrere zehntel Millimeter Dickentoleranzen auf. Durch die individuell unterschiedliche Dicke der Rohlinge ergeben sich somit aufgrund der Volumenkonstanz des umzuformenden Material erhebliche Geometrie-, insbesondere Längenunterschiede, am Fertigteil. Es werden deshalb weitere Bearbeitungsschritte, insbesondere spanende Nachbearbeitungen, erforderlich. Dadurch steigen in erheblichem Maß der Maschinen-, Personal-, Zeit- und Materialaufwand und somit die Kosten für die fertigen Präzisionsteile.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher Werkstücke mit besonders hoher Präzision gefertigt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Ein Verfahren der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass zum Ausgleich von Maßschwankungen des Rohlings mindestens ein Ausgleichsbereich in das Werkstück eingeformt wird, dass vor und/oder während des Drückwalzens mit einer Messeinrichtung geometrische Daten des Rohlings bzw. des Werkstücks ermittelt werden, dass zur Erzielung einer gewünschten Endgeometrie des Werkstücks die geometrischen Parameter des mindestens einen Ausgleichsbereichs in Abhängigkeit der ermittelten geometrischen Daten individuell errechnet werden und dass mittels einer Steuereinrichtung die Zustellung der Drückwalzrolle entsprechend den errechneten geometrischen Parametern des Ausgleichsbereiches gesteuert wird, so dass unabhängig von Maßschwankungen des Rohlings ein Werkstück mit der gewünschten Endgeometrie geformt wird.
Als Kernidee der Erfindung kann angesehen werden, dass jeder Rohling in Abhängigkeit der konkret vorliegenden Maßschwankung individuell gefertigt wird. Hierzu werden erfindungsgemäß vor und/oder während des Drückwalzens bestimmte geometrische Daten des Rohlings bzw. des Werkstücks ermittelt. Anschließend wird auf Grundlage dieser geometrischen Daten ein individueller Ausgleichsbereich in das Werkstück eingearbeitet. Es kann somit der bedeutende Vorteil erzielt werden, dass, unabhängig von eventuell vorliegenden Maßschwankungen des Rohlings, das Werkstück immer eine gewünschte Endgeometrie aufweist.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Werkstücke mit so hoher Präzision gefertigt werden können, dass nachfolgende Bearbeitungsschritte, insbesondere spanende Nachbearbeitungen, entfallen können. Hierdurch werden Einsparungen des Zeit-, Personal- und Maschinenaufwands in hohem Umfang ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird der mindestens eine Ausgleichsbereich in einem für eine Funktionalität des Werkstücks unkritischen Bereich des Werkstücks eingearbeitet. Hierdurch kann der Vorteil erzielt werden, dass die Funktionalität der Werkstücke, unabhängig davon, wie der Ausgleichsbereich jeweils individuell geformt ist, erhalten bleibt.
Als geometrische Daten können vorzugsweise wenigstens eine axiale Länge des Rohlings bzw. des Werkstücks, insbesondere mehrmals, bestimmt werden. Da die Wanddicke des Werkstücks beim Auswalzen zumeist deutlich reduziert, das Werkstück also stark gelängt wird, hängt die axiale Länge empfindlich von eventuell vorliegenden Maßschwankungen des Rohlings ab, so dass aufgrund dieser Größe die geometrischen Parameter des Ausgleichsbereichs sehr genau bestimmt werden können.
Unter Zuhilfenahme geeigneter Wegmesssysteme, deren Messdaten von einem Zentralrechner verarbeitet werden, lassen sich also erfindungsgemäß im laufenden Fertigungsprozess auftretende Wanddickentoleranzen beherrschen.
Es können als geometrische Daten aber auch ein Durchmesser und/oder eine Wanddicke des Rohlings bzw. des Werkstücks bestimmt werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Bestimmung der Parameter des Ausgleichsbereichs erhöht werden.
Neben den geometrischen Daten können weitere Messungen am Rohling bzw. am Werkstück durchgeführt werden. Beispielsweise kann vor, während und/oder nach dem Drückwalzen eine Temperatur des Werkstücks bestimmt werden.
Darüber hinaus kann während des Drückwalzens auch ein Druck in dem Werkstück, insbesondere in axialer Richtung, ermittelt werden.
Von Druck und Temperatur hängt die konkrete Geometrie des Werkstücks empfindlich ab, so dass eine Aufzeichnung dieser Parameter eine weitere Steigerung der Fertigungspräzision ermöglicht.
Vorzugsweise werden dabei die ermittelte Temperatur und/oder der ermittelte Druck der Rechnereinrichtung zugeführt und gehen in die Berechnung der geometrischen Parameter des Ausgleichsbereichs ein.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ausgleichsbereich als zylindrischer Bereich und/oder als mindestens ein abgeschrägter Bereich, geformt. Diese Formen sind zum einen in einfacher Weise auf einer Drückwalzmaschine herstellbar und außerdem können die geometrischen Parameter dieser Formen in besonders einfacher Weise errechnet werden.
Je nach Konstruktion des Werkstückes können aber auch andere, prinzipiell beliebig geformte Ausgleichsbereiche realisiert werden.
Wenn die Maßschwankungen der Rohlinge besonders groß sind, kann vorgesehen sein, dass mehrere Ausgleichsbereich in das Werkstück eingearbeitet werden. Dies kann außerdem vorteilhaft sein, wenn erwünscht ist, dass die Variation von geometrischen Parametern eines Ausgleichsbereichs von Werkstück zu Werkstück nicht zu groß sein sollte.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Gleichlauf- und auch als Gegenlaufverfahren durchgeführt werden.
Eine Vorrichtung der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass mindestens eine Messeinrichtung zur Bestimmung von geometrischen Daten des Werkstücks vorgesehen ist, dass die Messeinrichtung mit einer Rechnereinrichtung verbunden ist, die zum Errechnen von geometrischen Parametern eines Ausgleichsbereichs ausgelegt ist, welcher zum individuellen Ausgleich von Maßschwankungen des Rohlings in das Werkstück eingearbeitet wird, und dass mittels der Steuereinrichtung die Zustellung der Drückwalzrolle steuerbar ist, so dass der Ausgleichsbereich des Werkstücks in Abhängigkeit der von der Rechnereinrichtung individuell errechneten geometrischen Parameter ausgebildet ist.
Die Vorrichtung, die auch als Drückwalzmaschine bezeichnet werden kann, kann dabei bahn- und/oder druckgesteuert betrieben werden. Mit Hilfe der NC-Technik lassen sich bahngebende Drückwalzoperationen sowie die exakte Positionierung der Drückwalzrollen in der Längs- und Querachse realisieren.
Vorzugsweise weist die Messeinrichtung mindestens einen Wegaufnehmer auf. Hierbei kann es sich um einen optischen, akustischen und/oder einen Sensor zur Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit handeln.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Wegaufnehmer vorgesehen, welche insbesondere axial voneinander beabstandet angeordnet sind. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine mehrmalige Bestimmung, beispielsweise einer axialen Länge des Werkstück, im Verlauf des Drückwalzverfahrens.
Zur Erhöhung der Informationsgrundlage für die Berechnung der geometrischen Parameter des Ausgleichsbereichs kann aber auch vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung einen Sensor zur Bestimmung eines Durchmessers des Werkstücks und/oder einer Wandstärke des Werkstücks aufweist.
Außerdem können Messgeräte oder -sensoren zur Ermittlung weiterer physikalischer Größen vorgesehen sein, so dass das Werkstück noch genauer charakterisiert und das Fertigungsverfahren unter noch besser definierten Bedingungen durchgeführt werden kann.
Beispielsweise kann zur Bestimmung einer Temperatur des Werkstücks ein Temperatursensor oder es kann zur Bestimmung eines Drucks in dem Werkstück, insbesondere in einer axialen Richtung, ein Drucksensor vorgesehen sein.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßigen Vorrichtung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
In diesen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1
eine axiale Querschnittsansicht eines Rohlings;
Fig. 2 bis 4
axiale Querschnittsansichten von Werkstücken, welche aus Rohlingen mit unterschiedlichen Maßschwankungen drückgewalzt wurden;
Fig. 5 bis 7
axiale Querschnittsansichten von Werkstücken mit individuell ausgebildeten Ausgleichsbereichen;
Fig. 8 bis 10
axiale Querschnittsansichten von weiteren Werkstücken mit individuell ausgebildeten Ausgleichsbereichen;
Fig. 11
schematische Teilquerschnittsansichten eines Rohlings bzw. eines Werkstücks sowie einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in unterschiedlichen Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 12
schematische Teilquerschnittsansichten eines weiteren Rohlings bzw. eines weiteren Werkstücks sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 11 in unterschiedlichen Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 13
schematische Teilquerschnittsansichten eines weiteren Rohlings bzw. eines weiteren Werkstücks sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 11 in unterschiedlichen Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt eine axiale Querschnittsansicht eines röhrenförmigen Rohlings 12 mit einer axialen Länge Lo, einem Innendurchmesser di, einem Außendurchmesser da und mit einer Wandstärke So. Die in den Figuren angegebenen Bemaßungen sind jeweils in Millimetern zu verstehen.
Die Wandstärke So des Rohlings 12 weist eine Toleranz von +/- 0,12 mm auf.
Wie anhand der folgenden Figuren 2 bis 4 dargestellt wird, wirkt sich diese Toleranz in drastischer Weise auf eine axiale Länge L1 eines fertiggestellten Werkstücks 14 aus.
Figur 2 zeigt in einer axialen Querschnittsansicht ein aus einem Rohling 12 in einer axialen Richtung Z ausgewalztes Werkstück 14. Die Wandstärke So des dabei verwendeten Rohlings 12 lag an der unteren Grenze des Toleranzbereichs aus Figur 1.
In den Figuren 3 und 4 sind in axialen Querschnittsansichten weitere Werkstücke 14 dargestellt, bei welchen die Wandstärke So der verwendeten Rohlinge 12 in der Mitte bzw. am oberen Rand des Toleranzereichs aus Figur 1 lagen.
Den Figuren 2 bis 4 kann sehr anschaulich entnommen werden, dass sich individuell vorliegende Maßschwankungen der Rohlinge 12, im hier gezeigten Fall die Schwankung der Wandstärke So, sehr stark auf die Geometrie, etwa auf die axiale Länge L1 der ausgewalzten Werkstücke 14 auswirken. Beispielsweise unterscheidet sich die axiale Länge L1 des Werkstücks 14 aus Figur 2 im Vergleich zum Werkstück aus Figur 4 um knapp 8%.
In den Figuren 5 bis 7 sind in axialen Querschnittsansichten Werkstücke 14 dargestellt, bei welchen in einem für eine Funktionalität des Werkstücks 14 unkritischen Bereich erfindungsgemäß Ausgleichsbereiche 26 jeweils individuell eingearbeitet wurden.
Die Ausgleichsbereiche 26 weisen jeweils einen zylindrischen Bereich A sowie einen als Auslaufschräge X1, X2, X3 ausgebildeten abgeschrägten Bereich auf. Alle Werkstücke 14 der Figuren 5 bis 7 weisen einen identisch ausgebildeten zylindrischen Bereich L zwischen dem in den Figuren 5 bis 7 rechten Ende des Werkstücks 14 und dem Ausgleichsbereich 26 auf. Weiterhin ist bei den Werkstücken 14 der Figuren 5 bis 7 ein zylindrischer Bereich A mit einer identischen axialen Länge und einer identischen Wandstärke S2 ausgebildet.
Zum Ausgleich von Maßschwankungen des jeweils verwendeten Rohlings 12 sind die Auslaufschrägen X1, X2, X3, welche sich ausgehend von Punkt Y an den zylindrischen Bereich A anschließen, individuell ausgebildet.
Für das Werkstück 14 aus Figur 6 wurde ein Rohling 12 verwendet, bei welchem die Wandstärke So in der Mitte des Toleranzbereichs aus Figur 1 lag. Die Werkstücke 14 in Figur 5 und 7 wurden dagegen aus Rohlingen 12 mit Wandstärken So am oberen bzw. am unteren Ende des Toleranzbereichs aus Figur 1 drückgewalzt.
Entsprechend der oberhalb des Mittelwerts liegenden Wandstärke So des verwendeten Rohlings 12 weist das Werkstück 14 aus Figur 5 eine gegenüber der axialen Ausdehnung der Auslaufschräge X2 aus Figur 6 verkürzte Auslaufschräge X1 auf. Analog ist die Auslaufschräge X3 des Werkstücks 14, für welches ein Rohling mit einer unter dem Mittelwert liegenden Wandstärke So verwendet wurde, gegenüber X2 verlängert.
Um eine Fertigungsendlänge L1 der Werkstücke 14 trotz der auftretenden Maßschwankungen der Rohlinge 12 konstant zu halten, werden also erfindungsgemäß Ausgleichsbereiche 26, die auch als Toleranzausgleichsbereiche bezeichnet werden können, bei der Fertigung oder Konstruktion der Werkstücke 14 oder Fertigungsteile berücksichtigt. In diesen Ausgleichsbereichen 26 werden Toleranzunterschiede entsprechend ihrer Auswirkung auf die Fertigungsendlänge L1 durch Messen während des Umformprozesses berücksichtigt.
Auch kann eine nachfolgende mechanische Bearbeitung an den Öffnungsdurchmessern genau in der axialen Gesamtlänge L1 mit berücksichtigt werden.
Bei den in den Figuren 5, 6 und 7 dargestellten Auslaufschrägen X1, X2, X3 wird am Punkt Y, welcher immer den gleichen Abstand zum rechten Öffnungsdurchmesser besitzt, eine Messung am abgestreckten Teil vorgenommen. Unter Berücksichtigung des Verfahrweges einer Spindel in Z-Richtung errechnet ein Rechner über eine Volumengleichung die Ist-Abweichung und legt somit die axiale Ausdehnung der Auslaufschrägen X1, X2, X3 fest.
Der verwendeten Volumengleichung liegt dabei die Volumenkonstanz des umgeformten Materials sowie die Konstanz des Innendurchmessers des Werkstücks zugrunde.
Im Ergebnis werden durch die erfindungsgemäße Einarbeitung von individuell ausgebildeten Ausgleichsbereichen 26 Werkstücke 14 mit identischen axialen Längen L1 erzielt.
Weitere Beispiele von individuell angepassten Ausgleichsbereichen 26 sind in den Figuren 8 bis 10 dargestellt. Hier sind wiederum Werkstücke 14 in axialen Querschnittsansichten gezeigt, welche ausgehend von Rohlingen 12 mit unterschiedlicher Wanddicke So mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt wurden.
Wie in Figur 5 bis 7 weisen die Werkstücke 14 jeweils identische zylindrische Bereiche L auf, an die sich jeweils individuell ausgebildete Ausgleichsbereiche 26 anschließen. Die Ausgleichsbereiche 26 bestehen wiederum jeweils aus einem zylindrischen Bereich A1, A2, A3 sowie einer sich daran nach Punkt Y anschließenden Auslaufschräge X1, X2 und X3.
Im Unterschied zu den Werkstücken 14 der Figuren 5 bis 7 wurden bei den Werkstücken 14 der Figuren 8 bis 10 sowohl die Auslaufschrägen X1, X2, X3 als auch die zylindrischen Bereiche A1, A2, A3 der Ausgleichsbereiche 26 individuell an die jeweils vorliegende Maßschwankung des verwendeten Rohlings 12 angepasst.
Auch hier werden identische axialen Längen L1 der fertiggestellten Werkstücke 14 erzielt.
An Beispielen zur Herstellung von gewichtsoptimierten Rädern, die im Gegenlauf-Drückwalzverfahren hergestellt werden, wird die Erfindung in den Figuren 11, 12 und 13 weiter erläutert.
Beim Gegenlauf-Drückwalzen wird ein Rohling 12, bei welchem es sich um einen Büchsen- oder Rohrabschnitt handeln kann, über einen Walzdorn 16 bis zu einer Einspannstelle geschoben und dort von einem Mitnahmering 42 erfasst, der mit gehärteten Zähnen versehen sein kann.
Eine Axialkraft einer oder mehrerer Drückwalzrollen 18 presst den Rohling 12 auf ein Zahnsegment und versetzt ihn hierdurch in eine Drehbewegung. Der Werkstoff fließt bei der Umformung unter den Drückwalzrollen 18 durch in Richtung des freien Walzendornes und hierüber hinaus in einen freien Arbeitsraum der Maschine. Längsvorschub und Fließrichtung sind einander also entgegengerichtet.
Gleichwohl kann diese Erfindung für Drück- und andere Drückwalzoperationen eingesetzt werden. Auch Kombinationen von Längen-, Durchmesser-, Druck- und Temperaturmessungen sind je nach Anwendungsfall möglich.
In den Figuren 11, 12 und 13 sind Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie in Teilquerschnittsansichten Rohlinge 12 und Werkstücke 14 in verschiedenen Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Rohlinge 12 der Figuren 11, 12 und 13 weisen dabei jeweils unterschiedliche Wanddicken auf.
Identische Komponenten sind jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Teilquerschnittsansichten zu Verfahrensschritt 1 zeigen jeweils einen auf einem Walzdorn 16 angeordenten Rohling 12, der mit einem Mitnahmering 42 in Anschlag kommt. Es wird sodann der Walzdorn 16 rotierend angetrieben und mehrere Drückwalzrollen 18, von denen eine beispielhaft dargestellt ist, werden radial an den Rohling 12 zugestellt.
Die axiale Zustellung erfolgt durch Verfahren des Walzdorns in Z-Richtung.
Zur Ermittlung der axialen Länge des Werkstücks in verschiedenen Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens sind an der Vorrichtung mehrere Wegaufnehmer 46, 48, 50, 52 vorgesehen. Diese Wegaufnehmer 46, 48, 50, 52, bei welchen es sich insbesondere um optische Sensoren handeln kann, sind axial voneinander beabstandet an Positionen Z1, Z2, Z3, Z4 angeordnet.
Zunächst wird mit Hilfe der Drückwalzrollen 18 in das Werkstück 14 ein Bereich 28 mit reduzierter Wanddicke eingearbeitet. Durch diesen Bereich 28 wird zusammen mit einem später einzuformenden Ausgleichsbereich 26 beim fertigen Werkstück 14 eine annähernd symmetrische Massenverteilung erzielt.
Anhand der von den Wegaufnehmern 46, 48, 50, 52 im Verlauf des Drückwalzens ermittelten axialen Längen des Werkstücks 14 werden erfindungsgemäß die geometrischen Parameter eines Ausgleichsbereichs 26 individuell errechnet und die Drückwalzrollen 18 werden entsprechend der errechneten Parameter axial und radial an das Werkstück 14 zugestellt.
Insgesamt wird beim Auswalzen des Rohlings 12 zum fertigen Werkstück 14 der Mitnahmering 42 um einen Gesamtverfahrweg in Z-Richtung 44 gegenüber der Drückwalzrolle 18 zugestellt.
Im Verfahrensschritt 1 wird die Drückwalzrolle 18 in einem Abstand von 32,3 mm vom rechten Öffnungsdurchmesser angesetzt. In Schritt 2 wird eine erste Anlaufschräge des Bereichs 28 ausgebildet.
In Schritt 3 befindet sich die Drückwalzrolle 18 in einem zylindrischen Abschnitt des Bereichs 28, wobei im Abstand von 63,87 mm von der Drückwalzrolle 18 an der Position Z1 der Wegaufnehmer 46 als erste Messstelle angeordnet ist. Anschließend wird eine Auslaufschräge des Bereichs 28 in das Werkstück 14 eingeformt.
In Schritt 4 ist eine Auslaufschräge von 8,18 mm Länge fertig eingeformt. In Schritt 5 hat das Werkstück 14 den an der Position Z2 angeordneten zweiten Wegaufnehmer 48 erreicht. Im Abstand von 98,7 mm beginnt eine erste Einlaufschräge eines Ausgleichsbereichs 26 bis auf einen Wanddickenquerschnitt von 1,92 mm.
In Schritt 6 hat das Werkstück 14 den dritten Wegaufnehmer 50 an der Position Z3 erreicht, welcher sich in einem Abstand von 167,9 mm von der Drückwalzrolle 18 befindet. Es wird nun von einem Rechner basierend auf dem gemessenen Fahrweg in Z-Richtung und unter Berücksichtigung der Messdaten des Wegaufnehmers 50 an der Position Z3 über die Volumengleichung die Parameter für eine Auslaufschräge des Ausgleichsbereichs 26 ermittelt, um eine Gesamtwerkstücklänge von 204,5 mm zu erreichen. Gleichzeitig wird aus der ermittelten Daten die Position Z4 eines vierten, variabel positionierbaren Wegaufnehmers 52 eingestellt.
Mit Hilfe des vierten Wegaufnehmers 52 an der Position Z4 kann eine gewünschte axiale Endlänge des fertiggestellten Werkstücks 14 verifiziert werden.
In Schritt 7 ist beim Erreichen des vierten Wegaufnehmers 52 an der Position Z4 der Drückwalzvorgang beendet und das Werkstück 14 hat seine gewünschte Länge von 204,5 mm erreicht.
In den Figuren 12 und 13 ist das erfindungsgemäße Verfahren in analoger Weise wie in Figur 11 für Rohlinge 12 mit unterschiedlichen Maßschwankungen dargestellt. Die Verfahrensschritte 1 bis 8 der Figuren 12 und 13 entsprechen denjenigen der Figur 11, weshalb auf eine detaillierte Beschreibung hier verzichtet wird.
Für die verschiedenen Rohlinge 12 der Figuren 11, 12 und 13, die jeweils unterschiedliche Ausgangsmaße aufweisen, werden im Ergebnis wiederum Werkstücke 14 mit identischer axialer Länge erzielt.

Claims (15)

  1. Drückwalzverfahren, bei welchem
    ein Rohling (12) auf einem Walzdorn (16) einer Drückwalzmaschine angeordnet wird,
    der Rohling (12) relativ zu mindestens einer Drückwalzrolle (18) in Rotation versetzt wird,
    die mindestens eine Drückwalzrolle (18) relativ zu dem Rohling (12) zugestellt wird und
    der Rohling (12) durch die Drückwalzrolle (18) axial gelängt und zu einem Werkstück (14) drückgewalzt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Ausgleich von Maßschwankungen des Rohlings (12) mindestens ein Ausgleichsbereich (26) in das Werkstück (14) eingeformt wird,
    dass vor und/oder während des Drückwalzens mit einer Messeinrichtung geometrische Daten des Rohlings (12) bzw. des Werkstücks (14) ermittelt werden,
    dass zur Erzielung einer gewünschten Endgeometrie des Werkstücks (14) die geometrischen Parameter des mindestens einen Ausgleichsbereichs (26) in Abhängigkeit der ermittelten geometrischen Daten individuell errechnet werden und
    dass mittels einer Steuereinrichtung die Zustellung der Drückwalzrolle (18) entsprechend den errechneten geometrischen Parametern des Ausgleichsbereiches (26) gesteuert wird, so dass unabhängig von Maßschwankungen des Rohlings (12) ein Werkstück (14) mit der gewünschten Endgeometrie geformt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ausgleichsbereich (26) in einem für eine Funktionalität des Werkstücks (14) unkritischen Bereich des Werkstücks (14) eingearbeitet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass als geometrische Daten wenigstens eine axiale Länge (L0; L1) des Rohlings (12) bzw. des Werkstücks (14), insbesondere mehrmals, bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass als geometrische Daten ein Durchmesser (da) und/oder eine Wanddicke (S0; S1) des Rohlings (12) bzw. des Werkstücks (14) bestimmt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass vor, während und/oder nach dem Drückwalzen eine Temperatur des Werkstücks (14) bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass während des Drückwalzens ein Druck in dem Werkstück (14), insbesondere in axialer Richtung (Z), ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Temperatur und/oder der ermittelte Druck der Rechnereinrichtung zugeführt werden und
    in die Berechnung der geometrischen Parameter des Ausgleichsbereichs (26) eingehen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbereich (26) als zylindrischer Bereich (A; A1; A2; A3) und/oder als mindestens ein abgeschrägter Bereich (X1; X2; X3) geformt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ausgleichsbereiche (26) in das Werkstück (14) eingearbeitet werden.
  10. Vorrichtung zum Drückwalzen mit
    einem Walzdorn (16) zum Aufnehmen eines Werkstücks (14),
    mindestens einer Drückwalzrolle (18),
    einer Antriebseinrichtung zum Erzeugen einer Rotation zwischen Werkstück (14) und Drückwalzrolle (18) und
    einer Steuereinrichtung zum Steuern einer Zustellung relativ zwischen Walzdorn (16) und Drückwalzrolle (18),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens eine Meßeinrichtung zur Bestimmung von geometrischen Daten des Werkstücks (14) vorgesehen ist,
    dass die Meßeinrichtung mit einer Rechnereinrichtung verbunden ist, die zum Errechnen von geometrischen Parametern eines Ausgleichsbereichs (26) ausgelegt ist, welcher zum individuellen Ausgleich von Maßschwankungen des Rohlings (12) in das Werkstück (14) eingearbeitet wird, und
    dass mittels der Steuereinrichtung die Zustellung der Drückwalzrolle (18) steuerbar ist, so dass der Ausgleichsbereich (26) des Werkstücks (14) in Abhängigkeit der von der Rechnereinrichtung individuell errechneten geometrischen Parameter ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung mindestens einen Wegaufnehmer (46, 48, 50, 52) aufweist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wegaufnehmer (46, 48, 50, 52) vorgesehen sind, welche insbesondere axial voneinander beabstandet angeordnet sind.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Sensor zur Bestimmung eines Durchmessers des Werkstücks (14) und/oder
    einer Wandstärke (S1) des Werkstücks (14) aufweist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung einer Temperatur des Werkstücks (14) ein Temperatursensor vorgesehen ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung eines Drucks in dem Werkstück (14), insbesondere in einer axialen Richtung (Z), ein Drucksensor vorgesehen ist.
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