EP2343138A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Umformen von Werkstücken - Google Patents

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EP2343138A1
EP2343138A1 EP10000210A EP10000210A EP2343138A1 EP 2343138 A1 EP2343138 A1 EP 2343138A1 EP 10000210 A EP10000210 A EP 10000210A EP 10000210 A EP10000210 A EP 10000210A EP 2343138 A1 EP2343138 A1 EP 2343138A1
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EP
European Patent Office
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forming
preform
workpiece
forming tool
tool
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EP10000210A
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English (en)
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EP2343138B1 (de
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Karl-Heinz Köstermeier
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REPKON MACHINE AND TOOL INDUSTRY AND TRADE INC.
Original Assignee
Repkon Machine And Tool Industry & Trade Ltd
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Priority to US13/521,298 priority patent/US10124388B2/en
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    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions

Definitions

  • the invention relates to a device for forming workpieces according to the preamble of claim 1 and a method for forming workpieces according to claim 8.
  • a workpiece is set in rotation and then formed by rolling or rolling from outside to the workpiece.
  • these workpieces are designed as rotationally symmetrical hollow body.
  • the hollow bodies may have unilaterally closed bottoms.
  • this transformation takes place in such a way that the outer forming rollers press the shell of the hollow body-shaped workpiece against an internal mandrel, so that the material is made to flow within a forming zone between the forming tools axially, radially and tangentially.
  • the wall thickness of the shell is reduced.
  • the reshaped hollow body is guided over its entire length on the inner mandrel, so that at least 50% of the finished workpiece are on the inner mandrel after the forming. Depending on the process, 100% of the length of the workpiece may also be on the inner mandrel.
  • the pressing of the material against the inner mandrel during the forming has the disadvantage that a very high friction arises between the inner surface of the workpiece and the surface of the inner mandrel.
  • the friction in turn leads to adverse heating of the workpiece and inner mandrel.
  • the wear of the surface during the forming process due to the friction stress.
  • the ideal outer diameter of the inner mandrel must be found by experiments, which makes expensive subsequent corrections to the outer diameter of the inner mandrel required.
  • the production of workpieces with different inner diameters at different wall thicknesses within a workpiece with an internal mandrel is excluded.
  • a split internal mandrel which is attached to each of the main spindle and tailstock spindle, is required.
  • such a device with split internal mandrel is expensive.
  • the possible contour of the workpiece is also limited, since even a split mandrel allows only a limited design freedom of the inner contour of the workpiece to be formed.
  • the object of the invention is to provide a method that makes the shaping of rotationally symmetrical workpieces with constant and different wall thicknesses at different outside and inside diameters possible, and to provide an apparatus for performing this method, in which the mentioned disadvantages do not occur or to a lesser extent.
  • the device has an inner forming tool that is rotatable about a main machine axis and is mounted coaxially with the machine main axis of the device.
  • the inner forming tool is fastened to a holder which can be displaced in the axial longitudinal direction and which can itself be rotatably mounted with or independently of the inner forming tool.
  • a number of outer forming rollers which can be moved and positioned according to a predetermined workpiece contour, engage in the region of the inner forming tool from the outside against the lateral surface of the preform.
  • the preform is received by a pick-up device, which is preferably simultaneously a centering device that also centers the preform.
  • the internal forming tool is provided with an outer contour, which allows to specify by the axial positioning of the outer forming tools relative to the inner forming tool, the axial position of the forming zone on the inner forming tool and thus due to the contouring of the inner forming tool specify the inner diameter of the workpiece by the relative axial position of the outer and the inner forming tool to each other. Due to the radial positionability of the outer forming tools, the outer workpiece diameter and thus the wall thickness at each position along the machine main axis x can be predetermined in addition to the inner workpiece diameter.
  • the inner forming tool 9 preferably consists essentially of an inner forming roller or has at least one roller which represents the element of the forming tool 9 that acts on the workpiece 4 from the inside.
  • the outer contour 9.2 of the inner forming tool 9 can be cylindrical, conical, convex or concave, depending on how the workpiece 4 to be formed requires it.
  • the inner diameter of the workpiece Depending on the relative axial position of the inner forming tool 9 to the outer forming tools 8, the forming zone migrates in the axial direction on the surface contour of the inner forming tool 9.
  • the relative position can be chosen so that at the forming zone always engages a region of the outer contour of the inner Umfortechnikmaschines 9, in which the effective outer diameter of the inner forming tool 9 is equal to or minimally smaller than the desired inner diameter of the workpiece 4 at the respective position.
  • the inner forming roller 9 is guided axially to the position of the outer forming rollers 8 by a holder 5 centrally in the main spindle 1.1 and continuously movable in relation to the outer forming rollers 8.
  • the inner forming roller 9 and outer forming rollers 8 can be performed in a constant axial position to each other during the forming.
  • the inner forming roller 9 moves axially relative to the outer forming rollers 8 until the desired inner diameter at the respective point of the workpiece 4 is reached.
  • the preform 3 can be kept centered by a driven carrier 11 of the axially movable main spindle box 1 and axially, for example, with the centering 7 of the tailstock 2, braced.
  • a suitable tensioning device 14 which is preferably a pressure cylinder, may be provided.
  • the outer forming tools 8 may be radially guided in a housing, not shown, and may, preferably by means of CNC axes, which specify the radial position of the forming tools 8, follow predetermined travel movements. In this case, the outer contour of the desired workpiece 4 results from the radial positions at the respective axial position of the preform.
  • the number of possible outer forming tools 8 results from the geometric outer dimensions of the forming tools in relation to the outer diameter of the workpiece 4.
  • the maximum diameter of the inner forming tool 9 is limited by the inner diameter of the preform.
  • outer forming rollers 8 The axial position of the outer forming rollers 8 to the inner forming tool 9, for example, by manual adjustment of the outer forming tools 8 to be matched and with each other.
  • these outer forming rollers 8 in the axial direction in fixed position to each other, preferably at least as long as the desired contour of the workpiece 4 no adjustment of the axial Positions of individual forming tools to each other during the forming requires.
  • the clamped preform 3 can be centered by the driver 11 of the main spindle 1.1 and / or the internal forming tool 9.
  • the tension can be effected by a pressure device 14, for example a pressure cylinder, of the tailstock 2.
  • the outer Umformtechnikzuge 8 can be moved back to an initial position.
  • the inner forming tool 9 is located axially in the forming position in the area of the outer forming tools 8.
  • the unit formed by the bias can now be moved axially by the feed device 15 of the main spindle box 1, which is preferably designed as a feed cylinder against the pressure of the pressure device 14 in the forming position.
  • the unit may already be offset in rotation about the main machine axis or be.
  • the inner forming tool 9 can stand axially in forming position to the outer forming rollers 8.
  • the outer forming tools 8 can then be moved radially in the forming position.
  • Main spindle box 1 with rotating main spindle 1.1, preform 3 and tailstock 2 can thus form a unit which together by the axial force of the feed device 15, which is preferably a feed cylinder, with a controlled feed in the axial direction relative to the outer forming tools 8 can be moved.
  • the feed device 15 which is preferably a feed cylinder
  • the forming tools 8 As soon as the forming tools 8 are in the forming position, they can cause the material of the wall thickness W0 of the preform 3 to flow in the radial, tangential and axial directions due to the radial contact pressure of the outer forming tools 8 and the resistance of the inner forming tool 9.
  • the radial distance of the engaging to the inner contour of the workpiece 4 area 9.1 of the outer contour of the mecanicumformwerkmaschines 9 and the outer contour of the workpiece 4 engaging portion of the outer forming tools 8 to each other results in the forming wall thickness W1 of the workpiece to be manufactured in the respective axial position of Preform 3 before.
  • the desired outer diameter with the predetermined wall thickness W1 can form in this axial position.
  • the inner diameter of the workpiece 4 to be produced in each axial position of the workpiece 4 is predetermined by the contact diameter 9.1 of the distance of the engaging to the contour of the workpiece 4 region of the outer contour of the mecanicumformwerkmaschines 9 of the machine main axis x in the respective axial position results.
  • the pressure device 14 which is preferably a pressure cylinder, press back.
  • the pressure device 14 may be designed so that the back pressure is regulated and / or controllable. It is also possible to provide a Andschreibverinrung 10, which is preferably guided centrally to the main axis.
  • the outer diameter of the workpiece to be manufactured with the wall thickness W1 is specified at the respective axial position of the workpiece 4 by the respective radial position and dimensioning of the outer forming tools 8.
  • the wall thickness W1 of the workpiece 4 to be produced results at the respective axial position of the workpiece 4 through the contact diameter 9.1 of the internal forming tool 9.
  • the inner diameter of the workpiece 4 to be formed can be set in the respective axial position.
  • the inner diameter is smaller when the contact diameter 9.1 is smaller, that is, the axial position of the mecanicalmaschinemaschines 9 relative to the axial position of the outer forming tools 8 changes such that the forming zone on the outer contour of the inner forming tool in a region with smaller, on the Shapes inner contour of the workpiece 4 attacking, effective tool diameter.
  • a greater wall thickness can be formed without the outer forming rollers 8 changing their radial position.
  • the molded wall thickness W1 can be reduced without the outer forming tools 8 changing their radial position.
  • the outer forming rollers 8 also change their radial position to a larger shaped outer diameter corresponding to the inner diameter of the workpiece 4 resulting from the new axial relative position of the inner forming roller 9 due to the outer contour of the inner forming tool 9, then with a constant wall thickness a larger outer diameter than before Changing the radial position of the outer forming rollers 8 and the axial position of the inner forming roller 9 are formed.
  • the outer forming tools 8 can go back to the starting position. Subsequently, the unit of main spindle box 1, tailstock and finished part 4 can go back to the unloading position. The finished workpiece 4 can now be relaxed and removed.
  • the inner forming tool 9 it is also possible for the inner forming tool 9 to have a shape on the inner contour of the workpiece 4, which makes it possible to contour the inner contour not only axially but also in the circumferential direction.
  • Such circumferential inner contouring 4.1 can be, for example, axially extending inner ribs.
  • One possibility of realizing such an inner forming tool is a forming tool, preferably a roller, with a surface contoured on the inner contour of the workpiece 4 in the circumferential direction.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer Vorform (3) weist mindestens ein äußeres Umformwerkzeug (8) auf, das radial positioniert oder radial verfahren werden kann. Ein Innenumformwerkzeug (9) ist koaxial zu der Maschinenhauptachse (x) der Hauptspindel (1.1) angeordnet. Das Innenumformwerkzeug (9) kann relativ zur axialen Position der äußeren Umformwerkzeuge (8) axial verfahren und/oder axial positioniert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Umformen von Werkstücken nach Anspruch 8.
  • Es sind Verfahren bekannt, bei denen ein Werkstück in Rotation versetzt und dann durch von außen an das Werkstück herangeführte Walzen oder Rollen umgeformt wird. Oft sind diese Werkstücke als rotationssymetrische Hohlkörper ausgeführt. Die Hohlkörper können einseitig geschlossene Böden aufweisen.
  • In den meisten Fällen geschieht diese Umformung in der Weise, dass die äußeren Umformrollen den Mantel des hohlkörperförmigen Werkstückes gegen einen Innendorn pressen, so dass der Werkstoff innerhalb einer Umformzone zwischen den Umformwerkzeugen axial, radial und tangential zum Fließen gebracht wird. Dabei wird die Wandstärke des Mantels reduziert.
  • Der umzuformende Hohlkörper wird dabei auf seiner ganzen Länge auf dem Innendorn geführt, so dass sich nach der Umformung mindestens 50% des fertigen Werkstückes auf dem Innendorn befinden. Abhängig von der Prozessführung können sich auch 100% der Länge des Werkstückes sich auf dem Innendorn befinden.
  • Das Anpressen des Werkstoffes gegen den Innendorn während der Umformung hat den Nachteil, dass eine sehr hohe Reibung zwischen der inneren Oberfläche des Werkstückes und der Oberfläche des Innendornes entsteht. Die Reibung führt wiederum zur nachteiligen Erwärmung von Werkstück und Innendorn. Dazu kommt der Verschleiß der Oberfläche während des Umformprozesses aufgrund der Reibbeanspruchung.
  • Des Weiteren muss der ideale Außendurchmesser des Innendornes durch Versuche gefunden werden, was aufwendige nachträgliche Korrekturen am Außendurchmesser des Innendornes erforderlich macht. Die Herstellung von Werkstücken mit verschiedenen Innendurchmessern bei unterschiedlichen Wanddicken innerhalb eines Werkstückes mit einem Innendorn ist ausgeschlossen. Für die Fertigung derartiger Werkstücke ist ein geteilter Innendorn, der jeweils an Hauptspindel und Reitstockspindel befestigt wird, erforderlich. Eine solche Vorrichtung mit geteiltem Innendorn ist jedoch aufwendig. Zudem ist die mögliche Kontur des Werkstücks ebenfalls limitiert, da selbst ein geteilter Dorn nur einen beschränkten Gestaltungsspielraum der Innenkontur des zu formenden Werkstückes ermöglicht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, das die Formgebung von rotationssymmetrischen Werkstücken mit gleichbleibenden und unterschiedlichen Wanddicken bei verschiedenen Außen- und Innendurchmessern möglich macht, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens aufzuzeigen, bei welchen die angeführten Nachteile nicht oder im verringerten Maße auftreten.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Die Merkmale der abhängigen Unteransprüche betreffen jeweils vorteilhafte Ausführungsformen.
  • Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung ein um eine Maschinenhauptachse drehbares und koaxial zu der der Maschinenhauptachse der Vorrichtung gelagertes inneres Umformwerkzeug auf.
  • Das innere Umformwerkzeug ist an einem in axialer Längsrichtung verschiebbaren Halter, der selber mit oder unabhängig von dem inneren Umformwerkzeug drehbar gelagert sein kann, befestigt.
  • Eine Anzahl von äußeren Umformrollen, die entsprechend einer vorgegebenen Werkstückkontur verfahr- und positionierbar sind, greifen im Bereich des inneren Umformwerkzeugs von außen an die Mantelfläche der Vorform an. Die Vorform wird von einer Aufnehmervorrichtung aufgenommen, bei der es sich vorzugsweise gleichzeitig um eine Zentriervorrichtung handelt, welche die Vorform auch zentriert.
  • Das Besondere an dieser Vorrichtung ist, dass das Innenumformwerkzeug mit einer äußeren Kontur versehen ist, die es erlaubt, durch die axiale Positionierung der äußeren Umformwerkzeuge relativ zum inneren Umformwerkzeug die axiale Position der Umformzone auf dem inneren Umformwerkzeug vorzugeben und somit aufgrund der Konturierung des inneren Umformwerkzeugs den Innendurchmesser des Werkstücks durch die relative axiale Position der äußeren und des inneren Umformwerkzeugs zueinander vorzugeben. Durch die radiale Positionierbarkeit der äußeren Umformwerkzeuge lassen sich so zusätzlich zum inneren Werkstückdurchmesser der äußere Werkstückdurchmesser und damit die Wandstärke an jeder Position entlang der Maschinenhauptachse x vorgeben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren schematisch erläutert:
    • Figur 1
    - zeigt schematisch drei beispielhafte Ausführungsformen des inneren Umformwerkzeugs,
    Figur 2
    - zeigt schematisch beispielhafte mögliche Formen von Vorform und Werkstück,
    Figuren 3 und 4
    - zeigen verschiedene Phasen des Umformverlaufs anhand einer beispielhaften Werkstückgeometrie und Werkzeugausführung,
    Figur 5
    - zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung zu verschiedenen Zeitpunkten des Prozesses.
  • Vorzugsweise besteht das Innenumformwerkzeug 9 im Wesentlichen aus einer Innenumformrolle oder weist zumindest eine Rolle auf, die das von innen an das Werkstück 4 angreifende Element des Umformwerkzeugs 9 darstellt. Die Außenkontur 9.2 des Innenumformwerkzeugs 9 kann zylindrisch, konisch, konvex oder konkav sein, je nachdem wie das zu formende Werkstück 4 es erfordert. Der Innendurchmesser des Werkstücks 4 ergibt sich dabei aus der Konturierung des Umformwerkzeugs 9. Abhängig von der relativen axialen Position des inneren Umformwerkzeugs 9 zu den äußeren Umformwerkzeugen 8 wandert die Umformzone in axialer Richtung auf der Oberflächenkontur des inneren Umformwerkzeugs 9. Die Relativposition kann dadurch so gewählt werden, dass an die Umformzone immer ein Bereich der Außenkontur des inneren Umforwerkzeugs 9 angreift, in welchem der effektive Außendurchmesser des inneren Umformwerkzeugs 9 gleich oder minimal kleiner dem gewünschten Innendurchmesser des Werkstücks 4 an der jeweiligen Position ist.
  • Die Innenumformrolle 9 ist axial zur Position der äußeren Umformrollen 8 durch einen Halter 5 zentrisch in der Hauptspindel 1.1 geführt und stufenlos in Relation zu den äußeren Umformrollen 8 verfahrbar.
  • Wenn ein zylindrischer Hohlkörper mit gleichbleibendem Innendurchmesser geformt werden soll, können während der Umformung die innere Umformrolle 9 und äußeren Umformrollen 8 in einer gleichbleibenden axialen Position zueinander geführt werden.
  • Soll dagegen ein Hohlkörper mit unterschiedlichen Innendurchmessern geformt werden, so verfährt die Innenumformrolle 9 axial relativ zu den äußeren Umformrollen 8, bis der an der jeweiligen Stelle des Werkstücks 4 gewünschte Innendurchmesser erreicht ist.
  • Vorzugsweise kann die Vorform 3 von einem angetriebenen Mitnehmer 11 des axial verfahrbaren Hauptspindelkastens 1 zentriert gehalten und axial, beispielsweise mit dem Zentrierstück 7 des Reitstockes 2, verspannt werden. Hierfür kann eine geeignete Spannvorrichtung 14, bei der es sich vorzugsweise um einen Druckzylinder handelt, vorgesehen sein.
  • Die äußeren Umformwerkzeuge 8 können radial geführt in einem nicht dargestellten Gehäuse befestigt sein und können, vorzugsweise mittels CNC-Achsen, die die radiale Position der Umformwerkzeuge 8 vorgeben, vorgegebenen Verfahrbewegungen folgen. Dabei ergibt sich aus den radialen Positionen an der jeweiligen der axialen Positionen der Vorform die äußere Kontur des gewünschten Werkstückes 4.
  • Die Anzahl der möglichen äußeren Umformwerkzeuge 8 ergibt sich aus den geometrischen Außenabmessungen der Umformwerkzeuge im Verhältnis zum äußeren Durchmesser des Werkstückes 4. Der maximale Durchmesser des inneren Umformwerkzeugs 9 wird durch den Innendurchmesser der Vorform begrenzt.
  • Die axiale Position der äußeren Umformrollen 8 zu dem Innenumformwerkzeug 9 kann beispielsweise durch manuelle Justierung der äußeren Umformwerkzeuge 8 zu- und untereinander abgestimmt werden. Während der Umformung können diese äußeren Umformrollen 8 in axialer Richtung in Fixposition zueinander stehen, vorzugweise zumindest solange die gewünschte Konturierung des Werkstücks 4 keine Verstellung der axialen Positionen einzelner Umformwerkzeuge zueinander während der Umformung erfordert.
  • Die eingespannte Vorform 3 kann vom Mitnehmer 11 der Hauptspindel 1.1 und/oder dem Innenumformwerkzeug 9 zentriert werden. Die Spannung kann durch eine Andruckvorrichtung 14, beispielsweise einen Druckzylinder, des Reitstocks 2 erfolgen. Vorzugsweise können die äußeren Umformwerkzuge 8 in eine Ausgangsposition zurückgefahren werden. Das Innenumformwerkzeug 9 befindet sich in Umformposition axial im Bereich der äußeren Umformwerkzeuge 8.
  • Die durch die Vorspannung gebildete Einheit kann nun durch die Vorschubvorrichtung 15 des Hauptspindelkastens 1, die vorzugsweise als Vorschubzylinder ausgeführt ist, gegen den Druck der Andruckvorrichtung 14 axial in Umformposition verfahren werden. Dabei kann die Einheit bereits in Drehung um die Maschinenhauptachse versetzt sein oder erst werden. Das Innenumformwerkzeug 9 kann dabei axial in Umformposition zu den äußeren Umformrollen 8 stehen. Die äußeren Umformwerkzeuge 8 können anschließend radial in Umformposition verfahren werden.
  • Hauptspindelkasten 1 mit drehender Hauptspindel 1.1, Vorform 3 und Reitstock 2 können so eine Einheit bilden, die gemeinsam durch die axiale Kraft der Vorschubvorrichtung 15, bei der es sich vorzugsweise um einen Vorschubzylinder handelt, mit einem geregelten Vorschub in axialer Richtung relativ zu den äußeren Umformwerkzeugen 8 verfahren werden kann.
  • Sobald die Umformwerkzeuge 8 in Umformposition sind, können diese das Material der Wanddicke W0 der Vorform 3 durch den radialen Anpressdruck der äußeren Umformwerkzeuge 8 und den Widerstand der Innenumformwerkzeug 9 in radialer, tangentialer und axialer Richtung zum Fließen bringen.
  • Der radiale Abstand des an die Innenkontur des Werkstücks 4 angreifenden Bereiches 9.1 der Außenkontur des Innenumformwerkzeugs 9 und des an die Außenkontur des Werkstücks 4 angreifenden Bereiches der äußeren Umformwerkzeuge 8 zueinander ergibt die zu formende Wanddicke W1 des zu fertigenden Werkstückes 4 in der jeweiligen axialen Position der Vorform 3 vor. Dabei kann sich der gewünschte Außendurchmesser mit der vorgegebenen Wanddicke W1 in dieser axialen Position bilden. Dabei ist der innere Durchmesser des zu fertigenden Werkstückes 4 in jeder axialen Position des Werkstücks 4 vorgegeben durch den Kontaktdurchmesser 9.1 der sich aus dem Abstand des an die Kontur des Werkstücks 4 angreifenden Bereichs der Außenkontur des Innenumformwerkzeugs 9 von der Maschinenhauptachse x in der jeweiligen axialen Position ergibt.
  • Eine dabei zunehmende Länge der Vorform 3 kann den Reitstock 2 in Fließrichtung des umgeformten Materials gegen den Druck der Andruckvorrichtung 14, bei der es sich vorzugsweise um einen Druckzylinder handelt, zurückdrücken. Die Andruckvorrichtung 14 kann so gestaltet sein, dass der Gegendruck regel- und/oder steuerbar ist. Es ist weiterhin möglich, eine Andrückverlängerung 10 vorzusehen, die vorzugsweise zentrisch zur Hauptachse geführt ist.
  • Der äußere Durchmesser des zu fertigenden Werkstückes mit der Wanddicke W1 wird an der jeweiligen axialen Position des Werkstücks 4 durch die jeweilige radiale Position und Dimensionierung der äußeren Umformwerkzeuge 8 vorgegeben. Die Wanddicke W1 des zu fertigenden Werkstückes 4 ergibt sich an der jeweiligen axialen Position des Werkstücks 4 durch den Kontaktdurchmesser 9.1 des Innenumformwerkzeugs 9.
  • Dieser wird dadurch bestimmt, dass durch die axiale Position des inneren Umformwerkzeugs 9 zu den äußeren Umformwerkzeugen 8 ein eindeutig definierter Bereich der Außenkontur des inneren Umformwerkzeugs 9 an der Innenkontur des umzuformenden Werkstücks 4 angreift. Somit kann den inneren Durchmesser des umzuformenden Werkstückes 4 in der jeweiligen axialen Position festgelegt werden.
  • Wird nun während der Umformung die axiale Position der Innenumformrolle 9 relativ zu den äußeren Umformrollen 8 geändert, ändert sich der Kontaktdurchmesser 9.1 und damit der definierte, an der Innenkontur des umzuformenden Werkstücks 4 angreifende Bereich der Außenkontur des inneren Umformwerkzeugs 9 mit der Folge, dass sich die Wanddicke W1 des geformten Werkstücks 4 ändert. Dabei wird im gezeigten Beispiel bei einem axialen Vorschub des Innenumformwerkzeugs 9 mit der Außenkontur 9.2 in Richtung Reitstock 2 ein kleinerer Innendurchmesser, bei einem Vorschub des Innenumformwerkzeugs 9 in Richtung Hauptspindelkasten 1 ein größerer Innendurchmesser erzeugt. Bleibt die axiale Position des Innenumformwerkzeugs 9 in Relation zu den äußeren Umformrollen 8 fix, ergibt sich als konstanter Innendurchmesser der Kontaktdurchmesser 9.1 des Innenumformwerkzeugs 9.
  • Der Innendurchmesser wird kleiner, wenn der Kontaktdurchmesser 9.1 kleiner wird, d.h., die axiale Position des Innenumformwerkzeugs 9 relativ zur axialen Position der äußeren Umformwerkzeuge 8 sich derart ändert, dass sich die Umformzone auf der Außenkontur des inneren Umformwerkzeugs in einen Bereich mit kleinerem, an der Innenkontur des Werkstücks 4 angreifendem, wirksamen Werkzeugdurchmesser verschiebt. Dadurch kann eine größere Wanddicke geformt werden, ohne dass die äußern Umformrollen 8 ihre radiale Position verändern.
  • Verändern dagegen auch die äußeren Umformrollen 8 ihre radiale Position zu einem kleineren geformten Außendurchmesser entsprechend dem sich aus der neuen axialen Relativposition des Innenumformwerkzeugs 9 aufgrund der Außenkontur des inneren Umformwerkzeugs 9 ergebenden Innendurchmessers des Werkstücks 4, dann kann bei gleichbleibender Wanddicke ein kleinerer Außendurchmesser als vor der Änderung der radialen Position der äußeren Umformrollen 8 und der axialen Position der Innenumformrolle 9 geformt werden.
  • Der Innendurchmesser wird größer, wenn der Kontaktdurchmesser 9.1 größer wird, d.h., die axiale Position des Innenumformwerkzeugs 9 relativ zur axialen Position der äußeren Umformwerkzeuge 8 sich derart ändert, dass sich die Umformzone auf der Außenkontur des inneren Umformwerkzeugs in einen Bereich mit größerem an der Innenkontur des Werkstücks 4 angreifenden wirksamen Werkzeugdurchmesser verschiebt. Dadurch kann die geformte Wanddicke W1 verkleinert werden, ohne dass die äußeren Umformwerkzeuge 8 ihre radiale Position verändern.
  • Verändern dagegen auch die äußeren Umformrollen 8 ihre radiale Position zu einem größeren geformten Außendurchmesser entsprechend dem sich aus der neuen axialen Relativposition der Innenumformrolle 9 aufgrund der Außenkontur des inneren Umformwerkzeugs 9 ergebenden Innendurchmessers des Werkstücks 4, dann kann bei gleichbleibender Wanddicke ein größerer Außendurchmesser als vor der Änderung der radialen Position der äußeren Umformrollen 8 und der axialen Position der Innenumformrolle 9 geformt werden.
  • Diese beschriebenen Grundbewegungen können beliebig aneinandergereiht werden, so dass beliebige Abfolgen der beschriebenen zylindrischen oder konischen Konturverlaufsabschnitte 3.1 entstehen. Zudem ist durch Überlagerung der beschrieben grundlegenden Bewegungsabläufe die Formung beliebiger konischer und/oder konvexer Konturen möglich.
  • Sobald das Ende der Vorform 3 erreicht ist, können die äußeren Umformwerkzeuge 8 in Ausgangsposition zurück fahren. Anschließend kann die Einheit aus Hauptspindelkasten 1, Reitstock und Fertigteil 4 zurück in die Entladeposition fahren. Das fertige Werkstück 4 kann nun entspannt und entnommen werden.
  • Es ist weiterhin möglich, dass das innere Umformwerkzeug 9 an die Innenkontur des Werkstücks 4 angreifenden Bereichen eine Formgebung aufweist, die es ermöglicht die Innenkontur nicht nur axial sondern auch in Umfangsrichtung zu konturieren. Bei einer solchen Umfangsinnenkonturierung 4.1 kann es sich beispielsweise um axial verlaufende Innenrippen handeln. Eine Möglichkeit der Realisierung eines solchen Innenumformwerkzeugs stellt ein Umformwerkzeug, vorzugsweise eine Rolle, mit in Umfangsrichtung konturierter an der Innenkontur des Werkstücks 4 angreifender Oberfläche dar.
  • Aufgrund der axialen Verfahrbarkeit Innenumformwerkzeugs 9 relativ zu den äußeren Umformwerkzeugen 8 sind folgende Innenkonturen möglich:
    1. 1. Hohlkörper mit und ohne einseitigen Boden, mit gleichbleibenden Außen - und Innendurchmesser,
    2. 2. Hohlkörper wie unter 1, jedoch mit ein oder mehreren zylindrischer Verdickungen bei gleichbleibendem oder sich änderndem Außendurchmesser,
    3. 3. Hohlkörper wie unter 1, jedoch mit konischem, konkaven und/oder konvexen Verläufen der Wanddicken bei gleichbleibendem sich änderndem Außendurchmesser,
    4. 4. Hohlkörper wie unter 1 bis 3, mit einer Konturierung in Umfangsrichtung, beispielsweise axial verlaufenden Innenrippen.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Bearbeiten einer Vorform (3), mit mindestens einem äußeren Umformwerkzeug (8), die radial positioniert oder radial verfahren werden können,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Innenumformwerkzeug (9) koaxial zu der Maschinenhauptachse (x) der Hauptspindel (1.1) angeordnet ist und relativ zur axialen Position der äußeren Umformwerkzeuge (8) axial verfahren und/oder axial positioniert werden kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Innenumformwerkzeug (9) während der Umformung der Vorform (3) relativ zur Position der äußeren Umformwerkzeuge (8) axial verfahren oder axial positioniert werden kann.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Innenformwerkzeug (9) eine axial profilierte, insbesondere eine ballige, Außenkontur aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Außenkontur (9.2) des Innenformwerkzeugs (9) einen oder eine Mehrzahl zylindrische Absätze und/oder einen oder einer Mehrzahl konischer, konkaver und/oder konvexer Übergänge aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das innere Umformwerkzeug (9) eine in Umfangsrichtung konturierte an der Innenkontur des Werkstücks 4 angreifende Oberfläche aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Innenumformwerkzeug (9) aus einer Mehrzahl Außenprofilen und/oder Konturen zusammen gesetzt ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Innenumformwerkzeug (9) mindestens eine Umformrolle aufweist, die vorzugsweise koaxial zur Maschinenhauptachse gelagert ist, und/oder die Außenumformwerkzeuge (8) Umformrollen aufweist.
  8. Verfahren zum Herstellen von Werkstücken aus einer Vorform (3), insbesondere mittels einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem eine Vorform (3) durch das Zusammenwirken von einem inneren und mindestens einem äußeren Umformwerkzeug umgeformt wird, wobei der Druck zwischen den äußeren Umformwerkzeugen (8) und dem inneren Umformwerkzeug (9) auf den Mantel der Vorform (3) den Werkstoff zum Fließen bringt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei drehender Vorform (3) diese eine von äußeren Umformwerkzeugen (8) und einem Innenumformwerkzeug (9) vorgegebene Kontur annimmt, deren Wanddicke durch den radiale Position der äußeren Umformwerkzeuge (8) und dem inneren Umformwerkzeug (9) zueinander bestimmt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei drehender Vorform (3) der Wanddickenverlauf des zu formenden Werkstückes (4) von dem Abstand den äußeren Umformrollen (8) und dem Kontaktdurchmesser (9.1) des Innenumformwerkzeugs (9) zueinander bestimmt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei drehender Vorform (3) der Wanddickenverlauf des zu formenden Werkstückes von der relativen radialen Position der äußeren Umformwerkzeuge (8) zu dem Kontaktdurchmesser (9.1) des Innenumformwerkzeugs bestimmt wird, wobei der Kontaktdurchmesser sich aufgrund der äußeren Kontur der Innenumformwerkzeugs (9) aus dessen relativer axialer Position zu den äußeren Umformwerkzeugen ergibt.
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