WO1999036206A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von hohlkörpern durch querwalzen - Google Patents

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WO1999036206A1
WO1999036206A1 PCT/EP1999/000051 EP9900051W WO9936206A1 WO 1999036206 A1 WO1999036206 A1 WO 1999036206A1 EP 9900051 W EP9900051 W EP 9900051W WO 9936206 A1 WO9936206 A1 WO 9936206A1
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WO
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workpiece
molding
forming
rolling
tailstock
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PCT/EP1999/000051
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French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Köstermeier
Original Assignee
Leico Gmbh & Co. Werkzeugmaschinenbau
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    • 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
    • B21H1/18—Making articles shaped as bodies of revolution cylinders, e.g. rolled transversely cross-rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B21D22/16—Spinning over shaping mandrels or formers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/063—Friction heat forging
    • 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
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    • B21H7/00—Making articles not provided for in the preceding groups, e.g. agricultural tools, dinner forks, knives, spoons
    • B21H7/18—Making articles not provided for in the preceding groups, e.g. agricultural tools, dinner forks, knives, spoons grooved pins; Rolling grooves, e.g. oil grooves, in articles
    • B21H7/187—Rolling helical or rectilinear grooves

Definitions

  • the invention relates to a method for producing hollow bodies by transverse rolling, in which a workpiece rotating about a machine axis of a forming machine is formed into a hollow body by at least one forming tool.
  • the invention further relates to a device for the production of hollow bodies by transverse rolling with a main spindle and a tailstock for receiving and rotationally driving a workpiece and with at least one transverse support on which at least one tangent to the workpiece and oriented transversely to a machine or workpiece rotation axis is provided for a forming contact with the workpiece molding.
  • the invention relates to a molding for the production of hollow bodies by transverse rolling.
  • Such a method, mentioned at the outset, for producing hollow bodies from a solid blank by pressure rolling with balls or rollers is disclosed, for example, in DE 36 41 695 AI.
  • a rotationally symmetrical blank or such a workpiece is clamped on a spinning machine between two holders, which hold the part in a force-locking manner. secure against twisting.
  • One of the holders is designed as a stamp.
  • the deformation is effected by means of balls or rollers as forming tools, which are arranged on a circular line around the workpiece and are pressed against the workpiece with a radial force load, while they are moved axially in the direction of the counterholder with a feed movement.
  • the diameter of the workpiece is reduced.
  • the reduction of the diameter and thus the degree of forming can be adjusted by a radial adjustment of the forming tools.
  • the material of the workpiece flows over the forming die during the forming process, so that a hollow body is formed.
  • material hardening is achieved in the area near the surface, which has a favorable effect on the wear behavior and fatigue strength of the workpiece. Due to the low roughness of the surface, mechanical post-processing is usually no longer necessary.
  • a disadvantage of the production of hollow bodies by pressure rolling with balls or rollers is that, due to the geometry of the balls and rollers, only very small areas of material can be partially reshaped.
  • a method for producing cup-shaped workpieces by wedge cross rolling has become known from DD 99521.
  • the tools cannot be used universally in the production of the desired outer shape and that very high rolling forces are required to achieve the line contact between the tool and the workpiece.
  • the introduction of profiles into the surface of the hollow body is neither see still possible. Furthermore, a combination with cutting manufacturing processes is not possible.
  • DD 64024 and DD 89819 a method for producing a bowl from a round blank has become known, but this method is limited to workpieces with small sheet thicknesses. In addition, the degree of deformation that can be achieved is relatively low. During the forming process, stresses arise in the material in the transition from the axial to the radial area of the workpiece, which can lead to crack formation in the case of materials that are difficult to form.
  • the invention is based on the object of improving a method of the type mentioned at the outset in such a way that the workpieces to be produced can be shaped as far as possible in one operation and thus productivity is increased. It is a further object of the invention to provide a device of the type mentioned at the outset with which the production process for hollow bodies during transverse rolling with moldings can be improved. Finally, such a molding should be specified that can be used for the economical production of hollow bodies in the above-mentioned method.
  • the first object is achieved according to the invention in that, in a generic method, at least one molding bar which is guided tangentially to the workpiece is pressed onto the workpiece and is thereby moved essentially transversely to the machine axis, the workpiece and the molding bar move in opposite axial directions relative to the workpiece length move and the molding is simultaneously radially fed so that the displaced material flows over a tool forming a workpiece cavity.
  • a hollow body can be formed, wherein in a workpiece clamping in addition to the shape, the calibration of the workpiece or the hollow body can be carried out at the same time, so that a mechanical post-processing is no longer necessary.
  • the material is solidified in the area near the edge. The residual compressive stresses that arise during forming counteract the formation and spreading of cracks.
  • Suitable materials for forming are steels and light metal alloys. In addition to relatively soft materials such as structural and case-hardening steels, it is also possible to form materials that are more difficult to form, such as high-strength microalloyed steels (e.g. multi-phase steels) or tempered steels.
  • the process can be carried out or shaped both in the cold and in the semi-warm state. Aluminum, titanium and magnesium alloys can also be formed using this process if the conditions required for shaping, such as temperature and forming speed, are met.
  • two molding strips arranged opposite one another with respect to the workpiece are moved in opposite directions for the forming transverse rolling. It is particularly expedient to move each molding alternately, ie back and forth. This will in forming contact with the workpiece enables the material to be heated and plasticized with lower tool forces.
  • the plasticized material can then flow into the gap formed between the molding and the tool clamped in the tailstock, a hollow body being formed while the diameter of the workpiece is simultaneously reduced.
  • This gap corresponds to the shape of the wall thickness of the hollow body open on one side.
  • the tool can be a die, a mandrel or the like.
  • this tool is moved or pressed axially into the workpiece during the forming process, for example by axially displacing the tailstock in the direction of the main spindle, and thus exerts additional pressure on the workpiece, thereby promoting the plasticization of the material.
  • the heat generated during the shaping of the hollow body additionally promotes the shaping process, so that the yield stress necessary for shaping is thereby reduced, the shape-changing capacity is improved and the hardening during the shaping is reduced.
  • the two moldings can be guided on parallel trajectories, which can be perpendicular to the machine axis or at a slight angle thereto, or they can also be inclined towards one another.
  • three or four moldings can be arranged on correspondingly arranged cross slides and supports around the workpiece and guided tangentially to it.
  • either the workpiece can be moved in the axial direction by moving the main spindle and the tailstock on the forming machine, while the mold bars are fixed axially in their working plane or their working area are, or the workpiece is pressed against the axially fixed main spindle and the moldings are moved past with their storage.
  • the workpiece and the moldings can also be moved axially in a defined manner at the same time.
  • the workpiece is expediently supported in the vicinity of the deformation region, which is determined by the position of the molding strips.
  • support rollers can be used, for example, which roll offset on the circumference of the workpiece relative to the moldings and prevent the workpiece from escaping from the machine axis.
  • the support rollers engage the already deformed section of the workpiece, they are radially adjusted by the amount of deformation in order to maintain their support contact.
  • an axial tracking of the support rollers can also be provided.
  • the tailstock-side mold which forms the workpiece cavity, is also expediently supported by support rollers in order to hold the workpiece securely in its central position even on the tailstock side. This is particularly advantageous when the tool is pressed into the workpiece and the high deformation forces that occur.
  • different press-rolling processes can preferably be combined and superimposed. whereby complex workpieces with high functionality can be formed in one operation or in one clamping.
  • a profile can already be formed in the jacket during the forming of the workpiece, this being able to be generated during the transverse rolling itself or during a subsequent pressure rolling process.
  • folding teeth can be rolled in with the wall thickness remaining virtually unchanged.
  • internal and / or external toothing can be formed by pressure rolling or ironing after the shape of the hollow body.
  • An ironing ring can be mounted on a support in the area of the main spindle or tailstock and pulled over the formed workpiece to form the external toothing.
  • hubs can be molded or overflows can be designed using the molding strips or additional molding tools.
  • the method can be used to produce depressions and / or cutouts on the base of the workpiece by means of corresponding elevations in the base of the main spindle chuck or by fine cutting when the main spindle and the tailstock are moved against one another.
  • the second-mentioned object is achieved by a generic device in which a drive and control device is provided according to the invention, with which the molding can be moved alternately transversely to the machine axis in the form of contact with the workpiece, this drive and control device simultaneously providing the axial relative movement between the workpiece and controls the molding by axially moving the main spindle and tailstock or the cross slide.
  • the last-mentioned object is achieved by a molding for the production of hollow bodies by transverse rolling, which has a molding profile with a continuously increasing profile section for displacing the material of the tool. Piece, an apex section or apex and an adjoining receding profile section, which allows a partial elastic recovery of the deformed material.
  • the individual sections of the shaped profile merge into one another in a continuous or rounded manner, as a result of which an improved forming behavior and an improved surface quality are achieved.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view in schematic representation of an apparatus for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a top view of the device shown in FIG. 1 in an initial position when the method according to the invention is carried out;
  • FIG. 3 shows the device in a view corresponding to FIG. 2 while the method according to the invention is being carried out;
  • FIGS. 2 and 3 shows a view corresponding to FIGS. 2 and 3 of the device in an end position after executing the method according to the invention
  • a device for carrying out the method according to the invention is part of a metal-forming machine or a press-rolling machine known per se (see German patent application 197 11 697.3 "metal-forming machine") and contains a central machine axis defined by a main spindle 1 and a tailstock 2 (see FIG. 4) or axis of rotation 3 of a preform or a workpiece 4.
  • the workpiece 4 is non-positively clamped between the main spindle 1 and a stem-shaped molding tool or die 5 clamped in a chuck of the tailstock 2 with axial pre-tensioning of the die 5 against the main spindle 1 (see FIG. 2) .
  • the workpiece 4 (the preform or the semi-finished product) can, for example, be cylindrical (as shown), a thick-walled tube or an already preformed cup-shaped body.
  • the workpiece 4 is rotatably driven by the main spindle 1 and the tailstock 2 or the die 5.
  • Two transverse rolling elements or moldings 6 and 6 'are mounted in an opposite arrangement of supports (not shown) with respect to the workpiece 4.
  • the device also has two support rollers 7, 7 ', which are provided for rolling on the circumference of the workpiece 4. They are expediently arranged in a central plane between the two moldings 6, 6 'and opposite one another with respect to the workpiece 4 and are mounted so as to be radially displaceable against the workpiece 4. They ensure that the workpiece 4 cannot escape from the machine axis 3 during forming.
  • Fig. 2 the device is shown schematically at the beginning of the method according to the invention (the support rollers 7, 7 'are 2 to 4 not shown).
  • the workpiece 4 (z. B. a cylindrical semi-finished product) is clamped between the main spindle 1 and the die 5 and is driven in rotation.
  • the two moldings 6, 6 ' (shown schematically in simplified form with a rectangular cross section) are moved by their respective supports in a feed movement to the workpiece 4 and then pressed against the workpiece 4 with a radial force (see vertical arrows in FIG. 2) while they are being pressed simultaneously perform their opposite, alternating movements (represented by the arrows in Fig. 1).
  • the molding die 5 is moved with the tailstock 2 axially in the direction of the main spindle 1, and presses into the solid workpiece 4, while at the same time the main spindle 1 is retracted at a lower feed rate than that of the tailstock 2 (to the left in FIG. 3) and the moldings 6, 6 'further shape the hollow-body-shaped workpiece 4.
  • the axial movement can alternatively be carried out by axially movable moldings or by axially moving the workpiece.
  • Fig. 4 shows the device in an end position in which a fully formed hollow-body-shaped workpiece 4 has been produced.
  • the tailstock 2 with the die 5 is in its axial end position.
  • the material has been deformed by the radial pressure of the molding strips 6, 6 'during their alternating pressure rolling movement to a wall thickness in accordance with the size of the gap between the molding strips 6, 6' and the molding die 5.
  • Calibration or profiling of the shaped hollow body or workpiece 4 is possible with the moldings 6, 6 'themselves or with other pressure-rolling tools, not shown in FIGS. 2 to 4, which can also be supported on deliverable supports.
  • Fig. 5 shows the arrangement of support rollers during the forming, the moldings 6, 6 'are not shown.
  • the workpiece 4 is held with the two support rollers 7, 7 'in a position central to the machine axis 3.
  • the die 5 clamped on the tailstock 2 is supported by, for example, two additional support rollers 8, 8 '.
  • a respective support roller 8 or 8 'for the die 5 and a support roller 7 or 7' for the workpiece 4 are mounted on a respective holder 9 or 9 '.
  • Each holder 9, 9 ' is via adjusting devices 10, 10', 11, 11 ', such as. B. a roller spindle or a pressure cylinder positioned such that its support rollers 7 and 8 or 7 'and 8' center the die 5 and the workpiece 4.
  • An additional adjusting device for radial adjustment must be provided for the support rollers 7, 7 'of the workpiece 4 depending on the diameter of the workpiece 4 that has already been reduced in the course of the method.
  • the adjustment of the holder 9, 9 'and the adjustment devices for the support rollers 7, 7' are operated with the aid of an NC control.
  • the shaped or transverse strips 6 and 6 have a cross-sectional contour of their forming regions, shown enlarged in FIG. 6.
  • the mold surface contains a first beveled front section 12 with increasing thickness or depth of penetration of the molding into the workpiece 4 to be deformed (the workpiece 4 is shown schematically with a dashed outline), which is in relation to the axial relative movement of the workpiece 4 (see arrow A)
  • Form bar 6 the material gradually repressed.
  • a vertex section or vertex 13 of the mold surface the maximum radial change in shape of the material is achieved.
  • the mold surface recedes slightly (ie the radial expansion with respect to the workpiece 4 decreases again).
  • the displaced material is given the possibility of partially resiliently resetting itself, the reshaping taking place on the profile of section 14.
  • the sections 12 and 14 adjoin the apex section or apex 13 without a sharp-edged transition, it being possible for the transition regions to be rounded.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern durch Querwalzen, bei dem ein um eine Maschinenachse (3) einer Umformmaschine rotierendes Werkstück (4) durch zumindest ein Umformwerkzeug (6) in einen Hohlkörper umgeformt wird. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest eine tangential zum Werkstück (4) verschiebbar geführte Formleiste (6, 6') an das Werkstück (4) angedrückt und dabei im wesentlichen quer zur Maschinenachse (3) bewegt wird, das Werkstück (4) und die Formleiste (6, 6') sich in einer axialen Relativbewegung zueinander gegensinnig über die Werkstücklänge bewegen und die Formleiste (6, 6') gleichzeitig radial zugestellt wird, so dass der verdrängte Werkstoff über ein einen Werkstückhohlraum bildendes Werkzeug (5) fliesst. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern durch Querwalzen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern durch Querwalzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern durch Querwalzen, bei dem ein um eine Maschinenachse einer Umformmaschine rotierendes Werkstück durch zumindest ein Umformwerkzeug in einen Hohlkörper umgeformt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern durch Querwalzen mit einer Hauptspindel und einem Reitstock zum Aufnehmen und rotatorischen Antreiben eines Werkstückes und mit zumindest einem Quersupport, auf dem mindestens eine quer zu einer Maschinen- oder Werkstückrotationsachse ausgerichtete, tangential zu dem Werkstück verfahrbare und für einen Umformkontakt mit dem Werkstück vorgesehene Formleiste angeordnet ist.
Schließlich betrifft die Erfindung eine Formleiste zur Herstellung von Hohlkörpern durch Querwalzen.
Ein derartiges, eingangs genanntes Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus einem massiven Rohling durch Drückwalzen mit Kugeln oder Rollen ist beispielsweise in der DE 36 41 695 AI offenbart. Bei diesem Verfahren, das sich generell zur Herstellung von Teilen mit hoher Präzision und sehr guten Oberflächeneigenschaften eignet, wird ein rotationssymmetrischer Rohling bzw. ein solches Werkstück auf einer Drückmaschine zwischen zwei Haltern eingespannt, die das Teil kraftschlüssig ge- gen Verdrehung sichern. Einer der Halter ist als Formstempel ausgelegt. Die Verformung wird mittels Kugeln oder Rollen als Umformwerkzeuge bewirkt, die auf einer Kreislinie um das Werkstück herum angeordnet sind und mit Radialkraftbelastung gegen das Werkstück gedrückt werden, während sie mit einer Vorschubbewegung axial in Richtung auf den Gegenhalter bewegt werden. Dabei wird der Durchmesser des Werkstückes reduziert. Die Reduzierung des Durchmessers und somit der Umformgrad ist durch eine radiale Verstellung der Umformwerkzeuge einstellbar. Der Werkstoff des Werkstücks fließt während des Umformvorganges über den Formstempel, so daß ein Hohlkörper geformt wird. Gleichzeitig wird eine Werkstoffverfestigung im oberflächennahen Bereich erzielt, die sich günstig auf Verschleißverhalten und Dauerfestigkeit des Werkstückes auswirkt. Durch die geringe Rauhheit der Oberfläche ist eine mechanische Nachbearbeitung nach der Umformung üblicherweise nicht mehr notwendig. Nachteilig bei der Herstellung von Hohlkörpern durch Drückwalzen mit Kugeln oder Rollen ist, daß aufgrund der Geometrie von Kugeln und Rollen jeweils nur sehr kleine Werkstoffbereiche partiell umgeformt werden können. Dies führt zu einer vergleichsweise langen Fertigungszeit für ein Werkstück, so daß die herstellbare Anzahl von Werkstücken pro Zeiteinheit relativ gering ist. Außerdem werden die Umformwerkzeuge durch die punktuelle Verformung hoch belastet, so daß deren Standzeit reduziert ist. Weiterhin besteht die Gefahr, daß das Werkzeug durch die Umformrollen außermittig gedrückt wird, wodurch ungleichmäßige Wanddicken und Rundlauffehler entstehen können.
Aus der DD 99521 ist ein Verfahren zur Herstellung napfförmiger Werkstücke durch Keilquerwalzen bekannt geworden. Nachteilig ist dabei jedoch, daß die Werkzeuge bei der Herstellung der gewünschten Außenform nicht universell einsetzbar sind und daß sehr hohe Walzkräfte erforderlich sind, um die Linienberührung zwischen Werkzeug und Werkstück zu realisieren. Das Einbringen von Profilen in die Oberfläche des Hohlkörpers ist weder vorge- sehen noch möglich. Des weiteren ist eine Kombination mit spanenden Herstellungsverfahren nicht möglich.
Aus der DD 64024 und der DD 89819 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Napfes aus einer Ronde bekannt geworden, wobei jedoch dieses Verfahren auf Werkstücke mit geringen Blechdicken beschränkt ist. Außerdem ist der realisierbare Umformgrad relativ gering. Bei der Umformung entstehen Spannungen im Werkstoff im Übergang vom axialen zum radialen Bereich des Werkstücks, was bei schwierig zu formenden Werkstoffen zu Rißbildung führen kann.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die herzustellenden Werkstücke weitestgehend in einem Arbeitsgang geformt werden können und daß somit die Produktivität erhöht wird. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der der Herstellungsvorgang von Hohlkörpern beim Querwalzen mit Formleisten verbessert werden kann. Schließlich soll eine solche Formleiste angegeben werden, die für eine wirtschaftliche Herstellung von Hohlkörpern bei dem oben genannten Verfahren verwendet werden kann.
Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem gattungsgemäßen Verfahren zumindest eine tangential zum Werkstück verschiebbar geführte Formleiste an das Werkstück angedrückt und dabei im wesentlichen quer zur Maschinenachse bewegt wird, das Werkstück und die Formleiste sich in einer axialen Relativbewegung zueinander gegensinnig über die Werkstücklänge bewegen und die Formleiste gleichzeitig radial zugestellt wird, so daß der verdrängte Werkstoff über ein einen Werkstückhohlraum bildendes Werkzeug fließt.
Weitere vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Mittels der wenigstens einen sich in axialer Relativbewegung entlang dem Werkstück bewegenden Formleiste, die gleichzeitig radial belastet wird und sich tangential zum Werkstück bewegt, kann in einem Arbeitsgang eine größere Werkstoffmasse axial und radial umgeformt werden im Vergleich mit dem bekannten Drückwalzen mit Kugeln oder Rollen, da der Eingriffsbereich zwischen Umformwerkzeug und Werkstück vergrößert ist. Gleichzeitig wird durch die größere Kontaktfläche der Verschleiß der Formleiste verringert. Mit dem Verfahren kann auf einfache, effektive Weise aus einem Äusgangswerkstück wie z. B. einem zylindrischen Halbzeug oder einem napfförmigen Vorkörper ein Hohlkörper gebildet werden, wobei in einer Werkstückaufspannung neben der Formgebung gleichzeitig die Kalibrierung des Werkstückes bzw. des Hohlkörpers erfolgen kann, so daß eine mechanische Nachbearbeitung nicht mehr erforderlich ist. Zusätzlich zu der hohen Oberflächenqualität wird der Werkstoff im randnahen Bereich verfestigt. Die sich beim Umformen einstellenden Druckeigenspannungen wirken einer Bildung und Ausbreitung von Rissen entgegen. Für die Umformung geeignete Werkstoffe sind Stähle und Leichtmetallegierungen. Formbar sind neben relativ weichen Werkstoffen wie Bau- und Einsatzstählen auch schwieriger zu formende Werkstoffe wie höherfeste mikrolegierte Stähle (z. B. Mehrphasenstähle) oder Vergütungsstähle. Die Verfahrensdurchführung bzw. die Formgebung kann sowohl im kalten als auch im halbwarmen Zustand erfolgen. Auch Aluminium-, Titan- und Magnesiumlegierungen können durch dieses Verfahren geformt werden, wenn die zur Formgebung notwendigen Bedingungen wie Temperatur und Umformgeschwindigkeit eingehalten werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens werden zwei bezüglich des Werkstückes sich gegenüberliegend angeordnete Formleisten zum umformenden Querwalzen gegensinnig bewegt. Dabei ist es besonders zweckmäßig, jede Formleiste alternierend, d. h. hin- und hergehend zu bewegen. Dadurch wird im Umformkontakt mit dem Werkstück die Erwärmung und Plastifi- zierung des Werkstoffes bei geringeren Werkzeugkräften ermöglicht. Der plastifizierte Werkstoff kann dann in den zwischen der Formleiste und dem im Reitstock eingespannten Werkzeug gebildeten Spalt fließen, wobei bei gleichzeitiger Durchmesserabnahme des Werkstücks ein Hohlkörper geformt wird. Dieser Spalt entspricht nach der Formgebung der Wanddicke des einseitig offenen Hohlkörpers. Das Werkzeug kann ein Formstempel, ein Drückdorn oder dergleichen sein.
Vorteilhafterweise wird dieses Werkzeug während dem Umformvorgang axial in das Werkstück bewegt oder eingedrückt, beispielsweise durch axiales Verschieben des Reitstockes in Richtung zur Hauptspindel, und übt somit einen zusätzlichen Druck auf das Werkstück aus, wodurch die Plastifizierung des Werkstoffes gefördert wird. Die bei der Formgebung des Hohlkörpers entstehende Wärme fördert den Formgebungsprozeß zusätzlich, so daß dadurch die zur Formgebung notwendige Fließspannung vermindert, das Formänderungsvermögen verbessert und die Verfestigung während der Umformung reduziert wird.
Die zwei Formleisten können auf parallelen Bewegungsbahnen geführt sein, die senkrecht zur Maschinenachse oder unter einem geringen Winkel dazu stehen können, oder sie können auch gegeneinander geneigt sein. Alternativ können drei oder vier Formleisten an entsprechend angeordneten Querschlitten und Supporten um das Werkstück herum angeordnet und zu diesem tangential geführt sein.
Zum Ausführen der relativen Bewegung zwischen der Formleiste und dem Werkstück in axialer, zur Maschinenachse paralleler Richtung kann entweder das Werkstück mittels einer Verschiebung der Hauptspindel und des Reitstocks an der Umformmaschine in axialer Richtung bewegt werden, während die Formleisten in ihrer Arbeitsebene oder ihrem Arbeitsbereich axial festgelegt sind, oder das Werkstück wird an der axial feststehenden Hauptspindel angedrückt und die Formleisten werden mit ihrer Lagerung vorbeibewegt. Jedoch können auch gleichzeitig das Werkstück und die Formleisten definiert axial bewegt werden.
Um die auf das Werkstück einwirkenden Umformkräfte in radialer Richtung aufzunehmen, wird das Werkstück zweckmäßigerweise in der Nähe des Verformungsbereiches abgestützt, der von der Position der Formleisten bestimmt wird. Zur Abstützung können beispielsweise Stützrollen verwendet werden, die gegenüber den Formleisten versetzt am Umfang des Werkstückes abrollen und ein Ausweichen des Werkstückes aus der Maschinenachse verhindern. Wenn die Stützrollen am bereits verformten Abschnitt des Werkstückes angreifen, werden sie um das Verformungsmaß radial nachgeführt, um ihren Stützkontakt beizubehalten. Je nach Ausführung der axialen Bewegungen des Werkstückes oder der Formleisten kann auch eine axiale Nachführung der Stützrollen vorgesehen sein.
Zweckmäßigerweise wird das reitstockseitige Formwerkzeug, das den Werkstückhohlraum bildet, ebenfalls über Stützrollen abgestützt, um das Werkstück auch an der Reitstockseite sicher in seiner zentrischen Position zu halten. Dies ist insbesondere beim Eindrücken des Werkzeugs in das Werkstück und den dabei auftretenden hohen Verformungskräften vorteilhaft.
Wenn die Drehung der Hauptspindel bzw. des Werkstücks mit der Radialbewegung der Formleisten oder Drückwalzen synchronisiert wird, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein unrundes, beliebig gestaltetes Mantelprofil gewalzt werden. So können auch Werkstücke mit sich über den Querschnitt verändernder Wanddicke hergestellt werden.
Vorzugsweise können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verschiedene Drückwalzvorgänge kombiniert und überlagert werden. wodurch komplexe Werkstücke mit hoher Funktionalität in einem Arbeitsgang bzw. in einer Aufspannung geformt werden können. So kann schon während dem Umformen des Werkstückes in dessen Mantel ein Profil eingeformt werden, wobei dies beim Querwalzen selbst oder bei einem sich anschließenden Drückwalzvorgang erzeugt werden kann. Bei dünnwandigen Werkstücken kann eine Faltverzahnung bei nahezu unveränderter Wanddicke eingerollt werden. Bei dickwandigeren Werkstücken können nach der Formgebung des Hohlkörpers Innen- und/oder Außenverzahnungen durch Drückwalzen oder Abstreckziehen gebildet werden. Ein Abstreckzieh- ring kann im Bereich der Hauptspindel oder des Reitstockes an einem Support gelagert sein und über das umgeformte Werkstück zum Bilden der Außenverzahnung gezogen werden. Ebenso können durch die Formleisten oder durch zusätzliche Formwerkzeuge Naben angeformt oder Überläufe gestaltet werden.
Des weiteren können mit dem Verfahren am Boden des Werkstücks Vertiefungen und/oder Aussparungen erzeugt werden durch entsprechende Erhöhungen im Boden des Hauptspindelfutters oder durch Feinschneiden, wenn die Hauptspindel und der Reitstock gegeneinander bewegt werden.
Die zweitgenannte Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Vorrichtung gelöst, bei der erfindungsgemäß eine Antriebs- und Steuereinrichtung vorgesehen ist, mit der die Formleiste in Umformkontakt mit dem Werkstück quer zur Maschinenachse alternierend verschiebbar ist, wobei diese Antriebs- und Steuereinrichtung gleichzeitig die axiale Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Formleiste durch axiales Verschieben von Hauptspindel und Reitstock oder des Querschlittens steuert.
Schließlich wird die letztgenannte Aufgabe durch eine Formleiste zur Herstellung von Hohlkörpern durch Querwalzen gelöst, die ein Formprofil aufweist mit einem kontinuierlich ansteigenden Profilabschnitt zum Verdrängen des Werkstoffes des Werk- Stücks, einem Scheitelabschnitt oder Scheitelpunkt und einem sich daran anschließenden zurückweichenden Profilabschnitt, der eine partielle elastische Rückverformung des verfσrmten Werkstoffes definiert gestattet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung gehen die einzelnen Abschnitte des Formprofils kontinuierlich oder abgerundet ineinander über, wodurch ein verbessertes Umformverhalten und eine verbesserte Oberflächengüte erzielt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs- beispiels einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 in einer Querschnittsansicht in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 in einer Draufsicht die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in einer Anfangsstellung beim Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 in einer Ansicht entsprechend Fig. 2 die Vorrichtung während dem Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4 in einer Ansicht entsprechend Fig. 2 und 3 die Vorrichtung in einer Endstellung nach dem Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 5 in einer Draufsicht die Vorrichtung in detaillierterer Darstellung; und
Fig. 6 in einer Querschnittsansicht in vergrößerter Darstellung eine Formleiste der Vorrichtung. Eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Teil einer im Aufbau an sich bekannten Umformmaschine oder Drückwalz aschine (siehe deutsche Patentanmeldung 197 11 697.3 "Umformmaschine" ) und enthält eine durch eine Hauptspindel 1 und einen Reitstock 2 (siehe Fig. 4) festgelegte zentrale Maschinenachse oder Rotationsachse 3 einer Vorform oder eines Werkstücks 4. Das Werkstück 4 ist zwischen der Hauptspindel 1 und einem in einem Spannfutter des Reitstocks 2 eingespannten stempeiförmigen Formwerkzeug oder Formstempel 5 mit axialer Vorspannung des Formstempels 5 gegen die Hauptspindel 1 kraftschlüssig eingespannt (siehe Fig. 2). Das Werkstück 4 (die Vorform oder das Halbzeug) kann beispielsweise zylinderförmig (wie dargestellt ) , ein dickwandiges Rohr oder ein bereits vorgeformter napfförmiger Körper sein. Durch die Hauptspindel 1 und den Reitstock 2 bzw. den Formstempel 5 wird das Werkstück 4 rotato- risch angetrieben. Zwei Querwalzkörper oder Formleisten 6 und 6 ' sind in bezüglich des Werkstückes 4 sich gegenüberliegender Anordnung an Supporten (nicht dagestellt) gelagert, wobei z. B. die eine Formleiste 6 oberhalb und die andere Formleiste 6 ' unterhalb des Werkstückes 4 angeordnet sind, und sie sind auf tangentialer Bewegungsbahn zu dem Werkstück 4 alternierend verschiebbar (siehe Pfeilrichtungen in Fig. 1), wobei die Bewegungen der beiden Formleisten 6, 6' zweckmäßigerweise gegensinnig ausgeführt werden. Die Vorrichtung weist weiterhin zwei Stützrollen 7, 7' auf, die zum Abrollen am Umfang des Werkstückes 4 vorgesehen sind. Sie sind zweckmäßigerweise in einer mittigen Ebene zwischen den beiden Formleisten 6, 6' und bezüglich dem Werkstück 4 sich gegenüberliegend angeordnet und gegen das Werkstück 4 radial verschiebbar gelagert. Sie stellen sicher, daß das Werkstück 4 beim Umformen nicht aus der Maschinenachse 3 ausweichen kann.
In Fig. 2 ist die Vorrichtung zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt (die Stützrollen 7, 7' sind in den Fig. 2 bis 4 nicht gezeigt). Das Werkstück 4 (z. B. ein zylindrisches Halbzeug) ist zwischen der Hauptspindel 1 und dem Formstempel 5 eingespannt und wird rotatorisch angetrieben. Die beiden Formleisten 6, 6' (schematisch vereinfacht mit Rechteckquerschnitt dargestellt) werden über ihre jeweiligen Supporte in einer Zustellbewegung an das Werkstück 4 gefahren und anschließend mit einer radialen Kraft gegen das Werkstück 4 (siehe senkrechte Pfeile in Fig. 2) gedrückt, während sie gleichzeitig ihre gegenläufigen, alternierenden Bewegungen ausführen (durch die Pfeile in Fig. 1 dargestellt). Dabei verdrängen sie den fl'ießfähigen Werkstoff bei gleichzeitiger Reduzierung des Durchmessers des Werkstückes 4 in Richtung zum Reitstock 2 (Fig. 3) und über den Formstempel 5. Der Formstempel 5 wird mit dem Reitstock 2 axial in Richtung zur Hauptspindel 1 bewegt ,und drückt sich in das massive Werkstück 4 ein, während gleichzeitig die Hauptspindel 1 mit geringerer Vorschubgeschwindigkeit wie jene des Reitstockes 2 zurückgefahren wird (nach links in Fig. 3) und die Formleisten 6, 6' das hohl- körperförmige Werkstück 4 weiter ausformen. Die Axialbewegung kann alternativ von axial verfahrbaren Formleisten oder durch axiales Bewegen des Werkstückes ausgeführt werden.
Fig. 4 zeigt die Vorrichtung in einer Endstellung, in der ein vollständig ausgeformtes hohlkörperförmiges Werkstück 4 hergestellt worden ist. Der Reitstock 2 mit dem Formstempel 5 ist in seiner axialen Endstellung. Der Werkstoff ist durch den radialen Druck der Formleisten 6, 6' während ihrer alternierenden Drückwalzbewegung auf eine Wanddicke gemäß der Größe des Spaltes zwischen den Formleisten 6, 6' und dem Formstempel 5 umgeformt worden. Eine Kalibrierung oder Profilierung des geformten Hohlkörpers oder Werkstückes 4 ist mit den Formleisten 6, 6' selbst oder mit anderen in den Fig. 2 bis 4 nicht dargestellten Drückwalzwerkzeugen möglich, die ebenfalls auf zustellbaren Supporten gelagert sein können. Aus der Volumenkonstanz des Werkstoffes ergibt sich, daß bei einer vorgegebenen Größe des Ausgangswerkstückes bzw. des Halbzeuges ein unterschiedliches Längen-/Durchmesserverhältnis des erzeugten Hohlkörpers realisiert werden kann. Durch die Wahl eines geeigneten Werkzeugs wie eines Formstempels 5 oder eines Drückfutters können so bei gleichen Halbzeugabmessungen verschiedene Endformen unter Beachtung des Formänderungsvermögens des Werkstoffes geformt werden.
Fig. 5 zeigt die Anordnung von Stützrollen bei der Umformung, wobei die Formleisten 6, 6' nicht dargestellt sind. Das Werkstück 4 wird mit den beiden Stützrollen 7, 7' in einer zur Maschinenachse 3 zentrischen Position gehalten. Der am Reitstock 2 eingespannte Formstempel 5 wird durch beispielsweise zwei zusätzliche Stützrollen 8, 8' abgestützt. Jeweils eine Stützrolle 8 bzw. 8' für den Formstempel 5 und eine Stützrolle 7 bzw. 7' für das Werkstück 4 sind an einem jeweiligen Halter 9 bzw. 9' gelagert. Jeder Halter 9, 9' wird über Versteileinrichtungen 10, 10', 11, 11', wie z. B. eine Rollenspindel bzw. einen Druckzylinder derart positioniert, daß seine Stützrollen 7 und 8 bzw. 7' und 8' den Formstempel 5 und das Werkstück 4 zentrieren. Dabei muß für die Stützrollen 7, 7' des Werkstücks 4 eine zusätzliche Einsteileinrichtung zum radialen Verstellen in Abhängigkeit des im Verfahrensablauf schon reduzierten Durchmessers des Werkstücks 4 vorgesehen sein. Die Verstellung der Halter 9, 9' und die EinStelleinrichtungen für die Stützrollen 7, 7' werden mit Hilfe einer NC-Steuerung betätigt.
Die Form- oder Querleisten 6 und 6' weisen eine in Fig. 6 vergrößert dargestellte Querschnittskontur ihrer Umformbereiche auf. Die Formoberfläche enthält einen ersten abgeschrägten vorderen Abschnitt 12 mit zunehmender Dicke oder Eindringtiefe der Formleiste in das zu verformende Werkstück 4 auf (das Werkstück 4 ist mit strichlierter Umrißlinie schematisch dargestellt), der bei einer axialen Relativbewegung des Werkstückes 4 (siehe Pfeil A) gegenüber der Formleiste 6 den Werkstoff allmählich verdrängt. A Scheitelabschnitt oder Scheitelpunkt 13 der Formoberfläche wird die maximale radiale Formänderung des Werkstoffes erreicht. In dem sich anschließenden hinteren Abschnitt 14 weicht die Formoberfläche geringfügig zurück (d. h. die bezüglich dem Werkstück 4 radiale Ausdehnung nimmt wieder ab). In diesem Bereich 14 wird dem verdrängten Werkstoff die Möglichkeit gegeben, sich teilweise elastisch geringfügig zurückzufor- men, wobei die Rückverformung an dem Profil des Abschnittes 14 erfolgt. Die Abschnitte 12 und 14 grenzen ohne scharfkantigen Übergang an den Scheitelabschnitt oder Scheitelpunkt 13, wobei die Übergangsbereiche abgerundet ausgebildet sein können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern durch Querwai- zen, bei dem ein um eine Maschinenachse einer Umformmaschine rotierendes Werkstück durch zumindest ein Umformwerkzeug in einen Hohlkörper umgeformt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindest eine tangential zum Werkstück ( 4 ) verschiebbar geführte Formleiste (6, 6') an das Werkstück (4) angedrückt und dabei im wesentlichen quer zur Maschinenachse (3) bewegt wird, das Werkstück (4) und die Formleiste (6, 6 ' ) sich in einer axialen Relativbewegung zueinander gegensinnig über die Werkstücklänge bewegen und die Formleiste (6, 6') gleichzeitig radial zugestellt wird, so daß der verdrängte Werkstoff über ein einen Werkstückhohlraum bildendes Werkzeug (5) fließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Werkzeug ( 5 ) beim Bilden des Werkstückhohlraums axial in das Werkstück (4) bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwei bezüglich des Werkstückes (4) sich gegenüberliegend angeordnete Formleisten (6, 6') zum umformenden Querwalzen gegensinnig bewegt werden.
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 jede Formleiste (6, 6') alternierend bewegt wird.
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 das Werkstück ( 4 ) zwischen einer Hauptspindel ( 1 ) und einem Reitstock ( 2 ) der Umformmaschine eingespannt und davon in Rotation versetzt wird und daß die axiale Relativbewegung zwischen dem Werkstück (4) und der Formleiste (6, 6 ' ) durch Verschieben der Hauptspindel ( 1 ) und des Reitstocks (2) und/oder der Formleiste (6, 6') bewirkt 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 das Werkstück ( 4 ) in einer Ebene zwischen den Formleisten (6, 6') abgestützt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Werkstück (4) mit Stützrollen (7, 7') abgestützt wird, die in Abhängigkeit von der erzeugten Umfangsform des Werkstücks (4) radial nachgeführt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das den Werkstückhohlraum bildende Werkzeug ( 5 ) , das insbesondere ein Formstempel oder ein Drückfutter ist, mit Stützrollen (8, 8') abgestützt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die radiale Zustellung der Formleiste (6, 6') eine mit der Drehbewegung des Werkstücks ( 4 ) synchronisierte Hubbewegung zum Bilden einer unrunden Mantelform des Werkstücks (4) ausführt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß während dem Umformen des Werkstücks ( 4 ) in dessen Mantel ein Profil eingeformt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Profil durch Querwalzen mit zusätzlichen Walzwerkzeugen eingeformt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Faltverzahnung am Umfang des Werkstücks (4) eingerollt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Profilierung oder eine Kalibrierung des Werkstückmantels durch einen der Umformung nachfolgenden Drückwalzvorgang hergestellt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in einem Boden des Werkstücks (4) Einprägungen und/oder Aussparungen durch Feinschneiden erzeugt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß durch Drückwalzen oder Abstreckziehen nach der Formung des Werkstückes ( 4 ) eine Innen- und/oder Außenverzahnung erzeugt wird.
16. Vorrichtung zur Herstellung von Hohlkörpern durch Querwalzen mit einer Hauptspindel und einem Reitstock zum Aufnehmen und rotatorischen Antreiben eines Werkstückes und mit zumindest einem Quersupport, auf dem mindestens eine quer zu einer Maschinen- oder Werkstückrotationsachse ausgerichtete, tangential zu dem Werkstück verfahrbare und für einen Umformkontakt mit dem Werkstück vorgesehene Formleiste angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Antriebs- und Steuereinrichtung vorgesehen ist, mit der die Formleiste (6, 6') in Umformkontakt mit dem Werkstück ( 4 ) quer zur Maschinenachse ( 3 ) alternierend verschiebbar ist, und daß sie gleichzeitig die axiale Relativbewegung zwischen dem Werkstück (4) und der Formleiste (6, 6') durch axiales Verschieben von Hauptspindel (1) und Reitstock (2) oder des Querschlittens steuert.
17. Formleiste zur Herstellung von Hohlkörpern durch Querwalzen, insbesondere gemäß einem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Formleiste (6, 6') ein Formprofil aufweist mit einem kontinuierlich ansteigenden Profilabschnitt (12) zum Verdrängen des Werkstoffes des Werkstücks ( 4 ) , einem Scheitelabschnitt oder Scheitelpunkt ( 13 ) und einem sich anschließenden zurückweichenden Profilabschnitt (14), um eine partielle elastische Rückverformung des verformten Werkstoffes definiert zu gestatten.
18. Formleiste nach Anspruch 17, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die einzelnen Abschnitte (12, 13, 14) des Formprofils kontinuierlich oder abgerundet ineinander übergehen.
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